具有多孔塗層的複合膜的形成方法及其裝置的製作方法

2023-05-06 16:47:16 1

專利名稱：具有多孔塗層的複合膜的形成方法及其裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種複合膜的形成方法及其裝置，尤其是一種具有多孔塗 層的複合膜的形成方法及其裝置。
背景技術：
薄膜分離為一省能源且又經濟的分離技術，因此薄膜分離程序已經逐 漸成為化學工業、水處理、食品加工、生醫科技及電子產業等方面的重要 分離過程。在薄膜分離程序中，薄膜的材料可分為有機薄膜、無機薄膜和 有機\無機混合薄膜，其中，無機材料的熱穩定性、機械穩定性和化學穩定 性都相當好，因此無機薄膜在分離程序上有相當廣泛的應用，不論是在微 過濾、超過濾到氣體分離技術甚至是薄膜反應器上都扮演重要角色。
無機薄膜依其表面層的形態可大致分為緻密膜和多孔膜兩種，多孔膜 由於其滲透量較緻密膜高，因此在工業上的使用比較廣泛，且多孔無機薄 膜使用上的功能亦較多，例如氣體分離，固液分離中的微過濾、超過濾， 甚至是奈米過濾，都是其應用範圍。
在多孔無機薄膜的製備方法中， 一般常見的有溶膠-凝膠法(sol-gd)、 固態粒子燒結法、化學氣相沉積法(chemical vapor deposition, CVD)等，但 上述工藝的程序繁複、製備時間冗長、原料種類受限等缺點，限制其於工
6業上的應用。有鑑於此，仍有必要開發新的薄膜裝置與工藝，以製造具有 多孔塗層的複合膜，並降低生產成本。

發明內容
本發明的目的在於提供一種具有多孔塗層的複合膜的形成方法及其 裝置，可用以解決上述傳統技術未能達成的標的。
為實現上述目的，本發明提供的具有多孔塗層的複合膜的形成方法， 該具有多孔塗層的複合膜的形成方法包含
提供一多孔基板；
進行一填充程序，該填充程序使一液體充滿於該多孔基板孔隙中； 進行一熔融程序，利用一熱源將一原料轉換成熔融或半熔融液滴； 對該多孔基板進行一噴塗程序，使該液滴撞擊於該多孔基板表面，該 液滴於撞擊後向四周擴散並形成平坦化的液滴，且由於該液滴的溫度大於 該液體的沸點溫度，因此由該液滴的高溫氣化該多孔基板孔隙中的該液體 並形成蒸汽，蒸汽貫穿該平坦化的液滴的較薄處，使該液滴濺射成不同的 區塊，冷卻固化後形成不規則且分散狀的扁平粒子；與
重複進行該噴塗程序，以持續形成與堆棧扁平粒子，由此形成一具有 多孔塗層的複合膜。
所述的具有多孔塗層的複合膜的形成方法，其中，該填充程序包含下
列之一加壓式填充程序、噴淋式填充程序、真空吸引式填充程序、浸入
式填充程序。
所述的具有多孔塗層的複合膜的形成方法，其中，該多孔基板為陶瓷或金屬。
所述的具有多孔塗層的複合膜的形成方法，其中，該原料為有機高分 子材料與無機材料。
所述的具有多孔塗層的複合膜的形成方法，其中，該多孔基板的孔徑 小於或等於100微米。
所述的具有多孔塗層的複合膜的形成方法，其中，該液體包含下列族 群中之一或其組合水、醇類或酮類。
所述的具有多孔塗層的複合膜的形成方法，其中，該熔融程序所使用 的熱源包含下列族群中之一火焰、電弧或等離子體。
所述的具有多孔塗層的複合膜的形成方法，其中，該熔融程序與該噴 塗程序合併為熱熔射工藝或大氣等離子體熔射工藝。
所述的具有多孔塗層的複合膜的形成方法，其中，該多孔狀塗層的塗 層厚度小於等於50微米。
本發明提供的用以形成具有多孔塗層的複合膜的裝置，該用以形成具 有多孔塗層的複合膜的裝置包含
一熱源產生裝置；
一原料輸送裝置，該原料輸送裝置是用以將一原料送入該熱源產生裝 置中，並由一熱源使該原料轉換成熔融或半熔融狀液滴；
