CN102320841B - 一种利用红柱石制备蜂窝陶瓷铸造过滤片的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及的是一种以红柱石为主要原料制备蜂窝陶瓷过滤片的方法。一种利用红柱石制备蜂窝陶瓷铸造过滤片的方法，其特征在于它包括如下步骤：1)按各原料所占重量百分数为：红柱石粉50-70％、菱镁矿粉10-20％、铝矾土粉20-40％；制成陈腐好的泥料；2)蜂窝体的制备：将陈腐好的泥料通过挤出机挤出，得到挤出的蜂窝陶瓷坯体；3)干燥：将挤出的蜂窝陶瓷坯体放在微波炉中定型10-15min，然后放入120℃红外干燥箱中干燥1-2h，得到干燥好的坯体；4)烧成：将干燥好的坯体放入梭式窑或电窑内，经1300-1350℃烧成，得到蜂窝陶瓷棒；5)切割：得到蜂窝陶瓷铸造过滤片。该方法制备的蜂窝陶瓷铸造过滤片既有铸造过滤需要的良好耐火性能和抗热冲击性能，又使制造成本相对低廉。

Description

一种利用红柱石制备蜂窝陶瓷铸造过滤片的方法

技术领域

本发明涉及的是一种以红柱石为主要原料制备蜂窝陶瓷过滤片的方法。蜂窝陶瓷过滤片主要用于铸造行业过滤高温金属熔融物，属于机械制造和新材料领域。

背景技术

在机械制造和汽车零部件制造的过程中，普遍采用金属铸造工艺。它是将金属在高温下熔融，然后注入模型中以成型各种金属零部件。为避免金属熔融物中的渣粒杂质混入零部件中，必须在模型浇注口放置过滤片。由于要经受900～1400℃高温熔液的持续冲击(浇注过程一般要持续几十分钟)，铸造用的过滤片一般由耐高温的泡沫陶瓷或蜂窝陶瓷制成，需要有良好的过滤性能、耐火性能和抗热冲击性能。如果陶瓷过滤片在浇注过程中炸裂或软榻变形，将影响铸造的金属零部件产品质量和浇注效率。因此，陶瓷过滤片是金属铸造工艺的关键核心材料。

铸造厂使用的过滤片一般是利用合成的莫来石、堇青石、碳化硅等原料制成的泡沫陶瓷或蜂窝陶瓷。中国发明专利《一种高温泡沫陶瓷过滤片的生产方法》(CN87101551)和美国发明专利《PROCESS FOR PREPARATION OF SILICON CARBIDE SEGMENT FOR HONEYCOMB CERAMICFILTER》(US2010180562(A1))公开的是用碳化硅和氧化铝等制成的泡沫陶瓷铸造过滤片；中国外观设计专利《高铝陶瓷过滤片》(CN3351654)是以氧化铝和莫来石等制备的一种蜂窝陶瓷过滤片；中国发明专利《一种镁和镁合金熔体净化用泡沫陶瓷过滤片的制备方法》(CN101550023)公开了一种氧化镁制成的泡沫陶瓷铸造过滤片；《锆刚玉-莫来石泡沫陶瓷过滤器的研究及应用》一文介绍了制备锆刚玉-莫来石复相泡沫陶瓷过滤器方法(穆柏春，硅酸盐通报，1997(4)，35-39)；《堇青石质多孔陶瓷高温过滤材料的研究》一文介绍了制备堇青石高温陶瓷过滤片方法(吴庆祝等，现代陶瓷技术，2003(4)，9～11)；日本发明专利《CERAMIC HONEYCOMB FILTER》(JP57042316A)采用堇青石和莫来石结合的方法制备蜂窝陶瓷过滤片。

红柱石是一种铝硅酸盐天然结晶矿物，具有较高的高温机械强度和良好的高温体积稳定性、抗蠕变性和抗渣性，使用前不需要进行预烧，是制备耐火材料的优质原料。目前红柱石主要用作制造高等级耐火材料，近年来开始用于制造高温下使用的工业陶瓷(包括蜂窝陶瓷等)。中国发明专利《红柱石蜂窝蓄热体及制备方法》(CN101857447A)采用红柱石为主要原料，添加氧化铝和滑石制备蜂窝蓄热体，重点是提高其蓄热能力；美国专利《CERAMICHONEYCOMB STRUCTURES》(US 2010/0300053A1)以氧化铝含量为60％以上的南非红柱石为主要原料，添加石墨和钛酸铝，经1450℃～1500℃温度范围内烧成制得蜂窝陶瓷，其目的是提高红柱石蜂窝陶瓷的导热率，降低其膨胀系数。

