多孔材料烧结方法和多孔材料烧结装置与流程

1.本发明属于精密烧结领域，尤其涉及多孔材料烧结方法和多孔材料烧结装置。


背景技术：

2.滤芯是一种多孔吸附材料，被广泛应用于过滤、吸附和样品前处理领域，其通过内部的网络对流体进行过滤，以去除不需要的杂质。
3.多孔吸附材料，比如聚乙烯滤芯，一般通过烧结的方式生产，传统的烧结方式通过加热模具的方式对待烧结填料进行加热，如此的加热方式会导致待烧结填料受热不均匀，待烧结填料内部的温度上升较慢，加热时间较长的问题，并且影响最终成品的透气性和表面平整性。
4.因此，亟需一种多孔材料烧结方法及多孔材料烧结装置，以解决现有技术的问题。


技术实现要素：

5.为了解决上述问题，本发明提供了一种多孔材料烧结方法，包含下述步骤：将待烧结原料进行固定以形成待烧结样品；令层流气通过待烧结原料，层流气的温度介于烧结原料的熔化温度与燃点之间。
6.相对于现有技术，本发明的多孔材料烧结方法，直接通过层流气对待烧结填料进行加热，而非通过模具间接接触传热的方式对待烧结原料进行加热，可以实现待烧结原料由内而外的均匀加热；层流气持续通过待烧结样品，可以带走待烧结样品于烧结过程中产生的气泡，使得多孔吸附材料的孔径更为均一，同时可以带走待烧结样品表面及内部的杂质和小颗粒；层流气持续对待烧结样品表面提供一个均匀的力，可以提高待烧结样品表面的平整度，而无序的气流会影响待烧结样品表面的平整度，并影响透气性。层流气为具有同一方向和一定速度的气体。
7.进一步的，待烧结原料为聚乙烯、聚丙烯和聚偏氟乙烯中的至少一种。
8.进一步的，待烧结原料为聚乙烯，层流气的温度为150~200℃，层流气通过待烧结原料的持续时间为15~30min，所述待烧结原料沿所述层流气流动方向两侧的压强差为0.01~0.03mpa。。使用上述温度范围的层流气进行聚乙烯材料的烧结，可以提高烧结的速率，同时不会导致局部过热，也不容易导致粉末被吹飞。
9.本发明第二方面提供了一种多孔材料烧结装置，包含：模具，通过模具的内腔对所述待烧结原料进行固定；所述内腔两端为进气口与排气口，所述进气口覆盖有层流单元，所述层流单元与热气提供装置连接，所述层流单元上设置有复数个进气孔，所述排气口覆盖有排气单元，所述排气单元上分布有复数个排气孔，所述排气孔的孔径小于所述填料的粒径，所述层流单元、所述模具与所述排气单元形成一密封的中间体。
10.本发明的多孔材料烧结装置，通过设置于模具的排气口的层流单元与热气提供装置连接，层流单元上设置有复数个进气孔，从而将热气提供装置提供的热气转化为层流气，层流气进而通过模具中的待烧结原料，并由排气单元的排气口流出，而非直接将无序的热
气导入模具的进行加热。相对于现有技术，本发明的多孔材料烧结装置，通过层流单元和热气提供装置的配合以形成层流气对待烧结样品进行加热，而非通过模具间接接触传热的方式对待烧结样品进行加热，可以实现待烧结样品由内而外的均匀加热；层流气持续通过待烧结样品，可以带走待烧结样品于烧结过程中产生的气泡，使得多孔吸附材料的孔径更为均一，同时可以带走待烧结样品表面及内部的杂质和小颗粒；层流气持续对待烧结样品表面提供一个均匀的力，可以提高待烧结样品表面的平整度，而无序的气流会影响待烧结样品表面的平整度。
11.进一步的，所述进气孔于所述排气单元上均匀排布，所述进气孔的孔径一致。如此可以产生均匀的层流气，以避免破坏待烧结样品表面。
12.进一步的，进气孔的孔径为5~30μm。孔径过大可能导致无法形成层流气，孔径过小，通过进气孔的气流不均匀，可能破坏待烧结样品表面。进一步的，还可以在进气孔远离模具的一侧设置进气孔支撑件。进一步的，还可以在排气孔远离模具的一侧设置排气孔支撑件。
13.进一步的，复数个所述层流单元组合成层流板，复数个所述排气单元组合成排气板。如此，可便于大规模生产。
14.进一步的，层流单元与模具通过可拆卸方式固定，排气单元与模具通过可拆卸方式固定。如此便于多孔材料烧结装置的组装与拆卸。
15.进一步的，层流单元与模具的连接处设置有密封结构，排气单元与模具的连接处设置有密封结构。如此可进一步提高多孔材料烧结装置的气密性。
16.进一步的，还包含夹持所述中间体的外壳，外壳包含上壳和下壳，热气提供装置经由上壳与层流单元间接连接。通过外壳对中间体起到了固定作用，同时可以通过外壳将热气提供装置的热气导向层流单元，以形成层流气。
17.进一步的，层流单元与热气提供装置之间串联有正压提供装置。通过正压提供装置可以为热气提供装置产生的热气提供动力，促使热气通过层流单元以形成层流气，相对于通过负压为热气提供动力的方式，使用正压可以在更大范围内调节气体流速。
附图说明
18.图1为本发明的多孔材料烧结装置的示意图。
19.图2为本发明的多孔材料烧结装置的第一爆炸示意图。
20.图3为本发明的多孔材料烧结装置的第二爆炸示意图。
21.图4为本发明的多孔材料烧结装置的正视图。
22.图5为图4于a-a剖面处的剖面图。
23.图6为滤芯a的照片。
24.图7为滤芯b的照片。
25.图8为滤芯c的照片。
