劉 磊 畢家林 張翠敏 高琳琳

遼寧省輕工科學研究院

碳化硅質(zhì)泡沫陶瓷過濾片的研制

劉 磊 畢家林 張翠敏 高琳琳

遼寧省輕工科學研究院

質(zhì)量是全部事業(yè)的基礎.有效地控制和提高鑄造合金和鑄件的質(zhì)量已成為當今世界各國鑄造工業(yè)共同的技術發(fā)展目標。大量的實踐證明：鑄造中夾雜物及氣體對強度、疲勞拉力、耐腐蝕性、應力腐蝕、開裂性能均有重大影響。泡沫陶瓷過濾技術是一種凈化金屬溶液的新技術，它可以解決傳統(tǒng)的鑄造工藝不能去除合金中非金屬夾雜物的問題。介紹了研制碳化硅質(zhì)泡沫陶瓷過濾片的工藝過程和使用情況，總結了這種過濾片的一些特性及使用價值和推廣價值。

碳化硅陶瓷；過濾器；夾雜物

沫陶瓷過濾片具有化學穩(wěn)定性好﹑比強度高﹑耐高溫﹑抗熱震﹑比表面積大等優(yōu)點，且除渣效果好﹑操作簡便﹑易于與其他部分搭配，成本較低，因此，泡沫陶瓷過濾已成為一種常規(guī)凈化手段。泡沫陶瓷過濾器的種類很多，不同材質(zhì)的過濾器用于不同金屬液的過濾。鑄鋼一般選用氧化鋯質(zhì)的過濾器，鑄鐵﹑鑄銅用碳化硅質(zhì)的過濾器，鋁合金用氧化鋁質(zhì)的過濾器，鎂合金用氧化鎂質(zhì)的過濾器。

1 原材料及生產(chǎn)工藝

從西班牙﹑德國﹑美國引進的自動化鑄造生產(chǎn)線是為北京切諾基吉普車和豐田4Y系列車配套的，生產(chǎn)41缸體﹑缸蓋及491Q缸體和缸蓋。這幾種產(chǎn)品均屬薄壁復雜鑄件，對鑄件性能要求較高，鑄件所采用的材質(zhì)為灰鑄鐵，為滿足過濾凈化要求，泡沫陶瓷過濾片應具備如下性能：

1.1 原材料要求

(l)足夠的機械強度。泡沫陶瓷過濾片受高溫液體金屬的沖力和壓力，尤其是較大的鑄鐵件，壓頭很大，密度也很大，在安裝時與型壁接觸，易使過濾片碎渣摻入型內(nèi)，在運輸過程中，也易受振動﹑沖擊和擠壓等，為適應上述使用﹑安裝和運輸?shù)囊?，過濾片必須具備足夠的機械強度。

(2)較高的耐熱沖擊和耐沖刷性能。泡沫陶瓷過濾片開始工作時與高溫金屬溶液突然接觸.瞬間將濾片加熱，并很快加熱到金屬溶液的溫度(鐵水1400`C以上)，使之受熱膨脹。因此，濾片應具有小的熱膨脹系數(shù)及高的耐熱沖擊性能，突然受熱后不開裂。

