專利名稱：陶瓷泡沫及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及陶瓷泡沫材料，尤其是涉及陶瓷泡沫過濾器及其制備方法。
在本技術(shù)領(lǐng)域中，多孔陶瓷泡沫材料是已知的。這些多孔陶瓷泡沫材料特別適用于過濾熔融金屬，尤其是熔融鋁和鋁合金，在本技術(shù)領(lǐng)域中也是已知的。在美國專利第3，893，917號、3，947，363號、3，962，081號、4，024，056號、4，024，212號、4，075，303號、4，265，659號、4，342，644號和4，343，704號中，敘述了一些用做過濾器的陶瓷泡沫材料。
陶瓷泡沫的典型制備方法是，用一種含有陶瓷材料的水淤漿來浸漬一種開孔的、疏水軟質(zhì)泡沫材料;擠壓該有機泡沫材料以除去多余的淤漿;應用一種氣刀來打通任何表面上的堵塞;將該浸漬過的泡沫材料干燥和將其加熱以燒除其中的有機組分;和在一種提高的溫度下，將該陶瓷泡沫體燒結(jié)以制備陶瓷泡沫過濾器。已經(jīng)應用了各種各樣的淤漿以試圖制備一種陶瓷泡沫過濾器，此種陶瓷泡沫過濾器，具有相當高的耐熱性，和在過濾熔融金屬的苛刻條件下，具有一種耐降解作用的結(jié)構(gòu)。在美國專利第4，610，832號中，應用一種水淤漿，其中包括一種含有膠凝的二氧化鋁水合物的觸變性陶瓷組合物，來制備一種熔融金屬過濾器。在1987年11月27日提交的同時待批的美國專利申請第125，943號中，敘述了一種用含有磷酸鹽粘合劑的陶瓷淤漿制備的陶瓷泡沫過濾器。在1987年3月23日提交的同時待批的美國專利申請第29，184號中，敘述了一種應用含有碳化硅和膠態(tài)二氧化硅粘合劑的陶瓷淤漿制備的陶瓷泡沫過濾器。
在一些制備方法中，該陶瓷淤漿含有陶瓷纖維。美國專利第4，265，659號說明了一種這樣的方法，此法將陶瓷纖維加入含有二氧化鋁、氧化鉻、膨潤土、高嶺土和一種空氣沉降劑(airsettlingagent)的淤漿中。美國專利第4，391，918號還說明了一種方法，此法將一種陶瓷纖維材料加入淤漿中。該纖維是用來作為一種裂紋生長抑制劑，從而增加了過濾器濾芯的強度。
目前，在短絨可起到增加表面積的場合，將植絨的聚氨基甲酸酯泡沫用作潤濕劑。這些類型的泡沫材料一般不適用于制備陶瓷泡沫過濾器，因為大量的短絨可阻礙淤漿滲入。
當所用的方法涉及某些類型的液漿時，應用聚氨基甲酸酯網(wǎng)構(gòu)有機泡沫材料制備的過濾器已遇到了一些問題。不用輔助的方法，例如噴涂或浸泡的方法，所制備的過濾器，在浸漬后，可具有弱的或脆的表面、很差的邊質(zhì)量、或者在某些情況下，其固有性質(zhì)比某些用途所需要的固有性質(zhì)弱。在浸漬后，應用了包括噴涂或浸泡的方法，其目的是為了改進陶瓷的覆蓋層。通常，該泡沫基質(zhì)的表面具有難以覆蓋的尖銳的突出部分。此外，泡沫基質(zhì)的網(wǎng)一般是呈三角形，而尤其是不可能將該三角形的尖完全覆蓋住。但是，在浸漬后的噴涂經(jīng)常會產(chǎn)生一種不希望存在的層壓作用。噴涂層是涂覆在干的層上，同時其粘合力是很弱的。此外，噴涂可洗去起初干燥的、浸漬上去的淤漿和使結(jié)構(gòu)變?nèi)?。因此，必須小心地控制噴涂，從而增加了制備的復雜性。
因此，本發(fā)明的一個目的是提供一種具有改進的陶瓷覆蓋層的陶瓷泡沫材料。
本發(fā)明的另一個目的是提供一種具有改進的機械性能的陶瓷泡沫過濾器。
本發(fā)明的再一個目的是提供一種制備上述陶瓷泡沫過濾器的方法。
根據(jù)下列敘述，本發(fā)明的這些目的和其他目的的以及種種優(yōu)點，就會更加明顯了。
