DE102022106739A1

DE102022106739A1 - Verfahren zur herstellung eines keramikfilters für den metallguss

Info

Publication number: DE102022106739A1
Application number: DE102022106739.4A
Authority: DE
Inventors: Qigui Wang; Andrew Thomas Cunningham; Zachary P. Steffes; Brennon L. White; Liang Wang
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2021-05-04
Filing date: 2022-03-22
Publication date: 2022-11-10
Also published as: CN115300955A; US20220355232A1; CN115300955B

Abstract

Ein Keramikschaumfiltersystem umfasst einen Filterkörper mit mehrfach gewundenen Pfadkanälen durch den Filterkörper, um eine geschmolzene Flüssigkeit zu filtern. Eine Filterhalterkonfiguration, die einen Kanister in einem Laufkanal definiert, nimmt den Filterkörper auf. Ein stromaufwärts gelegenes Ende des Filterkörpers nimmt die geschmolzene Flüssigkeit mit mehreren Einschlüssen auf. Ein überwiegender Teil der Einschlüsse ist größer als die mehrfach gewundenen Pfadkanäle und wird am stromaufwärts gelegenen Ende des Filterkörpers eingeschlossen. Die mehrfach gewundenen Pfadkanäle sind so bemessen, dass ein überwiegender Teil der mehrfachen Oxide in der geschmolzenen Flüssigkeit als gefangene Oxide im Filterkörper eingeschlossen wird. Ein gefiltertes geschmolzenes Material, aus dem die zahlreichen Einschlüsse und die zahlreichen Oxide entfernt wurden, wird aus den zahlreichen gewundenen Pfadkanälen als Abflussstrom zum Austritt an einem stromabwärts gelegenen Ende des Filterkörpers geleitet.

Description

EINFÜHRUNG
Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf keramische Filter, die in Metallgießverfahren verwendet werden, um Einschlüsse und Oxide im flüssigen Metall während des Metallgusses zu entfernen.
Bauteile wie Zylinderköpfe für Kraftfahrzeugmotoren werden in der Regel in einer semipermanenten Form gegossen, die mit geschmolzenem Metall wie Aluminium gefüllt ist, das durch Schwerkraft in die Form geleitet wird. Bei einer semipermanenten Form (SPM) handelt es sich um ein Gießverfahren, bei dem Gussteile aus Aluminiumlegierungen aus wiederverwendbaren Metallformen und Sandkernen hergestellt werden können, um innere Kanäle im Gussteil zu bilden. Beim Flüssigmetallguss wird beispielsweise flüssiges Aluminium in eine Form gegossen, um Motorblöcke und Motorblockteile wie Zylinderköpfe für Kraftfahrzeuge herzustellen.
Bei bekannten Gießverfahren wird im Gießweg des flüssigen Metalls vorgelagert der Form ein keramischer Filter angeordnet, der Einschlüsse und Oxide aus dem flüssigen Metall herausfiltert und so die Gussreinheit verbessert. Bekannte keramische Filter für den Guss von flüssigem Aluminium bestehen aus einem Keramikschaum, der für die Temperatur der Aluminiumschmelze geeignet ist. Solche Materialien sind jedoch anfällig für ungleichmäßige und uneinheitliche Porengrößen und können daher zu einer geringen Filtrationsleistung führen. Die ungleichmäßigen und uneinheitlichen Porengrößen führen zu erheblichen Schwankungen der Metalldurchflussrate durch den Filter und damit durch das System, was sich negativ auf die Formfüll- und Aushärtungszeiten auswirkt.
Die derzeitigen Keramikschaumfilter können nicht 100 % der Verunreinigungen aus dem flüssigen Aluminium entfernen und haben einen Wirkungsgrad von nur 60 bis 70 %.
Während die derzeitigen keramischen Filter, die beim Gießen von flüssigem Metall verwendet werden, ihren Zweck erfüllen, besteht ein Bedarf an einem neuen und verbesserten System und Verfahren zum Filtern von Einschlüssen und Oxiden aus flüssigem Metall während des Gießbetriebs.
