陶瓷过滤器及用于形成该过滤器的方法技术

用于过滤熔融金属和类似物的过滤器元件由具有至少两个层(20)的前体或模板(10)制造。每个层由三维几何笼(22)组装，彼此以固定关系连接。一些实施方式包括围绕所述层的外围构件(26)。在这些情况下，间隔物构件(28)可以跨越外围构件从而以固定的间隔开的关系保持这些层。在其他实施方式中，能够以固定关系连接邻近层中的至少一些笼，提供了间隔开的关系。由以基于几何实体的边缘的方式连接的材料的线性区段构建这些笼。可以通过自动化技术如三维打印形成模板。如果由聚合物制造，用陶瓷浆料涂覆前体并且烧结以提供过滤器元件。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】陶瓷过滤器及用于形成该过滤器的方法相关申请的引证本申请是于2015年7月22日提交的美国临时专利申请62/195372的正式申请(non-provisional)，本申请要求美国临时专利申请62/195372的优先权。通过引证将该临时申请结合在此，就像完全在此引述一样。
公开的实施方式涉及用于制备过滤器介质的方法，尤其是由陶瓷材料制备，以及尤其是使用三维打印技术制备。这样的过滤器用于在铸造过程中从熔融金属中过滤熔渣(dross)、夹杂物(inclusion)等。该申请还涉及由该方法形成的过滤器。
技术介绍
当浇注熔融金属时，金属中的一些杂质将以固态保留。这些杂质中的一些可以是熔融金属暴露于大气氧所形成的金属氧化物。由于所处理的金属的温度以及因为基于氧化物的杂质所展示的与陶瓷材料粘附的亲和性，通常使用陶瓷过滤器去除它们。铝和铝合金的反应性质使得它们特别有可能形成不希望的氧化物，需要进行过滤。陶瓷过滤器也用于过滤水。然而，将陶瓷粉末形成水过滤器的技术(例如，烧结陶瓷粉末)并未用于制造针对熔融金属的过滤器，因为水过滤器是旨在去除微米级的物质，而不是需要将熔融金属快速通过以使其保持熔融状态的更大流动面积的物质。在这个领域中最近研究的一个实例是令人印象深刻的，尽管它看起来还存在显著的问题有待解决。在Schlienger的US8,794,298中，描述了对于提供具有良好过滤所希望的复杂路径的陶瓷过滤器的需求。专利技术人指出在现有技术中，已知用陶瓷浆料渗透泡沫聚苯乙烯的球体。当烧制浆料时，聚苯乙烯将烧光，留下随机定向丝线(ligament)的网络，其支撑原先由球体占据的孔的弯曲的流动路径。这种技术的缺点在于一些球体的紧密邻近提供了使用时可能断裂的脆性丝线，实际上使得过滤器成为夹杂物的来源。'298专利未充分描述的另一种技术是陶瓷或聚合物颗粒的填充床，其中间隙可以提供路径，虽然路径基本上没有孔。该方案留下了不希望的百分比的被颗粒占据的过滤器体积。'298专利中教导的方案是提供三维“工程化和电子限定的几何图形”，其中丝线的孔径、弯曲度和最小直径被预定，尽管并未提供这些细节。使用三维预定的几何图形作为模板，'298专利描述了通过选择性激光活化包含陶瓷材料并且是可光聚合的树脂，使用立体平板印刷技术形成网状网络。然后，通过已知技术(包括烧光)将聚合物-陶瓷复合材料网络还原为陶瓷。用于制备具有拥有互连孔的三维网状骨架结构的陶瓷过滤器元件的一些早期技术是用陶瓷浆料浸渍没有空膜(cellmembrane)的网状合成树脂泡沫(如Tanuma的US6,203,593中教导的)。在'593专利中的每种情况下，在用陶瓷浸渍之前，将网状树脂泡沫成形为圆柱形状，使得提供的所有的陶瓷过滤器元件具有无阻碍的轴向流动路径以及通过在圆柱形元件的径向方向上流动产生任何过滤活性。这表明在将陶瓷浆料渗入网状聚合物泡沫时存在大量的难题。因此，现有技术的未满足的优点是提供用于去除熔融金属倾倒物中杂质的陶瓷过滤器元件，其中该过滤器元件具有弯曲度和结构稳定性的适当平衡。
技术实现思路
通过以下更详细描述和显示的设备和方法提供了这种和其他为满足的益处。通过用于过滤熔融金属的设备的前体满足了一些未满足的优点。该设备具有过滤器元件的至少两个层，过滤器元件的每个层包括以固定的彼此关系连接的多个三维几何笼。在一些实施方式中，过滤器前体的每个层还包括围绕该层的外围构件。在这些实施方式中的一些实施方式中，存在多个间隔物构件，间隔物构件跨越一对邻近层的外围构件，以固定的间隔开的关系保持这些层。在其他实施方式中，通过连接一个层中的多个三维几何笼和邻近层中的三维几何笼以间隔开的固定关系保持这些层。在许多过滤器前体中，每个三维几何笼可以包括多个以几何实体形状彼此连接的材料的线性区段，从而使得每个线性区段代表几何实体的边。具体而言，每个三维几何笼可以包括以部分截短的八面体的形状排列的材料的二十个线性区段。这种形状具有顶部和底部正方形面和八个梯形面，梯形面的最长边限定顶部和底部正方形面之间的赤道。该赤道具有四个边和四个顶点。当使用部分截短的八面体形状时，还可以存在以跨越该层并且将该层细分为多个行的平行关系排列的多个线性支撑构件。在每对邻近的线性支撑构件之间，即在每行中，具有部分截短的八面体形状的多个笼在赤道处连接至限定该行的每个线性支撑构件。在这种排列中，可以沿着每行以与每个邻近的笼间隔开的关系排列具有部分截短的八面体形状的笼。