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        泡沫陶瓷材料
        2020-02-27 16:48:21
        泡沫陶瓷材料 
         
        泡沫陶瓷是一种造型上象泡沫状的多孔陶瓷,它是继普通多孔陶瓷、蜂窝多孔陶瓷之后,最近发展起来的第三代多孔陶瓷产品。这种高技术陶瓷具有三维连通孔道,同时对其形状、孔尺寸、渗透性、表面积及化学性能均可进行适度调整变化,制品就像是"被钢化了的泡沫塑料"或"被瓷化了的海绵体"。作为一种新型的无机非金属过滤材料,泡沫陶瓷具有重量轻、强度高、耐高温、耐腐蚀、再生简单、使用寿命长及良好的过滤吸附性能等优点。与传统的过滤器如陶瓷颗粒烧结体,玻璃纤维布相比,不仅操作简单,节约能源,成本低,而且过滤效果较好。泡沫陶瓷可以广泛地应用于冶金、化工、轻工、食品、环保、节能等领域。目前泡沫陶瓷的主要用途是:

        1)熔融金属过滤用泡沫陶瓷; 
        2)多孔介质燃烧器用泡沫陶瓷; 
        3)高温烟气处理用泡沫陶瓷; 
        4)中高温固体氧化物燃料电池电解质系。 
        制备泡沫陶瓷一般以有机泡沫为骨架,浸浆后干燥,然后高温烧成,在烧成过程中,有机物燃烧挥发,留下网络结构的陶瓷体。这种工艺始于1963年。在70年代初欧美国家就已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。这些国家目前已有先进的成型、烧成设备和完善的生产工艺制度,可以实现大规模连续化生产。大部分的陶瓷材料均可被制造成泡沫陶瓷,但目前成功应用于高温作业的主要是氧化铝、氧化铝-氧化锆和碳化硅。下表给出了各种合金适用的网眼陶瓷过滤器材料。 
        从表中可知,尽管目前过滤器材料种类不少,但绝大部分是用于有色或高温合金的,而在钢水连铸生产中取得成功的较少,其主要原因是: 
        1)钢水温度较高,浇注时间较长,对过滤器的冲刷和浸蚀较严重; 
        2)过滤器的比表面积有限,难以满足钢水连续过滤的要求; 
        3)陶瓷过滤器制造工艺较复杂,生产成本较高。 
        由于氧化铝和电熔莫来石过滤器的耐热冲击性和高温强度均不高,不能用于较大的铸件。氧化铝-氧化锆质和高纯部分稳定的氧化锆多孔陶瓷过滤片的耐热冲击性和高温强度比氧化铝和电熔莫来石过滤片高,但仅限于80kg以内的铸件,仍不能满足大规模较大钢铸件的浇铸。而碳化硅陶瓷具有化学性质稳定、耐腐蚀、耐高温、抗热冲击、抗冲刷等优异特性,是一种重要的高温结构材料,更是一种高温陶瓷过滤器的候选材料。碳化硅陶瓷过滤器可以经受100kg以上的金属液冲击,是一种可望在钢连铸上获得广泛应用的过滤器材料。 
        时至今日,泡沫陶瓷在冶金铸造工业已获得广泛应用,美、日、德等国已实现陶瓷过滤片产品产业化、系列化。德国FOSECO公司的一个泡沫陶瓷工厂就达到了1亿片的生产规模,并已将这种材料成功用于各种有色金属及黑色金属的过滤净化技术。这些国家的使用表明,运用泡沫陶瓷过滤技术可使铸件夹杂物含量大幅降低、合格率大幅度提高(可提高50%),可提高铸件的机械性能、延长金属切削加工刀具寿命。国外统计资料:某厂生产铸钢件在没有使用泡沫陶瓷过滤器时,每500磅铸件的废品与返修费用为96美元,而使用泡沫陶瓷过滤器后,这笔费用降低至57.94美元(其中包括陶瓷过滤器费用成本);据估计,目前在全世界范围内每片尺寸为50cm3的金属液泡沫陶瓷过滤片每年销售量近10亿片(每片价格为1~10马克)。 
        在国内,由于受经济技术条件的制约,泡沫陶瓷过滤技术在冶金铸造工业方面的应用才刚刚起步。随着对金属制品纯度、性能等要求的提高,泡沫陶瓷过滤技术及其产品的应用日益重要。例如,国内列车的大幅提速对车辆关键零部件夹杂物含量以及性能提出了越来越高的要求。据统计,仅铁道部的客车、货车车辆部件弹簧、窑枕、侧架、承载鞍等钢铸件浇铸过滤,每年对碳化硅泡沫陶瓷过滤器的需求就超过数千万片。近年来,随着国外汽车制造商进入中国,精密铸造业获得高速发展,碳化硅泡沫陶瓷过滤器的应用也获得高速发展。据海关统计,去年仅天津港进口量近两千万片。而目前我国由于熔融金属陶瓷过滤器产品质量不稳定,而且尚处于作坊式的小批量生产,远不能满足这个需求,基本上是依靠进口来解决。 
        2001年12月,贵州新材料矿业发展有限公司与清华大学、中国科学院上海硅酸盐研究所等单位联合承担了国家"十五"863计划《耐高温、高强、耐磨损、耐腐蚀陶瓷部件的关键制备技术》重大专项。贵州新材料矿业发展有限公司承担其中"碳化硅泡沫陶瓷熔融金属过滤器"的研究开发和产业化生产建设,在"十五"后期建成年产2000万片、产值1~1.5亿的碳化硅基泡沫陶瓷过滤片中试生产线。再用2~3年的时间建成年产上亿片,产值5~7亿。到那时,贵州新材料矿业发展有限公司将会成为生产规模与国外跨国公司相当的专业化企业。

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