BESCHREIBUNG
Gemäß mehreren Aspekten umfasst ein Keramikschaumfilter einen Filterkörper mit Abschnitten, die mehrfach gewundene Pfadkanäle durch den Filterkörper bilden, um eine geschmolzene Flüssigkeit zu filtern, wobei die geschmolzene Flüssigkeit mehrere Einschlüsse aufweist. Ein stromaufwärts gelegenes Ende des Filterkörpers ist zur Aufnahme der geschmolzenen Flüssigkeit konfiguriert. Die mehrfach gewundenen Pfadkanäle sind so bemessen, dass sie einen überwiegenden Teil der mehrfachen Oxide in der geschmolzenen Flüssigkeit als eingeschlossene Oxide innerhalb des Filterkörpers abfangen.
In einem anderen Aspekt der vorliegenden Offenbarung wird ein Schmelzbehandlungsmaterial in die mehrfach gewundenen Pfadkanäle eingebaut.
In einem anderen Aspekt der vorliegenden Offenbarung wird das Schmelzbehandlungsmaterial auf die Wände der gewundenen Pfadkanäle aufgetragen.
In einem anderen Aspekt der vorliegenden Offenbarung wird ein Schmelzbehandlungsanteil des Schmelzbehandlungsmaterials von dem geschmolzenen Material aufgefangen und in dieses eingearbeitet, wenn das geschmolzene Material die zahlreichen gewundenen Pfadkanäle durchläuft.
In einem anderen Aspekt der vorliegenden Offenbarung enthält das Schmelzbehandlungsmaterial mindestens einen Kornverfeiner, einen eutektischen Modifikator und ein chemisches Flussmittel.
In einem anderen Aspekt der vorliegenden Offenbarung umfasst der Kornverfeiner mindestens eines der folgenden Materialien: ein Titan-Borid-Material, ein Borid-Material, ein Lanthanborid-Material, ein Niob-Material, ein Niobborid-Material, ein Titan-Magnesium-Cer-Material, ein Lanthan-Cer-Material.
In einem anderen Aspekt der vorliegenden Offenbarung umfasst das eutektische Modifizierungsmittel ein Siliconmodifizierungsmittel, das eines oder mehrere der folgenden Materialien enthält: ein Strontium (Sr)-Material, ein Natrium (Na)-Material, ein Antimon (Sb)-Material, ein Phosphor (P)-Material, ein Calcium (Ca)-Material, ein Barium (Ba)-Material, ein Yttrium (Y)-Material, ein Europium (Eu)-Material, ein Ytterbium (Yb)-Material, ein Lanthan (La)-Material, ein Cer (Ce)-Material, ein Praseodym (Pr)-Material und ein Neodym (Nd)-Material.
In einem anderen Aspekt der vorliegenden Offenbarung umfasst das chemische Flussmittel mindestens einen Oxidschichtentferner, der ein fluorhaltiges Material oder ein fluorfreies Material enthält.
In einem anderen Aspekt der vorliegenden Offenbarung sind aufeinanderfolgende der mehrfach gewundenen Pfadkanäle einander gegenüberliegend, einzelne der mehrfach gewundenen Pfadkanäle enthalten mehrere abgerundete Schlitze.
In einem anderen Aspekt der vorliegenden Offenbarung sind aufeinanderfolgende der mehrfach gewundenen Pfadkanäle einander gegenüberliegend, einzelne der mehrfach gewundenen Pfadkanäle umfassen mehrere rechteckige Schlitze.
