鑄鐵用碳化硅質(zhì)泡沫陶瓷過濾器的制備與性能

1、泡沫陶瓷過濾器已問世多年采用陶瓷過濾器過濾技術(shù)可以有效地減少或消除鑄件中的非金屬夾雜物凈化液態(tài)鑄造合金具有很好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。泡沫陶瓷是一種造型上像泡沫狀的多孔陶瓷它是繼普通多孔陶瓷、蜂窩多孔陶瓷之后最近發(fā)展起來的第三代多孔陶瓷產(chǎn)品[12]。目前制備泡沫陶瓷最常用的是有機(jī)泡沫浸漬工藝[3]它是以有機(jī)泡沫塑料為骨架浸漿后干燥然后高溫?zé)稍跓蛇^程中有機(jī)物燃燒揮發(fā)留下網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的陶瓷體。筆者通過使用復(fù)合粘結(jié)劑制備出了高性能的碳化硅質(zhì)泡沫

2、陶瓷過濾器并且探討了復(fù)合粘結(jié)劑的比例、燒結(jié)助劑的加入量及燒成溫度對(duì)材料物相組成、顯微結(jié)構(gòu)、力學(xué)性能及熱震性能的影響。1試驗(yàn)材料及方法為了確定復(fù)合粘結(jié)劑的比例、燒結(jié)助劑的加入量、燒成溫度及獲得良好的漿料性能本次試驗(yàn)采用的原材料是:純度大于95%的SiC微粉(320目)作為基料純度大于97%的工業(yè)αAl2O3細(xì)粉(320目)作為燒結(jié)助劑SiO2濃度為50%的硅溶膠和CMC作為復(fù)合粘結(jié)劑。采用有機(jī)泡沫浸漬法制備出碳化硅質(zhì)泡沫陶瓷過濾器其燒結(jié)過

3、程由烘干、揮發(fā)、高溫焙燒等組成。L9(33)正交試驗(yàn)的三因素分別為復(fù)合粘結(jié)劑(羧甲基纖維素硅溶膠)的比例(質(zhì)量比)、燒結(jié)助劑Al2O3含量(質(zhì)量分?jǐn)?shù)下同)及燒成溫度(℃)。對(duì)采用正交試驗(yàn)燒制成的9組過濾片取樣測(cè)量體積、稱重獲得容重并用排水法測(cè)其孔隙率樣品的熱震性是通過電爐將樣品加熱到1100℃放入15℃水中急冷取出并放入電爐中升至1100℃保溫10min后再急冷若表面出現(xiàn)宏觀裂紋則樣品為完全熱震破壞記下循環(huán)次數(shù)。采用Shimadzu(島

4、津)AGI250KN型精密萬能試驗(yàn)機(jī)測(cè)試抗壓強(qiáng)度用PhilipsXpertMPDpro基金項(xiàng)目:河南省科技攻關(guān)項(xiàng)目(0424290064)河南科技大學(xué)重大科技前期預(yù)研專項(xiàng)(2004ZD004)清華大學(xué)博士后流動(dòng)站中國(guó)一拖集團(tuán)博士后工作站項(xiàng)目(200401)。收稿日期:20060405收到初稿20060810收到修訂稿。作者簡(jiǎn)介:王哲(1978)男河南平頂山人碩士研究生主要從事泡沫陶瓷過濾器制備方面的研究。Email:wanidl@soh

5、u.com王哲1任鳳章1李鋒軍23劉平1馬戰(zhàn)紅1石書冰1(1.河南科技大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院河南洛陽4710032.清華大學(xué)機(jī)械學(xué)院北京1000843.中國(guó)一拖集團(tuán)有限公司河南洛陽471004)摘要:使用有機(jī)泡沫浸漬工藝制備碳化硅質(zhì)泡沫陶瓷過濾器探討了復(fù)合粘結(jié)劑的比例、燒結(jié)助劑(Al2O3)的加入量及燒結(jié)性能。樣品的抗壓強(qiáng)度與Al2O3的含量之間存在最佳搭配關(guān)系莫來石相的生成是材料強(qiáng)度提高的一個(gè)重要貢獻(xiàn)因素。采用最佳配方在1400℃制得

