专利名称：氧化镁部分稳定氧化锆泡沫陶瓷过滤器的制作方法
技术领域：
本发明属于铸造行业用的泡沫陶瓷过滤器，特别是涉及一种具有优良的 耐热冲击性和高温强度的用于钢水和高温合金熔体过滤净化用氧化镁部分稳 定氧化锆泡沫陶瓷过滤器。
背景技术：
在铸件生产中，采用泡沫陶瓷过滤器金属液过滤技术，通过机械拦截、 整流浮渣和深层吸附三种过滤净化机制，可以有效地减少或消除其中的非金 属夹杂，净化液态合金，从而提高合金的成品率，改善铸件的内部质量、工 作性能以及机加工性能。
对于熔炼温度较低的合金，如铜、铝和镁等，由于对过滤材料的高温性 能要求不高，采用氧化铝、碳化硅等材质的泡沫陶瓷过滤器就可以满足要求
了。但是，对于浇注温度高达160(TC以上的钢水或高温合金熔体，其过滤净 化用泡沬陶瓷材料须具备更高的高温强度、软化温度及抗热冲击性能。前述 几种陶瓷泡沫过滤器材料的高温性能都不能满足要求，但大量有高附加值的 高端铸钢与高温合金铸件需要采用泡沫陶瓷过滤技术来提高产品质量，为达 到此目的，近二十年来，国内外进行了大量的研究。
就材质而言，高纯部分稳定氧化锆泡沫陶瓷由于性能优良，目前在国内 外应用广泛，用量较大。与氧化钇、氧化铈、氧化钙等稳定的氧化锆材料相 比，氧化镁部分稳定氧化锆材料具有更加优良的抗热冲击性和高温强度，更 加适合用作钢水和高温合金熔体过滤净化用泡沫陶瓷过滤器的材质。美国的 Consolidated Aluminum公司的氧化镁部分稳定氧化锆陶瓷过滤器，最高温度 可以使用到1800。C。日本桥石(BridgeStone)株式会社、品川白炼瓦公司、 石桥正勇、东芝(Toshiba)陶瓷有限公司等都已研制出各自的产品。目前采 用高纯部分稳定氧化锆泡沫陶瓷过滤器浇注的铸钢件重量可以从几盎司到4 吨，由于其优良的性能，它已成为国外几家大型铸造耗材公司如Foseco、 Selee、 Hi-Tech等的重要产品。而氧化铝、氧化铝-氧化锆泡沫陶瓷过滤器等 只能用于80公斤以下的中小型铸钢或高温合金铸件。
国内从事氧化铝和碳化硅泡沫陶瓷过滤器生产的厂家较多，但是在氧化 锆泡沫陶瓷过滤器的研制与生产方面，还在进行探索。祝建勋等的专利《氧 化锆泡沫陶瓷过滤器K中国发明专禾U，申请号200710115193.5，公开号CN101 259347A)发明了 一种部分稳定氧化锆泡沬陶瓷的制作方法。该方法采用 80-97%单斜晶氧化锆、2-10%的稳定剂，1-10%的粘结剂与水进行混合制得陶 瓷浆料，然后涂覆在聚氨酯泡沫塑料上，经干燥烧结得到部分稳定的氧化锆 泡沫陶瓷过滤器。文献《低温烧结MgO-PSZ泡沫陶瓷过滤器》(作者李汶 霞，胡荛和、果世驹，耐火材料，1997， 31 (5) 253-255)报道了采用工业纯氧化锆、化学纯氧化钇和氧化镁，以聚乙烯醇为粘结剂，水为分散介质制 备了泡沫陶瓷过滤器。