高性能双层泡沫陶瓷过滤板的制备及应用研究.docVIP

PAGE PAGE 1 高性能双层泡沫陶瓷过滤板的制备及应用研究 　　摘要：本文介绍了一种以氧化铝为材质的双层泡沫陶瓷过滤板的研制，其具备上层网孔大、下层网孔小的双层过滤特征。文中详细介绍了该双层氧化铝泡沫陶瓷过滤板的制备工艺。通过实验，对普通泡沫陶瓷过滤板与高性能双层泡沫陶瓷过滤板的海绵性能、浆料性能、成品性能以及过滤性能分别进行了比较分析，从而获得了较为优化的高性能双层泡沫陶瓷过滤板制备技术。 　　关键词：双层；氧化铝；泡沫陶瓷 　　1前言 　　泡沫陶瓷的发展始于20世纪70年代，它是一种具有三维空间网络结构的高孔隙率的多孔陶瓷材料。其孔径从0.1mm～3mm不等，孔隙范围在65%～85%之间，使用温度可以从常温一直到1600℃[1，2]，其本身材质犹如钢化的泡沫塑料或瓷化的海绵体[3]。 　　泡沫陶瓷作为第三代过滤器，发展已有30多年历史，生产和研发大多以材质上的变化为主，如氧化铝、碳化硅、氧化锆、氧化镁、堇青石等，结构上作出改变则很少。双层泡沫陶瓷过滤板是在原有产品上实现结构层次上的变化，即上层网孔大，下层网孔小。在一块过滤板上同时拥有2种不同PPI网孔，从而实现过滤范围更广、过滤精度更高的特点。相比于传统的泡沫陶瓷过滤板，组合双层泡沫陶瓷具有更加优异的理化性能和更加好的过滤效果，能够很好地简化浇注系统，在一块过滤板上达到两块的净化效果。这对于国内许多精密铸件厂家来说，迎合了他们对浇注铸造过程中的更高需求[4，5]。 　　2实验过程 　　2.1实验原料及配比 　　实验双层泡沫陶瓷过滤板采用氧化铝材质，调整配方和工艺参数后，也同样适用于碳化硅、氧化锆等材质。实验选用无锡鸿泰的4微米级煅烧α-氧化铝。其它陶瓷原料有白刚玉、高岭土、长石、硅微粉和滑石粉，各种原料均为微米级细粉，配方的粘结剂选用自己配置的磷酸二氢铝溶液。 　　2.1.1原料配方 　　为了充分提高浆料的触变性和液相均匀性，满足双层网孔对浆料的需求，实验采用先干混后湿混的工艺[6]。先将各种干粉原料按配比称量，再将其按顺序放入机械混料机内混合1～2h后出料。将干混好的粉料加入磷酸二氢铝溶液，搅拌调成浆料。实验采用的原料配方及原料颗粒要求见表1。 　　2.1.2粘结剂配方 　　为了更好地控制实验结果，实验采用自行配置磷酸二氢铝为粘结剂。即将称量好的水及磷酸倒入搪瓷盆内，加热至沸腾，再将称量好的氢氧化铝倒入，反应充分至液体澄清。粘结剂配方见表2。 　　2.2工艺流程 　　组合双层泡沫陶瓷过滤板，比较普通的泡沫陶瓷过滤板主要体现在结构上的差异，即上层网孔大，下层网孔小。这样的不同网孔结构，使其使用功能上具备较为优越的性能。为了更好地实现组合双层的效果，实验采用了斜角叠加工艺，即将不同网孔的海绵以17°的斜角切削，网孔大的底面刚好与网孔小的表面相接，形成一块斜角为17°的双层过滤板。实验工艺流程如图1所示[7]。 　　2.3性能测试 　　按照上述配方及工艺制备的组合双层氧化铝泡沫陶瓷过滤板样品，送往国家轻工业陶瓷耐火材料质量监督检测中心检验，检测指标有体积密度、通孔率、常温抗折抗压强度以及抗热震性。检测依据的国家标准有GB/T4740-1999、GB/T4741-1999和JC/T895-2001等。 　　3结果与讨论 　　3.1叠加双层网孔海绵的性能 　　实验选用的泡沫海绵为聚氨酯多孔网状海绵，海绵为我司自主研发的专业用于生产泡沫陶瓷过滤板（专利号：201110311946.6）的产品。该海绵发泡的原料为甲苯二异氰酸酯、聚醚多元醇、二氯甲烷和辛酸亚锡等。通过调整聚醚多元醇的含量，控制网孔经络的粗细及弹性，从而达到叠加网孔海绵性能的要求。海绵网孔性能对比见表3。 　　通过采用斜角叠加，使得上浆后2块不同网孔海绵能够完整地结合。结合后的泡沫陶瓷过滤板经过干燥工序，便能实现相互粘结成为一体，再经过高温烧结，最后制得双层泡沫陶瓷过滤板。示意图如图2所示。 　　由表3可知，聚氨酯多孔海绵的密度、通孔率、熔点、弹性以及强度对于不同结构的泡沫陶瓷，要求也不尽相同。对用于双层泡沫陶瓷过滤板结构的聚氨酯海绵，其各项性能都要比单层的高。因为要符合特殊的叠加工艺要求，所以双层泡沫陶瓷对海绵的要求更为苛刻。 　　3.2配料后氧化铝陶瓷的浆料性能 　　实验制备的是氧化铝材质的双层泡沫陶瓷过滤板。对于氧化铝陶瓷浆料，应具有很好的触变性和粘结性。因为它需要同时满足大网孔海绵的上浆要求，又要满足小网孔海绵的上浆要求。对相同配方，采用湿混、干混和湿混结合两种不同制浆工艺，得到的浆料性能及上浆的效果不一样。不同工艺下浆料及上浆效果的对比见表4。 　　从表4中可以看出，相同配方，不同制浆工艺，浆料的密度、含水率等指标不一样，对浆料上浆后的影响也不一样。选择干混和湿混制浆工艺，可以获得密度为2.5g/