CN101259347A - 氧化锆泡沫陶瓷过滤器 - Google Patents
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Abstract
本发明属于铸造行业用的陶瓷过滤器，特别涉及一种耐热冲击性和高温强度的氧化锆泡沫陶瓷过滤器。本发明的氧化锆泡沫陶瓷过滤器，其原料包括以下重量配比的组份，80－97％单斜晶氧化锆、2－10％的稳定剂和1－10％的粘结剂；所述的稳定剂为氧化钙、氧化铝、氧化硅、氧化镁、氧化钇、氧化铈和其他稀土氧化物的一种以上；所述的粘结剂是无机粘结剂或/和有机粘结剂。本发明的氧化锆质泡沫陶瓷过滤器，可以用于高温合金的过滤，与采用预先稳定锆制成的过滤器相比，具有成本低，产品质量优异的特点。
Description
(一)技术领域
本发明属于铸造行业用的陶瓷过滤器，特别涉及一种耐热冲击性和高温强度的氧化锆泡沫陶瓷过滤器。
(二)背景技术
陶瓷过滤器是近一二十年来发展起来的一种新型过滤器，由于其良好的过滤效果，已引起广泛的重视，可应用于铸造、冶金、铝合金型材以及化工等领域。可以有效根除金属液中的大块夹杂物，去除金属液中细小夹杂物，改善组织结构，有效降低金属液中的气体及有害元素的含量。
发达国家在近二十年中研制和开发了多种材质的铸钢与高温合金用泡沫陶瓷过滤材料及相应制品。美国Consolidated Aluminum公司MgO部分稳定氧化锆陶瓷过滤器，最高使用温度可达1800℃。美国Hi-tech公司也于80年代研制出四种可用于过滤高温合金的泡沫陶瓷过滤器，其骨料分别为莫来石、刚玉、氧化锆增韧刚玉(ZTA)、氧化镁部分稳定氧化锆(PSZ)，其耐火度在1650℃～1800℃之间，过滤效率高达92％～99％。美国Astro Met公司也研制生产了可用于铸钢及不锈钢等合金过滤的泡沫陶瓷过滤器，材质主要是刚玉、混有氧化钛和二氧化硅等的氧化锆。日本桥石(BridgeStone)株式会社、品川白炼瓦公司、石桥正勇、东芝(Toshiba)陶瓷有限公司等都已研制出各自的产品。目前采用高纯部分稳定氧化锆泡沫陶瓷过滤器浇注的铸钢件重量可以从几盎司到4吨，由于其优良的性能，它已成为国外几家大型铸造耗材公司如Foseco、Selee、Hi-Tech等的重要产品。而氧化铝、氧化锆-氧化铝泡沫陶瓷过滤器等产品则只用于80Kg以下的中小型铸钢或高温合金铸件。
在国内泡沫陶瓷过滤器的发展始于上世纪80年代。目前约有近十家单位开展了泡沫陶瓷过滤器的研究和生产，有多条生产有色合金与铸铁用泡沫陶瓷的生产线。但铸钢与高温合金用泡沫陶瓷过滤器的研制，尚处于探索和开发阶段。在可过滤大量钢水的高纯部分稳定氧化锆泡沫陶瓷过滤器的研究方面，国内则长期处于空白。
氧化锆熔点高达2715℃，有三种晶型，低温为单斜晶系，高温为四方晶系，更高温度下转变为立方晶系，三种结构变体的理论密度分别为：5.56g/cm3、6.10g/cm3和6.27g/cm3。单斜晶与四方晶之间的转变伴随有7％-9％的体积变化。加热时，单斜晶转变为四方晶，体积收缩；冷却时，四方晶转变为单斜晶，体积膨胀。随着晶型的转变，亦有热效应产生。由于晶型转变引起体积效应，所以用纯ZrO2就很难制造出制品，必须进行晶型稳定化处理。
目前采用氧化锆制备陶瓷过滤器，必须将单斜晶氧化锆进行稳定化处理后才能使用，处理成立方晶系。但处理后的氧化锆成本高，一般达到4万元左右。而单斜晶氧化锆成本仅2万元，成本相差很大。因此，直接采用单斜晶氧化锆制备陶瓷过滤器，是目前急需要解决的问题。
(三)发明内容
本发明为了克服以上技术的不足，提供了一种可以直接采用单斜晶氧化锆制备氧化锆泡沫陶瓷过滤器，具有成本低，产品质量优异的特点。
本发明是通过以下措施来实现的：
