專利名稱：一種莫來石網(wǎng)孔泡沫陶瓷過濾器的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種莫來石網(wǎng)孔泡沫陶瓷過濾器的制備方法，屬于多孔陶瓷領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
網(wǎng)孔泡沫陶瓷是采用聚氨酯海綿作為模板，使海綿浸漬于陶瓷漿料中充分吸漿， 然后通過擠壓和離心作用使海綿孔隙中的多余漿料去除，保證陶瓷漿料僅僅掛附在海綿孔筋上，然后干燥、高溫?zé)Y(jié)，從而使海綿燒除、陶瓷粉燒結(jié)，從而得到與海綿結(jié)構(gòu)相同的網(wǎng)眼多孔結(jié)構(gòu)。網(wǎng)孔泡沫陶瓷通常具有70 90%的孔隙率，孔徑大都在8 40PPI，常溫抗壓強(qiáng)度大于IMPa，耐溫700 1700°C，同時(shí)具有優(yōu)異的抗熱沖擊性能。由于具有網(wǎng)眼多孔結(jié)構(gòu)和優(yōu)異的耐高溫性能，網(wǎng)孔泡沫陶瓷常用于鋁、銅、鐵、鋼及其合金的熔融液的鑄造，通過過濾、吸附和整流作用使金屬熔融液中的夾雜物得以去除，同時(shí)使金屬熔體保持層流狀態(tài)， 避免鑄件卷氣，從而提高鑄件質(zhì)量，降低廢品率，因此，網(wǎng)孔泡沫陶瓷在金屬精鑄行業(yè)得到廣泛的應(yīng)用。網(wǎng)孔泡沫陶瓷的材質(zhì)決定其使用溫度，從而影響到其適用的金屬類型。目前， 廣泛使用的網(wǎng)孔泡沫陶瓷過濾器主要有三種材質(zhì)氧化鋁質(zhì)、碳化硅質(zhì)、氧化鋯質(zhì)和氧化鎂質(zhì)，它們分別用于鋁、鐵、鋼和鎂及其合金的鑄造。中國(guó)發(fā)明專利CN85102359采用軟質(zhì)聚氨酯泡沫塑料作為母體，與煅燒鋁礬土、膨潤(rùn)土和水玻璃組成的陶瓷漿料進(jìn)行浸漬后干燥、燒結(jié)，從而制備出鋁合金、銅合金、鎂合金和鑄鐵鑄件過濾除渣用的鋁硅酸鹽泡沫陶瓷過濾器。由于水玻璃中含有大量的鈉離子，因此，該泡沫陶瓷在高溫下使用時(shí)將發(fā)生共熔、軟化現(xiàn)象，不能用于熔融溫度較高的金屬的凈化。中國(guó)發(fā)明專利CN87100037采用耐火粘土作為主要原料，磷酸二氫鋁水溶液作為粘結(jié)劑，聚氨酯海綿作為浸漬模板，坯體在800 KKKTC燒結(jié)，制備出適用于鋁合金鑄造用的泡沫陶瓷過濾器。該發(fā)明雖然原料成本和燒結(jié)溫度較低，但產(chǎn)品中引入了磷，這將對(duì)鑄件的質(zhì)量將產(chǎn)生不利的影響。中國(guó)發(fā)明專利ZL921(^883以A1203、SiO2JiO2中的兩種或三中組合物作為主要原料，采用聚氨酯海綿泡沫作為模板，制備出了可用于高熔點(diǎn)液態(tài)金屬過濾的網(wǎng)孔泡沫陶瓷過濾器ο中國(guó)發(fā)明專利ZL200710139289以氧化鋁、二氧化硅、滑石、高嶺土組成的陶瓷粉末作為主要原料，再加入羧甲基纖維素、聚乙烯醇、硅溶膠和水制成料漿，以軟質(zhì)聚氨酯泡沫塑料為載體，浸漬上述料漿，擠壓后制成坯料，干燥后燒結(jié)得到氧化鋁質(zhì)網(wǎng)孔泡沫陶瓷過濾器，可用于鋁、鋁合金和銅熔融液的過濾凈化。