CN1065260A - 泡沫陶瓷材料过滤器及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

一种泡沫陶瓷材料过滤器及其制造方法，由正面 开口孔隙率为70～85％的泡沫状或多孔状陶瓷材料 制成。所述陶瓷材料由(重量百分比)Al2O360～ 80％、SiO220～40％，或者Al2O390～98％、SiO22～ 10％，或者Al2O370～80％、SiO25～10％、ZrO215～ 20％，或者Al2O315～30％、ZrO270～85％中至少且 至多一组组成。可用于过滤高熔点液态金属、合金 钢、铸铁以及难熔金属或合金。

Description

本发明涉及用泡沫状或多孔状陶瓷材料制成的过滤器及其制造方法。该过滤器可用于过滤液态金属，特别是用于过滤高熔点金属、合金钢、铸铁以及难熔金属合金。
近年来在金属熔炼领域，出现了一种用泡沫状或多孔状泡沫陶瓷材料制成的过滤器，用于在浇铸过程中去除金属溶液的夹杂物，以便提高铸件的质量。
中国专利87101800.4公开了一种过滤液态金属的气泡状陶瓷材料过滤器及其制备工艺和使用方法。该泡沫陶瓷材料含有（重量百分比）：Al2O350～60%，SiO210～20%和ZrO220～40%。其烧结温度为1650～1750℃。
由于过滤器是在高温环境里工作，这意味着它不仅要有高于金属熔点的耐火度，而且还应有足够的高温抗压强度和耐高温冲击的能力，同时，因过滤器是在极短的时间内，被金属溶液将其从常温加热到接近于金属溶液的温度，故又要求它具有良好的抗热震性，即在急冷急热工况下不失效。
上述专利的不足之处在于：1、高温抗压强度和抗震性欠佳;2、当泡沫载体的开口孔隙率较低（低于50%）时，不能制造出过滤器所要求的开口孔隙率。
本发明的第一个目的在于克服上述现有技术的不足，并提供一种泡沫陶瓷材料过滤器及其制造方法，它不仅能在1800℃左右的温度下工作，而且还具有良好的高温抗压强度、耐高温冲击和抗热震性。
本发明的第二个目的在于克服上述现有技术的不足，并提供一种泡沫陶瓷材料过滤器及其制造方法，它能够在泡沫载体开口孔隙率较低的情况下，制造出开口孔隙率较高的泡沫陶瓷 材料过滤器。
本发明的第三个目的在于克服上述现有技术的不足，并提供一种泡沫陶瓷材料过滤器及其制造方法，它具有良好的烧结和综合物理性能，同时降低烧结温度和制造成本。
实现本发明目的的技术解决方案是：一种泡沫陶瓷材料过滤器，其特征在于由正面开口孔隙率为70～85%的泡沫状或多孔状陶瓷材料制成，所述陶瓷材料由（重量百分比）Al2O360～80%、SiO220～40%，或者Al2O390～98%、SiO22～10%，或者Al2O370～80%、SiO25～10%、ZrO215～20%，或者Al2O315～30%、ZrO270～85%中至少且至多一组组成。
制造上述泡沫陶瓷材料过滤器的方法是：
a 制取混合物，其重量比为Al2O3/SiO2＝60～80/20～40，或者是Al2O3/SiO2＝90～98/2～10，或者是Al2O3/SiO2/ZrO2＝70～80/5～10/15～20，或者是Al2O3/ZrO2＝15～30/70～85，在各该混合物中分别混入（占混合物总重量的百分比）Y2O31～5%、膨润土2～5%、羧甲基纤维素1～3%以及磷酸3～6%或者α淀粉1～2%中的一种，
b  分别按前款所述混合物总重量的百分比加水25～35%均匀搅拌成浆料，
c  将正面开口孔隙率为70～85%的有机海绵体浸渍在上述任一组混合物浆料中，随后挤出多余的浆料，
d  将粘附有混合物浆料的坯料加热至200～300℃，
e  在1500～1650℃温度下使坯料烧结-固化，
f  将用上述方法制成的泡沫状或多孔状陶瓷材料加工成所需形状的过滤器，本工序也可以在烧结-固化之前进行。
而且，在将有机海绵体浸渍于混合物浆料之前，先把开口孔隙率低于70%的有机海绵体放在30～40%的90～100℃碱溶液 中浸渍，然后用清水漂洗去除碱溶液，再去除其水。
按上述化学组成和方法制造的过滤器能实现本发明的目的。其化学组成的选定，主要取决于在满足过滤器工况要求的前提下，尽可能地降低制造成本。一般而言，随着各组分中Al2O3的增加，耐火度也随之得到提高，但当Al2O3的含量大于90%时抗热冲击性能又有所下降;SiO2的耐高温性能虽不及Al2O3，但加入适量的SiO2能够细化陶瓷材料晶体组织，改善烧结-固化性能，它在高温时一部分与Al2O3反应生成针网状莫来石晶体，从而起到提高机械强度和化学稳定性的效果;ZrO2的高温理化性能优于Al2O3，加入或适当地加大其含量能在超高温工况下，表现出良好的理化性能;为了改善烧结性能，提高过滤器的综合物理性能，可按上述范围加入适量的Y2O3，这样可以降低过滤器自身的烧结-固化温度（尤其当Al2O3含量较高时），起到降低制造成本的效果;加入膨润土、羧甲基纤维素和磷酸（或α淀粉）的目的是为了在制备→烧结固化过程中，保证混合物浆料乃至坯料在常温、中温和高温状态下均具有良好的粘结作用。
