氧化锆质泡沫陶瓷过滤器制造技术

本发明专利技术涉及一种氧化锆质泡沫陶瓷过滤器，是以氧化锆、氧化铝、氧化钙、氧化钇组成陶瓷粉末，再加入甲基纤维素、聚乙烯醇和水制备料浆，以软质聚氨脂泡沫塑料为载体，浸渍上述料浆，挤压制成坯料，干燥后烧结得到氧化锆质泡沫陶瓷过滤器。本发明专利技术的泡沫陶瓷过滤器在高温铸钢熔液中具有良好的高温稳定性和耐热冲击性，可以避免在使用过程中因机械冲击和热冲击而造成的破碎，不污染合金，对金属熔液中的氧化夹杂和熔剂夹杂有良好的过滤和吸附能力，过滤净化效果好，热容小，使用时可不必预热，对流体阻力小，过滤量大，经钢及高温合金熔液的过滤净化试验，各项性能良好。

Zirconia foam ceramic filter

The invention relates to a zirconium oxide ceramic foam filter is composed of ceramic powder with zirconia, alumina, calcium oxide, yttrium oxide, adding methyl cellulose, polyvinyl alcohol and water slurry prepared, using soft polyurethane foam as carrier, dipping the slurry extrusion into the blank, drying and sintering by oxidation of foam zirconia ceramic filter. The ceramic foam filter of the invention has high temperature stability and good thermal shock resistance in high temperature molten steel, can avoid breakage during use due to mechanical impact and thermal shock caused by the pollution of alloy, oxidation of the molten metal or flux inclusions with filtering and good adsorption capacity, filtration and purification good effect, small heat capacity, when used without preheating, the fluid resistance is small, large filtering capacity, the steel and high temperature alloy melt filtration test, the performance is good.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及熔融金属的净化，具体涉及泡沬陶瓷过滤器。更具体地说，本 专利技术涉及含有氧化锆作为陶瓷组分的泡沬陶瓷过滤器，本专利技术制备的过滤器用 于铸钢及高温合金等金属熔体的过滤净化处理。技术背景在各种金属液态合金的熔炼和浇注过程中，由于非金属夹杂物和缩气孔等铸造缺陷导致的铸件废品率一般高达废品总数的50~60%。夹杂缺陷不仅严重降 低铸件的机械性能和铸造性能，也对铸件的切削加工及外观产生有害影响。净 化液态铸造合金，减少或消除其中的各种非金属夹杂物和排气，无疑是获得高 质量铸件的重要技术措施。