专利名称：一种铸造用液态金属过滤器的制备方法
技术领域：
本发明涉及液态金属过滤器，具体涉及一种高温铸造用的SiC基液态金属过滤器的制备方法。
背景技术：
金属熔融过程中的夹渣在铸件缺陷中占有较大比重。采用过滤器过滤液态金属则可大幅度降低由熔渣与杂质导致的废品。常用的铸造过滤器有耐火纤维网式过滤器、直孔过滤器和泡沫陶瓷过滤器。在这三种过滤器中，耐火纤维网式过滤器过滤流程短，直孔过滤器过滤通道为直通道，而泡沫陶瓷过滤器由于其独特的结构而具有滤饼机制、表面效应、整流效应等，其过滤效果最好。但是，泡沫陶瓷过滤器在制造过程中使用的聚氨酯泡沫在烧结 过程中产生的气体会冲击陶瓷坯体，造成泡沫陶瓷过滤器使用过程中易于碎裂，导致铸件报废，同时这种过滤器的制造成本也很高。
发明内容
本发明的目的是提供一种铸造用液态金属过滤器的制备方法，采用这种方法制备的过滤器，其过滤性能好，且提高了耐液态金属冲击性能，避免了浇注过程的碎裂，同时制造成本也比泡沫陶瓷过滤器的低。本发明的方法包括提供作为基料的SiC ；提供作为辅料的a -Al2O3、粘结剂、粘土和表面活性剂；使基料、辅料和水充分混合而形成浆料，其中a -Al2O3的重量含量为SiC的10 18%，粘土的重量含量为SiC的5 10%，表面活性剂的重量含量为SiC的4 6%，粘结剂的重量含量为SiC的5 20% ;所加水的重量含量为SiC的15 20% ；提供高硅氧波纹布；将多层高硅氧波纹布相互固定在一起以形成高硅氧波纹布叠层体；将高硅氧波纹布叠层体浸入浆料中；从浆料中取出已充分浸溃的高硅氧波纹布叠层体并进行干燥处理而得到过滤器坯体；初次烧结过滤器坯体；用重量为浆料重量15 20%的水稀释浆料；将初次烧结的过滤器坯体浸入已稀释的浆料中；从已稀释的浆料中取出初次烧结的过滤器坯体并进行干燥处理；以及再次烧结过滤器坯体而形成液态金属过滤器。本发明的粘结剂优选由硅溶胶和磷酸二氢铝组成，其中硅溶胶的重量含量优选为50 70%，更优选为60 65%。但是本领域技术人员应当理解，其它合适的粘结剂也在本发明的范围之内。
表面活性剂优选采用聚乙烯亚胺(PEI)，但也可以采用其它合适的表面活性剂。本发明对所使用的粘土并无特殊要求，例如可以使用高岭土、膨润土等任何合适的粘土。本发明的制备方法中所涉及的两次干燥处理可以采用相同的工艺过程。例如，干燥处理可以包括自然(常温)干燥12 36小时或优选20 30小时以及在90 120°C下干燥2 6小时或更优选在100 110°C下干燥3 4小时。在本发明的制备方法中，初次烧结温度优选为800 1000°C，时间为I 3小时；更优选在900°C下初次烧结2小时。再次烧结温度为1300 1500°C，时间为2 4小时；更优选在1400°C再次烧结3小时。
本发明的高硅氧波纹布优选是由高硅氧纤维网格布浸溃酚醛树脂后经波纹化处理而得到，其中波纹波幅(波峰与波谷包络面之间垂直距离的一半)为2mm，波长为12mm。本发明所使用的高硅氧纤维网格布具有方孔网格结构，并无其他特殊要求，但其方孔边长优选为2 5mm。高硅氧纤维网格布浸溃酚醛树脂的时间优选为2 4小时，浸溃后置入波纹形成模具并优选在100 200°C下保持2 4小时而得到高硅氧波纹布。本发明的高硅氧波纹布叠层体可以为三层高硅氧波纹布的叠层体，其中相邻两层高硅氧波纹布的波纹延伸方向彼此垂直。采用这种结构的叠层体作为浆料载体所烧制的过滤器明显具有更加优异的过滤性能。在本发明的方法中，初次烧结的过滤器坯体浸入已稀释的浆料中的时间优选为50 70秒。浸入时间过长或过短都会不利地影响所烧制过滤器的过滤性能。本发明由于采用高软化点的高硅氧纤维网格布作为载体，从而避免了传统采用的燃烧点较低的聚氨酯海绵在烧结过程中由于燃烧释放气体造成孔筋上的损伤，因此制备的过滤器孔筋上的孔洞较少，强度较高，从而显著改善了过滤器的过滤性能。另外，由硅溶胶和磷酸二氢铝所组成的粘结剂与表面活性剂聚乙烯亚胺(PEI)以及粘土等辅料的联合使用所造成的协同效应还进一步增强了所烧制的过滤性能和耐用性。
