一种氧化铝短纤增强氧化镁基泡沫陶瓷过滤器及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种能在低温下实现烧结的、化学稳定性和抗热震性优异的氧化铝短纤增强氧化镁基泡沫陶瓷过滤器及其制备方法，该制备方法包括以下步骤：(1)按照质量百分比将15％～25％纳米铝溶胶，0.8％～1.5％流变剂，其余为含氧化铝短纤、纳米二氧化钛的氧化镁陶瓷粉料进行配料，添加无水乙醇球磨混合均匀后制成固含量为60％～70％的陶瓷浆料；(2)将聚氨酯泡沫塑料模版浸入到陶瓷浆料中，通过辊压机挤压聚氨酯泡沫塑料模版去除多余的浸挂浆料后制成素坯，然后在40℃～50℃通风室去除乙醇溶剂使素坯干燥；(3)将干燥的素坯放入烧结炉内，升温至1350℃～1550℃温度下进行高温烧结，随炉冷却至室温得到氧化镁基泡沫陶瓷过滤器。

【技术实现步骤摘要】
一种氧化铝短纤增强氧化镁基泡沫陶瓷过滤器及其制备方法
本专利技术涉及一种氧化镁基泡沫陶瓷过滤器及其制备方法，具体是一种氧化铝短纤增强氧化镁基泡沫陶瓷过滤器及其制备方法，属于金属材料与冶金领域。本专利技术所制备的过滤器特别适用于镁及其合金熔体的过滤净化，亦可以用于铝及其合金熔体的过滤净化。
技术介绍
镁的化学性质活泼，在铸造及加工过程中，极易与氧、氮及水蒸气发生化学反应，生成的产物残留在镁中，影响制品的内部质量，恶化制品性能。根据镁合金中夹杂物的种类和性质，一般将夹杂物分为金属夹杂和非金属夹杂两大类：(1)金属夹杂物：镁合金在原镁生产和后期加工过程中，会不可避免的引入一些金属单质或者金属化合物夹杂，它们以粒子状、簇状等形态残留在镁合金的基体或者晶界上，主要包括金属单质α-Fe粒子、锰-铁的金属化合物如(Fe,Mn)3Si，(Fe,Mn)5Si3等；(2)非金属夹杂物：镁合金中的非金属夹杂物主要以镁的氮氧化合物为主，如MgO，Mg3N2等；镁合金在熔炼过程中添加以氯化物(KCl、NaCl、MgCl2等)为主的精炼剂，精炼过程中熔剂不能完全去除，会有少量的熔剂残留在镁熔体中，造成镁金属熔剂夹杂。悬浮的氧化夹杂在结晶时由结晶前沿被推向晶界，夹杂物一般以薄膜状、粒子状、簇状的形态残留在镁合金晶界处。有统计资料表明，MgO占镁合金的所有夹杂物的80％以上，分布形态为薄膜状、粒子状及簇状。镁合金熔铸过程中产生的夹杂物不仅严重恶化合金的力学性能和耐蚀性能，而且降低了其机加工和阳极氧化处理的表面质量。对于压铸镁合金而言，其合金内部的薄膜状和粒子状氧化物的含量需要控制在100cm2/kg和100mm3/kg以下才能满足正常的使用要求。因此，在熔铸过程中去除镁熔体中的夹杂物以提高熔体的纯净度的净化工艺成为镁合金生产的关键。熔体净化工艺可分为熔剂净化与非熔剂净化两大类。熔剂净化工艺因除杂效率高、成本低、操作方便而成为镁合金生产中普遍采用的净化工艺，但是熔剂净化也存在着金属损耗增加、熔剂夹杂、不能除气等不足，尤其是在熔炼稀土镁合金时，熔剂还会大量消耗合金中的稀土元素。非熔剂净化工艺不但能弥补熔剂净化工艺的不足而且具有优异的净化效果，成为目前应用发展的重要熔体净化工艺并相继开发了过滤净化、旋转喷吹净化、电磁净化、超声波处理等多种非熔剂净化技术。相比简单的金属网熔体过滤，具有特殊的三维多孔陶瓷结构泡沫陶瓷过滤器，因其孔隙率高(70％～90％)、吸附能力强、耐化学腐蚀等特点，能够通过滤饼效应、吸附效应及整流效应对合金熔体中的夹杂物颗粒具有很好的过滤效果。