过滤技术应用于铸造生产已有几十年的历史，但最初仅仅是用铁丝网、带 孔的钢板、多孔泥芯等简单的过滤器插入浇注系统中来滤除大块夹杂物。从六 十年代起，在俄、美、英、中等国家陆续出现了硅酸铝纤维质、钼丝质、氮化 硼纤维质等两维结构型内过滤网，并在生产中得到应用，取得了一定效果。但 是，所有这些过滤网只能通过机械筛分作用滤除金属液中的大块夹杂物和极少 数小夹杂物。由于硅酸铝纤维过滤网的耐火度和强度均较低，只能用于有色合 金、铸铁和小型铸钢件的过滤，难以长时间地承受高温金属流体的冲击；英国 研制的钼丝质和美国研制的氮化硼纤维质过滤网虽能用于过滤铸钢等高温合 金，但因其价格昂贵，使其应用受到限制。用于铸造合金过滤的还有直孔芯型 陶瓷过滤器和耐火颗粒过滤器，但它们的孔隙率均较小，而且前者的过滤效率 仍较低，过滤效果不稳定，后者由于颗粒间无粘结作用，使其易漏粒，使用也 不方便。七十年代初美国最先研制成功的烧结型多孔陶瓷过滤器虽然解决了耐 火颗粒过滤器易漏粒和使用不方便的问题，但与八十年代初美国最先研制成功 的蜂窝直孔陶瓷过滤器一样，孔隙率仍然较小， 一般小于50%,使得金属液的过流率较低。泡沫陶瓷过滤器是继耐火纤维过滤网、蜂窝直孔陶瓷过滤器之后的第三代过滤产品，最早的泡沫陶瓷过滤器是1978年美国Consolidated Aluminum公司 研制成功的铝合金用泡沬陶瓷过滤器，其商品名为Selee/Al。 1984年又研制出 了用于过滤黑色金属的泡沬陶瓷过滤器Selee/Fe。国内铸造合金用泡沬陶瓷过 滤器的发展始于八十年代初，哈尔滨理工大学于1982年最早研制成功的泡沫陶 瓷过滤器只能用于铝合金的过滤。泡沬陶瓷过滤器是采用聚氨酯泡沬塑料为载体，将其浸入由陶瓷粉末、黏 结剂、助烧结剂、悬浮剂等制成的浆料中，然后挤掉多余浆料，使陶瓷浆料均 匀涂敷于载体骨架成为坯体，再把坯体烘干并经高温焙烧而成。泡沬陶瓷过滤 器具有与泡沫塑料相似的孔隙结构，通孔率达85 ~ 90%。由于独特的三维立体网状结构所具有的特殊过滤净化机理(机械拦截；排 气整流浮渣；细微夹渣深层吸附)，泡沫陶瓷过滤器的净化效果是耐火纤维过滤 网和蜂窝直孔陶瓷过滤片不可比拟的，它的特点是刚性骨架结构均匀，过滤后 的金属液质量分散度小，过滤精度好等，不但可以滤去金属液中大部分小至数 微米的微小固体悬浮夹杂物，还可以滤去液态的熔渣和气体。使用泡沬陶瓷过 滤器过滤熔融金属液体，还可以使金属液的流速变得缓和有序，大大改善铸件 的显微组织和力学性能，提高铸件的质量和致密性，减少铸件切削加工时刀具 的磨损。实践证明，泡沫陶瓷过滤器的过滤效率高达75~97%,因此，泡沬陶瓷 过滤器已经广泛应用在铝、铜、钢铁的融体净化中，受到越来越多的冶金、铸 造企业青睐。近十多年来，国内外已根椐不同合金的特点，发展了多种不同材质的泡沫 陶瓷过滤器，如美国专利3893917、 3962081 、 4024056、 4075303,中国专利 85102359A、 87101800.4、 92102883. 0等等。这些泡沬陶瓷过滤器以氧化铝、氧 化硅、氧化锆、碳化硅等材料制成，可以用于过滤一般的铝合金、铜合金、铸 铁、铸钢等。众所周知，在铸造生产中，为了获得纯净的钢水，进而提高铸件的质量及 合格率，常采用泡沫陶瓷过滤器过滤钢水。以氧化铝、碳化硅、石英等材料和 适当粘结剂制成的过滤器一般用于铁水及有色金属熔液的过滤净化，但这些泡 沬陶瓷过滤器的高温强度低，耐急热、急冷冲击及热熔体冲刷能力不够，使用 过程中泡沬结构体易脱渣、软化、热化学分解，不能过滤高温金屑熔体，更不 能满足熔融钢水的过滤要求。氧化锆的熔点高达2715°C，且生成自由焓很低，化学稳定性高，是非常优良的耐火材料。