專利名稱：注凝成型法生產(chǎn)氧化鋁泡沫陶瓷的工藝方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種生產(chǎn)氧化鋁泡沫陶瓷的工藝方法，特別是涉及一種注凝成型法生產(chǎn)氧化鋁泡沫陶瓷的工藝方法。
背景技術(shù)：
泡沫陶瓷是一種具有諸多優(yōu)良特性的陶瓷材料，是繼普通多孔陶瓷、蜂窩多孔陶瓷之后，新興起的第三代多孔陶瓷產(chǎn)品，這種高技術(shù)陶瓷的氣孔率通常高達(dá)70%-90%，其孔道結(jié)構(gòu)是呈互相連接的迷宮式三維網(wǎng)狀骨架結(jié)構(gòu)的多孔體，其結(jié)構(gòu)猶如鋼化了的泡沫塑料或瓷化了的海綿體。因此，這種特殊結(jié)構(gòu)造型非常適合用作熔融金屬的過(guò)濾。隨著航空航天、軍事和電子技術(shù)的迅速發(fā)展，對(duì)鑄件質(zhì)量的要求日益提高，采用泡沫陶瓷過(guò)濾獲得的潔凈金屬熔液的方法已受到高度重視，并已開(kāi)始應(yīng)用。 在鑄造行業(yè)的澆注過(guò)程中，很容易引入氣體，混入或形成非金屬夾雜物，這些氣體和夾雜物將降低鑄件的使用性能及加工性能，使廢品率升高。采用泡沫陶瓷過(guò)濾金屬液，通過(guò)機(jī)械攔截、整流和深層吸附這三種過(guò)濾凈化機(jī)理，可有效地減少或消除其中的非金屬夾雜物和氣體，凈化液態(tài)金屬或合金，提高生產(chǎn)效率，改善鑄件內(nèi)部質(zhì)量、工作性能以及機(jī)加性能。泡沫陶瓷由于同時(shí)具有過(guò)濾面積大、熱震穩(wěn)定性能好、化學(xué)穩(wěn)定性好和抗金屬液沖擊能力強(qiáng)以及過(guò)濾效率高等優(yōu)點(diǎn)，可以大大降低鑄件的廢品率。泡沫陶瓷用于熔融金屬過(guò)濾必須要滿足以下兩個(gè)條件一是不能和被過(guò)濾的熔融金屬發(fā)生化學(xué)反應(yīng)；二是要擁有良好的抗熱震性及抗折強(qiáng)度。因此泡沫陶瓷的選擇依據(jù)因金屬或合金的使用性能和加工性能要求的不同而不同。例如，對(duì)于鋁合金和銅合金熔體的過(guò)濾，可選用堇青石材質(zhì)泡沫陶瓷；對(duì)于球墨鑄鐵、不銹鋼等高溫合金熔體，由于鋼鐵合金比重更大，熔點(diǎn)更高，就要求過(guò)濾用泡沫陶瓷在高溫下的強(qiáng)度、軟化溫度以及抗熱震性都要比過(guò)濾鋁、銅合金熔體的泡沫陶瓷要高，通?？蛇x用氧化鋁和碳化硅材質(zhì)的泡沫陶瓷，濾片的孔徑尺寸一般為10-30PPI。利用泡沫陶瓷對(duì)金屬熔體進(jìn)行過(guò)濾凈化已經(jīng)有幾十年了，自從1978年美國(guó)發(fā)明了氧化鋁、高嶺土等材質(zhì)的泡沫陶瓷，并成功應(yīng)用于鋁合金鑄造過(guò)濾之后，英、日、德、瑞士等國(guó)家競(jìng)相開(kāi)展了研究，并研制出多種材質(zhì)，適合于不同用途的泡沫陶瓷過(guò)濾器，如氧化鋯，氧化硅，氮化硅等高溫泡沫陶瓷。目前為止，各類泡沫陶瓷的制備工藝大致如下
