陶瓷膜的制作工艺 无机陶瓷膜工艺流程

摘要:陶瓷膜的制作工艺复杂且对精度要求高,需经过多个环节的严格控制,以确保膜的孔径分布、机械强度和分离性能达标。其核心流程可分为原材料准备、支撑体制备、膜层涂覆、烧结固化四大阶段。每个环节都需严格控制参数,以平衡膜的机械强度、孔隙率和分离性能。下面小编为大家详细介绍无机陶瓷膜工艺流程。

陶瓷膜的制作工艺流程

一、原材料准备

陶瓷膜的核心原料为无机陶瓷粉体(如氧化铝氧化锆二氧化钛等),需经过预处理以保证后续工艺稳定性:

1.粉体选择

根据膜的应用场景选择原料,例如水处理常用氧化铝(Al₂O₃)(成本低、稳定性好);耐强酸场景用二氧化钛(TiO₂) 或氧化锆(ZrO₂)(化学惰性更强)。

2.粉体处理

粉碎与筛分:通过球磨等方式将粉体细化至微米或纳米级(通常 1-10μm),并筛分去除大颗粒,保证粉体均匀性;

掺杂改性:添加少量烧结助剂(如氧化镁、氧化硅),降低烧结温度并抑制晶粒过度生长。

3.配料混合

将粉体与分散剂、粘结剂(如聚乙烯醇)、增塑剂(如邻苯二甲酸酯)及溶剂(如水、乙醇)混合,搅拌形成均匀的陶瓷浆料(固含量通常 30%-60%),确保浆料无团聚、流动性适中。

二、支撑体制备

支撑体是陶瓷膜的 “骨架”,需具备高强度和一定孔隙率(通常 30%-50%),为后续膜层提供支撑。常见工艺有:

1.成型

挤出成型:适用于管状、多通道支撑体(如常见的 19 通道、37 通道陶瓷膜),将陶瓷浆料通过模具挤出成管状坯体,保证尺寸均匀;

干压成型:适用于平板或圆盘状支撑体,通过模具加压(10-50MPa)使粉体压实成坯体;

注浆成型:适用于复杂形状支撑体,将浆料注入模具,待水分渗透后形成坯体。

2.干燥

将成型后的坯体在室温至 100℃下干燥,去除水分,避免后续烧结时因水分快速蒸发导致开裂。干燥速度需缓慢控制,通常采用梯度升温(如 20℃→40℃→60℃)。

三、分离层制备

支撑体仅提供结构支撑,需在其表面涂覆更细孔径的分离层(孔径通常 0.01-10μm)以实现高精度过滤。涂覆工艺根据膜层类型(微滤、超滤等)选择:

1.涂覆液制备:将更细的陶瓷粉体(如纳米级氧化锆)与溶剂、粘结剂混合,制成均匀的涂覆液(粘度需严格控制,确保涂覆均匀)。

2.涂覆方法

浸涂法:将支撑体(如管状)浸入涂覆液,通过控制提拉速度(0.1-10cm/s)控制膜层厚度(通常 1-10μm),适用于管状、多通道膜;

喷涂法:用喷枪将涂覆液均匀喷在支撑体表面,适用于平板膜或大尺寸部件;

刮涂法:用刮刀将涂覆液刮涂在支撑体表面,精度较高,适用于平板膜。

3.干燥

涂覆后的膜层需再次低温干燥(50-80℃),避免膜层开裂或与支撑体脱离。

四、烧结固化

烧结是陶瓷膜成型的关键步骤,通过高温处理使粉体颗粒烧结结合,形成具有稳定结构和性能的膜。

1.脱脂

在烧结前,将坯体缓慢升温至 300-600℃,去除浆料中的粘结剂、增塑剂等有机物(避免高温下快速分解导致膜层开裂)。

2.烧结

温度控制:根据原料选择烧结温度,如氧化铝膜通常在 1200-1600℃,氧化锆膜在 1400-1700℃;

保温时间:保温 1-5 小时,使颗粒充分扩散、融合,形成连续的多孔结构;

气氛控制:部分特殊原料(如钛酸锆)需在惰性气氛(氮气)中烧结,防止氧化。

3.冷却

烧结后缓慢降温(降温速率通常 < 5℃/min),避免因热应力导致膜层或支撑体开裂。

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