專利名稱：：用于熔融金屬的過濾介質(zhì)和生產(chǎn)該過濾介質(zhì)的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種用于過濾熔融金屬，特別是熔融鋁的陶資過濾介質(zhì)，以及生產(chǎn)該過濾介質(zhì)的方法。
背景技術(shù)：
：鋁薄板或鋁箔是通過將鋁的熔融金屬澆鑄為鑄錠之后再進(jìn)行禮制來生產(chǎn)的。然而，如果鑄錠被夾雜物污染，例如金屬氧化物或固體雜質(zhì)，如包含在鋁的熔融金屬中的難熔的細(xì)小碎片，則會(huì)在鑄錠軋制成為薄板或箔片等的過程中在這些產(chǎn)品中產(chǎn)生氣孔或表面缺陷。為了防止這些缺陷，有必要將固體雜質(zhì)從熔融金屬中除去。如在日本專利申請(qǐng)?zhí)亻_JP1985-5828A的日本專利申請(qǐng)和公開號(hào)為JP1995-23099Y的日本實(shí)用新型申請(qǐng)中所描述的，通過使用用于熔融金屬的陶瓷過濾介質(zhì)對(duì)鋁的熔融金屬進(jìn)行過濾來除去其中的固體雜質(zhì)如夾雜物。然而，當(dāng)在過濾過程中在過濾介質(zhì)的流入側(cè)形成濾餅層時(shí)，夾雜物就會(huì)被捕獲在濾餅層中。這樣，盡管提高了過濾的可靠性，但是同時(shí)壓降增加并且不能達(dá)到預(yù)期的透過率。因此，日本專利JP1985-5828A公開了一種工藝，其中通過在陶瓷泡沫過濾器的整個(gè)厚度方向上逐漸增加織構(gòu)密度來提高過濾效率。另外，日本實(shí)用新型JP1995-23099Y公開了一種用于熔融金屬的過濾介質(zhì)，通過疊加至少兩層微孔陶資層來形成以大孔陶資層為介質(zhì)的集成體來制造該介質(zhì)。然而，在日本專利JP1985-5828A/〉開的用于熔融金屬的過濾介質(zhì)中，具有大孔徑的陶瓷泡沫被用作過濾器。因此，其去除夾雜物的性能不足且在將過濾后的鋁錠軋制成為薄板、箔片等的過程中其質(zhì)量不能得到保證。由于過濾器中的通道內(nèi)壁是光滑的，因此很難可靠地捕獲夾雜物。而且其孔隙率很高且機(jī)械強(qiáng)度較低，這樣，當(dāng)其用于過濾熔融金屬例如熔融鋁時(shí)，其耐用性是較差的。另一方面，JP1995-23099Y中描述的用于熔融金屬的過濾介質(zhì)的去除夾雜物的性能和機(jī)械強(qiáng)度均優(yōu)于JP1985-5828A中描述的用于熔融金屬的過濾介質(zhì)。盡管熔融金屬中的大部分夾雜物都被過濾介質(zhì)流入側(cè)外表面上形成的濾餅層過濾，但是在JP1995-23099Y中公開的用于熔融金屬的過濾介質(zhì)的流入側(cè)是微孔陶乾層，這樣濾餅層的形成速度很快。因此導(dǎo)致透過率不足。
發(fā)明內(nèi)容為了解決傳統(tǒng)方法存在的問題，本發(fā)明的目標(biāo)是提供一種用于熔融金屬的過濾介質(zhì)，還提供一種用于生產(chǎn)該介質(zhì)的方法，所述過濾介質(zhì)的夾雜物去除性能和耐用性都非常好，還具有足夠的透過率。根據(jù)本發(fā)明的第一方面，可以實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo)的用于熔融金屬的過濾介質(zhì)包括在流入側(cè)的大孔陶乾層和在流出側(cè)的微孔陶瓷層的兩層結(jié)構(gòu)。