包含石墨烯的熔融金属用陶瓷过滤器制造技术

本发明专利技术提供了一种用于过滤熔融金属的陶瓷过滤器，主要制备原料为耐火材料、粘结剂和石墨烯。其中，耐火材料中至少包含部分陶瓷材料。本发明专利技术中引入石墨烯，提高了过滤器的机械强度和抗热震性。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术提供了一种用于过滤熔融金属的陶瓷过滤器，主要制备原料为耐火材料、粘结剂和石墨烯。其中，耐火材料中至少包含部分陶瓷材料。本专利技术中引入石墨烯，提高了过滤器的机械强度和抗热震性。【专利说明】包含石墨烯的熔融金属用陶瓷过滤器
本专利技术涉及一种适于过滤熔融金属的陶瓷过滤器，主要应用于铸造行业。
技术介绍
金属液的净化对提高铸件的力学性能起到重要作用。目前用于金属液净化的过滤装置为陶瓷过滤器，可有效截获金属液中的有害杂质并使金属液由紊流变为层流，起到净化和均质作用。陶瓷过滤器按照结构可分为泡沫陶瓷过滤器和直孔陶瓷过滤器。目前用于铸钢的过滤器几乎全部是泡沫陶瓷过滤器。在所有的熔融金属用泡沫过滤器当中，对于铸钢用泡沫过滤器的要求最高，这是由于铸钢熔融金属有着较高的熔融温度。在此温度下，过滤器需要保持足够的机械强度、抗热震性、和较低的比热容。其中，影响抗热震性的因素包括材料的热膨胀系数、导热系数、材料固有强度、断裂韧性等。一般地讲，热膨胀系数越小，材料因温度变化而引起的体积变化小，相应产生的温度应力小，抗热震性越好；热导率大，材料内部的温差越小，由温差引起的应力差越小，抗热震性越好；材料固有强度越高，承受热应力而不致破坏的强度越大，抗热震性好。对于陶瓷材料而言，材料的内部组织结构和几何形状也是影响因素。一般地讲，材料组织相对疏松，有一定气孔率，有适当的微裂纹存在，都可以提高断裂能，使材料在热冲击下不致被破坏。但是材料组织相对疏松，也会降低材料的机械强度，因此在过滤器的机械强度和抗热震性之间容易存在矛盾。 现有技术中已经存在大量公开文献是关于熔融金属陶瓷过滤器的技术改进，这些改进是主要是提高过滤器的机械强度和抗热震性，例如CN1449312A、CN101257957A、EP1421042A1所披露的。
技术实现思路
本专利技术提出一种新的解决方案，以同时提高铸钢用陶瓷过滤器的机械强度和抗热震性。 新型的过滤材料，其以耐火材料为主体材料，加入新型材料石墨烯以及其他粘结剂和添加剂通过高速混合，成型、干燥、烧结等步骤，制成一种性能优异的陶瓷过滤材料。该材料具有优异的耐火度、高温强度、抗热震性和化学稳定性等优点，适合于钢液、铁液、有色合金液等的过滤,尤其适合过滤各类铸钢件的过滤。 本专利技术还涉及所述过滤器的制造方法，依次包含下面的步骤: (I)将包含耐火材料、粘结剂、石墨烯和液体载体原料混合，制成浆料； (2)将该浆料涂挂至一个一次性模子上； (3)干燥涂挂后的材料，得到预成型体； (4)将该预成型体进行无氧烧结制成泡沫过滤器。 本专利技术所采用的石墨烯是多层石墨片组成，其厚度在0.5_3nm，通过采用石墨烯，使产品各项性能显著提高。 【具体实施方式】 本专利技术中的术语“石墨烯”是指单层或者多层重叠的石墨烯，在多层的情况下，其层数不超过30层，优选不超过20层，更优选不超过10层。处于目前成本的考虑，本专利技术的实施例中没有使用单层的石墨烯。本专利技术下述实施例中使用的石墨烯是由济南圣泉集团股份有限公司生产并销售的石墨烯，其层数在3-10层之间，厚度在0.5-10纳米之间，优选1-3纳米之间。中国专利申请第201210367072.0号、第201410308860.1号、第201410398232.7记载了石墨烯的生产方法，其披露的内容以引用形式并入本文。石墨烯的用量通常不必超过10%，甚至不超过5%，例如I %、2%、3%。优选的实施方式是，石墨烯的用量为耐火材料的 0.5-2%。 