セラミック・フォーム・フィルター 高純度セラミック粉末を使用し、スラリーレオロジーを制御し、繰り返し含浸と過剰スラリー除去を行い、その後注意深く乾燥、バインダーのバーンアウト、制御された焼結を行います。適切な原材料の選択、工程管理、品質検証により、乱流と金属損失を最小限に抑えながら酸化物系介在物と非金属粒子を除去するフィルターが製造されます。これが、正しく製造されたセラミック発泡フィルターが最新のアルミニウム鋳造工場に不可欠な消耗品である理由です。.
セラミック・フォーム・フィルターの役割と重要性
セラミックフォームフィルターは、オープンセルの3次元セラミックネットワークで、非金属介在物を捕捉し、溶融金属の流れを滑らかにします。アルミニウム鋳造工場では、酸化物やドロスを減らし、鋳型や金型を保護し、最終鋳造品の機械的特性を向上させます。その性能は、孔の形状、壁の厚さ、表面の化学的性質に依存し、これらはすべて上流の製造上の選択によって決まります。こちらもお読みください： セラミックフィルターの作り方.
アルミ鋳造における重要な役割
- ネットワーク内での機械的な取り込みと保持。.
- 乱流とガス巻き込みを低減するための流れの平滑化。.
- 溶融アルミニウムとの接触における熱的および化学的安定性。.
原材料と代表的なスラリー配合
主なマトリックス材料には、コストと化学的安定性のバランスが取れた高純度アルミナ（Al2O3）、耐熱衝撃性を向上させる炭化ケイ素（SiC）、極端な靭性が要求される場合にはジルコニアブレンドなどがある。PVAやメチルセルロースなどの結合剤は、グリーン強度を提供する。分散剤と制御された含水量は、フォームテンプレートの完全な浸透に必要なレオロジーを生み出します。.
| コンポーネント | 典型的なwt% | 役割 |
|---|---|---|
| セラミックパウダー（Al2O3/Sicミックス） | 60 - 92 | 焼結後の構造ネットワーク |
| バインダー（PVA、PVOH） | 0.5 - 6 | グリーンの強さ |
| コロイダルシリカ / 溶解性ガラス | 2 - 10 | 焼結の補助 |
| 水/溶剤 | 8 - 30 | レオロジーコントロール |
主な製造ルートとそのトレードオフ
主な工業的方法は、高分子スポンジの複製（レプリカ法）、スラリーの直接発泡、ハニカム状セル形状の押出成形、特注または少量生産部品の積層造形である。アルミニウム鋳造フィルターの場合、安価なテンプレートフォームからオープンセルのトポロジーをスケールで確実に再現できるため、高分子スポンジのレプリカ法が優位を占めている。.
段階的プロセス：高分子スポンジ（レプリカ）法
1.テンプレートの選択とカッティング
オープンセルのポリウレタンまたはその他のポリマーフォームを選択する。アルミ鋳造用フィルターの場合、一般的なセル数は10～60ppiです。焼結後にトリミングできるように、ブランクを少し大きめにカットする。.
2.スラリーの調製
セラミックパウダー、バインダー、分散剤、水を高剪断混合し、ダマのない均質なスラリーにする。要求される肉厚や粉末の特性にもよりますが、目標とする固形分充填量は通常60～85wt%です。.
3.含浸
ディップ・アンド・スクイーズ、真空含浸、圧力サイクルにより、スラリーがすべてのオープンセルに浸透します。余分な皮膜の除去は校正されたローラーで行われ、ローラーのギャップが残留皮膜の厚さ、ひいては最終的な肉厚を決定します。.
4.乾燥
低温（80～120℃）で制御された乾燥と緩やかな傾斜により、差収縮による亀裂を防止します。オーブンの滞留時間は部品の厚さによって異なります。.
5.バインダーの焼損
有機テンプレートとバインダーを除去するため、空気中で300～700℃までゆっくりランプする。ホールドステップと制御されたベントにより、内部吹き出しを防ぎ、ストラットの完全性を維持する。.
6.焼結
セラミック粒子を緻密化する最終焼結。アルミナの場合、ピーク温度は一般的に1100～1600℃の範囲であり、ランプおよびソークプロファイルが収縮率と最終強度を制御する。ここでの慎重な制御が、耐薬品性と望ましくないガラス状相の不存在を決定する。.
プロセス制御と重要パラメータ
| パラメータ | 典型的な範囲／目標 | なぜそれが重要なのか |
|---|---|---|
| 発泡セル数 | 10 - 60 ppi | ポアサイズとヘッドロスを設定 |
| スラリー固形分 | 60 - 85 wt% | 肉厚をコントロール |
| 乾燥温度 | 80 - 120 C | ひび割れを防ぐ |
| バーンアウト・ランプ | 0.5～2℃/分～350～700℃まで | 吹きこぼれを防ぐ |
| 焼結ピーク (Al2O3) | 1100 - 1600 C | 支柱の高密度化 |
品質管理と受け入れテスト
一般的なQC検査：開気孔率（アルキメデス法またはポロメトリー法）、気孔分布、圧縮強度、耐熱衝撃性、介在物数の減少を測定する鋳造内ろ過試験。重要な用途には、粉末のロットおよびキルンバッチによるトレーサビリティを推奨する。一般的な開気孔率の目標値は、品位により70～92%です。.