根據(jù)本發(fā)明，可容易地達到上述目的并獲得所述的優(yōu)點。
本發(fā)明提供一種改進的陶瓷泡沫材料，而較好的是提供一種陶瓷泡沫過濾器，以及制備此種陶瓷泡沫過濾器的方法，此種陶瓷泡沫過濾器的特征是具有改進的覆蓋層和改進的物理性質(zhì)。應用本發(fā)明的方法，可以有利地獲得上述特性而不需要輔助的方法，例如在浸漬后再進行噴涂和浸泡。
本發(fā)明的改進的陶瓷泡沫材料的制備方法是，提供一種開孔的，而較好的是具有被軟質(zhì)泡沫材料的網(wǎng)包圍住的許多互相連接的孔隙的疏水軟質(zhì)泡沫材料;在該泡沫材料的至少一個表面上涂覆一種粘合力促進材料;在涂覆該粘合材料后，將該泡沫材料用一種較好的是陶瓷淤漿來浸漬;將該浸漬過的泡沫材料進行干燥和加熱，以除去有機組分;和在一種提高的溫度下進行燒結(jié)，以制成最后的陶瓷泡沫材料。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，在用陶瓷淤漿將泡沫材料進行浸漬前，將粘合劑涂覆在該軟質(zhì)泡沫材料上，可促進該軟質(zhì)泡沫材料和該淤漿之間的粘合力。此外，還發(fā)現(xiàn)，涂覆一種粘合劑可增加該泡沫材料的彈性并使浸漬更容易進行。
粘合力促進材料可含有一種其中含有任何適用的在本技術(shù)領(lǐng)域中已知的水溶液或醇溶液。該溶液可以是一種稀的可噴涂的溶液或者是一種可以被輥壓入該泡沫材料的濃溶液。該溶液還可以含有可以使植絨覆蓋層形成的有機或無機纖維。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，植絨覆蓋層特別適用，因為它們增加了親水性和泡沫材料的表面積，從而改進了該陶瓷覆蓋層。在本發(fā)明的一種可供選用的實施方案中，在進行淤漿浸漬之前，先將含有粘合劑的溶液涂覆在該泡沫材料的一個或幾個表面上，然后再用吹氣或靜電沉積的方法將短絨植在這些表面上，即可在該泡沫材料的至少一個表面上形成一種植絨的覆蓋層。
本發(fā)明的陶瓷泡沫材料包括一種具有被陶瓷網(wǎng)包圍住的許多互相連接的孔的開孔陶瓷體，所述陶瓷體是由一種用粘合劑涂覆的軟質(zhì)的、多孔有機聚合物泡沫材料，應用一種陶瓷淤漿來浸漬和在一種提高的溫度下進行燒結(jié)制成的。較好的是，該陶瓷泡沫材料是一種陶瓷泡沫過濾器并包括一種具有被連續(xù)的陶瓷網(wǎng)包圍住的許多互相連接的孔的開孔陶瓷體，所述陶瓷網(wǎng)具有內(nèi)部加強的結(jié)構(gòu)。在一種優(yōu)選的實施方案中，內(nèi)部加強的結(jié)構(gòu)是內(nèi)部孔隙被陶瓷包圍住的結(jié)構(gòu)。
下文將說明本發(fā)明的其他特性。
參閱附圖將更容易了解本發(fā)明。


圖1是放大13倍的顯微照相圖，顯示根據(jù)本發(fā)明制備的陶瓷泡沫材料的橫截面。
圖2是放大31倍的顯微照相圖，顯示根據(jù)本發(fā)明制備的陶瓷泡沫材料的橫截面，并包括該網(wǎng)附近的空心加強結(jié)構(gòu)。
圖3是放大40倍的顯微照相圖，顯示未經(jīng)本發(fā)明處理的陶瓷泡沫材料的橫截面。
根據(jù)本發(fā)明，用一種開孔的，而較好的是具有被軟質(zhì)泡沫材料的網(wǎng)包圍住的許多互相連接的孔隙的疏水軟質(zhì)泡沫材料制備一種陶瓷泡沫過濾器。可以應用的典型材料，包括聚合物型泡沫材料，例如優(yōu)選的聚氨基甲酸酯和纖維素泡沫材料。一般來說，任何可燃燒的有機塑料泡沫均可使用，此種有機塑料泡沫具有回彈性和恢復原來形狀的能力。此種泡沫材料必須在或低于該燒結(jié)溫度下來進行燒除或揮發(fā)。
