專利名稱：用于鎂和鎂合金熔體過濾用氧化鎂泡沫陶瓷過濾器的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及冶金領(lǐng)域，特別是涉及到一種泡沫陶瓷過濾器的研制方法，也就是說
所涉及的氧化鎂泡沫陶瓷過濾器適用于鎂和鎂合金熔體的過濾凈化。
背景技術(shù)：
氧化鎂泡沫陶瓷過濾器具有良好的三維立體網(wǎng)狀骨架結(jié)構(gòu)，可以過濾鎂和鎂合金 熔液中的各種夾雜和雜質(zhì)，提高鑄件的內(nèi)在質(zhì)量和減少缺陷。目前氧化鎂泡沫陶瓷過濾器 在鎂金屬鑄造行業(yè)中應(yīng)用前景廣闊，但是氧化鎂泡沫陶瓷過濾器燒結(jié)溫度高，耗能大，限制 了它的大規(guī)模推廣和使用。 鎂和鎂合金鑄件中的各種夾雜缺陷往往會導(dǎo)致鑄件性能降低甚至報廢，成為鎂合 金廣泛應(yīng)用的主要障礙之一，這是由于鎂的化學性質(zhì)非?；顫?，高溫下會和環(huán)境中的眾多 物質(zhì)如02、 H20、 N2等發(fā)生反應(yīng)，從而導(dǎo)致原鎂生產(chǎn)、鎂合金熔煉及加工過程中，不可避免引 入許多夾雜物，從而降低鎂合金件的品質(zhì)和使用性能，而鎂合金中的夾雜物主要以氧化鎂、 Mg3N2等非金屬物質(zhì)為主，其中氧化鎂約占非金屬雜質(zhì)的80%左右，因此清除氧化鎂雜質(zhì)對 于提高產(chǎn)品質(zhì)量十分重要。 使用泡沫陶瓷對金屬熔體進行過濾已經(jīng)有幾十年的歷史了，自1978年美國發(fā)明 了利用氧化鋁、高嶺土等陶瓷料漿成功研制出泡沫陶瓷，用于鋁合金鑄造過濾之后，英、 日、德、瑞士等國家競相開展了研究，已研制出多種材質(zhì)，適合于不同用途的泡沫陶瓷過 濾器，如A1302， Zr02， Si02， Si3N4，硼化物等高溫泡沫陶瓷，又如美國專利3， 990， 901 ; 6， 887， 809，中國專利97195118. 7 ;200510035623. 3 ;200710139287. 6等都公開了一些制備 各種泡沫陶瓷的方法，而這些材質(zhì)的泡沫過濾器并不適合于鎂和鎂合金熔體的過濾。這是 由于鎂金屬的活性很高，非常容易與如A1302， Zr02， Si02等泡沫陶瓷基體材料發(fā)生反應(yīng)， 使上述材料的泡沫陶瓷熔蝕進入鎂和鎂合金熔體之中成為有害成分。從泡沫陶瓷化學穩(wěn) 定性的角度來考慮，氧化鎂和CaO等材質(zhì)的泡沫陶瓷是非常適合用作鎂和鎂合金熔體的過 濾。同氧化鎂相比，CaO吸濕傾向更大，得到的泡沫陶瓷在存放過程中需嚴格限制水的侵 蝕，否則會導(dǎo)致制品強度下降甚至難以使用，除非采用特殊的防護方法，且該類泡沫陶瓷在 使用前需嚴格高溫干燥除水才可使用，十分不便。使用氧化鎂泡沫陶瓷則可避免上述情況， 且對鎂和鎂合金中的氧化鎂雜質(zhì)具有良好的吸附和過濾作用，熱容小，阻力小且過濾量大， 特別是無需預(yù)熱可直接使用。 目前為止，各類泡沫陶瓷過濾器的制備過程大致如下 準備泡沫材料模板-配制陶瓷漿料_向模板上涂覆漿料_調(diào)漿干燥_燒結(jié)_得到 制品。制備過程中的關(guān)鍵步驟是選用一種合適的分散介質(zhì)將陶瓷粉進行分散，制成漿料才 可以涂覆到模板上。然而，水可以用來調(diào)制A1302等泡沫陶瓷的漿料，卻不能用來調(diào)制氧化 鎂陶瓷漿料，如公告號CN1473947A中國專利中使用水來調(diào)制氧化鎂漿料會存在如下水化
