一种金属陶瓷多孔层及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明属于无机膜制备及应用技术领域，特别涉及一种金属陶瓷多孔层及其制备方法。
【背景技术】
[0002]多孔材料在煤化、石化、食品、环保等固液、气固、气体分离领域具有广泛的应用。其中，多孔陶瓷膜层由于其耐腐蚀、耐高温、孔径分布窄、机械强度大等优点而应用广泛。多孔陶瓷膜层的制备方法主要为陶瓷粉体烧结法，该方法通过对微米及亚微米陶瓷粉体的高温烧结，在多孔载体表面获得高结合强度的多孔陶瓷膜层。但是多孔陶瓷膜层的烧结法热处理温度较高，一般为1400_1600°C，对多孔基体材料的高温耐受性能提出了很高要求。多孔金属是一种广泛采用的基体材料，但是多孔金属在高温下存在烧结缩孔、氧化的问题，难以在表面上通过高温烧结的方法获得高结合强度的多孔陶瓷膜层。
[0003]本发明提供了一种金属陶瓷多孔层及其制备方法，可以有效降低多孔陶瓷膜层的热处理温度，同时保证多孔膜层与多孔金属间的结合强度。该技术方案通过将活性金属粉体与陶瓷粉体混合后均匀沉积在多孔金属表面，然后通过高温热处理，在多孔金属表面获得一层金属陶瓷多孔层；此外，活性金属粉体可与陶瓷粉体发生化学反应，增加陶瓷粉体之间的连接强度，有利于提高金属陶瓷多孔层对多孔金属的结合强度，同时降低其制备温度。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于提供一种金属陶瓷多孔层及其制备方法，具体技术方案如下:
[0005]—种金属陶瓷多孔层，由陶瓷粉体和活性金属粉体组成，并涂覆在多孔金属表面；所述陶瓷粉体为A1203、A1N、SiC、Si3N4和ZrO2中的一种或一种以上，所述活性金属粉体为T1、Zr、Hf、Nb、V和Ta中的一种或一种以上，所述多孔金属材质为316L不锈钢、304L不锈钢、NiCrAl 合金、Inconel 合金、Ti 合金、NiCu 合金或 Hastelloy X。
[0006]所述陶瓷粉体的平均粒径为50nm?50 μπι，所述活性金属粉体的平均粒径为50nm?5 μ m，所述多孔金属表面最大孔径为I μ m?100 μ m。
[0007]所述金属陶瓷多孔层的厚度为20?50 μ m。
[0008]所述金属陶瓷多孔层中，活性金属粉体与陶瓷粉体的质量百分比为(5-50):(95-50)ο
[0009]如上所述的金属陶瓷多孔层的制备方法，包括以下步骤:
[0010](I)将陶瓷粉体与活性金属粉体混合后，均匀分散在溶液中，球磨，得到金属陶瓷粉体混合溶液；
[0011](2)将步骤(I)得到的金属陶瓷粉体混合溶液均匀沉积在多孔金属表面，然后通过热处理在多孔金属表面获得金属陶瓷多孔层。
[0012]步骤(I)所述金属陶瓷粉体混合溶液中，金属陶瓷粉体的总含量为10?SOwt %。
[0013]步骤(I)中，球磨的转速为500?700r/min，球磨时间为30?60min。
[0014]步骤(I)中所述的溶液为含有粘结剂的水系或非水系溶液，所述粘结剂包括PVA、PEG和阿拉伯树胶中的一种或几种；所述粘结剂在金属陶瓷粉体混合溶液中的含量为0.5 ?12wt%。
[0015]步骤(2)中，采用旋涂、浸渍提拉、流延或丝网印刷，将金属陶瓷粉体混合溶液均勾沉积在多孔金属表面。所述热处理的温度为800?900°C，气氛为氢气、氮气和惰性气体中的一种或多种，时间为I?2h。
[0016]本发明的优点为:本发明将活性金属粉体与陶瓷粉体混合后均匀沉积在多孔金属表面，然后通过高温热处理，在多孔金属表面获得一层金属陶瓷多孔层；此外，活性金属粉体可与陶瓷粉体发生化学反应，增加陶瓷粉体之间的连接强度，有利于提高金属陶瓷多孔层对多孔基体的结合强度，同时降低其制备温度。
【具体实施方式】
[0017]本发明结合下列实施例进一步说明，但本发明不局限于下面实施例。
[0018]实施例1
[0019]直径30mm 304L多孔不锈钢片上Al203/Ti多孔层的制备，其中多孔不锈钢表面最大孔径约80 μ m，步骤如下:
[0020](I) Al2O3Ai粉体混合溶液的制备:将2gPVA溶解于20mL去离子水中，将5g Al2O3粉(平均粒径20 μπι)和4g金属Ti粉(平均粒径为10nm)放入该溶液中，金属陶瓷粉体的总含量为29wt%，对该溶液进行500r/min球磨30min后取出。
[0021]⑵Al203/Ti多孔层的制备:将步骤⑴中的溶液采用旋涂的方法均匀沉积在多孔不锈钢上，转速3000转/分钟，时间20秒。薄膜在800°C湿氢气氛中热处理2h，得到Al2O3/Ti多孔层。
[0022]所得到的Al203/Ti多孔层厚度约20 μ m，表面均匀平整，结合力良好。
[0023]实施例2
[0024]直径30mm 316L多孔不锈钢片上ΑΙΝ/Ti多孔层的制备，多孔不锈钢表面最大孔径约50 μ m，步骤如下:
[0025](1)A1N/Ti粉体混合溶液的制备:将5gPVA溶解于20mL去离子水中，将15g AlN粉(平均粒径5 μ m)和4.5g金属Ti粉(平均粒径为500nm)放入该溶液中，金属陶瓷粉体的总含量为44wt%，对该溶液进行500r/min球磨30min后取出。
[0026](2)A1N/Ti多孔层的制备:将步骤⑴中的溶液采用旋涂的方法均匀沉积在多孔不锈钢上，转速3000转/分钟，时间20秒。薄膜在800°C湿氢气氛中热处理2h，得到AlN/Ti多孔层。
[0027]所得到的AIN/Ti多孔层厚度约30 μ m，表面均匀平整，结合力良好。
[0028]实施例3
[0029]NiCrAl高温合金多孔管上Zr02/Zr多孔膜的制备，多孔管外径为6mm，长度为100mm，壁厚为1mm，表面最大孔径约5 μ m，步骤如下:
[0030](l)Zr02/Zr粉体混合溶液的制备:将阿拉伯树胶Ig加入到50mL松油醇中，并加入1082抑2粉(平均粒径50 μ m)和1.6g金属Zr粉(平均粒径I μ m)，得到的金属陶瓷粉体混合溶液中，金属陶瓷粉体的总含量为19wt%，对该溶液进行600r/min球磨60min后取出。
[0031](2)Zr02/Zr多孔层的制备:将步骤(I)中的溶液采用浸渍提拉的方法均匀沉积在NiCrAl高温合金多孔管，提拉速度400mm/分钟，共提拉5次。薄膜在900°C湿氢氮混合气氛中热处理2h，得到Zr0