用于本专利技术的耐火材料可以选自由下列物质构成的组:氧化锆、氧化锆、锆英粉、氧化硅、氧化铝、刚玉、氧化钛、碳化物(如，碳化硅、碳化锆、碳化钛、碳化钙、碳化铝)、硝酸盐(硝酸硅及硝酸铝)、氧化镍、氧化铬、氧化镁、莫来石、滑石、长石、叶腊石、硅灰石、尖晶石、红柱石、蓝晶石、硅线石、锂辉石、矾土、锆刚玉、锆莫来石、耐火粘土、石墨、无烟煤、焦炭、活性炭、石墨-氧化镁、石墨-氧化锆。 通常，耐火材料的用量按质量计在70-90%之间，优选在70-80%之间。耐火材料通常包含氧化锆、氧化锆、锆英粉、氧化硅、氧化铝、刚玉、氧化钛、碳化物(如，碳化硅、碳化锆、碳化钛、碳化钙、碳化铝)、硝酸盐(硝酸硅及硝酸铝)、氧化镍、氧化铬、氧化镁、莫来石、滑石、长石、叶腊石、硅灰石、尖晶石、红柱石、蓝晶石、硅线石、锂辉石、矾土、锆刚玉、锆莫来石、耐火粘土中的一种或者多种。在另一种实施方式中，耐火材料进一步包含石墨、无烟煤、焦炭、活性炭中的一种或多种作为第二成分。将耐火材料的一部分用该碳材料有利于降低过滤器的热膨胀系数和导热系数，从而有利于提高抗热震性。在这种情况下，该第二成分占耐火材料的1_30%，优选5-25%，更优选10-20%。 本专利技术中，粘结剂的作用是使得包含耐火材料、石墨烯和液体载体(通常是水)的浆料具有适宜的粘结性，以便浆料具有可成型性，可以制成预成型体。在一种实施方式中，粘结剂包括硅铝胶、铝溶胶、锆溶胶、P -氧化铝中的一种或者多种。一种更佳的方式是，粘结剂是浙青、焦油、或者热解时形成碳的有机聚合物，例如酚醛树脂。该粘结剂在一方面提供较佳的粘结性，在烧制后具有较高的残炭率。这些粘结剂均可以从市场购得。粘结剂的用量占耐火材料、粘结剂和石墨烯三者总重的8-30%，优选10-20%。 本专利技术中，用于形成浆料的液体载体一般是水，但不排除使用其它液体如甲醇、乙醇及异丙醇。 本文在述及原料配方时，均不包含液体载体的量，即仅仅考虑耐火材料、石墨烯和粘结剂的量。本专利技术也不排除向原料中引入少量的其他功能性助剂。例如，在本专利技术的一个实施例中，添加了少量的木质素，其用量不足3%，例如I %，这是为了减少加水量，同时提高产品强度；在另一个实施例中，添加了少量碳纤维，其用量不足1%，这是为了保证产品高温性能，同时对加水量影响小。可以引入的其他助剂例如增稠剂、分散剂、表面活性剂。这些功能性助剂的用量只要不超过总量的10%，例如乃至1%或者更低，都应该被理解为本专利技术构思的【具体实施方式】，或者改进的实施方式。 本专利技术的过滤器可以被制备成为一种开孔多孔材料的形式。开孔多孔材料是指一种在实体材料中包含规则、部分规则、不规则或随机分布的孔，这些孔为熔融金属的通道。这些孔可以全部或部分交互交流或可以有多个通道，使熔融金属通过。孔本身大小及形状可以是规则或不规则的。例如，这些孔可以由一系列平行的通道，可以线性穿过该实体材料，这些通道有任何需要的横截面，例如，圆形的、椭圆形、三角形互连通道等，以及与天然泡沫相似的孔状分布。 本专利技术进一步包含了一种制造适用于过滤熔融金属的过滤器的方法，该过滤器包括耐火材料、粘结剂和石墨烯。该制备方法包括将由耐火材料、粘结剂、石墨烯组成的混合物成型为所需要形状的预成型体，然后经过烧结，得到过滤器。 可以用上述原料制备直孔过滤器，方法是:在一个模型里通过压缩一种包括耐火材料、粘结剂、石墨烯的混合物使之成为盘状物或厚片，然后用一种组合型针或者组合型杆将压缩物刺穿，这样在盘状物或厚片的横截面上就产生了小孔。这些小孔有可能是五角形的。并且小孔最好在压缩物的表面以一种规则的格栅形式排列。另一种与之相似的产品可以通过本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于过滤熔融金属的陶瓷过滤器，主要制备原料为耐火材料、粘结剂和石墨烯。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：祝建勋，刘敬浩，杨淑金，
申请(专利权)人：济南圣泉倍进陶瓷过滤器有限公司，
类型：发明
国别省市：山东;37