碳纖維過(guò)濾器的實(shí)際應(yīng)用效果
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(guò)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(guò)濾器（CFF,，即CeramicFoamFilter）是采用聚氨酯泡沫塑料為載體,，經(jīng)過(guò)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(guò)濾機(jī)理泡沫陶瓷過(guò)濾器通過(guò)對(duì)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(dá)到凈化金屬液的效果[45].1）濾餅機(jī)制：復(fù)雜的泡沫陶瓷結(jié)構(gòu)，可以高效率地機(jī)械擋渣,，當(dāng)金屬液通過(guò)結(jié)構(gòu)復(fù)雜的泡沫陶瓷過(guò)濾器時(shí),，通過(guò)過(guò)濾介質(zhì)的機(jī)械分離作用，把大于過(guò)濾器表面孔眼的夾雜物濾除,，并使之沉淀在過(guò)濾器液態(tài)金屬流入端,，成為過(guò)濾器的一個(gè)組成部分。隨著夾雜物在過(guò)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(jìn)一步變細(xì)，因而新增的過(guò)濾介質(zhì)表面可以濾除更為細(xì)小的夾雜物,，與此同時(shí),，介質(zhì)內(nèi)部也有過(guò)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(guò)濾器內(nèi)部也存在“濾餅”效應(yīng),。
2）表面效應(yīng)：當(dāng)金屬液流經(jīng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜的陶瓷體時(shí),，被分割成許多細(xì)小的流股，增大了金屬液中夾雜物與過(guò)濾介質(zhì)的接觸面積及接觸幾率,，由于過(guò)濾器表面是極微小的凸凹面,，凹?jí)K尺寸約為1～10μm，對(duì)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(guò)泡沫陶瓷過(guò)濾器時(shí),，被分割成許多細(xì)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(yùn)動(dòng)。當(dāng)金屬液處于層流狀態(tài)時(shí),，由于熔融金屬液的密度遠(yuǎn)大于夾雜物的密度,，因而使夾雜物有充分的時(shí)間上浮除去，也即泡沫陶瓷過(guò)濾器能輔助橫澆道擋渣,。澆注系統(tǒng)中放置過(guò)濾器后,，金屬液流動(dòng)的助力增加,，在橫澆道中流動(dòng)的金屬液容易形成充滿運(yùn)動(dòng),，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(guò)濾鋁合金在熔化和形成鑄件的過(guò)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(guò)濾片為鋁合金鑄件生產(chǎn)提供了一種新型的、高效率的過(guò)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(xì)小非金屬夾雜物,，從而提高了鑄件的質(zhì)量,。泡沫陶瓷過(guò)濾片用于鋁合金熔體的過(guò)濾，通常選用堇青石質(zhì),，網(wǎng)眼尺寸為0.8～1.0mm.西安飛機(jī)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(xiàng)，就為該公司每年新增產(chǎn)值200萬(wàn)元，實(shí)現(xiàn)利稅30萬(wàn)元,。
2.2銅合金鑄造過(guò)濾有色金屬熔體（黃銅,、青銅、鋅,、錫）在鑄造過(guò)程中,，同樣也會(huì)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(guò)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(guò)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(guò)濾。鋼鐵合金比重較大,，熔點(diǎn)高,，要求泡沫陶瓷的高溫強(qiáng)度、軟化溫度以及抗熱沖擊性都要比過(guò)濾鋁,、銅高,。