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陶瓷膜选择层的溶胶凝胶工艺-【新闻】

发布时间:2021-05-28 20:43:59 阅读: 来源:建筑模板厂家

陶瓷膜选择层的溶胶—凝胶工艺

目前,广泛采用溶胶—凝胶法施涂和制取陶瓷膜微滤、超滤和纳米过滤选择层,该过程复杂繁琐,还受众多因素的制约,如溶胶中粒子的尺寸和浓度、介质的活性反应(PH)和复合材料的粘度、溶胶的聚集稳定性、基本施涂溶胶后的干燥和煅烧温度制度等。要评定这些因素对陶瓷膜性能的影响很困难,一般要通过试验选择生产某种膜件的最佳方法。这就要消耗大量的资金和时间,从而直接影响陶瓷膜的价格及其整体发展。  因此,极其重要的是:根据陶瓷膜的生产条件,以最小的试验为基础研究出可预测其最终性能质变和量变的方法。解决了这一课题,就能更确切地探索陶瓷件的最佳生产条件。

就制取陶瓷膜选择层而言,溶胶—凝胶工艺的实质就是对过滤件多孔基体施涂由某种物质溶胶(最常见的是氧化铝、氧化硅、氧化锆、氧化钛等溶胶)、粘结剂、塑化剂、变性剂组成的复合材料。当基体气孔吸收溶剂时,在基体表面发生溶胶粒子浓缩并形成凝胶层,该层而后经受热处理——干燥和煅烧。这样,在施涂溶胶基复合材料时,同时发生两个过程——液体在毛细管力的作用下通过多孔介质流动和由自由分散系统向粘结分散系统的相变(溶胶—凝胶转变)。选择层的气孔尺寸可以通过改变如下因素的方法进行调节:初始溶胶的粒子尺寸、初始溶胶的稳定性(溶胶的粒子尺寸越小,它就越稳定)、施涂选择层用的复合材料的组成、选择层的热处理条件。

除气孔尺寸外,具有重要实际意义的还有选择层的厚度。选择层应尽量薄些,以使可滤介质的流阻最小,提高陶瓷膜的生产率,避免在干燥和煅烧时龟裂。例如,实践中,陶瓷膜超滤层的厚度在2~10μm之间。

为了调节选择层的厚度,可以改变溶胶的浓度,溶胶的活性反应(将溶胶保持在最稳定的PH范围时,可达到最致密堆积,从而获得拥有最小气孔的最薄层)、复合材料的粘度(借助各种聚合物添加剂改变)。有机粘结剂在干燥和煅烧时有助于消除内应力,提高气孔率;添加塑化剂(通常为多元醇)可防止龟裂。

施涂复合材料时,可通过管件压送溶胶,也可以浸渍呈平盘状的基体。有的研究人员选配一系列聚合物粘结剂引入SiO2水溶胶内,引入水溶聚合物可以在基体表面形成固定厚度的致密膜,并能避免干燥开裂。引入可赋予干燥粘结剂塑性的塑化剂,可以消除选择层于粘结剂焚烧时的收缩及其煅烧开裂。

同SiO2溶胶一样,也可以将有机粘结剂引入其它溶胶中,其中包括ZrO2溶胶,以便调节其粘度,即基体上的凝胶层厚度。例如,有人叙述了制取ZrO2基选择层的过程,该层通过丙氧化锆水解,而后用盐酸或硝酸胶溶的方法制得。在向基体施涂前,引入调整粘度的有机粘结剂。

确定选择层厚度δ和基体最大气孔直径Dmax间的最小比例(可避免形成微观缺陷——孔洞)与δ/Dmax的最大比例(可避免形成裂纹)也很重要。最好将该比例保持在1~5范围内。从附着力角度看,基体的平均气孔直径DN和选择层的平均气孔直径dp间的最佳比例为DN/dp=1~200。

许多研究人员在研究陶膜选择层的基础上得出了如下结论:在Al2O3基体上构成ZrO2和TiO2悬浮体基选择层时,须考虑这些氧化物粒子的高亲水性,而在利用溶胶时,还应注意较高的聚集稳定性。这在所施涂复合材料与基体表面接触时同样会阻碍凝胶层的异体凝结和形成。

要制取ZrO2和TiO2溶胶基不浸润超滤膜,必须具备平均气孔半径在0?3μm以上和气孔尺寸分布尽可能较窄的基体。在模拟各个过程和现象时,应由简单模型逐渐向复杂模型过渡,并在每一步骤都要检查计算和试验结果在量和质方面的一致性。中华陶瓷在线

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