碳纤维过滤器的(de)实(shi)际应用效果(guo)
; 在铸(zhu)造(zao)生产中，由于(yu)非金(jin)属夹杂物等铸(zhu)造(zao)缺(que)陷导致的(de)铸(zhu)件废品一般(ban)占废品总数的(de)50%～60%.采用(yong)金(jin)属液(ye)(ye)过滤器技术可以(yi)有效地减少(shao)或消(xiao)除其中的(de)各种(zhong)非金(jin)属夹杂物，净化液(ye)(ye)态铸(zhu)造(zao)合金(jin)。
泡(pao)(pao)沫陶瓷(ci)过滤(lv)器（CFF，即(ji)CeramicFoamFilter）是采(cai)用聚氨酯泡(pao)(pao)沫塑料(liao)为载体，经过水解后将他(ta)浸入到由陶瓷(ci)粉末、黏结剂(ji)、助烧(shao)结剂(ji)、悬(xuan)浮剂(ji)等制成的涂料(liao)中，然后挤掉多余(yu)涂料(liao)，使陶瓷(ci)涂料(liao)均匀涂敷于载体骨架成为坯(pi)体，再把坯(pi)体烘(hong)干并经高温焙烧(shao)而成。
1过(guo)滤(lv)(lv)机理泡沫(mo)陶瓷过(guo)滤(lv)(lv)器(qi)(qi)通过(guo)对金(jin)属液的(de)3种物(wu)理化(hua)学(xue)作(zuo)用(yong)，分离液态(tai)铸造合金(jin)中(zhong)的(de)夹杂物(wu)，达(da)到(dao)净化(hua)金(jin)属液的(de)效(xiao)果[45].1）滤(lv)(lv)饼(bing)机制：复杂的(de)泡沫(mo)陶瓷结(jie)构(gou)，可(ke)以高效(xiao)率地机械挡(dang)渣，当金(jin)属液通过(guo)结(jie)构(gou)复杂的(de)泡沫(mo)陶瓷过(guo)滤(lv)(lv)器(qi)(qi)时(shi)，通过(guo)过(guo)滤(lv)(lv)介(jie)(jie)质(zhi)(zhi)的(de)机械分离作(zuo)用(yong)，把大于过(guo)滤(lv)(lv)器(qi)(qi)表(biao)面(mian)(mian)孔(kong)(kong)眼的(de)夹杂物(wu)滤(lv)(lv)除，并使之沉淀(dian)在(zai)(zai)过(guo)滤(lv)(lv)器(qi)(qi)液态(tai)金(jin)属流入端，成为过(guo)滤(lv)(lv)器(qi)(qi)的(de)一(yi)个组(zu)成部(bu)(bu)分。随着夹杂物(wu)在(zai)(zai)过(guo)滤(lv)(lv)器(qi)(qi)表(biao)面(mian)(mian)上堆积数量的(de)增多(duo)，逐渐形成了一(yi)层“滤(lv)(lv)饼(bing)”，使金(jin)属液流道进一(yi)步(bu)变细，因而新增的(de)过(guo)滤(lv)(lv)介(jie)(jie)质(zhi)(zhi)表(biao)面(mian)(mian)可(ke)以滤(lv)(lv)除更为细小(xiao)(xiao)的(de)夹杂物(wu)，与(yu)此同时(shi)，介(jie)(jie)质(zhi)(zhi)内部(bu)(bu)也有(you)过(guo)滤(lv)(lv)作(zuo)用(yong)，在(zai)(zai)贯穿(chuan)于陶瓷体的(de)众多(duo)小(xiao)(xiao)孔(kong)(kong)中(zhong)，有(you)的(de)呈现微小(xiao)(xiao)狭缝(feng)，有(you)的(de)存在(zai)(zai)死角，这(zhei)些变化(hua)不同的(de)区域都是截获夹杂物(wu)的(de)可(ke)能位置，过(guo)滤(lv)(lv)器(qi)(qi)内部(bu)(bu)也存在(zai)(zai)“滤(lv)(lv)饼(bing)”效(xiao)应。
