[发明专利]碳化硅质泡沫陶瓷过滤器

说明书

技术领域

本发明涉及熔融金属的净化，具体涉及泡沫陶瓷过滤器。更具体地说，本发明涉及含有碳化硅作为陶瓷组分的泡沫陶瓷过滤器，本发明制备的过滤器用于铁金属熔体的过滤净化处理。

背景技术

在各种金属液态合金的熔炼和浇注过程中，由于非金属夹杂物和缩气孔等铸造缺陷导致的铸件废品率一般高达废品总数的50～60％。夹杂缺陷不仅严重降低铸件的机械性能和铸造性能，也对铸件的切削加工及外观产生有害影响。净化液态铸造合金，减少或消除其中的各种非金属夹杂物和排气，无疑是获得高质量铸件的重要技术措施。

过滤技术应用于铸造生产已有几十年的历史，但最初仅仅是用铁丝网、带孔的钢板、多孔泥芯等简单的过滤器插入浇注系统中来滤除大块夹杂物。从六十年代起，在俄、美、英、中等国家陆续出现了硅酸铝纤维质、钼丝质、氮化硼纤维质等两维结构型内过滤网，并在生产中得到应用，取得了一定效果。但是，所有这些过滤网只能通过机械筛分作用滤除金属液中的大块夹杂物和极少数小夹杂物。由于硅酸铝纤维过滤网的耐火度和强度均较低，只能用于有色合金、铸铁和小型铸钢件的过滤，难以长时间地承受高温金属流体的冲击；英国研制的钼丝质和美国研制的氮化硼纤维质过滤网虽能用于过滤铸钢等高温合金，但因其价格昂贵，使其应用受到限制。用于铸造合金过滤的还有直孔芯型陶瓷过滤器和耐火颗粒过滤器，但它们的孔隙率均较小，而且前者的过滤效率仍较低，过滤效果不稳定，后者由于颗粒间无粘结作用，使其易漏粒，使用也不方便。七十年代初美国最先研制成功的烧结型多孔陶瓷过滤器虽然解决了耐火颗粒过滤器易漏粒和使用不方便的问题，但与八十年代初美国最先研制成功的蜂窝直孔陶瓷过滤器一样，孔隙率仍然较小，一般小于50％，使得金属液的过流率较低。

泡沫陶瓷过滤器是继耐火纤维过滤网、蜂窝直孔陶瓷过滤器之后的第三代过滤产品，最早的泡沫陶瓷过滤器是1978年美国Consolidated Aluminum公司研制成功的铝合金用泡沫陶瓷过滤器，其商品名为Selee/Al。1984年又研制出了用于过滤黑色金属的泡沫陶瓷过滤器Selee/Fe。国内铸造合金用泡沫陶瓷过滤器的发展始于八十年代初，哈尔滨理工大学于1982年最早研制成功的泡沫陶瓷过滤器只能用于铝合金的过滤。

泡沫陶瓷过滤器是采用聚氨酯泡沫塑料为载体，将其浸入由陶瓷粉末、黏结剂、助烧结剂、悬浮剂等制成的浆料中，然后挤掉多余浆料，使陶瓷浆料均匀涂敷于载体骨架成为坯体，再把坯体烘干并经高温焙烧而成。泡沫陶瓷过滤器具有与泡沫塑料相似的孔隙结构，通孔率达85～90％。

由于独特的三维立体网状结构所具有的特殊过滤净化机理(机械拦截；排气整流浮渣；细微夹渣深层吸附)，泡沫陶瓷过滤器的净化效果是耐火纤维过滤网和蜂窝直孔陶瓷过滤片不可比拟的，它的特点是刚性骨架结构均匀，过滤后的金属液质量分散度小，过滤精度好等，不但可以滤去金属液中大部分小至数微米的微小固体悬浮夹杂物，还可以滤去液态的熔渣和气体。使用泡沫陶瓷过滤器过滤熔融金属液体，还可以使金属液的流速变得缓和有序，大大改善铸件的显微组织和力学性能，提高铸件的质量和致密性，减少铸件切削加工时刀具的磨损。实践证明，泡沫陶瓷过滤器的过滤效率高达75～97％，因此，泡沫陶瓷过滤器已经广泛应用在铝、铜、钢铁的融体净化中，受到越来越多的冶金、铸造企业青睐。

近十多年来，国内外已根椐不同合金的特点，发展了多种不同材质的泡沫陶瓷过滤器，如美国专利3893917、3962081、4024056、4075303，中国专利85102359A、87101800.4、92102883.0等等。这些泡沫陶瓷过滤器以氧化铝、氧化硅、氧化锆、碳化硅等材料制成，可以用于过滤一般的铝合金、铜合金、铸铁、铸钢等。

碳化硅材料由于具有高温热稳定性、高热传导性、耐酸碱腐蚀性、低膨胀系数、抗热震性好等良好的高低温综合性能，使用其制作高性能结构陶瓷已经被业界广泛认可。如利用其高硬度、耐磨损、耐酸碱腐蚀性及自润滑性制备新一代机械密封材料、滑动轴承、耐腐蚀管道、阀片和风机叶片等，利用其高温抗氧化、高温强度高、蠕变性小、热传导性好、比重轻，被首选为诸如高温燃气轮机的燃烧室、涡轮的静叶片、高温喷嘴等热机的耐高温部件；利用其优良的高温性能、高的热导率、良好的抗热震性能和化学稳定性，成为用于过滤高温铸铁铁水的首选材料。

但目前使用的碳化硅泡沫陶瓷过滤器还存在着高温强度低，性能不稳定的缺点，特别是使用的磷酸盐结合剂可以在所过滤的铁和铁基合金熔体中加入不合乎要求的杂质，而引起熔体的热化学不稳定。

发明内容