高温气氛炉在氧化烧结阶段对稳定膜几何形状起着决定性作用。通过使用空气气氛，炉子同时执行两项功能：它会热分解聚合物粘合剂并将金属铜颗粒氧化成氧化铜。这种化学转化是防止在纺丝过程中形成的精细“指状”孔隙结构坍塌的主要机制。
氧化阶段的核心目的不是致密化，而是结构保持。通过将延展性铜转化为刚性氧化铜，该过程“锁定”了膜的互连孔隙度，确保在中空纤维在支撑聚合物粘合剂被烧掉时不会变形。
结构保持的力学原理
粘合剂的热分解
在此阶段，炉子的初始功能是去除用于制造“生坯”的有机聚合物粘合剂。
通过在空气气氛中进行受控加热，炉子会热分解这些聚合物。这会清除膜内的通道，留下金属颗粒的骨架结构。
氧化作为稳定剂
随着粘合剂的去除，炉子同时促进金属铜的氧化。
这会将颗粒转化为氧化铜，一种具有与纯金属不同的热性能的类陶瓷材料。这种化学变化是故意的，并且对纤维的物理完整性至关重要。
防止孔隙坍塌
这种氧化环境最显著的影响是保护“指状”孔隙结构。
如果没有这一氧化步骤，纯铜颗粒在粘合剂消失时可能会过早软化或重新排列，从而导致结构坍塌。氧化铜的形成提供了必要的刚性，以维持膜最终应用所需的开放、互连的孔隙网络。
理解工艺权衡
孔隙率与导电性
虽然氧化阶段对于孔隙率至关重要，但它会使材料失去导电性并变脆。
形成的氧化铜是陶瓷绝缘体，这意味着该阶段的膜缺乏电化学应用所需的导电性。这需要随后的还原阶段（使用氢气）来恢复金属性能。
结构刚性与机械强度
氧化烧结可形成稳定的形状，但不能提供最大的机械强度。
主要参考资料强调，此阶段保护结构，而补充数据表明，高机械强度（高达 124 MPa）仅在随后的还原和部分熔化阶段才能实现。仅依靠氧化烧结将导致组件易碎。
优化您的烧结策略
要获得高性能的铜中空纤维膜，您必须平衡氧化阶段的要求与随后的还原阶段。
- 如果您的主要重点是孔隙结构：优先考虑在空气气氛中精确控制温度，以确保完全去除粘合剂并进行氧化，同时避免对指状孔隙造成热冲击。
- 如果您的主要重点是导电性和强度：确保氧化阶段之后进行稳健的氢气气氛还原步骤，将氧化物还原回金属并促进颗粒结合。
膜的成功取决于利用氧化阶段设定形状，并利用还原阶段密封性能。
总结表：
| 工艺阶段 | 炉气氛 | 材料转化 | 对孔隙结构的影响 |
|---|---|---|---|
| 粘合剂去除 | 空气（氧化） | 聚合物分解 | 清除生坯内的通道 |
| 氧化 | 空气（氧化） | 铜转变为氧化铜 (CuO) | 使结构变硬；防止孔隙坍塌 |
| 还原 | 氢气（还原） | CuO 还原回金属铜 | 恢复导电性和机械强度 |
| 烧结 | 受控惰性/还原气氛 | 颗粒结合 | 达到最终密度和强度（高达 124 MPa） |
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参考文献
- Defei Liu, Yue Situ. Dual-Function Conductive Copper Hollow Fibers for Microfiltration and Anti-biofouling in Electrochemical Membrane Bioreactors. DOI: 10.3389/fchem.2018.00445
本文还参考了以下技术资料 Kintek Solution 知识库 .
