碳化硅陶瓷過濾器起草單位

萍鄉(xiāng)龐泰實業(yè)有限公司、江西省工業(yè)陶瓷質量監(jiān)督檢驗站、山東工業(yè)陶瓷研究設計院有限公司。

鄒艷莉、高洪躍、劉仁軍等。

陶瓷過濾的研究主要集中于兩個方面：一是陶瓷過濾器的材質，包括陶瓷過濾器的制造工藝及性能；二是陶瓷過濾器的結構，包括過濾器的形狀、安放位置、過濾機制及過濾效果。

選擇過濾器材質要根據過濾所要去除的夾雜物的類型來進行選擇，同時也要考慮材料的抗蠕變及抗熱振性。大量的實驗結果表明，材質、孔隙度和陶瓷過濾器的內表面粗糙度影響過濾效果。

陶瓷過濾器的結構是由其材質決定的，根據材質的不同，可以把陶瓷過濾器分為泡沫陶瓷過濾器和顆粒陶瓷過濾器兩大類。

陶瓷過濾器過濾器

泡沫陶瓷過濾器的開孔體積為75%～90%，通常是按每英寸線上的孔數（ppi）來進行分類。如10 ppi的泡沫陶瓷過濾器，其孔徑為1778 μm，范圍為584～3708 μm；30 ppi的泡沫陶瓷過濾器，其孔徑為711 μm，范圍為229～1422 μm。泡沫陶瓷過濾器的厚度一般為25 mm。在澆注系統(tǒng)中有直立安放的，也有水平安放的，其結構根據具體的使用情況來設計。

泡沫陶瓷過濾器曾經選用過的材質有NCL-Mullite，ZrO₂，Zr-SiO₄與Al₂O₃等。采用Al₂O₃泡沫陶瓷，在操作時不易碎，其抗熱振崩裂性能好，在1700℃高溫金屬液流動下，抗蠕變變形能力強。因為開孔的孔隙度高（75%～90%）和孔壁很薄，所以泡沫陶瓷過濾器在與金屬液接觸前不需要預熱。

陶瓷過濾器顆粒陶瓷

顆粒陶瓷過濾器的結構為上下有孔的支撐板，中間為顆粒填充物，在顆粒上鍍有一層活性吸附材料，見圖3。支撐板的厚度一般為12 mm，孔直徑為4.5～13 mm。

顆粒陶瓷過濾器選用MgO或Al₂O₃作為填充物，根據要過濾夾雜物的類別選用活性吸附劑。對于用稀土金屬處理過的高溫合金，選用稀土金屬為活化劑，當使用氧化鈣顆粒時要解決防水化問題。

CaO耐火材料是很好的顆粒陶瓷過濾器的填充材料，它不僅可以依靠物理吸附原理，而且還可以通過化學反應去除夾雜物。但有兩個原因限制了其大量應用：一是需極高的燒結溫度（高于1800℃）才能獲得必需的致密度和機械強度。二是在常溫和大氣下易水化。

CaO耐火材料的優(yōu)點是耐火度高，堿度高，鋼液過濾性好，資源極為豐富。提高鋼液過濾用CaO耐火材料抗水化性能的途徑是大力提高CaO耐火材料的燒結度，大結晶粒度，采用超高煅燒或電熔石灰；在CaO表面形成一層保護膜；在CaO燒成品上浸上焦油或有機樹脂薄膜作為中間過渡措施；在CaO中加入少量的化學添加劑，其作用是降低CaO的燒結溫度，并在燒結后期使燒結體內部產生部分液相，促進CaO晶粒的長大。

碳化硅（SiC）是用石英砂、石油焦(或煤焦)、木屑為原料通過電阻爐高溫冶煉而成。碳化硅在大自然也存在罕見的礦物，莫桑石。

碳化硅又稱碳硅石。在當代C、N、B等非氧化物高技術耐火原料中，碳化硅為應用最廣泛、最經濟的一種?？梢苑Q為金鋼砂或耐火砂。

碳化硅是用石英砂、石油焦(或煤焦)、木屑(生產綠色碳化硅時需要加食鹽)等原料在電阻爐內經高溫冶煉而成。我國工業(yè)生產的碳化硅分為黑色碳化硅和綠色碳化硅兩種，均為六方晶體，比重為3.20～3.25，顯微硬度為2840～3320kg/mm2。

包括黑碳化硅和綠碳化硅，其中：綠碳化硅是以石油焦和優(yōu)質硅石為主要原料,添加食鹽作為添加劑，通過電阻爐高溫冶煉而成。其硬度介于剛玉和金剛石之間,機械強度高于剛玉。 常用的碳化硅磨料有兩種不同的晶體，一種是綠碳化硅，含SiC 97%以上，主要用于磨硬質含金工具。另一種是黑碳化硅，有金屬光澤，含SiC 95%以上，強度比綠碳化硅大，但硬度較低，主要用于磨鑄鐵和非金屬材料。

分子式為SiC，其硬度介于剛玉和金剛石之間，機械強度高于剛玉，可作為磨料和其他某些工業(yè)材料使用。工業(yè)用碳化硅于1891年研制成功，是最早的人造磨料。在隕石和地殼中雖有少量碳化硅存在，但迄今尚未找到可供開采的礦源。

純碳化硅是無色透明的晶體。工業(yè)碳化硅因所含雜質的種類和含量不同，而呈淺黃、綠、藍乃至黑色，透明度隨其純度不同而異。碳化硅晶體結構分為六方或菱面體的 α-SiC和立方體的β-SiC(稱立方碳化硅)。α-SiC由于其晶體結構中碳和硅原子的堆垛序列不同而構成許多不同變體，已發(fā)現70余種。β-SiC于2100℃以上時轉變?yōu)棣?SiC。

碳化硅的工業(yè)制法是用優(yōu)質石英砂和石油焦在電阻爐內煉制。煉得的碳化硅塊，經破碎、酸堿洗、磁選和篩分或水選而制成各種粒度的產品。

碳化硅有黑碳化硅和綠碳化硅兩個常用的基本品種，都屬α-SiC。①黑碳化硅含SiC約98.5%，其韌性高于綠碳化硅，大多用于加工抗張強度低的材料，如玻璃、陶瓷、石材、耐火材料、鑄鐵和有色金屬等。②綠碳化硅含SiC99%以上，自銳性好，大多用于加工硬質合金、鈦合金和光學玻璃，也用于珩磨汽缸套和精磨高速鋼刀具。此外還有立方碳化硅，它是以特殊工藝制取的黃綠色晶體，用以制作的磨具適于軸承的超精加工，可使表面粗糙度從Ra32～0.16微米一次加工到Ra0.04～0.02微米。