Cara Membuat Filter Keramik

Membuat filter keramik berkinerja tinggi pada dasarnya bergantung pada teknik replikasi spons polimer. Proses industri ini melibatkan impregnasi busa poliuretan sel terbuka yang di-retikulasi dengan bubur keramik thixotropic (biasanya Silikon Karbida, Alumina, atau Zirkonia). Setelah busa dilapisi secara menyeluruh dan bahan berlebih dihilangkan untuk mencegah penyumbatan, unit mengalami pengeringan dan pembakaran yang dikontrol dengan ketat. Selama fase sintering, busa polimer internal terbakar sepenuhnya, meninggalkan replika keramik dengan jaringan rongga yang saling berhubungan secara tepat. Struktur ini memungkinkan logam cair untuk melewatinya sekaligus memerangkap kotoran secara fisik dan menghaluskan turbulensi aliran.

Rekayasa di Balik Filter Busa Keramik

Memproduksi keramik berpori untuk penyaringan logam cair bukan hanya tentang membentuk tanah liat. Ini adalah tantangan rekayasa kimia dan termal yang tepat. Di ADtech, kami memandang produksi filter keramik sebagai keseimbangan antara reologi (aliran materi) dan termodinamika.

Tujuannya adalah menciptakan struktur yang dapat menahan guncangan termal yang ekstrem-sering kali naik dari suhu kamar hingga lebih dari 1500°C dalam hitungan detik-tanpa retak. Untuk mencapai hal ini, lini produksi harus mengontrol variabel hingga ke tingkat mikron.

Mengapa Metode Replikasi Spons Mendominasi

Meskipun ada metode lain seperti pembusaan langsung atau menambahkan bahan pembentuk pori ke dalam campuran padat, metode replikasi spons tetap menjadi standar industri. Metode ini menawarkan kontrol yang paling konsisten terhadap Ukuran Pori (diukur dalam PPI atau Pori Per Inch) dan porositas total. Metode ini memastikan bahwa produk akhir memiliki kekuatan mekanis untuk menahan tekanan ferro-statis dari logam cair.

Langkah 1: Pemilihan dan Persiapan Bahan Baku

Fondasi filter berkualitas tinggi apa pun adalah bedak. Kita tidak bisa begitu saja menggunakan bubuk keramik generik. Distribusi ukuran partikel (PSD) harus dihitung untuk memastikan pengemasan yang rapat selama sintering.

Agregat

Pilihan agregat menentukan aplikasi filter.

• Silikon Karbida (SiC): Digunakan terutama untuk paduan besi dan tembaga. Memiliki ketahanan guncangan termal yang sangat baik.

• Aluminium Oksida (Al2O3): Ideal untuk penyaringan aluminium. Secara kimiawi stabil dan tahan terhadap korosi dari aluminium cair.

• Zirkonia (ZrO2): Diperlukan untuk aplikasi baja yang suhunya melebihi 1600°C.

Pengikat dan Agen Reologi

“Lem” yang menyatukan partikel-partikel keramik sebelum dibakar sangatlah penting. Kami menggunakan kombinasi pengikat fosfat atau silika koloid. Namun, rahasia untuk mendapatkan lapisan yang sempurna terletak pada pengubah reologi. Aditif ini mengontrol viskositas bubur. Jika bubur terlalu kental, maka akan menyumbat pori-pori bagian dalam. Jika terlalu encer, maka akan melunturkan spons, sehingga menghasilkan kerangka filter yang lemah dan runtuh akibat tekanan logam cair.

Tabel 1: Komposisi Bahan dan Matriks Aplikasi

Bahan Dasar	Komponen Utama	Suhu Penembakan (°C)	Aplikasi Utama	Tahan Guncangan Termal
Alumina	Al₂O₃ (>85%)	1100 – 1350	Paduan Aluminium	Bagus.
Silikon Karbida	SiC (>70%)	1150 – 1450	Besi, Besi Abu-abu, Perunggu	Luar biasa
Zirkonia	ZrO₂ (>95%)	1600 – 1700	Baja Karbon, Baja Tahan Karat	Tinggi
Mullite	3Al₂O₃-2SiO₂	1300 – 1500	Besi Suhu Rendah	Sedang

Langkah 2: Persiapan Bubur yang Penting

Tahap ini membedakan filter biasa-biasa saja dengan filter premium ADtech. Mempersiapkan bubur adalah proses pencampuran multi-tahap.

