一种非对称梯度孔径粉末冶金滤袋及其制备方法与流程

本发明涉及粉末冶金滤袋，具体地说，涉及一种非对称梯度孔径粉末冶金滤袋及其制备方法。

背景技术：

1、粉末冶金滤袋，尤其是采用不锈钢等金属粉末烧结制成的多孔过滤元件，常用于高温、腐蚀性工业废气的除尘与分离工况。传统的单层金属滤袋通常呈现均一的孔径结构。在实际过滤粉尘的过程中，细小粉尘容易进入并滞留在滤袋内部的孔道中，造成深层堵塞。这种深层堵塞难以通过常规的清灰手段清除，会导致滤袋的过滤阻力迅速上升，整体使用寿命缩短。

2、为了降低过滤阻力并提高表面清灰效果，现有的粉末冶金过滤材料逐渐向非对称梯度孔径结构方向发展。这类结构的特征在于，接触含尘气体的迎尘面孔径较小，用于拦截微细粉尘；而内部支撑层的孔径逐渐变大，用于提供结构强度并降低气体流通阻力。

3、目前，工业上制备这种非对称梯度孔径金属滤袋，主要采用多次布料-多次压制或多次涂覆-多次烧结的工艺。常见的具体步骤为：首先采用大粒径金属粉末压制并烧结成粗孔径的底层支撑体，随后在支撑体表面涂覆一层或多层小粒径金属粉末浆料，干燥后再进行二次或多次高温烧结，从而获得孔径发生变化的复合过滤体。

4、然而，这种传统的多次复合叠加工艺存在明显的物理缺陷。由多次涂覆和烧结形成的过滤材料，在其粗孔径层与细孔径层之间会不可避免地形成明显的物理分层界面。在实际工业除尘应用中，滤袋需要频繁承受高压气流的脉冲反吹来清除表面粉饼，同时还要承受工况系统中开停机带来的温度交变。由于不同孔径层之间的物理界面结合力较弱，在长期反复的反吹机械应力以及热胀冷缩导致的内应力作用下，细孔层的金属粉末极易从结合界面处发生开裂、剥离和脱落，最终导致过滤材料穿孔失效。

5、针对分层界面的缺陷，现有技术中也有尝试采用液相注浆或流延的方式，试图利用不同粒径金属粉末在浆料中的重力沉降速度差异，一次性形成粒径梯度。但是，重力沉降的作用过程十分缓慢，且不同尺寸的金属颗粒在长时间沉降中容易发生无规则的团聚。更为突出的问题是，金属粉末在浆料中完成初步沉降后，浆料还需要经历较长的脱水或干燥过程。在浆料彻底失去流动性之前，已经排布好的金属颗粒会受到重力或外部微小震动的干扰，发生二次沉降或重新混合。这导致最终烧结成型的金属滤袋孔径分布并不连续，无法形成稳定且精确的梯度结构。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种非对称梯度孔径粉末冶金滤袋及其制备方法，以解决上述背景技术中提出的现有非对称金属过滤材料在制备过程中存在的物理分层结合力弱、粉末易发生二次沉降导致梯度结构不连续的问题。

2、为实现上述目的，本发明提供一种非对称梯度孔径粉末冶金滤袋的制备方法，包括以下步骤：

3、s1：配制混合金属粉末，将混合金属粉末、水基粘结剂与触变剂混合，制备成高触变悬浮浆料；

4、s2：将高触变悬浮浆料注入管状模具，开启设于管状模具外侧的超声驻波场，使浆料粘度下降至流化状态，同时利用声辐射力驱动不同粒径的金属粉末发生径向空间偏析，形成颗粒尺寸的连续梯度分布；

5、s3：切断超声驻波场，浆料在0.1-0.5秒内恢复至静置高粘度状态，将呈现连续梯度分布的金属粉末原位定型，获得管状生坯；

6、s4：对管状生坯进行脱模、脱脂与烧结，获得非对称梯度孔径粉末冶金滤袋；

7、其中，所述混合金属粉末为316l不锈钢粉末。

8、作为本发明的进一步优选，所述高触变悬浮浆料中，按质量百分比计，混合金属粉末占比为60%-75%，水基粘结剂占比为20%-35%，触变剂占比为2%-5%。

9、作为本发明的进一步优选，所述混合金属粉末由第一粉末、第二粉末和第三粉末组成；其中，第一粉末的d50粒径为5-10微米，第二粉末的d50粒径为20-30微米，第三粉末的d50粒径为50-80微米，三者的质量比为1:1.5:2。

10、作为本发明的进一步优选，在s2中，超声驻波场的频率为20khz-40khz，输入功率密度控制在15w/cm2-25w/cm2之间，施加时间为15-30秒。

11、作为本发明的进一步优选，在s2中，浆料处于流化状态时的动力粘度为0.5-2pa·s；在s3中，超声驻波场切断后，浆料恢复至静置高粘度状态时的动力粘度≥500pa·s。

