烧结无机多孔过滤元件及制造该过滤元件的抛光设备的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种在气体过滤时灰尘不易在过滤面集结的烧结无机多孔过滤元件以及制造该过滤元件的抛光设备。该过滤元件包括由烧结无机材料构成的过滤元件本体，过滤元件本体的表面为过滤面，其中，所述过滤面为抛光面，该抛光面的表面粗糙度为Ra3.2～25μm。所述抛光面可有效防止气体过滤时在该抛光面上集结灰尘。抛光设备包括无心外圆抛光机构，该无心外圆抛光机构包括抛光轮、导轮和托板；外集尘箱体，无心外圆抛光机构放置于该外集尘箱体中，外集尘箱体上开有与托板入口侧相对应的进料口和与托板出口侧相对应的出料口；以及吸尘装置，吸尘装置通过吸尘管道与外集尘箱体连接。该抛光设备不仅可实现快速抛光，而且能够防止灰尘扩散。
【专利说明】烧结无机多孔过滤元件及制造该过滤元件的抛光设备
【技术领域】
[0001] 本实用新型涉及过滤元件，具体涉及烧结无机多孔过滤元件及其制备工艺。
【背景技术】
[0002] 烧结无机多孔过滤元件一般分为烧结金属多孔过滤元件和烧结陶瓷多孔过滤元 件两大类。另外，随着技术进步还产生了兼具金属和陶瓷各自优良性能的烧结金属间化合 物类过滤元件和烧结金属陶瓷类过滤元件，本实用新型暂且将它们归入烧结金属多孔过滤 元件一类。
[0003] 上述这些烧结无机多孔过滤元件一般是通过粉末冶金法制备。即将准备好的粉料 压制成特定形状（主要是管状或片状），然后再经烧结并冷却后制得。这种方法制得的过滤 元件大体上为均匀的多孔体，其在过滤精度与过滤渗透性方面存在矛盾，其中一方面性能 的提升就会导致另一方面性能的下降，所以不容易同时达到十分理想的水平。
[0004] 由此产生了非对称烧结无机多孔过滤元件。其制备是利用类似方法先制得由烧结 金属多孔材料或烧结陶瓷多孔材料构成的载体，然后再在载体表面涂覆膜液（将膜粉加入 分散剂中制得），此后又对涂覆膜液的载体进行二次烧结，使膜液形成厚度很薄的多孔材料 膜层。其中，通过对载体粉料和膜粉的粒度等参数的控制，使载体的孔径明显大于膜层孔 径，这样就既保证了过滤精度，又提高了过滤元件的渗透性。
[0005] 目前针对上述烧结无机多孔过滤元件发现的问题有：对于非对称烧结无机多孔过 滤元件，主要为（1)膜层可从载体上脱落，两者之间附着力有待进一步加强；（2)膜层的厚 度不容易精确控制，厚度一致性不好；（3)用于气体过滤时膜层表面（即过滤面）易集结灰 尘，导致清灰周期缩短；(4)过滤元件的制备工艺复杂、流程长，生产成本较高。对于普通无 膜层的烧结无机多孔过滤元件主要为气体过滤时过滤面上易集结灰尘。 实用新型内容
[0006] 本实用新型所要解决的技术问题包括：首先提供一种有助于提高膜层与载体之间 附着力、膜层厚度均匀可控，且在气体过滤时灰尘不易在膜层表面集结的非对称烧结无机 多孔过滤元件以及该过滤元件的制备工艺。其次，要提供一种有助于提高膜层与载体之间 附着力的非对称烧结无机多孔过滤元件及该过滤元件的制备工艺。再有，要提供一种膜层 厚度可控，且在气体过滤时灰尘不易在膜层表面集结的非对称烧结无机多孔过滤元件。进 一步，还要提供一种在气体过滤时灰尘不易在过滤面集结的烧结无机多孔过滤元件。更进 一步，提供一种制备流程明显缩短，可降低生产成本的非对称烧结无机多孔过滤元件的制 备工艺。
