这种类型的膜布置通常用于从流体混合物中可选择的分离流体(液体，气体)，特别是从气体混合物中可选择的分离气体，特别是从包含氢气的气体混合物(例如水蒸气重整的天然气)中分离氢气。本文的属于流体指代液体，气体，或者液体和气体的混合物。已知，能够利用仅对于特别原子或分子(例如h2)可选择的渗透的特别材料的性质，将特别材料作为薄片(“膜”使用)，例如，作为支撑件上的层或作为自立膜，用于细分来自要分离的流体(特别是气体)的流体空间(特别是气体空间)的流体混合物的流体空间(特别是气体空间)。例如，如果具有特别的要分离的气体的分压(例如具有特别的h2分压)的气体混合物被供应至膜的一侧，要分离的气体的原子/分子尝试通过膜以到达膜的另一侧直到两侧的要分离的气体的分压相同。膜区域能够将要分离的气体的特定气体流量指定为所谓的性能参数。通常真实的是，至少在金属膜的情况下，膜越薄，操作温度越高，分离的气体(例如h2)的特定气体流量就越高。当要分离的是液体时，应用大致相似的要求。为此原因，需要使用非常薄的膜，以便在理想的空气流量下保持设备尽可能的小，并因此减小设备的成本。由于在几个μm(微米)的区域中的薄膜具有极小的形状稳定性和刚度，薄膜经常被配置为多孔的、流体可渗透的(特别是气体可渗透的)、管状的或平坦的支撑衬底上的层，这保证了流体供应至膜和/或远离膜的流体传输(特别是气体传输)并且提供了用于膜应用的平面表面。与陶瓷材料相比，用于支撑衬底的金属材料具有低生产成本并且相对简单的(例如通过焊接或钎焊)接合至金属连接部，所述金属连接部至少在表面上是流体密封的(特别是气密)。这样，膜布置能够经由连接部集成至模块(具有多个膜布置的类型)或者更通常集成至其中进行流体分离的设备。在支撑衬底和膜之间具有陶瓷的、流体可渗透的(特别是气体可渗透的)、多孔的第一中间层，所述第一中间层用于避免扩散效应，并且在多种情况下，还用于实现从技术支撑衬底至膜的孔尺寸的逐步减小。
从多孔的支撑衬底经由粘接至不可渗透的连接部的金属表面的过渡在上述层的应用中存在很大的挑战。在该过渡区域中，需要保证两个流体空间(特别是气体空间)的流体密封(特别是气密)分离，除了要分离的流体(特别是气体)，至少在流体混合物(特别是气体混合物)中没有另外流体(特别是气体)。然而，由于多种材料过渡和不时持续发生层的剥落，该过渡区域具有机械弱点。
专利us8,753,433b2中描述了一种用于生产该不可渗透的过渡区域的变型例。在此，膜从支撑衬底伸出至连接部之上并且在连接部上直接结束。设置在支撑衬底和膜之间的中间层延伸至支撑衬底和连接部之间的接合区域之上，但是在膜之前，在连接部的方向上的延伸结束。如专利jp2014-046229a中所述，膜布置中的不可渗透层在过渡区域中在多孔的，陶瓷支撑衬底和气密的、陶瓷连接部上延伸，并且在结束之前，膜在连接部上延伸。
本发明的目的在于提供一种上述类型的膜布置和一种用于生产这种膜布置的方法，其中在长时期的使用中，支撑衬底和连接部之间的过渡区域中的层结构在其区域上接合至相应衬底。
本发明的目的由权利要求1中的膜布置和权利要求19中的用于声场膜布置的方法获得。本发明的有利改进在从属权利要求中表示。
根据本发明，提供一种用于从流体混合物中渗透分离流体的膜布置，特别是从气体混合物中渗透分离气体(例如从包含h2的气体混合物中分离h2)(流体分离膜布置，特别是气体分离膜布置)。所述膜布置包括多孔的、流体可渗透的(特别是气体可渗透的)、金属支撑衬底；可渗透的膜(流体分离膜，特别是气体分离膜)，所述可渗透的膜位于支撑衬底上并且可选择的使要分离的流体(特别是气体)渗透；连接部，所述连接部至少构成在流体密封(特别是气密)的表面上；金属材料，其中支撑衬底沿金属材料的外围部分粘接至连接部；以及还包括陶瓷的、流体可渗透的(特别是气体可渗透的)、多孔的第一中间层，所述第一中间层位于支撑衬底和膜之间。