專利名稱：氧化鋁質(zhì)泡沫陶瓷過(guò)濾器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及熔融金屬的凈化，具體涉及泡沬陶瓷過(guò)濾器。更具體地說(shuō)，本 發(fā)明涉及含有氧化鋁作為陶瓷組分的泡沫陶瓷過(guò)濾器，本發(fā)明制備的過(guò)濾器用 于鋁及鋁合金、銅等金屬熔體的過(guò)濾凈化處理。 ，
背景技術(shù)：
在各種金屬液態(tài)合金的熔煉和澆注過(guò)程中，由于非金屬夾雜物和縮氣孔等
鑄造缺陷導(dǎo)致的鑄件廢品率一般高達(dá)廢品總數(shù)的50~60%。夾雜缺陷不僅嚴(yán)重降 低鑄件的機(jī)械性能和鑄造性能，也對(duì)鑄件的切削加工及外觀產(chǎn)生有害影響。凈 化液態(tài)鑄造合金，減少或消除其中的各種非金屬夾雜物和排氣，無(wú)疑是獲得高 質(zhì)量鑄件的重要技術(shù)措施。.
過(guò)濾技術(shù)應(yīng)用于鑄造生產(chǎn)已有幾十年的歷史，但最初僅僅是用鐵絲網(wǎng)、帶 孔的鋼板、多孔泥芯等簡(jiǎn)單的過(guò)濾器插入澆注系統(tǒng)中來(lái)濾除大塊夾雜物。從六 十年代起，在俄、美、英、中等國(guó)家陸續(xù)出現(xiàn)了硅酸銷纖維質(zhì)、鉬絲質(zhì)、氮化 硼纖維質(zhì)等兩維結(jié)構(gòu)型內(nèi)過(guò)濾網(wǎng)，并在生產(chǎn)中得到應(yīng)用，取得了一定效果。但 是，所有這些過(guò)濾網(wǎng)只能通過(guò)機(jī)械篩分作用濾除金屬液中的大塊夾雜物和極少 數(shù)小夾雜物。由于硅酸鋁纖維過(guò)濾網(wǎng)的耐火度和強(qiáng)度均較低，只能用于有色合 金、鑄鐵和小型鑄鋼件的過(guò)濾，難以長(zhǎng)時(shí)間地承受高溫金屬流體的沖擊；英國(guó) 研制的鉬絲質(zhì)和美國(guó)研制的氮化硼纖維質(zhì)過(guò)濾網(wǎng)雖能用于過(guò)濾鑄鋼等高溫合 金，但因其價(jià)格昂貴，使其應(yīng)用受到限制。用于鑄造合金過(guò)濾的還有直孔芯型 陶瓷過(guò)濾器和耐火顆粒過(guò)濾器，但它們的孔隙率均較小，而且前者的過(guò)濾效率 仍較低，過(guò)濾效果不穩(wěn)定，后者由于顆粒間無(wú)粘結(jié)作用，使其易漏粒，使用也 不方便。七十年代初美國(guó)最先研制成功的燒結(jié)型多孔陶瓷過(guò)濾器雖然解決了耐 火顆粒過(guò)濾器易漏粒和使用不方便的問(wèn)題，但與八十年代初美國(guó)最先研制成功 的蜂窩直孔陶瓷過(guò)濾器一樣，孔隙率仍然較小， 一般小于50%,使得金屬液的過(guò)
流率較低。
泡沬陶瓷過(guò)濾器是繼耐火纖維過(guò)濾網(wǎng)、蜂窩直孔陶瓷過(guò)濾器之后的第三代
過(guò)濾產(chǎn)品，最早的泡沬陶瓷過(guò)濾器是1978年美國(guó)Consolidated Aluminum公司 研制成功的鋁合金用泡沬陶瓷過(guò)濾器，其商品名為Selee/Al。 1984年又研制出 了用于過(guò)濾黑色金屬的泡沫陶瓷過(guò)濾器Selee/Fe。國(guó)內(nèi)鑄造合金用泡沬陶瓷過(guò) 濾器的發(fā)展始于八十年代初，哈爾濱理工大學(xué)于1982年最早研制成功的泡沬陶 瓷過(guò)濾器只能用于鋁合金的過(guò)濾。
