专利名称：：用于熔融金属的过滤介质和生产该过滤介质的方法
技术领域：
：本发明涉及一种用于过滤熔融金属，特別是熔融铝的陶资过滤介质，以及生产该过滤介质的方法。
背景技术：
：铝薄板或铝箔是通过将铝的熔融金属浇铸为铸锭之后再进行礼制来生产的。然而，如果铸锭被夹杂物污染，例如金属氧化物或固体杂质，如包含在铝的熔融金属中的难熔的细小碎片，则会在铸锭轧制成为薄板或箔片等的过程中在这些产品中产生气孔或表面缺陷。为了防止这些缺陷，有必要将固体杂质从熔融金属中除去。如在日本专利申请特开JP1985-5828A的日本专利申请和公开号为JP1995-23099Y的日本实用新型申请中所描述的，通过使用用于熔融金属的陶瓷过滤介质对铝的熔融金属进行过滤来除去其中的固体杂质如夹杂物。然而，当在过滤过程中在过滤介质的流入侧形成滤饼层时，夹杂物就会被捕获在滤饼层中。这样，尽管提高了过滤的可靠性，但是同时压降增加并且不能达到预期的透过率。因此，日本专利JP1985-5828A公开了一种工艺，其中通过在陶瓷泡沫过滤器的整个厚度方向上逐渐增加织构密度来提高过滤效率。另外，日本实用新型JP1995-23099Y公开了一种用于熔融金属的过滤介质，通过叠加至少两层微孔陶资层来形成以大孔陶资层为介质的集成体来制造该介质。然而，在日本专利JP1985-5828A/〉开的用于熔融金属的过滤介质中，具有大孔径的陶瓷泡沫被用作过滤器。因此，其去除夹杂物的性能不足且在将过滤后的铝锭轧制成为薄板、箔片等的过程中其质量不能得到保证。由于过滤器中的通道内壁是光滑的，因此很难可靠地捕获夹杂物。而且其孔隙率很高且机械强度较低，这样，当其用于过滤熔融金属例如熔融铝时，其耐用性是较差的。另一方面，JP1995-23099Y中描述的用于熔融金属的过滤介质的去除夹杂物的性能和机械强度均优于JP1985-5828A中描述的用于熔融金属的过滤介质。尽管熔融金属中的大部分夹杂物都被过滤介质流入侧外表面上形成的滤饼层过滤，但是在JP1995-23099Y中公开的用于熔融金属的过滤介质的流入侧是微孔陶乾层，这样滤饼层的形成速度很快。因此导致透过率不足。
发明内容为了解决传统方法存在的问题，本发明的目标是提供一种用于熔融金属的过滤介质，还提供一种用于生产该介质的方法，所述过滤介质的夹杂物去除性能和耐用性都非常好，还具有足够的透过率。根据本发明的第一方面，可以实现上述目标的用于熔融金属的过滤介质包括在流入侧的大孔陶乾层和在流出侧的微孔陶瓷层的两层结构。优选所述微孔陶覺层的平均孔径为100~500pm,且大孔陶瓷层的平均孔径是微孔陶瓷层的平均孔径的1.1~3.0倍。优选所述微孔陶瓷层的最大孔径为200~600|im,且大孔陶瓷层的最大孔径是微孔陶瓷层的最大孔径的1.〗~3.0倍。优选的，所述大孔陶瓷层和所述微孔陶瓷层都是由用无机粘结剂粘结的骨料而成，且该无机粘结剂具有长宽比为2~50的针状晶结构。优选该无机粘结剂为硼酸铝。优选的，所述大孔陶瓷层和所述微孔陶瓷层的总壁厚为1025mm。优选所述大孔陶瓷层和所述微孔陶瓷层的壁厚之比为1:73:1。根据本发明的另一方面，生产所述用于熔融金属的过滤介质的方法包括分別将构成所述大孔陶瓷层的粗颗粒骨料和构成所述微孔陶瓷层的细颗粒骨料与无机粘结剂捏合，然后将它们成型和烧结；形成在流入侧的大孔陶瓷层和在流出侧的微孔陶瓷层的两层结构；以及在这些骨料的颗粒中析出针状晶。由于本发明的用于熔融金属的过滤介质具有在流入侧的大孔陶瓷层和在流出侧的微孔陶瓷层的两层结构，因此很难在流入侧形成致密的滤饼层，熔融金属从过滤介质的内部得到过滤。即，通过使得传统上对过滤不起作用的过滤介质内部发挥过滤作用，从而在获得高的夹杂物去除性能的同时还提供了足够的透过率。