但由于氧化锆有3种晶型，低温时为单斜晶系，高温时为四方晶系，更高温度下转变为立方晶系，立方相到四方相的相变属扩散型相变，四 方相到单斜相的相变属马氏体转变，对材料高温性能有重要影响的是四方相到 单斜相的马氏体转变。如果氧化锆的晶型转变控制不当，就不可能获得完整的 氧化锆泡沬陶瓷过滤器制品。由于泡沫陶瓷过滤器的制造方法是用陶瓷浆料在 三维网状泡沬塑料上涂桂成形，粉体堆积密度低，与加压成形的氧化锆陶瓷相 比，烧结传质过程与固溶反应另有特点，烧结收缩更大，所以制备氧化锆质泡 沬陶瓷过滤器具有较大的难度。哈尔滨理工大学以Al203为基料添加适量Zr02增韧剂和少量Ti02、耐火粘土 助烧剂，并以磷酸二氢铝为粘结剂，在156(TC下烧结，制备出铸钢用泡沬陶瓷 过滤器。西北工业大学和331厂于上世纪90年代初联合研制开发了可用于铸钢 和高温合金的Al20厂Si02质泡沬陶瓷过滤器，但只能用于10kg以下铸钢件和高 温合金铸件的铸造生产。营口巿镁质材料研究所选用电熔刚玉作为基体材料，另加少量莫来石作为 添加剂，研制成功了一种刚玉-莫来石质泡沬陶瓷过滤器，使用温度达160(TC， 用于浇注温度为150(TC 1580。C左右的K3、 K17高温合金，可使精铸件的夹杂 报废率下降30~50%,并能提高合金铸件的性能。哈尔滨工业大学以耐火粘土为莽体材料，研制成功一种氧化锆增軔泡沫陶瓷过滤器，添加材料配比为Zr028%、 TiO20. 5%、 Al2O340%。据称，此型泡沬陶瓷 过滤器可在液态球墨铸铁中浸泡10min不破坏，在铸钢熔液中浸泡至破坏的维 持时间可达8min。北京科技大学研制成功了氧化镁部分稳定氧化锆泡沫陶瓷过滤器，辽宁工 程学院以氧化铝粉和锆英石粉为原料，通过反应烧结制成了锆刚玉/莫来石泡沫 陶瓷过滤器。上述泡沬陶瓷过滤器的研究虽然取得了一定的成果，但均存在着耐高温性 能及耐冲击性差的不足，在过滤大量钢液时还有缺陷。本专利技术的目的是提供一种耐高温、耐热冲击性能良好，适合大量铸钢及高 温合金等金属熔体过滤净化的氧化锆质泡沬陶瓷过滤器。提供一种上述氧化锆质泡沬陶瓷过滤器的制备方法，使制得的过滤器具有 良好的韧性和抗压强度，同时降低过滤器的生产成本，是本专利技术的另一专利技术目 的。本专利技术的氧化锆质泡沬陶瓷过滤器是以下述重量百分数的原料
技术实现思路
氧化锆75~80%氧化铝10 — 15%氧化钙氧化钇0. 5 ~ 2 %组成陶瓷粉末，以此为基础再加入以下辅料:羧甲基纤维素0. 2 ~ 0. 8%聚乙烯醇0. 5 ~ 1. 5%30~ 50%制备料浆， 以软质聚氨脂泡沫塑料为载体，浸渍上述料浆，挤压制成坯料，干燥后烧 结得到氧化锆质泡沫陶瓷过滤器。氧化锆的三种晶型随温度和压力的变化发生可逆的晶型转化，并且在转化 过程中，伴随着巨大的膨胀和收缩，体积变化本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种氧化锆质泡沫陶瓷过滤器，是以下述重量百分数的原料：氧化锆７５～８０％氧化铝１０～１５％氧化钙５～１０％氧化钇０．５～２％组成陶瓷粉末，以此为基础，再加入以下辅料：羧甲基纤维 素０．２～０．８％聚乙烯醇０．５～１．５％水３０～５０％制备浆料，以软质聚氨脂泡沫塑料为载体，浸渍上述浆料，挤压制成坯料，干燥后烧结得到氧化锆质泡沫陶瓷过滤器。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：李军虎，关晋军，逯文强，刘志刚，田建刚，秦胜利，
申请(专利权)人：晋城市富基新材料有限公司，
类型：发明
国别省市：14[中国|山西]