通常是將該軟質(zhì)泡沫材料浸在一種陶瓷水淤漿中，而不進行任何形式的預處理。但是，根據(jù)本發(fā)明，則在將軟質(zhì)泡沫材料浸入陶瓷淤漿之前先將該軟質(zhì)泡沫材料用一種粘合劑來處理，而較好的是用一種植絨材料和該粘合劑一起來處理，以便促進該泡沫材料和該陶瓷淤漿之間的粘合力、改進該陶瓷網(wǎng)的覆蓋層和增加浸漬前的泡沫的彈性。應用粘合劑預處理，可潤濕與該淤漿接觸的泡沫材料的表面，從而促進該淤漿與該泡沫材料之間的粘合力。結(jié)果，在該泡沫上形成一層覆蓋度更高的較濃的陶瓷覆蓋層。以前，在泡沫材料表面上存在的尖銳的突出部分，通常是被薄薄地覆蓋住和根本未被覆蓋。但是，借助本發(fā)明的預處理，即消除了此問題。本發(fā)明的預處理的其他優(yōu)點包括，避免了在淤漿浸漬后還需要涂覆一層噴涂層、增加該泡沫材料的親水性、減少和實際上消除了由陶瓷泡沫產(chǎn)品所產(chǎn)生的雪花形白點、和提高了物理性質(zhì)，例如強度。
本發(fā)明的粘合劑預處理包括，將粘合力促進材料涂覆在該泡沫的至少一個表面上。通常，將該粘合力促進劑涂覆在該泡沫材料的二個相對的表面上。該粘合力促進材料可包括任何適用的在本技術(shù)領(lǐng)域中已知的粘合劑。例如，該粘合劑可以是一種熱固化粘合劑或一種空氣固化或觸壓粘合劑。通常，在加工過程中，在泡沫材料所接觸的溫度下，粘合劑將會揮發(fā)。
可將粘合材料以溶液的形式涂覆在泡沫材料上。雖然優(yōu)選的是水溶液，但是以醇為溶劑的溶液也是可以使用的。如果該溶液是稀的，則較好的是用噴涂的方法來將其噴在該泡沫材料上。但是，如果該溶液是比較濃的，則可將其輥壓入該泡沫材料中。通常，含有粘合劑的溶液將具有由大約1000至8000厘泊的粘度，而較好的是由大約5000至40，000厘泊的粘度。
在一種優(yōu)選的預處理中，除粘合材料外，還將短絨植在該泡沫材料上，可進一步促進該淤漿與泡沫材料的粘合力。該短絨可包括有機或無機的纖維。在加熱過程中，有機纖維以類似于泡沫材料揮發(fā)的方式進行揮發(fā)。有機纖維可包括，但不僅限于，天然有機纖維，例如棉或木纖維，和化學有機纖維，例如，人造纖維、耐綸或丙烯腈系纖維。在該陶瓷進行燒結(jié)的過程中，無機纖維不會揮發(fā)，并且一般是與陶瓷淤漿一起進行涂覆。無機纖維可包括，但不僅限于，纖維玻璃、氧化鋁纖維、硅鋁酸鹽纖維、碳化硅纖維、二氧化鋯纖維和碳纖維或石墨纖維。纖維的長度可根據(jù)泡沫材料的孔大小由“短”改變?yōu)椤爸小痹俑淖優(yōu)椤伴L”。通常，該纖維的長度大約短于1/8″。所植的纖維量也可以改變。
短絨可作為含有粘合劑的溶液的一部分來進行涂覆或者是在涂覆粘合劑后再植絨。例如，可用下列方法來形成植絨的覆蓋層，首先在第一個表面上涂上粘合劑溶液;在該粘合劑涂覆層仍然處于發(fā)粘的情況下，將該短絨植在該第一個表面上;將該表面干燥;將該泡沫材料翻過來并用相同方法再處理另一個表面。對泡沫材料的邊也可以進行此種處理。在需要時，可在植短絨之前，將涂有粘合劑的表面加熱，使其發(fā)粘。在需要時，在植絨時可應用載體來攜帶纖維，還可以應用粘合劑來將纖維固定在一定的位置上。該載體和/或粘合劑可以是有機的或者是無機的或者是它們的組合物。該有機粘合劑可以包括空氣固化膠水。該無機粘合劑可以包括硅酸鹽粘合劑或磷酸鹽粘合劑。
如果分開進行植絨時，可用本技術(shù)領(lǐng)域中已知的任何適用的技術(shù)來進行植絨。例如，可以用機械的方法，用一臺吹風機或打漿刀，或用靜電沉積的方法或用此二種方法的混合方法來進行植絨。當植短絨時，重要的是，短絨不能使孔面積減少超過大約35%。為此，可用抽吸或吹風的方法除去多余的纖維。