優(yōu)選所述微孔陶覺層的平均孔徑為100~500pm,且大孔陶瓷層的平均孔徑是微孔陶瓷層的平均孔徑的1.1~3.0倍。優(yōu)選所述微孔陶瓷層的最大孔徑為200~600|im,且大孔陶瓷層的最大孔徑是微孔陶瓷層的最大孔徑的1.〗~3.0倍。優(yōu)選的，所述大孔陶瓷層和所述微孔陶瓷層都是由用無機(jī)粘結(jié)劑粘結(jié)的骨料而成，且該無機(jī)粘結(jié)劑具有長(zhǎng)寬比為2~50的針狀晶結(jié)構(gòu)。優(yōu)選該無機(jī)粘結(jié)劑為硼酸鋁。優(yōu)選的，所述大孔陶瓷層和所述微孔陶瓷層的總壁厚為1025mm。優(yōu)選所述大孔陶瓷層和所述微孔陶瓷層的壁厚之比為1:73:1。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，生產(chǎn)所述用于熔融金屬的過濾介質(zhì)的方法包括分別將構(gòu)成所述大孔陶瓷層的粗顆粒骨料和構(gòu)成所述微孔陶瓷層的細(xì)顆粒骨料與無機(jī)粘結(jié)劑捏合，然后將它們成型和燒結(jié)；形成在流入側(cè)的大孔陶瓷層和在流出側(cè)的微孔陶瓷層的兩層結(jié)構(gòu)；以及在這些骨料的顆粒中析出針狀晶。由于本發(fā)明的用于熔融金屬的過濾介質(zhì)具有在流入側(cè)的大孔陶瓷層和在流出側(cè)的微孔陶瓷層的兩層結(jié)構(gòu)，因此很難在流入側(cè)形成致密的濾餅層，熔融金屬從過濾介質(zhì)的內(nèi)部得到過濾。即，通過使得傳統(tǒng)上對(duì)過濾不起作用的過濾介質(zhì)內(nèi)部發(fā)揮過濾作用，從而在獲得高的夾雜物去除性能的同時(shí)還提供了足夠的透過率。由于熔融金屬的過濾介質(zhì)是由陶瓷層構(gòu)成的，因此其具有足夠的強(qiáng)度。所述用于熔融金屬的過濾介質(zhì)具有較大的孔徑。此外，用于粘結(jié)陶瓷骨料的無機(jī)粘結(jié)劑也具有捕獲熔融金屬中的夾雜物的功能。具體的，當(dāng)所述無機(jī)粘結(jié)劑具有長(zhǎng)寬比為2~50的針狀晶結(jié)構(gòu)時(shí)，在將過濾后形成的鑄錠軋制成為薄板、箔片等的過程中導(dǎo)致氣孔或表面缺陷的夾雜物(30(im或以上)可以從鋁的熔融金屬中被可靠地去除。在這點(diǎn)上，用于熔融金屬的此類過濾介質(zhì)可以通過以下方法生產(chǎn)分別將構(gòu)成所述大孔陶乾層的粗顆粒骨料和構(gòu)成所述微孔陶乾層的細(xì)顆粒骨料與無機(jī)粘結(jié)劑捏合，然后將它們成型并燒結(jié)；形成在流入側(cè)的大孔陶資層和在流出側(cè)的微孔陶乾層的兩層結(jié)構(gòu)；以及在這些骨料的顆粒中析出針狀晶。圖1是本發(fā)明的用于熔融金屬的過濾介質(zhì)的示意性透視圖；圖2是本發(fā)明的用于熔融金屬的過濾介質(zhì)的示意性剖面圖。具體實(shí)施例方式在下文中，將介紹本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例。圖1是本發(fā)明的用于熔融金屬的過濾介質(zhì)的示意圖。在此所示的用于熔融金屬的過濾介質(zhì)是圓柱形的，其也可以是板狀的。