陶瓷膜的制作工艺 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。