[0007] 为解决上述第一个技术问题，非对称烧结无机多孔过滤元件包括由较大孔径的烧 结金属多孔材料或烧结陶瓷多孔材料构成的载体以及附着于所述载体上并由较小孔径的 烧结金属多孔材料或烧结陶瓷多孔材料构成的膜层，其中，所述载体上用于附着该膜层的 表面为第一抛光面，第一抛光面的表面粗糙度为Ra6. 3?25 μ m ;所述膜层上与该膜层附着 于载体上的一侧表面相反的另一侧表面（即过滤面）为第二抛光面，第二抛光面的表面粗 糙度为RaO. 8?12. 5 μ m。载体上用于附着该膜层的表面在未抛光前为毛面，其上形成有氧 化层，导致附着膜层后两者的附着力下降。通过抛光使载体上用于附着膜层的表面成为第 一抛光面，除去氧化层，由此可提高载体与膜层的附着力。在载体上形成膜层后，再对膜层 表面（即过滤面）进行抛光形成第二抛光面，既对膜层厚度进行了控制，又可使膜层厚度十 分均匀，另外，还可有效防止气体过滤时在第二抛光面上集结灰尘。第一抛光面的表面粗糙 度不宜小于Ra6. 3 μ m，否则会使分布于第一抛光面上的微孔的平均孔径变小，从而明显提 高载体本身的渗透阻力；第一抛光面的表面粗糙度也不宜大于Ra25 μ m，否则对载体表面 进行抛光的意义不大。第二抛光面的表面粗糙度不宜小于RaO. 8 μ m，否则既会增大抛光难 度，同时也会大大增加膜层的渗透阻力；第二抛光面的表面粗糙度不宜小于Ral2. 5 μ m，否 则降低其防灰尘集结效果。
[0008] 上述非对称烧结无机多孔材料过滤元件中，所述第一抛光面的表面粗糙度优选为 Ral2. 5?25 μ m ;第二抛光面的表面粗糙度优选为RaL 6?12. 5 μ m。第二抛光面的表面 粗糙度还可进一步优选为Ra3. 2?6. 3 μ m。第一抛光面的表面粗糙度为Ral2. 5?25 μ m 时，既可保证载体本身良好的渗透性，又可保证膜层与载体间的良好附着性。第二抛光面的 表面粗糙度为Ra3. 2?6. 3 μ m，不仅易于加工、防灰尘集结效果优良，且膜层渗透性也很理 想。
[0009] 上述非对称烧结无机多孔材料过滤元件中，所述膜层的平均厚度优选设定 为0. 1?0. 6mm，则在第一抛光面与第二抛光面共同作用下可使其厚度的偏差不大于 ±50μπι。此时，由于膜层厚度很薄且一致，进一步提升了非对称烧结无机多孔材料过滤元 件的过滤性能。
[0010] 上述非对称烧结无机多孔材料过滤元件中，所述载体与膜层最好由同种类具有亲 和性的烧结金属多孔材料或烧结陶瓷多孔材料构成。例如当载体为烧结铁铝金属间化合物 多孔材料时，膜层同为烧结铁铝金属间化合物多孔材料或其他与载体具有亲和性的烧结铁 基多孔材料。这样，可确保载体与膜层之间不因材料原因发生脱离。
[0011] 上述非对称烧结无机多孔材料过滤元件一般为管状，所述膜层位于该过滤元件的 外管面。当然，过滤元件也可能是片状或其他形状；从过滤方向上看，膜层则可能位于过滤 元件外侧（即待过滤物从过滤元件的外部向其内部过滤）也可能位于过滤元件内侧（即待 过滤物从过滤元件的内部向其外部过滤）。
[0012] 上述非对称烧结无机多孔材料过滤元件的制备工艺的步骤包括：1)制备得到载 体，然后对载体上用于附着膜层的表面进行抛光以形成第一抛光面，所述第一抛光面的表 面粗糙度为Ra6. 3?25 μ m ;2)制备膜液，然后将所述膜液附着于载体面，适当干燥后对附 着膜液的载体进行烧结，使烧结后的膜液形成膜层；3)对所述膜层的表面进行抛光以形成 第二抛光面，所述第二抛光面的表面粗糙度为RaO. 8?12. 5 μ m。