Protokol Pencampuran

1. Pencampuran Kering: Serbuk keramik dan aditif padat digiling untuk memastikan distribusi ukuran partikel yang homogen.

2. Penambahan Cairan: Air jarang digunakan sendirian. Kami menggunakan campuran air, penghilang busa, dan dispersan. Cairan ditambahkan secara perlahan ke dalam bubuk saat pencampuran geser tinggi.

3. Menghentikan penayangan: Gelembung udara dalam bubur bisa berakibat fatal. Jika gelembung udara membentuk kantong dalam lapisan keramik, maka akan menciptakan titik lemah yang akan retak ketika logam cair menyentuhnya. Kami menggunakan ruang penghilang udara vakum untuk menghilangkan gas yang terperangkap dari bubur sebelum menyentuh spons.

Kontrol Thixotropy

Bubur harus thixotropic. Ini berarti menjadi cair ketika diaduk (selama proses pelapisan) tetapi membeku dengan cepat ketika dalam keadaan diam. Sifat ini memastikan bahwa setelah spons dilapisi, keramik tetap berada pada untaian busa dan tidak menetes ke bawah hingga menggenang di bagian bawah filter.

Langkah 3: Persiapan Pembawa (Spons)

Busa poliuretan (PU) bertindak sebagai templat pengorbanan. Ini menentukan PPI produk akhir.

Pemotongan dan Inspeksi

Roti besar busa PU diiris ke dalam dimensi spesifik yang diperlukan oleh pengecoran, seperti 7×7 inci atau 23×23 inci.

Pemeriksaan Krusial: Busa harus “retikulasi”. Ini berarti, membran sel (jendela) di antara penyangga busa harus benar-benar terbuka. Jika busa memiliki jendela yang tertutup (permukaan yang berkilauan), bubur keramik tidak dapat menembus, sehingga filter tersumbat. Kami menggunakan ruang retikulasi termal untuk meledakkan membran sel yang tersisa dalam busa mentah.

Langkah 4: Impregnasi dan Penghapusan Kelebihan

Ini adalah jantung fisik dari proses “cara membuat filter keramik”.

Perendaman

Potongan busa yang telah dipotong dicelupkan ke dalam bubur yang telah disiapkan. Dalam jalur otomatis, plunger memampatkan busa beberapa kali saat terendam. Kompresi dan relaksasi yang berulang-ulang ini memaksa udara keluar dari spons dan menyedot bubur keramik yang berat ke dalam setiap rongga.

Roll Pressing (Mengatur Porositas)

Spons yang direndam pada dasarnya adalah balok lumpur. Ia tidak memiliki porositas. Untuk memulihkan struktur terbuka, busa basah melewati rol yang sudah diatur sebelumnya.

1. Jarak Celah: Jarak antar rol menentukan berapa banyak bubur yang tersisa pada penyangga.

2. Tekanan: Terlalu banyak tekanan akan merusak ligamen busa yang halus. Terlalu sedikit membuat pori-pori tersumbat.

3. Peledakan Udara: Untuk filter PPI tinggi (seperti 50 atau 60 PPI), rol saja tidak cukup. Kami menggunakan nozel udara presisi yang menghembuskan udara bertekanan melalui filter basah untuk membersihkan jalur terkecil tanpa menghilangkan lapisan dari penyangga.

Langkah 5: Pengeringan Terkendali

Anda tidak dapat membuang filter basah ke dalam tungku pembakaran. Air harus menguap secara perlahan. Jika air berubah menjadi uap di dalam lapisan keramik dengan cepat, air akan meledakkan lapisan dari dalam ke luar (spalling).

• Pengering Terowongan: Filter berjalan melalui terowongan yang dikontrol kelembabannya.