至少一个陶瓷接合层至少沿直接位于连接部和粘接部上的粘接部的总接合长度的子段设置，并且至少在粘接部和连接部的接合部分上延伸。第一中间层在接合层上或者在接合层结束，并且第一中间层的平均孔尺寸大于接合层。通过多个层之间通常形成的界面和不同孔尺寸，多个层在抛光横截面的电子显微图中彼此区分，这在以分层方式烧结的层的情况中特别显著。如果参考本说明书和权利要求中的“直接”连续层/部件，则不包括存在于直接连续层/部件之间的层/部件。另一方面，如果不使用附加的“直接”，只要技术上可行，可能包括设置在层/部件之间的另外的层/部件。在表示范围时，包括在每个情况中的表示的限定值。本文中的术语“流体”指代液体，气体或液体和气体的混合物。如果参考相应的“流体密封”或“流体可渗透”性质，根据优选改进，在每个情况中，“气密”或“气体可渗透”性质并不是每次都明确提及。
膜布置结构与多个根据单个部件的功能解释如下的优点相关。术语膜指代可选择的渗透特定类型流体，特别是气体类型(特别是h2)的材料的薄片。根据要分离的流体，特别是气体(例如h2)，选择(材料)的膜。存在于相应流体混合物(特别是气体混合物)中的另外流体(特别是气体)还可以可选择的考虑在膜布置的部件的材料的设计和选择中，例如当部件需要对于流体混合物(特别是气体混合物)中的全部这些流体(特别是气体)制造为流体密封时。膜在原理上被配置为自立膜或(至少一个)支撑衬底上的层。从非常高的性能参数来看，通常平面支撑衬底用于本发明的膜布置中的膜，以便在制成衬底上提供作为薄层的膜。由于支撑衬底用于膜的一侧(在管状结构的情况下，优选在膜的内侧上)，支撑衬底必须是多孔的、流体可渗透的，从而保证流体供应至膜或者流体远离膜传输。具有两种常用的用于支撑衬底的基本形状并因此还用于膜应用，即平坦的基本形状和冠状的基本形状，对于冠状的或管型的基本形状的关注正在增加。金属和陶瓷材料都可用于支撑衬底，本文中的金属支撑衬底相对于陶瓷支撑衬底具有生产较便宜，易于在过渡区域密封至连接部以及相对简单的连接至连接部(例如通过焊接工艺)的优点。特别是通过包括成型和金属起始粉末的烧结步骤的粉末冶金生产工艺，进行多孔的、流体可渗透的、金属支撑衬底的生产，因此获得具有典型用于粉末冶金生产的微结构的多孔支撑衬底。这种微结构由可辨识的金属粉末的各个粒子区分，根据烧结程度，这些各个粒子通过或多或少强烈显著的烧结颈接合(例如从抛光部分的电子显微图中可辨识)。然而，多孔的、流体可渗透的、金属制成衬底，特别是由粉末冶金生产的这种类型的支撑衬底，具有相对大的孔尺寸(有时到50μm)，这使得与典型仅具有几个微米厚度(气体分离膜的厚度特别是5-15μm范围)的膜的密封更加困难。适于支撑衬底的材料特别是基于铁(fe)(包含至少50％重量的铁，特别是至少70％重量的铁)的合金，所述基于铁的合金包含高比例的铬(铬：cr)(例如至少16％重量的cr)，还能够加入其他添加物，例如氧化钇(y2o3)(以增加抗氧化性)，钛(ti)和钼(mo)，这些添加物的总比例预选小于3％重量(例如由planseese制定为itm的材料包含71.2％重量的fe，26％重量的cr和总共小于3％重量的ti，y2o3和mo)。此外，金属支撑衬底和膜(用于h2的隔离通常是金属)之间的互相扩散效应在高操作温度(典型的气体分离中的操作温度在450-900℃的范围)时发生，这将导致膜的随着时间退化或破坏。为了避免这些缺点，至少一个陶瓷的、流体可渗透的、多孔的中间层(例如由8ysz组成，即用8mol％的氧化钇(y2o3)完全稳定的氧化锆)插入支撑衬底和膜之间。这种中间层抑制了支撑衬底和膜之间的互相扩散效应。此外，孔尺寸能够通过这种中间层，还可选分步(特别通过应用多个中间层，即通过“渐变层结构”)减小至几个μm，特别是0.03-0.50μm的适于气体分离的平均孔尺寸。第一中间层(和可选其他中间层)和膜优选在支撑衬底用于流体分离(特别是气体分离)的整个区域上延伸。