Gemäß mehreren Aspekten umfasst ein Keramikschaumfiltersystem einen Filterkörper mit mehrfach gewundenen Pfadkanälen durch den Filterkörper, um eine geschmolzene Flüssigkeit zu filtern. Der Filterkörper befindet sich im Inneren eines Kanaldurchgangs mit einer kanisterähnlichen Konfiguration. Ein stromaufwärts gelegenes Ende des Filterkörpers nimmt die geschmolzene Flüssigkeit mit mehreren Einschlüssen auf. Ein überwiegender Teil der Einschlüsse ist größer als die mehrfach gewundenen Kanäle und wird am stromaufwärts gelegenen Ende des Filterkörpers eingeschlossen. Die mehrfach gewundenen Pfadkanäle sind so bemessen, dass ein überwiegender Teil der mehrfachen Oxide in der geschmolzenen Flüssigkeit als gefangene Oxide im Filterkörper eingeschlossen wird. Ein gefiltertes geschmolzenes Material, aus dem die zahlreichen Einschlüsse und die zahlreichen Oxide entfernt wurden, wird aus den zahlreich gewundenen Pfadkanälen als Abflussstrom zum Austritt an einem stromabwärts gelegenen Ende des Filterkörpers geleitet.
In einem anderen Aspekt der vorliegenden Offenbarung definiert eine Form, die ein Gussteil ergibt, einen Aluminiumzylinderkopf eines Kraftfahrzeugs.
In einem anderen Aspekt der vorliegenden Offenbarung ist ein Zufuhrabschnitt mit einem Angusssystem mit der Form verbunden.
In einem anderen Aspekt der vorliegenden Offenbarung ist ein Gießbecken enthalten, in das die geschmolzene Flüssigkeit gegossen wird, wobei die geschmolzene Flüssigkeit unter der Schwerkraft aus dem Gießbecken durch einen Anguss in einer Abwärtsrichtung nach unten fließt und durch die Filterkonfiguration fließt, die einen Kanister in dem Kanal definiert, der den Keramikschaumfilter enthält.
In einem anderen Aspekt der vorliegenden Offenbarung verlässt das geschmolzene Material den Keramikschaumfilter als gefiltertes geschmolzenes Material und wird in einen horizontal ausgerichteten Angusskanal geleitet, und aus dem Angusskanal wird das gefilterte geschmolzene Material geteilt und fließt durch mehrere Anschnitte in die Form.
In einem anderen Aspekt der vorliegenden Offenbarung wird ein Schmelzbehandlungsmaterial durch ein additives Herstellungsverfahren in die mehrfach gewundenen Pfadkanäle eingebracht, wobei ein Teil des Schmelzbehandlungsmaterials beim Durchlaufen der mehrfach gewundenen Pfadkanäle durch das gefilterte geschmolzene Material eingefangen und als Schmelzbehandlungsanteil in dieses eingebracht wird.
In einem anderen Aspekt der vorliegenden Offenbarung enthält das Schmelzbehandlungsmaterial mindestens einen Kornverfeiner, einen eutektischen Modifikator und ein chemisches Flussmittel.
Gemäß mehreren Aspekten umfasst ein Verfahren zur Herstellung eines Keramikschaumfilters: Kombinieren von keramischen Pulvern und mindestens einem Bindemittel in einem Kombinationsvorgang; Entwerfen einer Keramikschaumfilter-Zellengeometrie; Drucken eines Keramikschaumfilters unter Verwendung der keramischen Pulver und des Bindemittels aus dem Kombinationsvorgang unter Verwendung eines additiven Herstellungsvorgangs; und Sintern des Keramikschaumfilters bei einer Sintertemperatur, die über einer erwarteten Temperatur eines geschmolzenen Materials liegt, das durch den Keramikschaumfiltergefiltert werden soll.
In einem anderen Aspekt der vorliegenden Offenbarung umfasst das Verfahren ferner die Anwendung einer Zelloberflächenbehandlung an dem Keramikschaumfilter.
In einem anderen Aspekt der vorliegenden Offenbarung umfasst das Verfahren ferner den Einbau des Keramikschaumfilters in einen Filterkanister.
Weitere Anwendungsbereiche werden sich aus der vorliegenden Beschreibung ergeben. Es sollte verstanden werden, dass die Beschreibung und die spezifischen Beispiele nur zur Veranschaulichung dienen und den Umfang der vorliegenden Offenbarung nicht einschränken sollen.
Figurenliste
Die hier beschriebenen Zeichnungen dienen nur der Veranschaulichung und sollen den Umfang der vorliegenden Offenbarung in keiner Weise einschränken.