中國(guó)發(fā)明專利ZL200610017435將網(wǎng)狀聚氨酯泡沫塑料在以SiC為主要成分的漿料中，經(jīng)浸漬、甩漿制得坯體，干燥后經(jīng)1400 1500°C燒結(jié)，得到碳化硅泡沫陶瓷過濾器。雖然該過濾器的主要成分是SiC，但提供強(qiáng)度的是碳化硅氧化后生成的SiO2,因此，該過濾器的主要材質(zhì)組成是SiO2和SiC。中國(guó)發(fā)明專利CN200710030071在碳化硅漿料中加入了超細(xì)氧化鋁和超細(xì)氧化硅粉，制成漿料后，以有機(jī)網(wǎng)狀聚氨酯泡沫材料作為載體，進(jìn)行浸漬，然后成型、干燥、高溫?zé)Y(jié)，得到碳化硅泡沫陶瓷過濾器。由于氧化鋁的引入，在高溫下，碳化硅氧化生成的氧化硅和外加的氧化硅會(huì)與氧化鋁反應(yīng)，生成莫來石，因此，該過濾器的主要材質(zhì)組成為碳化硅和莫來石。中國(guó)發(fā)明專利CN200710163437提供一種泡沫陶瓷過濾器，其物相組成包括50 75%的碳化硅，結(jié)合相為20 45%的彌散了氮化硼的無定型二氧化硅。由于在結(jié)合相中彌散了氮化硼，因此，泡沫陶瓷過濾器的熱膨脹系數(shù)更低，且具有較大的彈性和熱塑性。中國(guó)發(fā)明專利CN2009102276^以硅、碳化硅作為主要原料制成陶瓷漿料，以聚氨酯泡沫塑料作為模板，浸漬、成型、干燥后于氮?dú)鈿夥障略?400 1500°C 燒結(jié)，得到氮化硅結(jié)合碳化硅泡沫陶瓷過濾器，該過濾器的常溫耐壓強(qiáng)度不低于2. 3MPa, 1100°C 20°C水冷的抗熱沖擊性能達(dá)到23次以上。中國(guó)發(fā)明專利ZL200710139288以氧化鋯、氧化鋁、氧化鈣、氧化釔組成陶瓷粉末，再加入甲基纖維素、聚乙烯醇和水制備料漿，以軟質(zhì)聚氨脂泡沫塑料為載體，浸漬上述料漿，擠壓制成坯料，干燥后燒結(jié)得到氧化鋯質(zhì)泡沫陶瓷過濾器。中國(guó)發(fā)明專利 CN200910024413以氧化鎂和單斜氧化鋯作為主要原料、乙醇有機(jī)溶劑作為分散介質(zhì)制備氧化鎂部分穩(wěn)定氧化鋯泡沫陶瓷過濾器。中國(guó)發(fā)明專利ZL200710139287以氧化鎂、碳化硼、三氧化二硼組成陶瓷粉末，再加入甲基纖維素和水制備料漿，以軟質(zhì)聚氨脂泡沫塑料為載體，浸漬上述料漿，擠壓制成坯料，干燥后燒結(jié)得到氧化鎂質(zhì)泡沫陶瓷過濾器。中國(guó)發(fā)明專利CN2010101218M將電熔氧化鎂、氟化鎂和水按照一定質(zhì)量比球磨混合得到均勻水基分散漿料，將聚氨酯泡沫模板浸入漿料中，通過反復(fù)蘸菜一離心甩漿的過程，制得素坯，然后干燥素坯，最后于1200°C 1300°C保溫池?zé)Y(jié)，得到氧化鎂泡沫陶瓷過濾器，該發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是通過氟化鎂的添加大大降低了氧化鎂泡沫陶瓷的燒結(jié)溫度。