陶瓷膜材料烧结技术研究进展
刘学文1，2，郑经堂1，李长海2，吴明铂1，贾冬梅2，李跃金2，商希礼2 【摘 要】综述了国内陶瓷膜材料烧结技术研究进展，着重介绍了陶瓷膜材料烧结技术在优化烧结原料、降低烧结温度、优化烧结制度和研究烧结机理等方面的进展，并指出了今后陶瓷膜材料烧结技术的研究重点。 【期刊名称】化学与生物工程 【年(卷),期】2014(031)005 【总页数】3
【关键词】膜分离；烧结技术；陶瓷膜
1 引言
固相膜分离技术中用到的无机膜包括陶瓷膜、金属膜、合金膜、玻璃膜等，主要用于高酸碱度、高温等分离过程，约占全世界膜消费量的20%。其中的陶瓷膜具有如下特点：（1）化学稳定性好，耐有机溶剂和强酸强碱，不发生微生物降解；（2）热稳定性好，在1 000℃高温下仍可安全使用；（3）不易老化，使用寿命长；（4）强度高，可在高压下操作，易通过高压、反冲清洗、蒸汽灭菌等方式再生，已成为近年的研究热点［1－2］，其应用进展也很快，已占无机膜应用总量的80%。
目前，陶瓷膜多以烧结工艺制成，制备技术不够理想，存在加工成本高、质脆易碎、单位体积装填面积小、有缺陷需反复修复等不足，需要深入研究并加以完善，以进一步促进陶瓷膜的推广应用。作者在此综述了国内陶瓷膜材料烧结技术的研究进展。
2 陶瓷膜材料烧结技术的研究进展
我国用于现代化工业生产的陶瓷烧结技术报道较早的是：莫金垣等［3］报道的用于电极敏感膜的陶瓷烧结技术；刘瑞斌等［4］报道的热释电陶瓷“夹板”烧结技术；曾宇平等［5］报道的复相陶瓷烧结技术。截止到20世纪末，先后有华南理工大学、五邑大学、南京工业大学、华中科技大学、华东理工大学、中国科技大学、南昌大学、北京化工大学、天津大学、大连理工大学等十余家科研院所开展了用于过滤分离的陶瓷烧结技术研究，经过近20年的发展，已在优化烧结原料、降低烧结温度、优化烧结制度和研究烧结机理等方面取得显著进展。 2.1 烧结原料
陶瓷膜烧结所用原料种类较多，最初使用高纯度氧化铝、氧化钛、氧化硅或氧化锆，最高烧结温度很高。后多采用人工掺杂原料或天然的混合物原料，以降低烧结温度。
范益群等［6］将TiO2粉体分散到TiO2溶胶中作为制膜液，在多孔金属支撑体表面制备陶瓷膜，实现了小粒径溶胶粒子对大粒径氧化钛颗粒的烧结促进作用，在850℃下烧结可得到完整的陶瓷膜。膜层厚度约17 μm，平均孔径0.31μm，孔径分布较窄且膜层表面完整无缺陷，制备过程节能效果显著。 周邢等［7］以孔径200nm的多通道ZrO2膜为底膜，采用湿化学法制备ZrO2超滤膜，颗粒粒径降至100nm以下，烧结温度低至600℃，制备的ZrO2超滤膜完整无缺陷，孔径小于20nm、厚度为2～3μm。
韩火年等［8］向Al2O3粉体中加入12%（质量分数）的纳米SiO2，在1 550℃下烧结得到开孔率达40.21%、纯水通量高、爆破压力达3.40MPa、耐酸碱性能良好的陶瓷支撑体。
汪永清等［9］以α－Al2O3微粉（平均粒径为1.5μm）为原料，掺杂部分苏州土，采用浸浆法在Al2O3陶瓷支撑体上制备微滤膜，最佳配方下的最佳制膜工艺条件为：浸渍时间60s、烧结温度1 250℃，所得微滤膜层厚度为20～25μm且均匀无缺陷。 2.2 烧结温度
烧结过程一般包括升温、保温和控制降温等步骤，但因技术保护原因公开报道较少。最高烧结温度是陶瓷膜材料烧结的核心参数之一。初步研究表明：高纯度α－Al2O3粉体的烧结温度需达到1 700℃以上［10－11］，ZrO2陶瓷膜的烧结温度需达到850℃［12］，TiO2陶瓷膜的烧结温度需达到1 250℃［13］，SiO2陶瓷膜的烧结温度需达到500℃［14］。
漆虹等［15］将平均粒径为0.56μm的Al2O3配制成固相含量为10%的悬浮液，通过调节其流变性能，采用重力沉降和真空抽吸的方法制备出具有梯度孔结构的支撑体，可在烧结温度为1 100℃时完成烧结，且其渗透通量高于具有均匀孔结构的支撑体。
邱鸣慧等［16］以TiO2纳米纤维为原料，采用浸浆法在多孔α－Al2O3支撑体上制备TiO2膜，通过在纤维层中加入TiO2溶胶促进烧结，在烧结温度为480℃时得到了双层结构明显的TiO2超滤膜。 2.3 烧结制度
烧结制度直接决定着陶瓷材料的烧结成功与否，不合理的烧结制度将导致成品的裂缝和其它瑕疵，是多孔陶瓷膜性能的决定性因素，主要包括烧结温度梯度、升降温速度、保温时间等参数。
李健生等［17］在200目的α－Al2O3粉体中加入高岭土、粘结剂和水，经炼
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