CN102557713A - 泡沫陶瓷过滤器及制备其的组合物和制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种泡沫陶瓷过滤器及制备其的组合物和制备方法，该组合物按重量百分含量计由25～85％硅铝质材料、10～60％碳化硅和5～15％无机粘结剂或者有机粘结剂构成，该制备方法采用该组合物经过浆料制备、坯体制备和干燥烧结步骤制成该泡沫陶瓷过滤器。本发明提供的用于制备泡沫陶瓷过滤器的组合物不含有金属铬，不会污染环境和危害人体健康，更加安全环保。

Description

泡沫陶瓷过滤器及制备其的组合物和制备方法

技术领域

本发明涉及铸造技术领域，尤其涉及一种泡沫陶瓷过滤器及制备其的组合物和制备方法。

背景技术

目前，在各种金属的熔炼和浇注过程中，由于非金属夹杂物和气孔的缺陷导致铸件废品率一般可高达60～80％，铸造缺陷不仅严重影响铸件铸造性能和机械性能，同时对铸件的后续加工和外观也产生有害影响。而对此，一般通过对金属液的过滤净化，可以有效减少各种非金属夹杂物和气体，获得高质量的铸件。目前一般采用纤维过滤网、直孔过滤网、泡沫陶瓷过滤网来对金属液进行过滤净化。

随着技术的发展，泡沫陶瓷过滤器具备优良的性能，得到了越来越多的应用，主要由于陶瓷材料具有优良的热性能和机械性能，适用于高温环境中，而且陶瓷材料相比其他材料具有优良的过滤效果，在中国专利以及美国专利中都有举例说明。

其中，中国专利CN87100037A采用耐火黏土为主要原材料，磷酸二氢铝为黏结剂，在800～1000℃下烧结保温1个小时制成；ZL200520102583.5采用外包铁丝网加工制成；美国专利US3893917、US3947363、US4024212、US4075303、US4265659主要采用氧化铝、氧化铬等为主材料，以磷酸二氢铝为黏结剂制成。但是目前的制备方法存在着多种问题，首先，众所周知，大量的铬存在则会污染环境，危害人体健康，而所有铬的化合物都是有毒性，容易造成环境的污染，目前已被各国用别的材料代替；其次，上述专利大多烧结温度较高，造成资源上的大量浪费；更为重要的是，上述的过滤器都不能用于过滤铜液，只能进行金属铝液的过滤，这就是目前铸铝用泡沫陶瓷过滤器存在的问题。

其中，在中国专利CN1600742A、CN1309449C、CN100336780C、CN200610017435.2以及美国专利US5190897、US6663776等中，都采用碳化硅等主材料来生产泡沫陶瓷过滤器。铸铁用泡沫过滤器主要用于铸铁件的过滤，但是此类铸铁用泡沫陶瓷过滤器主要有以下问题：第一，铸铁用泡沫陶瓷过滤器的造价比较高；第二，铸铁用泡沫陶瓷过滤器的使用温度在1400多度，而过滤金属铜液的温度通常在1200度左右；第三，铸铁用泡沫陶瓷过滤器采用的主材料为碳化硅，而碳化硅需要在2000多度高温电熔才能制得，这样制备过程中存在能耗高、污染严重等问题，不但造成资源浪费严重，而且环保问题难以解决。

因在，当对铜液进行过滤时，目前还没有一种适用的泡沫陶瓷过滤器。

发明内容

本发明提供了一种泡沫陶瓷过滤器以及其组合物和制备方法，以解决现有技术中的铸铝用泡沫陶瓷过滤器不能够过滤铜液，而铸铁用泡沫陶瓷过滤器造价过高，而且会造成资源浪费的问题。

为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种制备泡沫陶瓷过滤器的组合物，按重量百分含量计由25～85％硅铝质材料、10～60％碳化硅和5～15％粘结剂组成。