一充填裝置，該充填裝置是用以使一多孔基板的孔隙充填一液體；與 一噴塗裝置，該噴塗裝置是用以將該液滴噴塗至充填有該液體的該多 孔基板表面，其中，由於該液滴的溫度大於該液體的沸點溫度，因此由該 液滴的高溫氣化該多孔基板孔隙中的該液體並形成蒸汽，蒸汽貫穿該液滴，使該液滴濺射成不同的區塊，冷卻固化後形成不規則且分散狀的扁平 粒子，持續形成與堆棧扁平粒子，以此形成一具有多孔塗層的複合膜。
所述的用以形成具有多孔塗層的複合膜的裝置，其中，該熱源產生裝 置依據一第一訊號調整電能供應與熱源溫度，該原料輸送裝置依據一第二 訊號調整原料輸送速度，該噴塗裝置依據一第三訊號調整噴塗速度，該第 一訊號、該第二訊號與該第三訊號由一控制裝置所產生。
所述的用以形成具有多孔塗層的複合膜的裝置，其中，該熱源產生裝 置所產生的熱源包含下列族群中之一火焰、電弧或等離子體。
所述的用以形成具有多孔塗層的複合膜的裝置，其中，該多孔基板材 質為陶瓷或金屬。
所述的用以形成具有多孔塗層的複合膜的裝置，其中，該液體包含下 列族群中之一或其組合水、醇類或酮類。
所述的用以形成具有多孔塗層的複合膜的裝置，其中，該充填裝置包 含下列族群中之一加壓式充填裝置、噴淋式充填裝置、真空吸引式充填 裝置、浸入式充填裝置。
本發明提供的用以形成具有多孔塗層的複合膜的大氣等離子體熔射 工藝裝置，該用以形成具有多孔塗層的複合膜的大氣等離子體熔射工藝裝 置包含
一電源產生器，該電源產生器是用以提供電能；
一高頻產生器，該高頻產生器是利用該電能產生高頻火花並引燃電
弧；
一等離子體噴槍，該等離子體噴槍是用該電弧能量離子化一惰性氣體，在槍體內產生一等離子體射流；
一送粉機，該送粉機是用以將一粉體送入該等離子體噴槍中，利用等
離子體射流的溫度將該粉體轉換成熔融或半熔融液滴；與
一充填裝置，該充填裝置是用以使一多孔基板的孔隙充填一液體，其中，該等離子體射流將該液滴噴塗至充填有該液體的該多孔基板表面，且由於該液滴的溫度大於該液體的沸點溫度，因此由該液滴的高溫氣化該多孔基板孔隙中的該液體並形成蒸汽，蒸汽貫穿該液滴，使該液滴濺射成不同的區塊，冷卻固化後形成不規則且分散狀的扁平粒子，持續形成與堆棧扁平粒子，以此形成一具有多孔塗層的複合膜。
所述的用以形成具有多孔塗層的複合膜的大氣等離子體熔射工藝裝置，其中，該電源產生器依據一第一訊號調整電源供應，該高頻產生器依據一第二訊號調整起動點火，該等離子體噴槍依據一第三訊號調整噴槍速度，該送粉機依據一第四訊號調整粉體輸送速度，該第一訊號、該第二訊號、該第三訊號與該第四訊號是由一控制器所產生。
所述的用以形成具有多孔塗層的複合膜的大氣等離子體熔射工藝裝置，其中，該多孔基板材質為陶瓷或金屬。
所述的用以形成具有多孔塗層的複合膜的大氣等離子體熔射工藝裝置，其中，該液體包含下列族群中之一或其組合水、醇類或酮類。
所述的用以形成具有多孔塗層的複合膜的大氣等離子體熔射工藝裝
置，其中，該充填裝置包含下列族群中之一加壓式充填裝置、噴淋式充填裝置、真空吸引式充填裝置、浸入式充填裝置。
由上所述，本發明由液體受熱汽化的原理，以製備多孔無機薄膜。首先，將熔融液滴噴塗至充填有液體的多孔基板表面，由液滴的高溫氣化多孔基板孔隙中的液體並形成蒸汽，蒸汽貫穿液滴，使液滴濺射成不同的區塊，冷卻固化後形成不規則且分散狀的扁平粒子，持續形成與堆棧扁平粒子，以此形成一具有多孔塗層的複合膜。
本發明使用有機高分子原料且/或無機原料以形成有機/無機塗層，傳統技術如溶膠-凝膠法、固態粒子燒結法與化學氣相沉積法，僅能製備無機多孔薄膜，並不適用於有機多孔薄膜或有機/無機複合多孔薄膜的形成。據此，本發明可符合經濟上的效益與產業上的利用性。
具體實施例方式