反應(yīng)
3
氧化鎂+H20 = Mg (OH) 2 這將導(dǎo)致氧化鎂漿料粘度增加而固含量降低，造成聚氨酯泡沫材料表面吸附的氧 化鎂量少。另外，該漿料在加熱干燥過程中，IIO 13(TC左右會失去漿料的物理結(jié)合水， 在34(TC左右Mg(0H)2會發(fā)生脫水反應(yīng)產(chǎn)生氧化鎂，繼續(xù)加熱燒結(jié)可獲得氧化鎂泡沫陶瓷。 由于吸附在泡沫材料上的漿體不斷失水，會形成大量空隙，造成最終產(chǎn)品孔隙率大，強度較 低。 公告號CN87102516A則以醇醛清漆的無水乙醇溶液代替水來配制氧化鎂槳料，從 而可以避免氧化鎂水化反應(yīng)，但是無水乙醇揮發(fā)速度很快，球磨過程中，醇醛清漆的高粘性 很快就會顯現(xiàn)出來，在專利所述條件下難以獲得高固含量的氧化鎂漿料，氧化鎂漿料在泡 沫網(wǎng)絡(luò)上的分布也難以均勻。 另外，一般陶瓷的燒結(jié)溫度為其原料熔點的0. 6左右，而氧化鎂的熔點為2852°C， 這使得氧化鎂泡沫陶瓷的燒結(jié)溫度很高。中國專利CNIOI 138691 CN87102516 CN101164656 等以氧化鎂為主體的泡沫陶瓷燒結(jié)溫度普遍在1450°C -ISO(TC之間，常用溫度165(TC，燒 結(jié)溫度較高，耗能巨大。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種用于鎂和鎂合金熔體過濾用氧化鎂泡沫陶瓷過濾器
的制備方法，使得電熔氧化鎂漿體轉(zhuǎn)變?yōu)樗苄粤?，能夠很好的粘附于聚氨酯泡沫模板網(wǎng)絡(luò) 上，提高其粘附量，從而增加最終制品強度。同時在原料中加入少量的氟化鎂作為粘結(jié)劑， 使得氧化鎂在更低的燒結(jié)溫度下就能夠獲得所需強度。 本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的 用于鎂和鎂合金熔體過濾用氧化鎂泡沫陶瓷過濾器的制備方法，該方法是通過如 下過程來實現(xiàn)的 (1)選擇聚氨酯泡沫模板，比如20PPI，依據(jù)工藝要求裁剪尺寸，將其在5(TC的 10% NaOH水溶液中浸泡30min后取出，用清水洗滌自然晾干，備用； (2)如下質(zhì)量百分比的原料電熔氧化鎂50 60、氟化鎂10 20、水30 40球
磨混合得到均勻水基分散漿體； (3)將處理好的聚氨酯泡沫模板浸入漿料之中，通過反復(fù)蘸漿和離心甩漿的過程 使得粘附的電熔氧化鎂粉體量達到工藝要求，獲得素胚，接著將素胚置于80°C的烘箱中放 置2h，而后再放在12(TC的烘箱中放置2h進行成型脫水； (4)將經(jīng)過步驟(3)處理的素胚置于高溫爐中，以1 3°C /min的速度升溫至 1150-125(TC之間，并保溫2h，在爐體中自然冷卻即得到可用于鎂和鎂合金熔體過濾凈化的 氧化鎂泡沫陶瓷過濾器。