2）表面效应：当金属液流经结构复杂的(de)陶瓷体时(shi)，被分割成许多细小的(de)流股，增大(da)了金属液中夹(jia)杂物与过滤介(jie)质(zhi)的(de)接触面积及(ji)接触几率，由于过滤器表面是(shi)极微小的(de)凸凹面，凹块(kuai)尺寸约(yue)为1～10μm，对夹(jia)杂物有静电吸附和(he)黏附截流作用。
3）整(zheng)流效应：金属(shu)(shu)液(ye)流过泡(pao)沫(mo)陶瓷过滤(lv)器(qi)时，被分割(ge)成许(xu)多细(xi)小(xiao)单元的(de)流股，其(qi)直径(jing)较小(xiao)，从(cong)而使雷(lei)诺数（Re=vd/r）变(bian)小(xiao)，使液(ye)流趋于(yu)层流运(yun)动(dong)。当金属(shu)(shu)液(ye)处于(yu)层流状(zhuang)态时，由于(yu)熔融(rong)金属(shu)(shu)液(ye)的(de)密度(du)远(yuan)大(da)于(yu)夹(jia)(jia)杂物(wu)(wu)的(de)密度(du)，因而使夹(jia)(jia)杂物(wu)(wu)有充分的(de)时间上浮除(chu)去(qu)，也即泡(pao)沫(mo)陶瓷过滤(lv)器(qi)能辅助横浇道挡渣(zha)。浇注系统中放置过滤(lv)器(qi)后，金属(shu)(shu)液(ye)流动(dong)的(de)助力(li)增加，在横浇道中流动(dong)的(de)金属(shu)(shu)液(ye)容易形成充满运(yun)动(dong)，并使流速(su)降低(di)，有利(li)于(yu)夹(jia)(jia)杂物(wu)(wu)上浮，并滞留在横浇道顶面(mian)。
2泡(pao)沫陶瓷的(de)(de)应用(yong)(yong)2.1铝(lv)合(he)金(jin)(jin)(jin)(jin)铸(zhu)造过(guo)(guo)滤(lv)铝(lv)合(he)金(jin)(jin)(jin)(jin)在(zai)熔化和(he)形成(cheng)(cheng)铸(zhu)件的(de)(de)过(guo)(guo)程(cheng)中，容易(yi)吸收(shou)气体和(he)混入非(fei)金(jin)(jin)(jin)(jin)属杂物(wu)，从而降(jiang)低了(le)铸(zhu)件的(de)(de)使用(yong)(yong)性能(neng)和(he)加工性能(neng)。目前研制成(cheng)(cheng)功的(de)(de)泡(pao)沫陶瓷过(guo)(guo)滤(lv)片为铝(lv)合(he)金(jin)(jin)(jin)(jin)铸(zhu)件生产提供(gong)了(le)一种新型的(de)(de)、高效率的(de)(de)过(guo)(guo)滤(lv)器(qi)。不(bu)同于通(tong)常(chang)(chang)的(de)(de)单层钻孔筛板和(he)玻璃纤(xian)维筛网，而是(shi)有(you)着多层网络和(he)弯曲的(de)(de)通(tong)孔，能(neng)充分地滤(lv)除铝(lv)合(he)金(jin)(jin)(jin)(jin)熔体中的(de)(de)细小(xiao)非(fei)金(jin)(jin)(jin)(jin)属夹杂物(wu)，从而提高了(le)铸(zhu)件的(de)(de)质量(liang)。泡(pao)沫陶瓷过(guo)(guo)滤(lv)片用(yong)(yong)于铝(lv)合(he)金(jin)(jin)(jin)(jin)熔体的(de)(de)过(guo)(guo)滤(lv)，通(tong)常(chang)(chang)选(xuan)用(yong)(yong)堇(jin)青石质，网眼(yan)尺寸(cun)为0.8～1.0mm.西(xi)安飞机制造公(gong)司采用(yong)(yong)（90mm×80mm×20mm）泡(pao)沫陶瓷滤(lv)片，使油泵弯管头(tou)、离合(he)器(qi)壳(qiao)(qiao)、变(bian)扭器(qi)壳(qiao)(qiao)体等铸(zhu)件的(de)(de)合(he)格率提高了(le)40%～70%，仅此一项(xiang)，就(jiu)为该公(gong)司每年(nian)新增(zeng)产值(zhi)200万元，实现利税30万元。
