專利名稱：用于過(guò)濾熔融金屬的纖維增強(qiáng)過(guò)濾器及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于過(guò)濾熔融金屬的纖維增強(qiáng)陶瓷過(guò)濾器，其包括石墨化的碳粘結(jié)網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)(bonded network)，以及一種該過(guò)濾器的制造方法。
對(duì)熔融金屬處理來(lái)講，希望去除外來(lái)的金屬間夾雜物，這些夾雜物來(lái)自例如原料中的雜質(zhì)，形成在熔體表面上的爐渣，熔渣和氧化物，以及用于形成熔融金屬熔體用的腔室或者器皿的耐火材料的小碎片。
特別是在鋼，鐵和鋁金屬的鑄造中，去除這些夾雜物，形成均勻的熔體可以確保制品的高質(zhì)量。目前，陶瓷過(guò)濾器由于具有高的抗熱震性能，抗化學(xué)腐蝕以及抗機(jī)械應(yīng)力的能力而被廣泛使用。
制造這種陶瓷過(guò)濾器通常包括，將陶瓷粉末與合適的有機(jī)粘結(jié)劑和水相混和以制得一種糊膏或者漿料。用此漿料浸漬聚氨酯泡沫，然后將其干燥并在1000-1700℃的溫度范圍內(nèi)燒制。經(jīng)過(guò)這一處理，可燃物在燒結(jié)過(guò)程中燃盡，得到一種多孔體。US-A-2360929和US-A-2752258可以作為這種常用工藝的例子。
另外，不同于隨機(jī)彌散分布且孔隙交互貫通的(過(guò)濾器)，包含一系列貫穿材料的通道的開(kāi)孔過(guò)濾器通常這樣制造，將潮濕的陶瓷粉末和有機(jī)粘結(jié)劑液壓進(jìn)含有垂直針桿的模具中。這樣可得到一種穿孔的結(jié)構(gòu)，其可以是盤狀的或者塊狀的。然后，根據(jù)最終的應(yīng)用，將這種穿孔制品在1000-1700℃的溫度范圍內(nèi)燒制成穿孔的盤。在燒制中，形成一種陶瓷和/或玻璃結(jié)合。
WO 01/40414 A描述了加壓模具的使用。這一專利通過(guò)控制模具內(nèi)部的壓力來(lái)獲得多孔結(jié)構(gòu)。而且，此時(shí)的孔隙不都是完全開(kāi)放的。其針對(duì)過(guò)濾應(yīng)用的權(quán)利要求是許多應(yīng)用中的一種，沒(méi)有證據(jù)表明這種過(guò)濾器已經(jīng)實(shí)際用在了金屬過(guò)濾中。而且，由于這種過(guò)濾器對(duì)過(guò)濾鋼來(lái)講太脆弱，其僅僅提到了過(guò)濾鋁。這一專利描述的僅僅是一種不含任何陶瓷的碳過(guò)濾器。制造這種過(guò)濾器的方法建立在調(diào)節(jié)模具內(nèi)部壓力的基礎(chǔ)上。這種方法難以控制。
US-A-4514346用酚醛樹(shù)脂與硅在高溫下反應(yīng)生成碳化硅。其中不含碳的結(jié)合。這一專利僅僅用來(lái)制備多孔的碳化硅。為了得到碳化硅采用了超過(guò)1600℃的溫度。該方法是非水基的。用這種方法得到的孔隙是密閉孔，這對(duì)于需要開(kāi)孔的過(guò)濾來(lái)講是沒(méi)有用的。
GB-A 970 591針對(duì)的是制造高密度低滲透率的石墨制品。其采用了一種叫作糠醇的有機(jī)溶劑作溶劑，而沒(méi)有用水。使用了25％的瀝青狀粘結(jié)劑，完全不含陶瓷。最后的加熱溫度超過(guò)2700℃?？紫恫皇情_(kāi)孔，而是閉孔。
US-A-3309433描述了一種制造高密度石墨的方法。用熱壓作為得到用于核應(yīng)用中的高密度石墨制品的手段。用叫作二苯并蒽酮的特殊材料粘結(jié)石墨。其在過(guò)濾金屬領(lǐng)域內(nèi)沒(méi)有有用的應(yīng)用。在該方法中沒(méi)有用到任何陶瓷。采用的高溫達(dá)到2700℃。
