[发明专利]烧结多孔材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种多孔材料及应用该多孔材料的过滤元件，具体涉及通过粉末冶金法制备的烧结多孔材料及应用该多孔材料的过滤元件。本发明还涉及该烧结多孔材料的制备方法。

背景技术

目前对烧结多孔材料的研究主要集中在制备工艺的优化、成孔机理的探讨、材料性能的改善和应用范围的扩大几个方面。其中，就成孔机理而言，已应用在烧结多孔材料制备方法中的成孔方式主要有：第一，通过化学反应成孔，其原理是基于不同元素本征扩散系数的较大差异所引起的偏扩散效应，使得材料中产生Kirkendall孔隙；第二，通过原料粒子物理堆积成孔；第三，通过添加成分脱出成孔。上述几种成孔方式的选择和组合不可避免的会对多孔材料的孔结构造成直接的影响。而多孔材料的孔结构又会进一步的决定多孔材料的性能。因此，基于不同成孔方式所生成的烧结多孔材料往往具有差异化的孔结构和使用性能，通过对它们的认识和测量，可使得这些多孔材料能够更清楚的被识别和表征。目前，为了充分的表征多孔材料，本领域通常采用：1）原料成分和含量；2）孔结构，主要包括孔隙率、孔径等；3）材料性能参数，包括渗透性能，力学强度和化学稳定性，其中，渗透性能常用流体渗透法测量，力学强度通常用抗拉强度表示，化学稳定性主要用耐酸和/或碱性能表示。

Ti-Al金属间化合物多孔材料是一种介于高温合金与陶瓷之间的烧结无机多孔材料。由于其按照金属键和共价键共同结合，兼有金属材料和陶瓷材料的共同优点，因此，Ti-Al金属间化合物多孔材料作为过滤材料具有广阔的应用前景。尽管Ti-Al金属间化合物多孔材料公认具有优异的性能，但其在强酸条件下的耐腐蚀性能依然有待提高。比如，Al含量为35wt%的Ti-Al金属间化合物多孔材料在90℃的恒温条件下，当pH值从3下降到2时，样品的质量损失和开孔隙率均显著增大，表明材料的耐腐蚀性能下降较明显。因此，针对一些特殊的应用场合，还需进一步提高材料的耐腐蚀性。在本申请的申请日以前，还未找到一种类似于Ti-Al金属间化合物多孔材料这种兼有金属材料和陶瓷材料的共同特点，同时又具有更强耐腐蚀性的烧结多孔材料。

发明内容

本申请所要解决的技术问题是提供一种具有较强耐腐蚀性的烧结多孔材料以及应用该多孔材料的过滤元件。此外，本发明还要提供该具有较强耐腐蚀性的烧结多孔材料的制备方法。

本申请的烧结多孔材料具有如下特征：

a)它主要由Ti、Si、C三种元素组成，这三种元素的重量之和占该烧结多孔材料重量的90%以上，其中，Ti为Ti、Si、C总重量的60～75%，Si为Ti、Si、C总重量的10～20%；

b)该烧结多孔材料中的C主要是以Ti₃SiC₂三元MAX相化合物的形式存在，且在该多孔材料中大致上均匀分布；

c)它的孔隙率为30～60%，平均孔径为0.5～50μm，抗拉强度≥23MPa，厚度≤5mm的烧结多孔材料在0.05MPa的过滤压差下测得纯水的过滤通量≥1t/m²·h，且在5wt%的盐酸溶液中室温浸泡48天后的失重率在1.5%以下。

上述的烧结多孔材料可以仅由Ti、Si、C三种元素组成，也可以在不超过烧结多孔材料总重量10%的范围内添加除Ti、Si、C以外的其他物质，例如Cr、Mo、V、Nb、Al、W中一种或几种元素。目前建议将该多孔材料中Ti、Si、C三种元素的重量之和控制在多孔材料重量的95%、97%、98%或者99%以上，从而保证烧结多孔材料的性能，同时也可简化原料种类，便于生产。

当烧结多孔材料由Ti、Si、C三种元素组成时，最好通过控制Ti、Si、C的比例使材料烧结后的结晶相由Ti₃SiC₂三元MAX相化合物组成，从而获得最佳的耐腐蚀性。

本申请的烧结多孔材料具有如下有益的技术效果：

一、具有非常优异的耐腐蚀性能；

二、尤其令人惊讶的是，由于原料中的C与Ti反应而改善了孔结构，使得三维贯通孔的曲折因子变小，降低了过滤介质的通过阻力，可获得更理想的过滤通量；

三、当烧结多孔材料的结晶相由Ti₃SiC₂三元MAX相化合物组成，材料的耐腐蚀性能更好。