簡述了泡沫陶瓷過濾器的過濾機理,詳細介紹了泡沫陶瓷過濾器的應(yīng)用,最后簡述了本實驗室的一些相關(guān)工作。
在鑄造生產(chǎn)中,由于非金屬夾雜物等鑄造缺陷導(dǎo)致的鑄件廢品一般占廢品總數(shù)的50%～60%。采用金屬液過濾器技術(shù)可以有效地減少或消除其中的各種非金屬夾雜物,凈化液態(tài)鑄造合金。
泡沫陶瓷過濾器(CFF,即CeramicFoamFilter)是采用聚氨酯泡沫塑料為載體,經(jīng)過水解后將他浸入到由陶瓷粉末、黏結(jié)劑、助燒結(jié)劑、懸浮劑等制成的涂料中,然后擠掉多余涂料,使陶瓷涂料均勻涂敷于載體骨架成為坯體,再把坯體烘干并經(jīng)高溫焙燒而成。
1過濾機理
泡沫陶瓷過濾器通過對金屬液的3種物理化學(xué)作用,分離液態(tài)鑄造合金中的夾雜物,達到凈化金屬液的效果[4 5]。
1)濾餅機制:復(fù)雜的泡沫陶瓷結(jié)構(gòu),可以高效率地機械擋渣,當金屬液通過結(jié)構(gòu)復(fù)雜的泡沫陶瓷過濾器時,通過過濾介質(zhì)的機械分離作用,把大于過濾器表面孔眼的夾雜物濾除,并使之沉淀在過濾器液態(tài)金屬流入端,成為過濾器的一個組成部分。隨著夾雜物在過濾器表面上堆積數(shù)量的增多,逐漸形成了一層“濾餅”,使金屬液流道進一步變細,因而新增的過濾介質(zhì)表面可以濾除更為細小的夾雜物,與此同時,介質(zhì)內(nèi)部也有過濾作用,在貫穿于陶瓷體的眾多小孔中,有的呈現(xiàn)微小狹縫,有的存在死角,這些變化不同的區(qū)域都是截獲夾雜物的可能位置,過濾器內(nèi)部也存在“濾餅”效應(yīng)。
2)表面效應(yīng):當金屬液流經(jīng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜的陶瓷體時,被分割成許多細小的流股,增大了金屬液中夾雜物與過濾介質(zhì)的接觸面積及接觸幾率,由于過濾器表面是極微小的凸凹面,凹塊尺寸約為1～10μm,對夾雜物有靜電吸附和黏附截流作用。
3)整流效應(yīng):金屬液流過泡沫陶瓷過濾器時,被分割成許多細小單元的流股,其直徑較小,從而使雷諾數(shù)(Re=vd/r)變小,使液流趨于層流運動。當金屬液處于層流狀態(tài)時,由于熔融金屬液的密度遠大于夾雜物的密度,因而使夾雜物有充分的時間上浮除去,也即泡沫陶瓷過濾器能輔助橫澆道擋渣。澆注系統(tǒng)中放置過濾器后,金屬液流動的助力增加,在橫澆道中流動的金屬液容易形成充滿運動,并使流速降低,有利于夾雜物上浮,并滯留在橫澆道頂面。
2泡沫陶瓷的應(yīng)用
2.1鋁合金鑄造過濾鋁合金在熔化和形成鑄件的過程中,容易吸收氣體和混入非金屬雜物,從而降低了鑄件的使用性能和加工性能。目前研制成功的泡沫陶瓷過濾片為鋁合金鑄件生產(chǎn)提供了一種新型的、高效率的過濾器。不同于通常的單層鉆孔篩板和玻璃纖維篩網(wǎng),而是有著多層網(wǎng)絡(luò)和彎曲的通孔,能充分地濾除鋁合金熔體中的細小非金屬夾雜物,從而提高了鑄件的質(zhì)量。泡沫陶瓷過濾片用于鋁合金熔體的過濾,通常選用堇青石質(zhì),網(wǎng)眼尺寸為0.8～1.0mm。西安制造公司采用(90mm×80mm×20mm)泡沫陶瓷濾片,使油泵彎管頭、離合器殼、變扭器殼體等鑄件的合格率提高了40%～70%,僅此一項,就為該公司每年新增產(chǎn)值200萬元,實現(xiàn)利稅30萬元。
2.2銅合金鑄造過濾
有色金屬熔體(黃銅、青銅、鋅、錫)在鑄造過程中,同樣也會產(chǎn)生氧化和非金屬雜物,出現(xiàn)大量的廢品,若采用泡沫陶瓷濾片可大大降低廢品率。過濾銅合金熔體通常選用堇青石質(zhì),網(wǎng)眼尺寸為1.0～1.2mm。
2.3鋼鐵鑄造過濾
泡沫陶瓷同樣適用于球磨鑄鐵、合金鋼、不銹鋼等高溫合金的鑄造過濾。鋼鐵合金比重較大,熔點高,要求泡沫陶瓷的高溫強度、軟化溫度以及抗熱沖擊性都要比過濾鋁、銅高。通常選用氧化鋁和碳化硅質(zhì)的泡沫陶瓷過濾片,濾片的網(wǎng)眼尺寸為2～3mm。
2.4汽車尾氣凈化處理器催化劑載體
隨著我國汽車行業(yè)的不斷發(fā)展,汽車尾氣排放已成為環(huán)境污染的主要來源。由于泡沫陶瓷具有比表面積高、熱穩(wěn)定性好、耐磨、不易中毒、低密度,已廣泛作為汽車尾氣催化凈化器載體使用。將泡沫陶瓷汽車尾氣催化凈化器安裝在汽油車排氣管中,可以使汽油車排出的CO,HC,NOx有害氣體轉(zhuǎn)化成CO2,H2O,N2,轉(zhuǎn)化率可達90%以上;用在柴油車上,碳粒凈化率在50%以上。當泡沫陶瓷濾芯積滿碳粒時,可以采用催化氧化法或電控燃燒法再生,不斷消除沉積的碳粒,達到長期使用的目的。
2.5其他應(yīng)用在高溫條件下,泡沫陶瓷具有優(yōu)良的熱輻射特性,被用于強化傳熱和多孔介質(zhì)的燃燒技術(shù)中,效果顯著。泡沫陶瓷還可以做成光觸媒載體,在泡沫陶瓷載體上涂覆納米二氧化鈦,受紫外線激發(fā),具有強烈的光催化氧化降解特性,可催化降解有機物和微生物,從而凈化空氣。泡沫陶瓷還可以做成化工塔填料,布氣材料,煤氣灶節(jié)能燃燒板等。
綜上所述,泡沫陶瓷的應(yīng)用將會給現(xiàn)代工業(yè)和現(xiàn)代生活帶來極大的經(jīng)濟和社會效益。由于泡沫陶瓷使用方便、價格便宜、制造工藝簡單,通過材質(zhì)的選擇和工藝控制,可以制成適合于不同用途的泡沫陶瓷產(chǎn)品。具有優(yōu)良特性的泡沫陶瓷已被越來越多的人所認識,他將廣泛應(yīng)用于冶金、化工、環(huán)保、節(jié)能、醫(yī)學(xué)、電子等領(lǐng)域,前景十分廣闊。 |
