专利名称：一种用于过滤熔融金属的过滤器及其制造方法
技术领域：
本发明涉及过滤器的制造领域，更具体地说，涉及一种用于过滤熔融金属的过滤器及其制造方法。
背景技术：
目前，美国专利5104540(CORNING公司)出示了一种用于过滤熔融金属的碳涂覆多孔烧结陶瓷过滤器，包含从耐火材料形成的单片基料，如氧化铝、莫来石、锆英粉、氧化锆、尖晶石、堇青石、锂、硅酸铝、钛酸盐、长石、石英、气相氧化硅、碳化硅、高岭土、钛酸铝、硅酸盐、铝酸盐及它们的混合物。碳质涂料应用于过滤网表面或当作灼热涂料来用。
US5520823是只用于过滤熔融铝金属的过滤器。胶粘剂采用硼硅酸盐玻璃。尽管该过滤器包括石墨，但由于在空气中烧结相当量的石墨损失掉了。损失掉的碳限制了过滤器的使用，使之只能用于过滤铝金属，而不能用于熔融铁及钢金属过滤。
WO0218075公布了一种用于过滤熔融金属的过滤器，过滤器包含开孔多孔材料，该材料包含了与含碳结构的胶粘剂粘结在一起的耐火材料粒子。即在这种过滤器中除碳粘合剂外没有其它粘合机制。
众所周知，可以使用碳来提高针对于熔融金属的耐火性能。含有碳的耐火材料可以经受住熔融金属更高的温度，防止金属渗透、在高温下有很高的强度，以及更好的抗热震效果。然而，碳粘合剂粘结的过滤器在室温下强度很低，同时其易吸潮，影响产品在高温下的使用。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种用于过滤熔融金属的过滤器及其制造方法，以提高过滤器常温机械性能以及耐高温强度。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案 一种用于过滤熔融金属的过滤器，包括开孔多孔材料、粘结剂和陶瓷粉，所述陶瓷粉通过所述粘结剂粘接在所述开孔多孔材料上。
优选地，在上述过滤器中，所述陶瓷粉包括锆莫来石、莫来石、刚玉粉、粘土、叶腊石、硅灰石、蓝晶石、硅线石、尖晶石或橄榄石中的一种或多种。
优选地，在上述过滤器中，所述粘结剂包括炭黑、石墨、碳、沥青、焦油、合成沥青、合成树脂、天然树脂、无烟煤、磷酸二氢铝、铝溶胶、硅铝胶、硅溶胶、PVA、白乳胶、糊精、淀粉、CMC或MC中的一种或多种。
优选地，在上述过滤器中，所述粘结剂与所述陶瓷粉重量比例为至少50％的粘结剂∶不多于50％的陶瓷粉。
优选地，在上述过滤器中，所述粘结剂与所述陶瓷粉重量比例为50％～70％的粘结剂∶30％～50％的陶瓷粉。
本发明还公开了一种用于过滤熔融金属的过滤器的制造方法，包括 将陶瓷粉、粘结剂、添加剂和液体载体配制成浆料； 将配制好的浆料涂挂在开孔多孔材料上形成至少一层耐火涂层； 将形成耐火涂层的开孔多孔材料在烧结温度下进行烧结。
优选地，在上述方法中，所述陶瓷粉、粘结剂和分散剂的总重量与液体载体的重量比例至少为70％∶30％。
优选地，在上述方法中，所述陶瓷粉、粘结剂和分散剂的含量为 20～45wt％的陶瓷粉； 52～78wt％的粘结剂； 1～9wt％的添加剂。
优选地，在上述方法中，所述液体载体为水。
优选地，在上述方法中，所述开孔多孔材料为网状开孔聚氨酯泡沫。
优选地，在上述方法中，所述烧结温度不超过1150℃。
优选地，在上述方法中，在步骤“将形成耐火涂层的开孔多孔材料在烧结温度下进行烧结”之前还包括在100-200℃之间干燥形成耐火涂层的开孔多孔材料。
优选地，在上述方法中，所述陶瓷粉包括锆莫来石、莫来石、刚玉粉、粘土、叶腊石、硅灰石、蓝晶石、硅线石、尖晶石或橄榄石中的一种或多种。
优选地，在上述方法中，所述粘结剂包括炭黑、石墨、碳、沥青、焦油、合成沥青、合成树脂、天然树脂、无烟煤、磷酸二氢铝、铝溶胶、硅铝胶、硅溶胶、PVA、白乳胶、糊精、淀粉、CMC或MC中的一种或多种。
