摘 要：本文介紹了一種以氧化鋁為材質(zhì)的雙層泡沫陶瓷過(guò)濾板的研制，其具備上層網(wǎng)孔大、下層網(wǎng)孔小的雙層過(guò)濾特征。文中詳細(xì)介紹了該雙層氧化鋁泡沫陶瓷過(guò)濾板的制備工藝。通過(guò)實(shí)驗(yàn)，對(duì)普通泡沫陶瓷過(guò)濾板與高性能雙層泡沫陶瓷過(guò)濾板的海綿性能、漿料性能、成品性能以及過(guò)濾性能分別進(jìn)行了比較分析，從而獲得了較為優(yōu)化的高性能雙層泡沫陶瓷過(guò)濾板制備技術(shù)。

關(guān)鍵詞：雙層；氧化鋁；泡沫陶瓷

1 前 言

泡沫陶瓷的發(fā)展始于20世紀(jì)70年代，它是一種具有三維空間網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的高孔隙率的多孔陶瓷材料。其孔徑從0.1mm～3mm不等，孔隙范圍在65%～85%之間，使用溫度可以從常溫一直到1600℃[1，2]，其本身材質(zhì)猶如鋼化的泡沫塑料或瓷化的海綿體[3]。

泡沫陶瓷作為第三代過(guò)濾器，發(fā)展已有30多年歷史，生產(chǎn)和研發(fā)大多以材質(zhì)上的變化為主，如氧化鋁、碳化硅、氧化鋯、氧化鎂、堇青石等，結(jié)構(gòu)上作出改變則很少。雙層泡沫陶瓷過(guò)濾板是在原有產(chǎn)品上實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)層次上的變化，即上層網(wǎng)孔大，下層網(wǎng)孔小。在一塊過(guò)濾板上同時(shí)擁有2種不同PPI網(wǎng)孔，從而實(shí)現(xiàn)過(guò)濾范圍更廣、過(guò)濾精度更高的特點(diǎn)。相比于傳統(tǒng)的泡沫陶瓷過(guò)濾板，組合雙層泡沫陶瓷具有更加優(yōu)異的理化性能和更加好的過(guò)濾效果，能夠很好地簡(jiǎn)化澆注系統(tǒng)，在一塊過(guò)濾板上達(dá)到兩塊的凈化效果。這對(duì)于國(guó)內(nèi)許多精密鑄件廠家來(lái)說(shuō)，迎合了他們對(duì)澆注鑄造過(guò)程中的更高需求[4，5]。

2 實(shí)驗(yàn)過(guò)程

2.1 實(shí)驗(yàn)原料及配比

實(shí)驗(yàn)雙層泡沫陶瓷過(guò)濾板采用氧化鋁材質(zhì)，調(diào)整配方和工藝參數(shù)后，也同樣適用于碳化硅、氧化鋯等材質(zhì)。實(shí)驗(yàn)選用無(wú)錫鴻泰的4微米級(jí)煅燒α-氧化鋁。其它陶瓷原料有白剛玉、高嶺土、長(zhǎng)石、硅微粉和滑石粉，各種原料均為微米級(jí)細(xì)粉，配方的粘結(jié)劑選用自己配置的磷酸二氫鋁溶液。

2.1.1原料配方

為了充分提高漿料的觸變性和液相均勻性，滿(mǎn)足雙層網(wǎng)孔對(duì)漿料的需求，實(shí)驗(yàn)采用先干混后濕混的工藝[6]。先將各種干粉原料按配比稱(chēng)量，再將其按順序放入機(jī)械混料機(jī)內(nèi)混合1～2h后出料。將干混好的粉料加入磷酸二氫鋁溶液，攪拌調(diào)成漿料。實(shí)驗(yàn)采用的原料配方及原料顆粒要求見(jiàn)表1。

2.1.2粘結(jié)劑配方

為了更好地控制實(shí)驗(yàn)結(jié)果，實(shí)驗(yàn)采用自行配置磷酸二氫鋁為粘結(jié)劑。即將稱(chēng)量好的水及磷酸倒入搪瓷盆內(nèi)，加熱至沸騰，再將稱(chēng)量好的氫氧化鋁倒入，反應(yīng)充分至液體澄清。粘結(jié)劑配方見(jiàn)表2。