流入側(cè)的大孔陶瓷層1位于外圓周，流出側(cè)的微孔陶瓷層2位于內(nèi)圓周。本發(fā)明的用于熔融金屬的過濾介質(zhì)具有兩層結(jié)構(gòu)。例如，在使用前將其浸泡在800900。C的鋁的熔融金屬中。所述熔融金屬從外圓周表面流入內(nèi)圓周表面，然后過濾后的熔融金屬從中心孔3中流出。在這點(diǎn)上，熔融金屬并不特別的限定為鋁的熔融金屬。本發(fā)明可以用于熔點(diǎn)相對(duì)較低的熔融金屬，如鋅的熔融金屬。圖2是本發(fā)明的用于熔融金屬的過濾介質(zhì)的示意性剖面圖。大孔陶瓷層1由具有相對(duì)較大直徑的陶瓷骨料4構(gòu)成。微孔陶瓷層2由具有相對(duì)較小直徑的陶瓷骨料5構(gòu)成。所述陶瓷的成分沒有被特別限定。當(dāng)鋁的熔融金屬被過濾時(shí)，可以使用不會(huì)被鋁的熔融金屬腐蝕的材料例如氧化鋁。優(yōu)選的，所述微孔陶瓷層2的平均孔徑在100~500(im范圍內(nèi)，大孔陶瓷層1的平均孔徑是微孔陶瓷層2的平均孔徑的l.i3.0倍。這些孔徑平均值是通過截線法(lineinterceptmethod)確定的。對(duì)于此處使用的測(cè)量方法，將用于電子顯微觀察的、被拋光且校正的試樣在35倍放大視場(chǎng)中進(jìn)行觀測(cè)，在厚度方向以200(im的間隔描繪測(cè)量線，測(cè)量位于測(cè)量線上的孔的部分的長(zhǎng)度，5所有測(cè)量長(zhǎng)度的平均值被定義為平均孔徑。盡管經(jīng)常使用壓汞技術(shù)作為測(cè)量平均孔徑的方法，但是當(dāng)平均孔徑超過300pm時(shí)，其測(cè)量精度降低。因此，在本發(fā)明中使用截線法。微孔陶瓷層2的平均孔徑在100500pm范圍內(nèi)的原因如下所述當(dāng)所述平均孔徑小于該范圍時(shí)孔容易被阻塞，而當(dāng)所述平均孔徑大于該范圍時(shí)其夾雜物捕獲性能降低。另外，大孔陶瓷層1的平均孔徑是微孔陶瓷層2的平均孔徑的.13.0倍的原因如下所述當(dāng)平均孔徑小于該范圍時(shí)，整個(gè)層與僅僅由微孔陶瓷層2構(gòu)成的結(jié)構(gòu)基本相似。這樣，本發(fā)明使得過濾介質(zhì)內(nèi)部對(duì)過濾發(fā)揮作用的效果則會(huì)不足。在另一方面，當(dāng)平均孔徑超過該范圍時(shí)，所述熔融金屬正好通過大孔陶覺層l。這樣，形成兩層結(jié)構(gòu)就沒有意義了。另外，優(yōu)選微孔陶瓷層2的最大孔徑在20060(Vm范圍內(nèi)，大孔陶瓷層1的最大孔徑是微孔陶乾層2的1.1~3.0倍。所述最大孔徑的值是通過JIS定義的泡點(diǎn)法確定的。所述泡點(diǎn)法是當(dāng)在水中從試樣的一側(cè)施加氣壓然后從相反側(cè)產(chǎn)生氣泡時(shí)，通過上述壓力差來計(jì)算孔徑的方法。微孔陶覺層2的最大孔徑為200600mm的原因如下所述當(dāng)平均孔徑在100~500;im范圍內(nèi)時(shí)，很難使最大孔徑小于200jim。當(dāng)最大孔徑超過600|im時(shí)，則增加了夾雜物通過的可能性。大孔陶瓷層1的最大孔徑是微孔陶瓷層2最大孔徑的1.13.0倍的原因在于類似于上述相同的方式，當(dāng)最大孔徑小于當(dāng)所述最大孔徑超過該范圍時(shí)，形成兩層結(jié)構(gòu)就沒有意義了。