摘要本文詳細(xì)介紹了泡沫陶瓷過濾器的生產(chǎn)工藝，并簡單介紹了其過濾機(jī)理。對海綿加工、漿料調(diào)節(jié)及產(chǎn)品燒結(jié)等生產(chǎn)工序分別作了闡述，并提出了生產(chǎn)過濾器的技術(shù)要求和鑄造使用過程中的注意事項(xiàng)。

關(guān)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(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和高孔隙率特征。由于泡沫陶瓷的這種特殊結(jié)構(gòu)，使其具有密度小、氣孔率高、比強(qiáng)度高、抗熱震性好、耐高溫等優(yōu)點(diǎn)。因此泡沫陶瓷被廣泛應(yīng)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(qiáng)體材料和傳感器等多方面[1，2]。

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

2泡沫陶瓷的生產(chǎn)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(jié)劑、助燒結(jié)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(jīng)高溫?zé)Y(jié)而成[4]。這種工藝又稱為有機(jī)泡沫浸漬法，是目前國內(nèi)較為成熟的生產(chǎn)工藝。

2.1 工藝流程

泡沫陶瓷的生產(chǎn)工藝流程見下圖。

2.1.1 海綿加工工序

所用的有機(jī)泡沫多指聚氨酯多孔海綿，按不同孔徑進(jìn)行分類，有10PPi、15PPi、20PPi、30PPi等。海綿的網(wǎng)孔分類與產(chǎn)品網(wǎng)孔的分類卻不盡相同，一般來說，PPi（Pore Per Inch，每英寸的孔數(shù)）數(shù)值越大，對應(yīng)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(guān)鍵。首先是海綿的選擇，由于每個海綿泡體可能網(wǎng)孔不一，即使同一批海綿，加工前也一定要仔細(xì)核對網(wǎng)孔標(biāo)準(zhǔn)；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(diào)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(chǎn)品能均勻上漿，達(dá)到所規(guī)定的上漿重量。因?yàn)檫@都是保證產(chǎn)品強(qiáng)度與通孔率合格的前提。調(diào)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(zhǔn)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(diào)好的漿料在輥壓機(jī)上均勻涂敷成坯體。對于不同網(wǎng)孔的海綿制品需要不同稠度的漿料來上漿，否則達(dá)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(fā)掉，一般控制在1.0%以下即可。對于較大規(guī)格的產(chǎn)品，需要控制好干燥的環(huán)境，如溫度、濕度等，以防止出現(xiàn)干燥變形與裂紋缺陷。

2.1.6 燒成工序

燒成工序是生產(chǎn)中最后一道的工序，由于配方的改進(jìn)，考慮到生產(chǎn)的成本，現(xiàn)在泡沫陶瓷企業(yè)大多數(shù)的SiC泡沫陶瓷燒成都不需要進(jìn)行氣氛保護(hù)，燒成溫度一般在1350～1450℃。

2.1.7 質(zhì)檢工序

泡沫陶瓷由于自身的多孔結(jié)構(gòu)，燒出的產(chǎn)品都或多或少地存在掉渣現(xiàn)象。對于鑄造廠來說，除了考慮過濾器的強(qiáng)度和網(wǎng)孔外，掉渣現(xiàn)象也是他們最關(guān)注的熱點(diǎn)問題。因?yàn)檫^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(dǎo)致鑄件的報廢。因此，質(zhì)檢工序除了檢測外觀與內(nèi)質(zhì)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(jī)理和使用建議

3.1 泡沫陶瓷過濾器的過濾機(jī)理

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

3.1.1 濾餅效應(yīng)

復(fù)雜的泡沫陶瓷結(jié)構(gòu)，可以高效率地進(jìn)行機(jī)械擋渣，當(dāng)金屬液通過結(jié)構(gòu)復(fù)雜的泡沫陶瓷過濾器時，過濾介質(zhì)通過機(jī)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(tài)金屬的流入端。隨著夾雜物在過濾器表面上堆積數(shù)量的增多，逐漸會形成一層“濾餅”，使金屬液流道進(jìn)一步變細(xì)，因此新增的過濾介質(zhì)表面可以濾除更為細(xì)小的夾雜物，與此同時，介質(zhì)內(nèi)部也有過濾作用，在貫穿于陶瓷體的眾多小孔中，有的呈現(xiàn)微小狹縫，有的存在死角，這些變化不同的區(qū)域都是截獲夾雜物的可能位置，過濾器內(nèi)部也存在“濾餅”效應(yīng)。

3.1.2 表面效應(yīng)

當(dāng)金屬液流經(jīng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜的陶瓷體時，被分成許多細(xì)小的流股，增大了金屬液中夾雜物與過濾介質(zhì)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(yīng)

金屬液流過泡沫陶瓷過濾器時被分割成許多細(xì)小單元的流股，其直徑較小，從而使雷諾數(shù)(Re=vd/r)變小，使液流趨于層流運(yùn)動。當(dāng)金屬液處于層流狀態(tài)時，由于熔融金屬液的密度遠(yuǎn)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(jìn)行擋渣。澆注系統(tǒng)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(yùn)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(jù)合金熔點(diǎn)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(dá)不到過濾效果。

（2） 選擇相應(yīng)的網(wǎng)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(wǎng)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(wǎng)。

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

4結(jié)論

有機(jī)泡沫浸漬法是目前泡沫陶瓷過濾器應(yīng)用較廣泛的生產(chǎn)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(jìn)一步改善該工藝，提高生產(chǎn)效率、提高產(chǎn)品質(zhì)量、降低生產(chǎn)成本已成為當(dāng)前研究的重要課題。國內(nèi)泡沫陶瓷過濾器與國外相比，無論在外觀與產(chǎn)品質(zhì)量上都存在不小的差距。并且現(xiàn)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(chǎn)產(chǎn)品出口，但價格卻不理想，供貨也不穩(wěn)定。另一方面，盡快制定泡沫陶瓷過濾器國家標(biāo)準(zhǔn)，有利于泡沫陶瓷行業(yè)的發(fā)展。

今后還需進(jìn)一步加大研究、開發(fā)和應(yīng)用力度，提高泡沫陶瓷性能，完善現(xiàn)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(shí)際生產(chǎn)問題。同時開發(fā)化工、環(huán)保、節(jié)能、醫(yī)學(xué)、電子等領(lǐng)域的泡沫陶瓷。

參考文獻(xiàn)

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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