[发明专利]注凝成型法生产氧化铝泡沫陶瓷的工艺方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种生产氧化铝泡沫陶瓷的工艺方法，特别是涉及一种注凝成型法生产氧化铝泡沫陶瓷的工艺方法。

背景技术

泡沫陶瓷是一种具有诸多优良特性的陶瓷材料，是继普通多孔陶瓷、蜂窝多孔陶瓷之后，新兴起的第三代多孔陶瓷产品，这种高技术陶瓷的气孔率通常高达70%-90%，其孔道结构是呈互相连接的迷宫式三维网状骨架结构的多孔体，其结构犹如钢化了的泡沫塑料或瓷化了的海绵体。因此，这种特殊结构造型非常适合用作熔融金属的过滤。随着航空航天、军事和电子技术的迅速发展，对铸件质量的要求日益提高，采用泡沫陶瓷过滤获得的洁净金属熔液的方法已受到高度重视，并已开始应用。

在铸造行业的浇注过程中，很容易引入气体，混入或形成非金属夹杂物，这些气体和夹杂物将降低铸件的使用性能及加工性能，使废品率升高。采用泡沫陶瓷过滤金属液，通过机械拦截、整流和深层吸附这三种过滤净化机理，可有效地减少或消除其中的非金属夹杂物和气体，净化液态金属或合金，提高生产效率，改善铸件内部质量、工作性能以及机加性能。泡沫陶瓷由于同时具有过滤面积大、热震稳定性能好、化学稳定性好和抗金属液冲击能力强以及过滤效率高等优点，可以大大降低铸件的废品率。

泡沫陶瓷用于熔融金属过滤必须要满足以下两个条件：一是不能和被过滤的熔融金属发生化学反应；二是要拥有良好的抗热震性及抗折强度。因此泡沫陶瓷的选择依据因金属或合金的使用性能和加工性能要求的不同而不同。例如，对于铝合金和铜合金熔体的过滤，可选用堇青石材质泡沫陶瓷；对于球墨铸铁、不锈钢等高温合金熔体，由于钢铁合金比重更大，熔点更高，就要求过滤用泡沫陶瓷在高温下的强度、软化温度以及抗热震性都要比过滤铝、铜合金熔体的泡沫陶瓷要高，通常可选用氧化铝和碳化硅材质的泡沫陶瓷，滤片的孔径尺寸一般为10-30PPI。

利用泡沫陶瓷对金属熔体进行过滤净化已经有几十年了，自从1978年美国发明了氧化铝、高岭土等材质的泡沫陶瓷，并成功应用于铝合金铸造过滤之后，英、日、德、瑞士等国家竞相开展了研究，并研制出多种材质，适合于不同用途的泡沫陶瓷过滤器，如氧化锆，氧化硅，氮化硅等高温泡沫陶瓷。

目前为止，各类泡沫陶瓷的制备工艺大致如下：

准备有机泡沫材料模板—配制陶瓷浆料—向模板上涂覆浆料—素胚干燥—烧结—得到制品。制备过程中的关键步骤是选用一种合适的分散介质和分散剂将陶瓷粉末进行分散，制成浆料涂覆到模板上，这就要求制备出高固相含量、稳定性和流动性能都良好的浆料，然而制备泡沫陶瓷时浆料的流动性和稳定性是相互矛盾的，这会导致已经涂覆到有机泡沫表面的浆料在干燥脱水过程中出现流涎现象，浆料分布不均的素胚由于收缩尺寸不同，还会产生细小裂纹，烧结时会发生开裂，无法得到合格的产品。

发明内容

本发明的目的在于提供一种注凝成型法生产氧化铝泡沫陶瓷的工艺方法。该工艺通过在低粘度，高固相含量的料浆中加入小分子单体，在交联剂和引发剂的作用下，使料浆中的单体快速交联聚合，形成三维网状结构，使料浆原位固化成型，基本消除了普通浆料的流涎现象，消除了分散剂种类和用量对浆料流变性的影响。通过干燥，去除有机物，烧结等过程，得到所需的泡沫陶瓷。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

注凝成型法生产氧化铝泡沫陶瓷的工艺方法，所述工艺方法包括：以如下摩尔比的原料：丙烯酰胺1.00；过硫酸铵0.005~0.05；N，N′-亚甲基双丙烯酰胺0.005~0.03；加入到水中得到质量分数为25%的反应液，并按如下质量配比：氧化铝：二氧化锆：25%的反应液=50~70：1~10：30~50；高速球磨上述原料，可制得浆料，将聚氨酯泡沫在50℃，10%氢氧化钠水溶液中加热处理30min，之后水洗至无碱液残留并干燥，备用，将经过预处理的聚氨酯泡沫干燥后浸入上述浆料中，通过反复蘸浆—挤浆的过程，直至得到粉体粘附量达到工艺要求的素胚；将所得素胚置于50℃的烘箱中反应2h，得到注凝成型体；将注凝成型体自然干燥至含水量小于1%；将干燥后的注凝成型体置于高温炉中，以1~3℃/min的速度升温至1400~1600℃并保温2h，自然冷却即得到氧化铝泡沫陶瓷。

所述的注凝成型法生产氧化铝泡沫陶瓷的工艺方法，其所述工艺提到的氧化铝和二氧化锆粒径范围为100~1000目。

所述的注凝成型法生产氧化铝泡沫陶瓷的工艺方法，其所述工艺提到的聚氨酯泡沫的孔径介于10~60PPI之间。

本发明的优点与效果是：