[发明专利]氧化镁部分稳定氧化锆泡沫陶瓷过滤器

说明书

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1600℃以上的钢水或高温合金熔体，其过滤净化用泡沫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℃。日本桥石(Bridge Stone)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》(中国发明专利，申请号200710115193.5，公开号CN101259347A)发明了一种部分稳定氧化锆泡沫陶瓷的制作方法。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，胡尧和、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，烧结收缩更大，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+H₂O＝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，使陶瓷浆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。

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％。