專利名稱：制造耐磨的反應(yīng)結(jié)合的陶瓷濾膜的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及如權(quán)利要求1的前序部分中所述的方法。
背景技術(shù)：
也被稱為薄膜過濾器的陶瓷濾膜具有廣泛的各種用途，例如在廢氣的凈化 中、在氣體純化過程中或在食品工業(yè)、飲料工業(yè)、制藥工業(yè)、化學(xué)工業(yè)、半導(dǎo) 體生產(chǎn)、生物技術(shù)等領(lǐng)域以及在由廢料回收有價(jià)值的物質(zhì)等領(lǐng)域中的凈化過程 中具有廣泛的各種用途。
在現(xiàn)有技術(shù)中已知有制造用于支持體的涂層的各種方法，尤其是制造多孔
性濾膜的各種方法。DE43 28 295A1中公開了用于制造陶瓷篩過濾器的方法， 其中向多孔性無機(jī)的金屬或非金屬支持體提供具有至少一種涂布劑的懸浮液， 所述涂布劑包含至少一種陶瓷原料。在前述方法中，諸如Si、 Al、 Ti和Zr的氧 化物、碳化物和氮化物等陶瓷原料可用作涂布劑。對由此獲得的料坯進(jìn)行高壓 高溫處理以實(shí)現(xiàn)至少所述涂布劑的相變。利用先前的已知方法，可以制造具有 可預(yù)先明確界定的孔徑的篩式過濾器或薄膜過濾器，所述孔徑在宏觀范圍至納 米范圍內(nèi)。這里，在膜材料與支持體材料之間會發(fā)生外延生長，結(jié)果形成無應(yīng) 力的微觀結(jié)構(gòu)鍵，該無應(yīng)力的微觀結(jié)構(gòu)鍵除了能夠產(chǎn)生較高的熱穩(wěn)定性之外， 還可導(dǎo)致較高的抗溫變性。
在DE43 28 295 Al中描述了水熱法，所述水熱法包括在壓力為10bar 200 bar和溫度為20CrC 700'C的高壓釜中進(jìn)行高壓髙溫處理。高壓釜中的壓力由 水蒸氣產(chǎn)生。正是在水蒸氣壓力下薄膜顆粒通過溶液及再結(jié)晶過程而相互結(jié)合。 然而，先前的已知方法需要極為錯綜復(fù)雜的處理，且僅能夠在高成本下進(jìn)行。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種用于制造耐磨的反應(yīng)結(jié)合(Reaktionsgebmidene) 的陶瓷濾膜的有效方法，該方法能夠以簡單且節(jié)省成本的方式進(jìn)行，尤其是該 方法可得到具有明確界定的、均勻的孔隙分布，且同時在陶瓷原料與支持體之 間具有極好粘合性的陶瓷濾膜。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，在具有權(quán)利要求1的前序部分的特征的方法中提供料 坯在氧化氣氛中在大氣壓下在70(TC 125(TC的溫度下烘焙，從而實(shí)現(xiàn)至少所 述陶瓷原料的相變。
通過本發(fā)明使得這樣的工藝成為可能，即，使用氮化物作為反應(yīng)成分可以 制造反應(yīng)結(jié)合的陶瓷，由此獲得的濾膜具有較低的處理復(fù)雜性和較高的機(jī)械穩(wěn) 定性。根據(jù)本發(fā)明的方法制造的陶瓷過濾器具有高水平的強(qiáng)度，且具有預(yù)先明 確界定的在宏觀范圍至納米范圍內(nèi)的孔的大小。根據(jù)本發(fā)明沒有必要像現(xiàn)有技 術(shù)中那樣采用昂貴的水熱法來獲得具有可比特性的濾膜。本發(fā)明的方法可確保 薄膜顆粒同時在其彼此之間的聚結(jié)以及與支持體材料的聚結(jié)。這可獲得無應(yīng)力 的微觀結(jié)構(gòu)鍵，由此產(chǎn)生高水平的結(jié)合強(qiáng)度和高水平的濾膜阻抗。