EP 0 251 634 B1描述了一種制造特定的多孔陶瓷體的合適方法，這種陶瓷體中含有由成孔劑形成的側(cè)壁光滑的小室，以及連接在這些小室之間的具有圓邊的孔隙。
US-A-5520823涉及只針對(duì)鋁的過(guò)濾器。結(jié)合靠硼硅酸鹽玻璃獲得。燒制在空氣中進(jìn)行，由于空氣的氧化，會(huì)有相當(dāng)數(shù)量的石墨消失。用于過(guò)濾鋁的過(guò)濾器通常在1200℃左右燒制，而那些想要用于鐵的則需要在1450℃燒制，用于鋼的要在1600℃以上。
盡管被廣泛用來(lái)過(guò)濾金屬，上述類型的陶瓷過(guò)濾器有多種缺陷限制了它們的應(yīng)用1.盡管經(jīng)過(guò)了預(yù)熱，陶瓷過(guò)濾器在第一次接觸熔融金屬時(shí)，會(huì)被凝固的顆粒堵塞。為此目的，通常用過(guò)熱的熔融金屬來(lái)進(jìn)行澆鑄，以防止過(guò)濾器的堵塞，過(guò)熱金屬的溫度在其液相線溫度以上大約100℃。這種做法是相當(dāng)浪費(fèi)能量和成本的，任何有助于降低熔融金屬的處理溫度的改進(jìn)都會(huì)有巨大的益處。在現(xiàn)有技術(shù)中，已經(jīng)在陶瓷過(guò)濾器的表面上采用碳涂層來(lái)減少直接與熔融金屬接觸的部分的熱流。
另外，EP 0 463 234 B1給出了一種用在陶瓷過(guò)濾器的碳涂層表面上的可發(fā)生放熱反應(yīng)的鋁熱材料。這后一個(gè)技術(shù)方案，盡管降低了熔融金屬流動(dòng)所必需的溫度，但增加了過(guò)濾器的制造成本，而且，由于這種鋁熱劑涂層必須要與其所針對(duì)的熔融金屬的類型相兼容，其應(yīng)用被限制的很窄。
無(wú)論如何，盡管沒(méi)能解決更多缺點(diǎn)的挑戰(zhàn)，碳和鋁熱劑涂層都有助于克服陶瓷過(guò)濾器流量高的缺陷。
2.陶瓷和玻璃類型的結(jié)合在高溫下會(huì)軟化和蠕變，這常常會(huì)導(dǎo)致過(guò)濾器的侵蝕，結(jié)果帶來(lái)熔體的污染。
3.由熱金屬熔體的熱震或者化學(xué)(還原)腐蝕所造成的開(kāi)裂是陶瓷和玻璃結(jié)合的過(guò)濾器經(jīng)常碰到的問(wèn)題。
4.傳統(tǒng)的陶瓷過(guò)濾器，特別是想要用來(lái)過(guò)濾鋼的陶瓷，需要極其高的燒制溫度，這是一個(gè)嚴(yán)重的缺陷，當(dāng)考慮到需要用高成本的陶瓷原料時(shí)更加嚴(yán)重。
5.另外，使用有相當(dāng)強(qiáng)的背景輻射的氧化鋯是有危害的，應(yīng)該避免。
2001年9月1日申請(qǐng)的共同未審EP 01121044.0涉及到一種適合用來(lái)過(guò)濾熔融金屬的陶瓷過(guò)濾器，其包括一種由石墨化碳的網(wǎng)絡(luò)結(jié)合的陶瓷粉末。碳結(jié)合的陶瓷通常很脆弱，具有低的機(jī)械強(qiáng)度。依據(jù)這一文件的碳結(jié)合的過(guò)濾器的機(jī)械強(qiáng)度有限，在運(yùn)輸和使用過(guò)程中會(huì)有問(wèn)題，并且限制了這種過(guò)濾器抵抗熔融金屬對(duì)它的壓力的能力。
而且，這些過(guò)濾器易碎，會(huì)碎成小塊兒，其在澆鑄前掉入模具中會(huì)造成澆鑄中的污染。
因此，本發(fā)明的目的是提供一種提高了機(jī)械強(qiáng)度和剛性的用于過(guò)濾金屬的過(guò)濾器。
在依據(jù)本發(fā)明的適合用來(lái)過(guò)濾熔融金屬的陶瓷過(guò)濾器中，用可石墨化的碳結(jié)合的三維網(wǎng)絡(luò)和纖維來(lái)粘結(jié)陶瓷粉末。
在第一個(gè)實(shí)施方案中，本發(fā)明涉及一種適用于過(guò)濾熔融金屬的陶瓷過(guò)濾器，其包括由石墨化的碳的網(wǎng)絡(luò)結(jié)合的陶瓷粉末和纖維。