然而，在其他实施方式中，可以沿着每行排列这些笼，连接至彼此邻近的每个笼。在另一个实施方式中，每个三维几何笼可以包括以具有六个正方形面和八个梯形面的完全截短的八面体形状排列的三十六个材料的线性区段。在这种情况下，每个完全截短的八面体笼能够以边-边方式连接至邻近的完全截短的八面体笼，或者可替代地，每个完全截短的八面体笼能够以面-面方式连接至邻近的完全截短的八面体笼(基于各自的正方形面)。本专利技术构思的过滤器前体优选地由适合于通过3维打印机的打印头挤出的热塑性材料或适合于通过3维打印机的打印头挤出的浆料形式的陶瓷形成。在热塑性材料的情况下，优选的材料是丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)聚合物。在这些情况下，通过用陶瓷浆料涂覆前体并烧结将前体转变成过滤器。实现该目的的一种方法是在计算机设备上生成根据权利要求1的过滤器前体的三维模型。可以根据三维打印机的指令系统完成该模型。然后该指令系统使用三维打印机根据指令系统以逐层过程沉积材料用于构建过滤器前体，并且尤其地如果使用的材料是聚合物，用陶瓷浆料涂覆构建的过滤器前体并且烧结涂覆的过滤器前体。当使用的材料是陶瓷时，简单地烧结前体以提供耐火材料的过滤器可以是足够的，但是涂覆也可以用于增加过滤器的弯曲度。附图说明通过阅读下面的具体描述和附图可以更好地理解所公开的实施方式，其中相同的标号表示相同的部分，并且其中：图1是过滤器元件模板的顶部立体视图；图2是在用陶瓷浆料涂覆和煅烧之后，图1的模板的顶部立体视图；图3A是具有截短的极地顶点的几何八面体的前立体视图；图3B是具有全部截短的顶点的几何八面体的前立体视图；图4是图1的模板的层的一部分的顶部平面视图；图5是图1的模板的第一可替代层的一部分的顶部平面视图；以及图6是图1的模板的第二可替代层的一部分的立体视图。具体实施方式三维打印技术的发展允许以层塑沉积(LPD)技术精确地构建模型。三维打印机的一个制造商为波兰的Zortrax。在典型的Zortrax打印设备中，将通过挤出机在自动控制臂末端以精确方式将聚合物树脂(例如，丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)共聚物)的细丝进料到加热的平台上，根据预定模型以逐层方式构建结构。可以使用其他已知技术完成三维打印，条件是存在待“打印的”物体的计算机模型。应当理解的是，自从2010年以来，美国测试和材料协会(ASTM)已经开发了将所谓“增材制造技术”分为7类的一组标准。它们是：1)立体光聚合(立体光固化，vatphotopolymerization)；2)材料喷射；3)粘合剂喷射；4)材料挤出；5)粉末床融合(powderbedfusion)；6)片材层压(sheetlamination)；和7)定向能量沉积(directedenergydepositio本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于过滤的设备的前体(10)，包括：过滤器元件的至少两个层(20)，所述过滤器元件的每个层包括以固定关系彼此连接的多个三维几何笼(22)。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.07.22 US 62/195,3721.一种用于过滤的设备的前体(10)，包括：过滤器元件的至少两个层(20)，所述过滤器元件的每个层包括以固定关系彼此连接的多个三维几何笼(22)。2.根据权利要求1所述的过滤器前体(10)，其中：每个层(20)还包括围绕所述层的外围构件(26)。3.根据权利要求2所述的过滤器前体(10)，还包括跨越一对邻近层的所述外围构件的多个间隔物构件(28)，以固定的间隔开的关系保持所述层。4.根据权利要求1所述的过滤器前体(10)，其中一对邻近层的多个所述三维几何笼(22)以固定关系彼此连接，以固定的间隔开的关系保持所述层。5.根据前述权利要求中任一项所述的过滤器前体(10)，其中每个所述三维几何笼包括多个以几何实体形状彼此连接的材料的线性区段，使得每个所述线性区段代表所述几何实体的边。6.根据权利要求5所述的过滤器前体(10)，其中每个所述三维几何笼包括二十个以具有顶部正方形面和底部正方形面以及八个梯形面的部分截短的八面体的形状排列的材料的线性区段，所述梯形面的最长边限定所述顶部正方形面和底部正方形面之间的赤道，所述赤道具有四条边和四个顶点。7.根据权利要求6所述的过滤器前体(10)，还包括以跨越所述层并且将所述层细分为多个行的平行关系排列的多个线性支撑构件(24)，使得在每对邻近的所述线性支撑构件之间，每行中具有部分截短的八面体形状的多个笼在赤道处连接至限定所述行的每个所述线性支撑构件。8.根据权利要求7所述的过滤器前...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗伯特·艾伦·盖奇，布拉德利·托马斯·威利斯，大卫·安德鲁·诺里斯，香农·弗雷德里克·福赛思，约尔格·克罗克尔，
申请(专利权)人：亚世科化学有限合伙公司，
类型：发明
国别省市：美国,US