12、作为本发明的进一步优选，在s4中，脱脂过程采用分段升温，首先以2℃/min的速率升温至250℃保温2小时，再以1℃/min的速率升温至450℃保温3小时。

13、作为本发明的进一步优选，在s4中，烧结在真空度小于0.01pa的环境下进行，烧结温度为1250℃-1300℃，保温时间为1-2小时，随后随炉冷却。

14、本发明还提供了一种采用上述制备方法制备的非对称梯度孔径粉末冶金滤袋。

15、作为本发明的进一步优选，所述滤袋的管壁横截面具有连续变化的微观孔隙结构，从滤袋外表面至内表面，孔径呈无物理界面的连续递增梯度分布。

16、作为本发明的进一步优选，所述滤袋外表面的平均孔径为1-3微米，内表面的平均孔径为15-25微米，整体孔隙率为35%-45%。

17、与现有技术相比，本发明的有益效果：

18、该非对称梯度孔径粉末冶金滤袋及其制备方法中，通过在单层浆料中利用物理声场直接驱动粉末发生重排，一次性烧结成型。所获得的非对称滤袋从迎尘面到支撑面完全属于同一种材质的连续延伸，内部不存在任何涂层结合界面。这种连续相结构解决了滤袋在长期高温和高压脉冲反吹清灰工况下，细孔层容易开裂和剥离脱粉的缺陷。

19、其次，本发明利用了高触变浆料的流变学特性，将超声驻波场作为浆料粘度的物理控制开关。在超声开启时，高频振动打破浆料假塑性网络，浆料处于低粘度流化状态，不同粒径粉末在声辐射力作用下顺利完成梯度排布；而在超声切断的瞬间（0.1-0.5秒内），浆料失去外力剪切，迅速恢复至极高的粘度状态。这种瞬时的高粘度突变直接将排布好的金属颗粒原位锁定，从而排除了重力引起的二次沉降或颗粒回流现象，确保了孔径梯度分布的连续性和精确性。

20、同时，本方法不需要添加复杂的化学交联剂或微胶囊结构，脱脂烧结过程完全符合常规金属注射成型或注浆成型的处理标准。整个排布和定型过程仅通过控制超声波电源的通断即可完成，操作步骤简单，变量单一，避免了多工序带来的批次间误差，具备较高的实际工业生产可行性。

1.一种非对称梯度孔径粉末冶金滤袋的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的非对称梯度孔径粉末冶金滤袋的制备方法，其特征在于，所述高触变悬浮浆料中，按质量百分比计，混合金属粉末占比为60%-75%，水基粘结剂占比为20%-35%，触变剂占比为2%-5%。

3.根据权利要求1所述的非对称梯度孔径粉末冶金滤袋的制备方法，其特征在于，所述混合金属粉末由第一粉末、第二粉末和第三粉末组成；其中，第一粉末的d50粒径为5-10微米，第二粉末的d50粒径为20-30微米，第三粉末的d50粒径为50-80微米，三者的质量比为1:1.5:2。

4.根据权利要求1所述的非对称梯度孔径粉末冶金滤袋的制备方法，其特征在于，所述s2中，超声驻波场的频率为20khz-40khz，输入功率密度控制在15 w/cm2-25 w/cm2之间，施加时间为15-30秒。

5.根据权利要求1所述的非对称梯度孔径粉末冶金滤袋的制备方法，其特征在于，所述s2中，浆料处于流化状态时的动力粘度为0.5-2 pa·s；s3中，超声驻波场切断后，浆料恢复至静置高粘度状态时的动力粘度≥500 pa·s。

6.根据权利要求1所述的非对称梯度孔径粉末冶金滤袋的制备方法，其特征在于，所述s4中，脱脂过程采用分段升温，以2℃/min的速率升温至250℃保温2小时，再以1℃/min的速率升温至450℃保温3小时。

7.根据权利要求1所述的非对称梯度孔径粉末冶金滤袋的制备方法，其特征在于，所述s4中，烧结在真空度小于0.01pa的环境下进行，烧结温度为1250℃-1300℃，保温时间为1-2小时，随后随炉冷却。

8.一种采用权利要求1-7任一项所述制备方法得到的非对称梯度孔径粉末冶金滤袋。

9.根据权利要求8所述的非对称梯度孔径粉末冶金滤袋，其特征在于，所述滤袋的管壁横截面具有连续变化的微观孔隙结构，从滤袋外表面至内表面，孔径呈无物理界面的连续递增梯度分布。

10.根据权利要求8所述的非对称梯度孔径粉末冶金滤袋，其特征在于，所述滤袋外表面的平均孔径为1-3微米，内表面的平均孔径为15-25微米，整体孔隙率为35%-45%。