进一步地，上述硅铝质材料的粒度在325目以下。

进一步地，上述碳化硅的粒度在325目以下。

进一步地，上述硅铝质材料包括矾土、焦宝石、粘土、莫来石、红柱石、蓝晶石、硅线石中的一种或多种。

进一步地，上述粘结剂为无机粘结剂，无机粘结剂为硅溶胶、铝溶胶、水玻璃、磷酸盐、硫酸盐中的一种或多种。

进一步地，上述粘结剂为有机粘结剂，有机粘结剂为树脂、沥青、CMC、MC、PVA、PVB、淀粉、糊精、纸浆废液、纤维素、阿拉伯胶、黄原胶、木质素中的一种或多种。

根据本发明的另一方面，提供了一种泡沫陶瓷过滤器的制备方法，包括如下步骤：浆料制备，称取上述任一组合物进行混合获得浆料；坯体制备，将浆料加入到预定尺寸的载体上，成型制得坯体；干燥和烧结，将坯体进行干燥，烧结，冷却即得所述泡沫陶瓷过滤器。

进一步地，上述载体为聚氨酯泡沫。

进一步地，上述干燥和烧结步骤中，干燥温度为100～200℃，干燥时间为0.5～1小时，烧结过程中，先以85～95℃/h缓慢升温至500～800℃，然后快速升温至1200～1300℃，并在此温度下保温0.5～1.5小时，冷却即得所述泡沫陶瓷过滤器。

根据本发明的又一方面，提供了一种泡沫陶瓷过滤器，采用上述制备方法制成。

本发明提供的泡沫陶瓷过滤器以及其组合物和制备方法，实现了如下的优点：

本发明提供的用于制备泡沫陶瓷过滤器的组合物，其采用了一定配比的硅铝质材料、碳化硅以及无机粘结剂，而且不含有金属铬，不会污染环境和危害人体健康，更加安全环保；

因此，采用该组合物制成的泡沫陶瓷过滤器，相对于铸铝用泡沫陶瓷过滤器，可以用来过滤金属铜液；相对于铸铁用泡沫陶瓷过滤器，造价较低，在使用时烧结温度大约1300度左右，能耗较低，更加节能；而且具有良好的高温冲击性和热稳定性，可以避免产品在使用过程中造成的机械冲击和热冲击而造成的破碎而产生的对金属液的污染；本发明的泡沫陶瓷过滤器还对铜液中的夹杂物和熔剂都具有良好的过滤和吸附作用，进而过滤量大，过滤效果好，而且由于采用该材料组合物加工而成的泡沫陶瓷过滤器的热容小，对流体阻力小。

除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将具体实施例，对本发明作进一步详细的说明。

具体实施方式

以下对本发明的实施例进行详细说明，但如下实施例仅是用以理解本发明，而不能限制本发明，本发明可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。

本发明提供了一种制备泡沫陶瓷过滤器的组合物，按重量百分含量计由25～85％硅铝质材料、10～60％碳化硅和5～15％无机粘结剂或者有机粘结剂组成。

这种制备泡沫陶瓷过滤器的组合物通过采用耐高温且价格便宜的硅铝质材料作为主晶相，导热性、高温性能良好但价格稍高的碳化硅作为基质部分，经过配以合理比例形成合理结构的产品以满足高温使用。通过该组合物所制备的泡沫陶瓷过滤器不但具有良好的化学稳定性，不与金属液反应，并且具有优良好的常温性能和高温性能。良好的常温性能好能保证产品在运输及使用过程中不易损坏，良好的高温性能保证过滤器在使用过程中承受温度的急剧变化和高温热冲击，不至于冲坏而进入铸件。

优选地，上述硅铝质材料的粒度在325目以下，碳化硅的粒度在325目以下。通过合理地配置硅铝质材料的粒度与碳化硅的粒度能够使得所制备的泡沫陶瓷过滤器具有更好的耐高温性能，使其达到最佳性能。优选地，上述硅铝质材料以氧化硅、氧化铝为主成分组成的材料，选用此材料可以作为产品的骨架，具耐高温性能。硅铝质材料包括但不限于矾土、焦宝石、粘土、莫来石、红柱石、蓝晶石、硅线石中的一种或者多种；

优选地，上述粘结剂为无机粘结剂，这种由无机材料组成的无机粘合剂，可以保证在高温下产品具有较高强度。无机粘结剂包括但不限于硅溶胶、铝溶胶、水玻璃、磷酸盐、硫酸盐中的一种或者多种；

