[发明专利]陶瓷过滤器

说明书

公开了一种增材制造型陶瓷过滤器。多个孔设置在单个陶瓷单元的进口表面与出口表面之间，各个所述孔具有均匀几何结构，使得所述多个孔从所述进口表面到所述出口表面均匀地改变大小。所述孔分别互连，并且对所述孔的大小、形状、取向和/或互连进行选择以提供水动力特征，所述水动力特征针对给定液体和污染物提供有效的过滤。所述孔利用优化的精确度增材制造而成。

本申请要求于2013年3月15日提交的标题为“陶瓷过滤器（Ceramic Filters）”的美国临时申请号61/800,065的优先权，其内容以引用的方式并入本文。

背景技术

存在由网状聚氨酯泡沫形成的陶瓷泡沫过滤器（CFF）。这些CFF通过如下步骤而形成：用陶瓷泥浆浸渍网状聚氨酯泡沫；通过挤压泡沫移除多余的泥浆；然后，干燥并且烧制本体，从而形成CFF。

然而，在生产CFF和应用CFF中，这些CFF产生了众多问题。在生产CFF时，因为CFF是经由网状聚氨酯泡沫形成的，所以网状聚氨酯泡沫的精确孔大小和形状难以控制。一个难点是控制一批网状聚氨酯泡沫的孔大小和形状到另一批网状聚氨酯泡沫的孔大小和形状。另外，网状聚氨酯泡沫在CFF的截面上仅仅提供一种孔大小和形状。例如，网状聚氨酯泡沫相对于CFF的深度提供单种孔大小和形状。换言之，网状聚氨酯泡沫在沿着流经CFF的液体的流动方向上提供单种孔大小和形状。

在生产CFF中的难点的另一示例中，因为烧蚀或者烧尽了位于下面的网状聚氨酯泡沫，所以CFF是脆弱的或者易碎的，并且聚氨酯泡沫流失到环境中是有害的。例如，从包围位于下面的网状聚氨酯泡沫的陶瓷排出烧蚀的网状聚氨酯泡沫，这产生了不期望的陶瓷晶须。不期望的晶须脱离CFF，产生碎屑。在另一示例中，烧蚀的网状聚氨酯泡沫产生陶瓷的中空芯部。例如，烧蚀的网状聚氨酯泡沫在陶瓷中留下空隙。陶瓷的中空芯部减弱了由此产生的CFF。

在生产CFF的难点的另一示例中，因为用陶瓷泥浆浸渍了聚氨酯泡沫，所以聚氨酯泡沫局限于最大高度或者厚度（例如，约50毫米的最大高度）。例如，聚氨酯泡沫局限于最大高度，这是因为陶瓷泥浆必须能够分散遍及聚氨酯泡沫的整个本体，并且，通过挤压聚氨酯泡沫，随后能够从聚氨酯泡沫的整个本体移除。

由多层聚氨酯泡沫形成的CFF是可能的，但是在每个层之间具有不同的界面。例如，具有第一孔大小和形状的第一层可以固定至并且通过界面连接具有第二孔大小和形状的第二层。然而，在所述两个不同层之间的界面产生不规则性，该不规则性降低了多层式CFF的性能。除了界面不规则性之外，多层式CFF也难以生产并且很昂贵。

在CFF的应用中，因为CFF是脆弱的或者易碎的，所以CFF难以更换。例如，在使用CFF的熔融铝铸件中，新的或者未使用过的CFF安装在过滤盒中，通过CFF过滤一滴或者一剂熔融铝，并且随后，移除所述一滴熔融铝所使用的或者耗费的CFF。因为CFF是脆弱的或者易碎的，所以，在一滴熔融铝之后，使用者难以将CFF从过滤盒移除。例如，使用者可能试图用工具（例如，夹子、钳子、叉等）抓取耗费的CFF来移除CFF，但是，因为CFF是脆弱的，所以CFF可能会由于工具施加到CFF上的力而断裂成多个碎片，使得CFF的移除难以进行。

在应用CFF的难点的另一示例中，因为CFF具有单种孔大小，所以对使用了CFF的熔融铝的铸造过程严格控制，以优化过滤效率。例如，由于熔融铝铸造行业所需的精细孔过滤（例如，达到80级）和高金属流动速率（例如，达到19毫米/秒），对过滤系统的操作参数（例如，过滤系统预热、过滤系统碗（bowl）设计、过滤系统碗大小设计等）严格控制，以确保实现最佳过滤效率。另外，对正确的CFF大小和等级严格控制，以确保实现最佳过滤效率。