Как сделать керамический фильтр

Изготовление высокоэффективного керамического фильтра в основном зависит от Технология тиражирования полимерной губки. Этот промышленный процесс заключается в пропитке сетчатого пенополиуретана с открытыми порами тиксотропным керамическим раствором (обычно карбида кремния, глинозема или диоксида циркония). После тщательного нанесения покрытия и удаления излишков материала для предотвращения засорения пенополиуретан подвергается сушке и строго контролируемому обжигу. На этапе спекания внутренняя полимерная пена полностью сгорает, оставляя после себя керамическую копию с четкой сетью взаимосвязанных пустот. Эта структура позволяет расплавленному металлу проходить через нее, одновременно физически задерживая примеси и сглаживая турбулентность потока.

Инженерные решения, лежащие в основе фильтров из керамической пены

Производство пористой керамики для фильтрации расплавленного металла - это не просто формовка глины. Это точная химическая и теплотехническая задача. На сайте ADtech, Мы рассматриваем производство керамических фильтров как баланс между реологией (течением вещества) и термодинамикой.

Цель - создать структуру, способную выдерживать экстремальные тепловые удары, часто поднимаясь от комнатной температуры до более чем 1500°C за несколько секунд, и при этом не растрескиваться. Для достижения этой цели производственная линия должна контролировать переменные вплоть до микронного уровня.

Почему метод губчатой репликации доминирует

Хотя существуют и другие методы, такие как прямое вспенивание или добавление порообразующих агентов в твердую смесь, метод воспроизведения губки остается стандартом в отрасли. Он обеспечивает наиболее последовательный контроль над размером пор (измеряется в PPI или порах на дюйм) и общей пористостью. Этот метод гарантирует, что конечный продукт обладает механической прочностью, способной противостоять ферростатическому давлению расплавленного металла.

Шаг 1: Выбор и подготовка сырья

Основой любого высококачественного фильтра является порошок. Мы не можем просто использовать обычный керамический порошок. Необходимо рассчитать гранулометрический состав (PSD), чтобы обеспечить плотную упаковку во время спекания.

Агрегаты

Выбор заполнителя определяет область применения фильтра.

• Карбид кремния (SiC): Используется преимущественно для сплавов железа и меди. Обладает отличной стойкостью к тепловому удару.

• Оксид алюминия (Al2O3): Идеально подходит для фильтрации алюминия. Он химически стабилен и противостоит коррозии от расплавленного алюминия.

• Цирконий (ZrO2): Необходим для применения в сталелитейной промышленности, где температура превышает 1600°C.

Связующие и реологические агенты

Клей“, который удерживает керамические частицы вместе перед обжигом, имеет решающее значение. Мы используем комбинацию фосфатных связующих или коллоидного кремнезема. Однако секрет идеального покрытия кроется в реологические модификаторы. Эти добавки регулируют вязкость суспензии. Если суспензия слишком густая, она забивает внутренние поры. Если она слишком жидкая, она стекает с губки, в результате чего образуется слабый каркас фильтра, который разрушается под давлением расплавленного металла.

Таблица 1: Состав материала и матрица применения

Материал основания	Основной компонент	Температура обжига (°C)	Первичное применение	Устойчивость к тепловому удару
Глинозем	Al₂O₃ (>85%)	1100 – 1350	Алюминиевые сплавы	Хорошо
Карбид кремния	SiC (>70%)	1150 – 1450	Железо, серый чугун, бронза	Превосходно
Цирконий	ZrO₂ (>95%)	1600 – 1700	Углеродистая сталь, нержавеющая сталь	Высокий
Муллит	3Al₂O₃-2SiO₂	1300 – 1500	Утюг с низкой температурой	Умеренный

Шаг 2: Важнейшая подготовка шлама

Этот этап отличает посредственный фильтр от фильтра премиум-класса ADtech. Приготовление суспензии - это многоступенчатый процесс смешивания.

Протоколы смешивания

1. Сухое смешивание: Керамические порошки и твердые добавки подвергаются галтовке для обеспечения однородного распределения частиц по размерам.

2. Добавление жидкости: Вода редко используется отдельно. Мы используем смесь воды, пеногасителей и диспергаторов. Жидкость медленно добавляется в порошок при перемешивании с высокой скоростью.