[0013] 为解决上述第二个技术问题，非对称烧结无机多孔过滤元件包括由较大孔径的烧 结金属多孔材料或烧结陶瓷多孔材料构成的载体以及附着于所述载体上并由较小孔径的 烧结金属多孔材料或烧结陶瓷多孔材料构成的膜层，其中，所述载体上用于附着该膜层的 表面为抛光面，该抛光面的表面粗糙度为Ra6. 3?25 μ m。载体上用于附着该膜层的表面在 未抛光前为毛面，其上形成有氧化层，导致附着膜层后两者的附着力下降。通过抛光使载体 上用于附着膜层的表面成为抛光面，除去氧化层，由此提高载体与膜层的附着力。该抛光面 的表面粗糙度不宜小于Ra6. 3 μ m，否则会使分布于抛光面上的微孔的平均孔径变小，从而 明显提高载体的渗透阻力；该抛光面的表面粗糙度也不宜大于Ra25 μ m，否则对载体表面 进行抛光的意义不大。
[0014] 上述非对称烧结无机多孔材料过滤元件中，所述抛光面的表面粗糙度优选为 Ral2. 5?25 μ m。这样既可保证载体本身良好的渗透性，又可保证膜层与载体间的良好附 着性。
[0015] 上述非对称烧结无机多孔材料过滤元件的制备工艺，其步骤包括：1)制备得到载 体，然后对载体上用于附着膜层的表面进行抛光以形成抛光面，所述抛光面的表面粗糙度 为Ra6. 3?25 μ m ;2)制备膜液，然后将所述膜液附着于载体表面，适当干燥后对附着膜液 的载体进行烧结，使烧结后的膜液形成膜层。
[0016] 为解决上述第三个技术问题，非对称烧结无机多孔过滤元件包括由较大孔径的烧 结金属多孔材料或烧结陶瓷多孔材料构成的载体以及附着于所述载体上并由较小孔径的 烧结金属多孔材料或烧结陶瓷多孔材料构成的膜层，其中，所述膜层外表面为抛光面，该抛 光面的表面粗糙度为RaO. 8?12. 5 μ m。所述膜层的平均厚度优选为0. 1?0. 6mm。在载体 上形成膜层后，再对膜层表面进行抛光形成抛光面，既对膜层厚度进行了控制，同时还可有 效防止气体过滤时在该抛光面上集结灰尘。所述抛光面的表面粗糙度不宜小于RaO. 8 μ m， 否则会增大抛光难度，也会大大增加膜层的渗透阻力；所述抛光面的表面粗糙度不宜小于 Ral2. 5 μ m，否则就会降低防灰尘集结效果。
[0017] 上述非对称烧结无机多孔材料过滤元件中，所述抛光面的表面粗糙度优选为 RaL 6?12. 5 μ m。此外，该抛光面的表面粗糙度还可进一步优选为Ra3. 2?6. 3 μ m。将抛 光面的表面粗糙度设计为Ra3. 2?6. 3 μ m，不仅易于加工、防灰尘集结效果优良，且膜层渗 透性也十分理想。
[0018] 上述非对称烧结无机多孔材料过滤元件中，所述载体与膜层最好由同种类具有亲 和性的烧结金属多孔材料或烧结陶瓷多孔材料构成。例如当载体为烧结钛铝金属间化合物 多孔材料时，膜层同为烧结钛铝金属间化合物多孔材料或其他与载体具有亲和性的烧结钛 基多孔材料。
[0019] 上述非对称烧结无机多孔材料过滤元件一般为管状，所述膜层位于该过滤元件的 外管面。当然，过滤元件也可能是片状或其他形状；从过滤方向上看，膜层则可能位于过滤 元件外侧（即待过滤物从过滤元件的外部向其内部过滤）也可能位于过滤元件内侧（即待 过滤物从过滤元件的内部向其外部过滤）。