“可石墨化”一詞意思是指在沒(méi)有空氣的條件下，通過(guò)碳母體熱解得到的碳結(jié)合在加熱到更高溫度時(shí)可以轉(zhuǎn)變成類石墨的結(jié)合。可石墨化的碳可以通過(guò)這樣的事實(shí)來(lái)與玻璃碳相區(qū)別，無(wú)論被加熱到多高的溫度，都不可能將玻璃碳轉(zhuǎn)變成類石墨的結(jié)合。
這種類型的碳結(jié)合有如下優(yōu)點(diǎn)-制造相當(dāng)便宜。
-為了由碳結(jié)合母體得到完全的碳結(jié)合網(wǎng)絡(luò)，可在顯著更低的溫度下燒制。通常，過(guò)濾器需要在500-1000℃的范圍進(jìn)行燒結(jié)。
-需要顯著更低的過(guò)熱。
-熱流量低。
-抗熱震性更好。
-無(wú)污染。
這種依據(jù)本發(fā)明的碳結(jié)合的過(guò)濾器具有相對(duì)低的熱流量。這樣的結(jié)果是無(wú)需使要過(guò)濾的金屬過(guò)熱，這就減少了能量消耗。
在提高碳結(jié)合的過(guò)濾器的質(zhì)量和性能的不懈工作的過(guò)程中，本發(fā)明人現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)，向過(guò)濾器配方中加入最多達(dá)20％，尤其是最多達(dá)10％重量比的纖維，可以顯著提高過(guò)濾器的性能。這種提高主要?dú)w因于提高了機(jī)械強(qiáng)度，改善了剛性，更高的抗沖擊性，更好的熱熱震性能。這種提高本身是顯著的，增加了過(guò)濾量，改善了機(jī)械完整性，對(duì)鋼的澆注污染小。由于結(jié)合纖維的碳結(jié)合在高溫下具有優(yōu)異的機(jī)械強(qiáng)度，在金屬澆注過(guò)程中不會(huì)發(fā)生軟化或者彎曲。這可以得到更加清潔的金屬鑄件。
依據(jù)本發(fā)明的進(jìn)一步包括纖維的可石墨化碳結(jié)合的過(guò)濾器，與玻璃碳結(jié)合的過(guò)濾器相比可帶來(lái)如下好處-高的抗氧化性-高的機(jī)械強(qiáng)度-高的抗沖擊性-低的微孔率
-低的比表面積-結(jié)構(gòu)靈活性-非脆性行為-經(jīng)濟(jì)實(shí)用依據(jù)本發(fā)明，為了得到最佳性能，除了陶瓷粉末外，構(gòu)成石墨化碳的結(jié)合網(wǎng)絡(luò)的石墨化碳在過(guò)濾器中所占的重量比最高達(dá)到15％，優(yōu)選的最高達(dá)到10％，更優(yōu)選的從至少2％到最多5％。
通常的，在陶瓷和復(fù)合材料中加入纖維以提高制品的機(jī)械強(qiáng)度和剛度。這些纖維可以是金屬纖維，有機(jī)纖維，比如聚酯纖維，粘膠纖維，聚乙烯纖維，聚丙烯腈(PAN)纖維，芳族聚酰胺纖維，聚酰胺纖維等，或是陶瓷纖維，比如鋁硅酸鹽纖維，氧化鋁纖維，或者玻璃纖維，或者由100％的碳構(gòu)成的碳纖維。在陶瓷中不同程度的使用所有這些類型的纖維，可以帶給陶瓷另外的有利性能，比如高機(jī)械強(qiáng)度，高抗沖擊性和更好的熱震性能。
本發(fā)明人已發(fā)現(xiàn)，往現(xiàn)有技術(shù)的碳結(jié)合過(guò)濾器中，加入任何類型的纖維，都會(huì)顯著提高過(guò)濾器的機(jī)械強(qiáng)度并改善抗沖擊性以及抗熱震性能。強(qiáng)度可以提高多達(dá)3倍(即從0.5MPa到1.5MPa)?？箾_擊性和抗熱震性也得到相應(yīng)的提高。這種提高的結(jié)果，現(xiàn)在至少可使碳過(guò)濾器的過(guò)濾量加倍。例如，一個(gè)100mm×100mm×20mm的碳過(guò)濾器具有100kg的正常濾鋼量。相同的過(guò)濾器，但是加入了5％的陶瓷纖維，濾鋼量則是200kg。尤其是陶瓷纖維和碳纖維在結(jié)合進(jìn)過(guò)濾器后，由于其熱穩(wěn)定性，它們的物理性能不會(huì)改變。而有機(jī)纖維在過(guò)濾器的燒制過(guò)程中會(huì)轉(zhuǎn)變成碳纖維(即它們發(fā)生了熱解過(guò)程)。這被認(rèn)為是相對(duì)陶瓷或者金屬纖維有利的。