準(zhǔn)備有機(jī)泡沫材料模板一配制陶瓷楽■料一向模板上涂覆楽■料一素胚干燥一燒結(jié)一得到制品。制備過(guò)程中的關(guān)鍵步驟是選用一種合適的分散介質(zhì)和分散劑將陶瓷粉末進(jìn)行分散，制成漿料涂覆到模板上，這就要求制備出高固相含量、穩(wěn)定性和流動(dòng)性能都良好的漿料，然而制備泡沫陶瓷時(shí)漿料的流動(dòng)性和穩(wěn)定性是相互矛盾的，這會(huì)導(dǎo)致已經(jīng)涂覆到有機(jī)泡沫表面的漿料在干燥脫水過(guò)程中出現(xiàn)流涎現(xiàn)象，漿料分布不均的素胚由于收縮尺寸不同，還會(huì)產(chǎn)生細(xì)小裂紋，燒結(jié)時(shí)會(huì)發(fā)生開(kāi)裂，無(wú)法得到合格的產(chǎn)品。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種注凝成型法生產(chǎn)氧化鋁泡沫陶瓷的工藝方法。該工藝通過(guò)在低粘度，高固相含量的料漿中加入小分子單體，在交聯(lián)劑和引發(fā)劑的作用下，使料漿中的單體快速交聯(lián)聚合，形成三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，使料漿原位固化成型，基本消除了普通漿料的流涎現(xiàn)象，消除了分散劑種類和用量對(duì)漿料流變性的影響。通過(guò)干燥，去除有機(jī)物，燒結(jié)等過(guò)程，得到所需的泡沫陶瓷。本發(fā)明的目的是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的
注凝成型法生產(chǎn)氧化鋁泡沫陶瓷的工藝方法，所 述工藝方法包括以如下摩爾比的原料丙烯酰胺I. 00 ;過(guò)硫酸銨O. 005 O. 05 ;N，N'-亞甲基雙丙烯酰胺O. 005 O. 03 ;加入到水中得到質(zhì)量分?jǐn)?shù)為25%的反應(yīng)液,并按如下質(zhì)量配比氧化招二氧化錯(cuò)25%的反應(yīng)液=50^70 Γ10 :3(Γ50 ;高速球磨上述原料，可制得漿料，將聚氨酯泡沫在50°C，10%氫氧化鈉水溶液中加熱處理30min，之后水洗至無(wú)堿液殘留并干燥，備用，將經(jīng)過(guò)預(yù)處理的聚氨酯泡沫干燥后浸入上述漿料中，通過(guò)反復(fù)蘸漿一擠漿的過(guò)程，直至得到粉體粘附量達(dá)到工藝要求的素胚；將所得素胚置于50°C的烘箱中反應(yīng)2h，得到注凝成型體；將注凝成型體自然干燥至含水量小于1% ;將干燥后的注凝成型體置于高溫爐中，以f 3°C /min的速度升溫至140(Tl60(rC并保溫2h，自然冷卻即得到氧化鋁泡沫陶瓷。所述的注凝成型法生產(chǎn)氧化鋁泡沫陶瓷的工藝方法，其所述工藝提到的氧化鋁和二氧化鋯粒徑范圍為IOiTlOOO目。所述的注凝成型法生產(chǎn)氧化鋁泡沫陶瓷的工藝方法，其所述工藝提到的聚氨酯泡沫的孔徑介于1(Γ60ΡΡΙ之間。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)與效果是
1.本發(fā)明注凝成型的定型過(guò)程是靠漿料中小分子單體原位聚合形成交聯(lián)網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的凝膠體來(lái)實(shí)現(xiàn)的，所以成型坯體組分均勻，密度均勻，缺陷少；
2.本發(fā)明工藝制備的素胚強(qiáng)度高，可進(jìn)行機(jī)械再加工，真正實(shí)現(xiàn)凈尺寸成型；