但是，氧化锆基泡沫陶瓷的制备技术存在以下两个难 点第一，氧化锆制品在烧成过程中，由于马氏体相转变，以及由于泡沫陶 瓷结构的特殊性，制坯方法是采用陶瓷浆料在三维网状泡沫塑料上涂挂成形， 粉体堆积密度低，与加压成形的氧化锆陶瓷相比，烧结传质过程与固溶反应 另有特点，烧结收縮更大，故部分稳定氧化锆泡沫陶瓷研制有较大难度，国 外也一直在这方面严守技术壁垒；第二，由于氧化镁部分稳定氧化锆粉体在 与水接触时，由于氧化镁易于发生水化形成氢氧化镁(MgO + H20 = Mg(OH)2)，因此配制的水基浆料流变性能较差，即使氧化镁的固含量较低， 也难以具备剪切变稀的特性，使陶瓷桨料在泡沫塑料的骨架表面吸附不均匀， 且烧结过程中氢氧化镁要先分解成氧化镁，再与氧化锆产生烧结，所以最终 的制品强度较低，且容易开裂。
发明内容
本发明针对以上技术的不足，提出了一种采用有机溶剂作为分散介质， 可溶于有机溶剂的高分子材料作为粘结剂，以氧化镁和单斜相氧化锆为主要 原料来制备氧化镁部分稳定氧化锆泡沫陶瓷过滤器的工艺。所述的有机溶剂， 考虑到环保，首选无水乙醇，但本发明所涵盖的有机溶剂还包括甲醇、丙酮、 环己酮、异丁醇、苯及甲苯等可将高分子粘结剂溶解的有机溶剂。所述的高 分子粘结剂，主要采用的是聚乙烯醇縮丁醛。本发明的优点是泡沫陶瓷素坯 干燥速度快，节约生生产时间，而且素坯内陶瓷颗粒堆积致密，烧成的泡沫 陶瓷空隙均匀，高温强度高，可完全满足钢水和高温合金熔体的过滤。
本发明是通过以下措施来实现的
本发明的氧化镁部分稳定氧化锆泡沫陶瓷过滤器，其主要陶瓷原料包括 以下重量比的组份氧化镁4-10%，单斜相氧化锆90-96%。
本发明所用的有机溶剂，考虑到环保，首选无水乙醇，但本发明所涵盖 的有机溶剂还包括甲醇、丙酮、环己酮、异丁醇、苯及甲苯等可将高分子粘 结剂溶解的有机溶剂。所述的高分子粘结剂，主要采用的是聚乙烯醇縮丁醛。
本发明的制备氧化镁部分稳定氧化锆泡沬陶瓷用的陶瓷浆料中，以有机 溶剂为分散介质(优选无水乙醇)，以氧化镁与单斜相氧化锆混合粉体(氧化
镁与单斜相氧化锆的重量比为4-10: 90-96)。
本发明的氧化镁部分稳定氧化锆泡沫陶瓷过滤器，采用以下方法制成
将一定量的粘结剂溶于一定量的有机溶剂中，然后加入氧化镁和单斜相氧化
锆粉体，采用球磨共混工艺，制备成非水基陶瓷浆料；将具有一定孔径分布 和孔隙率的聚氨酯泡沫浸泡在质量浓度为10-20%的氢氧化钠水溶液中，保持 氢氧化钠水溶液的温度为40-60°C，浸泡时间为2-4小时，然后将聚氨酯泡沫 用清水反复冲洗后进行干燥。将干燥好的聚氨酯泡沬浸入非水基陶瓷浆料中， 使浆料充满泡沫中，然后进行挤浆，去除多余的浆料。将骨架表面覆盖了陶 瓷浆料的聚氨酯泡沫置于空气中自然干燥后，再一次将聚氨酯泡沫浸入到非 水基陶瓷浆料中，然后将聚氨酯泡沫放入离心甩衆机中，通过离心方式使多余的桨料去除，再将表面覆盖非水基陶瓷浆料的聚氨酯泡沫在空气中自然干 燥。重复此过程若干次，直到聚氨酯泡沫固件表面覆盖的陶瓷素坯层达到一
