一种堇青石缠绕陶瓷过滤片及其制备方法与流程

本发明涉及陶瓷领域，特别涉及一种堇青石缠绕陶瓷过滤片及其制备方法。

背景技术：

在铸造生产中，由于非金属夹杂物等铸造缺陷导致的铸件废品率一般高达废品总数的50％～60％。夹杂缺陷不仅严重降低铸件机械性能，也对其加工性能及外观产生有害影响。净化液态铸造合金，减少或消除其中各种非金属夹杂物，无疑是获得高质量铸件的非常重要的技术措施。采用过滤技术可以有效地实现净化液态铸造合金的目的。

目前，金属液过滤技术有三代产品，第1代产品——编织过滤网；第2代产品——直孔陶瓷过滤器；第3代产品——泡沫陶瓷过滤器。从事铸造用陶瓷过滤器生产的企业，如美国的Hi-Tech公司、Consolidated Aluminum公司、Selee公司、ASK公司、英国的Foseco公司、捷克的Lanik公司、德国的Drache公司，中国的佛山金刚、济南圣泉、非特、富基、宁信及科德，均以第二代和第三代产品为主。

编织过滤网过滤效果差，持续使用时间短，不利于长期的自动化作业。直孔陶瓷过滤器强度高，过滤过程中不引入杂质，但是其过滤效果不佳，而且产品较重。而泡沫陶瓷过滤器虽然过滤效果好，但是其强度低，容易破损，过滤过程经常掉渣，引入杂质。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题在于，提供一种兼具强度高、孔隙率大、过滤精度高、重量较轻、不引入杂质等优点的堇青石缠绕陶瓷过滤片。

本发明所要解决的技术问题在于，提供一种堇青石缠绕陶瓷过滤片的制备方法，工艺简单，生产过程无模具、无载体。

为达到上述技术效果，本发明提供了一种堇青石缠绕陶瓷过滤片，所述堇青石缠绕陶瓷过滤片包括多个陶瓷环，所述陶瓷环重叠交错在一起形成多层结构，同一层的陶瓷环等间距或不等间距分布，相邻层的陶瓷环交错分布；

所述堇青石缠绕陶瓷过滤片以重量份计的主要原料配方如下：

作为上述方案的改进所述堇青石缠绕陶瓷过滤片以重量份计的主要原料配方如下：

作为上述方案的改进，所述粘结剂包括低温粘结剂和高温粘结剂；所述低温粘结剂为羧甲基纤维素、羟丙基甲基纤维素、聚乙烯醇、变性淀粉中的一种或组合；所述高温粘结剂为硅溶胶、铝溶胶中的一种或组合；

所述塑化剂为甘油。

作为上述方案的改进，所述粘结剂包括低温粘结剂和高温粘结剂；所述低温粘结剂为羟丙基甲基纤维素；所述高温粘结剂为铝溶胶；

所述低温粘结剂与所述高温粘结剂的用量比为1:4-6。

作为上述方案的改进，Al₂O₃选用D50＝0.01～100μm的Al₂O₃，SiO₂选用D50＝0.01～100μm的SiO₂，堇青石选用D50＝0.01～100μm的堇青石、高岭土选用D50＝0.01～100μm的高岭土、钾长石选用D50＝0.01～100μm的钾长石、滑石选用D50＝0.01～100μm的滑石。

作为上述方案的改进，所述陶瓷环由线状料螺旋缠绕而成，所述线状料的的直径为

所述陶瓷环的直径为

所述陶瓷环的厚度为1.0～3.0mm；

所述缠绕陶瓷过滤器的孔隙率为60～80％；

所述缠绕陶瓷过滤器的尺寸为20～600mm；

所述缠绕陶瓷过滤器的厚度为5～50mm；

所述缠绕陶瓷过滤器为圆形、椭圆形、矩形、正多边形或菱形。

相应的，本发明还提供一种堇青石缠绕陶瓷过滤片的制备方法，包括：

1、将制备堇青石缠绕陶瓷过滤片所需的主要原料均匀混合造粒，得到造粒料；

2、将所述造粒料在挤出机上挤出成线状料；

3、线状料在传送带上形成多个陶瓷环，陶瓷环重叠交错在一起形成具有多层结构的缠绕陶瓷坯体；

4、将所述缠绕陶瓷坯体进行干燥处理；

5、将干燥后的缠绕陶瓷坯体进行烧结处理，得到堇青石缠绕陶瓷过滤片。

作为上述方案的改进，步骤1包括：

称量制备缠绕陶瓷过滤器所需的主要原料；

将制备缠绕陶瓷过滤器所需的主要原料均匀混合成混合料；

将混合料加入5％～25％水，通过电动搅拌机搅拌均匀，形成泥料，并将泥料陈腐20～30小时；

将陈腐后的泥料通过真空造粒机进行练泥造粒，造粒后泥料陈腐20～30小时。

作为上述方案的改进，线状料的挤出速度为0.2米/分钟～3米/分钟；所述传送带设于所述挤出机的挤出机嘴的下方，所述传送带的传输速度为5米/分钟～25米/分钟，所述挤出机的挤出机嘴与传送带的距离为10mm～1000mm。