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種莫來石網(wǎng)孔泡沫陶瓷過濾器的制備方法，使用本發(fā)明方法制備的莫來石網(wǎng)孔泡沫陶瓷過濾器可用于鋁、鋁合金、銅、鐵等熔融液的過濾凈化和整流，從而提高鑄件質(zhì)量，降低廢品率。本發(fā)明的核心是采用電熔莫來石粉作為主要原料，以高嶺土、膨潤(rùn)土、滑石粉作為漿料流變控制劑，硅溶膠、聚乙烯醇、糊精作為粘結(jié)劑，聚乙二醇、聚丙烯酸鹽作為分散劑， 水作為溶劑，制成陶瓷漿料，將預(yù)處理后的聚氨酯海綿泡沫浸入上述漿料，并去除海綿浸漬體內(nèi)的多余漿料，干燥后燒結(jié)，從而制得莫來石網(wǎng)孔泡沫陶瓷過濾器。具體的工藝過程如下(1)將電熔莫來石粉作為主要原料，選取高嶺土、膨潤(rùn)土、滑石粉中的一種或幾種組合物作為漿料流變控制劑，硅溶膠、聚乙烯醇、糊精中的一種或幾種組合物作為粘結(jié)劑， 聚乙二醇、聚丙烯酸鈉、聚丙烯酸銨中的一種或幾種組合物作為分散劑；(2)將上述物料以一定的比例放入攪拌器內(nèi)，并加水?dāng)嚢?，混合均勻，制成陶瓷漿料；(3)將經(jīng)過預(yù)處理的聚氨酯海綿預(yù)制體浸入陶瓷漿料中，充分吸入陶瓷漿料；(4)將充分浸漬陶瓷漿料的海綿通過擠壓或離心工藝去除孔隙內(nèi)的多余漿料，得到泡沫陶瓷濕坯；
(5)將泡沫陶瓷濕坯于空氣氣氛下低于200°C干燥；(6)將干燥后的泡沫陶瓷素坯放入燒結(jié)爐內(nèi)，于1400 1650°C燒結(jié)，得到莫來石泡沫陶瓷過濾器。本發(fā)明采用的電熔莫來石粉為Al203/Si02摩爾比接近3 1的工業(yè)礦粉經(jīng)過電熔噴吹后破碎所得，莫來石粉中含65 78wt% Al2O3和22 35wt% SiO2，且莫來石相不低于 75wt%，為了防止在漿料中沉淀，電熔莫來石粉的平均粒度應(yīng)不大于200目。為了保證漿料具有合適的流變性能，從而使?jié){料很好地掛附在海綿上，需加入高嶺土、膨潤(rùn)土、滑石粉中的一種或幾種組合物作為漿料流變控制劑，漿料流變控制劑的加入量小于電熔莫來石粉重量的30%，且粒度最好不大于200目。為了提高陶瓷漿料在海綿基體上的黏附力，還需要在陶瓷漿料中加入硅溶膠、聚乙烯醇、糊精中的一種或幾種組合物作為粘結(jié)劑，粘結(jié)劑的加入量小于電熔莫來石重量的10%。為了增加陶瓷漿料的固含量、提高單位質(zhì)量海綿上所掛附的陶瓷粉料重量，還需要在陶瓷漿料中加入聚乙二醇、聚丙烯酸鈉、聚丙烯酸銨中的一種或幾種組合物作為分散劑，分散劑的加入量小于電熔莫來石重量的 1. 5%。將電熔莫來石粉、漿料流變控制劑、粘結(jié)劑、分散劑按一定質(zhì)量比加入水中，攪拌混合均勻，制成固含量40 90%的陶瓷漿料。本發(fā)明使用的聚氨酯泡沫海綿，開口孔隙率不低于70%，孔徑為5 60PPI。