• Gradien Suhu: Kami mulai dari suhu rendah (40°C) dan kelembapan tinggi, secara bertahap meningkatkan panas dan menurunkan kelembapan. Hal ini akan mengalirkan kelembapan dari bagian tengah filter ke permukaan.

• Durasi: Proses ini biasanya memakan waktu 12 hingga 24 jam, tergantung pada ketebalan filter.

Langkah 6: Sintering dan Fase Pembakaran

Proses pembakaran menciptakan ikatan keramik akhir. Hal ini terjadi dalam tungku terowongan suhu tinggi atau tungku antar-jemput.

Tahap A: Penguapan (Tahap Asap)

Antara suhu 300°C dan 600°C, spons poliuretan di dalam lapisan keramik mulai terurai. Ini adalah momen yang peka. Spons harus berubah menjadi gas dan keluar melalui lapisan keramik berpori tanpa memuai terlalu banyak sehingga meretakkan cangkang yang tidak terbakar. Tempat pembakaran ADtech menggunakan atmosfer yang kaya oksigen di zona ini untuk memastikan pembakaran polimer yang bersih.

Tahap B: Pembentukan Ikatan Keramik

Saat suhu naik melewati 1000 ° C, alat bantu sintering dalam bubur diaktifkan. Partikel-partikel serbuk individu mulai menyatu.

• Untuk Silikon Karbida: Pengikat silika menciptakan ikatan vitreous (seperti kaca) yang mengunci partikel SiC menjadi satu.

• Untuk Alumina: Terjadi sintering solid-state, di mana batas-batas butir menyatu.

Tahap C: Pendinginan

Pendinginan harus sama lambatnya dengan pemanasan. Pendinginan yang cepat akan menimbulkan tekanan termal. Filter diturunkan ke suhu kamar selama beberapa jam untuk mengunci integritas strukturalnya.

Bagian 7: Kontrol Kualitas dan Metrik Kinerja

Membuat filter hanyalah setengah dari perjuangan. Memverifikasi kinerjanya adalah hal yang wajib dilakukan sebelum mengirimnya ke pengecoran.

Pemeriksaan Fisik

Sistem penglihatan otomatis memindai setiap filter. Mereka mencari:

• Pori-pori tersumbat: Area di mana bubur menjembatani celah dan tidak bersih.

• Retak: Patah tulang rambut akibat pengeringan.

• Dimensi: Memastikan filter pas dengan gerbang casting secara sempurna.

Pengujian Destruktif

Kami mengambil sampel secara acak dari setiap batch untuk dimusnahkan.

1. Kekuatan Penghancuran Dingin: Kami menghancurkan filter untuk mengukur seberapa besar bobot yang dapat ditahannya. Filter standar 50x50x22mm harus tahan terhadap tekanan yang signifikan.

2. Uji Kejutan Termal: Kami memanaskan filter hingga suhu 1200°C dan menjatuhkannya ke dalam air dingin. Filter harus tetap utuh. Jika pecah, maka batch akan ditolak.

Tabel 2: Cacat Umum dan Penyebab Manufaktur

Jenis Cacat	Penampilan	Akar Masalah di Bidang Manufaktur
Pori-pori Buta	Keramik padat yang menghalangi aliran udara	Viskositas bubur terlalu tinggi; Hembusan udara tidak cukup
Celah Web	Celah kecil pada penyangga	Pengeringan terlalu cepat; Masalah migrasi pengikat
Kekuatan Rendah	Mudah hancur	Suhu sintering terlalu rendah; Rasio pengikat yang buruk
Inti menghitam	Bagian tengah gelap setelah menembak	Spons yang tidak terbakar sempurna (kekurangan oksigen di dalam tanur)

Studi Kasus: Memecahkan Masalah Barang Bekas di Vietnam

Klien Pengecoran Aluminium berukuran sedang

Lokasi: Hai Phong, Vietnam

Tanggal Maret 2023

Tantangan:

Pabrik pengecoran memproduksi komponen mesin sepeda motor yang rumit. Mereka mengalami tingkat skrap 22% karena inklusi non-logam dan film oksida dalam coran mereka. Mereka menggunakan jaring fiberglass dasar untuk penyaringan, yang meleleh dan gagal di bawah panasnya tuangan yang lebih besar.