所述平均孔徑和最大孔徑可以通過分別構(gòu)成各層的陶瓷骨料4和5的粒子直徑來控制。所有骨料的平均粒子直徑在500~2000|am范圍內(nèi)。陶瓷骨料4和5通過無機(jī)粘結(jié)劑來粘結(jié)。優(yōu)選使用具有長(zhǎng)寬比為2~50的針狀晶結(jié)構(gòu)的無機(jī)粘結(jié)劑。特別的，當(dāng)計(jì)劃對(duì)鋁的熔融金屬進(jìn)行過濾時(shí)，優(yōu)選使用對(duì)鋁的熔融金屬具有優(yōu)良抗蝕性能的硼酸鋁來作為無機(jī)粘結(jié)劑。當(dāng)使用這種具有針狀晶結(jié)構(gòu)的無機(jī)粘結(jié)劑時(shí)，針狀晶伸入到陶瓷骨料之間的熔融金屬通道中，并且使包含在熔融金屬中的細(xì)小夾雜物的捕獲能力得到極大提高。此外，由于形成了結(jié)晶體，因此每層的強(qiáng)度增加了3MPa或更多。即使其用于過濾熔融金屬，也降低了斷裂的危險(xiǎn)性。在該點(diǎn)上，當(dāng)?shù)蛷?qiáng)度的過濾介質(zhì)被損壞時(shí)，熔融金屬直接穿過所述損壞部分，其包含了流出夾雜物的風(fēng)險(xiǎn)。優(yōu)選的，大孔陶瓷層1和微孔陶競(jìng)層2的整體厚度為1025mm之間。當(dāng)所述整體厚度小于該范圍時(shí)，本發(fā)明的使得過濾介質(zhì)的內(nèi)部起到過濾作用的特點(diǎn)則不能被充分展現(xiàn)。另一方面，當(dāng)所述整體厚度大于該范圍時(shí)，過濾抗力便增大了。此外，優(yōu)選大孔陶瓷層1的壁厚與微孔陶瓷層2的壁厚的比例在1:7到3:1之間。用于生產(chǎn)所述用于熔融金屬的具有兩層結(jié)構(gòu)的過濾介質(zhì)的方法的各個(gè)實(shí)施例都包括用于同時(shí)或連續(xù)成型所述大孔陶資層1和^t孔陶資層2的方法；包括分別將各層成型、在干燥后將它們堆疊、然后對(duì)其燒結(jié)形成整體的方法；包括分別將各層成型、對(duì)它們進(jìn)行干燥和燒結(jié)、然后將它們堆疊成為整體體的方法?？捎玫某尚头椒ǖ睦影ㄒ阎某尚头椒?，如搗實(shí)、壓制、鑄造、膠凝鑄造或離心粘結(jié)。在這點(diǎn)上，大孔陶瓷層1和微孔陶瓷層2之間的界面不必保持整齊，并且其粒子直徑可以逐漸改變。本發(fā)明的用于熔融金屬的過濾介質(zhì)具有通過使熔融金屬從大孔陶瓷層1一側(cè)向微孔陶資層2—側(cè)流過來去除夾雜物的結(jié)構(gòu)。如圖2所示，熔融金屬中的夾雜物粒子IO在大孔陶瓷層1的表面形成濾餅層11。然而，由于流入側(cè)是大孔陶瓷層1,所以所述濾餅層不是致密的。一些夾雜物粒子10進(jìn)入大孔陶瓷層l的內(nèi)部并被捕獲。因此，不會(huì)發(fā)生迅速堵塞從而可以獲得大的透過率。此外，可以可靠捕獲夾雜物粒子10。當(dāng)用于熔融金屬的過濾介質(zhì)是僅由大孔陶瓷層1構(gòu)成的單層結(jié)構(gòu)時(shí)，所述夾雜物粒子10可以從中通過。另一方面，當(dāng)用于熔融金屬的過濾介質(zhì)是僅由微孔陶乾層2構(gòu)成的單層結(jié)構(gòu)時(shí)，在其流入側(cè)形成致密濾餅層，導(dǎo)致發(fā)生阻塞。