1 ist eine frontale Querschnittsansicht eines Keramikschaumfilters und einer Filterhalterkonfiguration, die einen Kanister in einem Durchlaufkanal gemäß einem beispielhaften Aspekt definiert;
2 ist eine perspektivische Ansicht von vorne links eines Gießsystems für geschmolzenes Material zur Herstellung eines Gussstücks unter Verwendung des Keramikschaumfilters von 1;
3 ist eine perspektivische Ansicht von oben links eines Keramikschaumfilters aus 1 gemäß einem ersten Aspekt;
4 ist eine perspektivische Ansicht von oben links eines Keramikschaumfilters aus 1 gemäß einem zweiten Aspekt;
5 ist ein Querschnitt durch den Abschnitt 5 von 3;
6 ist ein Querschnitt durch den Abschnitt 6 von 4; und
7 ist ein Flussdiagramm von beispielhaften Verfahrensschritten zur Herstellung des Keramikschaumfilters von 1.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Die folgende Beschreibung ist lediglich beispielhaft und soll die vorliegende Offenbarung, Anwendung oder Verwendung nicht einschränken.
Unter Bezugnahme auf 1 wird ein keramisches Filtersystem 10 vorgestellt, das einen Keramikschaumfilter 12 mit einem Filterkörper 14 umfasst, der mehrfach gewundenen Pfadkanäle 16 durch den Filterkörper 14 zum Filtern einer geschmolzenen Flüssigkeit wie Aluminium aufweist. Eine geschmolzene Flüssigkeit, auf die weiter unten eingegangen wird, tritt an einem stromaufwärts gelegenen Ende 18 in den Filterkörper 14 ein, durchquert den Filterkörper 14 über die mehrfach gewundenen Pfadkanäle 16 und tritt an einem stromabwärts gelegenen Ende 20 aus dem Filterkörper 14 aus. Der Filterkörper 14 ist in einer Filterhalterkonfiguration positioniert, die einen Kanister in einem Laufkanal 22 definiert, der einen vergrößerten Abschnitt 24 aufweist, der zur Aufnahme und zum Halten des Filterkörpers 14 geeignet ist. Die Filterhalterkonfiguration, die einen Kanister in einem Laufkanal 22 definiert, umfasst einen Einlassabschnitt 26 stromaufwärts des Filterkörpers 14 und einen Auslassabschnitt 28 stromabwärts des Filterkörpers 14. Der Einlassstrom einer geschmolzenen Flüssigkeit 30, wie z. B. erhitztes, flüssiges Aluminium, wird an einem Einlassende 32 der Filterhalterkonfiguration, die einen Kanister in einem Laufkanal 22 bildet, aufgenommen. Die geschmolzene Flüssigkeit 30 enthält in der Regel Einschlüsse 34 und Oxide 36 der geschmolzenen Flüssigkeit 30, die unerwünscht sind und daher mit Hilfe des Filterkörpers 14 entfernt werden sollen.
Wenn die geschmolzene Flüssigkeit 30 auf den Filterkörper 14 trifft, ist ein überwiegender Teil der Einschlüsse 34 zu groß, um in die zahlreichen gewundenen Kanäle 16 einzudringen, und wird daher am stromaufwärts gelegenen Ende 18 des Filterkörpers 14 abgefangen. Die mehrfach gewundenen Pfadkanäle 16 sind auch so bemessen, dass sie einen überwiegenden Teil der Oxide 36 einschließen, die als eingeschlossene Oxide 38 innerhalb des Filterkörpers 14 dargestellt sind. Ein gefiltertes geschmolzenes Material 40, aus dem die Einschlüsse 34 und die Oxide 36 entfernt wurden, wird als Auslassstrom 42 zum Austritt aus dem Auslassabschnitt 28 an einem Auslassende 44 der Filterhalterkonfiguration geleitet, das einen Kanister in einem Laufkanal 22 definiert.