本發(fā)明人已發(fā)現(xiàn)，加入纖維的有利效果取決于所加入的纖維的量，長(zhǎng)度，性質(zhì)和類型。所加入的纖維越多，過(guò)濾器越堅(jiān)固。然而，非常高量的纖維是不希望的，因?yàn)槠鋵?duì)漿料的流變性有負(fù)面影響。先加入碳纖維，再加入陶瓷纖維得到了最好效果。另一方面，碳纖維是最貴的，而有機(jī)纖維是最便宜的。有機(jī)纖維是用起來(lái)最經(jīng)濟(jì)的，因?yàn)槠浼尤肓恳忍祭w維或者陶瓷纖維低很多(低于2％)。然而，有機(jī)纖維比陶瓷或者碳纖維更能影響漿料的流變性。纖維的形式要么是短切纖維，要么是散纖維，在過(guò)濾器配方的混和過(guò)程中加入。不需要額外的混和技術(shù)。
依據(jù)本發(fā)明的過(guò)濾器優(yōu)選的含有0.1-20％重量比的所述纖維，特別的為1-10％，更特別的為5％。
依據(jù)本發(fā)明使用的纖維的優(yōu)選長(zhǎng)度為0.1mm-5mm。
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案中，碳結(jié)合的陶瓷過(guò)濾器按包含如下步驟的第一種工藝制造a)用含有纖維，可石墨化的碳結(jié)合母體，陶瓷粉末以及可選的其它添加劑的漿料浸漬由熱塑性材料制成的泡沫，b)干燥，可選的接著進(jìn)行一次或者兩次相同漿料的涂覆以增加重量，然后進(jìn)行最終干燥，c)在非氧化和/或還原氣氛中將浸漬的泡沫在500-1000℃，特別的在600-700℃的溫度范圍內(nèi)燒制，這樣，碳結(jié)合母體至少部分或者完全轉(zhuǎn)變成石墨化碳的結(jié)合網(wǎng)絡(luò)。
在這種工藝中，用作要用漿料浸漬的泡沫的熱塑性材料優(yōu)選的包含聚氨酯或者由其構(gòu)成。
在浸漬泡沫之前，將纖維，碳結(jié)合母體與陶瓷粉末，水，有機(jī)粘結(jié)劑以及添加劑混和有利于控制流變性，在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案中，存在的纖維的量可以到2重量份，優(yōu)選的在0.1-2重量份之間。
在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方案中，通過(guò)包括如下步驟的工藝制得第二種類型的碳結(jié)合的陶瓷過(guò)濾器a)在液壓機(jī)中，壓制包括纖維，陶瓷粉末和可石墨化結(jié)合母體以及可選的其它添加劑的半濕混和物，b)壓制成穿孔的盤狀或者塊狀制品，c)在非氧化和/或還原氣氛中將穿孔制品于500-1000℃，特別的在600-700℃的溫度范圍內(nèi)燒制，這樣，碳結(jié)合母體部分或者完全轉(zhuǎn)變成石墨化的碳的結(jié)合網(wǎng)絡(luò)。
碳結(jié)合源，即碳結(jié)合母體優(yōu)選的是高熔點(diǎn)瀝青(HMP)，因?yàn)樗芴峁┛杉庸ば?，成本以及制品質(zhì)量的最好的性能。然而，必須注意，依據(jù)本發(fā)明，也可以用其它的碳結(jié)合母體來(lái)制造碳結(jié)合的材料，例如合成的或者天然樹(shù)脂，以及可燒結(jié)的碳，只要其依據(jù)本發(fā)明能石墨化并可以在燒制時(shí)轉(zhuǎn)變成石墨化碳的結(jié)合網(wǎng)絡(luò)。這樣，不能考慮用可形成不能轉(zhuǎn)變成石墨的玻璃碳的合成樹(shù)脂粘結(jié)劑作為碳結(jié)合母體，因?yàn)檫@樣制品會(huì)有低的抗氧化性，低的機(jī)械強(qiáng)度，高的脆性和低的抗熱性。