2.2铜合(he)金铸(zhu)造过滤(lv)有色金属(shu)熔(rong)体(ti)（黄铜、青铜、锌(xin)、锡(xi)）在铸(zhu)造过程中，同样也会产生氧(yang)(yang)化(hua)和(he)非金属(shu)杂(za)物(wu)，出(chu)现大量的(de)(de)废(fei)品，若采用(yong)(yong)(yong)泡(pao)(pao)沫(mo)陶(tao)瓷(ci)(ci)滤(lv)片可(ke)大大降低废(fei)品率。过滤(lv)铜合(he)金熔(rong)体(ti)通常选用(yong)(yong)(yong)堇(jin)青石质，网(wang)眼尺(chi)寸为1.0～1.2mm.2.3钢(gang)(gang)(gang)铁(tie)铸(zhu)造过滤(lv)泡(pao)(pao)沫(mo)陶(tao)瓷(ci)(ci)同样适用(yong)(yong)(yong)于(yu)球磨铸(zhu)铁(tie)、合(he)金钢(gang)(gang)(gang)、不(bu)锈钢(gang)(gang)(gang)等高温合(he)金的(de)(de)铸(zhu)造过滤(lv)。钢(gang)(gang)(gang)铁(tie)合(he)金比重较大，熔(rong)点高，要(yao)求泡(pao)(pao)沫(mo)陶(tao)瓷(ci)(ci)的(de)(de)高温强度、软(ruan)化(hua)温度以(yi)及抗热(re)冲击性(xing)(xing)都要(yao)比过滤(lv)铝、铜高。通常选用(yong)(yong)(yong)氧(yang)(yang)化(hua)铝和(he)碳化(hua)硅质的(de)(de)泡(pao)(pao)沫(mo)陶(tao)瓷(ci)(ci)过滤(lv)片，滤(lv)片的(de)(de)网(wang)眼尺(chi)寸为2～3mm.2.4汽(qi)(qi)车(che)(che)(che)尾气净(jing)(jing)化(hua)处理器(qi)催(cui)(cui)化(hua)剂载(zai)体(ti)随(sui)着我国汽(qi)(qi)车(che)(che)(che)行业的(de)(de)不(bu)断(duan)发展，汽(qi)(qi)车(che)(che)(che)尾气排放已(yi)成为环境污(wu)染的(de)(de)主要(yao)来源(yuan)。由于(yu)泡(pao)(pao)沫(mo)陶(tao)瓷(ci)(ci)具有比表面积高、热(re)稳(wen)定(ding)性(xing)(xing)好、耐磨、不(bu)易中毒、低密度，已(yi)广(guang)泛作为汽(qi)(qi)车(che)(che)(che)尾气催(cui)(cui)化(hua)净(jing)(jing)化(hua)器(qi)载(zai)体(ti)使用(yong)(yong)(yong)。将泡(pao)(pao)沫(mo)陶(tao)瓷(ci)(ci)汽(qi)(qi)车(che)(che)(che)尾气催(cui)(cui)化(hua)净(jing)(jing)化(hua)器(qi)安装在汽(qi)(qi)油车(che)(che)(che)排气管中，可(ke)以(yi)使汽(qi)(qi)油车(che)(che)(che)排出(chu)的(de)(de)CO，HC，NOx有害气体(ti)转化(hua)成CO2，H2O，N2，转化(hua)率可(ke)达90%以(yi)上；用(yong)(yong)(yong)在柴油车(che)(che)(che)上，碳粒(li)(li)净(jing)(jing)化(hua)率在50%以(yi)上。当泡(pao)(pao)沫(mo)陶(tao)瓷(ci)(ci)滤(lv)芯积满碳粒(li)(li)时，可(ke)以(yi)采用(yong)(yong)(yong)催(cui)(cui)化(hua)氧(yang)(yang)化(hua)法(fa)或电控燃烧(shao)法(fa)再(zai)生，不(bu)断(duan)消除沉积的(de)(de)碳粒(li)(li)，达到长期使用(yong)(yong)(yong)的(de)(de)目的(de)(de)。
