[發明專利]鑄造用莫來石泡沫陶瓷過濾器及其制備方法

無效

• 申請號: 201010596190.X
• 申請日: 2010-12-20
• 公開（公告）號: CN102173856A
• 公開（公告）日: 2011-09-07
• 發明（設計）人: 丁書強;王自強;王澤華;王冬冬
• 申請（專利權）人: 中鋼集團洛陽耐火材料研究院有限公司
• 主分類號: C04B38/06
• 分類號: C04B38/06;C04B35/185;C04B35/10;C04B35/622;B01D39/20
• 代理公司: 洛陽明律專利代理事務所 41118
• 代理人: 盧洪方

技術領域

本發明涉及一種鑄造用莫來石泡沫陶瓷過濾器及其制備方法，屬于多孔陶瓷領域。

背景技術

泡沫陶瓷屬于多孔陶瓷的一個重要分支。Schwartzwalder(US?Patent?No.3090094)在1963年發明了用于制備泡沫陶瓷的有機泡沫浸漬工藝，由此開辟了泡沫陶瓷在現代工業中大規模研究和應用的新局面。1978年，美國研究人員利用該工藝，以氧化鋁、高嶺土等為原料，率先研制成功適用于鋁合金鑄造用的多孔陶瓷，它可以顯著提高鑄件的質量，降低廢品率。之后，很多國家開始開展泡沫陶瓷的研究，先后開發出多種材質和氣孔結構、各種系列孔徑分布、適合不同用途的泡沫陶瓷材料，技術裝備和生產工藝日益先進，產品已形成系列化和標準化，泡沫陶瓷最終發展成為一個新興產業。

除了具備陶瓷材料的耐高溫、耐腐蝕、低熱膨脹系數等性能外，泡沫陶瓷還具有多孔材料的低密度、高比表面、高滲透率等優點，因此，泡沫陶瓷在氣體與液體過濾、凈化分離、化工催化載體、吸聲減震、高級保溫材料、生物植入材料、特種墻體材料和傳感器材料等多方面得到廣泛的應用。

泡沫陶瓷的氣孔形狀與采用的成型方法密切相關。造孔劑法得到的多孔陶瓷的氣孔形狀與造孔劑的形貌比較接近，中國發明專利200510029152以石墨作為造孔劑制備了莫來石結合碳化硅多孔陶瓷，所得多孔陶瓷的抗彎強度達到20MPa以上，開口孔隙率為20～70％。發泡法制備的多孔陶瓷的氣孔形狀無規則且氣孔呈無序的隨機分布特征，中國發明專利200510035623采用電動網狀機械發泡機和空氣壓縮發泡器將陶瓷泥漿發泡后制成泡沫材料。中國發明專利200710186440以珍珠巖和蛭石作為發泡材料，粉煤灰、瓷土、長石和鋰云母作為主要原料制備了輕質泡沫陶瓷建筑板材。模板復制工藝會得到與模板結構相同的多孔結構，聚氨酯海綿浸漬法是制備泡沫陶瓷常用的模板復制工藝，首先使海綿浸漬于陶瓷漿料中充分吸漿，然后通過擠壓和離心作用使海綿孔隙中的多余漿料去除，保證陶瓷漿料僅掛附在海綿孔筋上，然后干燥、高溫燒結，從而使海綿燒除、陶瓷粉燒結，得到與海綿結構一致的泡沫陶瓷。晉城市富基新材料有限公司采用此工藝先后開發了氧化鋁、碳化硅、氧化鋯和氧化鎂質的泡沫陶瓷過濾器(中國發明專利ZL200710139289、ZL200710139286、ZL200710139288和ZL200710139287)。

根據材質的不同，泡沫陶瓷分為氧化鋁質、莫來石質、氧化鋯質、氧化鎂質等。目前，在國內外泡沫陶瓷的研究和生產中，還很少涉及莫來石質的泡沫陶瓷。莫來石(3Al₂O₃·2SiO₂)是Al₂O₃-SiO₂體系在常壓下唯一穩定存在的晶態化合物，且組成存在一定的固溶范圍(氧化鋁摩爾含量為58.5～62.6％)。莫來石具有耐高溫蠕變性能好、高溫強度高、耐化學腐蝕等優異性能，因此它是優良的泡沫陶瓷候選材質。在生產莫來石泡沫陶瓷過濾器時可選用鋁含量為40～80％的鋁礬土作為原料，這類天然鋁礬土的價格大大低于工業的氧化鋁、碳化硅等原料。此外，莫來石泡沫陶瓷的燒結溫度也低于氧化鋁泡沫陶瓷，這將大大降低產品燒結過程中的能量消耗。因此，以天然鋁礬土為原料制備莫來石泡沫陶瓷過濾器將會收到顯著的經濟效益和社會效益。

發明內容

本發明的目的是提供一種鑄造用莫來石泡沫陶瓷過濾器，它對金屬熔液中的夾雜物具有良好的過濾、吸附作用，可廣泛用于鋁、鋁合金、銅、鐵等熔融溫度低于1550℃的金屬鑄造時的過濾凈化以及整流，從而大大提高鑄件質量和成品率。

本發明的另一個目的是提供上述鑄造用莫來石泡沫陶瓷過濾器的制備方法，采用低成本的天然鋁礬土作為主要原料，通過控制成型工藝和燒結制度，得到抗熱沖擊和耐熔融金屬侵蝕性能優異的莫來石泡沫陶瓷過濾器。

本發明的鑄造用莫來石泡沫陶瓷過濾器以莫來石作為主要物相，莫來石相含量應不少于50wt％，該泡沫陶瓷過濾器的化學組成中含有40～80wt％的Al₂O₃、10～50wt％的SiO₂和1～10wt％的堿土金屬氧化物，且具有相互連通的網眼多孔結構。由于所選用天然鋁礬土原料的化學組成不同、添加輔料的種類和添加量的不同以及燒結溫度的變化，該泡沫陶瓷中還含有少量的剛玉、石英、方石英和玻璃相等。由于在制備工藝中采用聚氨酯海綿泡沫作為模板，因此，該泡沫陶瓷具有與海綿類似的多孔結構。