具體實(shí)施例方式
作為來自金屬氮化物的組的陶瓷原料，可以使用來自金屬鈦和/或鋯的氮化 物中的至少一種。原則上也可以使用氮化鋁?？梢允褂眉儜B(tài)金屬類型的金屬氮 化物或各種金屬混合物的金屬氮化物。此外，分散相可包含來自純金屬組的， 尤其是鈦和/或鋯和/或鋁的組的至少一種其他陶瓷原料。所述其他陶瓷原料可選 自金屬氧化物組的，尤其是鈦和/或鋯和/或鋁的氧化物。在烘焙料坯時，在700 'C 125(TC的溫度下，金屬氮化物與所述其他陶瓷原料發(fā)生反應(yīng)，由此生成金 屬氧化物。相變可優(yōu)選在80(TC 100(TC的溫度下進(jìn)行，這有助于使本發(fā)明的 陶瓷濾膜具有特別好的機(jī)械特性。
氮化物也可作為非爆炸(nicht-explosive)的納米粉末獲得，根據(jù)本發(fā)明，
這使得使用顆粒大小為0.005 1im至〈0.1 pm的金屬氮化物作為用于制造超濾膜 的分散相成為可能。原則上當(dāng)然也可以使用顆粒大小〉0.1 pm的顆粒來制造微 孔濾膜。使用本發(fā)明的方法制造的超濾膜具有高水平的機(jī)械表面耐磨性(抗磨 損性)。由于具有高強(qiáng)度和耐磨性，陶瓷過濾器或陶瓷薄膜可以在那些采用現(xiàn)有 技術(shù)獲得的薄膜會發(fā)生磨損或損壞的各種應(yīng)用中使用。此外，可以制造薄膜層 厚度較小的過濾器，從而可以在過濾操作時減小可透性膜壓。不用說，較大的 顆粒的也可用于制造本發(fā)明的濾膜，從而使分散相中獲得的固體的顆粒大小為 0.005 fim 5 |jjii。
分散相或固相相對于分散劑的質(zhì)量的比例應(yīng)優(yōu)選為約0.1重量％ 20重量 %。這有助于使本發(fā)明的濾膜具有特別優(yōu)選的機(jī)械特性。所述分散劑可以為水 和/或至少一種醇和/或至少一種有機(jī)凝膠形成劑。此外，可根據(jù)情況選擇使用至 少一種有機(jī)分散劑。有機(jī)凝膠形成劑相對于所述分散劑的質(zhì)量的比例應(yīng)優(yōu)選為 約0.1重量％ 5重量％。所述分散劑相對于所述分散相的質(zhì)量的比例應(yīng)優(yōu)選設(shè) 定為約0.1重量％ 100重量％。不用說，前述值僅是優(yōu)選值，因此原則上更大 或更小的比例也是可能的。
所述懸浮液可通過浸漬、噴涂、刷涂、懸吊或通過一個優(yōu)選為管狀的支持 體的泵送而施用至所述支持體上。如果懸浮液通過浸漬或泵送而施用至支持體 上，則支持體與懸浮液的接觸時間優(yōu)選為約1秒 60秒。這樣，可確保支持體
被充分涂布，且確保懸浮液可充分滲透進(jìn)入支持體材料中。
在本發(fā)明的一個特別優(yōu)選的實(shí)施方式中，料坯或未加工的薄膜在烘焙前在 大氣壓和約為2CTC 25(TC的溫度下干燥。這可以使陶瓷顆粒與支持體材料間 發(fā)生預(yù)固化。
為制造多層濾膜，根據(jù)本發(fā)明可以對支持體多次，優(yōu)選2 5次，特別優(yōu)選 3次施用所述懸浮液。同樣優(yōu)選的是，料坯在施用懸浮液后再次進(jìn)行干燥和/或 烘焙。施用、干燥和烘焙的過程因此可發(fā)生1 5次，其中烘焙溫度在各相繼的 烘焙過程中優(yōu)選遞增地降低，從而照這樣制造孔的大小相繼減小的限定的多孔