优选地，在上述方法中，所述粘结剂与所述陶瓷粉重量比例为至少50％的粘结剂∶不多于50％的陶瓷粉。
优选地，在上述方法中，所述粘结剂与所述陶瓷粉重量比例为50％～70％的粘结剂∶30％～50％的陶瓷粉。
上述过滤器中通过增加粘结剂的组分和含量，结合陶瓷粉使用使得过滤器的机械性能大大增强，增加了过滤器的耐高温性能，因此该过滤器可以过滤苛刻温度的熔融金属，经过滤器过滤的铸件其抗拉强度、延伸率等机械性能都明显提高。另外，过滤器生产中选用的组分比较经济，且在生产过程中比较容易实现，所以该过滤器制作更经济。
具体实施例方式 下面对设计到的名词进行解释 PVA英文全称polyvinyl alcohol；中文全称聚乙烯醇。
CMC英文全称Carboxyl methyl Cellulose；中文全称羧甲基纤维素钠。
MC甲基纤维素。
开孔多孔材料是指一种在实体材料中包含规则、部分规则、不规则或随机分布的孔，这些孔为熔融金属的通道。这些孔可以全部或部分交互交流或可以有多个通道，使熔融金属通过。孔本身大小及形状可以是规则或不规则的。例如，这些孔可以由一系列平行的通道，可以线性穿过该实体材料，这些通道有任何需要的横截面，例如，圆形的、椭圆形、三角形互连通道等，与天然泡沫相似的孔状分布。首选的开孔多孔材料是可以商业购买到的拥有相对规则分布的网状开孔聚氨酯泡沫。众所周知，该类材料可以被用于过滤熔融金属的耐火材料过滤器生产厂家。
下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明实施例公开了一种用于过滤熔融金属的过滤器及其制造方法，以提高过滤器耐高温性能以及过滤器的机械性能。
为实现上述目的，本发明实施例采用如下技术方案，在本发明中将过滤器的耐火成分较之现有技术作出主要改变，其对应的生产方法作出相应的改进。
一种用于过滤熔融金属的过滤器，包括开孔多孔材料、粘结剂和陶瓷粉，陶瓷粉通过粘结剂粘接在开孔多孔材料上。
上述陶瓷粉主要选自锆莫来石、莫来石、刚玉粉、粘土、叶腊石、硅灰石、蓝晶石、硅线石、尖晶石或橄榄石中的一种或多种。
其中，粘结剂分为碳质材料和粘结材料，两者的主要功用就是用于粘结陶瓷粉在开孔多孔材料上，碳质材料主要选自炭黑、石墨、碳、沥青、焦油、合成沥青、合成树脂、天然树脂或无烟煤；而粘结材料主要选自磷酸二氢铝、铝溶胶、硅铝胶、硅溶胶、PVA、白乳胶、糊精、淀粉、CMC或MC中的一种或多种。
粘结剂与陶瓷粉重量比例至少为50％的粘结剂∶不多于50％的陶瓷粉。更优地，粘结剂与陶瓷粉重量比例为50％～70％的粘结剂∶30％～50％的陶瓷粉。
本发明还公开了一种用于过滤熔融金属的过滤器的制造方法，包括 将陶瓷粉、粘结剂、添加剂和液体载体配制成浆料； 将配制好的浆料涂挂在开孔多孔材料上形成至少一层耐火涂层； 将形成耐火涂层的开孔多孔材料在烧结温度下进行烧结。
其中，陶瓷粉、粘结剂和分散剂的总重量与液体载体的重量比例至少为70％∶30％；优选地至少为75％∶25％；更为优选地为80％∶20％。
陶瓷粉、粘结剂和分散剂的含量分别为 20～45wt％的陶瓷粉； 52～78wt％的粘结剂； 1～9wt％的添加剂。
添加剂主要是分散剂和活性剂，其中液体载体为水，还可以为甲醇或者乙醇。
在烧结之前还包括在100-200℃之间干燥涂挂有耐火涂层的开孔多孔材料。
烧结时，烧结温度不超过1150℃，更为可取的是不超过1100℃。烧结环境为缺氧气氛下进行，例如在氮、氩、真空等无氧气氛中，或者“还原气氛”中，如氢和/或一氧化碳、煤气中。烧结一般是在一个烘干炉或窑炉内进行，但也可以使用其它形式的热源进行烧结，如进行无线频率加热的微波。
