KR910001896B1 - 포상 세라믹 물질기지의 용융 금속용 필터 및 그 제조방법 - Google Patents

포상 세라믹 물질기지의 용융 금속용 필터 및 그 제조방법 Download PDF

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Abstract

내용없음.

Description

포상 세라믹 물질기지의 용융 금속용 필터 및 그 제조방법
본 발명은 포상(alveolar) 또는 벌집형 세라믹 물질을 기지로하는 용융 금속용 필터, 이 필터의 제조방법 및 이 필터를 이용하여 강, 주철 또는 내화 금속 합금과 같이 대단히 높은 융점의 용융 금속 또는 합금을 여과하는 방법에 관한 것이다.
융점이 대단히 높은 용융 금속 또는 합금의 여과에 이용되는 지르코니아 또는 알루미나기지의 포상 세라믹 물질로 된 필터는 공지의 것이다.
상기 필터는 너무 번거롭고 가끔 열취성을 나타내는 단점이 있다.
자동차 산업에서는 디스크 또는 포말형의 코오디어라이트 또는 포상 코오디어라이트-뮬라이트 혼합물의 저렴한 필터를 사용하는 것으로 알려져 있다. 그러나, 이 필터의 사용 온도는 약 1500℃로 한정되며, 이는 약 1650℃의 온도를 요구하는 용강의 여과에는 이용될 수 없음을 의미한다.
본 발명에서는 가격면에서 양호하고, 용융 금속에 의한 습윤성에 대한 우수한 성질과 대단히 높은 온도에서 내열충격성을 가지며, 따라서 1800℃ 근방에서 적절히 사용할 수 있는 포상세라믹 물질을 기지로 하는 새로운 필터를 찾아냈다.
본 발명에 따라, 개방형 전면 기공도가 50∼80%인 포상세라믹 물질기지의 용융 금속용 필터는 10∼20% SiO2, 50∼60% Al2O3, 20∼40% ZrO2로 상기 세라믹 물질이 구성되어 있음을 특징으로 하며, 백분율은 세가지 산화물의 총 중량에 대한 중량%이고, Al2O3및 SiO2는 뮬라이트 3Al2O32SiO2로서 회합되며, 지르코니아와 뮬라이트의 합중량은 세라믹 물질 중량의 적어도 90%이다.
본 발명의 필터는 SiO2/Al2O3/ZrO2의 중량비가 10∼20/50∼60/20∼40인 세개의 개별적인 산화물 SiO2, Al2O3및 ZrO2의 혼합물, 또늠 뮬라이트/지르코니아의 중량비가 60∼80/20∼40인 뮬라이트와 지르코니아의 혼합물, 또는 바람직하기로는 45∼55중량%(바람직하기는 50±1%)의 지르코늄 실리케이트와 45∼55중량%(바람직하기는 50±1%)의 알루미나를 함유하는 SiO2, Al2O3및 ZrO2의 상기 혼합물의 전구체인 조성물중 한가지를 만들고, 상기 혼합물 또는 전구체 조성물을 성형하여 개방형 전면 기공도가 50 내지 80%인 포상 또는 벌집형 구조를 부여하고, 상기와 같이 제조한 포상 물질을 1650 내지 1750℃ 정도의 온도에서 소성-소결 작업전 또는 후에 소정 형상의 필터로 형태화하여 제조한다.
초기 물질이 전구체 조성물인 경우, 산화물 SiO2, Al2O3, 2SiO23Al2O3및 ZrO2의 혼합물로 상기 조성물의 전부 또는 일부 화학 변환이 소결 작업 중에 야기된다.
초기 조성물 즉 혼합물 SiO2+Al2O3+ZrO2, 뮬라이트-지르코니아 혼합물 또는 상기 혼합물의 전구체 조성물은 일반적으로 1 내지 5μm 정도의 입자 형상이다.
성형 작업은 소기의 벌집형 또는 포상 구조에 따라 공지의 방법으로 제조한다.
