專利名稱：一種致密透氧陶瓷膜的耐高溫封接材料的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種致密透氧陶瓷膜的耐高溫封接材料的制備方法及其應用；特別是涉及致 密透氧陶瓷膜件和其支撐部件間的高溫封接材料，以及高溫工作條件下的應用。屬特種陶瓷 粘結材料技術領域。
背景技術：
致密的陶瓷透氧膜是高溫氣體和膜催化反應中一類重要地無機膜，在純氧制備、燃料電 池以及膜反應器等方面有著十分誘人的應用前景。無論對這些致密陶瓷膜進行實驗室的基礎 表征研究還是實際的擴大規(guī)模應用，致密陶瓷膜與其支撐組件間的高溫封接是首先必須解決 的關鍵問題。理想的高溫封接材料要求同時具有合適的潤濕性、粘度、化學惰性、熱膨脹系 數和結合強度。目前，致密的陶瓷膜與其它組件間的高溫封接一般有三類。 一是合金封接， 如Ti-Au-Cu、 Ni-Ag-Cu，適用于膜與金屬之間的永久性封接，但合金成分的設計非常復雜， 合金封接材料和陶瓷膜件間的反應不易避免 (US Patent 5139191;J.Mater.Sci.,1997，32,653;Fuel,2006,85,156-162)。 二是金、銀和其它合金環(huán)封接，與低 溫下的膠質"O"型圈封接相似，在高溫外加壓力下使致密陶瓷膜與膜支撐體間的金或銀片產生 一定量的變形實現封接，這類封接在高溫下的化學穩(wěn)定性和持久性較好，但整體的組裝設計 要求嚴格，特別是膜和支撐體接觸端面要非常平整，壓力要均勻、適量，金、銀封接環(huán)與膜 的膨脹系數差別較大，并且銀具有透氫性能，且對一些化學反應具有催化作用，容易引起實 驗過程的誤差，使用溫度一般不能高于900°C，也不適合陶瓷膜擴大規(guī)模過程使用。第三類 是玻璃材料封接，利用切割成一定尺寸的玻璃環(huán)加到陶瓷膜件與其支撐體之間，在高溫下使 玻璃環(huán)軟化(或部分熔化)變型，然后降溫玻璃重新凝固實現連接封接。玻璃材料封接一般 使用溫度范圍較窄，而且工作溫度不能太高，并且玻璃封接材料和陶瓷膜本身的相互反應嚴 重，影響膜件的穩(wěn)定性，在變化工作溫度時，由于膨脹系數的差別，往往會導致膜件的破裂。 金環(huán)、銀環(huán)以及玻璃材料的封接在致密陶瓷膜的實驗室基礎研究中應用較多。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是提供一種致密透氧陶瓷膜的耐高溫封接材料的制備方法及其應用技術。 特別是一種有關致密透氧陶瓷膜與其支撐部件間的耐高溫封接材料的制備方法及其應用。
本發(fā)明一種致密透氧陶瓷膜的耐高溫封接材料，其特征在于具有以下的組成及其重量百 分比
致密透氧陶瓷材料基料 55 65%，耐熱玻璃粉(Pyres玻璃) 25 35%, 熔劑B203或Li20 4 6%， 增潤劑NaA102或NaSi03 4 6%。
本發(fā)明一種致密透氧陶瓷膜的耐高溫封接材料的制備方法，其特征在于具有以下的制備 過程和步驟
a. 按上述配方稱取上述四種原料粉料，放于高效球磨機內充分研磨和混合，得到混合均 勻的配合料；
b. 然后將上述配合料放于高溫爐內于1150 1250。C溫度下熔燒20 40分鐘，使其熔融； 然后隨爐冷卻至室溫，取出熔塊；
c. 將上述熔塊研磨粉碎，即得到耐高溫的封按材料粉體。
一種致密透氧陶瓷膜的耐高溫封接材料的用途即其使用方法；其使用方法如下 將上述所制得的封接材料粉體預先壓制成一定厚度的環(huán)形填塞封接用密封片；把致密混 合導體透氧陶瓷膜件的膜片與其支撐件部件如剛玉管兩者間用所述密封片進行連接封接，并 且再在所述透氧陶瓷膜件如膜片的外緣用去離子水調制的漿狀高溫封按材料進行均勻涂覆，