具體實施例方式下面對本發(fā)明進行詳細說明 輕燒氧化鎂(Magnesium oxide)是一種無臭、無味、無毒的白色無定型粉末，熔 點為2852t:，沸點為360(TC，該粉末經(jīng)IOO(TC以上高溫灼燒，開始轉(zhuǎn)化為晶體，溫度升至 1500°C以上時，才開始轉(zhuǎn)變成死燒氧化鎂或燒結(jié)氧化鎂，也就是說高于該溫度才能夠生產(chǎn)出性能滿足要求的氧化鎂泡沫陶瓷。燒結(jié)溫度過高，耗能很大，為了降低能源消耗，減少溫 室氣體的排放量，就需要降低氧化鎂泡沫陶瓷的燒結(jié)溫度，為此我們添加了氟化鎂作為氧 化鎂燒結(jié)粘結(jié)劑。 一方面，由于氟化鎂的熔點為1266t:，當被加熱到熔點附近時，它可以發(fā) 生熔融而粘結(jié)周圍的氧化鎂顆粒，后經(jīng)冷卻可使氧化鎂和氟化鎂連接一體，成為強度很高 的燒結(jié)體；另一方面，燒結(jié)溫度達到氟化鎂熔點附近時，氧化鎂粉體已經(jīng)發(fā)生結(jié)晶，形成更 大的晶粒，這也將進一步提高最終產(chǎn)品的強度。 其次，目前制備氧化鎂泡沫陶瓷所用氧化鎂以輕燒氧化鎂為主，這種氧化鎂活性 很高，很容易與水發(fā)生水化反應(yīng)。常溫下，氧化鎂料漿在水中放置大約2-3h后，就開始發(fā)生 水化反應(yīng)，水化反應(yīng)是放熱反應(yīng)，料漿溫度自然升高，達到IO(TC時發(fā)生劇烈反應(yīng)，此時反應(yīng) 很快，約0. 5-lh反應(yīng)完全。特別是在夏季溫度較高時，水化反應(yīng)較快，反應(yīng)在0. 5h內(nèi)即可 完成。而為了使氧化鎂與水混合均勻，常需要使用球磨機，球磨時摩擦生熱會進一步加快水 化反應(yīng)速度，而用低沸點的無水乙醇代替水作為分散介質(zhì)時，無水乙醇在球磨過程中極易 揮發(fā)，而采用電熔氧化鎂在工藝條件下，則可以基本避免水化反應(yīng)的發(fā)生。這是由于輕燒氧 化鎂在高溫煅燒過程中，隨著溫度升高，氧化鎂體積逐漸收縮，密度增加，氧化鎂晶體發(fā)育 長大，其組織結(jié)構(gòu)越來越致密，形成難以與水發(fā)生水化反應(yīng)的電熔氧化鎂。另外，電熔氧化 鎂密度更大，可達3.4，能夠有效提高了漿料的固含量，從而減少氧化鎂顆粒之間的空隙，提
高最終產(chǎn)品的密實程度和強度。
實施例1 將孔徑10PPI，尺寸100 X 100 X 25mm的聚氨酯泡沫模板浸入50°C的10% NaOH水 溶液中，30min后取出，用清水洗滌以除去模板表面殘留的堿液，后經(jīng)自然晾干，備用。按 50 : 10 : 40的質(zhì)量比取電熔氧化鎂，氟化鎂和水并置于球磨機中混合lh得到均勻水基分 散漿體。將備用的聚氨酯模板在漿料中通過反復(fù)蘸漿-離心的過程使泡沫網(wǎng)絡(luò)上粘附有漿 料，制得的素胚。接著將制得的素胚置于50°C的烘箱中烘干2h，而后置于120°C的烘箱中繼 續(xù)干燥2h，最后將素胚置于高溫爐中，以1°C /min的速度升溫至125(TC進行燒結(jié)，并保溫 2h，自然冷卻即可得到氧化鎂泡沫陶瓷過濾器。