2.5其(qi)他应(ying)用(yong)在(zai)高温条件下，泡(pao)沫陶(tao)(tao)瓷(ci)具有优良的(de)(de)热(re)辐射特性(xing)，被用(yong)于(yu)强化(hua)(hua)传(chuan)热(re)和多孔介(jie)质的(de)(de)燃烧(shao)技术中，效果显(xian)著(zhu)。泡(pao)沫陶(tao)(tao)瓷(ci)还可以做成(cheng)光触媒载(zai)体，在(zai)泡(pao)沫陶(tao)(tao)瓷(ci)载(zai)体上(shang)涂覆(fu)纳米(mi)二氧(yang)化(hua)(hua)钛，受紫外线激发，具有强烈的(de)(de)光催化(hua)(hua)氧(yang)化(hua)(hua)降解特性(xing)，可催化(hua)(hua)降解有机物(wu)和微(wei)生物(wu)，从(cong)而净化(hua)(hua)空气。泡(pao)沫陶(tao)(tao)瓷(ci)还可以做成(cheng)化(hua)(hua)工塔填料，布气材料，煤气灶节能(neng)燃烧(shao)板(ban)等(deng)。
综上所述，泡(pao)(pao)沫陶瓷(ci)(ci)的应(ying)用将(jiang)会给现代工(gong)业和(he)(he)现代生活带来极大(da)的经济和(he)(he)社(she)会效益。由于(yu)泡(pao)(pao)沫陶瓷(ci)(ci)使用方便、价格便宜、制(zhi)造工(gong)艺简单(dan)，通过(guo)材质(zhi)的选择和(he)(he)工(gong)艺控制(zhi)，可(ke)以制(zhi)成适合于(yu)不同用途的泡(pao)(pao)沫陶瓷(ci)(ci)产品。具有优良特性的泡(pao)(pao)沫陶瓷(ci)(ci)已被越来越多(duo)的人所认识(shi)，他(ta)将(jiang)广泛(fan)应(ying)用于(yu)冶金、化(hua)工(gong)、环保、节能、医学、电子等领域，前景十分广阔。
3试验结果在泡沫陶瓷材料方面，本试验室也开展了一些研究工艺。主要是通过试验验证各种工艺参数对泡沫陶瓷过滤器性能的影响，找出更加合理的、完善的工艺参数，以提高过滤器性能和生产出过滤温度更高的、过滤钢液及高温合金的氧化锆基泡沫陶瓷过滤器。试验结果表明：1）ZrO2基泡沫陶瓷过滤器的制备应选用80%的磷酸二氢铝水溶液作黏结剂；2）ZrO2基泡沫陶瓷过滤器（烧结助剂为Al2O3）的陶瓷粉料最佳比例为：w（ZrO2）=80%，w（Al2O3）=20%；3）泡沫陶瓷的抗压强度随Al2O3含量的增加而增大，但当Al2O3含量达到10%时抗压强度增长缓慢；4）泡沫陶瓷的抗弯强度随Al2O3含量的增加而增大，但当Al2O3含量达到20%时抗弯强度出现峰值，之后随Al2O3含量的增加而减小；5）烧结过程中的升温制度是关键，应采用慢速升温制度。烧结速率如下：500℃以下1～2℃/min；500℃以上为3℃/min.4泡沫陶瓷过滤器的发展趋势如前所述，近20年来，经过铸造工作者的努力，泡沫陶瓷过滤器及其在液态铸造合金过滤领域的应用已得到了长足的发展。据不完全统计，国内迄今已有近10条泡沫陶瓷过滤器生产线投入生产，年生产总量已达数百万片。但据测算，我国铸造行业的潜在年需求量约1亿片左右。因此，在新的世纪，泡沫陶瓷过滤器的研究、生产和应用推广工作尚需继续加强，而且工作重点应放在以下几个方面：1）开发生产烧结温度低、烧结时间短的新型低成本泡沫陶瓷过滤器；2）开发生产适用于各种活性合金、高温物理化学性能稳定的新型泡沫陶瓷过滤器；3）开发生产适用于熔模铸造、金属型铸造等特种铸造工艺的异形泡沫陶瓷过滤器；4）深入研究泡沫陶瓷过滤器的过滤净化机制和对金属凝固过程的影响机制；5）系统研究泡沫陶瓷过滤器的应用技术，包括孔径和厚度的选择、安放方式和浇铸系统的设计、浇铸温度和速度及金属液压头的控制等；6）开展泡沫陶瓷过滤器的系列化和标准化工作。