作为上述方案的改进，所述干燥处理为红外线干燥，干燥温度为50～200℃。

作为上述方案的改进，所述烧结处理的烧结温度为1200～1450℃，烧成时间为20～23小时。

实施本发明具有如下有益效果：

本发明通过采用无模具、无载体的挤出缠绕成型法，获得具备三维孔结构、孔隙率达到60～80％、常温抗折强度≥2.5Mpa、1200℃残余空冷抗折强度≥1.2MPa的高抗热震性能的缠绕陶瓷过滤片，产品制造过程对环境无污染，所述堇青石缠绕陶瓷过滤片兼具了强度高、不掉渣、过滤精度高、重量较轻、孔隙率大等优点，不仅可以大规模有效的过滤熔融金属，降低杂质含量，而且可防止熔融金属产生涡流，缓和冲击，获得质地均一、性能良好的铸件。

附图说明

图1是本发明一种堇青石缠绕陶瓷过滤片的示意图；

图2是图1所示的堇青石缠绕陶瓷过滤片的主视图；

图3是图2所示的A-A截面；

图4是图1所示的陶瓷环的示意图；

图5是本发明一种堇青石缠绕陶瓷过滤片的制备方法的流程图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述。

如图1-4所示，本发明提供了一种堇青石缠绕陶瓷过滤片10，包括多个陶瓷环1，所述陶瓷环1重叠交错在一起形成多层结构，多个陶瓷环1可以是相同的，也可以是不同的。同一层的陶瓷环1等间距或不等间距分布，相邻层的陶瓷环1交错分布。

其中，所述堇青石缠绕陶瓷过滤片以重量份计的主要原料配方如下：

优选的，所述堇青石缠绕陶瓷过滤片以重量份计的主要原料配方如下：

具体的，Al₂O₃、SiO₂、堇青石、高岭土、钾长石、滑石优先选用一定粒径的原料，Al₂O₃选用D50＝0.01～100μm的Al₂O₃，SiO₂选用D50＝0.01～100μm的SiO₂，堇青石选用D50＝0.01～100μm的堇青石、高岭土选用D50＝0.01～100μm的高岭土、钾长石选用D50＝0.01～100μm的钾长石、滑石选用D50＝0.01～100μm的滑石。本发明需要将Al₂O₃、SiO₂、堇青石、高岭土、钾长石、滑石的粒径控制在0.01～100μm，通过控制原料的颗粒级配，使得成品烧成收缩小，尺寸容易受控。所述Al₂O₃、SiO₂、堇青石、高岭土、钾长石、滑石的粒径若大于100μm，不容易形成连续有韧性的缠绕丝。所述Al₂O₃、SiO₂、堇青石、高岭土、钾长石、滑石的粒径若小于0.01μm，成本高昂。

更佳的，Al₂O₃选用D50＝0.01～50μm的Al₂O₃，SiO₂选用D50＝0.01～50μm的SiO₂，堇青石选用D50＝0.01～50μm的堇青石、高岭土选用D50＝0.01～50μm的高岭土、钾长石选用D50＝0.01～50μm的钾长石、滑石选用D50＝0.01～50μm的滑石。

需要说明的是，D50：指一个样品的累计粒度分布百分数达到50％时所对应的粒径。它的物理意义是指粒径大于它的颗粒占50％，小于它的颗粒也占50％，D50也叫中值粒径或中位径。D50通常用来表示粉体的平均粒度。

所述粘结剂包括低温粘结剂和高温粘结剂；所述低温粘结剂为羧甲基纤维素、羟丙基甲基纤维素、聚乙烯醇、变性淀粉中的一种或组合；所述高温粘结剂为硅溶胶、铝溶胶中的一种或组合；所述塑化剂为甘油。

优选的，所述低温粘结剂为羟丙基甲基纤维素，高温粘结剂为铝溶胶。所述低温粘结剂与所述高温粘结剂的用量比为1:4-6。

低温粘结剂可以使半成品干燥后有较高强度，便于运输和加工。高温粘结剂如硅溶胶或铝溶胶不仅在中低温干燥后使半成品具有较高强度，且高温烧结过程中其成分纳米级的二氧化硅或氧化铝填充间隙，还可与体系中的氧化铝或二氧化硅生成抗热震性能优越的莫来石相。