优选地，上述粘结剂为有机粘结剂，有机粘结剂一般是碳氢化合物为主组成的有机物，通过化学反应后线性有机物分子组成空间网状架构的体型高分子。可以将各种物料彼此粘结成一个整体，强度非常高。但在高温下易分解失去粘结力。本发明选用有机粘结剂可以提高产品常温强度，改善浆料流变性能。有机粘结剂通常选自树脂、沥青、CMC、MC、PVA、PVB、淀粉、糊精、纸浆废液、纤维素、阿拉伯胶、黄原胶、木质素中的一种或者多种。

本发明提供的用于制备陶瓷泡沫过滤器的组合物，其采用了一定配比的硅铝质材料、碳化硅以及无机粘结剂，以硅铝质材料为骨架、碳化硅材料为基质以及采用粘结剂将上述材料有机地结合在一起，在高温下通过烧结形成耐冲击、耐高温、不易破碎的过滤材料。而且该组合物不含有金属铬，不会污染环境和危害人体健康，更加安全环保。

作为本发明的另一种优选实施方式，通常在浆料制备过程中可以进一步加入表面活性剂，表面活性剂的加入量一般为浆料总重量的0.01～1.0％，其中，表面活性剂包括消泡剂、润湿剂、减水剂、增塑剂中的一种或者多种。在制备过程中加入表面活性剂，再经过搅拌，可以使浆料具有一定粘度和触变性，有利于后续的成型制坯和烧结。

本发明还提供了一种泡沫陶瓷过滤器的制备方法，包括如下步骤：浆料制备：称取上述的组合物进行混合获得浆料；坯体制备：将浆料加入到预定尺寸的载体上，成型制得坯体；干燥和烧结：将坯体进行干燥后，烧结，冷却即得所述泡沫陶瓷过滤器。其中，载体通常选择具有预定孔径的聚氨酯泡沫。

优选地，在上述制备方法的干燥和烧结步骤中，干燥温度为100～200℃，时间为0.5～1小时，烧结过程中，先以90℃/h缓慢升温至600℃，然后快速升温至1300℃，并在此温度下保温0.5～1.5小时，冷却即得所述泡沫陶瓷过滤器。

在这种方法中，通过采用适合的温度与适合的材料相配合，不但降低了能耗，更加节能；而且使得所制备的泡沫陶瓷过滤器具有良好的高温冲击性和热稳定性，可以避免产品在使用过程中造成的机械冲击和热冲击而造成的破碎而产生的对金属液的污染。

采用上述的组合物以及制备方法加工制成的泡沫陶瓷过滤器。相对于铸铝用泡沫陶瓷过滤器，可以用来过滤金属铜液；相对于铸铁用泡沫陶瓷过滤器，造价较低，在使用时烧结温度大约1300度左右，能耗较低，更加节能；而且具有良好的高温冲击性和热稳定性，可以避免产品在使用过程中造成的机械冲击和热冲击而造成的破碎而产生的对金属液的污染；本发明的泡沫陶瓷过滤器还对铜液中的夹杂物和熔剂都具有良好的过滤和吸附作用，进而过滤量大，过滤效果好，而且由于采用该材料组合物加工而成的泡沫陶瓷过滤器的热容小，对流体阻力小。

下面通过对比例和具体实施例来进一步说明本发明的技术效果：

对比例1：铸铝用泡沫陶瓷过滤器

对比例2：铸铁用泡沫陶瓷过滤器

实施例1：

组合物：矾土25％、碳化硅60％、硅溶胶14.5％。

表面活性剂：组合物总重量0.5％的聚乙烯醇以及0.05％的消泡剂。

工艺过程：

浆料制备：按照表1中实施例1的组合物将原料加入到搅拌机内，高速混合0.5～1小时，制成均匀的浆料，并向浆料中同时加入表面活性剂。

坯体制备：将孔径为10PPI的软质聚氨酯泡沫切割成100cm*100cm*22cm的大小，作为陶瓷浆料的载体，采用辊压沾浆工艺向泡沫海绵上加入浆料，再将载体输入自动成型机内，挤出多余的浆料，完成坯体的制备。

