[發明專利]一種孔隙漸變可控的多孔陶瓷過濾器及其制備方法

在審

• 申請號: 202010786231.5
• 申請日: 2020-08-07
• 公開（公告）號: CN111957092A
• 公開（公告）日: 2020-11-20
• 發明（設計）人: 劉子彬;宋長輝;陳永琪
• 申請（專利權）人: 華南理工大學
• 主分類號: B01D29/50
• 分類號: B01D29/50;C04B35/622;C04B35/10;C04B38/00;B33Y70/10;B33Y10/00
• 代理公司: 廣州市華學知識產權代理有限公司 44245
• 代理人: 鄭浦娟

本發明公開了一種孔隙漸變可控的多孔陶瓷過濾器及其制備方法，多孔陶瓷過濾器采用由計算機輔助設計得到的孔隙漸變的變梯度桁架過濾結構，采用配制的光敏樹脂?陶瓷粉末混合漿料，3D打印成型。多孔陶瓷過濾器每層級的節點分布密度按照自上而下的層級順序逐漸增加，每層級對應的三維孔洞體積按照自上而下的層級順序逐漸縮小，由此可達到分級過濾、不易堵塞的過濾效果。此外，變梯度桁架過濾結構由雙倒金字塔單元支柱結構組成，并且下一層級雙倒金字塔單元支柱結構對上一層級雙倒金字塔單元支柱結構起到強化支撐作用，提高了多孔陶瓷過濾器的抗沖刷性能。

技術領域

本發明涉及多孔陶瓷技術領域，特別是一種孔隙漸變可控的多孔陶瓷過濾器及其制備方法。

背景技術

在金屬澆鑄領域，金屬液中的雜質對金屬鑄件的力學性能、機械性能等各項性能有著重要影響。為了獲得高性能要求的金屬鑄件，必須想方設法降低金屬液中雜質的含量。因此，隨著人們對鑄件產品性能要求的日益提高，如何去除金屬液中的雜質受到越來越多的學者的關注與研究。

在諸多去除雜質的方法中，多孔陶瓷過濾器由于具有過濾面積大，抗熱震穩定性、化學穩定性和抗金屬沖刷以及過濾效率高的特點，因此在金屬熔體過濾凈化技術中，作為一種新型高效過濾器，得到了人們的重視，目前已被廣泛應用于金屬液凈化過濾領域。多孔陶瓷按照孔隙結構還可細分為粒狀陶瓷燒結體、泡沫陶瓷和蜂窩陶瓷，且以后兩種應用居多。

泡沫陶瓷過濾器雖然具有較好的過濾效果，但其高溫強度低、抗沖擊性能差，高溫下金屬液的長時間沖擊可能會使結構破損進入金屬液中導致二次污染；另外，其孔隙不均勻無法充分發揮每個過濾孔的過濾作用；再者，泡沫陶瓷中存在不連通的孔，會造成金屬液殘留。這些缺陷限制了其在金屬鑄造領域的廣泛應用。

相對于泡沫陶瓷，蜂窩陶瓷具有很高的耐熱沖擊和耐高燒鑄溫度的特性，其直孔式的設計保證了流量和強度間的平衡，可以對金屬液進行有效過濾。然而，直孔式的設計限制了過濾雜質的大小。微孔直徑設計過大時，只能過濾粒徑較大的雜質顆粒，粒徑較小的雜質顆粒將從微孔逃逸；當直徑過小時，較大的雜質顆粒很快將孔道堵塞，大大降低了過濾的效果。另外，其較為簡單的孔型設計改變雜質顆粒運動軌跡的能力有限，這導致其對夾雜物的去除率不高。

發明內容

本發明的第一目的在于克服現有技術的缺點與不足，提供一種孔隙漸變可控的多孔陶瓷過濾器，該過濾器可實現分級過濾、不易堵塞且抗沖刷。

本發明的第二目的在于提供一種孔隙漸變可控的多孔陶瓷過濾器制備方法，該方法可快速、精確地制成孔隙漸變可控的多孔陶瓷過濾器。

本發明的第一目的通過下述技術方案實現：一種孔隙漸變可控的多孔陶瓷過濾器，包括多孔陶瓷過濾器外壁和位于多孔陶瓷過濾器外壁內的多孔陶瓷變梯度桁架過濾結構，變梯度桁架過濾結構分為多個層級，每一層級的桁架過濾結構由多個雙倒金字塔單元支柱結構組成，下一層級的雙倒金字塔單元支柱結構體積小于上一層級的雙倒金字塔單元支柱結構體積，并且多個下一層級雙倒金字塔單元支柱結構連接并支撐同一個上一層級雙倒金字塔單元支柱結構；

每個雙倒金字塔單元支柱結構的端點作為桁架過濾結構的節點，每層級的節點分布密度按照自上而下的層級順序逐漸增加，每層級對應的三維孔洞體積按照自上而下的層級順序逐漸縮小。

優選的，雙倒金字塔單元支柱結構由四根桁架桿構成，四根桁架桿按照立方體的空間對角線設置并呈圓周陣列分布，每根桁架桿傾角不大于45°；四根桁架桿互為相交關系，且在每一根桁架桿的三分之一長度位置存在唯一結點。

優選的，每個雙倒金字塔單元支柱結構通過節點連接同層級中相鄰的雙倒金字塔單元支柱結構；除最下層級桁架過濾結構外，在任一層級的桁架過濾結構中，每個雙倒金字塔單元支柱結構的各下端節點均連接著四個屬于下一層級的雙倒金字塔單元支柱結構的上端節點。