Solusi ADtech:

Kami menganalisis suhu penuangan (720°C) dan persyaratan laju alirnya. Kami mengalihkannya dari mesh ke Filter Busa Keramik Alumina ADtech (40 PPI).

1. Penempatan: Kami mendesain ulang sistem gating mereka untuk mengakomodasi media filter keramik yang kaku.

2. Seleksi: Kami memilih 40 PPI untuk menangkap oksida halus tanpa membatasi kecepatan aliran yang diperlukan untuk mengisi cetakan sebelum pemadatan.

Hasil:

Dalam waktu 30 hari setelah implementasi, tingkat scrap turun dari 22% menjadi 7%. Struktur keramik memperlancar aliran logam, mengurangi turbulensi (yang menyebabkan lebih banyak oksida). Klien melaporkan permukaan pemesinan yang lebih bersih dan mengurangi keausan alat di bagian hilir.

Mengapa Filter “Buatan Sendiri” Gagal

Permintaan pencarian sering menanyakan tentang membuat filter keramik di rumah. Meskipun para penghobi bisa mencoba hal ini, namun hasilnya jarang sekali tahan terhadap logam cair.

1. Keterbatasan Kiln: Kebanyakan tungku pembakaran hobi tidak memiliki kontrol atmosfer yang tepat yang diperlukan untuk membakar busa PU tanpa membuat cangkangnya retak.

2. Kimia Bubur: Tanpa dispersan industri, bubur buatan sendiri akan terpisah. Partikel-partikel berat akan tenggelam, meninggalkan lapisan yang lemah di bagian atas filter.

3. Bahaya Keselamatan: Jika filter buatan sendiri gagal selama penuangan, hal ini dapat menyebabkan cetakan meluap atau meledak karena retensi kelembaban. Untuk keamanan industri, filter ADtech bersertifikat adalah satu-satunya pilihan yang layak.

Spesifikasi Teknis untuk Filter ADtech

Saat memesan atau membuat filter, memahami spesifikasi standar membantu dalam memilih mesin atau produk yang tepat.

Tabel 3: Spesifikasi Produksi Standar ADtech

Properti	Alumina (Al2O3)	Silikon Karbida (SiC)	Zirkonia (ZrO2)
Kepadatan Pori (PPI)	10, 20, 30, 40, 50, 60	10, 20, 30, 40	10, 20, 30
Porositas (%)	80 – 90%	80 – 85%	75 – 85%
Kepadatan Massal (g/cm³)	0.35 – 0.55	0.35 – 0.50	0.80 – 1.0
Kekuatan Tekan	> 1,0 MPa	> 1,2 MPa	> 1,5 MPa
Suhu Kerja Maks	1200°C	1500°C	1700°C

Pertimbangan Lanjutan: Manufaktur Ekologis

Manufaktur modern membutuhkan perhatian terhadap dampak lingkungan. Di ADtech, kami fokus pada:

• Mendaur Ulang Kelebihan Bubur: Tetesan dari tahap impregnasi dikumpulkan, dipantau kepadatannya, dan dimasukkan kembali ke dalam mixer.

• Sistem Scrubber: Fase pembakaran melepaskan isosianat dari busa poliuretan. Kami menggunakan afterburner dan scrubber bersuhu tinggi untuk menetralkan gas-gas ini sebelum keluar dari cerobong pabrik.

Pertanyaan yang Sering Diajukan (FAQ)

Berikut ini adalah pertanyaan paling umum mengenai produksi dan penerapan filter keramik.

1. Apa bahan utama yang digunakan untuk membuat “spons” di dalam filter?

Spons internal terbuat dari busa poliuretan (PU) yang di-retikulasi. Bahan ini dipilih karena dapat terbakar dengan bersih (menguap) pada suhu tinggi, sehingga hanya menyisakan sedikit residu abu di dalam struktur keramik.