Gemäß mehreren Aspekten wird der Filterkörper 14 in einem additiven Fertigungsverfahren hergestellt und kann mit einem Schmelzbehandlungsmaterial 46 bedruckt werden, das in die mehrfach gewundenen Pfadkanäle eingearbeitet ist.
Während das gefilterte geschmolzene Material 40 den mehrfach gewundenen Pfad durchläuft Kanäle 16 Teile des Schmelzbehandlungsmaterials 46 werden von der gefilterten Schmelze 40 aufgefangen und als Schmelzbehandlungsanteile 48 in diese eingebracht. Gemäß mehreren Aspekten kann das Schmelzbehandlungsmaterial 46 mindestens einen Kornverfeiner, einen eutektischen Modifikator, ein chemisches Flussmittel oder Ähnliches enthalten. Bei dem Kornverfeinungsmittel kann es sich um eines oder mehrere der folgenden Materialien handeln: Titanborid (TiB), Borid (B), Lanthanborid (La-B), Niob (Nb), Niobborid (Nb-B), Titan-Magnesium-Cer (Ti- Mg-Ce), Lanthan-Cer (La-Ce) und dergleichen. Der eutektische Modifikator kann einen Siliconmodifikator definieren, der eines oder mehrere der folgenden Materialien enthält: ein Strontium (Sr)-Material, ein Natrium (Na)-Material, ein Antimon (Sb)-Material, ein Phosphor (P)-Material, ein Calcium (Ca)-Material, ein Barium (Ba)-Material, ein Yttrium (Y)-Material, ein Europium (Eu)-Material, ein Ytterbium (Yb)-Material, ein Lanthan (La)-Material, ein Cer (Ce)-Material, ein Praseodym (Pr)-Material, ein Neodym (Nd)-Material und dergleichen. Das chemische Flussmittel kann ein Oxidfilm-Entferner sein, wie z. B. ein fluorhaltiges Material, oder es kann ein fluorfreies Flussmittel sein.
Bezug nehmend auf 2 und wieder auf 1 ist das keramische Filtersystem 10 gemäß mehreren Aspekten in ein Formfüllsystem 50 integriert und kann zum Füllen einer semipermanenten Form 52 verwendet werden, von der ein Endabschnitt dargestellt ist, um ein Gussteil 54 herzustellen, das beispielsweise einen Aluminiumzylinderkopf für einen Kraftfahrzeugverbrennungsmotor (nicht dargestellt) definiert. Die geschmolzene Flüssigkeit 30 wird durch die Schwerkraft über einen Zuführungsabschnitt 56 in die Form 52 geleitet. Der Zuführungsabschnitt 56 bietet ein Angusssystem, das ein Gießbecken 58 umfasst, das ähnlich wie ein Trichter wirkt, in den die geschmolzene Flüssigkeit 30 gegossen wird. Die geschmolzene Flüssigkeit 30 fließt unter der Schwerkraft aus dem Gießbecken 58 durch einen Anguss 60 in einer Abwärtsrichtung 62 nach unten, durchläuft die Filterhalterkonfiguration, die einen Kanister definiert, in einem Laufkanal 22, der den Keramikschaumfilter 12 enthält, verlässt den Keramikschaumfilter 12 als gefiltertes geschmolzenes Material 40 und wird in einen allgemein horizontal ausgerichteten Kanal 64 geleitet. Aus dem Kanal 64 wird das gefilterte geschmolzene Material 40 geteilt und fließt durch mehrere Anschnitte 66 in die Form 52.
Während das gefilterte geschmolzene Material 40 die Form 52 füllt, um ein Volumen des Gussmetalls, das Porosität enthalten kann, vom fertigen Gussteil 54 wegzudrängen, bildet ein Überlauf des gefilterten geschmolzenen Materials 40 ein Steigrohr 68, das sich im Allgemeinen oberhalb der Form 52 befindet, um die Schwindung des Gussteils während der Erstarrung zu speisen, wo die Abkühlung am langsamsten ist und daher am ehesten Porosität auftreten kann. Aufgrund der zu erwartenden Schrumpfung der gefilterten Schmelze 40 während der Abkühlung sind Größe und Volumen des Steigrohrs 68 vorgegeben, um das Gesamtvolumen des gefilterten geschmolzenen Materials 40 zu berechnen, die dem Gießbecken 58 und/oder dem Anguss 60 zugeführt werden soll. Um die Schwerkraftströmung zu gewährleisten, wird die Höhe des Gießbeckens 58 so festgelegt, dass sich das Gießbecken 58 auf oder über einer maximal zu erwartenden Höhe des Steigrohrs 68 befindet. Der Anguss 60 und der Auslauf 64 sind so bemessen, dass sie einen auf der Schwerkraft beruhenden Fluss ermöglichen.
