[發明專利]陶瓷過濾器及用于形成該過濾器的方法

有效

• 申請號: 201680042785.6
• 申請日: 2016-07-21
• 公開（公告）號: CN107848900B
• 公開（公告）日: 2021-05-14
• 發明（設計）人: 羅伯特·艾倫·蓋奇;布拉德利·托馬斯·威利斯;大衛·安德魯·諾里斯;香農·弗雷德里克·福賽思;約爾格·克羅克爾
• 申請（專利權）人: 亞世科化學有限責任公司
• 主分類號: B01D39/20
• 分類號: B01D39/20
• 代理公司: 北京康信知識產權代理有限責任公司 11240
• 代理人: 張英;沈敬亭

用于過濾熔融金屬和類似物的過濾器元件由具有至少兩個層(20)的前體或模板(10)制造。每個層由三維幾何籠(22)組裝，彼此以固定關系連接。一些實施方式包括圍繞所述層的外圍構件(26)。在這些情況下，間隔物構件(28)可以跨越外圍構件從而以固定的間隔開的關系保持這些層。在其他實施方式中，能夠以固定關系連接鄰近層中的至少一些籠，提供了間隔開的關系。由以基于幾何實體的邊緣的方式連接的材料的線性區段構建這些籠。可以通過自動化技術如三維打印形成模板。如果由聚合物制造，用陶瓷漿料涂覆前體并且燒結以提供過濾器元件。

相關申請的引證

本申請是于2015年7月22日提交的美國臨時專利申請62/195372的正式申請(non-provisional)，本申請要求美國臨時專利申請62/195372的優先權。通過引證將該臨時申請結合在此，就像完全在此引述一樣。

技術領域

公開的實施方式涉及用于制備過濾器介質的方法，尤其是由陶瓷材料制備，以及尤其是使用三維打印技術制備。這樣的過濾器用于在鑄造過程中從熔融金屬中過濾熔渣(dross)、夾雜物(inclusion)等。該申請還涉及由該方法形成的過濾器。

背景技術

當澆注熔融金屬時，金屬中的一些雜質將以固態保留。這些雜質中的一些可以是熔融金屬暴露于大氣氧所形成的金屬氧化物。由于所處理的金屬的溫度以及因為基于氧化物的雜質所展示的與陶瓷材料粘附的親和性，通常使用陶瓷過濾器去除它們。鋁和鋁合金的反應性質使得它們特別有可能形成不希望的氧化物，需要進行過濾。

陶瓷過濾器也用于過濾水。然而，將陶瓷粉末形成水過濾器的技術(例如，燒結陶瓷粉末)并未用于制造針對熔融金屬的過濾器，因為水過濾器是旨在去除微米級的物質，而不是需要將熔融金屬快速通過以使其保持熔融狀態的更大流動面積的物質。

在這個領域中最近研究的一個實例是令人印象深刻的，盡管它看起來還存在顯著的問題有待解決。在Schlienger的US 8,794,298中，描述了對于提供具有良好過濾所希望的復雜路徑的陶瓷過濾器的需求。發明人指出在現有技術中，已知用陶瓷漿料滲透泡沫聚苯乙烯的球體。當燒制漿料時，聚苯乙烯將燒光，留下隨機定向絲線(ligament)的網絡，其支撐原先由球體占據的孔的彎曲的流動路徑。這種技術的缺點在于一些球體的緊密鄰近提供了使用時可能斷裂的脆性絲線，實際上使得過濾器成為夾雜物的來源。

'298專利未充分描述的另一種技術是陶瓷或聚合物顆粒的填充床，其中間隙可以提供路徑，雖然路徑基本上沒有孔。該方案留下了不希望的百分比的被顆粒占據的過濾器體積。'298專利中教導的方案是提供三維“工程化和電子限定的幾何圖形”，其中絲線的孔徑、彎曲度和最小直徑被預定，盡管并未提供這些細節。使用三維預定的幾何圖形作為模板，'298專利描述了通過選擇性激光活化包含陶瓷材料并且是可光聚合的樹脂，使用立體平板印刷技術形成網狀網絡。然后，通過已知技術(包括燒光)將聚合物-陶瓷復合材料網絡還原為陶瓷。

用于制備具有擁有互連孔的三維網狀骨架結構的陶瓷過濾器元件的一些早期技術是用陶瓷漿料浸漬沒有空膜(cell membrane)的網狀合成樹脂泡沫(如Tanuma的US 6,203,593中教導的)。在'593專利中的每種情況下，在用陶瓷浸漬之前，將網狀樹脂泡沫成形為圓柱形狀，使得提供的所有的陶瓷過濾器元件具有無阻礙的軸向流動路徑以及通過在圓柱形元件的徑向方向上流動產生任何過濾活性。這表明在將陶瓷漿料滲入網狀聚合物泡沫時存在大量的難題。

因此，現有技術的未滿足的優點是提供用于去除熔融金屬傾倒物中雜質的陶瓷過濾器元件，其中該過濾器元件具有彎曲度和結構穩定性的適當平衡。

發明內容

通過以下更詳細描述和顯示的設備和方法提供了這種和其他為滿足的益處。

通過用于過濾熔融金屬的設備的前體滿足了一些未滿足的優點。該設備具有過濾器元件的至少兩個層，過濾器元件的每個層包括以固定的彼此關系連接的多個三維幾何籠。