本發(fā)明涉及屬于金屬和非金屬鑄造過濾范疇。特別涉及石墨化纖維、陶瓷超高溫濾材及制造工藝。
背景技術(shù)：
由于超音速飛機(jī)和航天飛機(jī)在飛行中機(jī)體表面與空氣摩擦產(chǎn)生的高溫可達(dá)1600-1800℃,因此對有色金屬、黑色金屬、合金鋼及稀有金屬的鑄件質(zhì)量要求越來越高。然而合金熔煉、精煉、保溫、鑄造過程中都會有一些不熔性的雜質(zhì)帶入產(chǎn)品中。要想獲得高質(zhì)量的鑄件就必須清除雜質(zhì)，提高濾材的耐火度和質(zhì)量。
目前大多企業(yè)在有色金屬和黑色金屬、合金鋼及稀有金屬過濾過程中采用了非金屬材質(zhì)的過濾材料，使用過程中的缺欠為：
1.濾材所用的原材料熔點(diǎn)偏低，難以澆鑄熔點(diǎn)高的合金鋼鑄件等。過濾器材經(jīng)常被沖成Φ10-30mm空洞，造成雜質(zhì)流入鑄件里，嚴(yán)重影響鑄件質(zhì)量，使之出現(xiàn)沙眼或裂紋。
2.高溫過濾過程中濾材有時還會出現(xiàn)炸裂、掉渣，使得制品又增加了新的雜質(zhì)。
3.承受不住澆鑄量大噸位和較長時間的過濾，然而大型鑄件廢品率達(dá)16％以上。
4.大型的合金鋼鑄件濾材，尤其是航空、航天、軍工產(chǎn)品以及出口產(chǎn)品的機(jī)械零部件濾材，需要依賴德國、美國、英國等國的進(jìn)口。
專利CN1662286B公開了一種用于過濾熔融的纖維增強(qiáng)過濾器，包括由石墨化碳結(jié)合的網(wǎng)絡(luò)陶瓷粉末和纖維，所述石墨化碳結(jié)合的網(wǎng)絡(luò)是通過在500-1000℃下不存在空氣時加熱可石墨化碳結(jié)合母體而獲得的。此專利中提及的石墨化碳結(jié)合母體通常為瀝青高溫?zé)Y(jié)的無序材料，而增強(qiáng)材料所用的各類纖維則為陶瓷纖維、玻璃纖維、有機(jī)纖維、碳纖維、金屬纖維以及它們的混合物，其耐高溫性能和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性能都非常有限。因此，該過濾器可過濾的熔融金屬溫度相對較低(≤1650℃)，具有相對低的熱流量，在較高溫度下會發(fā)生氧化，形態(tài)難以保持，不適用于澆鑄大噸位和較長時間的過濾。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是針對現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，采用了耐高溫和結(jié)構(gòu)有序的石墨化纖維作為原材料之一，提供一種熱容量大、高熔點(diǎn)、低密度、高硬度、耐沖擊的具有良好的除渣性能的一種新濾材。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：
石墨化纖維、陶瓷超高溫濾材，其成品的孔隙率75-85％，容重0.4-0.7g/cm3，常溫抗壓強(qiáng)度40-60kg/cm2，吸水率≤1.3％，耐火度≥1800℃，所述濾材以耐高溫和結(jié)構(gòu)有序的石墨化纖維為補(bǔ)強(qiáng)材料，氧化鋯為填充料，30DNa型硅溶膠為粘合劑，聚氨酯泡沫為骨架材料配制而成；其重量份配比組成為：石墨化纖維0.5-5份，氧化鋯75-90份，30DNa型硅溶膠10-15份。
所述的聚氨酯泡沫塑料孔密度為1-10ppi。
石墨化纖維、陶瓷超高溫濾材制造工藝，按以下步驟完成：
a.先將聚氨酯泡沫塑料根據(jù)實(shí)際需要切割成不同形狀大小的塊體；
b.再把石墨化纖維剪成4-10毫米長，與氧化鋯粉料一同放入瓷罐干磨1-2小時，瓷罐內(nèi)瓷球規(guī)格為Φ5-10和Φ20-30mm；
c.而后將30DNa型硅溶膠加入磨好的粉料中繼續(xù)濕磨2-4小時，得漿料；
d.將切割好的聚氨酯泡沫塑料沾漿、成型、干燥；
e.將干燥后的聚氨酯泡沫塑料在惰性氣體保護(hù)下，經(jīng)1650-1760℃高溫下燒結(jié)，再經(jīng)過10-30分鐘的恒溫之后，自然降溫至室溫，得產(chǎn)品。
配方中各種原材料的性能及主要作用：
1.石墨化纖維：質(zhì)輕、比重小、比表面積大，與30DNa型硅溶膠粘合力強(qiáng)。而且還有優(yōu)良的導(dǎo)熱性、耐高溫、耐腐蝕、耐磨擦、抗沖擊性等性能，是第四代新材料之一。
2.氧化鋯：呈單斜晶，不溶于水，熔點(diǎn)2700℃,硬度和強(qiáng)度大，在濾材燒結(jié)過程中可起到結(jié)晶催化的作用。
3.30DNa型硅溶膠：由于硅含量大于30％以上，是一種特殊的耐高溫粘合劑，易于浸潤、滲透力強(qiáng)、比表面積大，而且凝膠性、成膜性尤為突出。
4.聚氨酯泡沫塑料：骨架材料。
采用上述材料制造的石墨化纖維陶瓷超高溫濾材是一種先進(jìn)的過濾金屬用的新材料。當(dāng)前，高熔點(diǎn)合金鋼鑄件對高溫濾材的要求十分苛刻。選用石墨化纖維作為補(bǔ)強(qiáng)、耐高溫材料，用聚氨酯泡沫塑料作為濾材的骨架材料。
