Способ получения фильтрующего элемента с анизотропной структурой

(51) МПК (2006) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ФИЛЬТРУЮЩЕГО ЭЛЕМЕНТА С АНИЗОТРОПНОЙ СТРУКТУРОЙ(71) Заявитель Государственное научное учреждение Институт порошковой металлургии(72) Авторы Судник Лариса Владимировна Пилиневич Леонид Петрович Беденко Сергей Александрович Жук Елена Владимировна(73) Патентообладатель Государственное научное учреждение Институт порошковой металлургии(56) РАТЬКО А.И. и др. Порошковая металлургия, 2005. Вып. 28.- . 276-282. ВИТЯЗЬ П.А. и др. Порошковая металлургия достижения и проблемы. Сборник материалов докладов международной научно-технической конференции.- Минск, 2005.- . 116-122. КУСИН Р.А. и др. Порошковая металлургия, 2006. Вып. 29.- . 223-228.8618 1, 2006.7610 1, 2005.2006/0281626 1.4711719, 1987.2233700 2, 2004.2129302 , 1990.(57) Способ получения фильтрующего элемента с анизотропной структурой, при котором на увлажненный порошок оксида алюминия с размером частиц 0,63-1 мкм наносят нанодисперсный порошок бемита в количестве 18-22 об. , термообрабатывают при 1050 С,формуют фильтрующий элемент и спекают его при 1400-1500 С. Изобретение относится к области порошковой металлургии, а именно к фильтрующим элементам (ФЭТ), изготавливаемым из порошков металлов, керамики, полимеров. Установлено, что ФЭТы с анизотропной поровой структурой нашли широкое применение в различных отраслях промышленности, в энергетике, на транспорте, в коммунальном и сельском хозяйстве. Анизотропная пористая структура достигается путем формования металлического порошка и порообразователя при наложении вибраций послойного формования порошков различных размеров формования с помощью центробежных сил и электромагнитного поля многократного осаждения мелких частиц в пористую заготовку из крупного порошка и т.п. Известные способы не позволяют создать фильтроэлементы, в которых содержатся гомогеннораспределенные ультрадисперсные поры 1. 12113 1 2009.08.30 Одним из известных методов получения фильтрующих материалов с анизотропной поровой структурой является метод получения фильтрующих материалов путем прессования крупнодисперсного порошка формообразующего элемента с нанесенным на него с помощью связующего мелкодисперсного порошка 2. При этом мелкодисперсный порошок наносится на предварительно разогретый до температуры 65-67 С пуансон со слоем расплавленного парафина. По данному способу невозможно достижение равномерного слоя дисперсных частиц. Недостатком является также необходимость дополнительной термообработки для выжигания парафина. Наиболее близким по достигаемому результату является способ, по которому слои бемита осаждаются на алюмосиликатную подложку методом окунания в золи, содержащие бемит, синтезированный по гидротермальному синтезу с использованием в качестве исходного реактива сульфат аммония, а в качестве осадителя - раствор аммиака. Пепизация золя осуществлялась с помощью азотной кислоты 3. Недостатками данного способа являются длительность технологического процесса, закупоривание отдельных пор в ходе процесса осаждения, неравномерность осаждаемого слоя по объему материала, что приводит к снижению проницаемости и тонкости очистки, а также механической прочности фильтроэлемента в целом. Задачей изобретения является повышение проницаемости при заданной тонкости очистки, а также повышение механической прочности путем создания ультрамелких пор, гомогенно расположенных в объеме элемента. Техническая сущность изобретения заключается в способе получения фильтрующего элемента с анизотропной структурой, при котором на увлажненный порошок оксида алюминия с размером частиц 0,63-1 мкм наносят нанодисперсный порошок бемита в количестве 18-22 об. , термообрабатывают при 1050 С с целью удаления воды, формуют фильтрующий элемент и спекают его при 1400-1500 С. При этом резко повышается удельная поверхность исходного порошка, достигается увеличение удельной поверхности более чем в 2,5 раза, улучшается его адгезионная активность и при формировании реализуется материал, представляющий прочный каркас из исходных частиц, имеющих развитую поверхность и ультратонкие поры на ней (размеры пор 20-100 нм) 4. Крупные поры, размер и форма которых зависят от гранулометрического состава и режимов формования и спекания, обеспечивают более грубую очистку. Слой оксида алюминия, не снижая проницаемости основного материала, приводит к обеспечению более тонкой фильтрации различных сред. Побочный технический эффект заключается в увеличении физико-механических прочностных характеристик за счет слоистой структуры перегородок фильтроэлементов. Ультратонкие пористые слои 23 способствуют увеличению циклической прочности,теплостойкости, высокотемпературной коррозии и т.