发明内容

本发明的目的是提供一种利用红柱石制备蜂窝陶瓷铸造过滤片的方法，该方法制备的蜂窝陶瓷铸造过滤片既有铸造过滤需要的良好耐火性能和抗热冲击性能，又使制造成本相对低廉。

为了实现上述目的，本发明所采取的技术方案是：一种利用红柱石制备蜂窝陶瓷铸造过滤片的方法，其特征在于它包括如下步骤：

1)将红柱石、菱镁矿和铝矾土三种原料分别用球磨机球磨16h～24h，过200～320目筛，得到红柱石粉、菱镁矿粉和铝矾土粉，备用；

按各原料所占重量百分数为：红柱石粉50～70％、菱镁矿粉10～20％、铝矾土粉20～40％；

将红柱石粉、菱镁矿粉和铝矾土粉混合，得到混合料；按粘结剂的加入量为混合料重量的3～8％，水的加入量为混合料重量的14～18％，再加入粘结剂和水，加入捏合机中混合，混合20min制成泥料，再用真空练泥机练泥，陈腐24h，制成陈腐好的泥料；粘结剂为羧甲基纤维素；

2)蜂窝体的制备：将陈腐好的泥料通过挤出机挤出，在挤出的同时切割得到200～250mm长的蜂窝陶瓷坯体，得到挤出的蜂窝陶瓷坯体；挤出机挤出压力为2-4MPa；

3)干燥：将挤出的蜂窝陶瓷坯体放在微波炉中定型10～15min，然后放入120℃红外干燥箱中干燥1-2h，得到干燥好的坯体；微波炉功率为5kW，频率为2450MHz±50MHz；

4)烧成：将干燥好的坯体放入梭式窑或电窑内，经1300～1350℃烧成(在最高温度点保温1-2h)，升温速率为3～5℃/min，得到约194～242mm长的蜂窝陶瓷棒；

5)切割：用切割机将蜂窝陶瓷棒切割成5～10mm厚的蜂窝陶瓷铸造过滤片(或称蜂窝陶瓷过滤片)。

经测试，本发明的蜂窝陶瓷过滤片的软化温度≥1460℃，850℃～20℃抗热震循环4次不开裂，轴向抗压强度≥20MPa，具有良好的耐火性能、抗热冲击性能和机械强度。满足金属铸造陶瓷过滤片的使用要求。

本发明的有益效果是：

1.成本低。由于红柱石是一种天然结晶体，不需要预先合成，故本发明比使用莫来石、堇青石、碳化硅等合成原料，在原料成本上低50～70％，节约燃料成本30～40％。加之使用铝矾土和菱镁矿等廉价天然矿物，比使用氧化铝、滑石等原料成本节约50％以上。

2.热性能好。本发明制备的红柱石蜂窝陶瓷过滤片对其化学组成和相组成进行了精心设计，微观结构中有红柱石、莫来石和堇青石三种晶相的有机复合体，使之实现了较高的机械强度、耐火度和抗热震性的有机统一，克服了其他种类的蜂窝陶瓷过滤片在使用过程中容易发生软榻变形或炸裂的缺陷。

本发明对提高铸造金属产品的质量，节约能源和成本具有重要意义。

具体实施方式

实施例1：

一种利用红柱石制备蜂窝陶瓷铸造过滤片的方法，它包括如下步骤：

1)将红柱石、菱镁矿和铝矾土三种原料分别用球磨机球磨16hh，过200目筛，得到红柱石粉、菱镁矿粉和铝矾土粉，备用；

按各原料所占重量百分数为：红柱石粉50％、菱镁矿粉10％、铝矾土粉40％；

将红柱石粉、菱镁矿粉和铝矾土粉混合，得到混合料；按粘结剂的加入量为混合料重量的3％，水的加入量为混合料重量的14％，再加入粘结剂和水，加入捏合机中混合，混合20min制成泥料，再用真空练泥机练泥，陈腐24h，制成陈腐好的泥料；粘结剂为羧甲基纤维素；

