熔融金属加工设备制造技术

本发明专利技术涉及一种复合材料，其包含嵌入陶瓷基体中的硅灰石纤维。所述硅灰石纤维通过包含玻璃组分的玻璃质粘结相粘结到所述陶瓷基体上，所述玻璃组分包含至少80重量％的钙、硅和铝的氧化物。铝的氧化物。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】熔融金属加工设备


[0001]本专利技术涉及加工熔融金属的设备，特别是泵、脱气器、焊剂注射器和浸没装置。

技术介绍

[0002]熔融铝对氢有高的亲和力。铝的这一典型特性导致在凝固过程中氢气夹带在铸件中。夹带的氢形成微孔和气孔，导致铸件报废。因此，在铸造前使铝合金中的气体含量最小化的过程(正式称为脱气)在铝铸造厂中最为重要。用于去除气体含量的不同技术包括：
[0003]·
氯或无氯碱(chlorine free base)的吹扫片剂
[0004]·
通过陶瓷棒/管吹扫惰性气体(例如Ar、N2)，
[0005]·
也通过旋转脱气吹扫惰性气体
[0006]然而，旋转脱气由于更高的效率和可靠性而作为当今所有尺寸的铝铸造厂中最受欢迎的选择。旋转脱气效率非常依赖于转子设计，其是产生更小的气泡和惰性气体在整个液态金属中分布的推动因素。
[0007]转子和相关轴的寿命取决于转子设计和结构材料。转子和轴可以由相同或不同的材料制成。由于石墨的抗热震性，轴和转子材料通常由石墨制成。然而，石墨设备(例如转子)易受到氧化和侵蚀，因而可能需要定期更换。因此，转子通常使用机械连接(例如公/母螺纹连接接头)可拆卸地连接到轴。
[0008]虽然有各种各样的转子设计可用，但许多脱气系统在提高寿命、弯曲强度和抗氧化性方面还有进一步改进的余地。