泡沬陶瓷過(guò)濾器是采用聚氨酯泡沫塑料為載體，將其浸入由陶瓷粉末、黏 結(jié)劑、助燒結(jié)劑、懸浮劑等制成的漿料中，然后擠掉多余漿料，使陶瓷漿料均 勻涂敷于載體骨架成為坯體，再把坯體烘干并經(jīng)高溫焙燒而成。泡沬陶瓷過(guò)濾 器具有與泡沬塑料相似的孔隙結(jié)構(gòu)，通孔率達(dá)85 ~ 90%。
由于獨(dú)特的三維立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)所具有的特殊過(guò)濾凈化機(jī)理(機(jī)械攔截；排 氣整流浮渣；細(xì)微夾渣深層吸附)，泡沬陶瓷過(guò)濾器的凈化效果是耐火纖維過(guò)濾 網(wǎng)和蜂窩直孔陶瓷過(guò)濾片不可比擬的，它的特點(diǎn)是剛性骨架結(jié)構(gòu)均勻，過(guò)濾后 的金屬液質(zhì)量分散度小，過(guò)濾精度好等，不但可以濾去金屬液中大部分小至數(shù) 微米的微小固體懸浮夾雜物，還可以濾去液態(tài)的熔渣和氣體。使用泡沫陶瓷過(guò) 濾器過(guò)濾熔融金屬液體，還可以使金屬液的流速變得緩和有序，大大改善鑄件 的顯微組織和力學(xué)性能，提高鑄件的質(zhì)量和致密性，減少鑄件切削加工時(shí)刀具 的磨損。實(shí)踐證明，泡沬陶瓷過(guò)濾器的過(guò)濾效率高達(dá)75~97%，因此，泡沬陶瓷 過(guò)濾器已經(jīng)廣泛應(yīng)用在鋁、銅、鋼鐵的融體凈化中，受到越來(lái)越多的冶金、鑄 造企業(yè)青睞。
近十多年來(lái)，國(guó)內(nèi)外已根椐不同合金的特點(diǎn)，發(fā)展了多種不同材質(zhì)的泡沬 陶瓷過(guò)濾器來(lái)過(guò)濾熔融金屬。特別是對(duì)于鋁和鋁合金的過(guò)濾，在美國(guó)專利 3893917、 3947363、 3961081、 4014056、 4024212、 4075303、 4265659、 4342644 及4343104中都敘述了適合于過(guò)濾鉬合金的泡沬陶瓷過(guò)濾器。
鋁合金在熔煉和形成鑄件的過(guò)程中容易吸收氣體和混入非金屬雜物，從而 降低鑄件的使用性能和加工性能。使用泡沬陶瓷過(guò)濾器是除去鋁熔體中的異相 雜質(zhì)的最有效方法，研究表明，將泡沬陶瓷過(guò)濾器用于鋁合金熔體的過(guò)濾，在 除渣的同時(shí)還可以降低鋁熔體中氫的含量。
由于鋁及鋁合金、銅等金屬熔液的溫度相對(duì)較低，氧化鋁質(zhì)泡沬陶瓷過(guò)濾 器的使用溫度也較低，在滿足使用要求的前提下，釆用低溫?zé)Y(jié)工藝制作氧化 鋁質(zhì)泡沬陶瓷過(guò)濾器是最經(jīng)濟(jì)合理的。隨著對(duì)鋁制品質(zhì)量的要求越來(lái)越高，對(duì) 氧化銘質(zhì)泡沬陶瓷過(guò)濾器的要求也越來(lái)越高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種適合于鋁、鋁合金及銅過(guò)濾凈化的氧化鋁質(zhì)泡沬 陶瓷過(guò)濾器，該過(guò)濾器過(guò)濾效果好，生產(chǎn)成本低。
提供一種上述氧化鋁質(zhì)泡沬陶瓷過(guò)濾器的制備方法，使制得的過(guò)濾器具有 良好的燒結(jié)和綜合物理性能，同時(shí)降低過(guò)濾器的生產(chǎn)成本，是本發(fā)明的另一發(fā) 明目的。