3. Выветривание: Пузырьки воздуха в суспензии смертельно опасны. Если пузырек воздуха образует карман в керамическом покрытии, это создает слабое место, которое треснет при попадании на него расплавленного металла. Мы используем вакуумные камеры обезвоздушивания для удаления втянутого газа из суспензии до того, как она коснется губки.

Контроль тиксотропии

Суспензия должна быть тиксотропный. Это означает, что при перемешивании (в процессе нанесения покрытия) она становится текучей, а в состоянии покоя быстро застывает. Благодаря этому свойству керамика после нанесения покрытия на губку остается на нитях поролона и не стекает вниз, скапливаясь на дне фильтра.

Шаг 3: Подготовка носителя (губка)

Пенополиуретан (ППУ) выступает в качестве жертвенного шаблона. Он определяет PPI конечного продукта.

Резка и контроль

Большие куски пенополиуретана нарезаются на куски определенных размеров, требуемых литейным заводом, например 7×7 дюймов или 23×23 дюйма.

Важнейшая проверка: Пена должна быть “сетчатой”. Это означает, что клеточные мембраны (окна) между стойками пены должны быть полностью открыты. Если пена имеет закрытые окна (блестящие поверхности), керамическая суспензия не может проникнуть внутрь, что приводит к засорению фильтра. Мы используем камеры термической ретикуляции, чтобы вскрыть все оставшиеся клеточные мембраны в сырой пене.

Шаг 4: Пропитка и удаление излишков

Это физическая основа процесса “как сделать керамический фильтр”.

Погружение

Нарезанные куски пенопласта погружаются в подготовленную суспензию. В автоматизированной линии плунжеры многократно сжимают пену при погружении. Многократное сжатие и расслабление вытесняет воздух из губки и всасывает тяжелый керамический раствор в каждую пустоту.

Валковое прессование (предварительное придание пористости)

Пропитанная губка - это, по сути, блок грязи. У нее нулевая пористость. Чтобы восстановить открытую структуру, влажная пена проходит через предварительно установленные валики.

1. Расстояние разрыва: Расстояние между вальцами определяет, сколько шлама останется на стойках.

2. Давление: Слишком сильное давление повреждает нежные связки пены. Слишком слабое - приводит к закупорке пор.

3. Дробеструйная обработка: Для фильтров с высоким PPI (например, 50 или 60 PPI) одних роликов недостаточно. Мы используем прецизионные воздушные сопла, которые продувают сжатый воздух через мокрый фильтр, чтобы очистить мельчайшие дорожки, не сдирая покрытие со стоек.

Шаг 5: Контролируемая сушка

Нельзя бросать мокрый фильтр в печь. Вода должна испаряться медленно. Если вода быстро превратится в пар внутри керамического покрытия, это приведет к разрушению покрытия изнутри (растрескиванию).

• Туннельные сушилки: Фильтры перемещаются по туннелям с регулируемой влажностью.

• Градиент температуры: Мы начинаем с низких температур (40°C) и высокой влажности, постепенно увеличивая нагрев и снижая влажность. Таким образом, влага выводится из центра фильтра на поверхность.

• Продолжительность: Этот процесс обычно занимает от 12 до 24 часов в зависимости от толщины фильтра.

Шаг 6: Спекание и фаза отжига

В процессе обжига образуется окончательный керамический слой. Это происходит в высокотемпературных туннельных или челночных печах.

Стадия A: улетучивание (стадия дыма)

Между 300 и 600 °C полиуретановая губка внутри керамического покрытия начинает разлагаться. Это очень деликатный момент. Губка должна превратиться в газ и выйти через пористое керамическое покрытие, не расширяясь настолько, чтобы расколоть необожженную оболочку. В печах ADtech в этой зоне используется богатая кислородом атмосфера, обеспечивающая чистое сгорание полимера.

Стадия B: Формирование керамической связки

При повышении температуры свыше 1000°C активизируются агломераты, содержащиеся в суспензии. Отдельные частицы порошка начинают сплавляться.

• Для карбида кремния: Кремнеземное связующее создает стекловидную связь, которая фиксирует частицы SiC вместе.

• Для глинозема: При твердофазном спекании происходит слияние границ зерен.

Стадия C: Охлаждение

Охлаждение должно быть таким же медленным, как и нагрев. Быстрое охлаждение вызывает тепловой стресс. Фильтры опускаются до комнатной температуры в течение нескольких часов, чтобы зафиксировать их структурную целостность.

Раздел 7: Контроль качества и показатели эффективности

Изготовление фильтра - это только половина дела. Перед отправкой на литейное производство необходимо проверить его работоспособность.