干燥：将所得的坯体放入100℃干燥炉内干燥0.5小时，使之硬化。

烧结：将干燥好的坯体放入高温烧结炉内，以90℃/h缓慢升温至600℃，然后快速升温至1300℃，在此温度下保温1小时，自然冷却至室温出炉，即可得泡沫陶瓷过滤器。

测试结果：所制备的泡沫陶瓷过滤的性能指标等测试结果参考表1所示。

实施例2

组合物：焦宝石和蓝晶石85％、碳化硅10％、磷酸二氢铝和硫酸铝5％。

表面活性剂：组合物总重量0.1％的甲基纤维素

工艺过程：

浆料制备：按照表1中实施例2的组合物将原料加入到搅拌机内高速混合0.5～1小时，制成均匀的浆料，为保证浆料的触变性，向浆料中同时加入占浆料重量0.1％的甲基纤维素。

坯体制备：将孔径为10PPI的软质聚氨酯泡沫切割成50cm*50cm*22cm的大小，作为陶瓷浆料的载体，采用辊压沾浆工艺向泡沫海绵上加入浆料，再将载体输入自动成型机内，挤出多余的浆料，完成坯体的制作。

干燥：将所得的坯体放入150℃干燥炉内干燥1小时，使之硬化。

烧结：将干燥好的坯体放入高温烧结炉内，以85℃/h缓慢升温至800℃，然后快速升温至1350℃，再此温度下保温1小时，自然冷却至室温出炉，即可得泡沫陶瓷过滤器。

测试结果：所制备的泡沫陶瓷过滤的性能指标等测试结果参考表1所示。

实施例3：

组合物：莫来石55％、碳化硅35％、水玻璃10％。

表面活性剂：组合物总重量0.01％的甲基纤维素。

工艺过程：

浆料制备：按照表1中实施例3的组合物将原料加入到搅拌机内高速混合0.8小时，制成均匀的浆料，为保证浆料的触变性，向浆料中同时加入占浆料重量0.01％的甲基纤维素。

坯体制备：将孔径为20PPI的软质聚氨酯泡沫切割成50cm*50cm*22cm的大小，作为陶瓷浆料的载体，采用辊压沾浆工艺向泡沫海绵上加入浆料，再将载体输入自动成型机内，挤出多余的浆料，完成坯体的制作。

干燥：将所得的坯体放入120℃干燥炉内干燥0.8小时，使之硬化。

烧结：将干燥好的坯体放入高温烧结炉内升温至1250℃，在此温度下保温1小时，自然冷却至室温出炉，即可得泡沫陶瓷过滤器。

测试结果：所制备的泡沫陶瓷过滤的性能指标等测试结果参考表1所示。

实施例4：

组合物：粘土60％、碳化硅32％、酚醛树脂和沥青8％。

表面活性剂：组合物总重量0.5％的聚乙烯醇以及0.5％的消泡剂

工艺过程：

浆料制备：按照表1中实施例4的组合物将原料加入到搅拌机内高速混合0.5～1小时，制成均匀的浆料，并同时向浆料中加入占浆料重量0.5％的聚乙烯醇以及0.5％的消泡剂。

坯体制备：将孔径为20PPI软质聚氨酯泡沫切割成100cm*100cm*22cm的大小，作为陶瓷浆料的载体，采用辊压沾浆工艺向泡沫海绵上加入浆料，再将载体输入自动成型机内，挤出多余的浆料，完成坯体的制作。

干燥：将所得的坯体放入100～150℃干燥炉内干燥0.5～1小时，使之硬化。

烧结：将干燥好的坯体放入高温烧结炉内升温至1250℃，在此温度下保温1小时，自然冷却至室温出炉，即可得泡沫陶瓷过滤器。

测试结果：所制备的泡沫陶瓷过滤的性能指标等测试结果参考表1所示。

实施例5：

组合物：腊石40％、碳化硅55％、焦油/硅酸乙酯12％

表面活性剂：组合物总重量0.1％的甲基纤维素。

工艺过程：

浆料制备：按照表1中实施例5的组合物将原料加入到搅拌机内高速混合0.6小时，制成均匀的浆料，为保证浆料的触变性，向浆料中同时加入占浆料重量0.1％的甲基纤维素。

坯体制备：将孔径为20PPI软质聚氨酯泡沫切割成100cm*100cm*22cm的大小，作为陶瓷浆料的载体，采用辊压沾浆工艺向泡沫海绵上加入浆料，再将载体输入自动成型机内，挤出多余的浆料，完成坯体的制作。