由于熔融金属的过滤介质是由陶瓷层构成的，因此其具有足够的强度。所述用于熔融金属的过滤介质具有较大的孔径。此外，用于粘结陶瓷骨料的无机粘结剂也具有捕获熔融金属中的夹杂物的功能。具体的，当所述无机粘结剂具有长宽比为2~50的针状晶结构时，在将过滤后形成的铸锭轧制成为薄板、箔片等的过程中导致气孔或表面缺陷的夹杂物(30(im或以上)可以从铝的熔融金属中被可靠地去除。在这点上，用于熔融金属的此类过滤介质可以通过以下方法生产分别将构成所述大孔陶乾层的粗颗粒骨料和构成所述微孔陶乾层的细颗粒骨料与无机粘结剂捏合，然后将它们成型并烧结；形成在流入侧的大孔陶资层和在流出侧的微孔陶乾层的两层结构；以及在这些骨料的颗粒中析出针状晶。图1是本发明的用于熔融金属的过滤介质的示意性透视图；图2是本发明的用于熔融金属的过滤介质的示意性剖面图。具体实施例方式在下文中，将介绍本发明的优选实施例。图1是本发明的用于熔融金属的过滤介质的示意图。在此所示的用于熔融金属的过滤介质是圆柱形的，其也可以是板状的。流入侧的大孔陶瓷层1位于外圓周，流出侧的微孔陶瓷层2位于内圆周。本发明的用于熔融金属的过滤介质具有两层结构。例如，在使用前将其浸泡在800900。C的铝的熔融金属中。所述熔融金属从外圆周表面流入内圓周表面，然后过滤后的熔融金属从中心孔3中流出。在这点上，熔融金属并不特别的限定为铝的熔融金属。本发明可以用于熔点相对较低的熔融金属，如锌的熔融金属。图2是本发明的用于熔融金属的过滤介质的示意性剖面图。大孔陶瓷层1由具有相对较大直径的陶瓷骨料4构成。微孔陶瓷层2由具有相对较小直径的陶瓷骨料5构成。所述陶瓷的成分没有被特别限定。当铝的熔融金属被过滤时，可以使用不会被铝的熔融金属腐蚀的材料例如氧化铝。优选的，所述微孔陶瓷层2的平均孔径在100~500(im范围内，大孔陶瓷层1的平均孔径是微孔陶瓷层2的平均孔径的l.i3.0倍。这些孔径平均值是通过截线法(lineinterceptmethod)确定的。对于此处使用的测量方法，将用于电子显微观察的、被抛光且校正的试样在35倍放大视场中进行观测，在厚度方向以200(im的间隔描绘测量线，测量位于测量线上的孔的部分的长度，5所有测量长度的平均值被定义为平均孔径。尽管经常使用压汞技术作为测量平均孔径的方法，但是当平均孔径超过300pm时，其测量精度降低。因此，在本发明中使用截线法。微孔陶瓷层2的平均孔径在100500pm范围内的原因如下所述当所述平均孔径小于该范围时孔容易被阻塞，而当所述平均孔径大于该范围时其夹杂物捕获性能降低。另外，大孔陶瓷层1的平均孔径是微孔陶瓷层2的平均孔径的.13.0倍的原因如下所述当平均孔径小于该范围时，整个层与仅仅由微孔陶瓷层2构成的结构基本相似。这样，本发明使得过滤介质内部对过滤发挥作用的效果则会不足。在另一方面，当平均孔径超过该范围时，所述熔融金属正好通过大孔陶覺层l。这样，形成两层结构就没有意义了。另外，优选微孔陶瓷层2的最大孔径在20060(Vm范围内，大孔陶瓷层1的最大孔径是微孔陶乾层2的1.1~3.0倍。所述最大孔径的值是通过JIS定义的泡点法确定的。所述泡点法是当在水中从试样的一侧施加气压然后从相反侧产生气泡时，通过上述压力差来计算孔径的方法。微孔陶覺层2的最大孔径为200600mm的原因如下所述当平均孔径在100~500;im范围内时，很难使最大孔径小于200jim。当最大孔径超过600|im时，则增加了夹杂物通过的可能性。大孔陶瓷层1的最大孔径是微孔陶瓷层2最大孔径的1.13.0倍的原因在于类似于上述相同的方式，当最大孔径小于当所述最大孔径超过该范围时，形成两层结构就没有意义了。