Физический осмотр

Автоматические системы технического зрения проверяют каждый фильтр. Они ищут:

• Забитые поры: Места, где раствор перекрыл щель и не очистился.

• Трещины: Волосяные трещины от высыхания.

• Размеры: Убедитесь, что фильтр идеально подходит к литейному затвору.

Разрушающие испытания

Мы отбираем случайные образцы из каждой партии для уничтожения.

1. Холодная прочность: Мы раздавливаем фильтр, чтобы определить, какой вес он может выдержать. Стандартный фильтр размером 50x50x22 мм должен выдерживать значительное давление.

2. Испытание на тепловой удар: Мы нагреваем фильтр до 1200°C и опускаем его в холодную воду. Он должен остаться целым. Если он разбивается, партия бракуется.

Таблица 2: Распространенные дефекты и причины их возникновения

Тип дефекта	Внешний вид	Коренные причины в производстве
Слепые поры	Массивная керамика, блокирующая воздушный поток	Слишком высокая вязкость шлама; Недостаточная продувка воздухом
Веб-трещины	Небольшие трещины на стойках	Слишком быстрое высыхание; проблемы с миграцией связующего
Низкая прочность	Легко крошится	Слишком низкая температура спекания; Плохое соотношение связующих веществ
Чернение ядра	Темный центр после обжига	Неполное выгорание губки (кислородное голодание в печи)

Тематическое исследование: Решение проблем с ломом во Вьетнаме

Клиент: Алюминиевый литейный завод среднего размера

Местонахождение: Хайфон, Вьетнам

Дата: Март 2023 года

Задача:

Литейный завод производил сложные компоненты двигателей мотоциклов. Из-за неметаллических включений и оксидных пленок в отливках у них наблюдался процент брака 22%. Для фильтрации использовалась основная стекловолоконная сетка, которая плавилась и выходила из строя под воздействием тепла при больших объемах заливки.

Решение ADtech:

Мы проанализировали их требования к температуре заливки (720°C) и скорости потока. Мы перевели их с сетчатых на вспененные фильтры ADtech из алюмокерамики (40 PPI).

1. Размещение: Мы перепроектировали их затворную систему для размещения жесткого керамического фильтрующего материала.

2. Выбор: Мы выбрали 40 PPI, чтобы улавливать мелкие оксиды, не ограничивая скорость потока, необходимую для заполнения формы перед застыванием.

Результат:

В течение 30 дней после внедрения уровень брака снизился с 22% до 7%. Керамическая структура сгладила поток металла, уменьшив турбулентность (которая приводит к образованию большего количества окислов). Клиент сообщил о более чистых поверхностях обработки и снижении износа инструмента.

Почему самодельные фильтры не работают

В поисковых запросах часто спрашивают об изготовлении керамических фильтров в домашних условиях. Хотя любители могут попытаться сделать это, результаты редко выдерживают расплавленный металл.

1. Ограничения печи: Большинство печей для хобби не имеют точного контроля атмосферы, необходимого для сжигания пенополиуретана без растрескивания оболочки.

2. Химия суспензий: Без промышленных диспергаторов самодельные суспензии разделяются. Тяжелые частицы тонут, оставляя слабый слой в верхней части фильтра.

3. Опасность для здоровья: Если самодельный фильтр выйдет из строя во время заливки, это может привести к переполнению формы или взрыву из-за удержания влаги. Для обеспечения промышленной безопасности единственным приемлемым вариантом являются сертифицированные фильтры ADtech.

Технические характеристики фильтров ADtech

При заказе или производстве фильтров понимание стандартных спецификаций помогает выбрать подходящее оборудование или изделие.

Таблица 3: Стандартные производственные спецификации ADtech

Недвижимость	Глинозем (Al2O3)	Карбид кремния (SiC)	Цирконий (ZrO2)
Плотность пор (PPI)	10, 20, 30, 40, 50, 60	10, 20, 30, 40	10, 20, 30
Пористость (%)	80 – 90%	80 – 85%	75 – 85%
Насыпная плотность (г/см³)	0.35 – 0.55	0.35 – 0.50	0.80 – 1.0
Прочность на сжатие	> 1,0 МПа	> 1,2 МПа	> 1,5 МПа
Максимальная рабочая температура	1200°C	1500°C	1700°C

Передовые соображения: Экологическое производство

Современное производство требует внимания к воздействию на окружающую среду. В компании ADtech мы уделяем особое внимание:

• Переработка избыточного шлама: Капли, стекающие со стадии пропитки, собираются, контролируются на плотность и снова вводятся в смеситель.

