[发明专利]一种激光熔融制备多孔二氧化硅玻璃膜的方法

说明书

本发明涉及一种激光熔融制备多孔二氧化硅玻璃膜的方法，包括：（1）将玻璃粉、粘结剂和溶剂混合，得到混合悬浮液；（2）将所得混合悬浮液喷涂在金属基材表面，再经烘干，得到预制膜层；（3）将所得预制膜层进行激光熔融处理，得到所述多孔二氧化硅玻璃膜，所述激光熔融处理的参数包括：激光功率为6W～12W，扫描速度为5mm/s～20mm/s，扫描间距为0.05mm～0.2mm。

技术领域

本发明涉及一种采用激光熔融制备多孔二氧化硅玻璃膜的方法，属于多孔材料领域。

背景技术

多孔陶瓷材料由于具有均匀分布的孔洞、孔隙率高、体积密度小、耐高温、耐腐蚀、良好的化学稳定性和热稳定性等优点，使得多孔陶瓷材料在汽车尾气处理、工业高温烟气处理、催化剂载体、减噪系统、多孔电极等方面得到了广泛的应用。目前对于多孔陶瓷材料的研究主要集中在泡沫状多孔陶瓷材料和其制备方法两个方面，而对于蜂窝状多孔陶瓷的研究比较少见，蜂窝状多孔陶瓷中的气孔单元排列为二维的阵列。作为过滤材料时，蜂窝状多孔陶瓷较传统使用的泡沫状多孔陶瓷具有显著的优点：通过流体时，压力损失小；表面积大，和流体接触效率高；体积密度小；过滤效率高。因此，可以更加广泛的应用于汽车尾气净化器载体材料。

随着多孔陶瓷使用范围不断的扩大，人们对多孔陶瓷制品的性能要求越来越高，制备多层梯度复合多孔陶瓷材料是一种有效的方法。同时，在多孔陶瓷的制备中，简化工艺、提高效率、降低成本的要求也日益提高。传统制备多孔陶瓷的方法：(1)溶胶-凝胶法，适于制取微孔制品和薄膜材料，气孔分布均匀，但是该方法生产效率低，工艺条件不易控制；(2)造孔剂法，采用不同的成型方法可制得形状复杂的制品，但是气孔分布均匀性差，难以制得高气孔率制品；(3)发泡剂法，适于制取闭气孔制品，气孔率高，但是工艺条件不易控制，对原料的要求高；(4)有机泡沫浸渍法，适于制备高开气孔制品且气孔相互贯通，但是制品形状受限制，成分密度不易控制；(5)挤压成型法，可以制得蜂窝状孔洞且孔隙率均匀，但是很难制造小孔径的制品，孔径一般大于1mm。为了解决这些问题，在当今不断的研究中涌现出了一些新型的制备方法，如高温自蔓延法、反应烧结法、凝胶浇注法、氧化成键法、不均匀模板剂胶凝陶瓷颗粒工艺以及一些复合工艺。

发明内容

为此，本发明首次提供了一种激光熔融制备多孔二氧化硅玻璃膜的方法，包括：

(1)将玻璃粉、粘结剂和溶剂混合，得到混合悬浮液；

(2)将所得混合悬浮液喷涂在金属基材表面，再经烘干，得到预制膜层；

(3)将所得预制膜层进行激光熔融处理，得到所述多孔二氧化硅玻璃膜，所述激光熔融处理的参数包括：激光功率为6W～12W，扫描速度为5mm/s～20mm/s，扫描间距为0.05mm～0.2mm。

本发明将玻璃粉、粘结剂和溶剂混合后喷涂在金属基材表面，再经烘干，得到预制膜层。无需预热处理，直接将所得预制膜层进行激光熔融处理，并控制激光功率为6W～12W，扫描速度为5mm/s～20mm/s，扫描间距为0.05mm～0.2mm，在此过程中由于粘结剂高温下被氧化，产生气体，留下孔洞，以及熔融玻璃的表面张力作用和流动性差的特点，在冷却前来不及将孔洞铺平，最终留下较大的气孔；同时由于玻璃膜层与基体的热膨胀系数相差较大，并且玻璃膜层与基体之间没有形成强结合，在残余应力的作用下，可使多孔二氧化硅玻璃膜层从基体上直接整体脱落，形成独立的膜。

较佳地，所述玻璃粉的主要组分包括二氧化硅，所述二氧化硅含量优选不低于90wt％；优选地，所述玻璃粉的粒径为0.6～5μm。，优选为2～3μm。

较佳地，所述粘结剂为聚乙烯醇缩丁醛PVB、聚乙烯醇PVA中的至少一种，加入量不超过玻璃粉质量的1wt％；所述溶剂为乙醇、去离子水中的至少一种，混合悬浮液的固含量≤50wt％。

较佳地，所述预制膜层的厚度为10～30μm。

较佳地，所述金属基材为铁基合金。