多孔金屬箔的制備方法
【專利說(shuō)明】
[0001] 本發(fā)明的申請(qǐng)人于2014年10月31日提交了申請(qǐng)?zhí)枮?014106089803、名稱"柔 性多孔金屬箔及其制備方法"的發(fā)明專利申請(qǐng)。該在先申請(qǐng)的說(shuō)明書中提供DE柔性多孔金 屬涫及其制備方法可能與本申請(qǐng)存在技術(shù)上的關(guān)聯(lián)。由于該在先申請(qǐng)?jiān)诒旧暾?qǐng)的申請(qǐng)日尚 未公開，故本說(shuō)明書的下述內(nèi)容中多涉及到該在先申請(qǐng)中的內(nèi)容，以便公眾在閱讀本申請(qǐng) 文件時(shí)能夠更為全面、清楚了解本柔性多孔金屬箔及其制備技術(shù)。
技術(shù)領(lǐng)域
[0002] 本發(fā)明涉及燒結(jié)金屬多孔材料及其制備，具體涉及柔性多孔金屬箔及柔性多孔金 屬箔的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0003] 燒結(jié)金屬多孔材料的主要用作過(guò)濾材料。在具體應(yīng)用中，需將燒結(jié)金屬多孔材料 制成一定形狀和構(gòu)造的過(guò)濾元件，然后將過(guò)濾元件安裝到過(guò)濾裝置中?，F(xiàn)有的燒結(jié)金屬多 孔材料過(guò)濾元件基本上都為剛性的管型或板型結(jié)構(gòu)。它們的制備原理類似，即大致上為：先 通過(guò)專門的成型模具將構(gòu)成該金屬多孔材料的原料粉壓制成管型或板型的壓坯（一般采 用等靜壓成型技術(shù)），然后再對(duì)壓坯進(jìn)行燒結(jié)，燒結(jié)后得到產(chǎn)品。
[0004] 上述管型或板型的燒結(jié)金屬多孔材料過(guò)濾元件由于受其形狀、構(gòu)造以及附帶而來(lái) 的對(duì)過(guò)濾裝置及系統(tǒng)的相應(yīng)要求的影響，使用范圍受限。由于燒結(jié)金屬多孔材料過(guò)濾元 件在化學(xué)侵蝕的抵抗性、材料不可逆污染抵抗性、機(jī)械強(qiáng)度等方面上相比目前的過(guò)濾元件 (例如有機(jī)過(guò)濾膜）具有更強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)，因此，開發(fā)出在多個(gè)領(lǐng)域中能夠相應(yīng)替代原有過(guò)濾元 件的新型燒結(jié)金屬多孔材料過(guò)濾元件很有意義。
[0005] 在上述背景基礎(chǔ)上，申請(qǐng)人開創(chuàng)性提出開發(fā)一種柔性多孔金屬箔。即，由金屬多孔 材料所構(gòu)成可比較自由的彎曲甚至可折迭的薄片。
[0006] 論文"Ti-Al金屬間化合物多孔材料的研宄進(jìn)展，江垚等，中國(guó)材料進(jìn)展，第29卷， 第3期，2010年3月"的第2. 3中節(jié)描述了一種Ti-Al金屬間化合物紙型膜的制備工藝。由 于上述紙型膜由Ti-Al金屬間化合物構(gòu)成，因此仍是一種剛性材料。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明首先要提供幾種柔性多孔金屬箔以及柔性多孔金屬箔的制備方法；本發(fā)明 其次要提供幾種多孔金屬箔（柔性和剛性均可）的制備方法；本發(fā)明還要提供可用于上述 方法的制膜工裝。