[0020] 为解决上述第四个技术问题，烧结无机多孔过滤元件包括由烧结无机材料构成的 过滤元件本体，过滤元件本体的表面为过滤面，其中，所述过滤面为抛光面，该抛光面的表 面粗糙度为Ra3. 2?25 μ m。所述抛光面可有效防止气体过滤时在该抛光面上集结灰尘。 该抛光面的表面粗糙度不宜小于Ra3. 2 μ m(由于此过滤面具有一定的过滤精度要求，因此 相较上述载体的第一抛光面提高了表面粗糙度的上限要求），否则过滤面的渗透阻力很大； 所述抛光面的表面粗糙度不宜大于Ra25 μ m，否则在防止抛光面上集结灰尘的作用不明显。
[0021] 上述烧结无机多孔过滤元件中，所述抛光面的表面粗糙度进一步优选为Ra6. 3? 12. 5 μ m。此时的防灰尘集结效果优良，且过滤面的和过滤精度和渗透性均比较理想。另外， 所述过滤元件本体具体由烧结金属多孔材料或烧结陶瓷多孔材料构成。
[0022] 上述烧结无机多孔过滤元件中过滤元件本体一般为管状，其过滤面位于该过滤元 件本体的外管面。当然，过滤元件也可能是片状或其他形状；从过滤方向上看，过滤面也可 能位于过滤元件内侧（即待过滤物从过滤元件的内部向其外部过滤）。
[0023] 为便于对上述管状烧结无机多孔过滤元件的外管面进行抛光，专门设计了一种抛 光设备，包括：无心外圆抛光机构，该无心外圆抛光机构包括抛光轮、导轮和托板；外集尘 箱体，无心外圆抛光机构放置于该外集尘箱体中，外集尘箱体上开有与托板入口侧相对应 的进料口和与托板出口侧相对应的出料口；以及吸尘装置，吸尘装置通过吸尘管道与外集 尘箱体连接。该抛光设备不仅可实现快速抛光，而且能够防止灰尘扩散，防止厂房内环境污 染。
[0024] 为解决上述第五个技术问题，非对称烧结无机多孔过滤元件的制备工艺，所述非 对称烧结无机多孔过滤元件包括由较大孔径的烧结金属多孔材料或烧结陶瓷多孔材料构 成的载体以及附着于所述载体上并由较小孔径的烧结金属多孔材料或烧结陶瓷多孔材料 构成的膜层，其步骤包括：1)制备载体粉料，然后用载体粉料压制成一定形状的预压成型 坯；2)制备膜粉，将膜粉加入分散剂溶液中制得膜液；3)将所述膜液附着于预压成型坯的 表面，适当干燥后对附着膜液的预压成型坯进行烧结，使烧结后的预成型压坯形成载体，膜 液形成膜层。上述工艺不是在预先烧结制得载体的基础之上再进行覆膜和二次烧结后得到 膜层，而是直接在预压成型坯上覆膜并烧结后同时得到载体和膜层，因此烧结次数由原来 的两次减少到一次，大大降低了能耗成本、人工成本和设备折旧费等生产成本，且缩短了非 对称烧结无机多孔过滤元件的制备周期，提高了生产效率。
[0025] 由于膜层较薄等原因，其理想的烧结时间应比载体的烧结时间短。因此，当采用 上述新工艺后，由于为一次烧结，膜层的烧结时间与载体的烧结时间相同，这时，若按膜层 的烧结时间进行烧结就会容易导致载体烧结不充分，影响过滤元件的强度等性能，而若按 载体的烧结时间进行烧结就会容易导致膜层过烧，以至膜层致密化，极大降低膜层的孔径， 从而影响过滤性能。为解决此矛盾，建议对粉料的粒度进行改进并按载体的烧结时间进 行烧结。具体而言，载体粉料的粒度选择为-50目?+400目，膜粉的粒度选择为（1.5? 3) X (-400目?15 μ m)，按载体的烧结时间进行烧结后，所述载体的平均孔径为20 μ m? ΙΟΟμ--，膜层的平均孔径为IOym?30μπι，适合进行气体过滤；载体粉料的粒度选择 为-200目?+400目，膜粉的粒度选择为（1. 5?3) X (3 μ m?15 μ m)，按载体的烧结时间 进行烧结后，当所述载体的平均孔径为10 μ m?20 μ m，膜层的平均孔径为1 μ m?8 μ m，适 合进行液体过滤。通过上述改进，即使按载体的烧结时间进行烧结，也能够保膜层过滤性 能。