結(jié)構(gòu)。例如，最初形成的料坯可以在1000°C 1250°C，優(yōu)選為1100'C的起始溫 度下烘焙。最后形成的料坯然后在將孔的大小確定為0.005 pm 5 pm的最終溫 度下烘焙，所述濾膜的孔徑可通過借助烘焙溫度水平的目標(biāo)顆粒生長進(jìn)行調(diào)節(jié)。 使用根據(jù)本發(fā)明的方法，從而可以制造具有確定孔的大小為0.005 |_im 5 pm、 層厚為1 ^im 10pm的濾膜。在料坯的烘焙過程中，氮化物/金屬顆粒通過相變 在其接觸點(diǎn)外延生長為氧化物，生長由顆粒表面向內(nèi)部進(jìn)行。
實(shí)施例
下面描述的實(shí)施例涉及根據(jù)本發(fā)明的方法的優(yōu)選實(shí)施方式，不過應(yīng)當(dāng)指出 本發(fā)明所提示的既不限于所示的各成分的選擇也不限于所示的處理?xiàng)l件。 實(shí)施例1
將TiN粉末與包含有機(jī)凝膠形成劑的水以約l:50的比率混合。由此得到的 懸浮液通過浸漬或噴涂施用于陶瓷支持體上以沉積未加工的薄膜。隨后，所述 未加工的薄膜在溫度約為80(TC 125(TC的爐中進(jìn)行烘焙，從而獲得平均孔徑 為約0.05 pm 1.8 的多孔性1102微孔濾膜或超濾膜。
實(shí)施例2
TiM粉末與丙醇和有機(jī)凝膠形成劑以約1:100的比率混合。由此得到的懸 浮液通過浸漬或噴涂施用于陶瓷支持體上以沉積未加工的薄膜。隨后，所述未 加工的薄膜在溫度約為50(TC 100(TC，尤其是在溫度為〉70CTC至IOO(TC的爐 中進(jìn)行烘焙，從而獲得平均孔徑為約0.02 pm 0.1 pm的多孔性1102超濾膜。
在唯一的附圖
中，描述了使用根據(jù)本發(fā)明的方法獲得的陶瓷濾膜的孔徑與 烘焙過程的溫度水平的依存關(guān)系。根據(jù)該附圖可知孔的大小或孔徑可根據(jù)烘焙 過程的溫度水平進(jìn)行調(diào)節(jié)。當(dāng)溫度T升高時，孔徑d按指數(shù)規(guī)律增大。
此外，應(yīng)當(dāng)注意己經(jīng)開發(fā)了與本發(fā)明有關(guān)的方法，該方法有助于檢測本發(fā) 明的方法在制造陶瓷過濾器中的應(yīng)用或本發(fā)明的懸浮液的應(yīng)用。與本發(fā)明有關(guān) 的該檢測方法能夠更為簡易快捷地檢查是否使用了本發(fā)明的方法制造陶瓷過濾
器或者是否使用了本發(fā)明的懸浮液。
總之，應(yīng)當(dāng)注意的是，即使未作特定強(qiáng)調(diào)，關(guān)于本發(fā)明的說明書所指定的 全部范圍的示數(shù)可包括在所示范圍內(nèi)的全部值。
權(quán)利要求
1.一種用于制造耐磨的反應(yīng)結(jié)合的陶瓷濾膜的方法，其中向多孔性金屬或非金屬支持體提供懸浮液以用于生產(chǎn)料坯，其中所述懸浮液由分散劑和分散相獲得，并且其中的所述分散相能夠由來自金屬氮化物的組的至少一種陶瓷原料和可選用的至少一種其他陶瓷原料得到，所述方法的特征在于由此制得的料坯在氧化氣氛中在大氣壓下在700℃～1250℃的溫度下烘焙，從而實(shí)現(xiàn)至少所述陶瓷原料的相變。