[0008] 本發(fā)明所要提供的第一種柔性多孔金屬箔，是由固溶體合金、面心立方結(jié)構(gòu)的金 屬單質(zhì)或體心立方結(jié)構(gòu)的金屬單質(zhì)為基體相的金屬多孔材料所構(gòu)成的薄片，該薄片的厚度 為5~200 μ m、平均孔徑為0. 05~100 μ m，孔隙率為15~70 %，且由一個(gè)均質(zhì)的膜片燒結(jié) 而成。具體而言，該柔性多孔金屬箔首先在材料成分上是由固溶體合金、面心立方結(jié)構(gòu)的金 屬單質(zhì)或體心立方結(jié)構(gòu)的金屬單質(zhì)為基體相的金屬構(gòu)成，從而保證該柔性多孔金屬箔的柔 性。其次，構(gòu)成該柔性多孔金屬箔的金屬材料應(yīng)當(dāng)是多孔材料，其孔結(jié)構(gòu)表征為平均孔徑為 0.05~100 μπι，孔隙率為15~70%，這樣，柔性多孔金屬箔可滿足廣泛的過(guò)濾分離要求。 另外，柔性多孔金屬箔（薄片）的厚度為5~200 μ m，一般為10~60 μ m。更重要的是，該 柔性多孔金屬箔由一個(gè)均質(zhì)的膜片燒結(jié)而成。所謂"均質(zhì)"表示膜片的成分大致上均勻，即 本質(zhì)上區(qū)別于在【背景技術(shù)】"Ti-Al金屬間化合物多孔材料的研宄進(jìn)展"中提及的經(jīng)過(guò)了覆膜 處理后、反應(yīng)合成前的鋁箔。覆膜處理后、反應(yīng)合成前的鋁箔可理解為一種非對(duì)稱形態(tài)的薄 片。而"非對(duì)稱"的含義在燒結(jié)金屬多孔材料領(lǐng)域是通用的。本發(fā)明中的"均質(zhì)"即是相對(duì) 于"非對(duì)稱"所提出區(qū)別概念。由于本發(fā)明的柔性多孔金屬箔由一個(gè)均質(zhì)的膜片燒結(jié)而成， 因此該箔片的孔徑分布更均勻、箔片平整度等更好。
[0009] 所述薄片可以由無(wú)限固溶體合金為基體相的金屬多孔材料所構(gòu)成。例如，所述薄 片由Ag-Au固溶體、Ti-Zr固溶體、Mg-Cd固溶體或Fe-Cr固溶體為基體相的金屬多孔材料 所構(gòu)成。又例如，所述薄片優(yōu)選由Ni-Cu固溶體金屬多孔材料所構(gòu)成，這時(shí)可要求該多孔材 料的眾多孔隙中有75%以上孔徑差在小于70 μ m的范圍內(nèi)。另外，Ni-Cu固溶體金屬多孔 材料在柔性（可多次折迭）和化學(xué)穩(wěn)定性等方面都比較理想，且在燒結(jié)形成的多孔材料的 滲透性上也十分優(yōu)異，因此應(yīng)用范圍相對(duì)比較廣泛。
[0010] 所述薄片還可以由有限固溶體合金為基體相的金屬多孔材料所構(gòu)成。例如，所述 薄片由Cu-Al固溶體、Cu-Zn固溶體、Fe-C-Cr固溶體為基體相的金屬多孔材料所構(gòu)成。所 述薄片也可以由面心立方結(jié)構(gòu)的Al、Ni、Cu或Pb為基體相的金屬多孔材料所構(gòu)成。所述薄 片還可以由體心立方結(jié)構(gòu)的Cr、W、V或Mo為基體相的金屬多孔材料所構(gòu)成。
[0011] 本發(fā)明的上述柔性多孔金屬箔具有廣闊的應(yīng)用空間，例如：在工業(yè)上，可用于紡 織和制革工業(yè)中的余熱回收、藥劑回收、污染控制，食品加工工業(yè)中的凈化、濃縮、消毒、副 產(chǎn)品回收，醫(yī)藥及保健行業(yè)中的人造氣管、控制釋放、血液過(guò)濾、水凈化，汽車工業(yè)中的濾清 器；在民用上可作為口罩的粉塵過(guò)濾材料以及帶靜電除塵功能的窗簾材料。
[0012] 本發(fā)明上述柔性多孔金屬箔的一種制備方法的步驟包括：（1)將構(gòu)成其金屬多孔 材料的原料粉用分散劑和粘結(jié)劑配置成粘稠狀的懸濁液；（2)將所述懸濁液注入制膜工裝 的成型模腔內(nèi)并使之烘干形成一均質(zhì)的膜片；（3)將所述膜片裝入與該膜片外形吻合的燒 結(jié)工裝內(nèi)然后進(jìn)行約束燒結(jié)，燒結(jié)后從燒結(jié)工裝內(nèi)取出并得到柔性多孔金屬箔。