进一步，关于堇青石缠绕陶瓷过滤片10的具体结构，其优选方案是：

所述堇青石缠绕陶瓷过滤片10包括多个相同的陶瓷环1，同一层的陶瓷环1等间距均匀分布，同一层陶瓷环1的圆心之间的距离小于等于陶瓷环的直径，相邻层的陶瓷环1交错分布，相邻层陶瓷环1的圆心之间的距离小于陶瓷环的直径。

更佳的，所述堇青石缠绕陶瓷过滤片10由多个相同的陶瓷环1组成，同一层的陶瓷环1等间距均匀分布，同一层陶瓷环1的圆心之间的距离小于陶瓷环的直径，相邻层的陶瓷环1交错分布，相邻层陶瓷环1的圆心之间的距离小于等于陶瓷环的半径。

所述陶瓷环1由线状料螺旋缠绕而成，所述线状料的的直径为所述陶瓷环1的直径为所述陶瓷环1的厚度为1.0～3.0mm。优选的，所述陶瓷环1的直径为所述陶瓷环1的厚度为1.5～2.5mm。

所述堇青石缠绕陶瓷过滤片可以是任意形状，优选的，所述堇青石缠绕陶瓷过滤片为圆形、椭圆形、矩形、正多边形或菱形。更佳的，所述堇青石缠绕陶瓷过滤片为圆形、矩形或正多边形。

所述堇青石缠绕陶瓷过滤片的孔隙率为60～80％；所述堇青石缠绕陶瓷过滤片的尺寸为20～600mm；所述堇青石缠绕陶瓷过滤片的厚度为5～50mm。优选的，所述堇青石缠绕陶瓷过滤片的孔隙率为70～80％；所述堇青石缠绕陶瓷过滤片的尺寸为50～500mm；所述堇青石缠绕陶瓷过滤片的厚度为10～50mm。

如图5所示，本发明提供了一种堇青石缠绕陶瓷过滤片的制备方法，包括：

S101、将制备堇青石缠绕陶瓷过滤片所需的主要原料均匀混合造粒，得到造粒料；

具体的，步骤S101包括：

1、称量制备堇青石缠绕陶瓷过滤片所需的主要原料；

2、将制备堇青石缠绕陶瓷过滤片所需的主要原料均匀混合成混合料；

3、将混合料加入水，通过电动搅拌机搅拌均匀，形成泥料，并将泥料陈腐20～30小时；

优选的，将混合料加入水在电动搅拌机中搅拌30～60分钟，得到均匀泥料，并将泥料陈腐24小时，水的加入量为混合料的5％～25％。

4、将陈腐后的泥料通过真空造粒机进行练泥造粒，造粒后泥料陈腐20～30小时。

优选的，将陈腐后的泥料通过真空造粒机进行练泥造粒2～5次，泥料水分控制在12～15％，造粒后泥料陈腐24小时。

S102、将所述造粒料在挤出机上挤出成线状料。

线状料的挤出速度为0.2米/分钟～3米/分钟；

优选的，所述线状料的挤出速度为0.5米/分钟～2.5米/分钟，所述线状料的的直径为

更佳的，所述线状料的挤出速度为0.8米/分钟～2.0米/分钟，所述线状料的的直径为

S103、线状料在传送带上形成多个陶瓷环，陶瓷环重叠交错在一起，形成具有多层结构的缠绕陶瓷坯体。

所述传送带设于所述挤出机的挤出机嘴的下方，所述传送带的传输速度为5米/分钟～25米/分钟，所述挤出机的挤出机嘴与传送带的距离为10mm～1000mm；优选的，所述传送带的传输速度为10米/分钟～15米/分钟；所述挤出机的挤出机嘴与传送带的距离为50mm～500mm。更佳的，所述传送带的传输速度为11米/分钟～14米/分钟；所述挤出机的挤出机嘴与传送带的距离为80mm～450mm。

本发明通过控制线状料的挤出速度以及控制传送带的传输速度，保证陶瓷环均匀分布重叠，通过控制线状料的挤出速度、传送带的传输速度以及挤出机的挤出机嘴与传送带的距离，保证陶瓷环的直径范围，从而保证本发明过滤器具有良好的过滤效果。

S104、将所述缠绕陶瓷坯体进行干燥处理；

所述干燥处理的干燥温度为50～200℃，干燥时间为8～15分钟，干燥后缠绕陶瓷半成品的水分控制在2％以下。所述干燥处理优先为红外线干燥，但其也可以是其他干燥方式，其实施方式并不局限于本发明所举实施例。

