文 献 综 述

1．引言

随着我国科学技术和工业现代化的持续高速发展, 使得对机械零件的工作要求越来越高, 从而对材料耐高温、耐腐蚀、耐磨损、抗疲劳、抗冷热冲击等性能的要求也随之提高。零部件的损坏一般都是从材料表面、亚表面开始或因表面其他因素而引起, 然后逐渐导致零件的整体失效。因此, 表面的改进对整体零件的强度、硬度、耐磨性、耐腐蚀性等起到了决定性的作用。涂层是材料表面改进方法的一种, 具有提高材料的耐高温、耐腐蚀和抗磨损性能的作用。涂层的种类很多,但兼有陶瓷和金属两方面特点的金属陶瓷复合涂层以其具有高强度、低膨胀系数、更高的使用温度、良好的热稳定性以及好的抗磨损性等优点, 显示出了广阔的应用前景。[1]金属陶瓷复合涂层是由金属或合金与一种或几种陶瓷相混合后所组成的复合材料。采用适当的涂覆技术, 制备出最佳的涂层材料, 从而提高了材料的使用寿命和应用性能。陶瓷材料具有抗油、抗有机溶剂、抗碱或酸、不燃、电绝缘性好等优点。而加入金属粉末不但能提高涂层与基体的粘结性能, 还可机械联锁与冶金结合共同作用, 提高了强度及硬度, 为材料科学提供了更广泛的研究和应用空间。[2]

2.1 多孔二氧化钛-不锈钢复合微滤膜简介

2.1.1 多孔二氧化钛-不锈钢复合微滤膜的由来

20世纪中期由于无机陶瓷膜相对于有机膜更优越的热稳定性和抗腐蚀性，科学家的目光由有机膜逐渐转移向了无机膜, 然而由于陶瓷基体脆性太大, 使用中容易发生突然损坏，在20 世纪90 年代, 美国研制成功了一种以多孔不锈钢为基体、二氧化钛陶瓷为膜层材料的SCEPTER金属膜,不锈钢基体赋予了这种膜很高的强度和良好的机械加工性,使其成为迄今为止性能最好的膜材料之一,被赞誉为开创了膜分离技术的新纪元。[3]当今世界最大的化工设备生产商GEA 公司的过滤分公司和美国的Graver 公司(SCEPTER金属膜管供应商) 联手,把金属膜分离设备向欧洲市场推广。二氧化钛陶瓷膜层具有优异的分离功能,但是以往的研究大都是基于陶瓷基体,陶瓷基体自身的脆性导致了陶瓷膜的强度较差。[4,5]本工作以金属316L不锈钢为基体,采用一步烧结法在其表面制备二氧化钛陶瓷膜层,探索在金属基体上陶瓷膜的成膜性能和影响膜层形貌的因素,为在多孔金属基体上制备多孔二氧化钛陶瓷膜提供理论和实践依据。

2.1.2 多孔二氧化钛-不锈钢复合微滤膜的优势

金属陶瓷复合涂层是由金属或合金与一种或几种陶瓷相混合后所组成的复合材料。[6,7]采用适当的涂覆技术, 制备出最佳的涂层材料, 从而提高了材料的使用寿命和应用性能。陶瓷材料具有抗油、抗有机溶剂、抗碱或酸、不燃、电绝缘性好等优点。而加入金属粉末不但能提高涂层与基体的粘结性能, 还可机械联锁与冶金结合共同作用, 提高了强度及硬度, 为材料科学提供了更广泛的研究和应用空间。其中二氧化钛陶瓷膜因具有高温稳定性、抗热震性好、热导率低、化学稳定性良好等特性而广泛地应用于生物材料、耐火材料、分离、过滤、催化反应、反应电极、发动机尾气处理等领域。多孔二氧化钛-不锈钢复合微滤膜的优势不容置疑，因此我们必须对此进行了深入的研究。

2.1.3 多孔二氧化钛-不锈钢复合微滤膜研究的进展

[8]目前, 具有高效节能、清洁无毒、催化范围广等优点的二氧化钛多孔陶瓷的制备研究备受关注, 国内外的许多学者在此方面做了各具特色的工作,制备出了具有单方向排列孔的多孔陶瓷材料。 [9]而有关制备既有单方向排列的孔,又有均匀分布圆孔的二氧化钛多孔陶瓷材料的研究还鲜有报道。据文献了解到有许多学者以碳纤维和聚苯乙烯( PS) 为造孔剂, 通过小型双螺杆挤出机挤出成型的方法制备出既有单方向排列的条形孔, 又有孔径均一、分布均匀圆孔的二氧化钛基多孔陶瓷材料。这种圆孔的引入不仅能提高烧结后样品的气孔率, 而且其对烧结样品弯曲强度的影响要比碳纤维引入的条形孔小。另外,由于选用的二氧化钛粉末有很小的粒径(30 nm),颗粒间容易排列成紧密结构而使生坯有一定的强度,从而避免了制备过程中粘结剂的使用。