泡沫陶瓷过滤法不但可以滤掉合金熔体中小至10μm～20μm的微细夹杂物颗粒,而且能过滤掉一般过滤介质难以滤除的液态熔剂夹杂。美国专利文献US3962081A(Ceramicfoamfilter)，US4024212A(Ceramicfoamandmethodofpreparation)，中国专利文献CN103787691A(一种氧化铝泡沫陶瓷的制备方法)等都公开了一些用于铝合金、钢铁熔体过滤夹杂物的Al2O3，ZrO2，SiC、SiO2基泡沫陶瓷的方法，然而，MgO的标准生成自由焓很低，活性很高的镁熔体非常容易与泡沫陶瓷基体材料发生(1)～(4)式反应而迅速溶解，从而堵塞其过滤孔隙或熔蚀进入镁及其合金熔体内成为有害成分，因此，这些现有材质的泡沫过滤器并不适合于镁和镁合金熔体的过滤。3Mg(l)+Al2O3(s)＝3MgO(s)+2Al(l)(1)2Mg(l)+ZrO2(s)＝2MgO(s)+Zr(s)(2)6Mg(l)+4Al(l)+3SiC(s)＝3Mg2Si(s)+Al4C3(s)(3)4Mg(l)+SiO2(s)＝2MgO(s)+Mg2Si(s)(4)MgO为立方晶系NaCl型结构，晶格常数为0.411nm，属于离子键化合物，其熔点为2852℃，远高于常用的Al2O3(2054℃)和SiO2(1650±50℃)，因此，氧化镁制品具有良好的化学稳定性、高的电阻率以及对金属、熔渣和碱性溶液有较强的抗侵蚀能力等特性。与常用的陶瓷材料相比，MgO与镁及其合金熔体具有很好的高温化学稳定性，与熔融的氯盐和氟酸盐组成的熔剂夹渣不发生反应，并且与熔剂夹杂润湿角较小而容易吸附镁熔体中的熔剂夹杂，因此，MgO材质泡沫陶瓷是镁合金液熔炼净化的理想材料。在低于氧化物组成的熔点温度之下进行烧成是制备陶瓷材料所必须的、最关键的步骤，而在高温下所发生的烧结、晶粒长大等过程决定着陶瓷材料的显微组织和性能。中国专利文献CN1011306B(纯氧化镁泡沫陶瓷过滤器及其制取工艺)、CN101138691A(铸造用镁质泡沫陶瓷过滤器的制备方法)等以纯氧化镁为原料制备泡沫陶瓷，因MgO具有很高的熔点和热膨胀系数(13.5×10-6/℃)高，因此，导致其烧结困难(烧结温度不低于其熔点的0.8倍)和抗热震性较差，限制了MgO泡沫陶瓷的应用与发展。研究表明：在烧结陶瓷过程中烧成温度每降低100℃，单位产品热耗会降低10％以上，通过添加烧结助剂是降低MgO泡沫陶瓷烧结温度的重要技术手段。添加V2O5粉体时，MgO在1190℃时会与V2O5形成近似组成为Mg3V2O8的液相，促进烧结，能够显著降低MgO泡沫陶瓷的烧结温度，但是V2O5在使用过程中对呼吸系统和皮肤有损害作用，对操作有严格的限制。与V2O5相同，氧化钴也是良好的低温烧结助剂，但作为高毒物质和稀有资源也限制了应用。氟化物是陶瓷工业烧结中常用的强助溶剂和矿化剂，中国专利文献CN100536986C(氧化镁质泡沫陶瓷过滤器)、CN1473947A(镁和镁合金熔体净化用泡沫陶瓷)、CN101785944B(用于镁和镁熔体过滤用氧化镁泡沫陶瓷过滤器的制备方法)中添加萤石(熔点1423℃)及氟化镁(熔点1248℃)，在烧结过程中氟化物的固溶不仅增大了基体氧化镁的晶格畸变，而且本身易形成低熔点液相，从而降低氧化镁陶瓷的烧结温度；然而，在烧结过程中氟化物中的F与Si、Al、Fe、Ca结合，大部分(