通常選用氧化鋁和碳化硅質(zhì)的泡沫陶瓷過(guò)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(guó)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(lái)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(dá)90%以上；用在柴油車上,，碳粒凈化率在50%以上,。當(dāng)泡沫陶瓷濾芯積滿碳粒時(shí)，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(dá)到長(zhǎng)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(qiáng)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(qiáng)烈的光催化氧化降解特性,，可催化降解有機(jī)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?xì)獠牧?，煤氣灶?jié)能燃燒板等。
綜上所述,，泡沫陶瓷的應(yīng)用將會(huì)給現(xiàn)代工業(yè)和現(xiàn)代生活帶來(lái)極大的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益,。由于泡沫陶瓷使用方便、價(jià)格便宜,、制造工藝簡(jiǎn)單,，通過(guò)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(lái)越多的人所認(rèn)識(shí),，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,。
3試驗(yàn)結(jié)果在泡沫陶瓷材料方面,，本試驗(yàn)室也開展了一些研究工藝。主要是通過(guò)試驗(yàn)驗(yàn)證各種工藝參數(shù)對(duì)泡沫陶瓷過(guò)濾器性能的影響,，找出更加合理的,、完善的工藝參數(shù)，以提高過(guò)濾器性能和生產(chǎn)出過(guò)濾溫度更高的,、過(guò)濾鋼液及高溫合金的氧化鋯基泡沫陶瓷過(guò)濾器,。試驗(yàn)結(jié)果表明：1）ZrO2基泡沫陶瓷過(guò)濾器的制備應(yīng)選用80%的磷酸二氫鋁水溶液作黏結(jié)劑；2）ZrO2基泡沫陶瓷過(guò)濾器（燒結(jié)助劑為Al2O3）的陶瓷粉料最佳比例為：w（ZrO2）=80%,，w（Al2O3）=20%,；3）泡沫陶瓷的抗壓強(qiáng)度隨Al2O3含量的增加而增大,，但當(dāng)Al2O3含量達(dá)到10%時(shí)抗壓強(qiáng)度增長(zhǎng)緩慢；4）泡沫陶瓷的抗彎強(qiáng)度隨Al2O3含量的增加而增大,，但當(dāng)Al2O3含量達(dá)到20%時(shí)抗彎強(qiáng)度出現(xiàn)峰值,，之后隨Al2O3含量的增加而減小,；5）燒結(jié)過(guò)程中的升溫制度是關(guān)鍵,，應(yīng)采用慢速升溫制度。燒結(jié)速率如下：500℃以下1～2℃/min,；500℃以上為3℃/min.4泡沫陶瓷過(guò)濾器的發(fā)展趨勢(shì)如前所述,，近20年來(lái)，經(jīng)過(guò)鑄造工作者的努力,，泡沫陶瓷過(guò)濾器及其在液態(tài)鑄造合金過(guò)濾領(lǐng)域的應(yīng)用已得到了長(zhǎng)足的發(fā)展,。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，國(guó)內(nèi)迄今已有近10條泡沫陶瓷過(guò)濾器生產(chǎn)線投入生產(chǎn),，年生產(chǎn)總量已達(dá)數(shù)百萬(wàn)片,。但據(jù)測(cè)算，我國(guó)鑄造行業(yè)的潛在年需求量約1億片左右,。因此,，在新的世紀(jì)，泡沫陶瓷過(guò)濾器的研究,、生產(chǎn)和應(yīng)用推廣工作尚需繼續(xù)加強(qiáng),，而且工作重點(diǎn)應(yīng)放在以下幾個(gè)方面：1）開發(fā)生產(chǎn)燒結(jié)溫度低、燒結(jié)時(shí)間短的新型低成本泡沫陶瓷過(guò)濾器,；2）開發(fā)生產(chǎn)適用于各種活性合金,、高溫物理化學(xué)性能穩(wěn)定的新型泡沫陶瓷過(guò)濾器；3）開發(fā)生產(chǎn)適用于熔模鑄造,、金屬型鑄造等特種鑄造工藝的異形泡沫陶瓷過(guò)濾器,；4）深入研究泡沫陶瓷過(guò)濾器的過(guò)濾凈化機(jī)制和對(duì)金屬凝固過(guò)程的影響機(jī)制；5）系統(tǒng)研究泡沫陶瓷過(guò)濾器的應(yīng)用技術(shù),，包括孔徑和厚度的選擇,、安放方式和澆鑄系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、澆鑄溫度和速度及金屬液壓頭的控制等,；6）開展泡沫陶瓷過(guò)濾器的系列化和標(biāo)準(zhǔn)化工作,。