포말체의 제조의 경우, 가장 공지된 방법은 물과의 초기 혼합물의 현탁액(슬립)을 준비하고(건조 추출은 50 내지 80% 정도, 일반적으로 65%에 가까움), 그 속에 적절한 전면 기공도의 개방형 셀을 갖는 유기질 스폰지를 담구며, 가열없이 건조한 다음, 1650 내지 1750℃ 정도의 온도에서 소성하여 얻은 제품을 소정 형상의 필터로 절단한다.
다각형 형상의 다공 구조를 갖는 필터의 제조는 어떠한 경우에도, 공지의 압출공정, 특히 당기술 분야에 공지된 물 및 압출 첨가제와 함께 산화물의 혼합물 또는 상기 혼합물의 전구체 조성물로부터 일정 두께의 얇은 벽을 갖는 벌집형 구조의 제조에 관한 미합중국 특허 제3,905,743호와 제3,919,384호에 게재된 공정을 이용할 수 있다.
물은 초기 물질이 산화물의 혼합물일 때 산화물의 중량에 대해 8 내지 12중량%의 비율로, 또는 초기 물질이 전구체 조성물일때는 10 내지 15중량% 비율로 사용된다.
종래의 압출 첨가제중, 다음의 것을 열거할 수 있다.
-산화물의 중량에 대해 0 내지 3%의 비율로 사용되는 유기겔 또는 폴러비닐 알코올, 카르복시메틸셀루로오스의 사이즈와 같은 가소제.
-산화물의 중량에 대해 0 내지 15%의 비율로 사용되는 그리이스, 오일, 왁스와 같은 윤활제.
성형 작업후의 비소성 물질을 60 내지 90℃ 정도의 온도에서 건조하여 자유수를 제거하고, 필터에 요구되는 형상과 크기로 절단한 다음, 충분한 온도에서 충분한 시간동안 소성하여 소결된 세라믹 물질을 얻는다.
소성 및 소결 작업은 1650 내지 1750℃의 온도에서 15분 내지 2시간동안 유지하여 실시하는 것이 바람직하다.
상기와 같이, 다음의 특성을 갖는 물질로 형성된 필터를 제조할 수 있다.
-20 내지 1000℃의 온도에서 6.5×10-6/℃ 이하의 선팽창 계수
-0 내지 30%의 개방형 기공도
-2.6 내지 3.8 정도의 겉보기 밀도
상기와 같은 특성은 특히 대단히 높은 융점의 용융 금속 또는 금속 합금의 여과, 특히 약 1650℃ 및 심지어는 1800℃에서 주입되는 강철과 같은 금속 또는 합금의 여과에 상기 필터를 적절히 사용할 수 있게 한다.
이 필터는 종래의 포상 세라믹 물질로 된 필터의 형상, 예를 들면 사각판 또는 디스크등의 형상이고, 그 치수는 단위시간당 여과할 금속 또는 합금의 양 및 필터가 설치된 여과상자의 용량에 따라 다르며, 필터의 두께는 일반적으로 5 내지 15mm 정도이다. 필터가 다각형의 다공구조를 가질 때, 한변이 1 내지 5mm인 사각 단면의 1cm2당 예를 들어 35 내지 50통로를 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 필터를 이용하여 용융 금속 또는 합금을 여과하는 것은 공지의 방법을 사용하여 실시한다. 이는 조악한 불순물은 기계적으로 억제하며 비금속 게재물(산화물, 탄화물, 질화물, 할로겐화물)은 그 크기가 필터의 기공보다 작은 경우에도 필터의 세포계에 흡착됨으로써 물리적으로 억제될 수 있다.
다음 실시예는 지침으로 주어진 것이며 이 실시예에 의하여 본 발명의 요지와 범위가 한정되지는 않는다.
[실시예 1]