п. 4. Пример исполнения. Исходный порошок оксида алюминия с размерами частиц 0,63-1 мкм увлажняли (однопроцентным раствором альгината натрия и хлористого натрия), затем протирали через сито совместно с порошком - (размером 6-60 нм). Порошок бемита добавлялся в количестве 5-24 об. . При этом частицы бемита полностью и равномерно покрывали каждую порошинку крупного оксида алюминия. Предварительную термообработку порошка производили при температуре 1050 С. Формование фильтроэлемента (ФЭТа) производили на установке радиального прессования УРП 02.00 методом полусухого прессования при давлении 50 МПа, а спекание в печах без защитной атмосферы при температуре 1400-1500 С. Образцы формовали в виде пористого тела трубчатой формы. Свойства фильтроэлементов, реализуемых по разработанному способу, представлены в таблице. Прочность фильтроэлементов определена по величине давления, разрушающего целостность цилиндрических образцов в процессе испытания. Критерием гидравлических ха 2 12113 1 2009.08.30 рактеристик фильтроэлемента служила скорость фильтрации водопроводной воды при фиксированном давлении. Циклическая прочность определена по стандартной методике по ГОСТ 25.505-85. Свойства фильтроэлементовп/п Скорость Давление Коэффициент уверазрушения, фильтрации, Пористость личения цикличеМПа ской прочности, К м 3/м 24 Образец из порошка оксида алюминия 0,6 36 30 1 0.63-1 мкм 2. Образец по п. 115 об.нанодисперс 0,6 34 28 1,2 ного бемита 3. Образец по п. 118 об.нанодисперс 0,85 34 28 1,6 ного бемита 4. Образец по п. 120 об.нанодисперс 0,9 34 28 1,7 ного бемита 5. Образец по п. 122 об.нанодисперс 0,85 34 28 1,7 ного бемита 6. Образец по п. 124 об.нанодисперс 0,8 22 24 1,6 ного бемита 7. Прототип 0,4 25 22 0,8 где К - коэффициент увеличения циклической прочности, являющийся частным соотношения циклической прочности испытуемого образца к образцу изготовленного из порошка оксида алюминия с размером частиц 0,63-1 мкм. Анализ таблицы показывает, что фильтроэлементы из заявляемого материала характеризуются хорошими фильтрующими свойствами, высокой пористостью и связанной с ней скоростью фильтрации. Введение нанодисперсного порошка менее 18 об.не позволяет полностью покрыть зерна оксида алюминия нанодисперсным порошком, позволяя тем самым достичь повышения адгезионных свойств контактирующих поверхностей, прочности связи между ними и прочности материала фильтроэлемента в целом. Превышение количества вводимого бемита выше 24 об.снижает пористость и соответственно скорость фильтрации. Как следует из результатов, приведенных в таблице, наиболее технически и экономически целесообразен фильтроэлемент, изготовленный из порошка оксида алюминия с содержанием 18-22 об.нанодисперсного бемита. Наряду с высокими фильтрующими свойствами такой ФЭТ имеет повышенные в 1,7-2 раза прочностные свойства. 1. Источники информации 1. Пилиневич Л.П. Теоретические и технологические основы получения пористых порошковых материалов с анизотропной поровой структурой и изделий из них для фильтрации жидкостей и газов Автореф. докт. техн. наук.- Минск, 2005. 2. Кусин Р.А., Черняк И.Н. и др. Оптимизация процесса получения двухслойных порошковых фильтрующих материалов при прессовании формообразующим элементом с 3 12113 1 2009.08.30 нанесенным слоем мелкодисперсного порошка. Сообщение 2. Исследование и оптимизация процесса Сборник Порошковая металлургия.- Вып. 29.- Минск, 2006.- С. 223-228. 3. Ратько А.И., Азарова Т.А., Бондарева Г.В., Азаров СМ. Особенности формирования слоев -23 на поверхности пористой алюмосиликатной керамики. Порошковая металлургия Сборник.- Вып. 28.- Минск, 2005.- С. 276-282 (прототип). 4. Судник Л.В. Теоретические и технологические основы создания абразивных алмазосодержащих композиционных материалов с модифицирующими и активирующими нанокомпонентами Автореф. докт. техн. наук.- Минск, 2006. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 4