پودر فلز متخلخل برای عناصر فیلتر: بهینه سازی اندازه منافذ و دقت فیلتراسیون

در سطح اتمی، ارتباطی بین خواص پودر و اندازه انتهایی منافذ وجود دارد. تف جوشی فرآیندی است که طی آن ذرات پودر فلز از طریق انتشار حالت جامد در دماهای بالا زیر نقطه ذوب به یکدیگر می پیوندند. این فرآیند گرمایش مسیرهایی را بین ذرات که به یکدیگر مرتبط هستند ایجاد می کند. این ساختار متخلخلی را ایجاد می کند که توانایی فیلتراسیون را توصیف می کند. اندازه اصلی ذرات تأثیر مستقیمی بر شکاف‌های خالی دارد که هنگام اتصال ذرات باقی می‌مانند.

پودر تیتانیوم با خلوص بالا با ذرات 5 تا 80 میکرومتر می‌تواند ساختارهای منفذی شبیه به ساختارهای موجود در این محدوده ایجاد کند. ذرات درشت‌تر شکاف‌های بزرگ‌تری بین نقاط اتصال ایجاد می‌کنند، در حالی که ذرات کوچک‌تر به هم نزدیک‌تر می‌شوند و منافذ کوچک‌تری ایجاد می‌کنند. این ایده توسط سازندگان برای انتخاب کسر اندازه پودر مناسب برای کاربردهای مختلف با هدف اندازه گیری منافذ مناسب استفاده می شود.

برای به دست آوردن کنترل دقیق منافذ، باید کارهای بیشتری از انتخاب یک اندازه ذره انجام دهید. پیشرفته ترین عناصر فیلتر زینتر شده از مخلوط پودری استفاده می کنند که با دقت مخلوط می شوند تا نیازهای عملکردی مختلفی را برآورده کنند. به عنوان مثال، فیلتری که برای تصفیه آب با استفاده از الکترولیز PEM ساخته شده است، ممکن است پودر تیتانیوم ریز (10 تا 20 میکرومتر) را با مقدار کمتری از ذرات بزرگتر (40 تا 60 میکرومتر) مخلوط کند تا منافذ را بزرگتر کند و در عین حال ساختار را قوی نگه دارد.

پودر تیتانیوم ریز با اکسیژن کم در شرایطی که رسانایی خوب مورد نیاز است بسیار مفید است. محتوای اکسیژن، شیمی سطح و نرخ انتشار را در طول پردازش حرارتی تغییر می دهد، که به نوبه خود نحوه عملکرد پخت را تغییر می دهد. پودر با اکسیژن کمتر از 0.15 درصد به ذرات اجازه می دهد بهتر به هم بچسبند، که باعث می شود منافذ به طور یکنواخت توزیع شوند و توانایی فیلتر برای حمل الکتریسیته{3}}عامل مهمی برای مصارف الکتروشیمیایی است.

شکل منافذ تمام شده توسط هر دو تنظیمات پخت و خواص پودر تعیین می شود. دمای تف جوشی بالاتر باعث می شود ذرات به هم بچسبند و با ورود مواد به مناطق خالی، منافذ معمولاً کمی کوچکتر می شوند. پردازش در اتمسفرهای کنترل شده، زنگ زدگی را متوقف می کند، که می تواند منافذ را منظم تر کند. نیروی فشاری که قبل از تف جوشی استفاده می شود، چگالی بسته بندی اولیه پودر را تغییر می دهد، که به نوبه خود حجم منافذ و الگوهای توزیع عنصر نهایی را تغییر می دهد.

الکترولیزهای PEM معمولاً با پودر تیتانیوم که دارای ذراتی بین 10 تا 40 میکرومتر هستند بهترین کار را دارند. این محدوده باعث ایجاد منافذی با عرض 5 تا 30 میکرومتر می شود و می تواند با موفقیت آلاینده های ریز را حذف کند و در عین حال افت فشار را پایین و سرعت جریان را بالا نگه دارد. پراکندگی دقیق در این محدوده باید بر اساس فشارهای کاری سیستم و کیفیت آب تغییر کند. در انتهای پایین تر، توزیع های دقیق تر دقت فیلتر را بهبود می بخشد، در حالی که در انتهای بالاتر، انتخاب های درشت تر خروجی را بهبود می بخشد.

مقدار اکسیژن موجود در عناصر فیلتر تیتانیوم متخلخل تأثیر زیادی بر توانایی آنها در هدایت الکتریسیته و مقاومت آنها در برابر خوردگی دارد. پودر با اکسیژن کمتر از 0.15 درصد به ذرات اجازه می دهد تا در طول پخت بهتر باند شوند و مسیرهای رسانای بیشتری را ایجاد کنند که برای کاربردهای الکتروشیمیایی مورد نیاز است. لایه‌های اکسیدی که می‌توانند جریان الکترون را مسدود کنند، زمانی که محتوای اکسیژن کم است نیز نازک‌تر هستند. همچنین، پودر اکسیژن کم-با خلوص بالا{{5} در جلوگیری از زنگ زدگی موضعی در شرایط سخت الکتروشیمیایی که در سیستم های الکترولیز آب رایج است، بهتر است. این باعث می شود فیلترها دوام بیشتری داشته باشند.

بله، ساختارهای فیلتر گرادیان که پودرهای فلزی مختلف را در لایه‌های مجزا ترکیب می‌کنند، یک رویکرد طراحی پیشرفته را نشان می‌دهند. این عناصر چند لایه ممکن است از فولاد ضد زنگ درشت‌تر یا پودر پایه نیکل- برای لایه‌های پشتیبانی ساختاری همراه با پودر تیتانیوم با خلوص{{3} ریزتر برای سطح فیلتر استفاده کنند. این معماری هم استحکام مکانیکی و هم دقت فیلتراسیون را بهینه می کند در حالی که به طور بالقوه هزینه های مواد را کاهش می دهد. لایه‌های پودری در حین هم- تف جوشی به یکدیگر متصل می‌شوند تا ساختارهای یکپارچه و بدون خطر لایه‌برداری ایجاد کنند. این انعطاف‌پذیری سفارشی‌سازی به طراحی فیلترها اجازه می‌دهد که دقیقاً بر اساس نیازهای کاربردی خاص طراحی شوند.