3.本發(fā)明工藝不使用分散劑，消除了分散劑種類和用量對(duì)漿體穩(wěn)定性的影響。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。本發(fā)明注凝成型技術(shù)是將傳統(tǒng)的陶瓷工藝和高分子化學(xué)結(jié)合在一起，將單體聚合反應(yīng)靈活地引入到泡沫陶瓷成型工藝中，通過(guò)制備低粘度，高固相含量的陶瓷料漿來(lái)實(shí)現(xiàn)凈尺寸成型，高強(qiáng)度，高密度，均勻性好的陶瓷胚體要求。該工藝是通過(guò)在低粘度，高固相含量的料漿中加入小分子單體，在交聯(lián)劑和引發(fā)劑的作用下，使料漿中的單體快速交聯(lián)聚合，形成三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，使料漿原位固化成型，基本消除了普通漿料的流涎現(xiàn)象，消除了分散劑種類和用量對(duì)漿料流變性的影響。最后通過(guò)干燥，去除有機(jī)物，燒結(jié)等過(guò)程，可得到所需的泡沫陶瓷。所涉及的氧化鋁泡沫陶瓷適用于鋁及銅的合金以及鋼鐵熔液的過(guò)濾凈化。實(shí)施例I :
將孔徑20ΡΡΙ,尺寸100X 100X 25mm的聚氨酯泡沫浸入50°C的10%氫氧化鈉水溶液中，30min后取出，經(jīng)水洗至中性并自然晾干，備用。取單體丙烯酰胺71克，引發(fā)劑過(guò)硫酸鉀
5.8克和交聯(lián)劑N，Ni -亞甲基雙丙烯酰胺3. 2克，加入到240克水中混合均勻，在高速球磨機(jī)中將335克氧化鋁粉末和65克二氧化鋯粉末與上述水溶液混合制成漿料。將備用的聚氨酯泡沫在漿料中通過(guò)反復(fù)蘸漿-擠漿過(guò)程使泡沫網(wǎng)絡(luò)上粘附有漿料，并離心除去多余漿料。接著將制得的素胚置于50°C的烘箱中反應(yīng)2h，經(jīng)自然干燥至含水量小于1%，可得到注凝成型制品。最后，在高溫爐中，以1°C /min的速度升溫至1550°C進(jìn)行燒結(jié)，并保溫2h，自然冷卻即可得到氧化鋁泡沫陶瓷。實(shí)施例2:
將孔徑10PPI,尺寸100X 100X 25mm的聚氨酯泡沫浸入50°C的10%氫氧化鈉水溶液中，25min后取出，經(jīng)水洗至中性并自然晾干，備用。取單體丙烯酰胺70克，引發(fā)劑過(guò)硫酸銨
6.4克和交聯(lián)劑N，Ni -亞甲基雙丙烯酰胺3. 6克，加入到240克水中混合均勻，在高速球磨機(jī)中將300克氧化鋁粉末和20克二氧化鋯粉末與上述水溶液混合均勻，制成漿料。將備用的聚氨酯在漿料中通過(guò)反復(fù)蘸漿-擠漿過(guò)程使泡沫網(wǎng)絡(luò)上粘附有漿料，并離心除去多余漿料。接著將制得的素胚置于50°C的烘箱中反應(yīng)2h，可得到注凝成型制品并自然干燥至含 水量小于1%。最后，在高溫爐中，以1°C /min的速度升溫至1550°C進(jìn)行燒結(jié)，并保溫2h，自然冷卻即可得到氧化鋁泡沫陶瓷。實(shí)施例3:
將孔徑30PPI,尺寸100X 100X 25mm的聚氨酯泡沫浸入50°C的10%氫氧化鈉水溶液中，30min后取出，經(jīng)水洗至中性并自然晾干，備用。取單體丙烯酰胺80克，引發(fā)劑過(guò)硫酸銨8. 2克和交聯(lián)劑N，Ni -亞甲基雙丙烯酰胺I. 8克，加入到270克水中混合均勻，在高速球磨機(jī)中將350克氧化鋁粉末50克二氧化鋯粉末與上述溶液混合制成漿料。將備用的聚氨酯在漿料中通過(guò)反復(fù)蘸漿-擠漿過(guò)程使泡沫網(wǎng)絡(luò)上粘附有漿料，并離心除去多余漿料。接著將制得的素胚置于50°C的烘箱中反應(yīng)2h。再將含水量小于1%的注凝成型制品置于在高溫爐中，以2V /min的速度升溫至1600°C進(jìn)行燒結(jié)，并保溫2h，自然冷卻即可得到氧化鋁泡沫陶瓷。