在瓷砖生产中约占70％)以气态形式挥发不仅本身侵蚀坯体而损害烧结陶瓷的质量，更为严重的是排放到大气中会造成氟化物污染，氟化物可经呼吸道、消化道及皮肤进入人体，对中枢神经系统、心肌有毒性作用，低浓度氟污染会导致牙齿和骨骼脆钙化，《陶瓷工业污染物排放标准》(GB25464-2010)中规定氟化物的排放标准必须低于5.0mg/m3，以氟化物作为氧化镁陶瓷的低温烧结助剂必然增加气态氟化物的排放并加重环保投入负担；另外，陶瓷中残留的固溶氟化物中氟离子是以取代氧离子的形式存在，造成晶粒间结合的化学稳定性降低，难以抵抗镁熔体中熔剂夹杂的长时间侵蚀。中国专利文献CN101138691A等公开的泡沫陶瓷过滤器的制备浆料中采用水玻璃、硅溶胶及硅酸乙酯作为粘接剂，烧结的泡沫陶瓷颗粒间SiO2成分的存在，使其易与镁及其合金熔体按(4)式反应，同样降低了泡沫陶瓷的化学稳定性。中国专利文献CN100536986C(氧化镁质泡沫陶瓷过滤器)、CN103553686A(一种镁铝尖晶石质泡沫陶瓷过滤器及其制备方法)等专利文献中，三氧化二硼及硼砂作为氧化镁陶瓷的低温烧结助剂，三氧化二硼高于450℃时即形成液相，在烧本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种氧化铝短纤增强氧化镁基泡沫陶瓷过滤器，其特征在于：将含氧化铝短纤、纳米二氧化钛的轻烧氧化镁基陶瓷浆料涂覆在聚氨酯泡沫载体上，经干燥、烧结得到。

【技术特征摘要】
1.一种氧化铝短纤增强氧化镁基泡沫陶瓷过滤器，其特征在于：将含氧化铝短纤、纳米二氧化钛的轻烧氧化镁基陶瓷浆料涂覆在聚氨酯泡沫载体上，经干燥、烧结得到。2.一种氧化铝短纤增强氧化镁基泡沫陶瓷过滤器的制备方法，其特征在于包括以下步骤：(1)按照质量百分比将15％～25％纳米铝溶胶，0.8％～1.5％流变剂，其余为含氧化铝短纤、纳米二氧化钛的氧化镁陶瓷粉料进行配料，添加无水乙醇球磨混合均匀后制成固含量为60％～70％的陶瓷浆料；所述流变剂为聚乙烯醇缩丁醛和纤维素醚的混合物，其中所述聚乙烯醇缩丁醛占流变剂质量的50％，纤维素醚为工业用羟丙基甲基纤维素、羟乙基纤维素中的一种或其混合物；所述陶瓷粉料为轻烧氧化镁、纳米二氧化钛和氧化铝短纤的混合物；(2)将聚氨酯泡沫塑料模版浸入到陶瓷浆料中，通过辊压机挤压聚氨酯泡沫塑料模版去除多余的浸挂浆料后制成素坯，然后在40℃～50℃通风室去除乙醇溶剂使素坯干燥；(3)将干燥的素坯放入烧结炉内，升温至1350℃～1550℃温度下进行高温烧结，随炉冷却至室温得到氧化镁基泡沫陶瓷过滤器。3.根据权利要求2所述的一种氧化铝短纤增强氧化镁基泡沫陶瓷过滤器的制备方法，其特征在于：所述纳米铝溶胶固含量为20％～25％，其PH值≥4。4.根据权利要求2所述的一种氧化铝短纤增强氧化镁基泡沫陶瓷过滤器的制备方法，其特征在于：所述纳米氧化钛占陶瓷粉料质量的1％～2％，所述氧化铝短纤占陶瓷粉料质量的1％～3％。5.根据权利要求2所述的一种氧化铝短纤增强氧化镁基泡沫陶瓷过滤器的制备方法，其特征在于：所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘子利，刘思雨，刘希琴，李健，
申请(专利权)人：江苏中翼汽车新材料科技有限公司，南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32