2.2 工藝流程

組合雙層泡沫陶瓷過(guò)濾板，比較普通的泡沫陶瓷過(guò)濾板主要體現(xiàn)在結(jié)構(gòu)上的差異，即上層網(wǎng)孔大，下層網(wǎng)孔小。這樣的不同網(wǎng)孔結(jié)構(gòu)，使其使用功能上具備較為優(yōu)越的性能。為了更好地實(shí)現(xiàn)組合雙層的效果，實(shí)驗(yàn)采用了斜角疊加工藝，即將不同網(wǎng)孔的海綿以17°的斜角切削，網(wǎng)孔大的底面剛好與網(wǎng)孔小的表面相接，形成一塊斜角為17°的雙層過(guò)濾板。實(shí)驗(yàn)工藝流程如圖1所示[7]。

2.3 性能測(cè)試

按照上述配方及工藝制備的組合雙層氧化鋁泡沫陶瓷過(guò)濾板樣品，送往國(guó)家輕工業(yè)陶瓷耐火材料質(zhì)量監(jiān)督檢測(cè)中心檢驗(yàn)，檢測(cè)指標(biāo)有體積密度、通孔率、常溫抗折抗壓強(qiáng)度以及抗熱震性。檢測(cè)依據(jù)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)有GB/T4740-1999、GB/T4741-1999和JC/T895-2001等。

3 結(jié)果與討論

3.1 疊加雙層網(wǎng)孔海綿的性能

實(shí)驗(yàn)選用的泡沫海綿為聚氨酯多孔網(wǎng)狀海綿，海綿為我司自主研發(fā)的專(zhuān)業(yè)用于生產(chǎn)泡沫陶瓷過(guò)濾板（專(zhuān)利號(hào)：201110311946.6）的產(chǎn)品。該海綿發(fā)泡的原料為甲苯二異氰酸酯、聚醚多元醇、二氯甲烷和辛酸亞錫等。通過(guò)調(diào)整聚醚多元醇的含量，控制網(wǎng)孔經(jīng)絡(luò)的粗細(xì)及彈性，從而達(dá)到疊加網(wǎng)孔海綿性能的要求。海綿網(wǎng)孔性能對(duì)比見(jiàn)表3。

通過(guò)采用斜角疊加，使得上漿后2塊不同網(wǎng)孔海綿能夠完整地結(jié)合。結(jié)合后的泡沫陶瓷過(guò)濾板經(jīng)過(guò)干燥工序，便能實(shí)現(xiàn)相互粘結(jié)成為一體，再經(jīng)過(guò)高溫?zé)Y(jié)，最后制得雙層泡沫陶瓷過(guò)濾板。示意圖如圖2所示。

由表3可知，聚氨酯多孔海綿的密度、通孔率、熔點(diǎn)、彈性以及強(qiáng)度對(duì)于不同結(jié)構(gòu)的泡沫陶瓷，要求也不盡相同。對(duì)用于雙層泡沫陶瓷過(guò)濾板結(jié)構(gòu)的聚氨酯海綿，其各項(xiàng)性能都要比單層的高。因?yàn)橐咸厥獾寞B加工藝要求，所以雙層泡沫陶瓷對(duì)海綿的要求更為苛刻。

3.2 配料后氧化鋁陶瓷的漿料性能

實(shí)驗(yàn)制備的是氧化鋁材質(zhì)的雙層泡沫陶瓷過(guò)濾板。對(duì)于氧化鋁陶瓷漿料，應(yīng)具有很好的觸變性和粘結(jié)性。因?yàn)樗枰瑫r(shí)滿(mǎn)足大網(wǎng)孔海綿的上漿要求，又要滿(mǎn)足小網(wǎng)孔海綿的上漿要求。對(duì)相同配方，采用濕混、干混和濕混結(jié)合兩種不同制漿工藝，得到的漿料性能及上漿的效果不一樣。不同工藝下漿料及上漿效果的對(duì)比見(jiàn)表4。

從表4中可以看出，相同配方，不同制漿工藝，漿料的密度、含水率等指標(biāo)不一樣，對(duì)漿料上漿后的影響也不一樣。選擇干混和濕混制漿工藝，可以獲得密度為2.5g/cm3、含水率為16.8%和良好觸變性的漿料，并獲得較佳的上漿效果。