本發(fā)明的氧化鋁質(zhì)泡沫陶瓷過(guò)濾器是以下述重量百分?jǐn)?shù)的原料
氧化鋁 二氧化硅 滑石 高嶺土
組成陶瓷粉末，以此為基礎(chǔ) 羧甲基纖維素 聚乙烯醇 硅溶膠 水
制備料漿，
60~70% 15~25%
5~10%
1~ 5%
再加入以下輔料: 0. 4 ~ 0. 8% 0. 5 ~ 1. 5% 10~ 15% 15~25%
以軟質(zhì)聚氨脂泡沬塑料為載體，浸漬上述料漿，擠壓制成坯料，干燥后燒 結(jié)得到氧化鋁質(zhì)泡沬陶瓷過(guò)濾器。
氧化鋁陶瓷又稱剛玉瓷，是用途最廣泛，原料最豐富，價(jià)格最低廉的一種 高溫結(jié)構(gòu)陶瓷。工業(yè)上所指的氧化鋁陶瓷一般是指以CC - Ah03為主晶相的陶瓷
材料。氧化鋁的熔點(diǎn)為2045°C,純氧化鋁大約在175(TC才開始蠕變和燒結(jié)。因 此，單純使用氧化鋁材料進(jìn)行燒結(jié)是不經(jīng)濟(jì)和不合理的，需要加入一定的輔料 和助燒劑，以降低氧化鋁的燒結(jié)溫度。本發(fā)明是以氧化鋁為主晶相，以高鋁質(zhì) 耐火材料高嶺土為輔料，并添加適量的助燒劑滑石組成陶瓷粉末燒結(jié)制備氧化 鋁質(zhì)泡沬陶瓷過(guò)濾器的。
根據(jù)國(guó)內(nèi)文獻(xiàn)報(bào)道，氧化鋁質(zhì)泡沬陶瓷過(guò)濾器大多釆用磷酸二氫鋁作為粘 結(jié)劑。使用該粘結(jié)劑的產(chǎn)品坯料有很大的吸潮傾向，不易干燥；磷酸二氫鋁粘 結(jié)劑在燒結(jié)過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生有害氣體排出，對(duì)環(huán)境造成污染；同時(shí)，由于產(chǎn)品中 磷的存在，對(duì)鑄件質(zhì)量也會(huì)造成一定程度的影響。
鑒于以上原因，本發(fā)明經(jīng)過(guò)反復(fù)對(duì)比試驗(yàn)，采用水性粘結(jié)劑羧甲基纖維素、 聚乙烯醇和硅溶膠作為本發(fā)明氧化鋁質(zhì)泡沬陶瓷過(guò)濾器的粘結(jié)劑。
釆用此粘結(jié)劑的優(yōu)勢(shì)表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面第一、燒結(jié)過(guò)程中粘結(jié)劑全部 氧化揮發(fā)，無(wú)有害氣體排出，有利于環(huán)境保護(hù)；陶瓷過(guò)濾器產(chǎn)品中無(wú)殘留粘結(jié)
劑原料，有利于保證產(chǎn)品質(zhì)量，使用過(guò)程中不會(huì)影響鑄件質(zhì)量。第二、粘結(jié)劑 制備以及產(chǎn)品沾漿、烘干過(guò)程中無(wú)有害氣體揮發(fā)，有利于員工操作。第三、陶 瓷過(guò)濾器坯料(半成品)干燥速度快，不吸潮，并且漿料附著于各類器皿中很 容易清洗，便于回收利用，有利于工業(yè)規(guī)?；a(chǎn)和防止原料的浪費(fèi)。
本發(fā)明的氧化鋁質(zhì)泡沬陶瓷過(guò)濾器的具體制備方法包括以下步驟 a)按照以下重量百分?jǐn)?shù)混合各種原料得到陶瓷粉末
氧化鋁 60~70%
二氧化硅 15~25%
滑石 5~10%
高嶺土 1~ 5%
以上述陶瓷粉末為基礎(chǔ)，再加入以下輔料
羧甲基纖維素 0. 4~0. 8%
