無堿系玻璃結晶材料硬性膜料

１ 前言

　　現(xiàn)代生產提出的新課題可以在采用新工藝、新材料和新能源的基礎上得到解決。

在一些化學工藝中，膜料工藝占有特殊的位置。

　　在膜分離工藝中獲得廣泛應用的聚合物膜料不總是具備需用的性能，如許多工

藝需要的熱穩(wěn)定性和化學穩(wěn)定性，以及更新性等。因此，近年來各發(fā)達國家都在積

較開發(fā)新型無機材料膜料，這類膜料擁有一系列優(yōu)越性：抗蝕和抗磨性、機械強度、

耐細菌作用性、熱穩(wěn)定性、在寬ＰＨ值范圍的使用性、利用蒸汽和化學試劑的更新

性、在熱作用下的較高使用壽命等。

　　研制無機膜料的一個可行方向，就是采用無堿微晶玻璃。關于構成微晶玻璃和

玻璃結晶材料基多孔結構的報道甚少。但是，采用簡單工藝和較低的燒結溫度是可

以制取硬性膜料的，這已引起了人們的關注，不過初始玻璃和微晶玻璃的較高物理

機械指標，應能保障膜料的優(yōu)良機械性能、熱性能、化學性能等。

２ 膜料的生產工藝

　　采用ＳｉＯ２－ＴｉＯ２－Ａｌ２Ｏ３－ＣａＯ－ＢａＯ－Ｂ２Ｏ３系不同粒

度組成微晶玻璃粉體構成各種孔隙結構。該系微晶玻璃的主要結晶相是鋇長石、鈣

長石和金紅石。其粒度組成共有如下三種：５０μｍ以下（粒度Ⅰ）、５０～６３

μｍ（粒度Ⅱ）和６３～８０μｍ（粒度Ⅲ）。

　　制取玻璃結晶材料基硬性孔隙結構的工藝過程如下：在１４８０～１５００℃

熔制初始微晶玻璃，并在較高溫度保溫１ｈ；在７５０℃使玻璃微晶化１ｈ，在１０６０℃

微晶化１ｈ；研磨微晶玻璃；按不同粒度對粉體分級；在陶瓷模內燒結。

　　這種方法的主要優(yōu)點是：不必使用某種農業(yè)生產體系或無機粘合劑，因為數(shù)量占３０％～

４０％的微晶玻璃的殘余玻璃相就是孔隙結構中的粘合成分。

　　微晶化和形成結晶相（鈣長石、β—鋇長石和金紅石）后，在殘余玻璃的組成中

補充入了ＳｉＯ２和Ａｌ２Ｏ３，從而改善了它的性能，其中包括化學性能和熱性能，

并對較終材料的性能產生了積較的作用。

３ 研究與討論

　　為了選擇較佳燒結溫度時間參數(shù)，研究了收縮率、抗彎和抗壓強度與燒結溫度的關系。

　　收縮率對硬性膜料生產工藝及其機械性能影響非常大。當收縮率為６％～７％時，形

成了較優(yōu)異孔隙結構。這是選擇燒結制度的一個重要指標。經試驗確定，當收縮率為１０％

左右時，膜料結構基本無孔隙，或孔隙較少。

　　在構成硬性膜料時，燒結過程制約于許多因素，即總有效接觸表面能、接觸表面的

相互定向、殘余玻璃相的擴散和粘度系數(shù)、剪應力、蒸汽壓力和蒸發(fā)速度、原子鍵力的

性質、表面活性。

　　由粒度Ⅰ制得膜料的抗彎和抗壓強度隨燒結溫度的提高而急劇增長，當熱處理溫度

為１０３０℃時，達到了較高值。在提高燒結溫度時，粒度Ⅱ和粒度Ⅲ膜料的強度變化

帶有相同的特點。對提高度度起主要作用的是玻璃相和微晶玻璃粉體粘合顆粒。而玻璃

相的熔融及其粘度的降低，又取決于燒結和保溫溫度。但是，起決定性因素的不是保溫

時間，而是保溫溫度。

　　試驗表明，在溫度超過１０３０℃的條件下，粒度Ｉ膜料的孔隙率顯著降低，１０４０℃

時幾乎達到零。粒度Ⅱ和粒度Ⅲ膜料的孔隙率在１１７０～１１８０℃下出現(xiàn)此情況。

　　三種粒度組成膜料具有以下尺寸孔隙：粒度Ⅰ膜料為６～１０μｍ；粒度Ⅱ膜料為

２０～３０μｍ；粒度Ⅲ膜料為５０～６０μｍ�？紫秲缺砻娓采w有薄薄的一層玻璃，

從而可減輕液體和氣體的滲透、滲流過程。

４ 膜料的使用性能

　　采用微晶玻璃粉體燒結法生產的膜料具有如下性能：平均滲透系數(shù)為６．０４５×

１０－１３ｍ２；平均孔隙率為３７％～３９％；孔隙直徑為６．９μｍ（平均）和

１０．０７５μｍ（非常大）。用這種膜料產品作炭黑收集過濾器使用，比現(xiàn)行類似過濾

器（凈化效率為７０％）顯示出了更高的凈化效率（９８％）

　　使用這種膜料清除水中的微生物，前景廣闊。在０．０６ＭＰａ的真空下，使污水

通過膜料。凈化后水的微生物總數(shù)為３～５個微生物菌落（每毫升水），初始值是１２０

個菌落，即使用這種膜料的凈化率為９５％～９７．５％。同時，既可以清除０．５～

３μｍ的微小細菌，也可以清除１５～１００μｍ的巨大細菌。

５ 結語

　　玻璃結晶材料膜具有多功能性，可用于醫(yī)學、制藥、食品、化學等工業(yè)部門。另外，

這種膜料還具有經３００～４００℃熱處理就能輕易更新的優(yōu)勢。