3.3 燒結(jié)后成品性能

將實(shí)驗(yàn)制備的雙層氧化鋁泡沫陶瓷過(guò)濾板樣品，送往國(guó)家輕工業(yè)陶瓷耐火材料質(zhì)量監(jiān)督檢測(cè)中心檢驗(yàn)，檢驗(yàn)號(hào)為（2012）委字第0615號(hào)。檢測(cè)的性能滿(mǎn)足國(guó)家建材標(biāo)準(zhǔn)JC/T895-2001的要求。檢測(cè)性能指標(biāo)與建材性能指標(biāo)對(duì)比見(jiàn)表5。

從表5中反映出來(lái)的性能指標(biāo)表明，實(shí)驗(yàn)制備的雙層氧化鋁泡沫陶瓷的各項(xiàng)理化性能指標(biāo)均滿(mǎn)足甚至高于建材行業(yè)的要求。尤其是常溫抗折和抗壓強(qiáng)度指標(biāo)達(dá)到了0.8MPa和3.4MPa，測(cè)試還增加了體積密度和抗熱震性指標(biāo)的測(cè)試，也滿(mǎn)足體積密度小于等于0.5 g/cm3、抗熱震性800℃三次不裂的企業(yè)內(nèi)部標(biāo)準(zhǔn)。這將使產(chǎn)品能夠更好地滿(mǎn)足客戶(hù)的使用要求，使用過(guò)程中更加穩(wěn)定可靠，大大減少了出現(xiàn)過(guò)濾板斷裂的風(fēng)險(xiǎn)。

3.4 過(guò)濾性能對(duì)比

采用著色處理和MATLAB軟件的圖像處理方法[8]，對(duì)相同厚度25PPI的單層泡沫陶瓷過(guò)濾板，和上層為20PPI、下層為25PPI的雙層泡沫陶瓷過(guò)濾板進(jìn)行過(guò)濾效果的檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表6。

由表6可知，鋁熔體過(guò)濾前鑄件表面缺陷率較高，達(dá)到了3%～5%。經(jīng)過(guò)單層過(guò)濾板過(guò)濾后，表面缺陷得到明顯下降，僅為0.5%～1.5%。對(duì)比單層過(guò)濾，雙層過(guò)濾效果更佳，表面缺陷率降至0.01%～0.2%。說(shuō)明對(duì)于相同網(wǎng)孔的泡沫陶瓷，雙層過(guò)濾效果比單層要好，鑄件成品率更高。

4 結(jié) 論

（1） 組合雙層泡沫陶瓷過(guò)濾板是在現(xiàn)有的單層普通泡沫陶瓷上研制出來(lái)的，結(jié)構(gòu)上呈現(xiàn)大小網(wǎng)孔的變化，并且在使用過(guò)程中，能夠?qū)崿F(xiàn)多級(jí)凈化，達(dá)到過(guò)濾范圍更廣、過(guò)濾精度更高的效果，能夠滿(mǎn)足精度更高的鑄件產(chǎn)品的需求。

（2） 以氧化鋁為材質(zhì)，通過(guò)配方及相關(guān)工藝流程，制備出了組合雙層氧化鋁泡沫陶瓷過(guò)濾板；采用網(wǎng)孔經(jīng)絡(luò)粗的海綿，并制備密度2.43 g/cm3、含水率16.5%和觸變性好的漿料，可制備出最佳的泡沫陶瓷樣品。

（3） 通過(guò)檢測(cè)，實(shí)驗(yàn)制備的組合雙層氧化鋁泡沫陶瓷過(guò)濾板具備優(yōu)于國(guó)家建材標(biāo)準(zhǔn)JC/T895-2001的理化性能；其中體積密度為0.49g/cm3、通孔率為82%、常溫抗折強(qiáng)度0.8MPa、常溫抗壓強(qiáng)度2.4MPa、抗熱震性為800℃五次不裂。

（4） 通過(guò)著色處理和MATLAB對(duì)比分析，雙層泡沫陶瓷過(guò)濾板相比單層的過(guò)濾表面缺陷要少，單層相比沒(méi)有過(guò)濾的表面缺陷要少。

參考文獻(xiàn)

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