2. 如權(quán)利要求1中所述的方法，其特征在于，金屬鈦和/或鋯和/或鋁的氮 化物中的至少一種用作一種陶瓷原料。
3. 如權(quán)利要求1或2中所述的方法，其特征在于，所述其他陶瓷原料選自 金屬的組，尤其是鈦和/或鋯和/或鋁的金屬組和/或選自金屬氧化物的組，尤其 是鈦和/或鋯和/或鋁的金屬的氧化物的組。
4，如前述權(quán)利要求之一所述的方法，其特征在于，所述相變在800°C 1000 'C進(jìn)行。
5. 如前述權(quán)利要求之一所述的方法，其特征在于，選擇顆粒大小為 0.005pm 5 |Lim的一種陶瓷原料和/或另一種陶瓷原料。
6. 如前述權(quán)利要求之一所述的方法，其特征在于，所述分散相相對于所述 分散劑的質(zhì)量的比例設(shè)定為約0.1重量。％ 20重量％。
7. 如前述權(quán)利要求之一所述的方法，其特征在于，水和/或至少一種醇和/ 或至少一種有機(jī)凝膠形成劑和可選用的至少一種有機(jī)分散劑用作分散劑。
8，如前述權(quán)利要求之一所述的方法，其特征在于，所述有機(jī)凝膠形成劑相 對于所述分散劑的質(zhì)量的比例設(shè)定為約0.1重量％ 5重量％。
9. 如前述權(quán)利要求之一所述的方法，其特征在于，所述分散劑相對于所述 分散相的質(zhì)量的比例設(shè)定為約0.1重量％ 100重量％。
10. 如前述權(quán)利要求之一所述的方法，其特征在于，所述懸浮液通過對浸 漬、噴涂、刷涂、拋投或通過一優(yōu)選為管狀支持體的泵送而施用至所述支持體上。
11. 如前述權(quán)利要求之一所述的方法，其特征在于，浸漬或泵送時所述支持體與所述懸浮液的接觸時間設(shè)定為約1秒 60秒。
12. 如前述權(quán)利要求之一所述的方法，其特征在于，所述料坯在烘焙前， 優(yōu)選在約2(TC 25(TC的溫度和大氣壓下進(jìn)行干燥。
13. 如前述權(quán)利要求之一所述的方法，其特征在于，所述懸浮液多次施用 至所述支持體，其中，優(yōu)選地，所述料坯在所述懸浮液的每次施用后被干燥和/ 或烘焙。
14. 如前述權(quán)利要求之一所述的方法，其特征在于，所述烘焙溫度在各相 繼烘焙過程中遞增地降低，從而制造孔的大小相繼減小的多孔結(jié)構(gòu)的濾膜。
15. 如前述權(quán)利要求之一所述的方法，其特征在于，最初形成的料坯在1000 。C 125(TC，優(yōu)選在IIO(TC的起始溫度下烘焙，最后形成的料坯在將孔的大小 確定為0.005 |im 5 fim的最終溫度下烘焙。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于制造耐磨的反應(yīng)結(jié)合的陶瓷濾膜的方法，在進(jìn)行該方法時向用于制造料坯的多孔性金屬或非金屬支持體提供懸浮液。所述懸浮液由分散劑和分散相獲得，并且所述分散相能夠由來自金屬氮化物的組的至少一種陶瓷原料和可選用的至少一種其他陶瓷原料得到。本發(fā)明提供如此制得的料坯在氧化氣氛中在大氣壓下在700℃～1250℃的溫度下焙制，從而獲得至少所述陶瓷原料的相變。
文檔編號C04B41/80GK101175705SQ200680016518
公開日2008年5月7日 申請日期2006年5月13日 優(yōu)先權(quán)日2005年5月13日
發(fā)明者喬瓦尼·卡坦尼亞, 彼得·博爾杜安, 彼得·蒙德 申請人:阿泰克技術(shù)開發(fā)有限公司