本發明在此所探討的方向為一種具有多孔塗層的複合膜的形成方法及其裝置。為了能徹底地了解本發明，將在下列的描述中提出詳盡的裝置及其步驟。顯然地，本發明的施行並未限定於本領域技術人員所熟悉的特殊細節。另一方面，眾所周知的步驟或裝置並未描述於細節中，以避免造成本發明不必要的限制。本發明的較佳實施例會詳細描述如下，然而除了這些詳細描述之外，本發明還可以廣泛地施行在其它的實施例中，且本發明的範圍不受限定，其以申請的權利要求範圍為準。
本發明的第一實施例描述一種具有多孔塗層的複合膜的形成方法，首
先提供一多孔基板，此多孔基板為孔徑小於或等於ioo微米的陶瓷或金屬
多孔基板，對多孔基板進行填充程序，使一液體充滿於多孔基板孔隙中。其中，上述液體可為水、醇類、酮類或其組合，此填充程序可為加壓式填充、噴淋式填充、真空吸引式填充或浸入式填充。接著，進行一熔融程序，利用一熱源(例如火焰、電弧或等離子體)將一原料轉換成熔融或半熔融液滴，再將液滴噴塗於充滿有液體的多孔基板的表面，並完成一噴塗程序。於上述噴塗程序中，液滴撞擊於多孔基板表面後向四周擴散並形成平坦化的液滴，由液滴的高溫(即大於該液體的沸點溫度)氣化該多孔基板孔隙中的液體並形成蒸汽，蒸汽貫穿平坦化的液滴的較薄處，使液滴濺射成不同的區塊，冷卻固化後形成不規則且分散狀的扁平粒子，重複進行數次噴塗程序，以持續形成與堆棧扁平粒子，以此形成一具有多孔塗層的複合膜。於多孔塗層的複合膜工藝後，若欲增加塗層厚度，可重新進行填充、熔融與噴塗程序。除此之外，上述無機材料為下列族群中之一或其組合鹼金屬、鹼土金屬、混合的鹼金屬及鹼土金屬矽酸鹽類、矽酸鋁類、矽酸鋯類、經水合的矽酸鹽類、鋁酸鹽類、氧化物類、氮化物類、氧氮化物類、碳化物類、氧碳化物類、硼酸鹽、鈦酸鹽、磷酸鹽、滷素化合物，及其衍生物。於本實施例的一較佳範例，為將瑢融程序與噴塗程序合併為熱熔射工藝或大氣等離子體熔射工藝。
本發明的第二實施例描述一種用以形成具有多孔塗層的複合膜的裝置，其包含一熱源產生裝置， 一原料輸送裝置， 一充填裝置與一噴塗裝置。上述的原料輸送裝置是用以將一原料送入熱源產生裝置中，並由一熱源(例如火焰、電弧或等離子體)使原料轉換成熔融或半熔融狀液滴；另外，充填裝置用以使一多孔基板的孔隙充填一液體，此多孔基板的材質可為陶瓷或金屬，液體可為水、醇類、酮類或其混合物；噴塗裝置用以將液滴噴塗至充填有液體的多孔基板表面。由液滴的高溫(即大於液體的沸點溫度)氣化多孔基板孔隙中的液體並形成蒸汽，蒸汽貫穿液滴，使液滴濺射成不同的區塊，冷卻固化後形成不規則且分散狀的扁平粒子，持續形成與堆棧扁平粒子，以此形成一具有多孔塗層的複合膜。其中，上述充填裝置可為加壓式充填裝置、噴淋式充填裝置、真空吸引式充填裝置或浸入式充填裝置。除此之外，上述熱源產生裝置依據一第一訊號調整電能供應與熱源溫度，原料輸送裝置依據一第二訊號調整原料輸送速度，噴塗裝置依據一第三訊號調整噴塗速度，第一訊號、第二訊號與第三訊號由一控制裝置所產生。
本發明的第三實施例描述一種用以形成具有多孔塗層的複合膜的大氣等離子體熔射工藝裝置，其包含一電源產生器， 一高頻產生器， 一等離子體噴槍， 一送粉機與一充填裝置。上述高頻產生器利用電源產生器所提供的電能產生高頻火花並引燃電弧，而電弧能量則由等離子體噴槍利用，並用以離子化一惰性氣體，且在槍體內產生一等離子體射流，送粉機則將一粉體送入該等離子體噴槍中，利用等離子體射流的溫度將粉體轉換成熔融或半熔融液滴，充填裝置是用以使一多孔基板的孔隙充填一液體，其中，等離子體射流將液滴噴塗至充填有液體的多孔基板表面，並由等離子體射流與液滴的高溫(即大於液體的沸點溫度)氣化多孔基板孔隙中的液體並形成蒸汽，蒸汽貫穿液滴，使得液滴濺射成不同的區塊，冷卻固化後形成不規則且分散狀的扁平粒子，持續形成與堆棧扁平粒子，以此形成一具有多孔塗層的複合膜。上述多孔基板材質、液體種類與充填裝置類型以第二實施例所提及者為主。除此之外，電源產生器依據一第一訊號調整電源供應，高頻產生器依據一第二訊號調整起動點火，等離子體噴槍依據一第三訊號調整噴槍速度，送粉機依據一第四訊號調整粉體輸送速度，第一訊號、第二訊號、第三訊號與第四訊號系由一控制器所產生。