2. Bagaimana Anda mengontrol ukuran pori-pori filter keramik?

Ukuran pori-pori ditentukan sepenuhnya oleh PPI (Pores Per Inch) dari busa PU yang digunakan sebagai alas. Jika kita mulai dengan spons 30 PPI, filter keramik akhir akan berukuran sekitar 30 PPI, meskipun ketebalan lapisan sedikit mengurangi ukuran bukaan.

3. Dapatkah saya menggunakan filter ini untuk menyaring air?

Meskipun mekanismenya serupa, filter metalurgi dirancang untuk logam cair. Pori-porinya terlalu besar untuk menangkap bakteri atau sedimen halus di dalam air. Filter air biasanya menggunakan keramik berpori mikro dengan bukaan sub-mikron, yang dibuat melalui proses pengepresan yang berbeda.

4. Apa yang terjadi jika suhu sintering terlalu rendah?

Jika suhu terlalu rendah, ikatan keramik tidak akan terbentuk sepenuhnya. Filter akan terlihat benar, tetapi kekuatan mekanisnya rendah. Kemungkinan besar akan hancur atau tersapu bersih apabila terkena aliran logam cair yang deras.

5. Mengapa sebagian filter berwarna merah muda dan sebagian lainnya berwarna abu-abu?

Warna mengindikasikan bahannya. Merah muda atau putih biasanya menunjukkan Alumina (untuk aluminium). Abu-abu atau hitam biasanya menunjukkan Silikon Karbida (untuk besi/tembaga). Warna kekuningan atau cokelat biasanya menunjukkan Zirkonia (untuk baja).

6. Berapa lama proses pembuatannya?

Dari pencampuran bubur hingga pemeriksaan kualitas akhir, siklus ini memakan waktu sekitar 3 hingga 4 hari. Hal ini memperhitungkan waktu istirahat yang diperlukan untuk bubur, kurva pengeringan yang lambat, dan siklus pembakaran yang panjang.

7. Berapa umur simpan filter busa keramik?

Jika disimpan di lingkungan yang kering, keramik dapat bertahan selama bertahun-tahun. Namun, karena keramik bersifat higroskopis (menyerap kelembapan dari udara), kami sarankan untuk menggunakannya dalam waktu 1 hingga 2 tahun atau mengeringkannya dalam oven sebelum digunakan jika keramik tersebut berada dalam kondisi lembap.

8. Dapatkah filter keramik digunakan kembali?

Tidak. Setelah digunakan dalam pengecoran logam, filter diisi dengan logam yang dipadatkan dan kotoran yang terperangkap. Ini menjadi bagian dari sisa pengecoran (sistem gating) dan biasanya dilebur kembali (dengan keramik mengambang ke atas sebagai sampah) atau dibuang.

9. Apa yang dimaksud dengan “Kejutan Termal” dalam konteks ini?

Kejutan termal mengacu pada pemuaian cepat yang disebabkan oleh perbedaan suhu antara filter dingin (25°C) dan logam cair (700°C - 1500°C). Proses pembuatannya harus memastikan keramik memiliki koefisien muai panas yang rendah untuk bertahan dari lonjakan seketika ini.

10. Mengapa memilih filter ADtech daripada pesaing yang lebih murah?

Filter yang murah sering mengalami “pori-pori buta” (penyumbatan internal) atau kerangka yang lemah yang merusak dan mencemari casting. ADtech menggunakan impregnasi otomatis dan kurva penembakan yang ketat untuk memastikan setiap filter memiliki laju aliran yang konsisten dan integritas struktural.

Kesimpulan

Menguasai cara membuat filter keramik adalah konvergensi ilmu material dan presisi mekanis. Dibutuhkan reologi bubur yang tepat untuk melapisi busa tanpa menyumbatnya, dan profil termal yang tepat untuk menyinter keramik tanpa membuatnya retak. Untuk pengecoran, kualitas filter menentukan kualitas pengecoran akhir.

Di ADtech, kami telah menyempurnakan proses ini untuk memberikan solusi filtrasi yang meningkatkan hasil dan mengurangi skrap. Baik Anda memproduksi aluminium kedirgantaraan atau mesin besi berat, mengandalkan filter yang diproduksi secara profesional adalah jalan teraman menuju kualitas.