而且，由于經(jīng)濟(jì)上以及環(huán)境上的原因，碳結(jié)合母體要與水兼容。然而，也可以采用有機(jī)溶劑基的碳結(jié)合母體。
在進(jìn)一步的實(shí)施方案中，這些工藝采用漿料(用于制造第一種類型的碳結(jié)合的陶瓷過(guò)濾器)或者半濕混和物(用于制造第二種類型的碳結(jié)合的陶瓷過(guò)濾器)，包括0.1-20％重量比的纖維，2(5)-15(25)重量份的可石墨化的碳結(jié)合母體，0(20)-95(80)重量份的陶瓷粉末，
0-80重量份的抗氧化材料，0-90重量份的石墨，0-10，特別的0.2-2重量份的有機(jī)粘結(jié)劑，以及，0-4，特別的0.1-2重量份的分散劑。
水按所需要的量加入。為制備漿料，依賴于陶瓷填料的性質(zhì)，需要加入20-70重量份的水。為了用于壓制的半濕混和物，所需要的水量取決于陶瓷填料的性質(zhì)在2-10重量份。
陶瓷粉末可以包括氧化鋯，氧化硅，氧化鋁，褐色熔融氧化鋁，氧化鎂，任何類型的粘土，滑石，云母，碳化硅，氮化硅以及類似的材料，或者任意的它們的混和物。也可以用石墨作為陶瓷粉末的替代品。
依據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的抗氧化的材料是金屬粉末和/或含有20-30％重量比的硼氧化物的玻璃熔塊，金屬粉末比如鋼，鐵，青銅，硅，鎂，鋁，硼，硼化鋯，硼化鈣，硼化鈦以及類似的材料。
依據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的有機(jī)粘結(jié)劑是生粘結(jié)劑(green binder)，比如聚乙烯醇(PVA)，淀粉，阿拉伯樹(shù)膠，糖或者類似的材料，或者任意的它們的組合。這些粘結(jié)劑可以在燒制前的處理中加入，以提高填料的機(jī)械性能。淀粉和阿拉伯樹(shù)膠還可以用作增稠劑。
依據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選的擴(kuò)散劑是Despex，木素磺酸鹽或者類似材料，或者任意的它們的組合，其有助于降低漿料中的水的水平，改善流變性。
在本發(fā)明的進(jìn)一步的實(shí)施方案中，漿料或者半濕混和物中可以含有0-2重量份的增塑劑，比如聚乙二醇(優(yōu)選的分子量500-10000)，優(yōu)選的在0.5-1重量份，以及/或0-1重量份的消泡劑，比如硅消泡劑，優(yōu)選的為0.1-0.5重量份。
用下面的實(shí)施例進(jìn)一步對(duì)本發(fā)明進(jìn)行闡述實(shí)施例采用煤焦油瀝青作為可石墨化的高熔點(diǎn)瀝青(HMP)，其玻璃轉(zhuǎn)變溫度為210℃，熬煉量(cooking value)為85％，灰燼量(ash value)為0.5％，并有精細(xì)粉末可以利用。
在所有的實(shí)施例中，所得到的混和物在惰性氣氛中，于600-900℃的溫度范圍內(nèi)燒制20-120min，加熱速率在1℃/min-10℃/min的范圍。
A第一種類型的過(guò)濾器實(shí)施例1將聚氨酯泡沫切成所需要的尺寸，用含有70g未切斷的硅酸鋁陶瓷纖維，70g所述高熔點(diǎn)瀝青粉末，1000g陶瓷粉末(煅燒的氧化鋁)，70g分散劑(木素磺酸鹽)，4g增稠劑(淀粉)以及270g水的漿料浸漬。
過(guò)濾器用手工浸漬，或者通過(guò)包括軋輥的機(jī)器達(dá)到此目的。在浸漬后，將過(guò)濾器用熱空氣和/或者微波干燥器干燥。通過(guò)空氣噴槍涂覆涂層。將過(guò)濾器再次干燥，移入還原或者非氧化氣氛的燒制爐中。依賴于漿料的組成，過(guò)濾器的尺寸和爐子的尺寸等，將爐子以1℃/min-10℃/min的速率加熱。