(3)較高的耐火度。即在澆鑄溫度下過濾片不變形﹑不軟化。

(4)足夠的孔隙率及金屬液通過能力。為確保金屬溶液能順利地通過泡沫陶瓷過濾片，保證在允許的澆鑄時間內(nèi)使金屬溶液全部通過，過濾片應有良好的通過能力。

(5)較高的化學穩(wěn)定性。在高溫條件下，金屬液不能與過濾片發(fā)生化學反應，以防止污染金屬溶液。

(6)極低的發(fā)氣性。過濾片工作時，全部浸泡于金屬液中，因此不允許產(chǎn)生較多的氣體，以免造成氣孔和污染金屬液。

1.2 泡沫陶瓷的生產(chǎn)工藝

采用泡沫陶瓷進行型內(nèi)過濾及中間過程鋁合金液的過濾是一種較先進的過濾方式。目前，泡沫陶瓷過濾已廣泛地應用在鑄鋁件﹑鑄銅件和鑄鐵件上。用于過濾的泡沫陶瓷是采用特殊的發(fā)泡工藝，通過高溫燒結再經(jīng)過特殊處理來保證其通孔率。使用泡沫陶瓷過濾的基本原理是合金液在通過細密的孔道過程中，以吸附合金液中的氣體和機械攔截雜質(zhì)方式去除合金液中的夾渣，從而減少鑄件中的缺陷，達到提高鑄件外觀質(zhì)量和力學性能的目的。同時，通過泡沫陶瓷過濾裝置改變鋁液的流動方式，減少由于合金液翻滾形成的二次氧化夾雜。但如何將陶瓷過濾片固定在澆口中是操作過程中的難點，經(jīng)過仔細分析﹑設計和試驗，最后確定在鐵澆口中設計一個臺階來支撐陶瓷過濾片，并通過澆口尺寸的控制來對其進行限位固定，巧妙地解決了陶瓷過濾片固定的難題。

2 泡沫陶瓷過濾技術

2.1 過濾器的作用和機理

泡沫陶瓷過濾器的主要作用是濾除金屬液中的雜質(zhì)和氣泡，凈化金屬液，并通過過濾起到整流作用，使金屬液的流動更平穩(wěn)，防止二次氧化。

泡沫陶瓷過濾器的過濾主要通過四個方面發(fā)揮作用：①機械篩分(攔截)：去除較大顆粒的夾雜氧化物，濾出金屬液中的氣體，減少雜質(zhì)對鑄件的危害；②濾餅機制：大的顆粒夾雜氧化物聚集在過濾器上方，形成濾餅，增加了過濾器過濾小顆粒夾雜氧化物的能力；③深層過濾(化學吸附)：三維網(wǎng)狀結構，曲折彎曲的內(nèi)孔增加了其吸附細小夾雜物的機率；④整流機制：使金屬液的流動由紊流狀態(tài)變?yōu)閷恿鳡顟B(tài)，減緩流速，防止渦流，減輕金屬液的二次氧化和吸氣，提高鑄件性能。

2.2 陶瓷參數(shù)對過濾效率的影響

增加過濾體厚度可以提高過濾效率，但當過濾體泡沫微孔徑大到一定值后，增加過濾體厚度只會提高排氣負壓，而對改善過濾效率的影響不大。細密的泡沫陶瓷有利于碳煙微粒的過濾，但由于此時過濾主要集中在過濾體的入口端，微粒不能在過濾體內(nèi)較均勻地分布，容易使過濾體在加熱再生時因不均勻的熱應力而破壞，而且整個過濾體長度也不能有效地用于過濾。因此，在一定的過濾體流通截面的條件下，應合理地選擇過濾體的厚度及泡沫微孔徑，使微粒在過濾體內(nèi)盡量分布均勻，以保證過濾效率和合適的排氣背壓。另外，隨著泡沫陶瓷過濾體橫截面積的增加，過濾效率逐漸升高，這顯然是由于氣體流速下降的緣故，因為在高速氣流作用下，已沉積的微粒會發(fā)生重新分散。

3 結論

(l)研制的碳化硅質(zhì)泡沫陶瓷過濾片具有較好的高溫強度﹑耐熱沖擊性﹑化學穩(wěn)定性及通導能力，容重為0.4～0.79c/m，常溫耐壓強度為1.65MPa，孔隙率為70緯一80%，耐火度為1600℃，熱震穩(wěn)定性(1100℃～水冷)大于5次，這些指標居國內(nèi)領先地位，基本上達到了國外同類產(chǎn)品水平，另外，探索出的生產(chǎn)工藝便于批量生產(chǎn)，實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。(2)碳化硅質(zhì)泡沫陶瓷過濾片適用于鐵水的過濾凈化。不但能去除夾雜，還能明顯改善鑄件的組織結構，使鑄件硬度均勻化，從而改善加工性能，使合格率和力學性能有較大的提高，在鑄造行業(yè)推廣，可望得到顯著的經(jīng)濟效益和社會效益。(3)碳化硅質(zhì)泡沫陶瓷還可以用于有色金屬和柴油發(fā)動機尾氣凈化方面，有待于進一步研究開發(fā)。

[1] 楊瑩，陳斐，沈強，等.高強度碳化硅泡沫陶瓷的制備及其抗壓強度研究[J].稀有金屬材料與工程，2011，40(S1)：7–10.

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