所述平均孔径和最大孔径可以通过分别构成各层的陶瓷骨料4和5的粒子直径来控制。所有骨料的平均粒子直径在500~2000|am范围内。陶瓷骨料4和5通过无机粘结剂来粘结。优选使用具有长宽比为2~50的针状晶结构的无机粘结剂。特别的，当计划对铝的熔融金属进行过滤时，优选使用对铝的熔融金属具有优良抗蚀性能的硼酸铝来作为无机粘结剂。当使用这种具有针状晶结构的无机粘结剂时，针状晶伸入到陶瓷骨料之间的熔融金属通道中，并且使包含在熔融金属中的细小夹杂物的捕获能力得到极大提高。此外，由于形成了结晶体，因此每层的强度增加了3MPa或更多。即使其用于过滤熔融金属，也降低了断裂的危险性。在该点上，当低强度的过滤介质被损坏时，熔融金属直接穿过所述损坏部分，其包含了流出夹杂物的风险。优选的，大孔陶瓷层1和微孔陶竞层2的整体厚度为1025mm之间。当所述整体厚度小于该范围时，本发明的使得过滤介质的内部起到过滤作用的特点则不能被充分展现。另一方面，当所述整体厚度大于该范围时，过滤抗力便增大了。此外，优选大孔陶瓷层1的壁厚与微孔陶瓷层2的壁厚的比例在1:7到3:1之间。用于生产所述用于熔融金属的具有两层结构的过滤介质的方法的各个实施例都包括用于同时或连续成型所述大孔陶资层1和^t孔陶资层2的方法；包括分别将各层成型、在干燥后将它们堆叠、然后对其烧结形成整体的方法；包括分别将各层成型、对它们进行干燥和烧结、然后将它们堆叠成为整体体的方法。可用的成型方法的例子包括已知的成型方法，如捣实、压制、铸造、胶凝铸造或离心粘结。在这点上，大孔陶瓷层1和微孔陶瓷层2之间的界面不必保持整齐，并且其粒子直径可以逐渐改变。本发明的用于熔融金属的过滤介质具有通过使熔融金属从大孔陶瓷层1一侧向微孔陶资层2—侧流过来去除夹杂物的结构。如图2所示，熔融金属中的夹杂物粒子IO在大孔陶瓷层1的表面形成滤饼层11。然而，由于流入侧是大孔陶瓷层1,所以所述滤饼层不是致密的。一些夹杂物粒子10进入大孔陶瓷层l的内部并被捕获。因此，不会发生迅速堵塞从而可以获得大的透过率。此外，可以可靠捕获夹杂物粒子10。当用于熔融金属的过滤介质是仅由大孔陶瓷层1构成的单层结构时，所述夹杂物粒子10可以从中通过。另一方面，当用于熔融金属的过滤介质是仅由微孔陶乾层2构成的单层结构时，在其流入侧形成致密滤饼层，导致发生阻塞。因此，上述两种情况都是不希望发生的。实施例下面将介绍本发明的实施例和比一交例。表l显示了下述结果，其中，壁厚是常量25mm,大孔陶瓷层(显示为大孔层)的孔径和微孔陶资层(显示为微孔层)的孔径是改变的，来计算出在铝的熔融金属中的夹杂物捕获性能和使用寿命。在任何实施例中，都是将包括8-12质量％的无机粘结剂、1-2质量％的成型粘结剂、5-7质量％的水，以及余7量为骨料。每层都被连续成型从而成为具有预定形状的成型体。然后，该成型体被干燥，然后被加热到1200~1400。C从而融化粘结剂。此后，通过以30-70°C/小时的冷却速率冷却到80(TC从而使粘结剂结晶。其结果是，生成了如下的基底材料其中骨料粒子通过粘结剂以在骨料粒子之间形成孔的状态被连接。优选使用包含15-80质量％的氧化硼、2-60质量％的氧化铝以及5-50质量％的氧化镁的粘结剂。另外，在粘结剂中还可以包括质量百分比分别为25%以下的氧化硅和30%以下的氧化4丐。这是因为粘结剂和铝的熔融金属很容易被润湿，从而提高了过滤早期的渗透性。此外，上述包含氧化硼、氧化铝、氧化镁和氧化钙的成分使得所述粘结剂在1200~1400。C之间融化，随后正常结晶，以上是优选情况。将每个试样都成形为外径100mm、内径75mm、长度100mm的管状。将每个试样一个接一个地放入试验炉中，并且过滤铝的熔融金属。压头差增加到200mm的点被定义为使用寿命。