這些過(guò)濾器的強(qiáng)度最高達(dá)到1.5MPa。在現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，由于熔融金屬與過(guò)濾器接觸產(chǎn)生額外的熱量(放熱反應(yīng))，使用這些過(guò)濾器不需要過(guò)熱。
也可以將這些過(guò)濾器加熱到高于1500℃的溫度下形成纖維增強(qiáng)的類石墨結(jié)合。盡管這種處理會(huì)提高過(guò)濾器的整體性能，為過(guò)濾熔融金屬的目的，這并不需要。
實(shí)施例2用相同的配方，但采用了70g的0.2mm的短切碳纖維代替了硅酸鋁纖維，來(lái)重復(fù)實(shí)施例1，結(jié)果得到的強(qiáng)度更好，最高達(dá)2MPa。
實(shí)施例3用相同的配方，但采用了2％重量比的0.250mm的聚酯纖維代替硅酸鋁纖維，來(lái)重復(fù)實(shí)施例1，結(jié)果強(qiáng)度高于2MPa。
B第二種類型的過(guò)濾器實(shí)施例4在Hobart或者Eirich混和器中制備50g鋁硅酸鹽陶瓷纖維，70g所述高熔點(diǎn)瀝青粉末，900g陶瓷粉末(煅燒的氧化鋁)，100g石墨粉末，20g PVA粘結(jié)劑和60g水的混和物?；旌吞幚淼哪康氖堑玫揭环N半濕的均勻混和物。將預(yù)定重量的混和物放入其中含有垂直針桿的鋼模具中。將該混和物壓制得到穿孔制品。然后將此穿孔制品從模具中取出，干燥，用非氧化或者還原氣氛在700℃的溫度下燒制1h，加熱速率2℃/min。由于纖維的加入，所壓制的過(guò)濾器的強(qiáng)度從7MPa提高到了10MPa。
實(shí)施例5用相同的配方，但采用了70g的0.2mm的短切碳纖維代替了鋁硅酸鹽纖維，來(lái)重復(fù)實(shí)施例4，結(jié)果得到的強(qiáng)度最高達(dá)12MPa。
實(shí)施例6用相同的配方，但采用了2％重量比的0.250mm的聚酯纖維代替鋁硅酸鹽纖維，來(lái)重復(fù)實(shí)施例1，結(jié)果強(qiáng)度高于15MPa。
用這種纖維增強(qiáng)的可石墨化的碳結(jié)合的穿孔過(guò)濾器進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，過(guò)濾熔融鋼。發(fā)現(xiàn)，由于熔融金屬與過(guò)濾器接觸所產(chǎn)生的熱量足夠使熔融鋼在過(guò)濾過(guò)程中保持流動(dòng)，就不需要使熔融金屬過(guò)熱。這是由于在過(guò)濾器的表面和熔融鋼之間的放熱反應(yīng)。而且，在測(cè)試中，該過(guò)濾器沒(méi)有發(fā)生熱震或者扭曲。這些優(yōu)點(diǎn)將為對(duì)鑄鋼進(jìn)行更經(jīng)濟(jì)有效的過(guò)濾開(kāi)辟道路。
權(quán)利要求
1.一種適用于過(guò)濾熔融金屬的陶瓷過(guò)濾器，包括由石墨化的碳的網(wǎng)絡(luò)結(jié)合的陶瓷粉末和纖維。
2.權(quán)利要求1中的過(guò)濾器，其中的陶瓷粉末包含或者特別的由下述材料構(gòu)成氧化鋯，氧化硅，氧化鋁，褐色熔融氧化鋁，氧化鎂，任何類型的粘土，滑石，云母，碳化硅，氮化硅以及類似的材料，或者它們的混和物，或者石墨。
3.權(quán)利要求1或2中的過(guò)濾器，其中石墨化碳占最多15％的重量比，特別的占最多10％，更特別的占5％。
4.權(quán)利要求1至3任意之一中的過(guò)濾器，其中的纖維選自陶瓷纖維，玻璃纖維，有機(jī)纖維，碳纖維，金屬纖維以及它們的混和物。
5.權(quán)利要求4中的過(guò)濾器，其中的陶瓷纖維選自氧化鋁纖維，氧化硅纖維，鋁硅酸鹽纖維和它們的混和物。