在管状结构中，这对应于支撑衬底的圆柱形外表面(或可选为圆柱形内表面)，至少一个轴向外围区域可选能够设置有凹进(例如用于连接部件的接合或密封端)。在层结构的区域中，通过膜形成密封(除了对于要分离的流体的渗透性)。为了完全流体密封供应或释放工艺流体(特别是工艺气体)，层结构必须接合至适当的设备(例如，反应器)的连接导管。为了层结构与连接导管的完全流体密封连接，在本情况中使用的由流体密封的金属材料组成的至少在表面上的连接部直接接合支撑衬底。连接部还能够执行其他功能，例如结合或分离朵儿连接导管。为此目的，适当功能化的部分能够模制在连接部上和/或接合至连接部。支撑衬底沿连接部的外围部分粘接(例如通过焊接接合)至连接部。连接部的流体密封的金属区域优选设置在与接合支撑衬底上的膜的相同侧上。在管状的基本形状的情况中，特别设置在外侧。特别的，连接部是固态金属部件。在管状结构中，至少在接合支撑衬底的区域中的连接部也是管状的并且粘接部围绕接合部件的总圆周延伸。
除了要被分离的流体，连接部和支撑衬底之间的过渡区域应当至少对于流体混合物中存在的另外流体或气体(以下：“另外流体”特别是“另外气体”)制造为流体密封(特别是气密)的。为此目的，特别是对于膜自身是可能的，但是作为可替换的方式，层对于流体混合物的另外或全部流体是流体密封的，并且接合膜或与膜重叠以在连接部上延伸，以便随后在连接部上以流体密封的方式(对于流体混合物的另外或全部流体)结束。然而，为了抑制互相扩散效应且减小孔隙率，第一中间层还应当在连接部的方向上至少延伸至多孔的支撑衬底的端部，优选直到连接部的接合区域。
本发明基于过渡区域中发生的层的剥落和导致膜布置失效的识别，膜布置的失效归于以下原因：第一中间层和流体密封的金属材料的连接部(特别是由金属固体材料(例如钢)制成)之间存在不满意的粘接。这也出现在粘接的区域，这形成不稳定的过渡并且特别是在焊接缝的，不平坦的情况。此外，用于连接部、支撑衬底和陶瓷中间层的材料的不同热膨胀系数导致层结构中的应力，特别是在层结构的烧结期间或者在之后的膜布置的使用期间。如果由于剥落的发生在第一中间层中形成龟裂，这些龟裂传播穿过层结构的另外层并导致膜布置的失效。为了增加第一中间层在问题过渡区域中的粘接，至少一个(特别精准的是一个)陶瓷接合层至少沿粘接部的总接合长度的子段(优选在整个接合长度上)直接应用至连接部和粘接部。基于垂直于连接部的方向，在管状结构的情况中对应于轴向方向，接合层至少在粘接部和连接部的接合部分之上延伸。接合层的平均孔尺寸小于第一中间层，所述第一中间层在接合层上结束。以此，第一中间层与粘接部和连接部的问题区域的直接接触被减小，甚至优选被消除。由于接合层直接应用至连接部和粘接部，在第一中间层之下或直接在第一中间层的旁边，获得了显著更好的粘接(由于低孔隙率)。这种接合层形式的中间层还减小了由不同热膨胀系数导致的应力。特别是在陶瓷接合层烧结的情况下，接合层的相对精细的陶瓷颗粒和下方金属表面之间形成的烧结颈显著多于金属表面和第一中间层之间的情况。因此，改进了接合层至金属表面的粘接。由于两个陶瓷材料彼此相对良好的粘接，特别是彼此能够良好的烧结，第一中间层的应用是没有问题的并且类似导致良好的粘接。在生产过程中的烧结期间和之后的使用，能够避免剥落的发生。第一中间层优选在连接部的方向上延伸至支撑衬底的端部，可选的还延伸至连接部的接合区域之上，以便给之后的层提供良好的衬底，特别是当之后的层具有比第一中间层和衬底主体的材料更精细颗粒结构时，之后的层可选的渗入支撑衬底的材料。第一中间层在接合层上结束，即使得，在垂直于层表面的方向上(在管状的基本形状的情况下对应于径向方向)，在接合层和第一中间层之间形成了重叠区域(附图1，附图3)。然而，由于第一中间层在接合层上的轴向方向并未伸出，或者第一中间层仅伸出非常小的程度只要直接接合接合层(附图2)，原理上可能不形成重叠区域，或者仅形成非常小的重叠区域。