熱熔射法是近年來最新的制膜技術，目前常用以製備緻密無機薄膜，而傳統的大氣等離子體熔射技術是指在大氣環境下進行熔射工藝，所形成的塗層孔隙率較高，所以對於利用等離子體熔射噴塗保護表層的應用者來說，大氣等離子體熔射的緻密度是不足的，因此才陸續研發出不同工藝的等離子體熔射技術。長久以來，傳統大氣等離子體熔射技術所製造出的高孔隙率塗層被認定為失敗的技術參數，並沒有使用者將此一特性應用於多孔無機薄膜的製備方法中。本發明克服該所屬技術領域中具有通常知識者長久以來根深柢固的技術偏見，而採用因技術偏見而被捨棄的技術，並加以改良以符合高孔隙度，左證本發明並非能輕易完成。
顯然地，依照上面實施例中的描述，本發明可能有許多的修正與差異。因此需要在其附加的權利要求範圍內加以理解，除了上述詳細描述外，本發明還可以廣泛地在其它的實施例中施行。上述僅為本發明的較佳實施例而已，並非用以限定本發明的權利要求範圍；凡其它未脫離本發明所揭示的精神下所完成的等效改變或修飾，均應包含在申請的權利要求範圍內。
權利要求
1、一種具有多孔塗層的複合膜的形成方法，該具有多孔塗層的複合膜的形成方法包含提供一多孔基板；進行一填充程序，該填充程序使一液體充滿於該多孔基板孔隙中；進行一熔融程序，利用一熱源將一原料轉換成熔融或半熔融液滴；對該多孔基板進行一噴塗程序，使該液滴撞擊於該多孔基板表面，該液滴於撞擊後向四周擴散並形成平坦化的液滴，且由於該液滴的溫度大於該液體的沸點溫度，因此由該液滴的高溫氣化該多孔基板孔隙中的該液體並形成蒸汽，蒸汽貫穿該平坦化的液滴的較薄處，使該液滴濺射成不同的區塊，冷卻固化後形成不規則且分散狀的扁平粒子；與重複進行該噴塗程序，以持續形成與堆棧扁平粒子，由此形成一具有多孔塗層的複合膜。
2、 如權利要求1所述的具有多孔塗層的複合膜的形成方法，其中， 該填充程序包含下列之一加壓式填充程序、噴淋式填充程序、真空吸引式填充程序、浸入式填充程序。
3、 如權利要求1所述的具有多孔塗層的複合膜的形成方法，其中，該多孔基板為陶瓷或金屬。
4、 如權利要求1所述的具有多孔塗層的複合膜的形成方法，其中， 該原料為有機高分子材料與無機材料。
5、 如權利要求1所述的具有多孔塗層的複合膜的形成方法，其中，該多孔基板的孔徑小於或等於100微米。
6、 如權利要求1所述的具有多孔塗層的複合膜的形成方法，其中，該液體包含下列族群中之一或其組合水、醇類或酮類。
7、 如權利要求1所述的具有多孔塗層的複合膜的形成方法，其中， 該熔融程序所使用的熱源包含下列族群中之一火焰、電弧或等離子體。
8、 如權利要求1所述的具有多孔塗層的複合膜的形成方法，其中， 該熔融程序與該噴塗程序合併為熱熔射工藝或大氣等離子體熔射工藝。
9、 如權利要求1所述的具有多孔塗層的複合膜的形成方法，其中，該多孔狀塗層的塗層厚度小於等於50微米。
10、 一種用以形成具有多孔塗層的複合膜的裝置，該用以形成具有多孔塗層的複合膜的裝置包含 一熱源產生裝置；一原料輸送裝置，該原料輸送裝置是用以將一原料送入該熱源產生裝置中，並由一熱源使該原料轉換成熔融或半熔融狀液滴；一充填裝置，該充填裝置是用以使一多孔基板的孔隙充填一液體；與 一噴塗裝置，該噴塗裝置是用以將該液滴噴塗至充填有該液體的該多 孔基板表面，其中，由於該液滴的溫度大於該液體的沸點溫度，因此由該 液滴的高溫氣化該多孔基板孔隙中的該液體並形成蒸汽，蒸汽貫穿該液 滴，使該液滴濺射成不同的區塊，冷卻固化後形成不規則且分散狀的扁平 粒子，持續形成與堆棧扁平粒子，以此形成一具有多孔塗層的複合膜。