Unter Bezugnahme auf 3 und erneut auf 1 und 2 enthält ein erster Keramikschaumfilter 12A gemäß mehreren Aspekten ein Schmelzbehandlungsmaterial, das in mehrfach gewundenen Pfadkanälen 16A angeordnet ist. Das Schmelzbehandlungsmaterial wird unter Bezugnahme auf 5 gezeigt und näher beschrieben.
Unter Bezugnahme auf 4 und erneut auf 2 und 3 enthält ein zweiter Keramikschaumfilter 12B gemäß mehreren Aspekten ein Schmelzbehandlungsmaterial, das in mehrfach gewundenen Pfadkanälen 16B angeordnet ist. Das Schmelzbehandlungsmaterial wird unter Bezugnahme auf 6 gezeigt und näher beschrieben.
Unter Bezugnahme auf 5 und erneut auf 3 sind beispielhafte der mehrfachen gewundenen Pfadkanäle 16A des ersten Keramikschaumfilters 12A als gewundene Pfadkanäle 16A1, 16A2, 16A3 und 16A4 dargestellt. Gemäß mehreren Aspekten sind aufeinanderfolgende der mehrfachen gewundenen Pfadkanäle 16A einander gegenüberliegend, wie der gewundene Pfadkanal 16A1 und der gewundene Pfadkanal 16A2. Einzelne der mehrfachen gewundenen Bahnkanäle 16A umfassen mehrere abgerundete Schlitze 70. In einzelne der abgerundeten Schlitze 70 wird das Schmelzbehandlungsmaterial 46 während des additiven Herstellungsprozesses eingebracht. Wie bereits erwähnt, schmilzt das Schmelzmaterial 46, wenn das geschmolzene Material, z. B. geschmolzenes Aluminium, durch die gewundenen Kanäle 16A des ersten Keramikschaumfilters 12A fließt, und wird mit dem geschmolzenen Material mitgeführt, um ein Teil des gefilterten geschmolzenen Materials 40 zu werden.
Unter Bezugnahme auf 6 und erneut auf 4 werden beispielhaft einige der die mehrfachen gewundenen Pfadkanäle 16B des zweiten Keramikschaumfilters 12B sind als gewundene Pfadkanäle 16B1, 16B2, 16B3 und 16B4 dargestellt. Gemäß mehreren Aspekten sind aufeinanderfolgende der mehrfachen gewundenen Pfadkanäle 16B einander gegenüberliegend, wie der gewundene Pfadkanal 16B1 und der gewundene Pfadkanal 16B2. Einzelne der mehrfachen gewundenen Bahnkanäle 16B umfassen mehrere rechteckige Schlitze 72. In einzelne der rechteckigen Schlitze 72 wird das Schmelzbehandlungsmaterial 46 während des additiven Fertigungsprozesses eingebracht. Wie bereits erwähnt, schmilzt das Schmelzmaterial 46, wenn das geschmolzene Material, z. B. geschmolzenes Aluminium, durch die zahlreichen gewundenen Kanäle 16B des zweiten Keramikschaumfilters 12B fließt, und wird mit dem geschmolzenen Material mitgeführt, um ein Teil des gefilterten geschmolzenen Materials 40 zu werden.