定的要求，再将聚氨酯泡沫置于干燥箱中，于70-100。C下进行干燥，时间为 2-4小时即可。最后，将充分干燥好的聚氨酯泡沫在空气气氛下1550-1750°C 进行烧结1-10小时，冷却后，得到氧化镁部分稳定氧化锆泡沫陶瓷的成品。 本发明采用的氧化镁的镁离子半径与锆离子的半径接近，可以完全融入 氧化锆的晶格中，与氧化锆形成单斜、四方和立方等晶型的置换型固溶体。 通过加入氧化镁稳定剂能够制备出耐热冲击性和良好高温强度的氧化锆泡沫 陶瓷过滤器，可用于钢水和高温合金熔体过滤净化。与采用水基氧化镁-氧化 锆陶瓷浆料相比，采用非水基氧化镁-氧化锆陶瓷浆料制备的氧化镁部分稳定 氧化锆泡沫陶瓷的骨架表面粗糙度较低，而强度高，微观结构均匀，抗高温 变形性能强，而且泡沫陶瓷素坯干燥速度快，节约了生产时间。
具体实施方式
实施例1:
将已经剪成015Ox2.5mm，孔径为10PPI的聚氨酯泡沬浸入到质量浓度为 20%，温度为40。C的氢氧化钠水溶液中，浸泡时间为2小时，然后将聚氨酯 泡沫取出，用清水反复冲洗后，置于温度为8(TC的烘箱中，干燥24小时。 将聚乙烯醇縮丁醛6克溶于200克无水乙醇中，然后加入平均粒径为l微米 的氧化镁40克，平均粒径为40微米的电熔氧化锆960克，在球磨机中混合 成浆料。将干燥好的聚氨酯泡沫浸入到氧化镁-氧化锆的乙醇浆料中，然后将 聚氨酯泡沫在挤浆机上将多余浆料挤掉，在将聚氨酯泡沫在空气中自然干燥。 之后，将表面已经覆盖干燥的陶瓷层的聚氨酯泡沫第二次浸入到氧化镁-氧化 锆的乙醇浆料中，然后在离心机上将多余的浆料离心甩掉，再进行空气中干 燥。然后，在155(TC下于空气中烧结IO小时，即得到氧化镁部分稳定的泡 沫陶瓷过滤器。 实施例2:
将已经剪成015Ox2.5mm，孔径为10PPI的聚氨酯泡沫浸入到质量浓度为 15%，温度为50。C的氢氧化钠水溶液中，浸泡时间为3小时，然后将聚氨酯 泡沫取出，用清水反复冲洗后，置于温度为8(TC的烘箱中，干燥24小时。 将聚乙烯醇縮丁醛8克溶于200克无水乙醇中，然后加入平均粒径为l微米 的氧化镁70克，平均粒径为40微米的电熔氧化锆930克，在球磨机中混合 成浆料。将干燥好的聚氨酯泡沫浸入到氧化镁-氧化锆的乙醇浆料中，然后将 聚氨酯泡沫在挤桨机上将多余浆料挤掉，在将聚氨酯泡沫在空气中自然干燥。 之后，将表面已经覆盖干燥的陶瓷层的聚氨酯泡沫第二次浸入到氧化镁-氧化 锆的乙醇浆料中，然后在离心机上将多余的桨料离心甩掉，再进行空气中干 燥。然后，在1650。C下于空气中烧结5小时，即得到氧化镁部分稳定的泡沫 陶瓷过滤器。 实施例3:
将已经剪成015Ox2.5mm，孔径为10PPI的聚氨酯泡沫浸入到质量浓度为10%，温度为6(TC的氢氧化钠水溶液中，浸泡时间为4小时，然后将聚氨酯 泡沫取出，用清水反复冲洗后，置于温度为8(TC的烘箱中，干燥24小时。 将聚乙烯醇縮丁醛10克溶于200克无水乙醇中，然后加入平均粒径为1微米 的氧化镁100克，平均粒径为40微米的化学氧化锆900克，在球磨机中混合 成浆料。将干燥好的聚氨酯泡沫浸入到氧化镁-氧化锆的乙醇浆料中，然后将 聚氨酯泡沫在挤浆机上将多余浆料挤掉，在将聚氨酯泡沫在空气中自然干燥。 之后，将表面已经覆盖干燥的陶瓷层的聚氨酯泡沫第二次浸入到氧化镁-氧化 锆的乙醇浆料中，然后在离心机上将多余的浆料离心甩掉，再进行空气中干 燥。然后，在175(TC下于空气中烧结1小时，即得到氧化镁部分稳定的泡沫 陶瓷过滤器。