11、 如權利要求10所述的用以形成具有多孔塗層的複合膜的裝置， 其中，該熱源產生裝置依據一第一訊號調整電能供應與熱源溫度，該原料輸送裝置依據一第二訊號調整原料輸送速度，該噴塗裝置依據一第三訊號 調整噴塗速度，該第一訊號、該第二訊號與該第三訊號由一控制裝置所產 生。
12、 如權利要求10所述的用以形成具有多孔塗層的複合膜的裝置， 其中，該熱源產生裝置所產生的熱源包含下列族群中之一火焰、電弧或 等離子體。
13、 如權利要求10所述的用以形成具有多孔塗層的複合膜的裝置， 其中，該多孔基板材質為陶瓷或金屬。
14、 如權利要求10所述的用以形成具有多孔塗層的複合膜的裝置， 其中，該液體包含下列族群中之一或其組合水、醇類或酮類。
15、 如權利要求10所述的用以形成具有多孔塗層的複合膜的裝置， 其中，該充填裝置包含下列族群中之一加壓式充填裝置、噴淋式充填裝 置、真空吸引式充填裝置、浸入式充填裝置。
16、 一種用以形成具有多孔塗層的複合膜的大氣等離子體熔射工藝裝置，該用以形成具有多孔塗層的複合膜的大氣等離子體熔射工藝裝置包含一電源產生器，該電源產生器是用以提供電能；一高頻產生器，該高頻產生器是利用該電能產生高頻火花並引燃電弧；一等離子體噴槍，該等離子體噴槍是用該電弧能量離子化一惰性氣 體，在槍體內產生一等離子體射流；一送粉機，該送粉機是用以將一粉體送入該等離子體噴槍中，利用等離子體射流的溫度將該粉體轉換成熔融或半熔融液滴；與一充填裝置，該充填裝置是用以使一多孔基板的孔隙充填一液體，其 中，該等離子體射流將該液滴噴塗至充填有該液體的該多孔基板表面，且 由於該液滴的溫度大於該液體的沸點溫度，因此由該液滴的高溫氣化該多 孔基板孔隙中的該液體並形成蒸汽，蒸汽貫穿該液滴，使該液滴濺射成不 同的區塊，冷卻固化後形成不規則且分散狀的扁平粒子，持續形成與堆棧 扁平粒子，以此形成一具有多孔塗層的複合膜。
17、 如權利要求16所述的用以形成具有多孔塗層的複合膜的大氣等 離子體熔射工藝裝置，其中，該電源產生器依據一第一訊號調整電源供應， 該高頻產生器依據一第二訊號調整起動點火，該等離子體噴槍依據一第三 訊號調整噴槍速度，該送粉機依據一第四訊號調整粉體輸送速度，該第一 訊號、該第二訊號、該第三訊號與該第四訊號是由一控制器所產生。
18、 如權利要求16所述的用以形成具有多孔塗層的複合膜的大氣等 離子體熔射工藝裝置，其中，該多孔基板材質為陶瓷或金屬。
19、 如權利要求16所述的用以形成具有多孔塗層的複合膜的大氣等 離子體熔射工藝裝置，其中，該液體包含下列族群中之一或其組合水、 醇類或酮類。
20、 如權利要求16所述的用以形成具有多孔塗層的複合膜的大氣等離子體熔射工藝裝置，其中，該充填裝置包含下列族群中之一加壓式充填裝置、噴淋式充填裝置、真空吸引式充填裝置、浸入式充填裝置。
全文摘要
一種具有多孔塗層的複合膜的形成方法，首先對多孔基板的孔隙進行液體充填的程序，接著，利用一熱源將一原料轉換成熔融或半熔融液滴，再將液滴噴塗於充滿有液體的多孔基板的表面，由液滴的高溫氣化多孔基板孔隙中的液體並形成蒸汽，蒸汽貫穿液滴，使液滴濺射成不同的區塊，冷卻固化後形成不規則且分散狀的扁平粒子，持續形成與堆棧扁平粒子，由此形成一具有多孔塗層的複合膜。除此之外，本發明還提供一種用以形成具有多孔塗層的複合膜的裝置。
文檔編號C23C4/04GK101481787SQ20081000135
公開日2009年7月15日 申請日期2008年1月9日 優先權日2008年1月9日
發明者凌德成, 張楷焄, 熊紀中, 童國倫 申請人:私立中原大學