S105、将干燥后的缠绕陶瓷坯体进行烧结处理，得到堇青石缠绕陶瓷过滤片。

所述烧结处理的烧结温度为1200～1450℃，烧成时间为20～23小时。

将本发明堇青石缠绕陶瓷过滤片和传统的泡沫陶瓷过滤器、直孔陶瓷过滤器做性能检测，结果如下：

需要说明的是，通量的测量方法为：将堇青石缠绕陶瓷过滤片、泡沫陶瓷过滤器、直孔陶瓷过滤器置于固定模型中，浇注重量为700～1100g，粘度为600～800厘泊的PVA胶水，用秒表计算所用时间，所浇注胶水重量除以浇注所用时间即为过滤器通量。优选的，所述PVA胶水重量为700～1000g，粘度为650～750厘泊。

下面以具体实施例进一步阐述本发明

实施例1

1、配方：Al₂O₃粉料5.7kg，SiO₂粉料0.9kg，高岭土粉料0.7kg，堇青石粉料2kg，滑石粉料0.35kg，钾长石粉料0.25kg，铝溶胶0.5kg，羟丙基甲基纤维素0.1kg，甘油0.2kg，水1.2kg。

2、制备方法：先将称量好的Al₂O₃粉料、SiO₂粉料、高岭土粉料、堇青石粉料、滑石粉料、钾长石粉料、羟丙基甲基纤维素置于电动搅拌机混合均匀，将称量好的铝溶胶和水缓慢加入混合粉料中，继续混料50分钟，获得均匀的泥料，泥料水分为14.2％，陈腐24小时后进行真空造粒5次，将造粒后的泥条陈腐24小时；然后用真空挤出机塑性挤出成线状料，线状料的挤出速度为1.5米/分钟，线状料在传送带上形成多个陶瓷环，陶瓷环重叠交错在一起形成具有多层结构的缠绕陶瓷坯体；所述传送带设于所述挤出机的挤出机嘴的下方，所述传送带的传输速度为15米/分钟，所述挤出机的挤出机嘴与传送带的距离为10mm～1000mm；缠绕陶瓷坯体通过裁切，在170℃干燥，坯体的水分控制在1.6％，干燥后的缠绕陶瓷坯体在1310℃空气气氛下烧成，烧成时间21小时。

3、烧成的堇青石缠绕陶瓷过滤片比重为0.75g/cm³，孔隙率为71％，常温抗折强度2.9MPa，1200℃残余空冷抗折强度1.6MPa，通量为28g/cm³。

实施例2

1、配方：Al₂O₃粉料5.7kg，SiO₂粉料1.0kg，高岭土粉料0.65kg，堇青石粉料2kg，滑石粉料0.3kg，钾长石粉料0.25kg，铝溶胶0.50kg，羟丙基甲基纤维素0.1kg，甘油0.2kg，水1.0kg。

2、制备方法：先将称量好的Al₂O₃粉料、SiO₂粉料、高岭土粉料、堇青石粉料、滑石粉料、钾长石粉料、羟丙基甲基纤维素置于电动搅拌机混合均匀，将称量好的铝溶胶和水缓慢加入混合粉料中，继续混料35分钟，获得均匀的泥料，泥料水分为14.7％，陈腐24小时后进行真空造粒5次，将造粒后的泥条陈腐24小时；然后用真空挤出机塑性挤出成线状料，线状料的挤出速度为3米/分钟，线状料在传送带上形成多个陶瓷环，陶瓷环重叠交错在一起形成具有多层结构的缠绕陶瓷坯体；所述传送带设于所述挤出机的挤出机嘴的下方，所述传送带的传输速度为25米/分钟，所述挤出机的挤出机嘴与传送带的距离为1000mm；缠绕陶瓷坯体通过裁切，在200℃干燥，坯体的水分控制在1.6％，干燥后的缠绕陶瓷坯体在1350℃空气气氛下烧成，烧成时间21小时。

3、烧成的堇青石缠绕陶瓷过滤片比重为0.85g/cm³，孔隙率为75％，常温抗折强度3.2MPa，1200℃残余空冷抗折强度2.0MPa，通量为30.0g/cm³。

实施例3

1、配方：Al₂O₃粉料4kg，SiO₂粉料0.5kg，高岭土粉料0.45kg，堇青石粉料3kg，滑石粉料0.5kg，钾长石粉料0.2kg，铝溶胶0.40kg，羟丙基甲基纤维素0.1kg，甘油0.2kg，水1.0kg。

