專利名稱：泡沫陶瓷材料過濾器及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用泡沫狀或多孔狀陶瓷材料制成的過濾器及其制造方法。該過濾器可用于過濾液態(tài)金屬，特別是用于過濾高熔點金屬、合金鋼、鑄鐵以及難熔金屬合金。
近年來在金屬熔煉領(lǐng)域，出現(xiàn)了一種用泡沫狀或多孔狀泡沫陶瓷材料制成的過濾器，用于在澆鑄過程中去除金屬溶液的夾雜物，以便提高鑄件的質(zhì)量。
中國專利87101800.4公開了一種過濾液態(tài)金屬的氣泡狀陶瓷材料過濾器及其制備工藝和使用方法。該泡沫陶瓷材料含有(重量百分比)Al2O350～60%，SiO210～20%和ZrO220～40%。其燒結(jié)溫度為1650～1750℃。
由于過濾器是在高溫環(huán)境里工作，這意味著它不僅要有高于金屬熔點的耐火度，而且還應(yīng)有足夠的高溫抗壓強度和耐高溫沖擊的能力，同時，因過濾器是在極短的時間內(nèi)，被金屬溶液將其從常溫加熱到接近于金屬溶液的溫度，故又要求它具有良好的抗熱震性，即在急冷急熱工況下不失效。
上述專利的不足之處在于1、高溫抗壓強度和抗震性欠佳;2、當泡沫載體的開口孔隙率較低(低于50%)時，不能制造出過濾器所要求的開口孔隙率。
本發(fā)明的第一個目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，并提供一種泡沫陶瓷材料過濾器及其制造方法，它不僅能在1800℃左右的溫度下工作，而且還具有良好的高溫抗壓強度、耐高溫沖擊和抗熱震性。
本發(fā)明的第二個目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，并提供一種泡沫陶瓷材料過濾器及其制造方法，它能夠在泡沫載體開口孔隙率較低的情況下，制造出開口孔隙率較高的泡沫陶瓷材料過濾器。
本發(fā)明的第三個目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，并提供一種泡沫陶瓷材料過濾器及其制造方法，它具有良好的燒結(jié)和綜合物理性能，同時降低燒結(jié)溫度和制造成本。
實現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)解決方案是一種泡沫陶瓷材料過濾器，其特征在于由正面開口孔隙率為70～85%的泡沫狀或多孔狀陶瓷材料制成，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%中至少且至多一組組成。
制造上述泡沫陶瓷材料過濾器的方法是a 制取混合物，其重量比為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，在各該混合物中分別混入(占混合物總重量的百分比)Y2O31～5%、膨潤土2～5%、羧甲基纖維素1～3%以及磷酸3～6%或者α淀粉1～2%中的一種，b 分別按前款所述混合物總重量的百分比加水25～35%均勻攪拌成漿料，c 將正面開口孔隙率為70～85%的有機海綿體浸漬在上述任一組混合物漿料中，隨后擠出多余的漿料，d 將粘附有混合物漿料的坯料加熱至200～300℃，e 在1500～1650℃溫度下使坯料燒結(jié)-固化，f 將用上述方法制成的泡沫狀或多孔狀陶瓷材料加工成所需形狀的過濾器，本工序也可以在燒結(jié)-固化之前進行。
而且，在將有機海綿體浸漬于混合物漿料之前，先把開口孔隙率低于70%的有機海綿體放在30～40%的90～100℃堿溶液中浸漬，然后用清水漂洗去除堿溶液，再去除其水。
按上述化學(xué)組成和方法制造的過濾器能實現(xiàn)本發(fā)明的目的。其化學(xué)組成的選定，主要取決于在滿足過濾器工況要求的前提下，盡可能地降低制造成本。一般而言，隨著各組分中Al2O3的增加，耐火度也隨之得到提高，但當Al2O3的含量大于90%時抗熱沖擊性能又有所下降;SiO2的耐高溫性能雖不及Al2O3，但加入適量的SiO2能夠細化陶瓷材料晶體組織，改善燒結(jié)-固化性能，它在高溫時一部分與Al2O3反應(yīng)生成針網(wǎng)狀莫來石晶體，從而起到提高機械強度和化學(xué)穩(wěn)定性的效果;ZrO2的高溫理化性能優(yōu)于Al2O3，加入或適當?shù)丶哟笃浜磕茉诔邷毓r下，表現(xiàn)出良好的理化性能;為了改善燒結(jié)性能，提高過濾器的綜合物理性能，可按上述范圍加入適量的Y2O3，這樣可以降低過濾器自身的燒結(jié)-固化溫度(尤其當Al2O3含量較高時)，起到降低制造成本的效果;加入膨潤土、羧甲基纖維素和磷酸(或α淀粉)的目的是為了在制備→燒結(jié)固化過程中，保證混合物漿料乃至坯料在常溫、中溫和高溫狀態(tài)下均具有良好的粘結(jié)作用。
保證泡沫陶瓷材料具有如上所述的開口孔隙率，關(guān)系到過濾器能否在工作時有效地攔截、捕捉金屬溶液中的夾雜物，并使流動的溶液整流，以降低溶液高速流動時的旋渦對鑄型和型芯的沖刷，由上述制備方法可知，泡沫陶瓷材料的開口孔隙率取決于有機海綿體，如聚氨脂泡沫塑料的開口孔隙率，而該聚氨脂泡沫塑料的開口孔隙率一般不到50%，尤其是目前國產(chǎn)價格較低廉的聚氨脂泡沫塑料，在它由細絲隨機三維布陣的泡沫體中，其細絲之間有的“孔隙”實際上為一層薄膜，若以此作為浸漬混合物漿料的載體，則燒結(jié)出的泡沫陶瓷體在對應(yīng)的薄膜處為不通的實體。因此，在使用開口孔隙率較低的泡沫塑料作載體時，將其先浸漬于30～40%的90～100℃堿溶液中，就能有效地燙除細絲間的薄膜且又不傷及強度高于薄膜的細絲，從而以開口孔隙率較低的泡沫載體制造出開口孔隙率較高的泡沫陶瓷過濾器。