[0013] 上述方法中，如柔性多孔金屬箔由Ni-Cu固溶體的金屬多孔材料構(gòu)成，為了制備 高性能的Ni-Cu柔性多孔金屬箔，則，步驟（1)中，先將Ni粉和Cu粉均勻混合形成原料粉， 其中Cu粉質(zhì)量為原料粉質(zhì)量的30~60 %，然后以乙醇為分散劑、以PVB為粘結(jié)劑，按PVB與 乙醇的質(zhì)量比為（〇. 5~5) : 100的比例將PVB加入乙醇中制成PVB溶液，此后再按每100mL 乙醇中加入原料粉20~50g的比例將原料粉加入PVB溶液中，通過(guò)攪拌使原料粉充分分散 均勻，得到粘稠狀的懸濁液；步驟（3)中，燒結(jié)工藝包括將燒結(jié)溫度逐漸升至520~580°C 并保溫60~ISOmin的第一燒結(jié)階段以及在第一階段后以彡5°C /min的升溫速率直接升溫 至1130~1180°C并保溫120~300min的第二燒結(jié)階段。
[0014] 可用于上述方法的制膜工裝，包括：固定部，所述固定部包括用于成型膜片邊緣的 ?？?；調(diào)節(jié)部，所述調(diào)節(jié)部包括與模框配合用于成型膜片底面的模板，所述模板連接有可使 該模板在模框的深度方向上移動(dòng)的調(diào)節(jié)裝置；活動(dòng)部，所述活動(dòng)部包括位于?？蝽斆娌⑶?在工作過(guò)程中刃口與?？蝽斆姹３铸R平的刮刀。該制膜工裝能夠比較準(zhǔn)確的控制膜片的厚 度，并且保證膜片厚度的均勻性以及膜片表面的平整度。
[0015] 作為所述調(diào)節(jié)裝置的一種【具體實(shí)施方式】，調(diào)節(jié)裝置包括與模框相對(duì)固定并分別與 模板底面四角連接且獨(dú)立工作的高度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)。這樣可分別對(duì)模板的四角高度進(jìn)行調(diào)節(jié)， 保證模板整體與?？蝽斆娴钠叫卸龋て暮穸染鶆蚋?。
[0016] 另外，所述?？虻某尚兔嬉约澳０宓某尚兔嫔线€進(jìn)一步的設(shè)有在580°C下可揮發(fā) 的潤(rùn)滑劑涂層。其中，潤(rùn)滑劑涂層可具體采用凡士林涂層。這樣，就能夠保證成型的膜片順 利從制膜工裝上取出，防止粘模，同時(shí)由于潤(rùn)滑劑涂層的可揮發(fā)性，對(duì)后續(xù)制備的柔性多孔 金屬箔的成分不造成影響，且反而有利于提高柔性多孔金屬箔的孔隙率。
[0017] 為便于成型的膜片順利從制膜工裝上取出，也可以在模框的成型面以及模板的成 型面上敷設(shè)PE塑料薄膜或PET塑料薄膜。在成型面上敷設(shè)PE塑料薄膜或PET塑料薄膜后 再向成型模腔內(nèi)加入懸濁液，干燥形成膜片后，該膜片不會(huì)與制膜工裝發(fā)生粘接，脫模十分 方便。
[0018] 可用于上述方法的膜片燒結(jié)工裝，包括由耐高溫材料制成的上模、下模以及邊模， 所述上模、下模分別與邊模配合從而形成用于與內(nèi)部的膜片相吻合的模腔；所述模腔連接 有用于散發(fā)燒結(jié)揮發(fā)物的排氣結(jié)構(gòu)，所述排氣結(jié)構(gòu)為在上模與邊模的配合部位預(yù)留的配合 間隙以及/或者在下模與邊模的配合部位預(yù)留的配合間隙以及/或者在上模、下模以及邊 模中的至少一個(gè)上所設(shè)置的氣孔。通過(guò)該燒結(jié)工裝能夠?qū)δてM(jìn)行約束燒結(jié)，防止膜片的 燒結(jié)中變形。