保证泡沫陶瓷材料具有如上所述的开口孔隙率，关系到过滤器能否在工作时有效地拦截、捕捉金属溶液中的夹杂物，并使流动的溶液整流，以降低溶液高速流动时的旋涡对铸型和型芯的冲刷，由上述制备方法可知，泡沫陶瓷材料的开口孔隙率取决于有机海绵体，如：聚氨脂泡沫塑料的开口孔隙率，而该聚氨脂泡沫塑料的开口孔隙率一般不到50%，尤其是目前国产价格较低廉的聚氨脂泡沫塑料，在它由细丝随机三维布阵的泡沫体中，其细丝之间有的“孔隙”实际上为一层薄膜，若以此作为浸渍混合物浆料的载体，则烧结出的泡沫陶瓷体在对应的薄膜处为不通的实体。因此，在使用开口孔隙率较低的泡沫塑料 作载体时，将其先浸渍于30～40%的90～100℃碱溶液中，就能有效地烫除细丝间的薄膜且又不伤及强度高于薄膜的细丝，从而以开口孔隙率较低的泡沫载体制造出开口孔隙率较高的泡沫陶瓷过滤器。
制造过滤器的陶瓷材料的最佳配比是由（重量百分比）Al2O375～78%、SiO221～24%，或者Al2O395～96%、SiO23～4%，或者Al2O374～76%、SiO27～8%、ZrO215～17%，或者Al2O320～25%、ZrO274～79%中至少且至多一组组成，各组化学组成中，杂质一般不大于1%。
按本发明所述技术方案制造的过滤器，经检验其耐火度为：1650～1800℃（检验依据：DIN51730），常温抗压强度为2.0～6.5MPa（检验依据：GB1448-83），高温（1000℃）抗压强度为：1～3MPa，抗热震性（在20～1000℃之间的急冷急热变化）：不少于30次，正面开口孔隙率为：70～85%。每过滤器（标准型：100×100×22mm3）的制造成本为现有技术的三分之一。另经实际使用表明：本过滤器能有效地滤除金属溶液中大小为5μm以上的夹杂物。
以下将结合实施例对本发明作进一步说明：
下述各实施例混合物中成份为重量百分比。混合物粉体的粒度为200～320目。
实施例1 Al2O360%、SiO239.5%，其余为杂质。
实施例2 Al2O369.5%、SiO230%，其余为杂质。
实施例3 Al2O379.5%、SiO220%，其余为杂质。
按上述混合物的总重量加入Y2O31～5%、膨润土2～5%、羧甲基纤维素1～3%以及磷酸3～6%（或α淀粉1～2%）;
按上述混合物的总重量加水25～35%均匀搅拌成浆料;
将正面开口孔隙率为70～85%的有机海绵体浸渍在上述任 一组混合物浆料中，随后挤出多余的浆料;
用红外线加热炉将粘附有浆料的坯料加热至200～300℃，使泡沫载体气化，即坯料定型;
在1500～1650℃温度下烧结1～6小时，使坯料固化;
将泡沫状或多孔状陶瓷材料加工成所需形状的过滤器，如：正方形、矩形、圆形和圆锥形。本工序也可以在烧结-固化之前进行。
此外，如果有机海绵体的正面开口孔隙率低于70%，可在把有机海绵体浸渍于混合物浆料之前，先使其在30～40%的90～100℃碱溶液中浸渍2～20分钟，然后在清水中漂洗去除碱溶液，再去除其水，以便使有机海绵体达到所要求的开口孔隙率。
制成的过滤器所具有的性能和特性（效果）如第六部分所述。
实施例4 Al2O390%、SiO29.6%，其余为杂质。
实施例5 Al2O394%、SiO25.5%，其余为杂质。
实施例6 Al2O397.5%、SiO22%，其余为杂质。
同时采用如实施例1～3所述的制造方法，可以使过滤器获得如第六部分所述的性能和特性。
实施例7 Al2O370%、SiO210%、ZrO219.5%，其余为杂质。
实施例8 Al2O375%、SiO27.5%、ZrO217%，其余为杂质。
实施例9 Al2O379.5%、SiO25%、ZrO215%，其余为杂质。
同时采用如实施例1～3所述的制造方法，可以使过滤器获得如第六部分所述的性能和特性。
实施例10 Al2O315%、ZrO284.5%，其余为杂质。
实施例11 Al2O322%、ZrO277.5%，其余为杂质。
实施例12 Al2O384.3%、ZrO215.2%，其余为杂质。
同时采用如实施例1～3所述的制造方法，可以使过滤器获得如第六部分所述的性能和特性。