使用前將海綿在酸液(鹽酸、硫酸、硝酸等)或堿液(氫氧化鈉溶液、氫氧化鉀溶液、氨水等)中浸泡，然后經(jīng)過清水漂洗，去除表面黏附物，干燥后將海綿剪成所需的形狀，然后在上述陶瓷漿料中進(jìn)行浸漬。充分浸漬陶瓷漿料后的海綿通過對(duì)輥擠壓或離心甩漿處理，使海綿孔隙中的多余漿料排除，得到泡沫陶瓷濕坯，為了提高孔筋的掛漿厚度，可以進(jìn)行多次的浸漬一對(duì)輥擠壓 /離心甩漿處理操作。泡沫陶瓷濕坯的干燥溫度為常溫至200°C，可以選用烘箱、電窯或微波干燥設(shè)備進(jìn)行。而干燥后泡沫陶瓷素坯在箱式爐、隧道窯或梭式窯中于1400 1650°C燒結(jié)，600°C之前的升溫速率小于120°C /h。本發(fā)明制備的莫來石網(wǎng)孔泡沫陶瓷過濾器，開口孔隙率為70 90%，體密度為 0.4 0.8g/cm3，抗壓強(qiáng)度大于l.OMPa，抗熱沖擊(1100°C，風(fēng)冷)達(dá)6次以上。對(duì)金屬熔液中的難熔物夾雜具有很好的過濾和吸附作用，尤其適用于鋁、鋁合金、銅和鐵等的鑄造。
具體實(shí)施例方式下面通過具體實(shí)施對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步地說明，但本發(fā)明絕非局限于實(shí)施例。實(shí)施例1取含65wt% Al203、30wt% 5丨02、80 {%莫來石相、平均粒徑200目的電熔莫來石粉 12Kg、200目的高嶺土粉2. ^(g、糊精0. 75Kg、聚乙二醇0. Hg，將粉料放入攪拌器內(nèi)，加入 20Kg水，攪拌均勻，得到陶瓷漿料。將20PPI的海綿放入10%的硫酸溶液中浸泡30min，用清水洗滌后干燥，剪切成 75X7h20mm的方片。將海綿片浸漬于上述陶瓷漿料中，使海綿充分吸漿。然后使充分吸附陶瓷漿料的海綿經(jīng)過對(duì)輥擠壓機(jī)，調(diào)整對(duì)輥擠壓機(jī)的輥?zhàn)娱g隙，使海綿中的多余漿料擠出，得到泡沫陶瓷濕坯。將泡沫陶瓷濕坯放入烘箱中，保持100°C干燥他，得到泡沫陶瓷素坯。將干燥后的素坯置入箱式爐中，以60°C /h的升溫速率升至600°C，然后以120°C /h的速率升至1650°C， 保溫2h，隨爐自然冷卻，得到莫來石網(wǎng)孔泡沫陶瓷過濾器。實(shí)施例2取含78wt% Al203、21wt% 3102、76 1%莫來石相、平均粒徑300目的電熔莫來石粉 10Kg、500目的膨潤(rùn)土粉1. 8Kg、固含量25%的硅溶膠0. 8Kg、聚丙烯酸鈉0. 08Kg，將粉料放入攪拌器內(nèi)，加入15Kg水，攪拌均勻，得到陶瓷漿料。將10PPI的海綿放入10%的氫氧化鈉溶液中浸泡60min，用清水洗滌后干燥，剪切成直徑50mm、厚度20mm的圓片。將海綿圓片浸漬于上述陶瓷漿料中，使海綿充分吸漿。然后使充分吸附陶瓷漿料的海綿經(jīng)過離心甩漿機(jī)甩漿，通過調(diào)整離心甩漿機(jī)的轉(zhuǎn)速和離心時(shí)間，使海綿中的多余漿料擠出，得到泡沫陶瓷濕坯。將泡沫陶瓷濕坯通過微波連續(xù)干燥設(shè)備，快速干燥，得到泡沫陶瓷素坯。