技术实现思路

[0009]在本公开的第一方面，提供了一种熔融金属设备，其包含嵌入陶瓷基体中的硅灰石纤维，其中所述硅灰石纤维通过包含玻璃组分的玻璃质粘结相粘结到所述陶瓷基体上，所述玻璃组分包含钙、硅和铝的氧化物。
[0010]还提供了一种复合材料，其包含嵌入陶瓷基体中的硅灰石纤维，其中所述硅灰石纤维通过包含玻璃组分的玻璃质粘结相粘结到所述陶瓷基体上，所述玻璃组分包含至少80重量％的钙、硅和铝的氧化物。
[0011]硅灰石纤维和玻璃质粘结相的结合使得纤维和玻璃质粘结相之间能够牢固粘结，从而产生具有优异机械性能(包括冲击和弯曲强度、抗氧化性、不润湿性和耐热性)的设备。在优选的实施方式中，硅灰石粘结地嵌入玻璃质粘结相中。玻璃质粘结相优选部分地可由硅灰石纤维衍生，因此，硅灰石纤维合并到玻璃质粘结相中，从而使得硅灰石纤维的机械性能(例如弯曲强度)能够影响整个相邻的玻璃质粘结相和复合材料。
[0012]复合材料还可以包括碳化合物。碳化合物可以包括石墨和/或碳化树脂(例如无定形碳)。
[0013]玻璃质粘结相可以包含玻璃组分和结晶组分。结晶组分包括在复合材料形成过程中原位形成的晶体。这些晶体的直径通常小于10微米或小于5微米，并且分散在整个玻璃组
分中。在一些实施方式中，玻璃质粘结相进一步包含莫来石。优选地，莫来石可由陶瓷基体前体材料(例如粘土)衍生并形成。莫来石的机械性能有利地与玻璃粘结相的玻璃组分和硅灰石纤维结合。
[0014]在一个实施方式中，复合材料包含：
[0015]0.5至20重量％(或2重量％至15重量％)的硅灰石纤维；
[0016]0.5至40重量％(或5重量％至30重量％)的玻璃质粘结相；
[0017]0至50重量％(或10重量％至35重量％)的陶瓷基体；
[0018]0至50重量％(或5重量％至25重量％)的碳材料；以及
[0019]0至15重量％(或1重量％至5重量％)的其他添加剂(例如Si、Fe
‑
Si、硼砂)。
[0020]其中上述组分的总和大于复合材料的90重量％。
[0021]优选地，硅灰石纤维+玻璃粘结相+陶瓷基体+碳材料+其他添加剂的总和大于复合材料的95重量％或大于99重量％或100重量％。
[0022]硅灰石纤维优选具有至少3:1的纵横比，其中纤维长度优选为至少0.5μm或至少或10μm或50μm至少或至少50μm 100μm或至少500μm或至少1000μm。
[0023]玻璃质粘结相优选地可衍生自粘土和/或氧化铝材料、更优选能够在足够的温度下烧制足够长的时间后形成莫来石晶体的粘土材料。玻璃质粘结相的玻璃组分包含CaO、Al2O3和SiO2。优选地，CaO+Al2O3+SiO2>玻璃组分的80重量％或大于90重量％或大于95重量％。虽然不希望受理论的束缚，但认为玻璃组分中的至少一部分CaO和/或SiO2衍生自硅灰石纤维(即，硅灰石纤维的一部分在复合材料的形成中被消耗)。玻璃质粘结相的组分也可以含有痕量的其他玻璃形成组分，例如碱土金属和/或碱金属(例如K、Na、Mg和Fe的氧化物)。
[0024]由于玻璃质粘结相可通过钙从硅灰石纤维中的溶解而产生，因此玻璃质粘结相中钙的浓度可在紧邻硅灰石纤维处较高，钙浓度随着距硅灰石纤维距离的增加而降低。
[0025]陶瓷基体优选根据其热和机械性能的组合进行选择，并且可以选自由以下组成的组：二氧化硅；氧化铝；Si、Ti、W、Ta、Nb、Zr、Hf、V、Cr、Mo的碳化物；氮化硅；氧化镁；氧化锆；氮化硼；氮化铝；或其组合。
[0026]陶瓷基体可以包括碳化硅，例如β碳化硅和/或α碳化硅。
[0027]碳材料优选为石墨和/或可衍生自用于形成复合材料的有机粘结剂的碳质材料。
[0028]玻璃质粘结相可将硅灰石纤维、陶瓷基体和/或石墨粘结在一起。
[0029]添加剂可包括碳化有机粘结剂；碳氧化抑制剂或其前体。添加剂可包括硅金属(silicon metal)、FeSi、铝、硼、氧化铝
‑
硅酸盐(alumina
‑
silicate)(例如粘土)、硼砂和/或硼酸。添加剂优选地构成复合材料的1.0至15重量％或2.0至10重量％。
[0030]在优选的实施方式中，复合材料包含：
[0031]0.5至10重量％的硅灰石纤维；
[0032]0.5至30重量％的玻璃质粘结相；
[0033]10至50重量％的碳化硅；
[0034]5.0至50重量％的石墨；以及
[0035]1至15重量％的其他添加剂。
[0036]优选地，硅灰石+玻璃质粘结相+碳化硅+石墨+其他添加剂的总和至少为复合材料
的90重量％。
[0037]在另一个实施方式中，复合材料包含：
[0038]0.5至10重量％的硅灰石纤维；
[0039]0.5至30重量％的玻璃质粘结相；
[0040]10至50重量％的碳化硅；
[0041]5.0至50重量％的碳化合物；以及
[0042]1至15重量％的其他添加剂
[0043]其中碳化合物包括石墨和无定形碳。
[0044]无定形碳可衍生自用于起始配方中的树脂粘结剂。树脂粘结剂可在烧结过程中碳化，其中碳化树脂的一部分与硅金属反应形成β碳化硅。β碳化硅通常为纤维形式。β碳化硅与玻璃质粘结相结合用作石墨的氧化抑制剂，减少能够与石墨反应的氧的进入。
[0045]优选地，玻本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种复合材料，其包含嵌入陶瓷基体中的硅灰石纤维，其中所述硅灰石纤维通过包含玻璃组分的玻璃质粘结相粘结到所述陶瓷基体上，所述玻璃组分包含至少80重量％的钙、硅和铝的氧化物。2.如权利要求1所述的复合材料，其中所述玻璃质粘结相进一步包含莫来石。3.如权利要求2所述的复合材料，其中所述莫来石为嵌入所述玻璃组分中的微晶颗粒的形式。4.如权利要求1至3中任一项所述的复合材料，其中所述硅灰石纤维粘结地嵌入所述玻璃质粘结相中。5.如前述权利要求中任一项所述的复合材料，其中所述复合材料包含：0.5至20重量％的硅灰石纤维；0.5至40重量％的玻璃质粘结相；0至50重量％的陶瓷基体；0至50重量％的碳材料；以及0至15重量％的其他添加剂，其中上述组分的总和大于所述复合材料的90重量％。6.如权利要求5所述的复合材料，其中所述碳材料包括石墨和/或无定形碳。7.如权利要求6所述的复合材料，其中所述陶瓷基体包括β碳化硅和/或α碳化硅。8.如前述权利要求中任一项所述的复合材料，其中所述玻璃组分包含大于90重量％的钙、铝和硅的氧化物。9.如前述权利要求中任一项所述的复合材料，其中所述玻璃组分中铝的氧化物和二氧化硅的比例为至少60重量％。10.如前述权利要求中任一项所述的复合材料，其中所述玻璃质粘结相的玻璃组分存在钙浓度梯度。11.如前述权利要求中任一项所述的复合材料，其中相对于远离所述硅灰石纤维的玻璃组分，在靠近所述硅灰石纤维的玻璃组分中钙的浓度更高。12.如权利要求6至11中任一项所述的复合材料，其中所述玻璃质粘结相将所述硅灰石纤维、陶瓷基体和/或存在时的石墨粘结在一起。13.如权利要求5至10中任一项所述的复合材料，其中所述陶瓷基体包括二氧化硅；氧化铝；Si、Ti、W、Ta、Nb、Zr、Hf、V、Cr、Mo的碳化物；氮化硅；氧化镁；氧化锆；氮化硼；和氮化铝中的一种或多种。14.如前述权利要求中任一项所述的复合材料，其包含：0.5至10重量％的硅...

【专利技术属性】
技术研发人员：R，
申请(专利权)人：摩根特种陶瓷技术有限公司，
类型：发明
国别省市：