在一个实施例中，接合层的平均孔尺寸偏离第一中间层的平均孔尺寸至少0.10μm，特别是至少0.15μm，优选甚至至少0.20μm。接合层的显著更精细颗粒结构导致促进接合层特别良好的粘接至连接部。
在一个实施例中，接合层是烧结的陶瓷层。陶瓷烧结层显示了典型地微结构，其中可能根据烧结的程度，辨识通过或多或少强烈显著的烧结颈(在本陶瓷烧结层的情况中，烧结颈还仅能够是非常微弱显著的)彼此结合的各个陶瓷颗粒。例如，典型地微结构在抛光部分的电子显微图中是可辨识的。由于小的颗粒尺寸和孔尺寸，在烧结操作期间，多个烧结颈类似的从接合层至下方金属表面形成，因此层之间的粘接得到了改进。特别的优点在于粘接部和接合连接部的区域易于剥落。在一个实施例中，第一中间层和可选设置的另外中间层是烧结陶瓷层。各个陶瓷层，特别是接合层和至少一个中间层优选每个通过湿化学工艺(例如网印，湿粉末涂覆，渗涂等)应用，特别是在管状的基本形状的情况中渗涂和以分层形式烧结。例如，能够通过各个层之间的界面比坯态中原始存在的全部层的共烧结情况更显著，来在烧结层结构的抛光部分的电子显微图中辨识分层烧结，因为在共烧结生产路径中，层之间的界面由于扩散效应变得更模糊。
在一个实施例中，接合层从粘接部直接在支撑衬底上延伸至支撑衬底接合粘接部的部分上。如果接合层从粘接部延伸至两侧，即延伸至连接部的侧部和支撑衬底的侧部，在两侧方向上的粘接部的区域中的不稳定性由产生的大体连续的过渡补偿，并且对于第一中间层设置有均匀的衬底。因此，改进了层结构的粘接且减小了龟裂形成的风险。
在一个实施例中，接合层在连接部方向上和/或支撑衬底的方向上(在每个情况中)从粘接部延伸0.2-3.0cm的长度。这种长度(在管状或管型结构的情况中在轴向上移动的长度)在连接部的方向上从粘接部(通常粘接部在一定接合长度上延伸，区域在附图1-3中由“d”表示)方向的接合端测量，以及在支撑衬底的方向上从在该方向接合的连接部的端部测量。特别地，在每个情况中，这种长度在0.2-2.0cm范围中，甚至更优选在0.3-1.0cm范围中。从首先获得层之间的良好粘接并其次获得流体分离(特别是气体分离)的有效空间的非常高效的利用来看，选择另外的范围和窄的范围。
在一个实施例中，接合层的厚度在1-50μm范围。特别地，层厚度在2-20μm范围，甚至优选在3-10μm范围。在另外的范围和特别较窄的范围中，首先获得层至下方部件的良好粘接和设置用于第一中间层的良好衬底，以及其次没有通过应用接合层引入过大的不平整。应当注意的是，层厚度，特别是粘接部区域中的厚度能够变化(例如在焊接缝区域中，例如能够更厚)。此外，层能够在外围区域和端部的方向上变得更薄并且还可以渗入支撑衬底的区域。因此选择在连接部的方向上从粘接部的端部1mm的距离作为层厚度的参考(即在附图1-3的每个情况中从由连接部的方向上的“d”表示的区域移动1mm)。从连接部方向上的距离，接合层优选具有大致恒定的层厚度直到随后朝向其端部变得更薄。通常，在每个情况中都涉及可使用状态中的给定层厚度的值，孔尺寸的值和颗粒尺寸的值这些参数，即在要被烧结的层至烧结状态的情况。
在一个实施例中，接合层是多孔的且流体可渗透的，特别是气体可渗透的。因此，在接合层区域中，使得可能通过接合层将流体传输，特别是气体传输至膜或从膜传输。接合层的孔隙率优选是至少20％，但由于小的层厚度和各个陶瓷颗粒的一般角形状，确定的孔隙率要经受相对大的测量误差。然而，多孔的且流体可渗透的接合层并不是绝对需要的。特别地，在以下解释的实施例中能够具有平均孔长度为0μm的小孔。在一个实施例中，接合层的平均孔尺寸在0-0.50μm范围，特别是在0.01-0.30μm范围，甚至更优选在0.03-0.25μm范围。特别地，接合层的孔尺寸分布在0.01-10.00μm区域。在一个实施例中，接合层具有0.01-1.00μm范围的平均离子尺寸，特别是在0.01-0.75μm范围，甚至更优选在0.03-0.50μm范围。