將干燥后的素坯置入梭式窯中，以30°C /h的升溫速率升至600°C，保溫濁，然后以180°C /h的速率升至1500°C，保溫8h，隨爐自然冷卻，得到莫來石網(wǎng)孔泡沫陶瓷過濾器。實(shí)施例3取含65wt% Al2O3、；35wt% 5丨02、80 丨％莫來石相、平均粒徑500目的電熔莫來石粉 10Kg、500目的滑石粉2. OKg、聚乙烯醇0. 75Kg、聚丙烯酸銨0. 08Kg，將粉料放入攪拌器內(nèi)， 加入22Kg水，攪拌均勻，得到陶瓷漿料。將60PPI的海綿放入15%的氫氧化鉀溶液中浸泡20min，用清水洗滌后干燥，剪切成直徑75mm、厚度22mm的圓片。將海綿圓片浸漬于上述陶瓷漿料中，使海綿充分吸漿。然后使充分吸附陶瓷漿料的海綿經(jīng)過離心甩漿機(jī)甩漿，通過調(diào)整離心甩漿機(jī)的轉(zhuǎn)速和離心時(shí)間，使海綿中的多余漿料擠出，然后在空氣中干燥IOmin后，再進(jìn)行浸漬漿料、離心甩漿，得到泡沫陶瓷濕坯。將泡沫陶瓷濕坯于空氣中自然干燥Mh，得到泡沫陶瓷素坯。將干燥后的素坯置入隧道窯內(nèi)，使素坯以120°C /h的升溫速率升至600°C，保溫4h，然后以240°C /h的速率升至 1400°C，保溫16h，隨爐自然冷卻，得到莫來石網(wǎng)孔泡沫陶瓷過濾器。實(shí)施例4取含71. 8wt% Al2O3^ 28. Owt % SiO2,99. 4界1%莫來石相、平均粒徑600目的電熔莫來石粉10Kg、300目的高嶺土粉lKg、500目的膨潤(rùn)土粉0. 6Kg、800目的滑石粉lKg、聚乙烯醇0. ^(g、40Wt%的硅溶膠0. 25Kg、聚乙二醇0. (^Kg、聚丙烯酸銨0. (^Kg，將粉料放入攪拌器內(nèi)，加入12Kg水，攪拌均勻，得到陶瓷漿料。將5PPI的海綿放入20%的氨水溶液中浸泡30min，用清水洗滌后干燥，剪切成直徑100mm、厚度30mm的圓片。將海綿圓片浸漬于上述陶瓷漿料中，使海綿充分吸漿。然后使充分吸附陶瓷漿料的海綿經(jīng)過離心甩漿機(jī)甩漿，通過調(diào)整離心甩漿機(jī)的轉(zhuǎn)速和離心時(shí)間， 使海綿中的多余漿料擠出。將泡沫陶瓷濕坯放入烘箱中于200°C干燥30min后，得到泡沫陶瓷素坯。將干燥后的素坯置入梭式窯內(nèi)，使素坯以20°C /h的升溫速率升至600°C，然后以60°C /h的速率升至 1550°C，保溫4h，隨爐自然冷卻，得到莫來石網(wǎng)孔泡沫陶瓷過濾器。
權(quán)利要求
1.一種莫來石網(wǎng)孔泡沫陶瓷過濾器的制備方法，其特征在于以電熔莫來石粉作為主要原料，高嶺土、膨潤(rùn)土、滑石粉作為漿料流變控制劑，硅溶膠、聚乙烯醇、糊精作為粘結(jié)劑， 聚乙二醇、聚丙烯酸鹽作為分散劑，水作為溶劑，制成陶瓷漿料，將聚氨酯海綿泡沫浸入上述漿料，并去除海綿浸漬體內(nèi)的多余漿料，干燥后燒結(jié)，從而制得莫來石網(wǎng)孔泡沫陶瓷過濾器；具體工藝步驟如下(1)將電熔莫來石粉作為主要原料，選取高嶺土、膨潤(rùn)土、滑石粉中的一種或幾種組合物作為漿料流變控制劑，硅溶膠、聚乙烯醇、糊精中的一種或幾種組合物作為粘結(jié)劑，聚乙二醇、聚丙烯酸鈉、聚丙烯酸銨中的一種或幾種組合物作為分散劑；(2)將上述物料以一定的比例放入攪拌器內(nèi)，并加水?dāng)嚢?