因此，上述兩種情況都是不希望發(fā)生的。實(shí)施例下面將介紹本發(fā)明的實(shí)施例和比一交例。表l顯示了下述結(jié)果，其中，壁厚是常量25mm,大孔陶瓷層(顯示為大孔層)的孔徑和微孔陶資層(顯示為微孔層)的孔徑是改變的，來計(jì)算出在鋁的熔融金屬中的夾雜物捕獲性能和使用壽命。在任何實(shí)施例中，都是將包括8-12質(zhì)量％的無機(jī)粘結(jié)劑、1-2質(zhì)量％的成型粘結(jié)劑、5-7質(zhì)量％的水，以及余7量為骨料。每層都被連續(xù)成型從而成為具有預(yù)定形狀的成型體。然后，該成型體被干燥，然后被加熱到1200~1400。C從而融化粘結(jié)劑。此后，通過以30-70°C/小時(shí)的冷卻速率冷卻到80(TC從而使粘結(jié)劑結(jié)晶。其結(jié)果是，生成了如下的基底材料其中骨料粒子通過粘結(jié)劑以在骨料粒子之間形成孔的狀態(tài)被連接。優(yōu)選使用包含15-80質(zhì)量％的氧化硼、2-60質(zhì)量％的氧化鋁以及5-50質(zhì)量％的氧化鎂的粘結(jié)劑。另外，在粘結(jié)劑中還可以包括質(zhì)量百分比分別為25%以下的氧化硅和30%以下的氧化4丐。這是因?yàn)檎辰Y(jié)劑和鋁的熔融金屬很容易被潤(rùn)濕，從而提高了過濾早期的滲透性。此外，上述包含氧化硼、氧化鋁、氧化鎂和氧化鈣的成分使得所述粘結(jié)劑在1200~1400。C之間融化，隨后正常結(jié)晶，以上是優(yōu)選情況。將每個(gè)試樣都成形為外徑100mm、內(nèi)徑75mm、長(zhǎng)度100mm的管狀。將每個(gè)試樣一個(gè)接一個(gè)地放入試驗(yàn)爐中，并且過濾鋁的熔融金屬。壓頭差增加到200mm的點(diǎn)被定義為使用壽命。鋁的熔融金屬的通過量高于傳統(tǒng)產(chǎn)品通過量至少1.5倍的情況被標(biāo)記為。鋁的熔融金屬的通過量達(dá)到傳統(tǒng)產(chǎn)品通過量的1.〗1.5倍的情況被標(biāo)記為o。鋁的熔融金屬的通過量小于上述值的情況被標(biāo)記為x。鋁的三氧化物(A1203)、尖晶石(MgAl204)和氧化鎂(MgO)(即，過濾之前和之后的鋁試樣中的主要夾雜物)的量通過溴-曱醇法(將試樣溶解在溴曱醇溶液中，然后定量分析溶解剩余物中的氧化物的數(shù)量的方法)進(jìn)行分析。分析的數(shù)量高于傳統(tǒng)產(chǎn)品至少1.0倍的情況被標(biāo)記為o。分析的數(shù)量是傳統(tǒng)產(chǎn)品0.8~l.O倍的情況被標(biāo)記為A。分析的數(shù)量在上述數(shù)值以下的情況被標(biāo)記為x。表1<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>表2顯示的是，平均孔徑的尺寸保持常量，壁厚和形狀發(fā)生改變，然后按照與上述相同的方式進(jìn)行計(jì)算后的結(jié)果。<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table>表3表示的是，改變無機(jī)粘結(jié)劑的長(zhǎng)寬比，然后以與上述相同的方式進(jìn)行-后的結(jié)果。