26.元件标号说明100-多孔材料烧结装置；10-模具；11-进气口；13-排气口；15-内腔；20-层流板；21-层流单元；211-进气孔；30-排气板；31-排气单元；311-排气孔；40-通孔；50-外壳；51-上壳；53-下壳；60-热气提供装置出气阀；70-密封结构。
具体实施方式
27.为详细说明本发明的技术内容、构造特征、实现的技术效果，以下结合具体实施例并配合附图详予说明。
28.请参看图1-5，本实施例的多孔烧结装置100，包含模具10，模具10包含内腔11（内腔直径为5.7mm、厚度为4mm），内腔11两端为进气口13和排气口15，进气口13覆盖有层流单元20，层流单元20与热气提供装置连接（图中未示出）的热气提供装置出气阀70通过上壳61间接连接，当然也可以将层流单元20与热气提供装置通过其它方式直接或间接连接，层流单元20上设置有7个进气孔21，如此当热气提供装置的热气经过层流单元20时可形成层流气，层流气由模具10中装载的聚乙烯填料的表面进入聚乙烯填料内部，排气口13覆盖有排气单元30，排气单元30上分布有排气孔31，排气孔31的孔径小于聚乙烯填料的孔径以防止聚乙烯填料漏出，层流单元12、模具10和排气单元30相互叠加形成一密封的中间体，以确保热气通过模具10中的填料并由排气单元30排出。
29.请参看图1-2，本实施例的多孔材料烧结装置100，进气孔211于层流单元21上呈圆周对称分布，当然也可以是其它均匀分布的方式，进气孔211的孔径均为5μm，如此可以形成均匀的层流气，根据待烧结填料孔径和热气的压力不同，也可以对进气孔211的孔径进行调节。
30.请参看图1-5，本实施例中，144个层流单元21组成了层流板20，144个排气单元组成了排气板30，如此可以适用于大规模生产的需要。层流板20、模具10和排气板30上对应的设置有通孔40，借由所述通过40和螺丝钉（图中未示出）可以完成层流板20与模具10的可拆卸方式固定，排气板30与模具10的可拆卸方式固定。通过在层流板20和模具10的连接处设置密封结构70，并在排气板于所述模具的连接处设置密封结构70，可以进一步提高中间体的密封性。
31.另外，本实施例的多孔材料烧结装置还包含夹持中间体的外壳50，外壳50包含上壳51和下壳53，上壳51分别与层流单元21和热气提供装置出气阀60连接，如此可以将热气提供装置出气阀60排出的热气导向层流单元21，下壳53与排气单元31连接，如此可以将通过排气单元31的气体导出多孔材料烧结装置100。
32.以下通过实验验证本发明的多孔材料烧结方法的技术效果，下述实验使用了上述多孔材料烧结装置100，只是作为一种优选方案，并非表面本发明的多孔材料烧结方法需要依赖于上述多孔材料烧结装置100。
33.实验例1将排气单元31覆盖内腔11的排气口15，如此可将聚乙烯填料装载于内腔11以进行固定形成待烧结样品，将层流单元21覆盖内腔11的的进气口13，将上壳51、层流板20、模具10、排气板30和下壳53依次层叠，通过螺丝钉进行固定；将上壳51、正压装置和热气提供装置出气阀70依次连接，设置热气提供装置的温度为180℃，持续时间20min，启动热气提供装置，调整正压装置的参数为0.03mpa，待模具冷却后，取出已经烧结好的滤芯a。
34.对比例1将排气单元31覆盖内腔11的排气口15，如此可将聚乙烯填料装载于内腔11以进行固定形成待烧结样品，将上壳51、模具10、排气板30和下壳53依次层叠，通过螺丝钉进行固定；通过上壳51与热气提供装置出气阀70连接，设置热气提供装置的温度为180℃，持续时
间20min，启动热气提供装置，令热气自然进入模具10内，待模具冷却后，取出已经烧结好的滤芯b。
35.对比例2使用上述实施例中的模具板10，使用加热板封闭排气口15，向所述内腔11中填充聚乙烯填料形成待烧结样品，使用另一加热板将进气口13封闭，启动加热板，待加热板温度达到180℃后，持续20min，待模具冷却后，取出已经烧结好的滤芯c。
36.实验结果实施例1-5、对比例1-2的实验结果如下表所示（实验次数n=30，取平均值）。
37.实验结果讨论通过上述实验结果可知，实施例1的表面平整度，透气性平均值明显优于对比例2，相对于现有技术，本发明的多孔材料烧结方法，直接通过层流气对待烧结填料进行加热，而非通过模具间接接触传热的方式对待烧结原料进行加热，可以实现待烧结原料由内而外的均匀加热。实施例1的表面平整度和透气性指标（平均值更高，上下限更接近，说明透气性高且均匀）好于对比例1，这是因为本发明的多孔材料烧结方法，通过层流气持续通过待烧结样品，可以带走待烧结样品于烧结过程中产生的气泡，使得多孔吸附材料的孔径更为均一，同时可以带走待烧结样品表面及内部的杂质和小颗粒；层流气持续对待烧结样品表面提供一个均匀的力，可以提高待烧结样品表面的平整度，而无序的气流会影响待烧结样品表面的平整度，并影响透气性。
38.以上所揭露的仅为本发明的优选实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明申请专利范围所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。