聚乙烯醇 0.5-1.5%
硅溶膠 10~15%
水 15~25% 攪拌混合均勻，制成漿料；
b) 以軟質(zhì)聚氨脂泡沫塑料為載體，浸漬上述漿料，并擠壓制成坯料；
c) 坯料放入干燥箱內(nèi)，在100 11(TC干燥硬化；
d) 干燥后坯料裝入燒結(jié)爐，升溫至1350 140(TC高溫?zé)Y(jié)，得到氧化鋁質(zhì) 泡沬陶瓷過(guò)濾器。
根據(jù)本發(fā)明方法，需要提供一種網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的有機(jī)聚合物泡沬材料作為陶瓷 料漿的載體。這種載體最好是由疏水的軟質(zhì)泡沬材料制成，具有許多由所述軟 質(zhì)泡沬材料的網(wǎng)膜包圍的互連空隙，該泡沬材料必須能在低于所用的陶瓷材料 的燒成溫度前即已燃燒或汽化。任何具有彈性和能恢復(fù)原來(lái)形狀的可燃性有機(jī) 塑性泡沬材料均可以使用，本發(fā)明是釆用軟質(zhì)聚氨脂泡沬塑料作為載體，并且
選用的軟質(zhì)聚氨脂泡沬塑料具有10PPI的孔《
經(jīng),
本發(fā)明中，是將所述的軟質(zhì)聚氨脂泡沬塑料先在pH值為7. 5 ~ 8. 5的50 ~ 6(TC堿溶液中浸泡20~30min,再用清水漂洗去除堿溶液，自然干燥后作為陶瓷 料漿的載體使用。'
本發(fā)明將坯料高溫?zé)Y(jié)為泡沬陶瓷過(guò)濾器的具體工藝過(guò)程是將坯料裝入 燒結(jié)爐中，以90°C/h的升溫速度由室溫慢速升溫至50(TC低溫排塑，待泡沫塑 料燃燒揮發(fā)后，再以150°C/h的升溫速度快速升溫至IOO(TC,以120°C/h的升 溫速度升溫至1350 ~ 140(TC的燒結(jié)溫度，并在此溫度下保溫1 ~ 2h。
本發(fā)明制備的氧化鋁質(zhì)泡沬陶瓷過(guò)濾器呈空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，其中空洞互相連通，空隙率可達(dá)80~95%。本發(fā)明的泡沬陶瓷過(guò)濾器在鋁合金熔液中具有良好的高溫穩(wěn)定性，不污染 合金，對(duì)金屬熔液中的氧化夾雜和熔劑夾雜有良好的過(guò)濾和吸附能力，過(guò)濾凈 化效果好，熱容小，使用時(shí)可不必預(yù)熱，對(duì)流體阻力小，過(guò)濾量大。本發(fā)明制備的氧化鋁質(zhì)泡沬陶瓷過(guò)濾器經(jīng)鋁及鋁合金、銅熔液的過(guò)濾凈化 試驗(yàn)，各項(xiàng)性能良好。
具體實(shí)施方式
實(shí)施例1按照68. 5 : 23 : 6. 5 : 2的重量比，將氧化鋁、二氧化硅、滑石和高嶺土充 分混和制成陶瓷粉末。將陶瓷粉末、羧甲基纖維素、聚乙烯醇、硅溶膠和水按照65 : 0.5 : 1 : 12 :25的重量比混合，加入攪拌機(jī)中攪拌2 3h，使攪拌均勻，制成陶瓷料漿。選用10PPI的軟質(zhì)聚氨脂泡沬塑料，加工成50隨x 50mmx 22mm大小，放在 pH值為7.5的6(TC堿溶液中浸泡20min,以去除泡沬塑料孔眼內(nèi)的薄膜，然后 用清水漂洗去除堿溶液，之后自然干燥去除水分，作為陶瓷料漿的載體。采用輥壓沾漿工藝，向泡沬塑料載體上加入陶瓷料漿，再將載體輸入沾漿 機(jī)內(nèi)進(jìn)行擠壓沾漿，擠出過(guò)剩料漿，制成泡沬陶瓷過(guò)濾器坯料。