[發明專利]碳化硅質泡沫陶瓷過濾器

有效

• 申請號: 200710139286.1
• 申請日: 2007-08-24
• 公開（公告）號: CN101164655A
• 公開（公告）日: 2008-04-23
• 發明（設計）人: 李軍虎;關晉軍;逯文強;劉志剛;田建剛;秦勝利
• 申請（專利權）人: 晉城市富基新材料有限公司
• 主分類號: B01D39/20
• 分類號: B01D39/20;C04B35/565;C04B38/06;B22D11/119
• 代理公司: 山西五維專利事務所有限公司
• 代理人: 李毅

技術領域

本發明涉及熔融金屬的凈化，具體涉及泡沫陶瓷過濾器。更具體地說，本發明涉及含有碳化硅作為陶瓷組分的泡沫陶瓷過濾器，本發明制備的過濾器用于鐵金屬熔體的過濾凈化處理。

背景技術

在各種金屬液態合金的熔煉和澆注過程中，由于非金屬夾雜物和縮氣孔等鑄造缺陷導致的鑄件廢品率一般高達廢品總數的50～60％。夾雜缺陷不僅嚴重降低鑄件的機械性能和鑄造性能，也對鑄件的切削加工及外觀產生有害影響。凈化液態鑄造合金，減少或消除其中的各種非金屬夾雜物和排氣，無疑是獲得高質量鑄件的重要技術措施。

過濾技術應用于鑄造生產已有幾十年的歷史，但最初僅僅是用鐵絲網、帶孔的鋼板、多孔泥芯等簡單的過濾器插入澆注系統中來濾除大塊夾雜物。從六十年代起，在俄、美、英、中等國家陸續出現了硅酸鋁纖維質、鉬絲質、氮化硼纖維質等兩維結構型內過濾網，并在生產中得到應用，取得了一定效果。但是，所有這些過濾網只能通過機械篩分作用濾除金屬液中的大塊夾雜物和極少數小夾雜物。由于硅酸鋁纖維過濾網的耐火度和強度均較低，只能用于有色合金、鑄鐵和小型鑄鋼件的過濾，難以長時間地承受高溫金屬流體的沖擊；英國研制的鉬絲質和美國研制的氮化硼纖維質過濾網雖能用于過濾鑄鋼等高溫合金，但因其價格昂貴，使其應用受到限制。用于鑄造合金過濾的還有直孔芯型陶瓷過濾器和耐火顆粒過濾器，但它們的孔隙率均較小，而且前者的過濾效率仍較低，過濾效果不穩定，后者由于顆粒間無粘結作用，使其易漏粒，使用也不方便。七十年代初美國最先研制成功的燒結型多孔陶瓷過濾器雖然解決了耐火顆粒過濾器易漏粒和使用不方便的問題，但與八十年代初美國最先研制成功的蜂窩直孔陶瓷過濾器一樣，孔隙率仍然較小，一般小于50％，使得金屬液的過流率較低。

泡沫陶瓷過濾器是繼耐火纖維過濾網、蜂窩直孔陶瓷過濾器之后的第三代過濾產品，最早的泡沫陶瓷過濾器是1978年美國Consolidated?Aluminum公司研制成功的鋁合金用泡沫陶瓷過濾器，其商品名為Selee/Al。1984年又研制出了用于過濾黑色金屬的泡沫陶瓷過濾器Selee/Fe。國內鑄造合金用泡沫陶瓷過濾器的發展始于八十年代初，哈爾濱理工大學于1982年最早研制成功的泡沫陶瓷過濾器只能用于鋁合金的過濾。

泡沫陶瓷過濾器是采用聚氨酯泡沫塑料為載體，將其浸入由陶瓷粉末、黏結劑、助燒結劑、懸浮劑等制成的漿料中，然后擠掉多余漿料，使陶瓷漿料均勻涂敷于載體骨架成為坯體，再把坯體烘干并經高溫焙燒而成。泡沫陶瓷過濾器具有與泡沫塑料相似的孔隙結構，通孔率達85～90％。

由于獨特的三維立體網狀結構所具有的特殊過濾凈化機理(機械攔截；排氣整流浮渣；細微夾渣深層吸附)，泡沫陶瓷過濾器的凈化效果是耐火纖維過濾網和蜂窩直孔陶瓷過濾片不可比擬的，它的特點是剛性骨架結構均勻，過濾后的金屬液質量分散度小，過濾精度好等，不但可以濾去金屬液中大部分小至數微米的微小固體懸浮夾雜物，還可以濾去液態的熔渣和氣體。使用泡沫陶瓷過濾器過濾熔融金屬液體，還可以使金屬液的流速變得緩和有序，大大改善鑄件的顯微組織和力學性能，提高鑄件的質量和致密性，減少鑄件切削加工時刀具的磨損。實踐證明，泡沫陶瓷過濾器的過濾效率高達75～97％，因此，泡沫陶瓷過濾器已經廣泛應用在鋁、銅、鋼鐵的融體凈化中，受到越來越多的冶金、鑄造企業青睞。

近十多年來，國內外已根椐不同合金的特點，發展了多種不同材質的泡沫陶瓷過濾器，如美國專利3893917、3962081、4024056、4075303，中國專利85102359A、87101800.4、92102883.0等等。這些泡沫陶瓷過濾器以氧化鋁、氧化硅、氧化鋯、碳化硅等材料制成，可以用于過濾一般的鋁合金、銅合金、鑄鐵、鑄鋼等。

碳化硅材料由于具有高溫熱穩定性、高熱傳導性、耐酸堿腐蝕性、低膨脹系數、抗熱震性好等良好的高低溫綜合性能，使用其制作高性能結構陶瓷已經被業界廣泛認可。如利用其高硬度、耐磨損、耐酸堿腐蝕性及自潤滑性制備新一代機械密封材料、滑動軸承、耐腐蝕管道、閥片和風機葉片等，利用其高溫抗氧化、高溫強度高、蠕變性小、熱傳導性好、比重輕，被首選為諸如高溫燃氣輪機的燃燒室、渦輪的靜葉片、高溫噴嘴等熱機的耐高溫部件；利用其優良的高溫性能、高的熱導率、良好的抗熱震性能和化學穩定性，成為用于過濾高溫鑄鐵鐵水的首選材料。

但目前使用的碳化硅泡沫陶瓷過濾器還存在著高溫強度低，性能不穩定的缺點，特別是使用的磷酸鹽結合劑可以在所過濾的鐵和鐵基合金熔體中加入不合乎要求的雜質，而引起熔體的熱化學不穩定。

發明內容