6、的碳化硅質(zhì)泡沫陶瓷過濾器抗壓強(qiáng)度達(dá)到1.9MPa樣品加熱至1100℃放入15℃水中急冷的熱震次數(shù)高達(dá)15次。關(guān)鍵詞:泡沫陶瓷碳化硅粘結(jié)劑CMC中圖分類號(hào):TG221文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):10014977(2006)11113703WANGZhe1RENFengzhang1LIFengjun23LIUPing1MAZhanhong1SHIShubing1(1.SchoolofMaterialsScienceandEngineeringH

7、enanUniversityofScienceandTechnologyLuoyang471003China2.DepartmentofMechanicalEngineeringTsinghuaUniversityBeijing100084China3.ChinaYituoGroupLimitedCorporationLuoyang471004China)Abstract:Acomplexcementitiousagentwasused

8、tofabricateSiCfoamceramicsforthefirsttime.ChangeofcomponentsofSiCfoamceramicsinsinteringprocesswasinvestigatedindetail.ThecompressionstrengthoffoamceramicdependedstronglyonthecontentofAl2O3andthesinterbehavioroftheSiCfoa

9、mceramicsshowedagreatdifferencewiththechangeofthecontentofAl2O3.ThecompressionstrengthoftheSiCfoamceramicsfabricatedwithoptimumcompositionandsinteringtemperaturecanreach1.9MPaKeywords:ceramicfoamSiCcementitiousagentCMC鑄鐵

10、用碳化硅質(zhì)泡沫陶瓷過濾器的制備與性能PreparationandCapabilityofSiCFoamCeramicFilterUsedinCastIronNov.2006Vol.55No.11鑄造FOUNDRY1137于晶界液相的引入和獨(dú)特的界面結(jié)合弱化材料的斷裂也變?yōu)橥耆难鼐嗔涯Ｊ讲牧系膹?qiáng)度和韌性顯著提高。但是如表1所示氧化鋁添加量多于20%時(shí)抗折強(qiáng)度卻顯著下降。這是因?yàn)檠趸X含量增加助熔效果增強(qiáng)產(chǎn)生更多的液相碳化硅氧化反應(yīng)更劇

11、烈[56]如圖2c更多的氣體迅速地釋放出來產(chǎn)生更多的缺陷。結(jié)果表明氧化鋁的最佳添加量是20%左右。3結(jié)論(1)羧甲基纖維素(CMC)是很強(qiáng)的有機(jī)粘結(jié)劑高溫時(shí)隨泡沫塑料一起揮發(fā)不會(huì)污染陶瓷但在有機(jī)泡沫揮發(fā)階段發(fā)氣劇烈會(huì)使陶瓷坯體開裂加入的硅溶膠在此時(shí)提高陶瓷坯體強(qiáng)度硅溶膠過多會(huì)影響陶瓷的高溫性能當(dāng)CMC與硅溶膠為1:2作為粘結(jié)劑使用時(shí)得到了平均1.43MPa的抗壓強(qiáng)度和平均12次熱震。(2)氧化鋁的含量與燒結(jié)后樣品的抗壓強(qiáng)度之間存在著最佳

12、比例關(guān)系在研究范圍內(nèi)氧化鋁的質(zhì)量含量在20%時(shí)燒結(jié)性能最好燒結(jié)對(duì)強(qiáng)度的貢獻(xiàn)主要來自于新相莫來石的生成和玻璃相對(duì)碳化硅顆粒的包覆、連接作用。通過比較不同燒成溫度下制備的碳化硅泡沫陶瓷的性能獲得最佳燒成溫度為1400℃該條件下制備的碳化硅多孔陶瓷的主要組成相為SiC、莫來石和SiO2燒結(jié)的碳化硅泡沫陶瓷的強(qiáng)度約為1.65MPa容重為0.53gcm3孔隙率大于83%。參考文獻(xiàn):[1]CASFLEDINETJ.Useoffiltermateri

13、alsingatingsystems[J].FoundryTradeJournal1985(6):1521.[2]KHANPRSUWM.Flowofductileironthroughceramicfiltersandtheeffectsonthedrossandfatigueproperties[J].AFSTransactions.1987(95):105112.[3]SCHWARTZWALDERKA.SOMERSV.Methodo

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