Unter Bezugnahme auf 7 und erneut auf die 1 bis 6 umfasst ein Verfahren zur Herstellung eines Keramikschaumfilters 74 das Kombinieren von Keramikpulvern und mindestens einem Bindemittel in einem Kombinationsvorgang 76. In einem Entwurfsvorgang 78 wird eine Filterzellengeometrie entworfen und ausgewählt. In einem Druckvorgang 80 wird der aus dem Entwurfsvorgang 78 ausgewählte Keramikschaumfilter unter Verwendung der Keramikpulver und des Bindemittels aus dem Kombinationsvorgang 76 gedruckt. Im Anschluss an den Druckvorgang 80 wird der Keramikschaumfilter in einem Sintervorgang 82 bei einer hohen Temperatur gesintert, die über der zu erwartenden Temperatur des zu filternden geschmolzenen Materials, wie z. B. geschmolzenes Aluminium, liegt. In einem Behandlungsvorgang 84 kann nach Abschluss des Sintervorgangs eine Zelloberflächenbehandlung durchgeführt werden. Im Anschluss an den Sintervorgang 82 und den Behandlungsvorgang 84 wird der fertige Keramikschaum-Filterkörper in die Filterhalterkonfiguration eingebaut, die einen Kanister in einem Laufkanal 22 definiert, der unter Bezugnahme auf 1 beschrieben wurde.
Wie oben unter Bezugnahme auf 5 und 6 erwähnt, kann das Schmelzbehandlungsmaterial 46 während des additiven Fertigungsprozesses bei der Durchführung des Druckvorgangs 80 verwendet werden. Art und Position des Schmelzbehandlungsmaterials 46 sind vorbestimmt, um eine Geometrie der gewundenen Bahnkanäle 16 zu erreichen.
Ein Keramikschaum-Filterkörper der vorliegenden Offenbarung kann mit einem additiven Fertigungsverfahren durch direktes Drucken von Keramikpulvern und additiven Bindemitteln hergestellt werden. Schmelzbehandlungsmaterialien oder Legierungselemente können auch gedruckt oder in den Keramikschaum-Filterkörperintegriert werden, um die Sauberkeit der Schmelze und die Verfeinerung der Mikrostruktur weiter zu verbessern, indem eine gleichmäßige Freisetzung des Schmelzbehandlungsmaterials in den Strom des geschmolzenen Materials ermöglicht wird. Die Kontrolle der Filtergeometrie ermöglicht eine wirksame Entfernung von Einschlüssen und Materialoxiden während des Durchflusses des geschmolzenen Materials durch den Filterkörper.
Eine einheitliche Geometrie und Größe der porösen Kanäle kann durchgängig im gesamten Keramikschaum-Filterkörper gedruckt werden. Die Geometrie und Größe der porösen Kanäle kann durch den additiven Herstellungsprozess gesteuert werden. Das additive Herstellungsverfahren erzeugt komplizierte Geometrien, die im gesamten Innenbereich des Keramikschaum-Filterkörpers genau und wiederholbar sind. Der durch die vorliegende Offenlegung hergestellte Keramikschaum-Filterkörper bietet einen verbesserten Wirkungsgrad von mehr als 70 % im Vergleich zu bekannten Keramikfiltern. Eine oder mehrere Düsen können aus einer oder mehreren Schichtstrukturen bestehen. Während des Druckvorgangs können Legierungsmaterialien hinzugefügt werden, z. B. zur Kornverfeinerung, für eutektische Modifikationen, chemische Flussmittel und dergleichen. Die Rauheit der Filterzellen kann für jedes der ausgewählten Legierungsmaterialien durch Anpassung der Druckparameter oder durch Hinzufügen einer Oberflächentextur während der Herstellung eines CAD-Modells (Computer Aided Design) des Filters gesteuert oder vorgegeben werden.
Ein Keramikschaumfilter der vorliegenden Offenbarung bietet mehrere Vorteile. Dazu gehören die Bereitstellung einer porösen Kanalgeometrie und eine kontrollierte Größe der Filterkanäle für die Filterkonsistenz. In den Keramikschaumfilter können mehrere verschiedene Materialien mit unterschiedlicher Benetzbarkeit eingebracht werden. Ein Teil des Filters oder Abschnitte innerhalb mehrerer gewundener Wegekanäle können Schmelzbehandlungsmaterialien und Legierungselemente enthalten. Der Keramikschaumfilter kann zusammen mit einer Form, z. B. einem Feinguss, gedruckt werden.