本发明的氧化锆泡沫陶瓷过滤器，其原料包括以下重量配比的组份，80-97％单斜晶氧化锆、2-10％的稳定剂和1-10％的粘结剂；所述的稳定剂为氧化钙、氧化铝、氧化硅、氧化镁、氧化钇、氧化铈和其他稀土氧化物的一种以上；所述的粘结剂是无机粘结剂或/和有机粘结剂。另外，上述的原料中还可以加入少量的润湿剂以及消泡剂，以及少量的促烧剂，如氧化铝、氧化硅、氧化钛等。
本发明的氧化锆泡沫陶瓷过滤器，所述组份的重量配比优选为：90-95％的单斜晶氧化锆、3-5％的稳定剂和2-5％的粘结剂。
本发明的氧化锆泡沫陶瓷过滤器，所述的无机粘结剂最好选用硅溶胶、铝溶胶或硅铝胶，所述的有机粘结剂最好选用聚乙烯醇、聚醋酸乙烯酯、糊精、纤维素或木质素。
本发明的氧化锆泡沫陶瓷过滤器，采用以下方法制成：将氧化锆、稳定剂、粘结剂与一定量的水、分散剂、润湿剂、消泡剂混合均匀，制成浆料；将浆料涂覆到聚氨酯泡沫上，将聚氨酯泡沫干燥，然后用相同浆料再进行涂覆一次，将聚氨酯泡沫干燥；将干燥后的聚氨酯泡沫在空气气氛下1570--1700℃进行烧结1-10小时，冷却后，得成品。
本发明的稳定剂为氧化物，这些氧化物的阳离子半径与Zr4+相近(相差12％以内)，它们在ZrO2中的溶解度很大，可以和ZrO2形成单斜、四方和立方等晶型的置换型固溶体。通过加入稳定剂能够制出耐热冲击性和良好高温强度的过滤器。
本发明的氧化锆质泡沫陶瓷过滤器，可以用于高温合金的过滤，与采用预先稳定锆制成的过滤器相比，具有成本低，产品质量优异的特点。
(四)具体实施方式：
实施例1：
将平均粒径为10微米的电熔单斜氧化锆850克，50克的-320目氧化钙，各25克的氧化铝和氧化硅以及50克的醋酸乙烯酯和120克的水，0.5克的消泡剂在一高速分散搅拌机内混和成浆料，涂挂到55*55*22mm 10PPI聚氨酯海绵上，然后干燥，在1600℃下保温3小时烧成，即得氧化锆质泡沫陶瓷过滤器。
实施例2：
将平均粒径为10微米的电熔单斜氧化锆950克，30克的-200目氧化钇以及20克的聚乙烯醇和120克的水，以及0.5克的消泡剂、0.5克的润湿剂和0.5克的促烧剂氧化钛，在一高速分散搅拌机内混和成浆料，涂挂到55*55*22mm 10PPI聚氨酯海绵上，然后干燥，在1570℃下保温5小时烧成，即得氧化锆质泡沫陶瓷过滤器。
实施例3：
将平均粒径为5微米的化学法单斜氧化锆920克，35克的-320目氧化镁，45克的硅铝胶和110克的水，0.5克的消泡剂混和成浆料，涂挂到110*110*25mm 10PPI聚氨酯海绵上，然后干燥，在1680℃下保温3小时烧成，即得氧化锆质泡沫陶瓷过滤器。
上述实施例1-3的氧化锆泡沫陶瓷过滤器，测试其常温耐压强度均大于1.8Mpa。分别浇注5片过滤器，浇注温度1610--1640℃，钢水重量分别50公斤和150公斤，浇注压头350mm左右，所有产品无一破碎均通过了试验。
Claims (4)
1、一种氧化锆陶瓷泡沫过滤器，其特征在于：其原料包括以下重量配比的组份，80-97％单斜晶氧化锆、2-10％的稳定剂和1-10％的粘结剂；所述的稳定剂为氧化钙、氧化铝、氧化硅、氧化镁、氧化钇、氧化铈和其他稀土氧化物的一种以上；所述的粘结剂是无机粘结剂或/和有机粘结剂。
2、根据权利要求1所述的氧化锆陶瓷泡沫过滤器，其特征在于：所述组份的重量配比为：90-95％的单斜晶氧化锆、3-5％的稳定剂和2-5％的粘结剂。
3、根据权利要求1或2所述的氧化锆陶瓷泡沫过滤器，其特征在于：所述的无机粘结剂为硅溶胶、铝溶胶或硅铝胶，所述的有机粘结剂为聚乙烯醇、聚醋酸乙烯酯、糊精、纤维素或木质素。
4、根据权利要求1或2所述的氧化锆陶瓷泡沫过滤器，其特征在于采用以下方法制成：将氧化锆、稳定剂、粘结剂与一定量的水、分散剂、润湿剂、消泡剂混合均匀，制成浆料；将浆料涂覆到聚氨酯泡沫上，将聚氨酯泡沫干燥，然后用相同浆料再进行涂覆一次，将聚氨酯泡沫干燥；将干燥后的聚氨酯泡沫在空气气氛下1570--1700℃进行烧结1-10小时，冷却后，得成品。
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