本發(fā)明的一個優(yōu)點是，可以只將該泡沫材料的表面或?qū)⒄麄€泡沫材料涂覆粘合劑或植絨，當然這取決于由植絨所造成的孔大小。自然，當孔變得很細小時，大量的短絨的能力就變得很有限了。涂覆粘合劑或進行植絨的其他優(yōu)點相信包括，增加該泡沫材料的彈性，此種彈性可使該泡沫材料更容易浸漬和更容易切成規(guī)定的大小。高彈性泡沫材料容易進行浸漬，因為在輥壓時更容易彈回，這有助于涂覆過程和有助于保持泡沫材料的尺寸穩(wěn)定性。
在涂覆粘合劑和植絨后，將該泡沫材料用一種陶瓷淤漿來浸漬。較好的是，應用一種陶瓷水淤漿來浸漬，此種淤漿具有觸變性和比較高的流度，并且是由所需要的陶瓷材料的水懸浮體組成。可應用任何一種具有上述特性的適用的陶瓷淤漿，例如含有碳化硅的淤漿。
當應用碳化硅淤漿來制備過濾器時，碳化硅組分較好的是具有小于325目的粒度，即小于45微米;但是，也可以容易地應用小于100目粒度的碳化硅，即150微米或小于150微米的碳化硅。能夠應用小粒度的陶瓷材料的能力，例如10微米或更小的過程細粒，是一個很顯著的優(yōu)點，尤其是從成本核算的角度來考慮。該組合物的固體含量必須是至少有50%的碳化硅。
可以容易地將外加的陶瓷材料與碳化硅一起使用。氧化鋁是特別優(yōu)選的添加劑，如果使用氧化鋁時，應該使用小于325目的粒度，即小于45微米。當然，可以容易地使用其他的陶瓷材料，例如氧化鋁、氧化鋯、氧化鋯韌化的氧化鋁、氧化鋯加氧化鋁、部分穩(wěn)定的氧化鋯、氧化鉻、氧化鎂、堇青石、模來石等。
碳化硅淤漿通常還包括一種粘合劑，此種粘合劑最好是一種膠態(tài)二氧化硅粘合劑，它是用作一種顆粒的水分散體，所用的水為10至50%。該膠態(tài)分散體是一種穩(wěn)定的、粒度為1微米或小于1微米的不沉降的懸浮體。該膠態(tài)氧化硅組分提供該粘合劑并由于該分散體的膠態(tài)性質(zhì)而有助于得到一種合乎需要的觸變性。
當然，其他的添加劑也可以使用，或者是作為一種外加的粘合劑，或者是，為了其他合乎需要的理由，較好的是，例如，可容易地應用蒙脫石、Aguathix(為Tenneco化學公司的水溶性多糖類、膨潤土、高嶺土等的商品名)。
在美國專利第3，962，081、4，075，303和4，024，212號中均敘述了制備用于熔融金屬過濾器的陶瓷泡沫材料的詳細步驟，其中所公開的內(nèi)容均列入本發(fā)明的參考文獻。
簡單地來說，用陶瓷水淤漿來浸漬軟質(zhì)泡沫材料，以便用其將纖維狀態(tài)網(wǎng)覆蓋住和用其將孔隙堵塞。一般來說，較好的是，將該泡沫材料在該淤漿中簡單地浸一段足以保證幾乎完全浸漬該泡沫材料的短時間。聚合物型泡沫材料的合適的孔大小可以是每英寸有3個孔或少于3個孔。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，鑒于較高的總材料處理量，所以每英寸有3-25個孔的孔大小用于過濾鐵和鐵基合金是特別有利的，不過也可以容易地應用較小的孔大小，例如多達每英寸50個孔。
然后將浸漬過的泡沫材料擠壓，以驅(qū)出一部分的淤漿，而使纖維狀網(wǎng)部分被其覆蓋和在整個泡沫材料上有許多被堵住的孔，從而增加流動途徑的曲折度，即，孔均勻分布在整個陶瓷體上而不只是聚集在一起。對于那些最好是具有最大的處理量和較少的過濾程度的情況來說，最好是具有比較粗大的孔大小和非常少的孔被堵塞。在一種連續(xù)操作中，例如，可將浸漬過的泡沫材料通過一個預先調(diào)節(jié)的輥筒，來將所需要的淤漿從泡沫材料中驅(qū)出，和將所需要的淤漿浸漬量留在泡沫材料中。