铝的熔融金属的通过量高于传统产品通过量至少1.5倍的情况被标记为。铝的熔融金属的通过量达到传统产品通过量的1.〗1.5倍的情况被标记为o。铝的熔融金属的通过量小于上述值的情况被标记为x。铝的三氧化物(A1203)、尖晶石(MgAl204)和氧化镁(MgO)(即，过滤之前和之后的铝试样中的主要夹杂物)的量通过溴-曱醇法(将试样溶解在溴曱醇溶液中，然后定量分析溶解剩余物中的氧化物的数量的方法)进行分析。分析的数量高于传统产品至少1.0倍的情况被标记为o。分析的数量是传统产品0.8~l.O倍的情况被标记为A。分析的数量在上述数值以下的情况被标记为x。表1<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>表2显示的是，平均孔径的尺寸保持常量，壁厚和形状发生改变，然后按照与上述相同的方式进行计算后的结果。<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table>表3表示的是，改变无机粘结剂的长宽比，然后以与上述相同的方式进行-后的结果。<table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table>从以上实施例可以明显看出，个夂，j日v川1;^、岡工至/f7曰'J/化-v1乂贝证夹杂物捕获性能和使用寿命(熔融金属的通过率)方面具有优越性'权利要求1.一种用于熔融金属的过滤介质，包括在流入侧的大孔陶瓷层和在流出侧的微孔陶瓷层的两层结构。2.如权利要求1所述的用于熔融金属的过滤介质，其中，所述微孔陶瓷层的平均孔径为100~500|im,且所述大孔陶资层的平均孔径是所述微孔陶资层的平均孔径的1.13.(H咅。3.如权利要求2所述的用于熔融金属的过滤介质，其中，所述微孔陶瓷层的最大孔径为200~600|im,且所述大孔陶瓷层的最大孔径是所述微孔陶瓷层最大孔径的1.1~3.0倍。4.如权利要求1所述的用于熔融金属的过滤介质，其中，所述大孔陶瓷层和所述微孔陶乾层是由用无机粘结剂粘结的骨料形成，且所述无机粘结剂具有长宽比为2~50的针状晶结构。5.如权利要求4所述的用于熔融金属的过滤介质，其中，所述的无机粘结剂是硼酸铝。6.如权利要求1所述的用于熔融金属的过滤介质，其中，所述大孔陶瓷层和所述^:孔陶瓷层的总壁厚为10~25mm。7.如权利要求1所述的用于熔融金属的过滤介质，其中，所述大孔陶瓷层和所述微孔陶瓷层的壁厚之比为l:73:。8.—种生产用于熔融金属的过滤介质的方法，包括分别将构成所述大孔陶瓷层的粗颗粒骨料和构成所述微孔陶瓷层的细颗粒骨料与无机粘结剂捏合，然后将它们成型和烧结；形成在流入侧的大孔陶瓷层和在流出侧的微孔陶瓷层的两层结构；且在这些骨料的颗粒中析出针状晶。全文摘要本发明提供一种用于熔融金属的过滤介质，该过滤介质具有非常好的夹杂物去除性能和耐久性，还具有足够的透过率，此外还提供一种生产该介质的方法。在本发明中用于熔融金属的过滤介质包括在流入侧的大孔陶瓷层1和在流出侧的微孔陶瓷层2的两层结构。所述微孔陶瓷层2的平均孔径为100～500μm，且所述大孔陶瓷层1的平均孔径是微孔陶瓷层2平均孔径的1.1～3.0倍。当每层都是由骨料与无机粘结剂粘结而成且所述无机粘结剂具有长宽比为2～50的针状晶结构时，过滤介质的内部可以发挥过滤作用，且可以同时保证夹杂物捕获性能和使用寿命。文档编号B01D29/58GK101653670SQ20091016698公开日2010年2月24日申请日期2009年8月3日优先权日2008年8月4日发明者古宫山常夫,堀田启之,樋口阳人申请人:日本碍子株式会社;Ngk阿德列克株式会社