然后放干爐們名熱升溫至1050°C，在此溫度下保溫10 20分鐘，然后降溫到100(TC，檢驗 封接效果，可發(fā)現該耐高溫封接材料對透氧陶瓷膜膜件如膜片和其支撐體部件如剛玉管之間 的結合強度很高，達到使用要求。
本發(fā)明高溫封接材料是以膜材料體系為基料，配入適量的熔劑和改變濕潤性的材料，充 分混合預燒制得。由于高溫封接材料的基本成分是膜材料成分，所以封接材料和膜件本身間 的化學惰性好， 一般不會影響膜組件的穩(wěn)定性，并且膨脹行為相近。由于陶瓷一玻璃封接可 以通過不同的材料的配比在很大范圍內變化封接劑的潤濕性、粘度、化學惰性、熱膨脹系數 和結合強度，容易滿足不同透氧膜和支撐體之間連接封接要求。既適合實驗室內小面積陶瓷 膜片或膜管與其支撐體間的封接，也適合放大規(guī)模條件下大面積管狀膜件和平板形膜件與其 支撐體間的封接。


圖1為本發(fā)明方法制得的耐高溫封接材料圓環(huán)形密封片在透氧陶瓷膜片與其支撐體剛玉 管之間的使用情況。
圖2為本發(fā)明方法制得的耐高溫封接材料圓環(huán)形密封片在透氧陶瓷膜管與其支撐體剛玉 管之間的使用情況。
圖3為本發(fā)明方法制得的耐高耐封接材料漿液澆注形式的使用情況。
4圖4為本發(fā)明方法制得的耐高溫封接材料矩形柜式密封件在大型手板陶瓷膜件與其支撐 體之間的使用情況。
具體實施例方式
現將本發(fā)明的具體實施例敘述于后。 實施例l
設計使用的耐高溫封接材料的組成及其重量百分比如下
致密透氧陶瓷材料基料Bao.5Sro.5Coa8Fea203-8 60%,
耐熱玻璃粉(Pyres玻璃) 30%，
熔劑B203或Li20 5%，
增潤劑NaA102或NaSi03 5%。 制備方法如下
按上述配方稱取上述四種原料粉料，放于高效球磨機們充分研磨粉碎混合，得到混合均 勻的配合料；然后配合料放于高溫爐們于1200'C溫度下熔燒20分鐘，使其熔融；然后隨爐 冷卻至室溫，取出熔塊；然后將熔塊研磨粉碎，即得耐高溫的封接材料粉體。
本發(fā)明方法所制得的耐高溫封接材料的使用方法如下所述-使用方法之一
參見圖1，圖1為本發(fā)明耐高溫封接材料圓環(huán)形密封片在透氧陶瓷膜片與其支撐體剛玉 管之間的使用情況。圖1中(b)為圓環(huán)形密封片圖，(a)為在透氧陶瓷膜片2與其支撐體剛玉管 3兩者間填塞密封組裝圖。圖l(a)中的lc即為圓環(huán)形密封片，la為耐高溫封接材料的漿液涂覆層。
使用方法之二
參見圖2，圖2為本發(fā)明耐高溫封接材料圓環(huán)形密封片在透氧陶瓷膜片與其支撐體剛玉 管之間的使用情況。圖2中(b)為圓環(huán)形密封片圖，(a)為在透氧陶瓷膜片2與其支撐體剛玉管 3兩者間填塞密封組裝圖。圖2(a)中的lc即為圓環(huán)形密封片。 使用方法之三
參見圖3，圖3為本發(fā)明方法制得的耐高溫封接材料漿液澆注形式的使用情況。圖3中 較大型的透氧膜管件2與其支撐體3之間利用支撐體3頂部開設的環(huán)形凹槽中澆注由封接材 料粉體與去離子水調制成的粘稠漿料lb作為密封部件。 使用方法之四
參見圖4，圖4為本發(fā)明方法制得的耐高溫封接材料所形柜式密封件在大型平板陶瓷膜件與其支撐件之間的使用情況。圖4中(b)為矩形柜式密封件圖，(a)為在大型透氧平板陶瓷膜 件2與其支撐體3兩者間的密封組裝圖。圖4(a)中的lc即為矩形柜式密封件。 對封接組裝后的透氧陶瓷膜件密封性的檢測