設計の選択：孔径、厚さ、アプリケーションマッピング
| ポア（ppi） | 代表的なアプリケーション | 実践編 |
|---|---|---|
| 10 - 20 | 大型インゴット、ライザーフロー | 低ヘッドロス |
| 20 - 30 | ビレット鋳造、半連続鋳造 | 捕獲とフローのバランス |
| 30 - 45 | 薄い部分、仕上げ | より微細な介在物除去 |
| >45 | 特殊仕上げ | 高いヘッドロス |
環境、健康、生産スケールのポイント
ポリマーテンプレートからのバーンアウト排出は、捕捉と処理が必要である。ファインセラミックパウダーを扱う場合、ダストコントロールは不可欠である。スケールアップのためには、連続ローラー含浸ラインやトンネルキルンが部品あたりの単価を下げます。多くのメーカーが、再現可能なサイクルのためのインテリジェントなキルン制御を備えたターンキー生産ラインを提供しています。.
アドテックの製品群がファウンドリーのワークフローをどのようにサポートするか
アドテックは、一般的なppiグレードと厚さのアルミナセラミックフォームフィルターを、注湯システムを保護するセラミック断熱ボードやセラミックファイバーロープおよびブランケットとともに供給しています。生産での採用については、トライアルパックをご請求の上、お客様の合金および注湯形状に合わせてフィルターグレードを最適化する技術サポートをご利用ください。AdTechの製造に関する注意事項は、業界の標準的な工程順序と一致しています。.
設置、保管、トラブルシューティング
熱衝撃を最小限に抑え、初回使用時に良好な濡れ性を確保するため、フィルターを予熱する。乾燥した換気の良い状態で保管する。一般的な故障モードには、急激な加熱によるクラックや、上流のドロスによる目詰まりがある。.
最終的なコメントと推奨される予選ステップ
等級を生産に適するようにするには、介在物計 数、機械的試験片、表面仕上げ検査などの鋳造試 験をサイド・バイ・サイドで実施する。バッチとキルンゾーンを追跡し、異 常を突き止める。大規模な使用の場合は、QCシステムと環境 管理のサプライヤー監査を検討する。.
よくある質問（FAQ）
-
6xxxシリーズのアルミビレットに使用する孔径は？
一般的な開始点は20～30ppiで、インクルージョンの除去とヘッドロスのバランスをとるためにトライアルキャストを行う。. -
セラミック・フォーム・フィルターは再利用できますか？
再使用は、封入物の閉じ込めや構造的な弱体化のリスクがある。. -
アルミナフィルターは溶融アルミニウムと反応しますか？
高純度アルミナはアルミニウムと化学的に安定である。反応する可能性のあるガラス状相の残留を避けるため、正しい焼結を行うこと。. -
細胞の大きさは流れやろ過にどのような影響を与えるのか？
セルが大きいと圧力損失が少なく大流量が得られるが、微細な介在物の除去量は少なくなる。. -
炭化ケイ素のフィルターの方が良いのか？
SiCは耐熱衝撃性と耐摩耗性に優れているため、注湯温度や取り扱いに応じて選択する。. -
標準的な焼結温度は？
アルミナ・フィルターは、配合や希望する強度にもよるが、1100～1600℃で焼結するのが一般的。. -
本番使用前のフィルターはどのようにテストすればよいですか？
気孔率、寸法公差を確認し、小さな鋳造試験を実施して介在物数の減少を測定する。. -
最初の注湯でフィルターが割れる原因は何ですか？
急激な温度変化や湿気のこもりやすい場所では、フィルターを予熱し、乾燥した状態で保管する。. -
フィルターは金属の化学的性質を変えるのか？
適切に製造されたフィルターは不活性である。不十分な焼結や汚染されたフィルターは不純物を混入させる可能性があるため、資格のあるサプライヤーから購入すること。. -
大量に使用する場合、どのようにサプライヤーを選べばよいですか？
一貫したQC、トレーサビリティ、生産ラインの能力、試作や調整のためのエンジニアリング・サポートに注目してください。.
最終ノート
フィルター・グレードを生産用に認定する予定があ る場合は、使用する正確な形状の試供品を要求し、フィル ターを使用する場合と使用しない場合の鋳造試験を並行 して実施し、介在物数、機械的特性、表面仕上げを測定す る。大規模生産の場合は、ターンキーラインを提供するサプライヤーか、バーンアウト排出の環境制御を伴う受託製造を検討する。.
セラミックフォームフィルタープレートについてさらにお知りになりたい場合は、他のガイドをご覧ください：