[發明專利]無硼鋁合金陶瓷泡沫過濾器

有效

• 申請號: 201580025986.0
• 申請日: 2015-05-11
• 公開（公告）號: CN107001149B
• 公開（公告）日: 2021-07-13
• 發明（設計）人: 魯道夫·A·奧爾森三世;馬特·W·維勒;馬克·J·托波爾斯基
• 申請（專利權）人: 博韋爾公開有限公司
• 主分類號: C04B35/18
• 分類號: C04B35/18;C04B35/185;C04B35/63;C04B38/06;B01D39/20
• 代理公司: 北京天昊聯合知識產權代理有限公司 11112
• 代理人: 王靜;丁業平

本發明提供了一種改進的多孔陶瓷泡沫過濾器和制備該多孔陶瓷泡沫過濾器的方法。該多孔陶瓷泡沫過濾器包含28重量％?78重量％的氧化鋁；18重量％?78重量％的二氧化硅；以及1重量％?15重量％的II族氧化物。

相關申請的交叉引用

本申請要求于2015年5月15日提交的待決美國臨時專利申請No.61/993,809的優先權，其通過引用的方式并入本文。

背景技術

本發明涉及制備基本上不含硼的玻璃粘結陶瓷泡沫過濾器的改進方法、以及由此制備的陶瓷泡沫過濾器。該過濾器特別好地適用于鋁過濾，然而并不限于此。

為了制造具有可接受性能的鋁制品，如飲料罐和機身部件，鋁必須基本上不含夾雜和缺陷。當鋁在鑄造工藝開始時熔化時，其會包含氧化物、硼化物、鹽和其它外來組分，這些組分最終會在最終產品中表現為有害夾雜物。期望在固化鋁之前隨即除去這些夾雜物。這通常是通過使熔融鋁通過陶瓷泡沫過濾器來實現的。

通常用于制造陶瓷泡沫過濾器的技術稱為“海綿復制”。在該方法中，用陶瓷漿料涂覆聚氨酯泡沫，隨后干燥以形成生坯過濾器，然后燒制。在燒制期間，內部的聚氨酯泡沫蒸發并且殘留的陶瓷結合以形成陶瓷孔筋的連續網絡，由此得到積極地復制原始聚氨酯泡沫的外骨骼狀泡沫結構。

經過了20世紀80年代、20世紀90年代和21世紀初，對于鋁過濾器，所選擇的陶瓷為通過磷酸鹽基玻璃粘結的氧化鋁晶粒。這種過濾器相對容易制造并在大多數情況下工作，但是偶爾這些過濾器會發生機械故障和金屬侵蝕。據認為機械故障是由高的熱膨脹系數導致的。偶爾，當過濾器被約束在陶瓷碗(ceramic bowl)中時，過濾器會在預熱期間破裂，或者過濾器會由于不均勻的預熱和隨之而來的應力而發生災難性的破裂。金屬侵蝕通常是由于磷容易被鎂和鋁還原導致的。這兩種故障類型最終都會導致不期望的陶瓷顆粒進入下游產品。

如在共同轉讓的美國專利No.8,518,528中所描述的，本領域的當前狀態的陶瓷泡沫過濾器采用硼系玻璃來粘結呈陶瓷泡沫整料(monolith)形式的藍晶石晶粒。先前的研究表明硼是該過濾器結構的非常必要的組分，其在引入流動的高Mg含量的熔融鋁合金時，起到了保護藍晶石晶粒并防止陶瓷的腐蝕和侵蝕的功能。雖然硼系玻璃粘結的過濾器已經取得了很大的成功，但是硼的存在使制造工藝大大地復雜化，并且由于對過濾器的需求不斷增長，這個問題日益加劇。

氧化硼是陶瓷制造工藝中的難以處理的材料。無水氧化硼非常吸濕并且將從大氣中吸收水以轉化成硼酸(H₃BO₃或B₂O₃·3H₂O)。為了避免與轉化速率相關的不確定性，氧化硼通常以硼酸的形式使用。不幸的是，額外的水的重量增加了材料的材料處理方面并且增加了工藝的額外成本。硼酸在水中具有約6克/100cm³的高溶解度。在干燥時，一些溶解的硼酸攜帶有蒸發的水，并且隨后當水蒸氣冷卻時而沉淀為細粉塵。這種含硼的粉塵必須通過內嵌于干燥器排氣器(dryer exhaust)中的集塵器捕獲。這種細粉塵的有效處理和捕獲是具有挑戰性且昂貴的工藝。

硼是優異的有機材料交聯劑，由此使有機粘合劑與含有溶解的硼酸的漿料不相容。這限制了主體可實現的生坯強度。可以將氧化硼以玻璃料這種溶解性較低的形式引入到漿料中，但是與其它陶瓷粉末相比，這種類型的材料相對昂貴，并且這種類型的玻璃料不具有足夠低的溶解度以抑制有機粘合劑的交聯。

氧化硼在約450℃的相當低的溫度下熔化。在燒制過程中，一些氧化硼可以從過濾器中滲出并粘到定型機和輥上。然后，所得的累積可能造成隨后的過濾器中的缺陷，從而使得過濾器不可用。

由于這些問題，存在相當大的動機來制造在熱機械性質和耐腐蝕性方面具有與硼玻璃粘結過濾器相同性能的新型陶瓷過濾器配制物，而在玻璃質粘合劑相中基本上不含硼。由于預期需要存在保護晶粒的硼系玻璃殼，所以此前認為是困難的。