Claims (3)

1、一种泡沫陶瓷材料过滤器，其特征在于由正面开口孔隙率为70～85%的泡沫状或多孔状陶瓷材料制成，所述陶瓷材料由(重量百分比)Al2O360～80%、SiO220～40%，或者Al2O390～98%、SiO22～10%，或者Al2O370～80%、SiO25～10%、ZrO215～20%，或者Al2O315～30%、ZrO270～85%中至少且至多一组组成。
2、一种制造权利要求1所述过滤器的方法，其特征是：
a、制取混合物，其重量比为Al2O3/SiO2＝60～80/20～40;或者是Al2O3/SiO2＝90～98/2～10，或者是Al2O3/SiO2/ZrO2＝70～80/5～10/15～20，或者是Al2O3/ZrO2＝15～30/70～85，在各该混合物中分别混入（占混合物总重量的百分比）Y2O31～5%、膨润土2～5%、羧甲基纤维素1～3%以及磷酸3～6%或者α淀粉1～2%中的一种，
b  分别按前款所述混合物总重量的百分比加水25～35%均匀搅拌成浆料，
c  将正面开口孔隙率为70～85%的有机海绵体浸渍在上述任一组混合物浆料中，随后挤出多余的浆料，
d  将粘附有混合物浆料的坯料加热至200～300℃，
e  在1500～1650℃温度下使坯料烧结-固化，
f  将用上述方法制成的泡沫状或多孔状陶瓷材料加工成所需形状的过滤器，本工序也可以在烧结-固化之前进行。
3、根据权利要求2所述的制造过滤器的方法，其特征是：在将有机海绵体浸渍于混合物浆料之前，先把开口孔隙率低于70%的有机海绵体放在30～40%的90～100℃碱溶液中浸渍，然后用清水漂洗去除碱溶液，再去除其水。
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