干燥：将所得的坯体放入150℃干燥炉内干燥0.6小时，使之硬化。

烧结：将干燥好的坯体放入高温烧结炉内升温至1250℃，在此温度下保温0.5小时，自然冷却至室温出炉，即可得泡沫陶瓷过滤器。

测试结果：所制备的泡沫陶瓷过滤的性能指标等测试结果参考表1所示。

实施例6：

组合物：红柱石和硅线石70％、碳化硅15％、磷酸和结合黏土15％

表面活性剂：组合物总重量0.5％的聚乙烯醇以及0.5％的消泡剂。

工艺过程：

浆料制备：按照表1中实施例6的组合物将原料加入到搅拌机内高速混合0.8小时，制成均匀的浆料，并同时向浆料中加入占浆料重量0.5％的聚乙烯醇以及0.5％的消泡剂。

坯体制备：将孔径为20PPI软质聚氨酯泡沫切割成100cm*100cm*22cm的大小，作为陶瓷浆料的载体，采用辊压沾浆工艺向泡沫海绵上加入浆料，再将载体输入自动成型机内，挤出多余的浆料，完成坯体的制作。

干燥：将所得的坯体放入150℃干燥炉内干燥0.6小时，使之硬化。

烧结：将干燥好的坯体放入高温烧结炉内升温至1250℃，在此温度下保温1.5小时，自然冷却至室温出炉，即可得泡沫陶瓷过滤器。

测试结果：所制备的泡沫陶瓷过滤的性能指标等测试结果参考表1所示。

表1：实施例和对比例的参数比较表

通过表1中的内容可以看出，本发明生产的泡沫陶瓷过滤器相对于铸铝用泡沫陶瓷过滤器，可以用来过滤金属铜液，而且不含有金属铬，不会污染环境和危害人体健康，更加安全环保；相对于铸铁用泡沫陶瓷过滤器，具有10％的价格优势，而且在使用时能耗降低25个百分点，更加节能。

而且本发明的泡沫陶瓷过滤器的高温冲击性和热稳定性优于铸铝用泡沫陶瓷过滤器，这样可以减少冲击而造成的破碎对金属液的污染，而且过滤性能优于铸铝用泡沫陶瓷过滤器，而且也能达到铸铁用泡沫陶瓷过滤器的过滤性能，对流体阻力小。

以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种制备泡沫陶瓷过滤器的组合物，其特征在于，按重量百分含量计由25～85％硅铝质材料、10～60％碳化硅和5～15％粘结剂组成。

2.根据权利要求1所述的组合物，其特征在于，所述硅铝质材料的粒度在325目以下。

3.根据权利要求1所述的组合物，其特征在于，所述碳化硅的粒度在325目以下。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的组合物，其特征在于，所述硅铝质材料包括矾土、焦宝石、粘土、莫来石、红柱石、蓝晶石、硅线石中的一种或多种。

5.根据权利要求1-3中任一项所述的组合物，其特征在于，所述粘结剂为无机粘结剂，所述无机粘结剂为硅溶胶、铝溶胶、水玻璃、磷酸盐、硫酸盐中的一种或多种。

6.根据权利要求1-3中任一项所述的组合物，其特征在于，所述粘结剂为有机粘结剂，所述有机粘结剂为树脂、沥青、CMC、MC、PVA、PVB、淀粉、糊精、纸浆废液、纤维素、阿拉伯胶、黄原胶、木质素中的一种或多种。

7.一种泡沫陶瓷过滤器的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

浆料制备：称取权利要求1～6中任一项所述的组合物进行混合获得所述浆料；

坯体制备：将所述浆料加入到预定尺寸的载体上，成型制得所述坯体；

干燥和烧结：将所述坯体进行干燥、烧结，冷却即得所述泡沫陶瓷过滤器。

8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述载体为聚氨酯泡沫。

9.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述干燥和烧结步骤中，干燥温度为100～200℃，干燥时间为0.5～1小时，烧结过程中，先以90℃/h缓慢升温至600℃，然后快速升温至1300℃，并在此温度下保温0.5～1.5小时，冷却即得所述泡沫陶瓷过滤器。

10.一种泡沫陶瓷过滤器，其特征在于，采用权利要求7-9中任一项所述的制备方法制成。