2)蜂窝体的制备：将陈腐好的泥料通过挤出机挤出，在挤出的同时切割得到200～250mm长的蜂窝陶瓷坯体，得到挤出的蜂窝陶瓷坯体；挤出机挤出压力为2MPa；

3)干燥：将挤出的蜂窝陶瓷坯体放在微波炉中定型10min，然后放入120℃红外干燥箱中干燥1h，得到干燥好的坯体；微波炉功率为5kW，频率为2450MHz±50MHz；

4)烧成：将干燥好的坯体放入梭式窑或电窑内，经1300℃烧成(保温1.8h)，升温速率为3℃/min，得到约194-242mm长的蜂窝陶瓷棒；

5)切割：用切割机将蜂窝陶瓷棒切割成5～10mm厚的蜂窝陶瓷铸造过滤片(或称蜂窝陶瓷过滤片)。

经测试，本发明的蜂窝陶瓷过滤片的软化温度≥1460℃，850℃～20℃抗热震循环4次不开裂，轴向抗压强度≥20MPa，具有良好的耐火性能、抗热冲击性能和机械强度。满足金属铸造陶瓷过滤片的使用要求。

实施例2：

一种利用红柱石制备蜂窝陶瓷铸造过滤片的方法，它包括如下步骤：

1)将红柱石、菱镁矿石和铝矾土三种原料分别用球磨机球磨20h，过250目筛，得到红柱石粉、菱镁矿粉和铝矾土粉，备用；

按各原料所占重量百分数为：红柱石粉60％、菱镁矿粉15％、铝矾土粉25％；

将红柱石粉、菱镁矿粉和铝矾土粉混合，得到混合料；按粘结剂的加入量为混合料重量的5％，水的加入量为混合料重量的16％，再加入粘结剂和水，加入捏合机中混合，混合20min制成泥料，再用真空练泥机练泥，陈腐24h，制成陈腐好的泥料；粘结剂为羧甲基纤维素；

2)蜂窝体的制备：将陈腐好的泥料通过挤出机挤出，在挤出的同时切割得到200～250mm长的蜂窝陶瓷坯体，得到挤出的蜂窝陶瓷坯体；挤出机挤出压力为3MPa；

3)干燥：将挤出的蜂窝陶瓷坯体放在微波炉中定型12min，然后放入120℃红外干燥箱中干燥1.5h，得到干燥好的坯体；微波炉功率为5kW，频率为2450MHz±50MHz；

4)烧成：将干燥好的坯体放入梭式窑或电窑内，经1330℃烧成(保温1.5h)，升温速率为4℃/min，得到约194-242mm长的蜂窝陶瓷棒；

5)切割：用切割机将蜂窝陶瓷棒切割成5～10mm厚的蜂窝陶瓷铸造过滤片(或称蜂窝陶瓷过滤片)。

经测试，本发明的蜂窝陶瓷过滤片的软化温度≥1460℃，850℃～20℃抗热震循环4次不开裂，轴向抗压强度≥20MPa，具有良好的耐火性能、抗热冲击性能和机械强度。满足金属铸造陶瓷过滤片的使用要求。

实施例3：

一种利用红柱石制备蜂窝陶瓷铸造过滤片的方法，它包括如下步骤：

1)将红柱石、菱镁矿和铝矾土三种原料分别用球磨机球磨24h，过320目筛，得到红柱石粉、菱镁矿粉和铝矾土粉，备用；

按各原料所占重量百分数为：红柱石粉70％、菱镁矿粉10％、铝矾土粉20％；

将红柱石粉、菱镁矿粉和铝矾土粉混合，得到混合料；按粘结剂的加入量为混合料重量的3-8％，水的加入量为混合料重量的14-18％，再加入粘结剂和水，加入捏合机中混合，混合20min制成泥料，再用真空练泥机练泥，陈腐24h，制成陈腐好的泥料；粘结剂为羧甲基纤维素；

2)蜂窝体的制备：将陈腐好的泥料通过挤出机挤出，在挤出的同时切割得到200～250mm长的蜂窝陶瓷坯体，得到挤出的蜂窝陶瓷坯体；挤出机挤出压力为4MPa；

3)干燥：将挤出的蜂窝陶瓷坯体放在微波炉中定型15min，然后放入120℃红外干燥箱中干燥2h，得到干燥好的坯体；微波炉功率为5kW，频率为2450MHz±50MHz；