• Скрубберные системы: На этапе выгорания из пенополиуретана выделяются изоцианаты. Мы используем высокотемпературные дожигатели и скрубберы для нейтрализации этих газов до их выхода из заводской трубы.

Часто задаваемые вопросы (FAQ)

Здесь приведены наиболее распространенные вопросы, касающиеся производства и применения керамических фильтров.

1. Из какого основного материала изготовлена “губка” внутри фильтра?

Внутренняя губка изготовлена из сетчатого пенополиуретана (ППУ). Она выбрана потому, что при высоких температурах чисто сгорает (улетучивается), оставляя очень мало золы внутри керамической конструкции.

2. Как вы контролируете размер пор керамического фильтра?

Размер пор полностью определяется PPI (Pores Per Inch) пенополиуретана, используемого в качестве основы. Если мы начнем с губки 30 PPI, то конечный керамический фильтр будет примерно 30 PPI, хотя толщина покрытия немного уменьшает размер отверстия.

3. Можно ли использовать эти фильтры для фильтрации воды?

Несмотря на схожесть механизма, металлургические фильтры предназначены для расплавленного металла. Их поры слишком велики, чтобы улавливать бактерии или мелкие осадки в воде. В фильтрах для воды обычно используется микропористая керамика с субмикронными отверстиями, изготовленная с помощью другого процесса прессования.

4. Что произойдет, если температура спекания будет слишком низкой?

Если температура слишком низкая, керамическое соединение не сформируется полностью. Фильтр будет выглядеть правильно, но будет обладать низкой механической прочностью. Скорее всего, он рассыплется или размоется при ударе тяжелой струи расплавленного металла.

5. Почему одни фильтры розовые, а другие серые?

Цвет указывает на материал. Розовый или белый цвет обычно указывает на глинозем (для алюминия). Серый или черный цвет обычно указывает на карбид кремния (для железа/меди). Желтоватый или загорелый цвет обычно указывает на диоксид циркония (для стали).

6. Сколько времени занимает процесс производства?

От смешивания суспензии до окончательной проверки качества цикл занимает примерно 3-4 дня. При этом учитывается время, необходимое для отдыха суспензии, медленные кривые сушки и длительный цикл обжига.

7. Каков срок годности фильтра из керамической пены?

При хранении в сухом помещении они могут прослужить долгие годы. Однако, поскольку керамика гигроскопична (поглощает влагу из воздуха), мы рекомендуем использовать ее в течение 1-2 лет или высушить в духовке перед использованием, если она находилась во влажных условиях.

8. Можно ли повторно использовать керамический фильтр?

Нет. После использования в литье металла фильтр заполняется затвердевшим металлом и уловленными примесями. Он становится частью литейного лома (литниковой системы) и обычно переплавляется (при этом керамика всплывает на поверхность в виде окалины) или выбрасывается.

9. Что такое “тепловой шок” в данном контексте?

Тепловой удар означает быстрое расширение, вызванное разницей температур между холодным фильтром (25°C) и расплавленным металлом (700°C - 1500°C). Процесс производства должен обеспечить низкий коэффициент теплового расширения керамики, чтобы она могла выдержать этот мгновенный скачок.

10. Почему стоит выбрать фильтры ADtech, а не более дешевых конкурентов?

Дешевые фильтры часто страдают от “слепых пор” (внутренних засоров) или слабых каркасов, которые ломаются и загрязняют отливку. ADtech использует автоматизированную пропитку и строгие кривые обжига, чтобы гарантировать, что каждый фильтр имеет постоянную скорость потока и структурную целостность.

Заключение

Мастеринг как сделать керамический фильтр это слияние материаловедения и механической точности. Она требует точной реологии суспензии для покрытия пенопласта без его засорения и точного термического профилирования для спекания керамики без ее растрескивания. Для литейных заводов качество фильтра диктует качество конечной отливки.

На сайте ADtech, Мы усовершенствовали этот процесс, чтобы предложить решения по фильтрации, которые повышают производительность и снижают количество брака. Отливаете ли вы аэрокосмический алюминий или тяжелое чугунное оборудование, полагаться на профессионально изготовленный фильтр - самый надежный путь к качеству.