[0026] 作为对上述非对称烧结无机多孔过滤元件制备工艺的进一步改进，制备载体粉 料时对载体粉料中的基础原料粉使用形状、大小不同的第一粉体和第二粉体，所述第一粉 体相比第二粉体粒度较小且成型时的压制性更好，并且第一粉体占该基础原料粉总质量的 10?90%。由于第一粉体具有压制性较好，烧结后孔径较小的特点（因第一粉体粒度较 小），而第二粉体具有烧结后孔径较大的特点（因第二粉体粒度较大），将上述第一粉体与 第二粉体充分混合后，第一粉体可填充在第二粉体之间形成的空隙中，一方面起到控制载 体孔径的作用（可根据需要的孔径调整第一粉体的比例，例如30^^50^^70%),-方面改 善混合粉料的压制性，降低压力成型时成型体裂损几率，另外，第一粉体粒度较小可增加基 础原料粉的整体活性，从而降低烧结温度，促进粉末烧结过程中晶粒的流动和发育，且由于 载体烧结温度的下降也进一步防止了膜层的烧结致密化问题。上述对载体粉料中的基础原 料粉使用形状、大小不同的第一粉体和第二粉体的技术手段也可在本实用新型的其他过滤 元件的制备过程中采用。
[0027] 作为对上述非对称烧结无机多孔过滤元件制备工艺的一种优选具体方式为：所述 第一粉体为长条状，所述第二粉体为球状或类球状，所述第一粉体与第二粉体的粒度之比 为I: (1. 2?5)。其中长条状的第一粉体即具有成型时压制性更好的特点，而球状或类球状 的第二粉体的堆积空隙较大，烧结孔隙率更高；将第一粉体与第二粉体的粒度之比设定为 I: (1. 2?5)，可更好的确保混合粉料的压制性和孔径控制的准确性。其中第一粉体与第二 粉体的粒度之比进一步优选为1: (2?4)。此外，第一粉体可采用电解粉（电解粉的形状即 为长条状），第二粉体可采用雾化粉（雾化粉的形状即为球状或类球状）。当然，长条状的 第一粉体并非只能采用电解方式获取，通过其他的粉体制备技术（如氧化还原法）也可获 得长条状的第一粉体；球状或类球状的第二粉体并非只能采用雾化方式获取，通过其他已 知的粉体制备技术也可获得第二粉体。
[0028] 进一步的，上述方法还包括步骤5)对所述膜层的表面进行抛光以形成抛光面，所 述抛光面的表面粗糙度为RaO. 8?12. 5 μ m。对膜层表面进行抛光形成抛光面，既对膜层厚 度进行了控制，同时还可有效防止气体过滤时在该抛光面上集结灰尘。所述抛光面的表面 粗糙度不宜小于RaO. 8 μ m，否则会增大抛光难度，也会大大增加膜层的渗透阻力；所述抛 光面的表面粗糙度不宜小于Ral2. 5 μ m，否则就会降低防灰尘集结效果。
[0029] 所述抛光面的表面粗糙度优选为RaL 6?12. 5 μ m。此外，该抛光面的表面粗糙度 还可进一步优选为Ra3. 2?6. 3 μ m。将抛光面的表面粗糙度设计为Ra3. 2?6. 3 μ m，不仅 易于加工、防灰尘集结效果优良，且膜层渗透性也十分理想。
[0030] 所述载体与膜层最好由同种类具有亲和性的烧结金属多孔材料或烧结陶瓷多孔 材料构成。例如当载体为烧结镍铝金属间化合物多孔材料时，膜层同为烧结镍铝金属间化 合物多孔材料或其他与载体具有亲和性的烧结镍基多孔材料。
[0031] 所述预压成型坯一般为管状，所述膜液附着于该预压成型坯的外管面。当然，预压 成型坯也可能是片状或其他形状；从过滤方向上看，膜液也可能附着于预压成型坯内侧。