特别地，接合层的粒子尺寸分布在0.01-25.00μm范围。选择平均孔和粒子尺寸的另外的范围和相应尺寸分布并且特别是较窄的范围，从而首先获得接合层至衬底的良好粘接以及其次产生至第一中间层的良好过渡(在第一中间层上结束)，并且具有更大的平均孔尺寸和可选的更大的平均粒子尺寸。根据一个实施例中，第一中间层的层厚度在5-120μm范围，特别是在10-100μm范围，甚至更优选的是在20-80μm范围。表示第一中间层和下述第二中间层的层厚度与具有大体恒定层厚度的支撑衬底区域相关，然而由于不平整，在过渡区域中连接部会发生层厚度的波动。
各个孔的孔尺寸和孔长度由以下确定：在抛光部分中测量相应孔的面积并随后确定了等效直径(在具有相同面积的圆形的情况下获得)。相应确定了粒子尺寸。为了确定孔尺寸和粒子尺寸，产生垂直于要测量的层的通过膜布置的截面，以及在扫描电子显微镜(sem)测量适当准备的抛光部分。通过sem-bse图像(bse：反向散射电子)的灰度的不同阴影的阈值来进行分析。在此，设置sem-bsc图像的亮度和对比度使得孔和粒子易于辨识以及在图像中彼此区分。通过区分孔和粒子的作为灰度阴影函数的滑块控制来选择合适的灰度阴影值作为阈值。为了确定平均孔尺寸，对在抛光部分中预先选择的相关层的相应区域中的全部粒子的孔尺寸进行测量，随后形成平均值。对于每个情况中的要测量的各个粒子，粒子的几何轮廓是决定因素而不是可能接合形成粒子的多个颗粒的颗粒边界，并且每个颗粒具有不同的晶向。仅位于所选择的区域中的孔或粒子包括在评估内。通过确定孔位于所选择区域中的部分的面积相对于所选择区域的总面积(包括孔仅部分位于所选择区域中的部分的面积)来在抛光部分(sem-bsc图像)中确定层的孔隙率。在本情况中，使用具有分析模块的“partikel分析”的程序形象图像访问(programimagicimageaccess)(版本：11发行12.1)。
在一个实施例中，第一中间层具有小于支撑衬底的平均孔尺寸。根据一个实施例，第一中间层具有的平均孔尺寸在0.20-2.00μm范围，特别是在0.31-1.20μm范围，甚至优选在0.31-0.80μm范围。特别地，第一中间层的孔尺寸分布在0.01-25.0μm范围。在一个实施例中，第一中间层具有的凭据粒子尺寸在0.70-3.50μm范围，特别是在0.76-2.50μm范围，甚至优选在0.80-1.80μm范围。特别地，第一中间层的粒子尺寸分布在0.01-100.00μm范围。第一中间层的孔隙率优选是至少20％，但由于小的层厚度和各个陶瓷粒子的一般角形状，确定的孔隙率要经受相对大的测量误差。由于上述特征，在特征本身或其结合的每个情况中，获得平均孔尺寸从支撑衬底至膜的逐步减小。
在一个实施例中，陶瓷的、流体可渗透的(特别是气体可渗透的)、多孔的第二中间层在第一中间层和膜之间延伸，所述第二中间层具有比第一中间层小的平均孔尺寸。特别是在气体分离膜布置的情况中，设置第二中间层是有利的，然而在流体分离的情况中，第二中间层在多数情况中是能够忽略的。在一个实施例中，第二中间层具有的平均孔尺寸在0.03-0.50μm范围，特别是在0.03-0.30μm范围，甚至更优选的是0.03-0.25μm范围。在一个实施例中，第二中间层具有的平均粒子尺寸在0.01-1.00μm范围，特别是在0.01-0.75μm范围，甚至更优选的是在0.03-0.50μm范围。对于粒子尺寸分布和孔尺寸分布，用于辨识接合层的范围是优选的。根据一个实施例，第二中间层的层厚度在5-75μm范围，特别是5-50μm范围，更优选的是在10-25μm范围。设置具有减小的孔尺寸并且优选的是减小的粒子尺寸的第二中间层给膜的应用提供了充分平滑的表面，且类似的提供了扩散阻挡层。优选的是与接合层相同的起始材料和相同的烧结步骤用于第二中间层，使得组合物和微结构与接合层相同。在一个实施例中，第二中间层在连接部方向在第一中间层上延伸。