2、制备方法：先将称量好的Al₂O₃粉料、SiO₂粉料、高岭土粉料、堇青石粉料、滑石粉料、钾长石粉料、羟丙基甲基纤维素置于电动搅拌机混合均匀，将称量好的铝溶胶和水缓慢加入混合粉料中，继续混料40分钟，获得均匀的泥料，泥料水分为14.7％，陈腐24小时后进行真空造粒5次，将造粒后的泥条陈腐24小时；然后用真空挤出机塑性挤出成线状料，线状料的挤出速度为2.5米/分钟，线状料在传送带上形成多个陶瓷环，陶瓷环重叠交错在一起形成具有多层结构的缠绕陶瓷坯体；所述传送带设于所述挤出机的挤出机嘴的下方，所述传送带的传输速度为20米/分钟，所述挤出机的挤出机嘴与传送带的距离为500mm；缠绕陶瓷坯体通过裁切，在100℃干燥，坯体的水分控制在1.5％，干燥后的缠绕陶瓷坯体在1300℃空气气氛下烧成，烧成时间22小时。

3、烧成的堇青石缠绕陶瓷过滤片比重为0.72g/cm³，孔隙率为73％，常温抗折强度3.0MPa，1200℃残余空冷抗折强度1.8MPa，通量为25g/cm³。

实施例4

1、配方：Al₂O₃粉料2kg，SiO₂粉料0.5kg，高岭土粉料0.30kg，堇青石粉料1kg，滑石粉料0.1kg，钾长石粉料0.1kg，铝溶胶0.50kg，羟丙基甲基纤维素0.1kg，甘油0.2kg，水1.0kg。

2、制备方法：先将称量好的Al₂O₃粉料、SiO₂粉料、高岭土粉料、堇青石粉料、滑石粉料、钾长石粉料、羟丙基甲基纤维素置于电动搅拌机混合均匀，将称量好的铝溶胶和水缓慢加入混合粉料中，继续混料45分钟，获得均匀的泥料，泥料水分为14.6％，陈腐24小时后进行真空造粒5次，将造粒后的泥条陈腐24小时；然后用真空挤出机塑性挤出成线状料，线状料的挤出速度为1.5米/分钟，线状料在传送带上形成多个陶瓷环，陶瓷环重叠交错在一起形成具有多层结构的缠绕陶瓷坯体；所述传送带设于所述挤出机的挤出机嘴的下方，所述传送带的传输速度为15米/分钟，所述挤出机的挤出机嘴与传送带的距离为800mm；缠绕陶瓷坯体通过裁切，在150℃干燥，坯体的水分控制在1.6％，干燥后的缠绕陶瓷坯体在1350℃空气气氛下烧成，烧成时间21小时。

3、烧成的堇青石缠绕陶瓷过滤片比重为0.67g/cm³，孔隙率为75％，常温抗折强度2.7MPa，1200℃残余空冷抗折强度1.4MPa，通量为17g/cm³。

实施例5

1、配方：Al₂O₃粉料6kg，SiO₂粉料2.5kg，高岭土粉料1kg，堇青石粉料4.5kg，滑石粉料0.45kg，钾长石粉料1kg，铝溶胶0.50kg，羟丙基甲基纤维素0.1kg，甘油0.2kg，水1.0kg。

2、制备方法：先将称量好的Al₂O₃粉料、SiO₂粉料、高岭土粉料、堇青石粉料、滑石粉料、钾长石粉料、羟丙基甲基纤维素置于电动搅拌机混合均匀，将称量好的铝溶胶和水缓慢加入混合粉料中，继续混料35分钟，获得均匀的泥料，泥料水分为14.7％，陈腐24小时后进行真空造粒5次，将造粒后的泥条陈腐24小时；然后用真空挤出机塑性挤出成线状料，线状料的挤出速度为2.7米/分钟，线状料在传送带上形成多个陶瓷环，陶瓷环重叠交错在一起形成具有多层结构的缠绕陶瓷坯体；所述传送带设于所述挤出机的挤出机嘴的下方，所述传送带的传输速度为22米/分钟，所述挤出机的挤出机嘴与传送带的距离为600mm；缠绕陶瓷坯体通过裁切，在200℃干燥，坯体的水分控制在1.6％，干燥后的缠绕陶瓷坯体在1380℃空气气氛下烧成，烧成时间22小时。

3、烧成的堇青石缠绕陶瓷过滤片比重为0.88g/cm³，孔隙率为80％，常温抗折强度2.8MPa，1200℃残余空冷抗折强度1.5MPa，通量为30g/cm³。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。