與現(xiàn)有的技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：
本發(fā)明配方合理、工藝簡單、性能穩(wěn)定、克服了現(xiàn)有技術(shù)的不足，溫度梯度小、熱應(yīng)力分布均勻，減少了使用產(chǎn)生炸裂、掉渣、燒熔成洞的現(xiàn)象。比現(xiàn)有產(chǎn)品耐高溫度提高了150℃以上,成品率可達(dá)99％。另外具備如下優(yōu)點(diǎn)和效果：
1.該濾材具有三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，線路曲折、金屬液平穩(wěn)充型。
2.有良好的機(jī)械性能，在運(yùn)輸和操作過程中不掉渣、不開裂。
3.在高于1800℃澆鑄溫度下，具有耐高溫、抗熱震性和耐沖刷力?？梢詽茶T大型機(jī)械零部件，替代進(jìn)口濾材，節(jié)約成本。
4.具有良好的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性，不與金屬液中的活潑元素發(fā)生反應(yīng)。
5.具有均勻的孔徑、良好的篩分和濾渣功能，更具有吸附截留微小夾渣、溢出氣泡的作用，因而使鑄件表面質(zhì)量明顯改善。
附圖說明
圖1為石墨化纖維、陶瓷超高溫濾材制作工藝流程圖。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實(shí)施方式進(jìn)一步說明：
石墨化纖維、陶瓷超高溫濾材，以石墨化纖維為補(bǔ)強(qiáng)材料，氧化鋯為填充料，30DNa型硅溶膠為粘合劑，聚氨酯泡沫為骨架材料配制而成；其重量份配比組成為：石墨化纖維0.5-5份，氧化鋯75-90份，30DNa型硅溶膠10-15份；所述的聚氨酯泡沫塑料孔密度為1-10ppi。
石墨化纖維、陶瓷超高溫濾材制造工藝：
a.先將聚氨酯泡沫塑料根據(jù)實(shí)際需要切割成不同形狀大小的塊體；
b.再把石墨化纖維剪成4-10毫米長，與氧化鋯粉料一同放入瓷罐干磨1-2小時，瓷罐內(nèi)瓷球規(guī)格為Φ5-10和Φ20-30mm；
c.而后將30DNa型硅溶膠加入磨好的粉料中繼續(xù)濕磨2-4小時，得漿料；
d.將切割好的聚氨酯泡沫塑料沾漿、成型、干燥；
e.將干燥后的聚氨酯泡沫塑料在惰性氣體保護(hù)下，經(jīng)1650-1760℃高溫下燒結(jié)，再經(jīng)過10-30分鐘的恒溫之后，自然降溫至室溫，得產(chǎn)品。產(chǎn)品主要性能指標(biāo)見表1。
表1：
實(shí)施例一：
石墨化纖維、陶瓷超高溫濾材，以石墨化纖維為補(bǔ)強(qiáng)材料，氧化鋯為填充料，30DNa型硅溶膠為粘合劑，聚氨酯泡沫為骨架材料配制而成；其重量份配比組成為：石墨化纖維3份，氧化鋯85份，30DNa型硅溶膠12份；所述的聚氨酯泡沫塑料孔密度為7ppi。
石墨化纖維、陶瓷超高溫濾材制造工藝：
a.先將聚氨酯泡沫塑料切割成100X100X15mm的塊體；
b.再把石墨化纖維剪成4-10毫米長，與氧化鋯粉料一同放入瓷罐干磨1.5小時，瓷罐內(nèi)瓷球規(guī)格為Φ5-10和Φ20-30mm；
c.而后將30DNa型硅溶膠加入磨好的粉料中繼續(xù)濕磨3小時，得漿料；
d.將切割好的聚氨酯泡沫塑料沾漿、成型、干燥；
e.將干燥后的聚氨酯泡沫塑料在惰性氣體保護(hù)下，經(jīng)1700-1760℃高溫下燒結(jié)，再經(jīng)過10分鐘的恒溫之后，自然降溫至室溫，得產(chǎn)品。
實(shí)施例二：
石墨化纖維、陶瓷超高溫濾材，以石墨化纖維為補(bǔ)強(qiáng)材料，氧化鋯為填充料，30DNa型硅溶膠為粘合劑，聚氨酯泡沫為骨架材料配制而成；其重量份配比組成為：石墨化纖維1份，氧化鋯85份，30DNa型硅溶膠14份；所述的聚氨酯泡沫塑料孔密度為9ppi。
石墨化纖維、陶瓷超高溫濾材制造工藝：
a.先將聚氨酯泡沫塑料切割成Φ50X10mm的塊體；
b.再把石墨化纖維剪成4-10毫米長，與氧化鋯粉料一同放入瓷罐干磨2小時，瓷罐內(nèi)瓷球規(guī)格為Φ5-10和Φ20-30mm；
c.而后將30DNa型硅溶膠加入磨好的粉料中繼續(xù)濕磨4小時，得漿料；
d.將切割好的聚氨酯泡沫塑料沾漿、成型、干燥；
e.將干燥后的聚氨酯泡沫塑料在惰性氣體保護(hù)下，經(jīng)1650-1700℃高溫下燒結(jié)，再經(jīng)過20分鐘的恒溫之后，自然降溫至室溫，得產(chǎn)品。
實(shí)施例主要性能指標(biāo)件表2.
表2：
上面所述僅是本發(fā)明的基本原理，并非對本發(fā)明作任何限制，凡是依據(jù)本發(fā)明對其進(jìn)行等同變化和修飾，均在本專利技術(shù)保護(hù)方案的范疇之內(nèi)。