特别地，第二中间层在接合层或可替换的在连接部上结束，第二中间层由于类似性质像接合层一样良好粘接至连接层。以此，设置用于膜应用的充分平滑的表面直接通过至连接部。在一个实施例中，膜在连接部方向在接合层和至少一个中间层上延伸并超过接合层和至少一个中间层，以及直接在连接部上结束。以此，在过渡区域中获得至少对于流体混合物中的另外的流体(特别是气体混合物中的另外的气体)是流体密封的布置。通常，第二中间层能够直接接合膜。然而，可替换的，一个或多个另外的陶瓷的、流体可渗透的(特别是气体可渗透的)、多孔的中间层能够设置在第二中间层和膜之间，其中这些另外的中间层的平均孔尺寸于是优选从第二中间层至膜进一步减小。
在一个实施例中，接合层和至少一个中间层的材料从以下材料组成的组中选择：
a.用氧化钇(y2o3)稳定的氧化锆(zro2)，
b.用氧化钙(cao)稳定的氧化锆(zro2)，
c.用氧化镁(mgo)稳定的氧化锆(zro2)，
d.氧化铝(al2o3)。
优选的是用氧化钇稳定的氧化锆(出于简要为ysz)，特别是用8mol％的氧化钇(y2o3)完全稳定的氧化锆(出于简要为8ysz)。在一个实施例中，接合层和至少一个中间层由一个和相同材料(或组合物)制成。以此，获得类似的热膨胀系数并且使得便宜的生产变得可能。ysz，特别是8ysz是优选的。然而，各个层，特别是一方面接合层和第二中间层以及另一方面第一中间层能够在其微结构方面不同的，例如在于平均孔尺寸，平均粒子尺寸和孔隙率是不同的。能够使用部分稳定的氧化锆(例如当应用y2o3作为稳定剂时通常增加3mol％的氧化钇)而不是完全稳定的氧化钇(例如当应用y2o3作为稳定剂时通常增加8mol％的氧化钇)。用于氧化钇的另外的可能的稳定剂是氧化铈(ceo2)，氧化钪(sco3)或氧化镱(ybo3)。
在一个实施例中，支撑衬底和连接部的每个是管形或管状的。沿轴向的截面优选是具有恒定直径的圆形。然而，可替换的，还能够提供不同的闭合截面，例如椭圆截面，或沿轴向变宽的截面。粘接部原理上能够由连接部和支撑衬底的整体结构经由钎焊接合和焊接合形成。在一个实施例中，在管状的基本形状优选围绕相应管状外围部分的这个圆周延伸的情况中，粘接部优选通过焊接合形成。焊接合能够便宜且可靠的生产。由于支撑衬底的孔隙率，凹陷通常形成在焊接合的区域中。
在隔离氢气的情况中，对于氢气具有一定渗透性但对于其他原子/分子形成阻挡的纯金属原理上完全适合用于膜的材料。从避免形成将损害可选择的渗透性的氧化层来看，优选使用贵金属，特别是钯，包含钯的合金(特别是超过50％重量的钯)，例如钯-钒合金，钯-金合金，钯-银合金，钯-铜合金，钯-钌合金，或其他用于隔离氢气(h2)的包含钯的组合物膜，例如具有钯，钒，钯的层序列。在一个实施例中，因此，膜由钯或基于钯的金属材料(例如合金，组合物等)制成。这种膜的pd含量，特别是，按至少50％重量，优选至少80％重量计算。还优选的是，接合层和/或至少一个中间层由用氧化钇(y2o3)稳定的氧化锆(zro2)制成，特别是8ysz。还优选的是，支撑衬底和连接部的每个由基于铁的材料制成。多个部件中的这些特征的每个是有利的，并且其结合显示出了特别有利的效果。
本发明进一步提供一种生产用于从流体混合物中渗透分离流体的膜布置的方法，特别是从气体混合物中渗透分离气体，尤其是从包含h2的气体混合物中分离h2，所述膜布置包括多孔的、流体可渗透的(特别是气体可渗透的)、金属支撑衬底和连接部，所述集成衬底和连接部至少在流体密封(特别是气密)的金属材料上组成，其中支撑衬底沿其外围部分粘接至连接部。方法包括以下步骤：
a.将至少一个陶瓷接合层直接应用至粘接部，以及至少沿粘接部的总接合长度的子段直接应用至连接部的接合部分；
b.将至少一个陶瓷的、流体可渗透的(特别是气体可渗透的)、多孔的中间层逐渐应用至支撑衬底(和接合层的重叠区域)，其中直接应用至支撑衬底的中间层在接合层之上结束或在接合层处结束，并且中间层具有比接合层更大的平均孔尺寸，以及