當然，可以用手簡單地擠壓該軟質(zhì)泡沫材料，來達到所需要的程度。在此階段，該泡沫材料仍然是軟的，同時，在需要時，可將其制成適合于過濾操作的構(gòu)形，即制成彎曲的板、空心的筒等。必須用慣用的方法將制成的泡沫材料固定好，一直到該結(jié)構(gòu)干燥或有機基質(zhì)分解為止。然后，將浸漬過的泡沫材料用任何適用的方法，例如風干的方法來進行干燥，可在100至700℃溫度下加速干燥15分鐘至6小時，或用微波干燥法。風干可在8至24小時內(nèi)完成。在干燥后，可將該材料在提高的溫度下燒結(jié)，以形成陶瓷泡沫過濾器。根據(jù)所燒結(jié)的具體組合物來確定燒結(jié)溫度，此溫度，例如一般是超過2000°F而最高可達到3100°F。在燒結(jié)后，較好的是，所得到的產(chǎn)品的特征是實際上均勻地分布在整個結(jié)構(gòu)中的許多被堵塞的孔。在最高溫度或接近最高溫度時的燒結(jié)時間是至少15分鐘，而通常至少1小時和不超過10小時。根據(jù)所用的爐子的類型，包括加熱至最高溫度和從最高溫度冷卻下來的總燒結(jié)時間當然是可以在很大的范圍內(nèi)變動。
所得到的產(chǎn)品具有上述的特征和顯著的優(yōu)點。覆蓋的纖維相信是起到了加強位的作用，使過濾器具有優(yōu)良的強度性質(zhì)而不會顯著地增加過濾器的重量。根據(jù)本發(fā)明所制備的過濾器的強度比未處理的材料的強度高約25-50%。此種過濾器還具有改進的邊質(zhì)量和實際上不會出現(xiàn)雪花形白點。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，根據(jù)本發(fā)明制備的過濾器，與用其他技術(shù)制備的過濾相比，可減少大約90%的形成雪花形白點。
當然，為了得到特殊的優(yōu)選性能，可容易地應用外加的無機添加劑，例如，燒結(jié)助劑，顆粒生長抑制劑或無機流變性助劑。也可以有利地應用其他的有機添加劑，例如，臨時粘合劑和流變性助劑。
根據(jù)本發(fā)明，并參閱實施例，就可以更容易地了解陶瓷泡沫過濾器的特性。
實例1提供聚氨基甲酸酯板，每一塊板的橫截面積約為50毫米×75毫米，厚度為22毫米，孔大小為每英寸有3-5個孔。制備一種濃度為50%(體積)的含有市售熱固化、水溶性乳膠粘合劑的水溶液。在每一塊板上形成一種植絨覆蓋層，其方法是在第一個表面上噴涂該粘合劑溶液以提供一種發(fā)粘的表面;在所述發(fā)粘的表面上噴射一種短絨;在烘箱中，在125°F下，將該粘合劑固化15分鐘;然后在該第一個表面的背面重復進行上述處理。對該二個表面進行處理的短絨包括一種短棉纖維、一種中長度丙烯腈系纖維、一種中長度耐綸纖維和一種長人造纖維。將纖維在一種噴槍箱(sprayguncannister)中旋轉(zhuǎn)而使其帶靜電。將一些但不是全部的聚氨基甲酸酯板進行抽吸和吹氣處理以除去多余的纖維，從而保證孔面積的減少小于大約35%。
制備一種含有碳化硅和一種膠態(tài)二氧化硅粘合劑的觸變性的陶瓷組合物的水淤漿。該淤漿的組合物含有約65%的碳化硅、25%的Al2O3和9%的膠態(tài)二氧化硅和1%蒙脫石。然后，用該淤漿來浸漬每一塊聚氨基甲酸酯板。浸漬作用是通過下列步驟完成的，將泡沫板浸在淤漿中，應用預先調(diào)節(jié)好的輥筒，來擠壓該泡沫板并驅(qū)出一部分淤漿，而使纖維狀網(wǎng)部分被其覆蓋和在整個泡沫材料上有許多被堵塞的孔，從而增加了流動途徑的曲折度。
