鑄造用泡沫陶瓷過濾器的生產工藝

摘要本文詳細介紹了泡沫陶瓷過濾器的生產工藝，并簡單介紹了其過濾機理。對海綿加工、漿料調節及產品燒結等生產工序分別作了闡述，并提出了生產過濾器的技術要求和鑄造使用過程中的注意事項。

關鍵詞泡沫陶瓷，鑄造，過濾器

1前 言

泡沫陶瓷是多孔材料的一種，它具備三維立體網絡結構和高孔隙率特征。由于泡沫陶瓷的這種特殊結構，使其具有密度小、氣孔率高、比強度高、抗熱震性好、耐高溫等優點。因此泡沫陶瓷被廣泛應用在氣體液體過濾、凈化分離、化工催化、吸聲減震、高級保溫材料、生物植入材料以及特種強體材料和傳感器等多方面[1，2]。

鑄造是泡沫陶瓷過濾器應用最為廣泛的行業之一。它的作用是使紊亂、翻騰的金屬液經過泡沫陶瓷蜂窩孔后變得平穩、均勻、干凈，從而大大降低由于非金屬夾雜物等鑄造缺陷導致的鑄件廢品率，節約生產成本[3]。

2泡沫陶瓷的生產工藝

泡沫陶瓷過濾器(CFF，即Ceramic FoamFilter) 是采用聚氨酯泡沫塑料為載體，將其浸入到由陶瓷粉末、粘結劑、助燒結劑、懸浮劑等制成的料漿中，然后擠掉多余漿料，使陶瓷漿料均勻涂敷于載體骨架從而形成坯體，再把坯體烘干并經高溫燒結而成[4]。這種工藝又稱為有機泡沫浸漬法，是目前國內較為成熟的生產工藝。

2.1 工藝流程

泡沫陶瓷的生產工藝流程見下圖。

2.1.1 海綿加工工序

所用的有機泡沫多指聚氨酯多孔海綿，按不同孔徑進行分類，有10PPi、15PPi、20PPi、30PPi等。海綿的網孔分類與產品網孔的分類卻不盡相同，一般來說，PPi（Pore Per Inch，每英寸的孔數）數值越大，對應孔徑越小，過濾的夾雜物也越小。

海綿加工工序作為頭道工序，也非常關鍵。首先是海綿的選擇，由于每個海綿泡體可能網孔不一，即使同一批海綿，加工前也一定要仔細核對網孔標準；其次是海綿切削的尺寸要精確；最后是加工好的海綿制品保證無傾斜。

2.1.2 調漿工序

配方的選擇必須要保證漿料稠度與流動性的最佳狀況，才能保證上漿過程產品能均勻上漿，達到所規定的上漿重量。因為這都是保證產品強度與通孔率合格的前提。調好的漿料通過其比重和稠度來判斷其使用性能。

2.1.3 海綿改性工序

海綿改性是為上漿工序作準備，提高海綿的掛漿性能，使上漿均勻。

2.1.4 浸漬上漿工序

將改性好的干燥海綿制品，通過調好的漿料在輥壓機上均勻涂敷成坯體。對于不同網孔的海綿制品需要不同稠度的漿料來上漿，否則達不到上漿的效果。

2.1.5 干燥工序

干燥工序主要是讓上好漿的半成品將水分揮發掉，一般控制在1.0%以下即可。對于較大規格的產品，需要控制好干燥的環境，如溫度、濕度等，以防止出現干燥變形與裂紋缺陷。

2.1.6 燒成工序

燒成工序是生產中最后一道的工序，由于配方的改進，考慮到生產的成本，現在泡沫陶瓷企業大多數的SiC泡沫陶瓷燒成都不需要進行氣氛保護，燒成溫度一般在1350～1450℃。

2.1.7 質檢工序

泡沫陶瓷由于自身的多孔結構，燒出的產品都或多或少地存在掉渣現象。對于鑄造廠來說，除了考慮過濾器的強度和網孔外，掉渣現象也是他們最關注的熱點問題。因為過濾器本身就是用來過濾夾雜物的，而自身的掉渣卻會起到相反的作用，從而導致鑄件的報廢。因此，質檢工序除了檢測外觀與內質的合格外，清理掉渣也十分必要。

