利用发泡聚苯乙烯制备熔融金属泡沫陶瓷过滤器外文翻译资料

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利用发泡聚苯乙烯制备熔融金属泡沫陶瓷过滤器

Z.Taslicukur*,C.Balaban,N.Kuskonmaz

（ 伊尔迪兹技术大学,冶金与材料工程学院,Davutpasa学院，Davatpasa-Esenler，土耳其 伊斯坦布尔 34210,2006年七月七日网上发布)

摘要：使用泡沫陶瓷过滤器排除熔融金属中的夹杂物是一种已经被证实的方法。本文章使用了一种新的方法制备发泡陶瓷过滤器，即在泡沫陶瓷过滤器生产的常规方法中，通常使用聚氨酯海绵，而在本工作期间，我们使用了发泡聚苯乙烯制备泡沫陶瓷过滤器。发泡聚苯乙烯是通过蒸发聚苯乙烯然后在一个特殊设计的模具中制成，然后将各种陶瓷浆料倒进发泡聚苯乙烯里，随后通过空气干燥。在材料定型后，过滤器在一定条件下进行烧结过程。通过这种新方法，我们能够控制过滤器孔径的大小以及缺陷的成型。在过滤器的测试中，过滤器能够承受1450℃的热冲击测试。吸水率试验表明,矾土基材料的吸水率高于其他材料。

（2006爱思唯尔有限公司保留所有权利）

关键词：陶瓷过滤器，夹杂物，抗热震性，耐火材料，碳化硅

1. 介绍

非金属夹杂物被认为是铸造工艺中最普遍的原因之一。非金属夹杂物实质上存在于所有金属中，他们的形状、尺寸、数量及分布都会影响金属的形变性能以及产品质量。即使有足够规格的浇口棒，使用传统的浇铸系统也不能有效的除去熔渣，不能满足现代对铸件的高质量标准，但过滤器有能力满足这些需求。

现在，在铁基和非铁基铸造工艺中液态金属过滤是一种非常普遍的技术。使用过滤器能够移除由于外因、内因引起的夹杂物。

熔融金属过滤是固相颗粒在过滤器中被捕捉，液态金属流过，从而使固相颗粒从金属中分离出来。熔融金属过滤提高了铸件的表面抛光度、气密性及机械性能，减少了铸件的重做，增加了其机械加工性，提高铸件产量。

目前市场上有多个已成熟的过滤器技术，包括这些包括滤芯、编织布或网格和瓷砖过滤器。瓷砖过滤器一般被认为是最有效的。挤压膨化蜂窝和泡沫过滤器是瓷砖过滤器。按细胞—细胞为圆形细胞，挤压过滤方形细胞，过滤器有一个随机十二型结构。

使用泡沫陶瓷过滤器过滤熔融金属被证实是控制夹杂物尺寸和数量的有效方法。自从1977年来，网状泡沫陶瓷过滤器已经在铸造工业中实现商业化运用。第一次应用是在美国航天航空中应用于制造高质量的铝铸件。

泡沫陶瓷过滤器被认为拥有独特的弯曲通道，使得夹杂物在过滤器中被捕捉，而让干净流畅的熔融金属流入模具型腔。主要的优势在于其拥有最好的过滤效果，以及大部分铸件要求的湍流少、耐火度高和侵蚀度小的特点。

泡沫陶瓷过滤器具有开放式的三维立体网状气孔结构，非常高的气孔率和比表面积。他们是由陶瓷材料如铝、莫来石、二氧化硅组成的开放式泡沫结构。泡沫陶瓷过滤器深层过滤夹杂物，只有当夹杂物的粒径小于孔径时才会通过过滤器的横断面而被保留。

在深层过滤中夹杂物的捕获被认为是由于两个相继发生的事件引起的：一是在过滤器媒介中将夹杂物运送至捕获位置，二是在捕获位置夹杂物微粒的附着。

泡沫陶瓷过滤器是通过陶瓷浆料浸渍网状发泡聚亚安酯制备，从中挤出多余陶瓷浆料，然后干燥，烧成成品。

适合的耐火材料应该具备良好的铸造生产的特性的。质量恶劣的耐火材料会导致侵蚀速度快而使微粒进入模腔。

耐高温过滤材料必须能在过滤器不破裂或塌陷时抵抗住初始的金属静力和热冲击。过滤材料必须达到具有一定耐热程度、化学惰性、机械性能、物理性能及热性能的要求。

适当的空隙尺寸也是十分重要的，孔径尺寸的选择通常是产品质量和过滤器的尺寸的权衡。出色的孔径尺寸的过滤器能够提供更高的过滤效率及铸造清洁度，但是要求更大的区域能够抵消更大的流动阻力。

在这次工作中，目的是生产出一个新式的过滤器，能够比传统的过滤器拥有更大的比表面积，用于深层过滤的过滤器。模具的尺寸能够改变，能够让过滤器多孔性的尺寸和数量可以非常容易的控制住。