將所得到的浸漬過的泡沫板進行干燥和加熱，從其中，即從網(wǎng)、粘合劑和短絨中，除去有機組分，并在大約2150°F下燒結(jié)1小時。用上述植絨的泡沫材料制成的陶瓷泡沫樣品的特征是，具有比未處理的泡沫材料所制成的陶瓷泡沫好的邊和表面質(zhì)量。應用棉和丙烯腈系維維可得到最好的結(jié)果。此外，那些孔堵塞率高于大約35%的樣品的堵塞程度太高，而那些堵塞率低于大約35%的樣品則是比較好的。
實例2在此實例中，根據(jù)本發(fā)明，應用不同尺寸和不同孔大小的聚氨基甲酸酯板來制備陶瓷泡沫產(chǎn)品。此種板具有7/8″的厚度和橫截面積分別為2″×3″、3″×4″、4″×4″。此外，每一個不同尺寸的板的孔大小分別為每英寸15個孔或每英寸20個孔。
將每一塊板進行預處理，來形成在兩個相對的表面上都有植絨的覆蓋層。只應用短棉纖維并按實例1的方法來形成覆蓋層。然后將每一塊板用單鋁磷酸鹽調(diào)和的氧化鋁淤漿來浸漬，其方法是將每一塊板放在該淤漿中浸漬，應用預先調(diào)節(jié)好的輥筒，來擠壓該泡沫板并驅(qū)出一部淤漿，而使植絨的網(wǎng)部分被其覆蓋。將該浸漬過的板干燥和加熱，從其中除去有機組分，并在大約2150°F下燒結(jié)1小時。
雖然沒有進行植絨涂層預處理的陶瓷泡沫產(chǎn)品通常會形成白點或雪花形白點，但是在此實例中形成的產(chǎn)品不會形成白點或雪花形白點。此外，該產(chǎn)品在燒結(jié)后，具有極大的改進了的被鋸切為規(guī)定的尺寸的能力。此外，該產(chǎn)品的孔堵塞率低于大約35%。
實例3根據(jù)實例1和2的步驟，在橫截面積為2″×3″、厚度為7/8″、孔大小為每英寸有15個孔的聚氨基甲酸酯的兩個相對的表面上都形成短棉植絨的覆蓋層。然后應用實例1和2所敘述的技術(shù)將具有植絨覆蓋層的板浸在含有氧化鋯、氧化鋁和勃姆石凝膠中并形成陶瓷泡沫產(chǎn)品，但是在本實例中，是將干燥的、浸漬過的泡沫材料燒結(jié)至1620℃(2950°F)約8小時，而不是實例1和2中的1177℃(2150°F)。
所制得的產(chǎn)品，在燒結(jié)后具有改進的被鋸切的能力，同時也不會形成雪花形白點。實際上，可將陶瓷泡沫產(chǎn)品切成許多薄片而不會有任何困難。
實例4按實例2的方法，制備直徑為3″和4″、斜角為18°、厚度為3/4″和孔大小為每英寸有10個孔的聚氨基甲酸酯薄片，在其兩個相對的表面上均有一層植絨覆蓋層。然后將具有植絨覆蓋層的薄片浸在一種含有氧化鋁和勃姆石凝膠的淤漿中，應用實例3中所敘述的技術(shù)制成陶瓷泡沫產(chǎn)品，所制得的陶瓷泡沫產(chǎn)品具有與在浸漬后應用噴涂覆蓋層的步驟，然后再進行干燥所制得的未植絨的泡沫材料相同的強度或比其更高的強度。因此，省去噴涂覆蓋層步驟的本方法，可得到低成本和高質(zhì)量的產(chǎn)品。
實例5將按實例1的方法制得的過濾器進行機械強度試驗。應用50毫米×22毫米的樣本，進行20個三點彎曲試驗。計算平均斷裂負載并與未植絨的泡沫材料的平均斷裂負載進行比較。所應用的是短棉纖維、中長丙烯腈系纖維、中長耐綸纖維和長人造纖維。下列為所得到的強度，其中根據(jù)本發(fā)明所制備的過濾器材料均具有超過100磅的斷裂負載。