3鑄造用泡沫陶瓷的過濾機理和使用建議

3.1 泡沫陶瓷過濾器的過濾機理

泡沫陶瓷過濾器通過對金屬液的三種物理化學作用來分離液態鑄造合金中的夾雜物，從而達到凈化金屬液的效果[5～6]。

3.1.1 濾餅效應

復雜的泡沫陶瓷結構，可以高效率地進行機械擋渣，當金屬液通過結構復雜的泡沫陶瓷過濾器時，過濾介質通過機械分離作用，把大于過濾器表面孔徑的夾雜物濾除，并使之沉淀在過濾器液態金屬的流入端。隨著夾雜物在過濾器表面上堆積數量的增多，逐漸會形成一層“濾餅”，使金屬液流道進一步變細，因此新增的過濾介質表面可以濾除更為細小的夾雜物，與此同時，介質內部也有過濾作用，在貫穿于陶瓷體的眾多小孔中，有的呈現微小狹縫，有的存在死角，這些變化不同的區域都是截獲夾雜物的可能位置，過濾器內部也存在“濾餅”效應。

3.1.2 表面效應

當金屬液流經結構復雜的陶瓷體時，被分成許多細小的流股，增大了金屬液中夾雜物與過濾介質的接觸面積及接觸幾率，由于過濾器表面是極微小的凹凸面，凹塊尺寸約為1～10μm ，對夾雜物有靜電吸附和粘附截流作用。

3.1.3 整流效應

金屬液流過泡沫陶瓷過濾器時被分割成許多細小單元的流股，其直徑較小，從而使雷諾數(Re=vd/r)變小，使液流趨于層流運動。當金屬液處于層流狀態時，由于熔融金屬液的密度遠大于夾雜物的密度，因此夾雜物有充分的時間被上浮除去，也即泡沫陶瓷過濾器能輔助橫澆道進行擋渣。澆注系統中放置過濾器后，金屬液流動的阻力增加，在橫澆道中流動的金屬液容易形成充滿運動，并使流速降低， 有利于夾雜物上浮， 并滯留在橫澆道頂面。

3.2 泡沫陶瓷過濾器的使用建議

（1） 根據合金熔點來選用合適材料的過濾片，以免溫度過高，損壞過濾片功能，達不到過濾效果。

（2） 選擇相應的網孔，凈化效果要與鑄件要求相配。

（3） 澆鑄溫度盡量采用工藝上限，以增加金屬流動性。

（4） 過濾網水平放置在交口杯下或分型面上時，澆鑄高度不能超過20cm，最好金屬液沖在交口杯壁，不直接沖向過濾網。

（5） 過濾片須輕拿輕放。不用時，放在干燥通風處，以免吸潮影響過濾片的強度。

4結論

有機泡沫浸漬法是目前泡沫陶瓷過濾器應用較廣泛的生產工藝。但隨著市場競爭的加劇、原材料價格的上升等因素影響，如何進一步改善該工藝，提高生產效率、提高產品質量、降低生產成本已成為當前研究的重要課題。國內泡沫陶瓷過濾器與國外相比，無論在外觀與產品質量上都存在不小的差距。并且現有的品種單一，只能占有部分中低檔市場。雖然也有泡沫陶瓷國產產品出口，但價格卻不理想，供貨也不穩定。另一方面，盡快制定泡沫陶瓷過濾器國家標準，有利于泡沫陶瓷行業的發展。

今后還需進一步加大研究、開發和應用力度，提高泡沫陶瓷性能，完善現有的制造工藝，徹底解決鑄鋼、高溫合金和連鑄用中高檔泡沫陶瓷的實際生產問題。同時開發化工、環保、節能、醫學、電子等領域的泡沫陶瓷。

參考文獻

1 靳洪允.泡沫陶瓷材料的研究進展[J].現代技術陶瓷，2005(3):33～35

2 陳漢添.氧化鋯基泡沫陶瓷的工藝原理及性能表征[J].陶瓷，2006(6):16

3 馮勝山，陳巨喬.泡沫陶瓷過濾器的研究現狀和發展趨勢[J]. 耐火材料，2002，36(4):235～239

4 Sutton WH，et al.Development of Ceramic Foam Materials for Filtering High Temperature Alloys[J].AFS Transactions，1985，93:171～176

5 房文斌，耿耀宏等.泡沫陶瓷過濾器過濾凈化液態金屬的機制[J].鑄造，2001，50(8):482～484

6 Wiser P F，Dutta I.Priming And Flow Through Filters[J].AFS Transactions，1986:85

The Process of Ceramic Foam Filter Used in Foundry

WangXia

（Foshan Ceramic Research InstituteFoshanGuangdong 528031）

Abstract: Production technology and filtering mechanism of ceramic foam filter was discussed in details.Foam processing，pulp conditioning and sintering processes are introduced respectively.The technical requirements of filters production and casting process are pointed out in this paper.

Keywords: foam ceramic，foundry，filter