将对于要分离的流体(特别是气体)可选择渗透的膜逐渐应用至至少一个中间层。
基本上，通过本发明的方法，能够获得在根据本发明的膜布置的情况中上述相同的优点。因此，上述实施例和变型例也能够根据本发明的方法实现并获得相应的优点。在接合层和至少一个中间层的情况中，本申请特别地包括通过湿化学工艺应用包含有机粘合剂和陶瓷粒子的层，并随后烧结该层，以及仅随后应用下一层(可选以相应方式)。
本发明的进一步优点和有效的方面能够通过参见附图对以下实施例的描述而获得。
附图示出了：
附图1：根据本发明的第一实施例的膜布置在轴向上的截面示图；
附图2：根据本发明的第二实施例的膜布置在轴向上的截面示图；
附图3：根据本发明的第三实施例的膜布置在轴向上的截面示图；
附图4：根据本发明的一个实施例的接合层的孔尺寸分布；
附图5：根据本发明的一个实施例的接合层的粒子尺寸分布；
附图6：根据本发明的一个实施例的第一中间层的孔尺寸分布；
附图7：根据本发明的一个实施例的第一中间层的粒子尺寸分布。
附图1-3示出了多个实施例，多个实施例在结构方面，在用于从气体混合物(例如包含ch4，h2o，co2，h2等蒸汽重整天然气)中渗透分离要分离的气体(例如h2)的膜布置方面上彼此不同，并且在每个情况中仅描述了从支撑衬底至连接部的过渡区域。在附图1中，管状的、多孔的、气体可渗透的、金属支撑衬底2(例如itm构成)沿其(圆形)外围部分3经由粘接部4接合至管状连接部6，在本情况中粘接部通过焊接合形成，连接部6的固态材料是由金属(例如钢)构成。粘接部4的焊接缝形成了圆周凹陷，所述凹陷在轴向在长度d上延伸。可选择渗透要分离的气体的膜8(例如pd构成)在支撑衬底的区域上延伸(除在支撑衬底2的远端(未示出)的可选的凹进的外围区域之外)。第一陶瓷、气体可渗透的、多孔中间层10(例如烧结的8ysz构成)和第二陶瓷、气体可渗透的、多孔中间层12(例如烧结的8ysz构成)在支撑衬底2和膜8之间延伸。在距粘接部4一定距离的区域，第一中间层10直接接合支撑衬底2并且具有比支撑衬底2小的平均孔尺寸。在该区域，第二中间层12直接接合第一中间层10并且第二中间层的另一侧直接接合膜8。第二中间层12具有比第一中间层10小的平均孔尺寸。在粘接部4的区域中，陶瓷接合层14(例如烧结的8ysz构成)直接位于连接部6和粘接部4上，陶瓷接合层至少在粘接部4和连接部6的接合部分上延伸，第一中间层10在接合层14上结束。在第一实施例中，接合层14在支撑衬底2的结合部分上从粘接部4延伸(由于示图的偏差，接合层已经渗入支撑衬底2的区域中孔)。在本情况中的接合层14是多孔的和气体可渗透的，并且在粘接部4(以及支撑衬底2和连接部6的接合区域)的整个(圆形)接合长度上延伸。第二中间层12在连接部6的方向延伸并超过第一中间层10，使得给膜8提供充分平滑的衬底。第二中间层12类似的在接合层14上结束，由于与第一中间层10相比减小的平均孔尺寸，第二中间层和接合层14也提供了用于膜8的充分平滑的表面。膜8在连接部6的方向在接合层14(以及两个中间层10和12)上延伸并超过，且在连接部6上结束，膜8与连接部6形成对要分离的气体(例如h2)气密的接合。
在以下描述的附图2和3所示的第二和第三实施例中，相同的附图标记用于相同部件。仅讨论与第一实施例的不同。在第二实施例(附图2)中，接合层14‘仅在粘接部4和连接部6的接合部分上(在粘接部4的整个接合长度上)延伸。至多到粘接部4的开始，第一中间层10因此直接在支撑衬底2上延伸，直到其相对良好的粘接。在第三实施例(附图3)中，连接部6“由多孔的、气体可渗透的基体材料制成，特别是与支撑衬底2相同的材料(例如itm)，并且连接部6仅在其外表面上具有气密表面区域16。例如，已经能够通过应用涂覆或密封组合物或通过连接部6“的多孔基体材料的表面熔融来生产气密表面区域16。此外，第三实施例与第一实施例的不同在于第二中间层12“在接合层14上延伸并超过，且在连接部6“上结束。