將泡沬陶瓷過(guò)濾器坯料放入干燥箱內(nèi)，溫度控制在100 - 105'C范圍內(nèi)，干 燥O. 5 lh使之硬化。將干燥后的坯料裝入燒結(jié)爐中，以9(TC/h的升溫速度由室溫慢速升溫至500 'C低溫排塑，待泡沬塑料燃燒揮發(fā)后，再以15(TC/h的升溫速度快速升溫至1000 。C， 1^12(TC/h的升溫速度升溫至140(TC,并在此溫度下保溫lh，自然冷卻至 室溫出爐，即可獲得氧化鋁質(zhì)泡沬陶瓷過(guò)濾器。實(shí)施例2: 按照70 : 20 : 5 : 5的重量比，將氧化鋁、二氧化硅、滑石和高嶺土充分混 和制成陶瓷粉末。將陶瓷粉末、羧曱基纖維素、聚乙烯醇、硅溶膠和水按照72: 0.8: 0.6: 13: 18的重量比混合，加入攪拌機(jī)中攪拌2 3h，使攪拌均勻，制成陶瓷料漿。選用10PPI的軟質(zhì)聚氨脂泡沬塑料，加工成50mmx 50mmx 22mm大小，放在 pH值為8. 5的5(TC堿溶液中浸泡30min,以去除泡沬塑料孔眼內(nèi)的薄膜，然后 用清水漂洗去除堿溶液，之后自然干燥去除水分，作為陶瓷料漿的載體。采用輥壓沾漿工藝，向泡沬塑料載體上加入陶瓷料漿，再將載體輸入沾漿 機(jī)內(nèi)進(jìn)行擠壓沾漿，擠出過(guò)剩料漿，制成泡沬陶瓷過(guò)濾器坯料。將泡沫陶瓷過(guò)濾器坯料放入干燥箱內(nèi)，溫度控制在100 105t:范圍內(nèi)，干 燥O. 5 lh使之硬化。將干燥后的坯料裝入燒結(jié)爐中，以9(TC/h的升溫速度由室溫慢速升溫至500 。C低溫排塑，待泡沫塑料燃燒揮發(fā)后，再以15(TC/h的升溫速度快速升溫至1000 。C，以12(TC/h的升溫速度升溫至137(TC，并在此溫度下保溫l. 5h,自然冷卻 至室溫出爐，即可獲得氧化鋁質(zhì)泡沬陶瓷過(guò)濾器。實(shí)施例3:按照65 : 25 : 7 : 3的重量比，將氧化鋁、二氧化硅、滑石和高嶺土充分混 和制成陶瓷粉末。將陶瓷粉末、羧甲基纖維素、聚乙烯醇、硅溶膠和水按照65: 0.5: 1: 12 :25的重量比混合，加入攪拌機(jī)中攪拌2 3h,使攪拌均勻，制成陶瓷料漿。選用10PPI的軟質(zhì)聚氨脂泡沬塑料，加工成50mmx50iMix22mm大小，放在 pH值為8.5的60'C堿溶液中浸泡30min,以去除泡沬塑料孔眼內(nèi)的薄膜，然后 用清水漂洗去除堿溶液，之后自然干燥去除水分，作為陶瓷料漿的載體。采用輥壓沾漿工藝，向泡沬塑料載體上加入陶瓷料漿，再將載體輸入沾漿 機(jī)內(nèi)進(jìn)行擠壓沾漿，擠出過(guò)剩料漿，制成泡沬陶瓷過(guò)濾器坯料。
將泡沬陶瓷過(guò)濾器坯料放入干燥箱內(nèi)，溫度控制在100 105。C范圍內(nèi)，干燥O. 5 lh使之硬化。將干燥后的坯料裝入燒結(jié)爐中，以9(TC/h的升溫速度由室溫慢速升溫至500 'C低溫排塑，待泡沬塑料燃燒揮發(fā)后，再以15(TC/h的升溫速度快速升溫至1000 。C,以120。C/h的升溫速度升溫至135(TC,并在此溫度下保溫2h，自然冷卻至 室溫出爐，即可獲得氧化鋁質(zhì)泡沬陶瓷過(guò)濾器。
權(quán)利要求
1、一種氧化鋁質(zhì)泡沫陶瓷過(guò)濾器，是以下述重量百分?jǐn)?shù)的原料氧化鋁 60～70％二氧化硅 15～25％滑石 5～10％高嶺土 1～5％組成陶瓷粉末，以此為基礎(chǔ)，再加入以下輔料羧甲基纖維素 0.4～0.8％聚乙烯醇 0.5～1.5％硅溶膠 10～15％水 15～25％制備漿料，以軟質(zhì)聚氨脂泡沫塑料為載體，浸漬上述漿料，擠壓制成坯料，干燥后燒結(jié)得到氧化鋁質(zhì)泡沫陶瓷過(guò)濾器。