權(quán)利要求
1.注凝成型法生產(chǎn)氧化鋁泡沫陶瓷的工藝方法，其特征在于，所述工藝方法包括以如下摩爾比的原料丙烯酰胺I. OO ;過(guò)硫酸銨O. 005、. 05 ;N，N'-亞甲基雙丙烯酰胺O.005、. 03 ;加入到水中得到質(zhì)量分?jǐn)?shù)為25%的反應(yīng)液，并按如下質(zhì)量配比氧化鋁二氧化鋯25%的反應(yīng)液=5(Γ70 Γ10 :30^50 ;高速球磨上述原料，可制得漿料，將聚氨酯泡沫在50°C, 10%氫氧化鈉水溶液中加熱處理30min，之后水洗至無(wú)堿液殘留并干燥，備用，將經(jīng)過(guò)預(yù)處理的聚氨酯泡沫干燥后浸入上述漿料中，通過(guò)反復(fù)蘸漿一擠漿的過(guò)程，直至得到粉體粘附量達(dá)到工藝要求的素胚；將所得素胚置于50°C的烘箱中反應(yīng)2h，得到注凝成型體；將注凝成型體自然干燥至含水量小于1% ;將干燥后的注凝成型體置于高溫爐中，以f3°C /min的速度升溫至140(Γ1600 并保溫2h，自然冷卻即得到氧化鋁泡沫陶瓷。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的注凝成型法生產(chǎn)氧化鋁泡沫陶瓷的工藝方法，其特征在于，所述工藝提到的氧化鋁和二氧化鋯粒徑范圍為10(Tl000目。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的注凝成型法生產(chǎn)氧化鋁泡沫陶瓷的工藝方法，其特征在于，所述工藝提到的聚氨酯泡沫的孔徑介于1(Γ60ΡΡΙ之間。
全文摘要
注凝成型法生產(chǎn)氧化鋁泡沫陶瓷的工藝方法，涉及一種鋁合金、銅合金以及高溫鋼鐵熔液的精煉、過(guò)濾用氧化鋁泡沫陶瓷的生產(chǎn)方法。將聚氨酯泡沫氫氧化鈉水溶液加熱處理，水洗至無(wú)堿液殘留并干燥。將粉體氧化鋁，單體丙烯酰胺，引發(fā)劑過(guò)硫酸銨，交聯(lián)劑N，N′-亞甲基雙丙烯酰胺以及增韌劑二氧化鋯與水混合。將干燥聚氨酯泡沫浸入漿料中，通過(guò)反復(fù)蘸漿-擠漿，制得素胚。將素胚置于烘箱中，使單體發(fā)生聚合反應(yīng)得到注凝成型體；置于高溫爐中，自然冷卻得到產(chǎn)品。本發(fā)明具有漿料配制無(wú)需分散劑，成型設(shè)備簡(jiǎn)單，可以成型復(fù)雜形狀和成本低廉等優(yōu)點(diǎn)，特別是所得產(chǎn)品凈尺寸穩(wěn)定性好，大大減少了常溫干燥期及燒結(jié)初期因尺寸收縮導(dǎo)致素胚開(kāi)裂的幾率。
文檔編號(hào)C04B38/00GK102898175SQ20121039436
公開(kāi)日2013年1月30日 申請(qǐng)日期2012年10月17日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月17日
發(fā)明者張文政, 王國(guó)霖, 李曉晨, 劉宇, 劉藝 申請(qǐng)人:沈陽(yáng)化工大學(xué)