以下将描述根据本发明的膜布置的生产的实例。itm制成的多孔管的形式的，且具有6mm的外径，200mm的长度，大约40％的孔隙率和小于50μm的平均孔尺寸的支撑衬底在其轴向端韩介质管状连接部，管状连接部的固态材料是由钢构成的，且通过激光焊接具有相同外径。为了保证焊接过渡的均化，获得的部件在氢气气氛中经受1200℃的热处理。随后对焊接合区域中的表面进行喷砂以便获得更均匀的表面。接着，接合层应用至焊接合区域中。为此目的，生产适于湿化学涂覆工艺且源于两个具有不同粒子尺寸的8ysz粉末的悬架，特别是一种具有大约2μm的d80的粉末(和大约1μm的d50)和一种具有大约25nm(纳米)的粒子尺寸(晶粒尺寸)的非常精细的粉末，例如加入分散剂，溶剂(例如从merckkgaadarmstadt可获得的bca[2-(2-丁氧基乙氧基)乙酸]乙酯)和粘合剂来生产。接合层拉丝到焊接合部上且拉丝到支撑衬底的接合区域上以及围绕连接部拉丝。焊接缝位于围绕整个圆周延伸的接合层的中间，并且在每个情况中，层在连接部方向和支撑衬底方向从焊接缝的相应端延伸1cm的宽度。获得的部件随后在氢气气氛中经受1200℃的烧结，因此烧尽有机成分，放生陶瓷层的烧结并获得多孔的、烧结的、陶瓷接合层。附图4和5示出了以此方法生产的接合层的典型孔尺寸分布和粒子尺寸分布。特别地，从附图4(其中不再显示具有更大直径的几个孔)可以看出，孔尺寸分布在0.03至5.72μm范围(具有0.13μm的平均孔尺寸)；以及从附图5(其中不再显示具有更大直径的几个粒子)可以看出，粒子尺寸分布在0.03至18.87μm范围(具有0.24μm的平均粒子尺寸)。在下一步骤中，通过使用上述用于表示接合层类似应用的数据(除了整体粗糙的8ysz粉末)，再次生产用于第一中间层的8ysz粉末悬架，以及设置比在接合层情况中更粘性的悬架。特别地，具有大约2μm的d80(和大约1μm的d50)的8ysz粉末仅作为陶瓷粉末使用。通过渗涂，即通过将管状部件渗入悬架，应用第一中间层，并且第一中间层在接合层上结束。获得的部件随后在氢气气氛中经受1300℃的烧结，因此烧尽有机成分，放生陶瓷层的烧结并获得多孔的、烧结的、陶瓷第一中间层。附图6和7示出了以此方法生产的第一中间层层的典型孔尺寸分布和粒子尺寸分布。特别地，从附图6(其中不再显示具有更大直径的几个孔)可以看出，孔尺寸分布在0.08至12.87μm范围(具有0.55μm的平均孔尺寸)；以及从附图7(其中不再显示具有更大直径的几个粒子)可以看出，粒子尺寸分布在0.08至61.37μm范围(具有1.27μm的平均粒子尺寸)。对于随后应用的第二中间层，使用与用于接合层相同的悬架并通过渗涂应用。获得的部件随后在氢气气氛中经受1200℃的烧结，因此烧尽有机成分，发生陶瓷层的烧结并获得多孔的、烧结的、陶瓷第二中间层。随后通过溅射工艺应用pd膜。膜完全覆盖第二中间层并且接合层和第一中间层也位于其下方。最终，能够通过电化学工艺在溅射的pd层上应用另外的pd层，以便密封溅射的pd层并获得需要气密性。
本发明并不限制于附图中所示的实施例中。特别地，粘接部并不必须作为焊接合部实现。例如，粘接部还能够是钎焊接合部或使用粘合剂生产的接合部形式。此外，连接部和支撑衬底还能够具有一体或整体结构，粘接部形成气体可渗透支撑衬底和连接部之间的过渡，连接部至少在其表面上是气密的。例如，支撑衬底和连接部的一体结构在第三实施例(附图3)中将是可能的。此外，所述结构不仅适于分离h2还适于分离其他气体(例如co2，o2，等)。还可能使用可替换的膜，例如微孔的、陶瓷膜(al2o3，zro2，sio2，tio2，沸石等)或致密的、质子传导陶瓷(srceo3-δ，baceo3-δ等)。尤其能够使用碳、沸石等构成的纳米多孔膜，作为膜来进行液体的分离(例如从包含水的液体混合物中分离醇类，废水处理等)。