2、權(quán)利要求l所述氧化鋁質(zhì)泡沬陶瓷過(guò)濾器的制備方法，包括以下步驟a) 按照以下重量百分?jǐn)?shù)混合各種原料得到陶瓷粉末氧化鋁 60~70%二氧化硅 15~25%滑石 5~10%高嶺土 1~ 5%以上述陶瓷粉末為基礎(chǔ)，再加入以下輔料羧甲基纖維素 0. 4~0. 8%聚乙烯醇 0. 5~1.5%硅溶膠 10~15°/。水 15~25% 攪拌混合均勻，制成漿料；b) 以軟質(zhì)聚氨脂泡沬塑料為載體，浸漬上述漿料，并擠壓制成坯料；c) 坯料放入干燥箱內(nèi)，在100 11(TC干燥硬化；d) 干燥后坯料裝入燒結(jié)爐，升溫至1350 140(TC高溫?zé)Y(jié)，得到氧化鋁質(zhì) 泡沬陶瓷過(guò)濾器。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的氧化鋁質(zhì)泡沬陶瓷過(guò)濾器的制備方法，其特征是 所述的軟質(zhì)聚氨脂泡沬塑料是在pH為7. 5 ~ 8. 5的50 ~ 6(TC堿溶液中浸泡20 ~ 30min，清水漂洗去除堿溶液后自然干燥的軟質(zhì)聚氨脂泡沬塑料。
4、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的氧化鋁質(zhì)泡沬陶瓷過(guò)濾器的制備方法，其特征是 所述的軟質(zhì)聚氨脂泡沬塑料載體具有10PPI的孔徑。
5、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的氧化鋁質(zhì)泡沬陶瓷過(guò)濾器的制備方法，其特征是 所述的高溫?zé)Y(jié)是以90°C/h的升溫速度由室溫升至50(TC，再以150°C/h的升 溫速度升溫至IOO(TC，以12(TC/h的升溫速度升溫至1350 ~ 1400°C,并在此溫 度下保溫l-2h。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種適合于鋁、鋁合金及銅過(guò)濾凈化的氧化鋁質(zhì)泡沫陶瓷過(guò)濾器，是以氧化鋁、二氧化硅、滑石、高嶺土組成陶瓷粉末，再加入羧甲基纖維素、聚乙烯醇、硅溶膠和水制備料漿，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)得到氧化鋁質(zhì)泡沫陶瓷過(guò)濾器。本發(fā)明的泡沫陶瓷過(guò)濾器在鋁合金熔液中具有良好的高溫穩(wěn)定性，不污染合金，對(duì)金屬熔液中的氧化夾雜和熔劑夾雜有良好的過(guò)濾和吸附能力，過(guò)濾凈化效果好，熱容小，使用時(shí)可不必預(yù)熱，對(duì)流體阻力小，過(guò)濾量大，經(jīng)鋁及鋁合金、銅熔液的過(guò)濾凈化試驗(yàn)，各項(xiàng)性能良好。
文檔編號(hào)B01D39/20GK101164658SQ200710139289
公開日2008年4月23日 申請(qǐng)日期2007年8月24日 優(yōu)先權(quán)日2007年8月24日
發(fā)明者關(guān)晉軍, 劉志剛, 李軍虎, 田建剛, 秦勝利, 逯文強(qiáng) 申請(qǐng)人:晉城市富基新材料有限公司