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泡沫陶瓷的研究进展

admin 2022-07-15 企业新闻

孔陶瓷的使用可以追溯到19世纪70年代,到了20世纪70年代,一些发达国家如美国、日本在此种材料上的开发及使用上得到了长足的发展。1963年Swchard发明了一种制造高气孔率多孔陶瓷的方法,即有机泡沫浸渍法,使多孔陶瓷的制备又迈上了一个新的起点。在70年代初,欧美国家就积极开展该工艺的研究,并研制出可过滤大多数有色金属和合金铸件的多种材质的泡沫陶瓷过滤器,这些国家已有先进的成型、烧成设备和完善的生产工艺制度,可实现大规模连续化生产。

传统多孔陶瓷仅有30%~50%的气孔率,泡沫陶瓷则具有80%~90%极高气孔率,并具有泡沫状的弯曲孔道结构,使之作为过滤器件具有更优良的性能。随着技术的不断发展,泡沫陶瓷的制备也获得了惊人的进步。美国的Ultramet公司,利用有机体的泡沫骨架,用CVD/CVI法将泡沫陶瓷料浆喷涂在骨架上,可获得高孔筋密度的产品,大大提高了产品的机械性能。目前,世界上生产泡沫陶瓷最大的厂家是美国Astro和Sele公司。自行生产泡沫塑料前驱体,采用浸渍辊压成型机成型,坯体为微波干燥,高温辊道窑采用计算机监控连续烧成,整个生产工艺达到了很高的技术水平。

在国外,自1978年起就已经将泡沫陶瓷过滤器用作铝合金铸件的过滤,并取得了良好的效果。1984年美国Consolicated铝合金公司首先使用高温下充分烧结的“Selee/Fe”泡沫陶瓷过滤器过滤普通碳钢和马氏体时效硬化不锈钢,取得了满意的效果。近年来国外已研制出能满足各种性能需要的泡沫陶瓷过滤器,在过滤铝、铜、锌、锡这些有色金属及低熔温度合金时,通常用比重为0.35~0.55g/cm3的堇青石/氧化铝混合材料。在冶炼黑色金属和它们的合金时,由于化学活性和浇铸温度高,通常使用SiC质的具有较好化学稳定性的高温泡沫陶瓷过滤器。不同气孔率的过滤器应用于不同的铸铁件,通常把12个气孔/cm的小型过滤器用于可锻铸铁的浇铸,8个气孔/cm的过滤器用于灰口铁的精炼,4个气孔/cm的过滤器用于铸造高强度的球磨铸铁制造大型铸件。目前,日本、美国、英国、德国等国家,大多使用氧化铝、二氧化锆以及莫来石制成的泡沫陶瓷过滤器。使用泡沫陶瓷过滤器过滤熔融金属时,与以往使用的陶瓷颗粒烧结体、玻璃纤维布、陶瓷颗粒相比不但操作简单,节省能源,降低成本,而且过滤均匀,离散较小,过滤效率高。

我国1954年才开始进行多孔陶瓷材料的研究工作,泡沫陶瓷的研究起步较晚,在80年代才开始这方面的研究工作。与发达国家相比,我国在多孔材料的研究及生产上还有很大的差距,一些高性能多孔材料的研制还停留在实验室阶段,科技与生产力的转化率较低,但经过我国材料学界科学工作者多年的努力,仍取得了较大的进步。而且部分产品已投入市场。

泡沫陶瓷的应用发展有以下几个方面:

(1)泡沫陶瓷主要应用于金属熔液的过滤。金属过滤技术自 20 世纪 70 年代开始,经过多年的快速发展,产品种类已出现很多,如:碳化硅质、氧化锆质、氧化铝质氧化镁等,应用方面也由最初的铝液过滤到铸铁、铸铜、铸钢、镁合金等领域,目前在国内泡沫陶瓷过滤器主要应用于汽车配件、柴油机配件、压缩机、风电铸件、高档机床铸件等,并在很大程度上提高了我国铸件的品质和竞争力,同时增加了铸造企业的利润。

(2) 作为催化剂载体应用到汽车尾气处理上等。目前国内对汽车必须配备尾气装置的呼声很高,汽车制造厂也决心进行这项工作。汽车尾气处理装置的核心部分是这种泡沫陶瓷催化系统。泡沫陶瓷可以作为催化剂载体,将催化剂(如贵金属Pt,Ru等)沉积在基体内部气体表面上,或者陶瓷本身是催化剂,而后者可能更吸引人。

(3) 节能始终是人类的一大难题,各种废热气不仅浪费能源,而且还产生严重的环境污染,因此,对废热气等的处理值得重视。

(4) 作为过滤器使用,用于水源净化、空气净化、污染处理等方面。在各种化工过滤特别是食品、医药等方面的应用,以其耐蚀、耐药的优点令人感兴趣。

(5) 更新性能的获得,特别是电化学、光学技术等领域应用的新型多孔材料,有许多独有的特点。泡沫陶瓷是一种新型功能陶瓷,对产业中许多重要的基础性工业十分有利,很值得注意和开发。

 


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