制造過濾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%中至少且至多一組組成，各組化學(xué)組成中，雜質(zhì)一般不大于1%。
按本發(fā)明所述技術(shù)方案制造的過濾器，經(jīng)檢驗其耐火度為1650～1800℃(檢驗依據(jù)DIN51730)，常溫抗壓強度為2.0～6.5MPa(檢驗依據(jù)GB1448-83)，高溫(1000℃)抗壓強度為1～3MPa，抗熱震性(在20～1000℃之間的急冷急熱變化)不少于30次，正面開口孔隙率為70～85%。每過濾器(標準型100×100×22mm3)的制造成本為現(xiàn)有技術(shù)的三分之一。另經(jīng)實際使用表明本過濾器能有效地濾除金屬溶液中大小為5μm以上的夾雜物。
以下將結(jié)合實施例對本發(fā)明作進一步說明下述各實施例混合物中成份為重量百分比。混合物粉體的粒度為200～320目。
實施例1 Al2O360%、SiO239.5%，其余為雜質(zhì)。
實施例2 Al2O369.5%、SiO230%，其余為雜質(zhì)。
實施例3 Al2O379.5%、SiO220%，其余為雜質(zhì)。
按上述混合物的總重量加入Y2O31～5%、膨潤土2～5%、羧甲基纖維素1～3%以及磷酸3～6%(或α淀粉1～2%);
按上述混合物的總重量加水25～35%均勻攪拌成漿料;
將正面開口孔隙率為70～85%的有機海綿體浸漬在上述任一組混合物漿料中，隨后擠出多余的漿料;
用紅外線加熱爐將粘附有漿料的坯料加熱至200～300℃，使泡沫載體氣化，即坯料定型;
在1500～1650℃溫度下燒結(jié)1～6小時，使坯料固化;
將泡沫狀或多孔狀陶瓷材料加工成所需形狀的過濾器，如正方形、矩形、圓形和圓錐形。本工序也可以在燒結(jié)-固化之前進行。
此外，如果有機海綿體的正面開口孔隙率低于70%，可在把有機海綿體浸漬于混合物漿料之前，先使其在30～40%的90～100℃堿溶液中浸漬2～20分鐘，然后在清水中漂洗去除堿溶液，再去除其水，以便使有機海綿體達到所要求的開口孔隙率。
制成的過濾器所具有的性能和特性(效果)如第六部分所述。
實施例4 Al2O390%、SiO29.6%，其余為雜質(zhì)。
實施例5 Al2O394%、SiO25.5%，其余為雜質(zhì)。
實施例6 Al2O397.5%、SiO22%，其余為雜質(zhì)。
同時采用如實施例1～3所述的制造方法，可以使過濾器獲得如第六部分所述的性能和特性。
實施例7 Al2O370%、SiO210%、ZrO219.5%，其余為雜質(zhì)。
實施例8 Al2O375%、SiO27.5%、ZrO217%，其余為雜質(zhì)。
實施例9 Al2O379.5%、SiO25%、ZrO215%，其余為雜質(zhì)。
同時采用如實施例1～3所述的制造方法，可以使過濾器獲得如第六部分所述的性能和特性。
實施例10 Al2O315%、ZrO284.5%，其余為雜質(zhì)。
實施例11 Al2O322%、ZrO277.5%，其余為雜質(zhì)。
實施例12 Al2O384.3%、ZrO215.2%，其余為雜質(zhì)。
同時采用如實施例1～3所述的制造方法，可以使過濾器獲得如第六部分所述的性能和特性。
權(quán)利要求
1.一種泡沫陶瓷材料過濾器，其特征在于由正面開口孔隙率為70～85%的泡沫狀或多孔狀陶瓷材料制成，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%中至少且至多一組組成。
2.一種制造權(quán)利要求1所述過濾器的方法，其特征是a、制取混合物，其重量比為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，在各該混合物中分別混入(占混合物總重量的百分比)Y2O31～5%、膨潤土2～5%、羧甲基纖維素1～3%以及磷酸3～6%或者α淀粉1～2%中的一種，b 分別按前款所述混合物總重量的百分比加水25～35%均勻攪拌成漿料，c 將正面開口孔隙率為70～85%的有機海綿體浸漬在上述任一組混合物漿料中，隨后擠出多余的漿料，d 將粘附有混合物漿料的坯料加熱至200～300℃，e 在1500～1650℃溫度下使坯料燒結(jié)-固化，f 將用上述方法制成的泡沫狀或多孔狀陶瓷材料加工成所需形狀的過濾器，本工序也可以在燒結(jié)-固化之前進行。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的制造過濾器的方法，其特征是在將有機海綿體浸漬于混合物漿料之前，先把開口孔隙率低于70%的有機海綿體放在30～40%的90～100℃堿溶液中浸漬，然后用清水漂洗去除堿溶液，再去除其水。
全文摘要
一種泡沫陶瓷材料過濾器及其制造方法，由正面開口孔隙率為70～85％的泡沫狀或多孔狀陶瓷材料制成。所述陶瓷材料由(重量百分比)Al
文檔編號C04B38/08GK1065260SQ9210288
公開日1992年10月14日 申請日期1992年4月18日 優(yōu)先權(quán)日1992年4月18日
發(fā)明者陳巨喬, 鄧友仙, 樊新淼, 馮勝山, 陳華蘭, 蔣樞 申請人:湖北省機電研究所