图I为本发明的液态金属过滤器的制备方法流程示意图。图2为本发明的高硅氧波纹布叠层体的截面示意图。
具体实施例方式下面结合附图详细描述本发明的制备方法。本发明使用软化点高达1400°C的高硅氧纤维网格布为载体，采用浸溃法制备S iC基液态金属过滤器。其制备工艺如图I所示。提供高硅氧波纹布将市售高硅氧纤维网格布在酚醛树脂中浸溃后置入波纹形成模具。经过加热处理后使酚醛树脂充分固化而最终得到具有一定波幅和波长的波纹布。例如波幅为2mm，波长为12mm。形成高硅氧波纹布叠层体按实际需要将波纹布裁剪为合适大小例如IOOmmX 100mm,再将三层高硅氧波纹布重叠而形成叠层体，其中相邻两层高硅氧波纹布的波纹延伸方向彼此垂直。图2示出了高硅氧波纹布层1、2和3叠加后的截面示意图。其具体叠加方式如下先放置波纹布层3，然后将中间波纹布层2按其波纹延伸方向与波纹布层3波纹延伸方向垂直的方式放置在波纹布层3上；再将波纹布层I按其波纹延伸方向与中间波纹布层2波纹延伸方向垂直的方式放置在中间波纹布层2上。按上述方式叠加后，将相邻波纹布的接触处用玻璃胶固定。固定后的叠层体放置足够时间例如12小时。为使固定效果更好，也可以在其边上绑一根细线。浆料的制备提供SiC、a -Al2O3、由硅溶胶与磷酸二氢铝组成的粘结剂、粘土和表面活性剂PEI。将一定量的水加入搅拌器的容器中，边搅拌边加入粘结剂使其均匀分散，然后将粘土、PEI、a -Al2O3以及SiC按重量由小到大依次加入容器中，经充分搅拌制成浆料。初次浸渍处理 将高硅氧波纹布叠层体浸入浆料中，充分浸溃后，去除多余浆料。可以采用离心甩浆法将多余的浆料甩出。干燥处理将浸溃浆料的叠层体在自然干燥后置入干燥箱中加热干燥，得到过滤器坯体。初次烧结将干燥后得到的坯体置于窑炉中进行高温烧结。烧结时升温速度控制为I 2°C /min0二次浸淸和干燥处理将浆料用水进行稀释并搅拌I 3小时。将初次烧结的坯体再次浸入浆料中I分钟左右。此后重复前述干燥处理。再次饶结经初次烧结和二次浸溃以及干燥后的坯体放入窑炉再次高温烧结而得到液态金属过滤器。以下实施例举例列出了本发明的方法步骤中所涉及的具体参数，但本领域技术人员应当理解，这些实施例仅用于说明本发明而非用于对其作出任何限制。实施例I高硅氧纤维网格布方孔边长为2_。高硅氧纤维网格布浸溃酚醛树脂的时间为2小时，浸溃后置入波纹形成模具并在100°c下保持4小时而得到高硅氧波纹布。a -Al2O3的重量含量为SiC的10%，粘土的重量含量为SiC的10%，表面活性剂PEI的重量含量为SiC的6%，由硅溶胶和磷酸二氢铝组成的粘结剂的重量含量为SiC的5% ;所加水的重量为SiC的15% ;粘结剂中硅溶胶的重量含量为50%。在所涉及的干燥处理中，自然干燥时间为12小时；加热干燥的温度为90°C，时间为6小时。稀释浆料所用的水的重量为浆料重量的15%。初次烧结的过滤器坯体二次浸入已稀释的浆料中的时间为50秒。初次烧结温度为800°C，时间为3小时。再次烧结温度为1300°C，时间为4小时。实施例2高硅氧纤维网格布方孔边长为4_。高硅氧纤维网格布浸溃酚醛树脂的时间为3小时，浸溃后置入波纹形成模具并在150°C下保持3小时而得到高硅氧波纹布。a -Al2O3的重量含量为SiC的18%，粘土的重量含量为SiC的5%，表面活性剂PEI的重量含量为SiC的5%，由硅溶胶和磷酸二氢铝组成的粘结剂的重量含量为SiC的20% ;所加水的重量为SiC的20% ;粘结剂中硅溶胶的重量含量为60%。在所涉及的干燥处理中，自然干燥时间为30小时；加热干燥的温度为110°C，时间为3小时。稀释浆料所用的水的重量为浆料重量的20%。初次烧结的过滤器坯体二次浸入已稀释的浆料中的时间为60秒。初次烧结温度为900°C，时间为2小时。再次烧结温度为1400°C，时间为3小时。实施例3 高硅氧纤维网格布方孔边长为5_。