本技术介绍了一种创新的多孔金属膜制备技术，该技术生产的多孔金属膜由外层多孔金属膜、中间过渡粘结层和内层支撑金属膜管构成。采用模具成型、溶胶涂覆以及等静压技术，实现高梯度多孔结构的精确制造。
背景技术
膜过滤技术在生物化工新材料、医药、食品、石油等行业迅速崛起，不断向高纯度、高精度、高质量的方向发展，这就为当今膜材料的发展提供了巨大的市场条件。常用的膜材料按材质分为无机膜和有机膜。早期，有机膜的应用较为广泛，但存在机械强度低、耐腐蚀性能差，耐高温性差等问题，现已无法满足日益发展的新工业需求。相比于有机膜，无机膜近年来发展迅速，具有耐高温高压、耐腐蚀、结构稳定且易再生清洗等优点。目前常用的无机膜包括金属膜和陶瓷膜，尽管陶瓷膜在强度和耐腐蚀方面优势明显，但陶瓷材料固有的脆性使其在使用过程中容易损坏，且不易焊接，因此膜组件连接和密封具有一定难度。相比于陶瓷膜，金属膜在机械强度和焊接性能上明显优于陶瓷膜，且金属膜在化工制药过滤工段的应用尤为广泛。
在金属膜的工业应用过程中，需重点关注膜的过滤精度、传质阻力、机械强度等。为提高膜的过滤精度需降低孔径，而降低孔径将会增加传质阻力，而通过降低膜厚度来减少传质阻力又会降低膜的机械强度。目前技术人员通过在膜基体表面负载一层小孔径的金属膜来降低孔径，该方法虽可在提高膜过滤精度的同时几乎不影响传质阻力，但是一方面小粒径的金属粉末会堵塞膜管孔道，另一面膜层结合力差，膜层容易出现开裂、脱落及表面缺陷。且在尺寸较小，厚度较薄的情况下，膜材料的机械强度会受到制约，限制了金属膜的应用。为拓展金属膜的应用领域，制备小孔径的高过滤精度、高机械强度的新型多孔金属膜材料受到国内外研究学者的广泛关注。专利CN103691329A提供了一种多孔不锈钢膜的制备方法，先通过粉末压片机将表面包裹着低熔点金属层大粒径不锈钢粉末压制成型，然后在成型的坯体上制备不锈钢粉末膜层，经烧结最终制得高度非对称的多孔不锈钢膜。该方法可降低膜的烧结温度，将膜层与基体共烧结，有效防止膜层脱落。但使用金属盐与不锈钢粉末共同制备不锈钢涂层，膜中含有其他杂质，影响膜的性能。专利CN101428346A提供了一种渐变孔径不锈钢多孔管的制备方法，将不同粒径的不锈钢粉末与一定的聚乙烯醇溶液进行混合，配制成不锈钢粉末悬浮液，通过离心成型法制备得到渐变孔径梯度不锈钢多孔管。该方法解决了多次涂层和烧结成本问题，但不同粒径不锈钢粉末烧结温度存在差异，将粒径差异较大的不锈钢粉末一次烧结时，很难保证材料充分烧结。专利CN109876667A不锈钢膜制备采用溶胶-凝胶法在多孔不锈钢基体表面镀膜，烧结后制得多孔不锈钢膜。该方法通过溶胶凝胶法制备的膜层孔径分布窄，且膜层在基体表面的黏附性较高，然而其工艺较为复杂，需要对不锈钢基体进行抛光、打磨、酸洗等一系列的操作。且在不锈钢基体表面涂敷溶胶溶液时，溶胶溶液中的小粒径粉末会堵塞基体孔道，影响膜性能。专利CN116328557公开了一种管状多孔金属膜及其制备方法，以金属网为原料，通过薄板卷板机将金属网卷制成紧实的管状结构，然后采用阴极电沉积金属单质的方式将各网面之间进行锚定，得到管状前驱体膜；最后将该前驱体膜高温烧结后得到管状多孔金属膜。该方法制备得到的金属膜机械强度高且过滤精度高，由于金属网本身就具有较高的机械强度，通过电沉积金属单质，锚定了金属网层之间的连接，通过高温烧结处理，进一步增强了各金属网面之间的结合力。但通过电沉积金属单质存在难以控制沉淀的位置、重复性差、生成的金属颗粒较大，均匀性低等问题，因而制备的膜材料膜均匀性差、工艺重复性低。专利CN106390763A提供了一种不锈钢过滤膜管的制备方法，先将三种混合不锈钢粉末与树脂粉末混合，在成型模具中置入不锈钢纤维毡，固定好芯棒，再将混合不锈钢粉末装料成形，经压制成型烧结后制备得到不锈钢过滤膜管。该方法制备得到的不锈钢过滤膜管过滤性能好、通量大，且模具中置入不锈钢纤维毡，可起到固定和协助成形的作用，并有效防止不锈钢过滤膜管在烧结过程中出现开裂、起皮等问题。但三种粒径差异较大的不锈钢粉末，烧结温度存在明显区别，难以实现有效烧结；且不锈钢粉末中需加入树脂粉末，树脂粉末烧结后的残留物会影响膜性能。总体而言，目前制备梯度多孔金属膜的方法存在较多的问题，限制其在复杂过滤工序中的应用。
实现思路