权利要求
1、一种氧化镁部分稳定氧化锆泡沫陶瓷过滤器，其特征在于陶瓷原料包括以下重量配比的组份，4-10％氧化镁和90-96％单斜相氧化锆；其溶剂采用有机溶剂；采用的粘结剂为可溶于有机溶剂中的高分子粘结剂。
2、 根据权利要求l所述的氧化镁部分稳定氧化锆泡沫陶瓷过滤器，其特 征在于所述的有机溶剂包括甲醇、乙醇、丙酮、正丁醇、异丙醇、环己酮中的一种，其中优选乙醇。
3、 根据权利要求1所述的氧化镁部分稳定氧化锆泡沫陶瓷过滤器，其特 征在于所述可溶于有机溶剂中的高分子粘结剂为聚乙烯吡咯垸酮。
4、 一种制备权利要求1或2或3所述氧化镁部分稳定氧化锆泡沫陶瓷过 滤器的方法，其特征在于，所述方法包括将可溶于有机溶剂中的高分子粘结剂溶于有机溶剂中，配成溶液，然后加入4-10%的氧化镁和90-96%的单斜相氧化锆，通过球磨共混制得非水基陶 瓷浆料；单位为重量百分数；将聚氨酯泡沫在质量浓度为10-20%,温度为40-60。C的氢氧化钠水溶液 中浸泡2-4小时后取出，用清水反复冲洗，干燥后，浸入到上述非水基陶瓷 浆料中； 然后从非水基陶瓷浆料中取出聚氨酯泡沫，第一次经过挤浆方法去除聚 氨酯泡沫中多余的非水基陶瓷浆料，第二次采用离心甩浆的方式，去除聚氨 酯泡沫中多余的非水基陶瓷浆料；得到骨架上覆盖非水基陶瓷浆料的聚氨酯 泡沫素坯；再使聚氨酯泡沬素坯干燥；将干燥后的聚氨酯泡沫在空气气氛下于 1550-1750。C烧结1-10小时，冷却后，得到氧化镁部分稳定的氧化锆泡沫陶 瓷过滤器成品。
5、 如权利要求4所述的方法，其特征是使聚氨酯泡沫素坯干燥的方法 是在常温下自然干燥。
6、 如权利要求4所述的方法，其特征是所述的有机溶剂包括甲醇、乙 醇、丙酮、正丁醇、异丙醇、环己酮中的一种。
7、 如权利要求4所述的方法，其特征是所述可溶于有机溶剂中的高分 子粘结剂为聚乙烯吡咯烷酮。
全文摘要
本发明属于铸造行业用的泡沫陶瓷过滤器。本发明提出了一种采用有机溶剂作为分散介质，可溶于有机溶剂的高分子材料作为粘结剂，以氧化镁和单斜相氧化锆为主要原料来制备氧化镁部分稳定氧化锆泡沫陶瓷过滤器的工艺。所述的有机溶剂，考虑到环保，首选无水乙醇，但本发明所涵盖的有机溶剂还包括甲醇、丙酮、环己酮、异丁醇、苯及甲苯等可将高分子粘结剂溶解的有机溶剂。所述的高分子粘结剂，主要采用的是聚乙烯醇缩丁醛。本发明的优点是泡沫陶瓷素坯干燥速度快，节约生生产时间，而且素坯内陶瓷颗粒堆积致密，烧成的泡沫陶瓷空隙均匀，高温强度高，可完全满足钢水和高温合金熔体的过滤。
文档编号C04B35/48GK101486573SQ20091002441
公开日2009年7月22日 申请日期2009年2月23日 优先权日2009年2月23日
发明者倪新梅, 琪 杨, 健 胡 申请人:无锡卓新陶瓷科技有限公司