30.5중량%의 지르코니아 SCCA4(Magnesium Electron G.B.), SiO2와 Al2O3가 전기 용융 뮬라이트(Cadwoods Refractories G.B.사의 품위 150)의 형태로 주어지는 17중량%의 SiO2와 52중량%의 Al2O3의 혼합물을 입자의 평균 직경이 2μm가 될 때까지 볼 분쇄기(또는 진동 분쇄기)에서 분쇄한다.
다음과 같이 구성된 압출 조성물을 준비한다.
-상기와 같이 준비된 혼합물의 입자가 79.6중량%
-더 캄파니 게르란드(The company Gerland)사가 시판하는 공업용 바셀린 910이 9.6중량%
-롱 블랑(Rhone-Poulenc)사가 시판하는 폴리비닐 알코올 로도비올 피에스 125(Rhodoviol PS 125)이 1.2중량%
-물이 9.6중량%
상기 혼합물을 세라믹 산업분야의 통상의 혼합기(예를 들어, 니더형, Z형 아암을 구비한 혼합기 또는 연마석을 갖는 혼합기)에서 페이스트로 만든다.
균일한 간격의 서로 연결된 방출슬로트를 구성하고 출구에 한변이 51mm인 정방형 그리드를 형성하며, 0.34mm의 간격으로 한변이 1.5mm인 정방 개구를 갖는 벌집형 구조 제조용 압출 다이가 구비된 압출기 또는 스크루우형 프레스를 이용하여 약 200바아의 압력하에서 5cm/초의 속도로 상기 제조된 차아지를 압출한다.
이어서, 상기 균일한 구조를 90℃의 온도에서 건조한다.
수축된 후, 상기 건조된 구조를 한변이 49mm인 정방 밑면과 높이가 11mm인 편행 육면체로 절단한 다음, 1700℃의 가스 오븐에서 2시간 동안 소성한다.
상기 필터는 다음 성질과 특성을 갖는다.
물질의 화학적 성질
-광물학적 조성 : ZrO230%
뮬라이트 70%
-화학적 조성 : ZrO2+불순물 HfO230.5%
Al2O352%
SiO217%
기타 산화물 0.5%
물질의 물리적 성질
-겉보기 밀도 : 3.23
- 개방형 기공도 : 15%
-20 내지 1000℃에서 선팽창 계수 : 6×10-6/℃
필터의 특성
-크기 : 44.5×44.5mm×mm
-두께 : 10mm
-벽의 두께 : 0.3mm
-통로의 유동 단면 : 1.3×1.3mm×mm
-필터의 유동 단면 : 14cm2
-cm2당 통로의 수 : 39
개방형 전면 기동도 : 66%
상기 예시된 성질과 특성은 필터가 디젤 엔진의 실린더 헤드의 제조에 이용되는 구상 흑연 주철의 여과에 사용될 수 있도록 한다.
[실시예 2]
다음과 같이 구성된 조성물을 준비한다.
-38.3중량%의 지르코늄 실리케이트(지르콘)
-38.3중량%의 알루미나
-8.1중량%의 공업용 바셀린 910
-1.4중량%의 폴리비닐 알코올 로도비올 피에스 125(Rhodoviol PS 125)
-13.9중량%의 물
상기 조성물을 실시예 1과 같이 페이스트 제조, 건조, 절단 및 소성-소결한다.
상기 제조된 필터는 실시예 1에서 제조한 것과 같은 성질 및 특성을 갖는다.
[실시예 3]
다음과 같이 구성된 조성물을 준비한다.
-30.5중량부의 지르코니아 SCCA4
-17.5중량부의 SiO2(2μ로 분쇄된 Nemours 모래)
-다음 물질이 첨가된 52중량부의 알루미나 A15(Alcoa)
.12.1중량부의 공업용 바셀린 910
.1.5중량부의 폴리비닐 알코올 로도비올 피에스 125(Rhodoviol PS 125)
.12.5중량부의 물
상기 조성물을 실시예 1과 같이 페이스트 제조, 건조, 절단 및 소성-소결한다.
상기 제조된 필터는 실시예 1에서 제조한 것과 같은 성질 및 특성을 갖는다.