陶瓷粉包括锆莫来石、莫来石、刚玉粉、粘土、叶腊石、硅灰石、蓝晶石、硅线石、尖晶石或橄榄石中的一种或多种。
粘结剂包括炭黑、石墨、碳、沥青、焦油、合成沥青、合成树脂、天然树脂、无烟煤、磷酸二氢铝、铝溶胶、硅铝胶、硅溶胶、PVA、白乳胶、糊精、淀粉、CMC或MC中的一种或多种。
粘结剂与陶瓷粉重量比例为至少50％的粘结剂∶不多于50％的陶瓷粉。更优选的粘结剂与陶瓷粉重量比例为50％～70％的粘结剂∶30％～50％的陶瓷粉。
陶瓷粉及碳材料粒子大小可以小于50μM，更为可取的是小于30μM，甚至小于20μM。
实施例一 将45wt％刚玉粉、50wt％碳、2wt％铝硅胶、1.5wt％分散剂和1.5wt％活性剂中加入水制成浆料。其中刚玉粉、碳、铝硅胶、分散剂和活性剂的总重量与水的重量比例为100％∶12％。
将该浆料用来涂覆切割好的聚氨酯泡沫。涂挂好浆料的泡沫进行干燥后再用稀释的浆料进行喷涂后再干燥，然后在950℃下进行烧结。
实施例二 在29％尖晶石粉、56％碳、12％硅溶胶、2.5％的分散剂和0.5％活性剂中加入水形成浆料。其中尖晶石粉、碳、硅溶胶、的分散剂和活性剂的总重量与水的重量比例为100％∶18％。
浆料是用一个高效混料器把粉料及水混合制成的，该浆料用来涂覆聚氨酯泡沫。涂挂好的泡沫进行干燥后再用稀释的浆料涂挂一次后再干燥，在1100℃下进行烧结。
实施例三 在30％莫来石粉、47％碳、20％高软化点沥青、2％聚乙烯醇、2％的分散剂和1.0％活性剂中加入水。其中莫来石粉碳、高软化点沥青、聚乙烯醇、的分散剂和活性剂的总重量与水的重量比例为100％∶20％。
浆料是用一个高效混料器把莫来石粉、碳、高软化点沥青、聚乙烯醇及水混合制成的。混制的浆料用来涂覆聚氨酯泡沫。涂挂好的聚氨酯泡沫进行干燥后再用稀释的浆料喷涂一次后再干燥，在1150℃下在无氧气氛下进行烧结。
实施例四 40％电熔莫来石粉、20％的刚玉粉、20％的片状石墨粉、10％无定型石墨4％羧甲基纤维素、0.5％的分散剂和0.5％活性剂，在上述粉末中加入水。其中耐火材料与水的重量比例为100％∶22％。浆料是用一个高效混料器把各种粉料及水混合制成的。混制的浆料用来成型聚氨酯泡沫。成型好的聚氨酯泡沫进行干燥后再用稀释的浆料喷涂一次后再在120℃左右下干燥，在1120℃下在无氧气氛下进行烧结。
过滤器中不同的粘结剂和陶瓷粉对铸件过滤前后性能对比表
按上述四种配方制成的过滤器尺寸为50*50*15mm，在1650℃下过滤了50kgZG45钢水，结果是该过滤器经受住了该检测条件，并且按要求对熔融钢水进行了过滤。通过过滤后对铸件的检测发现，铸件抗拉强度、延伸率、组织结构有了明显改善抗拉强度提高幅度在4.0-7.5％，延伸率提高在9.5-15.0％；铸件金相组织有了很大改善，过滤前后基体都为铁素体和珠光体，过滤后组织中的铁素体明显变细，这有利于性能提高。通过对过滤前后铸件断口进行扫描电镜微观分析发现，未过滤铸件断口有硫化物夹杂，而采用过滤器过滤后发现铸件断口无夹杂物。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
权利要求
1.一种用于过滤熔融金属的过滤器，其特征在于，包括开孔多孔材料、粘结剂和陶瓷粉，所述陶瓷粉通过所述粘结剂粘接在所述开孔多孔材料上。
2.根据权利要求1所述的过滤器，其特征在于，所述陶瓷粉包括锆莫来石、莫来石、刚玉粉、粘土、叶腊石、硅灰石、蓝晶石、硅线石、尖晶石或橄榄石中的一种或多种。
