粉末燒結(jié)法制備多孔平板鈦基膜及其燒結(jié)動(dòng)力學(xué)研究.pdf

1、多孔金屬因其優(yōu)異的化學(xué)穩(wěn)定性和機(jī)械性能被廣泛應(yīng)作復(fù)合膜的支撐基體，其孔結(jié)構(gòu)以微米級(jí)孔徑為主。本文以80nm、800nm和3μmTi粉為原料，采用粉末燒結(jié)法制備不同孔結(jié)構(gòu)的多孔平板鈦基膜。采用響應(yīng)面實(shí)驗(yàn)探究Ti粉以及制備工藝對(duì)多孔平板鈦基膜的結(jié)構(gòu)與性能的影響，并進(jìn)行參數(shù)優(yōu)化。借助X射線衍射(XRD)、X射線光電子能譜(XPS)、場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡(FESEM)、泡點(diǎn)法等手段對(duì)多孔平板鈦基膜的成分、孔結(jié)構(gòu)以及微觀結(jié)構(gòu)進(jìn)行表征。同時(shí)借助電化學(xué)工作

2、站交流阻抗(EIS)對(duì)平板鈦基膜的電化學(xué)性能進(jìn)行表征。采用阿倫尼烏斯方程對(duì)多孔平板鈦基膜燒結(jié)過程中的燒結(jié)動(dòng)力學(xué)進(jìn)行研究。
　　初步探索了燒結(jié)因素對(duì)不同粒徑Ti粉制備多孔平板鈦基膜結(jié)構(gòu)與性能的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，80nm Ti粉制備多孔平板鈦基膜的成型壓力應(yīng)在100MPa以內(nèi)，燒結(jié)溫度適于在800℃-950℃。800nm和3μm Ti粉制備多孔平板鈦基膜的成型壓力應(yīng)控制在200MPa以內(nèi)，燒結(jié)溫度適于900℃-1000℃。采用響應(yīng)面

3、實(shí)驗(yàn)對(duì)制備多孔平板鈦基膜的工藝參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，結(jié)果表明隨著燒結(jié)溫度升高、成型壓力增大、保溫時(shí)間延長，80nm、800nm和3μm Ti粉制備多孔平板鈦基膜的孔隙率分別從42.59％降低到18％，32.39％降低到19.1％，33.77％降低到17.76％。80nm Ti粉制備的多孔平板鈦基膜孔徑分布為43.7nm-63.9nm，均為納米級(jí)孔徑，制備介孔(2nm-50nm)多孔平板鈦基膜的燒結(jié)溫度應(yīng)在863℃-950℃之間。800nmTi粉

4、制備的多孔平板鈦基膜孔徑分布可分為亞微米孔和微米孔（0.516μm-1.697μm），制備800nm孔的多孔平板鈦基膜，燒結(jié)溫度應(yīng)在942℃-1000℃，成型壓力應(yīng)在158MPa-200MPa，保溫時(shí)間為3.2h-4h。3μm Ti粉制備的多孔平板鈦基膜孔徑分布為1.052μm-1.705μm均為微米級(jí)孔徑。
　　相同制備條件下，隨著Ti粉粒徑增大，多孔平板鈦基膜孔隙率和孔徑都增大。孔隙率相近的多孔平板鈦基膜的水通量隨Ti粉粒徑增