Claims (9)

  1. 세가지 산화물의 전체 중량에 대한 중량%로 10 내지 20%의 SiO2, 50 내지 60%의 Al2O3및 20 내지 40%의 ZrO2로 형성되어 있고, Al2O3및 SiO2는 뮬라이트 3Al2O32SiO2로 회합되고, 지르코니아와 뮬라이트의 합중량은 세라믹 물질의 적어도 90중량%임을 특징으로 하는 개방형 전면 기공도가 50 내지 80%인 포상 세라믹 물질기지의 용융 금속용 필터.
  2. SiO2/Al2O3/ZrO2의 중량비가 10∼20/50∼60/20∼40인 세개의 개별적인 산화물 SiO2, Al2O3및 ZrO2의 혼합물, 또는 뮬라이트/지르코니아의 중량비가 60∼80/20∼40인 뮬라이트와 지르코니아의 혼합물, 또는 45-55중량%의 지르코늄 실리케이트와 45∼55중량%의 알루미나를 함유하는 SiO2, Al2O3및 ZrO2의 상기혼합물의 전구체 조성물 중 한가지를 만들고, 상기 혼합물 또는 전구체 조성물을 성형하여 개방형 전면 기공도가 50 내지 80%인 포상 구조를 부여하고, 상기와 같이 제조한 포상 물질을 1650 내지 1750℃의 온도에서 소성-소결 작업전 또는 후에 소정 형상의 필터로 형태화하는 것을 특징으로 하는 세가지 산화물의 전체중량에 대한 중량%로 10 내지 20%의 SiO2, 50 내지 60%의 Al2O3및 20 내지 40%의 ZrO2로 형성되어 있고, Al2O3및 SiO2는 뮬라이트 3Al2O32SiO2로 회합되고, 지르코니아와 뮬라이트의 합중량은 세라믹 물질의 적어도 90중량%이며, 개방형 전면 기공도가 50 내지 80%인 포상세라믹 물질기지의 용융 금속용 필터의 제조방법.
  3. 제2항에 있어서, 상기 전구체 조성물이 50±1중량%의 알루미나와 50±1중량%의 지르코늄 실리케이트를 함유함을 특징으로 하는 포상 세라믹 물질기지의 용융 금속용 필터의 제조방법.
  4. 제2항 또는 제3항에 있어서, 상기 성형 작업이 다공 구조를 위한 압출 장치를 사용하여 실시됨을 특징으로 하는 포상 세라믹 물질기지의 용융 금속용 필터의 제조방법.
  5. 제4항에 있어서, 상기 장치가 벌집형 구조를 제조하기 위한 압출 장치임을 특징으로 하는 포상 세라믹 물질기지의 용융 금속용 필터의 제조방법.
  6. 제4항에 있어서, 포상 물질을 소정 형상의 필터로 형태화하는 작업을 소성-소결 작업전에 절단하므로써 실시하는 것을 특징으로 하는 포상 세라믹 물질기지의 용융 금속용 필터의 제조방법.
  7. 제2항 또는 제3항에 있어서, 산화물의 혼합물, 또는 뮬라이트와 지르코니아의 혼합물, 또는 상기 혼합물의 전구체 조성물중 한가지에 개방형 셀을 갖는 유기 스폰지를 침지하여 성형 작업을 실시하고, 포상물질을 소정 형상의 필터로 형태화하는 작업이 소성-소결작업 후에 절단하므로써 실시됨을 특징으로 하는 포상 세라믹 물질기지의 용융 금속용 필터의 제조방법.
  8. SiO2/Al2O3/ZrO2의 중량비가 10∼20/50∼60/20∼40인 세개의 개별적인 산화물 SiO2, Al2O3및 ZrO2의 혼합물, 또는 뮬라이트/지르코니아의 중량비가 60∼80/20∼40인 뮬라이트와 지르코니아의 혼합물, 또는 45∼55중량%의 지르코늄 실리케이트와 45∼55중량%의 알루미나를 함유하는 SiO2, Al2O3및 ZrO2의 상기혼합물의 전구체 조성물 중 한가지를 만들고, 상기 혼합물 또는 전구체 조성물을 성형하여 개방형 전면 기공도가 50 내지 80%인 포상 구조를 부여하고, 상기와 같이 제조한 포상 물질을 1650 내지 1750℃의 온도에서 소성-소결 작업전 또는 후에 소정 형상의 필터로 형태화하여 제조한 필터.
  9. 세가지 산화물의 전체 중량에 대한 중량%로 10 내지 20%의 SiO2, 50 내지 60%의 Al2O3및 20 내지 40%의 ZrO2로 형성되어 있고, Al2O3및 SiO2는 뮬라이트 3Al2O32SiO2로 회합되고, 지르코니아와 뮬라이트의 합중량은 세라믹 물질의 적어도 90중량%이며, 개방형 전면 기공도가 50 내지 80%인 포상 세라믹 물질기지의 필터 위에 용융 금속 또는 합금을 1650 내지 1800℃ 정도의 온도에서 주입하여 용융 금속 또는 합금을 여과하는 방법.
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