<table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table>從以上實(shí)施例可以明顯看出，個(gè)夂，j日v川1;^、岡工至/f7曰'J/化-v1乂貝證夾雜物捕獲性能和使用壽命(熔融金屬的通過率)方面具有優(yōu)越性'權(quán)利要求1.一種用于熔融金屬的過濾介質(zhì)，包括在流入側(cè)的大孔陶瓷層和在流出側(cè)的微孔陶瓷層的兩層結(jié)構(gòu)。2.如權(quán)利要求1所述的用于熔融金屬的過濾介質(zhì)，其中，所述微孔陶瓷層的平均孔徑為100~500|im,且所述大孔陶資層的平均孔徑是所述微孔陶資層的平均孔徑的1.13.(H咅。3.如權(quán)利要求2所述的用于熔融金屬的過濾介質(zhì)，其中，所述微孔陶瓷層的最大孔徑為200~600|im,且所述大孔陶瓷層的最大孔徑是所述微孔陶瓷層最大孔徑的1.1~3.0倍。4.如權(quán)利要求1所述的用于熔融金屬的過濾介質(zhì)，其中，所述大孔陶瓷層和所述微孔陶乾層是由用無機(jī)粘結(jié)劑粘結(jié)的骨料形成，且所述無機(jī)粘結(jié)劑具有長(zhǎng)寬比為2~50的針狀晶結(jié)構(gòu)。5.如權(quán)利要求4所述的用于熔融金屬的過濾介質(zhì)，其中，所述的無機(jī)粘結(jié)劑是硼酸鋁。6.如權(quán)利要求1所述的用于熔融金屬的過濾介質(zhì)，其中，所述大孔陶瓷層和所述^:孔陶瓷層的總壁厚為10~25mm。7.如權(quán)利要求1所述的用于熔融金屬的過濾介質(zhì)，其中，所述大孔陶瓷層和所述微孔陶瓷層的壁厚之比為l:73:。8.—種生產(chǎn)用于熔融金屬的過濾介質(zhì)的方法，包括分別將構(gòu)成所述大孔陶瓷層的粗顆粒骨料和構(gòu)成所述微孔陶瓷層的細(xì)顆粒骨料與無機(jī)粘結(jié)劑捏合，然后將它們成型和燒結(jié)；形成在流入側(cè)的大孔陶瓷層和在流出側(cè)的微孔陶瓷層的兩層結(jié)構(gòu)；且在這些骨料的顆粒中析出針狀晶。全文摘要本發(fā)明提供一種用于熔融金屬的過濾介質(zhì)，該過濾介質(zhì)具有非常好的夾雜物去除性能和耐久性，還具有足夠的透過率，此外還提供一種生產(chǎn)該介質(zhì)的方法。在本發(fā)明中用于熔融金屬的過濾介質(zhì)包括在流入側(cè)的大孔陶瓷層1和在流出側(cè)的微孔陶瓷層2的兩層結(jié)構(gòu)。所述微孔陶瓷層2的平均孔徑為100～500μm，且所述大孔陶瓷層1的平均孔徑是微孔陶瓷層2平均孔徑的1.1～3.0倍。當(dāng)每層都是由骨料與無機(jī)粘結(jié)劑粘結(jié)而成且所述無機(jī)粘結(jié)劑具有長(zhǎng)寬比為2～50的針狀晶結(jié)構(gòu)時(shí)，過濾介質(zhì)的內(nèi)部可以發(fā)揮過濾作用，且可以同時(shí)保證夾雜物捕獲性能和使用壽命。文檔編號(hào)B01D29/58GK101653670SQ20091016698公開日2010年2月24日申請(qǐng)日期2009年8月3日優(yōu)先權(quán)日2008年8月4日發(fā)明者古宮山常夫,堀田啟之,樋口陽人申請(qǐng)人:日本礙子株式會(huì)社;Ngk阿德列克株式會(huì)社