1. 实验过程和结果

传统的泡沫陶瓷过滤器是通过网状聚氨酯泡沫塑料而制备的。在这个课题中，泡沫陶瓷过滤器的生产运用了一种新的方法：发泡型聚苯乙烯被用于取代聚氨酯泡沫塑料。硬性泡沫聚苯乙烯是一种从石油中提取的热塑性绝缘材料。这是一种从原油、天然气中制取的碳氢化合物型聚合物。这种聚合物包含92%的碳和8%的氢，拥有长链式的结构。

2.1、利用聚苯乙烯制备

有两种不同的模具被用于生产过滤器。这两种模具有不一样的尺寸大小。主要的目的是为了利用不同的模具通过控制过滤器通道的尺寸能够很容易控制过滤器以及生产出期望中的过滤器。其中一种模具是由不锈钢制成的。模具由三部分组成，包括5厘米直径的球形孔隙、0.1厘米直径的链连接孔隙。在图片1a中，所示的是不锈钢模具。

称量0.80g发泡聚苯乙烯，均匀地涂覆在不锈钢模具上形成聚苯乙烯模型。模具放置在一个180℃的熔炉内30分钟。然后取出模具，在恒温水槽中冷却下来。如图2a所示，在不锈钢模具中成型的聚苯乙烯模型。

第二种模具是由铝质材料制成的。模具有四个部分，8厘米直径的球形空隙，以及2.5厘米直径的链连接孔隙。如图1b所示，铝质模具。

聚苯乙烯在蒸汽发生器中预膨胀产生泡沫状物质。蒸汽发生器的压力值是600000Pa。聚苯乙烯在100℃预膨胀机内膨胀40秒。泡沫状的聚苯乙烯在50℃下干燥2小时。称量0.25g泡沫状聚苯乙烯，放置在铝质模具上。在100000Pa的压力下铝质模具加热75秒。如图2b所示，在铝质模具中成型的聚苯乙烯模型。

图1

图2.

2.2、聚苯乙烯单元与泡沫陶瓷过滤器的制备

聚苯乙烯单元是通过一种热塑性粘合剂粘结聚苯乙烯生产出来的。几种陶瓷材料，如石灰结合刚玉、尖晶石、碳化硅和矾土基材料，用于制备陶瓷浆料。这几种材料在硅胶模具中与水混合，加入聚苯乙烯单元，不断振动，搅拌。泡沫陶瓷过滤器在600℃下干燥3小时，在1250℃烧结3小时。如图3所示，不同材料制成的过滤器。

图3.

2.3、陶瓷过滤器的性能

石灰结合的陶瓷混合物的使用，是因为样品有一个湿强度，他们可以在很短的时间里在模具中移动，且在干燥和烧结过程中，没有裂纹。

根据 DOKTAS A.S.过滤器规格资格手册，吸水率测试在陶瓷材料中应用。过滤器在水中浸泡24小时，侵泡前后称量过滤器的重量。重量的变化在9.5%-11%内是一个正常的值。碳化硅、刚玉、矾土基材料、尖晶石正常的重量变化分别是5.4%、2.9%、9.2%、7.5%。这些数据表明，矾土基材料的吸水率高于其他几种材料。

对熔融金属的抗热冲击性是过滤器陶瓷最重要的性能。文献在评估抗热冲击性的技术上缺乏一致性。为了确定陶瓷过滤器的抗热冲击性，陶瓷过滤器样品将被加热至1150℃，然后保持5s，远离火焰，空气冷却陶瓷过滤器。陶瓷过滤器样品由于剥落造成的重量缺失被用做抗热冲击性的测试方法。零重量损失表明在测试过程中没有损坏。这种测试应用于陶瓷过滤器，每一块陶瓷过滤器样品都没有重量损失。

根据Duml;oktas公司陶瓷过滤器资质规范手册，其他的抗热冲击性测试被用于碳化硅材料过滤器和矾土基材料过滤器。陶瓷过滤器在1450℃温度下被浸入装有液态金属的坩埚内，持续30s。在陶瓷过滤器上没有裂缝或者断裂。

1. 结论

利用聚苯乙烯制造的陶瓷过滤器拥有预期的表面和过渡区。该陶瓷过滤器可用于两个位置。在第一种情况下，它具有直接跃迁，在第二种情况下，它有交叉的路径。

陶瓷过滤器的吸水率测试结果表明陶瓷过滤器的重量差值的平均值为6.25%。陶瓷过滤器可以抵抗1450℃的高温。

这种新方法的一个缺点是使用过多的陶瓷材料，增加了成本和重量。

致谢

作者要感谢国家计划组织主要编辑部，耶尔德兹技术大学研究基金和巴尔干中心提供的先进铸造技术，感谢他们的金融支持、提供研究设备。

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