4)烧成：将干燥好的坯体放入梭式窑或电窑内，经1350℃烧成(保温1.0h)，升温速率为5℃/min，得到约194-242mm长的蜂窝陶瓷棒；

5)切割：用切割机将蜂窝陶瓷棒切割成5～10mm厚的蜂窝陶瓷铸造过滤片(或称蜂窝陶瓷过滤片)。

经测试，本发明的蜂窝陶瓷过滤片的软化温度≥1460℃，850℃～20℃抗热震循环4次不开裂，轴向抗压强度≥20MPa，具有良好的耐火性能、抗热冲击性能和机械强度。满足金属铸造陶瓷过滤片的使用要求。

实施例4：

一种利用红柱石制备蜂窝陶瓷铸造过滤片的方法，它包括如下步骤：

1)将红柱石、菱镁矿和铝矾土三种原料分别用球磨机球磨24h，过320目筛，得到红柱石粉、菱镁矿粉和铝矾土粉，备用；

按各原料所占重量百分数为：红柱石粉60％、菱镁矿粉20％、铝矾土粉20％；

将红柱石粉、菱镁矿粉和铝矾土粉混合，得到混合料；按水溶性粘结剂的加入量为混合料重量的8％，水的加入量为混合料重量的18％，再加入水溶性粘结剂和水，加入捏合机中混合，混合20min制成泥料，再用真空练泥机练泥，陈腐24h，制成陈腐好的泥料；粘结剂为羧甲基纤维素；

2)蜂窝体的制备：将陈腐好的泥料通过挤出机挤出，在挤出的同时切割得到200～250mm长的蜂窝陶瓷坯体，得到挤出的蜂窝陶瓷坯体；挤出机挤出压力为4MPa；

3)干燥：将挤出的蜂窝陶瓷坯体放在微波炉中定型15min，然后放入120℃红外干燥箱中干燥1h，得到干燥好的坯体；微波炉功率为5kW，频率为2450MHz±50MHz；

4)烧成：将干燥好的坯体放入梭式窑或电窑内，经1300℃烧成(保温2h)，升温速率为5℃/min，得到约194-242mm长的蜂窝陶瓷棒；

5)切割：用切割机将蜂窝陶瓷棒切割成5～10mm厚的蜂窝陶瓷铸造过滤片(或称蜂窝陶瓷过滤片)。

经测试，本发明的蜂窝陶瓷过滤片的软化温度≥1460℃，850℃～20℃抗热震循环4次不开裂，轴向抗压强度≥20MPa，具有良好的耐火性能、抗热冲击性能和机械强度。满足金属铸造陶瓷过滤片的使用要求。

Claims (3)

1.一种利用红柱石制备蜂窝陶瓷铸造过滤片的方法，其特征在于它包括如下步骤：

1）将红柱石、菱镁矿和铝矾土三种原料分别用球磨机球磨16h-24h，过200-320目筛，得到红柱石粉、菱镁矿粉和铝矾土粉，备用；

按各原料所占重量百分数为：红柱石粉 50-70%、菱镁矿粉10-20%、铝矾土粉20-40%；

将红柱石粉、菱镁矿粉和铝矾土粉混合，得到混合料；按粘结剂的加入量为混合料重量的3-8%，水的加入量为混合料重量的14-18%，再加入粘结剂和水，加入捏合机中混合，混合20min制成泥料，再用真空练泥机练泥，陈腐24h，制成陈腐好的泥料；

所述的粘结剂为羧甲基纤维素；

 2）蜂窝体的制备: 将陈腐好的泥料通过挤出机挤出，得到挤出的蜂窝陶瓷坯体；挤出机挤出压力为2-4MPa；

3）干燥：将挤出的蜂窝陶瓷坯体放在微波炉中定型10-15min，然后放入120℃红外干燥箱中干燥1-2h，得到干燥好的坯体；

4）烧成：将干燥好的坯体放入梭式窑或电窑内，经1300-1350℃烧成，在最高温度点保温1-2 h，升温速率为3-5℃/min，得到蜂窝陶瓷棒；

5）切割：切割，得到蜂窝陶瓷铸造过滤片。

2.根据权利要求1所述的一种利用红柱石制备蜂窝陶瓷铸造过滤片的方法，其特征在于：微波炉功率为5kW，频率为2450MHz±50MHz。

3.根据权利要求1所述的一种利用红柱石制备蜂窝陶瓷铸造过滤片的方法，其特征在于：步骤2）中在挤出的同时切割得到200-250mm长的蜂窝陶瓷坯体，步骤5）中用切割机将蜂窝陶瓷棒切割成5-10mm厚的蜂窝陶瓷铸造过滤片。