[0032] 下面结合附图和【具体实施方式】对本实用新型做进一步说明。本实用新型附加的方 面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本实用新 型的实践了解到。
【专利附图】
【附图说明】
[0033] 图1为本实用新型的一种非对称烧结无机多孔过滤元件的结构示意图。
[0034] 图2为图1中A处的局部放大图。
[0035] 图3为本实用新型的一种烧结无机多孔过滤元件的结构示意图。
[0036] 图4为本实用新型所使用的专用抛光设备的结构示意图。
[0037] 图5为本实用新型在制备过滤元件的过程中所使用的一种专用工装的结构示意 图。
【具体实施方式】
[0038] 下面通过两组实验例对本实用新型的上述过滤元件以及过滤元件的制备工艺进 行具体说明。通过这些说明，本领域技术人员能够清楚认识到本实用新型的过滤元件及过 滤元件的制备工艺所具有的突出特点。以下涉及的实验编号与对应"试样"的编号一致。
[0039] 〈第一组试验例〉
[0040] 制备用于气体过滤的管状非对称烧结铁铝金属间化合物多孔过滤元件。共包括4 组试验，编号分别为1 一 1、1 一 2、1 一 3、1 一 4和1 一 5。其中每组试验又包括5个相同的 子试验，子试验编号（子编号）方式是"组编号+所在组中的具体序号"，例如1 一 1组中第 3个子试验，编号即为1 一 1 一 3。第一组试验例中各个试验的原料成分、含量（以质量百 分比计）及原料的粉末粒度（但粒度小于400目时用"μ m"计）见表1。
[0041] 表1--第一组试验例中各试验的原料成分、含量及原料的粉末粒度
[0042]
【权利要求】
1. 烧结无机多孔过滤元件，包括由烧结无机材料构成的过滤元件本体（200)，过滤元 件本体（200)的表面为过滤面（210)，其特征在于：所述过滤面（210)为抛光面，该抛光面 的表面粗糙度为Ra3. 2?25 ii m。
2. 如权利要求1所述的烧结无机多孔过滤元件，其特征在于：所述抛光面的表面粗糙 度为 Ra6. 3 ?12. 5 u m。
3. 如权利要求1所述的烧结无机多孔过滤元件，其特征在于：所述过滤元件本体（200) 由烧结金属多孔材料或烧结陶瓷多孔材料构成。
4. 如权利要求1所述的烧结无机多孔过滤元件，其特征在于：所述过滤元件本体（200) 为管状，其过滤面（210)位于该过滤元件本体（200)的外管面。
5. 制造权利要求4所述的烧结无机多孔过滤元件的专用抛光设备，其特征在于，包括： 无心外圆抛光机构（310)，所述无心外圆抛光机构（310)包括抛光轮（311)、导轮（312)和 托板（313);外集尘箱体（320)，所述无心外圆抛光机构（310)放置于该外集尘箱体（320) 中，外集尘箱体（320)上开有与托板（313)入口侧相对应的进料口和与托板（313)出口侧 相对应的出料口；以及吸尘装置（330)，所述吸尘装置（330)通过吸尘管道（331)与外集尘 箱体（320)连接。
【文档编号】B01D39/20GK204208381SQ201420574309
【公开日】2015年3月18日 申请日期:2014年9月30日 优先权日:2014年9月30日
【发明者】高麟, 汪涛, 刘洪武, 刘春桥, 曾伍祥 申请人:成都易态科技有限公司