實施例2 將孔徑20PPI，尺寸①200X25mm的聚氨酯泡沫模板浸入50°C的10% NaOH水 溶液中，30min后取出，用清水洗滌以除去模板表面殘留的堿液，后經(jīng)自然晾干，備用。按 50 : 15 : 35的質(zhì)量比取電熔氧化鎂，氟化鎂和水并置于球磨機中混合lh得到均勻水基 分散漿體。將備用的聚氨酯模板在漿料中通過反復(fù)蘸漿-離心的過程使泡沫網(wǎng)絡(luò)上粘附有 漿料，制得的素胚。接著將制得的素胚置于50°C的烘箱中烘干2h，而后置于120°C的烘箱中 繼續(xù)干燥2h，最后將素胚置于高溫爐中，以3°C /min的速度升溫至130(TC進行燒結(jié)，并保溫 2h，自然冷卻即可得到氧化鎂泡沫陶瓷過濾器。 上述實施舉例詳細的介紹了鎂金屬過濾用氧化鎂泡沫陶瓷過濾器的制備方法，雖
然僅僅是應(yīng)用個例，但有助于對本發(fā)明的原理和實施方法的理解。對于從事本領(lǐng)域的技術(shù)
人員，依據(jù)本發(fā)明的核心思想會在具體的實施方案上進行改變，所以本說明書的內(nèi)容不應(yīng) 當被理解為對本發(fā)明的限制。
權(quán)利要求
用于鎂和鎂合金熔體過濾用氧化鎂泡沫陶瓷過濾器的制備方法，其特征在于該方法是通過如下過程來實現(xiàn)的(1)選擇聚氨酯泡沫模板，20PPI，依據(jù)工藝要求裁剪尺寸，將其在50℃的10％NaOH水溶液中浸泡30min后取出，用清水洗滌自然晾干，備用；(2)如下質(zhì)量百分比的原料電熔氧化鎂50～60、氟化鎂10～20、水30～40球磨混合得到均勻水基分散漿體；(3)將處理好的聚氨酯泡沫模板浸入漿料之中，通過反復(fù)蘸漿和離心甩漿的過程使得粘附的電熔氧化鎂粉體量達到工藝要求，獲得素胚，接著將素胚置于80℃的烘箱中放置2h，而后再放在120℃的烘箱中放置2h進行成型脫水；(4)將經(jīng)過步驟(3)處理的素胚置于高溫爐中，以1～3℃/min的速度升溫至1150-1250℃之間，并保溫2h，在爐體中自然冷卻即得到可用于鎂和鎂合金熔體過濾凈化的氧化鎂泡沫陶瓷過濾器。
全文摘要
用于鎂和鎂合金熔體過濾用氧化鎂泡沫陶瓷過濾器的制備方法，涉及冶金領(lǐng)域，其過程為首先將聚氨酯泡沫模板在50℃，10％氫氧化鈉水溶液中浸泡30min，之后用水洗滌并干燥。再將電熔氧化鎂，氟化鎂和水按照質(zhì)量比球磨混合得到均勻水基分散漿體。將聚氨酯泡沫模板浸入漿料中，通過反復(fù)蘸漿-離心甩漿的過程，制得素坯。接著將素坯置于烘箱中，最后將干燥后的素坯置于高溫爐中，以1～3℃/min的速度升溫至1200～1300℃并保溫2h，在爐體中自然冷卻即可。本發(fā)明所得產(chǎn)品在鎂和鎂合金熔體中具有化學穩(wěn)定性，不污染鎂和鎂合金熔體并對其中的非金屬雜質(zhì)有良好的吸附和過濾作用，適用于鎂和鎂合金熔體的過濾凈化。
文檔編號C22B9/02GK101785944SQ20101012182
公開日2010年7月28日 申請日期2010年3月11日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月11日
發(fā)明者姜敏, 張文政, 王趲, 黃麗 申請人:沈陽化工學院