3.根据权利要求2所述的过滤器，其特征在于，所述粘结剂包括炭黑、石墨、碳、沥青、焦油、合成沥青、合成树脂、天然树脂、无烟煤、磷酸二氢铝、铝溶胶、硅铝胶、硅溶胶、PVA、白乳胶、糊精、淀粉、CMC或MC中的一种或多种。
4.根据权利要求3所述的过滤器，其特征在于，所述粘结剂与所述陶瓷粉重量比例为至少50％的粘结剂∶不多于50％的陶瓷粉。
5.根据权利要求4所述的过滤器，其特征在于，所述粘结剂与所述陶瓷粉重量比例为50％～70％的粘结剂∶30％～50％的陶瓷粉。
6.一种用于过滤熔融金属的过滤器的制造方法，其特征在于，包括
将陶瓷粉、粘结剂、添加剂和液体载体配制成浆料；
将配制好的浆料涂挂在开孔多孔材料上形成至少一层耐火涂层；
将形成耐火涂层的开孔多孔材料在烧结温度下进行烧结。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述陶瓷粉、粘结剂和分散剂的总重量与液体载体的重量比例至少为70％∶30％。
8.根据权利要求6或7所述的方法，其特征在于，所述陶瓷粉、粘结剂和分散剂的含量为
20～45wt％的陶瓷粉；
52～78wt％的粘结剂；
1～9wt％的添加剂。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述液体载体为水。
10.根据权利要求6或9所述的方法，其特征在于，所述开孔多孔材料为网状开孔聚氨酯泡沫。
11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述烧结温度不超过1150℃。
12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，在步骤“将形成耐火涂层的开孔多孔材料在烧结温度下进行烧结”之前还包括在100-200℃之间干燥涂挂有耐火涂层的开孔多孔材料。
13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，所述陶瓷粉包括锆莫来石、莫来石、刚玉粉、粘土、叶腊石、硅灰石、蓝晶石、硅线石、尖晶石或橄榄石中的一种或多种。
14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，所述粘结剂包括炭黑、石墨、碳、沥青、焦油、合成沥青、合成树脂、天然树脂、无烟煤、磷酸二氢铝、铝溶胶、硅铝胶、硅溶胶、PVA、白乳胶、糊精、淀粉、CMC或MC中的一种或多种。
15.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，所述粘结剂与所述陶瓷粉重量比例为至少50％的粘结剂∶不多于50％的陶瓷粉。
16.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，所述粘结剂与所述陶瓷粉重量比例为50％～70％的粘结剂∶30％～50％的陶瓷粉。
全文摘要
本发明公开了一种用于过滤熔融金属的过滤器，包括开孔多孔材料、粘结剂和陶瓷粉，所述陶瓷粉通过所述粘结剂粘接在所述开孔多孔材料上。上述过滤器中通过增加粘结剂的组分和含量，结合陶瓷粉使用使得过滤器的机械性能大大增强，增加了过滤器的耐高温性能，因此该过滤器可以过滤苛刻温度的熔融金属，经过滤器过滤的铸件其抗拉强度、延伸率等机械性能都明显提高。另外，过滤器生产中选用的组分比较经济，且在生产过程中比较容易实现，所以该过滤器制作更经济。
文档编号C22B9/02GK101810972SQ20101015159
公开日2010年8月25日 申请日期2010年4月15日 优先权日2010年4月15日
发明者祝建勋, 刘敬浩 申请人:济南圣泉倍进陶瓷过滤器有限公司