6.權(quán)利要求4中的過(guò)濾器，其中的有機(jī)纖維選自聚酯纖維，聚丙烯腈纖維，聚乙烯纖維，聚酰胺纖維，粘膠纖維，芳族聚酰胺纖維以及它們的混和物。
7.權(quán)利要求1-6任意之一中的過(guò)濾器，其特征在于其含有0.1-20％，特別的1-10％重量比的所述纖維。
8.權(quán)利要求1-5任意之一中的過(guò)濾器，其特征在于纖維的長(zhǎng)度為0.1mm-5mm。
9.一種制造權(quán)利要求1-8任意之一中的陶瓷過(guò)濾器的方法，包括步驟a)用含有纖維，可石墨化碳結(jié)合母體，陶瓷粉末以及可選的其它添加劑的漿料浸漬由熱塑性材料制成的泡沫，b)干燥，可選的接著進(jìn)行一次或者兩次相同漿料的涂覆以增加重量，然后進(jìn)行最終干燥，c)在非氧化和/或還原氣氛中將浸漬的泡沫在500-1000℃，特別的在600-700℃的溫度范圍內(nèi)燒制，這樣，碳結(jié)合母體至少部分或者完全轉(zhuǎn)變成石墨化碳的結(jié)合網(wǎng)絡(luò)，且有機(jī)纖維發(fā)生熱解。
10.權(quán)利要求9中的方法，使用含有聚氨酯的熱塑性泡沫。
11.權(quán)利要求9或者10中的方法，其中，在浸漬泡沫之前，將碳結(jié)合母體與纖維，陶瓷粉末，水，有機(jī)粘結(jié)劑和添加劑相混和以控制流變性。
12.一種制造權(quán)利要求1-8任意之一中的陶瓷過(guò)濾器的方法，包括步驟a)在液壓機(jī)中，壓制包括纖維，陶瓷粉末和可石墨化結(jié)合母體以及可選的其它添加劑的半濕混和物，b)壓制得到穿孔的盤狀或者塊狀制品，c)在非氧化和/或還原氣氛中將該穿孔制品在500-1000℃，特別的在600-700℃的溫度范圍內(nèi)燒制，這樣，碳結(jié)合母體部分或者完全轉(zhuǎn)變成石墨化碳的結(jié)合網(wǎng)絡(luò)。
13.權(quán)利要求9-12任意之一中的方法，其中，用高熔點(diǎn)瀝青(HMP)作為可石墨化碳結(jié)合母體。
14.權(quán)利要求9-13任意之一中方法，其中使用包含以下成分的漿料或者半濕混和物0.1-20重量份的纖維，2-15重量份的可石墨化碳結(jié)合母體，0-95重量份的陶瓷粉末，0-80重量份的抗氧化材料，0-90重量份的石墨，0-10，特別的0.2-2重量份的有機(jī)粘結(jié)劑，以及，0-4，特別的0.1-2重量份的分散劑。
15.權(quán)利要求14中的方法，其中，用作抗氧化材料的是金屬粉末和/或含有20-30％重量比的硼氧化物的玻璃熔塊，金屬粉末比如鋼，鐵，青銅，硅，鎂，鋁，硼，硼化鋯，硼化鈣，硼化鈦以及類似的材料。
16.權(quán)利要求14或15中的方法，其中用作有機(jī)粘結(jié)劑的是生粘結(jié)劑，比如PVA，淀粉，樹(shù)膠，糖或者類似的材料，或者它們的組合。
17.權(quán)利要求14-16任意之一中的方法，其中用作擴(kuò)散劑的是木素磺酸鹽。
18.權(quán)利要求14-17任意之一中的方法，其中所用的漿料或者半濕混和物中進(jìn)一步包括0-2重量份的增塑劑，比如聚乙二醇(分子量500-10000)，0-1重量份的消泡劑，比如硅消泡劑。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于過(guò)濾熔融金屬的纖維增強(qiáng)陶瓷過(guò)濾器，其中包括石墨化碳的結(jié)合網(wǎng)絡(luò)，以及該過(guò)濾器的制造方法。
文檔編號(hào)B01F17/50GK1662286SQ03814117
公開(kāi)日2005年8月31日 申請(qǐng)日期2003年5月27日 優(yōu)先權(quán)日2002年5月31日
發(fā)明者K·朱瑪 申請(qǐng)人:維蘇維尤斯·克魯斯布公司