短棉纖維103磅斷裂負載中丙烯腈系纖維146磅斷裂負載中耐綸纖維102磅斷裂負載長人造纖維102磅斷裂負載未植絨纖維70磅斷裂負載相信此種意想不到的高強度是由于內(nèi)部的網(wǎng)結(jié)構(gòu)和由于植絨所發(fā)展的該網(wǎng)的周圍結(jié)構(gòu)構(gòu)造成的。在所附顯微照相中，清楚地顯示這些特性。圖1是根據(jù)本發(fā)明制備的陶瓷泡沫過濾器在用鐵浸泡后的二個網(wǎng)的放大13倍的橫截面圖。在中間的三角形芯孔，在最后形成的陶瓷泡沫產(chǎn)品中是空心的。圖1清楚地顯示，根據(jù)本發(fā)明的網(wǎng)具有極好的陶瓷覆蓋度。圖2是根據(jù)本發(fā)明所制備的陶瓷菽似髟謨錳鶯蟮囊桓鐾糯 1倍的橫截面圖。此圖再次顯示，在最后得到的陶瓷泡沫產(chǎn)品中，該芯孔是空心的。在該芯孔周圍的3個圓形結(jié)構(gòu)是植絨纖維的位置，此種植絨纖維在最后制得的陶瓷泡沫材料中形成了加強的結(jié)構(gòu)。在圖2中清楚地顯示，該植絨纖維與有機網(wǎng)和粘合劑一起分解，而在空心的網(wǎng)附近形成空心的加強結(jié)構(gòu)。此外，圖2清楚地顯示，該有機網(wǎng)和纖維具有極好的陶瓷覆蓋度。
由圖1和2所顯示的根據(jù)本發(fā)明的網(wǎng)的極好的陶瓷覆蓋度，與圖3形成鮮明的對照。圖3是根據(jù)實例1的方法，但不進行任何粘合劑處理和任何纖維處理所制備的陶瓷泡沫過濾器的網(wǎng)的放大的40倍的橫截面圖。從圖3可以清楚地看到，和根據(jù)本發(fā)明的極好的陶瓷覆蓋度完全不同，在基本上是三角形的網(wǎng)上的尖銳的突出部分是被薄薄地覆蓋住或根本未被覆蓋。
顯然，根據(jù)本發(fā)明，可提供一種陶瓷泡沫過濾器和制備此種過濾器的方法，此種過濾器可滿意地用于上述各種用途并具有以上所述的各種優(yōu)點。以上雖然已結(jié)合特殊的實施例對本發(fā)明進行了敘述，但是，很顯然，根據(jù)以上的敘述，對于本技術(shù)領(lǐng)域中的工作人員來說，還可以有許多可供選擇的方案、修正和變化。因此，在本發(fā)明的權(quán)利要求書中所敘述的精神和范圍內(nèi)的各種可供選擇的方案、修正和變化，均屬于本發(fā)明所要求保護的范圍。
權(quán)利要求
1.制備陶瓷泡沫材料的方法，此法包括提供一種軟質(zhì)的、多孔有機聚合物泡沫材料；在所述軟質(zhì)泡沫材料的至少一個表面上，形成一種粘合劑覆蓋層；所述粘合劑覆蓋層形成步驟包括，在所述的至少一個表面上涂覆一種粘合力促進材料和一種短絨；應用一種陶瓷淤漿來浸漬在所述的至少一個表面上具有所述的粘合劑覆蓋層的的所述泡沫材料；所述的粘合劑覆蓋層促進所述泡沫材料和所述陶瓷淤漿之間的粘合力；將所述浸漬過的泡沫材料進行干燥和加熱；和在一種提高的溫度下進行燒結(jié)，以形成所述陶瓷泡沫材料。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中所述粘合劑涂覆步驟包括將含有所述粘合力促進材料的溶液涂覆在所述的至少一個表面上。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的方法，其中所述粘合劑涂覆步驟包括將含有所述粘合力促進材料的溶液涂覆在所述軟質(zhì)泡沫材料的二個相對的表面上。
4.根據(jù)權(quán)利要求2的方法，其中所述粘合劑涂覆步驟包括將含有所述粘合力促進材料的水溶液噴涂在所述的至少一個表面上。
5.根據(jù)權(quán)利要求2的方法，其中所述溶液涂覆步驟包括將含有一種熱固化粘合劑的溶液涂覆在所述的至少一個表面上，以及其中所述的方法還進一步包括將所述的至少一個涂覆過的表面進行加熱。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，此法進一步包括在將所述的粘合力促進材料涂覆在所述的至少一個表面上后，將所述短絨涂覆在所述的至少一個表面上，以形成一種植絨的覆蓋層。