將透氧膜片的一側暴露于空氣，透氧膜片的另一側用純He吹掃，吹掃氣體用在線的氣 相質譜檢測其中的氮氣，在質譜的測量精度范圍內，檢測不到N2,封接成功。從1050。C開始， 然后依次降溫至950°C、 900°C、 850°C、 800°C、 750°C、 70(TC和650°C。實驗中的升降溫速 率為rC/min。每個溫度點保溫lh，進行檢漏測試，未發(fā)現漏氣。說明高溫封接材料可以在 很廣的溫度范圍內使用，在升降溫過程中，封接材料和透氧膜片的熱膨脹匹配較好。最后溫 度恒定到85(TC，吹掃氣體變?yōu)镠e+CH4混合氣，連續(xù)實驗500h以上，系統(tǒng)的封接效果仍很 良好。實驗結束后，膜反應器體系隨爐自然冷卻，冷卻到室溫后，觀察透氧膜膜片表面仍然 完好，說明從高溫緩慢冷卻到室溫，封接材料和透氧膜片間的膨脹系數一直匹配較好。高溫 封接材料和剛玉支撐管結合強度很高，能完全潤濕。從封接材料和透氧膜片間的結合強度相 對較弱，封接材料基本沒有和透氧膜片發(fā)生深層的擴散和反應，因此經過較長時間后，封接 材料對透氧膜片的穩(wěn)定性影響很小。
權利要求
1、一種致密透氧陶瓷膜的耐高溫封接材料，其特征在于具有以下的組成及其重量百分比致密透氧陶瓷材料基料55～65％，耐熱玻璃粉(Pyres玻璃) 25～35％，熔劑B2O3或Li2O 4～6％，增潤劑NaAlO2或NaSiO34～6％。
2、 一種致密透氧陶瓷膜的耐高溫封接材料的制備方法，其特征在于具有以下的制備過程和步 驟a. 按上述配方稱取上述四種原料粉料，放于高效球磨機內充分研磨和混合，得到混合均 勻的配合料；b. 然后將上述配合料放于高溫爐內于1150 1250。C溫度下熔燒20 40分鐘，使其熔融； 然后隨爐冷卻至室溫，取出熔塊；c. 將上述熔塊研磨粉碎，即得到耐高溫的封按材料粉體。
3、 一種致密透氧陶瓷膜的耐高溫封接材料的用途即其使用方法；其使用方法如下將上述所 制得的封接材料粉體預先壓制成一定厚度的環(huán)形填塞封接用密封片；把致密混合導體透氧 陶瓷膜件的膜片與其支撐件部件如剛玉管兩者間用所述密封片進行連接封接，并且再在所 述透氧陶瓷膜件如膜片的外緣用去離子水調制的漿狀高溫封按材料進行均勻涂覆，然后放 干爐們名熱升溫至1050'C，在此溫度下保溫10 20分鐘，然后降溫到100(TC，檢驗封接 效果，可發(fā)現該耐高溫封接材料對透氧陶瓷膜膜件如膜片和其支撐體部件如剛玉管之間的 結合強度很高，達到使用要求。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種致密透氧陶瓷膜的耐高溫封接材料的制備方法及其應用；特別是涉及致密透氧陶瓷膜件和其支撐部件間的高溫封接材料，以及高溫條件下的應用。屬特種陶瓷粘結材料技術領域。本發(fā)明方法中致密透氧陶瓷膜的耐高溫封接材料具有以下的組成及其重量百分比陶瓷材料基料55～65％，耐熱Pyres玻璃粉25～35％，熔劑B₂O₃或Li₂O 4～6％，增潤劑NaAlO₂或NaSiO₃ 4～6％。將上述四種原料按配方稱重配料，將混合配合料于高溫爐內于1150～1250℃溫度下熔燒20～40分鐘，使其熔融，然后冷卻至室溫，取出熔塊，將熔塊研磨粉碎，即得耐高溫的封接材料粉體。本發(fā)明方法所制得的封接材料具有很高的封接密封性，高溫下不會發(fā)生漏氣現象，且對致密透氧陶瓷膜具有較好的穩(wěn)定性。
文檔編號C04B37/00GK101486589SQ20091004649
公開日2009年7月22日 申請日期2009年2月24日 優(yōu)先權日2009年2月24日
發(fā)明者丁偉中, 勇 劉, 張玉文, 方 王, 鐘慶東, 魯雄剛 申請人:上海大學