，混合均勻，制成陶瓷漿料；(3)將經(jīng)過預(yù)處理的聚氨酯海綿浸入陶瓷漿料中，充分吸入陶瓷漿料；(4)將充分浸漬陶瓷漿料的海綿通過擠壓或離心工藝去除孔隙內(nèi)的多余漿料，得到泡沫陶瓷濕坯；(5)將泡沫陶瓷濕坯于空氣氣氛下低于200°C干燥；(6)將干燥后的泡沫陶瓷素坯放入燒結(jié)爐內(nèi)，于1400 1650°C燒結(jié)，得到莫來石泡沫陶瓷過濾器。
2.如權(quán)利要求1所述的莫來石網(wǎng)孔泡沫陶瓷過濾器的制備方法，其特征在于采用的電熔莫來石粉含65 78wt% Al2O3和22 !35wt% SiO2。
3.如權(quán)利要求1所述的莫來石網(wǎng)孔泡沫陶瓷過濾器的制備方法，其特征在于采用的電熔莫來石粉含有不低于75wt%的莫來石相。
4.如權(quán)利要求1所述的莫來石網(wǎng)孔泡沫陶瓷過濾器的制備方法，其特征在于采用的電熔莫來石粉的平均粒徑不大于200目。
5.如權(quán)利要求1所述的莫來石網(wǎng)孔泡沫陶瓷過濾器的制備方法，其特征在于漿料流變控制劑的加入量小于電熔莫來石粉重量的30%。
6.如權(quán)利要求1所述的莫來石網(wǎng)孔泡沫陶瓷過濾器的制備方法，其特征在于粘結(jié)劑的加入量小于電熔莫來石重量的10%。
7.如權(quán)利要求1所述的莫來石網(wǎng)孔泡沫陶瓷過濾器的制備方法，其特征在于分散劑的加入量小于電熔莫來石重量的1. 5%。
8.如權(quán)利要求1所述的莫來石網(wǎng)孔泡沫陶瓷過濾器的制備方法，其特征在于干燥后的泡沫陶瓷素坯在燒結(jié)時(shí)，控制600°C之前的升溫速率小于120°C /h。
全文摘要
本發(fā)明屬于多孔陶瓷領(lǐng)域，提出一種莫來石網(wǎng)孔泡沫陶瓷的制備方法，以電熔莫來石粉作為主要原料，高嶺土、膨潤(rùn)土、滑石粉作為漿料流變控制劑，硅溶膠、聚乙烯醇、糊精作為粘結(jié)劑，聚乙二醇、聚丙烯酸鹽作為分散劑，水作為溶劑，制成陶瓷漿料，將聚氨酯海綿泡沫浸入上述漿料，并去除海綿浸漬體內(nèi)的多余漿料，干燥后燒結(jié)，從而制得莫來石網(wǎng)孔泡沫陶瓷過濾器。本發(fā)明的莫來石網(wǎng)孔泡沫陶瓷過濾器具有優(yōu)良的高溫性能和流體過濾性能，可用于鋁、鋁合金、銅、鐵等金屬液的凈化，從而提高鑄件質(zhì)量、減少?gòu)U品率。
文檔編號(hào)C04B35/185GK102173857SQ20101059621
公開日2011年9月7日 申請(qǐng)日期2010年12月20日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月20日
發(fā)明者丁書強(qiáng), 王冬冬, 王澤華, 王自強(qiáng) 申請(qǐng)人:中鋼集團(tuán)洛陽(yáng)耐火材料研究院有限公司