Die Beschreibung der vorliegenden Offenbarung ist lediglich beispielhaft, und Variationen, die nicht vom Kern der vorliegenden Offenbarung abweichen, sollen in den Anwendungsbereich der vorliegenden Offenbarung fallen. Solche Variationen sind nicht als Abweichung von Geist und Umfang der vorliegenden Offenbarung zu betrachten.

Claims

Ein Keramikschaumfilter, umfassend: einen Filterkörper mit Abschnitten, die mehrfach gewundene Pfadkanäle durch den Filterkörper bilden, um eine geschmolzene Flüssigkeit zu filtern, wobei die geschmolzene Flüssigkeit mehrere Einschlüsse aufweist; ein stromaufwärts gelegenes Ende des Filterkörpers, das zur Aufnahme der geschmolzenen Flüssigkeit eingerichtet ist; und die mehrfach gewundenen Pfadkanäle sind so bemessen, dass sie einen überwiegenden Teil der Mehrfachoxide in der geschmolzenen Flüssigkeit als eingeschlossene Oxide innerhalb des Filterkörpers einfangen.
Keramikschaumfilter nach Anspruch 1, der ferner ein Schmelzbehandlungsmaterial enthält, das in die mehrfach gewundenen Pfadkanäle eingebaut ist.
Keramikschaumfilter nach Anspruch 2, bei dem das Schmelzbehandlungsmaterial auf die Wände der gewundenen Pfadkanäle aufgetragen ist.
Keramikschaumfilter nach Anspruch 3, der ferner einen Schmelzbehandlungsanteil des Schmelzbehandlungsmaterials enthält, wobei der Schmelzbehandlungsanteil, während das geschmolzene Material die mehrfach gewundenen Pfadkanäle durchläuft, von dem geschmolzenen Material eingefangen und in dieses integriert wird.
Keramikschaumfilter nach Anspruch 3, wobei das Schmelzbehandlungsmaterial mindestens einen Kornverfeiner, einen eutektischen Modifikator und ein chemisches Flussmittel enthält.
Keramikschaumfilter nach Anspruch 5, wobei der Kornverfeiner mindestens eines der folgenden Materialien enthält: ein Titanborid-Material, ein Borid-Material, ein Lanthanborid-Material, ein Niob-Material, ein Niobborid-Material, ein Titan-Magnesium-Cer-Material, ein Lanthan-Cer-Material.
Keramikschaumfilter nach Anspruch 5, wobei der eutektische Modifikator einen Siliconmodifikator umfasst, der ein oder mehrere der folgenden Materialien enthält: ein Strontium (Sr)-Material, ein Natrium (Na)-Material, ein Antimon (Sb)-Material, ein Phosphor (P)-Material, ein Calcium (Ca)-Material, ein Barium (Ba)-Material, ein Yttrium (Y)-Material, ein Europium (Eu)-Material, ein Ytterbium (Yb)-Material, ein Lanthan (La)-Material, ein Cer (Ce)-Material, ein Praseodym (Pr)-Material und ein Neodym (Nd)-Material.
Keramikschaumfilter nach Anspruch 5, wobei das chemische Flussmittel mindestens einen Oxidschichtentferner umfasst, der ein fluorhaltiges Material oder ein fluorfreies Material enthält.
Keramikschaumfilter nach Anspruch 1, wobei aufeinanderfolgende der mehrfach gewundenen Pfadkanäle einander gegenüberliegen und einzelne der mehrfach gewundenen Pfadkanäle mehrere abgerundete Schlitze aufweisen.
Keramikschaumfilter nach Anspruch 1, wobei aufeinanderfolgende der mehrfach gewundenen Pfadkanäle einander gegenüberliegen und einzelne der mehrfach gewundenen Pfadkanäle mehrere rechteckige Schlitze aufweisen.