7.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中所述短絨是選自棉纖維、人造纖維、耐綸纖維、丙烯腈系纖維、纖維玻璃纖維、氧化鋁纖維、硅鋁酸鹽纖維、碳化硅纖維、氧化鋯纖維以及碳和石墨纖維。
8.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中所述短絨涂覆步驟包括涂覆所述短絨，以便將所述泡沫材料中的孔的表面減少小于大約35%。
9.根據(jù)權(quán)利要求6的方法，此法進一步包括在所述浸漬步驟前，先將所述植絨覆蓋層進行加熱。
10.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中所述泡沫材料提供步驟包括提供一種開孔的、具有被所述泡沫材料的網(wǎng)包圍住的許多互相連接的孔的疏水聚氨基甲酸酯泡沫材料而所述浸漬步驟則包括將具有所述粘合劑涂覆層的所述泡沫材料在含有一種陶瓷材料的水懸浮體的觸變性陶瓷水淤漿中浸泡。
11.根據(jù)權(quán)利要求10的方法，其中所述的陶瓷材料是選自碳化硅、氧化鋁、氧化鋯、氧化鋯加氧化鋁、氧化鋯韌化的氧化鋁、部分穩(wěn)定的氧化鋯、氧化鉻、氧化鎂、堇青石、模來石。
12.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中所述的粘合劑涂覆步驟包括在所述的至少一個表面上形成一種植絨覆蓋層。
13.一種陶瓷泡沫材料，此種陶瓷泡沫材料包括一種開孔的具有被陶瓷網(wǎng)包圍住的許多互相連接的孔的陶瓷體，所述陶瓷體是由一種用粘合力促進材料和一種短絨覆蓋的、用一種陶瓷淤漿浸漬的、和在一種提高的溫度下燒結(jié)的軟質(zhì)的、多孔有機聚合物泡沫制成的。
14.一種陶瓷泡沫材料，此種陶瓷泡沫材料包括一種開孔的具有被陶瓷網(wǎng)包圍住的許多互相連接的孔的陶瓷體，所述網(wǎng)具有內(nèi)部加強的結(jié)構(gòu)。
15.根據(jù)權(quán)利要求14的陶瓷泡沫材料，其中所述材料具有一種改進的邊質(zhì)量。
16.根據(jù)權(quán)利要求14的陶瓷泡沫材料，其中所述內(nèi)部加強的結(jié)構(gòu)是被陶瓷包圍住的內(nèi)部孔隙。
17.根據(jù)權(quán)利要求14的以一種熔融金屬過濾器形式的陶瓷泡沫材料。
18.根據(jù)權(quán)利要求14的陶瓷泡沫材料，其中所述陶瓷體是選自碳化硅、氧化鋁、氧化鋯、氧化鋯加氧化鋁、氧化鋯韌化的氧化鋁、部分穩(wěn)定的氧化鋯、氧化鉻、氧化鎂、堇青石和模來石。
19.根據(jù)權(quán)利要求14的陶瓷泡沫材料，其中所述泡沫材料具有超過100磅的斷裂負載。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種陶瓷泡沫材料，尤其是一種陶瓷泡沫過濾器，其制法是提供一種開孔的具有被軟質(zhì)泡沫材料包圍住的許多互相連接的孔的軟質(zhì)泡沫材料；在該軟質(zhì)泡沫材料的至少一個表面上涂覆一種粘合力促進材料；在涂覆該粘合材料后，將該軟質(zhì)泡沫材料用一種陶瓷淤漿來浸漬；將該浸漬過的材料進行干燥和加熱以除去有機組分；和在一提高的溫度下進行燒結(jié)以形成該過濾器。在一優(yōu)選的實施例中，在進行浸漬步驟前，在該軟質(zhì)泡沫材料的至少一個表面上形成一種植絨覆蓋層。
文檔編號B01D39/20GK1037498SQ8910303
公開日1989年11月29日 申請日期1989年5月2日 優(yōu)先權(quán)日1988年5月2日
發(fā)明者菲利普·M·哈格斯, 約瑟夫·A·穆拉, 邁倫·K·雷登 申請人:瑞士鋁公司