高硅氧纤维网格布浸溃酚醛树脂的时间为4小时，浸溃后置入波纹形成模具并在200°C下保持2小时而得到高硅氧波纹布。a -Al2O3的重量含量为SiC的15%，粘土的重量含量为SiC的7%，表面活性剂PEI的重量含量为SiC的4%，由硅溶胶和磷酸二氢铝组成的粘结剂的重量含量为SiC的12% ;所加水的重量为SiC的18% ;粘结剂中硅溶胶的重量含量为70%。在所涉及的干燥处理中，自然干燥时间为36小时；加热干燥的温度为120°C，时间为2小时。稀释浆料所用的水的重量为浆料重量的18%。初次烧结的过滤器坯体二次浸入已稀释的浆料中的时间为70秒。初次烧结温度为1000°C，时间为I小时。再次烧结温度为1500°C，时间为2小时。
权利要求
1.一种铸造用液态金属过滤器的制备方法,包括 提供作为基料的SiC ； 提供作为辅料的a -Al2O3、粘结剂、粘土和表面活性剂； 使基料、辅料和水充分混合而形成浆料，其中a -Al2O3的重量含量为SiC的10 18%，粘土的重量含量为SiC的5 10%，表面活性剂的重量含量为SiC的4 6%，粘结剂的重量含量为SiC的5 20% ;所加水的重量含量为SiC的15 20% ； 提供高硅氧波纹布； 将多层高硅氧波纹布相互固定在一起以形成高硅氧波纹布叠层体； 将高硅氧波纹布叠层体浸入浆料中； 从浆料中取出已充分浸溃的高硅氧波纹布叠层体并进行干燥处理而得到过滤器坯体； 初次烧结过滤器坯体； 用重量为浆料重量15 20%的水稀释浆料； 将初次烧结的过滤器坯体浸入已稀释的浆料中； 从已稀释的浆料中取出初次烧结的过滤器坯体并进行干燥处理；以及再次烧结过滤器坯体而形成液态金属过滤器。
2.权利要求I的方法，其中粘结剂由硅溶胶和磷酸二氢铝组成，其中硅溶胶的重量含量为50 70%。
3.权利要求I的方法，其中表面活性剂为聚乙烯亚胺(ΡΕΙ)。
4.权利要求I的方法，其中干燥处理包括自然干燥12 36小时以及在90 120°C下干燥2 6小时。
5.权利要求I的方法，其中初次烧结温度为800 1000°C，初次烧结时间为I 3小时；再次烧结温度为1300 1500°C，再次烧结时间为2 4小时。
6.权利要求I的方法，其中高硅氧波纹布是由高硅氧纤维网格布浸溃酚醛树脂后经波纹化处理而得到，其中波纹波幅为2mm，波长为12mm。
7.权利要求6的方法，其中高硅氧纤维网格布的方孔边长为2 5_。
8.权利要求6的方法，其中高硅氧纤维网格布浸溃酚醛树脂的时间为2 4小时，浸溃后置入波纹形成模具并在100 200°C下保持2 4小时而得到高硅氧波纹布。
9.权利要求I的方法，其中高硅氧波纹布叠层体为三层高硅氧波纹布的叠层体，其中相邻两层高硅氧波纹布的波纹延伸方向彼此垂直。
10.权利要求I的方法，其中初次烧结的过滤器坯体浸入已稀释的浆料中的时间为50 70秒。
全文摘要
一种铸造用液态金属过滤器的制备方法，包括将SiC、α-Al2O3、粘结剂、粘土、表面活性剂和水混合而形成浆料，其中α-Al2O3含量为SiC的10～18%，粘土含量为SiC的5～10%，表面活性剂含量为SiC的4～6%，粘结剂含量为SiC的5～20%；所加水的含量为SiC的15～20%；将多层高硅氧波纹布相互固定在一起以形成高硅氧波纹布叠层体；将高硅氧波纹布叠层体浸入浆料中；对高硅氧波纹布叠层体进行干燥处理而得到过滤器坯体；初次烧结坯体；用重量为浆料重量15～20%的水稀释浆料；将初次烧结的坯体浸入已稀释的浆料中；从已稀释的浆料中取出初次烧结的坯体并进行干燥处理；以及再次烧结坯体而形成过滤器。采用上述方法制备的过滤器其过滤性能更加稳定和耐用。
文档编号C04B35/565GK102861481SQ20121033140
公开日2013年1月9日 申请日期2012年9月6日 优先权日2012年9月6日
发明者李锋军, 任凤章, 马战红, 韩建普, 易丽文, 申晓妮 申请人:河南科技大学