氧化鋁泡沫陶瓷過濾板噴漿工藝的應(yīng)用研究

摘 要：本文簡(jiǎn)單介紹了泡沫陶瓷過濾板的制備工藝、分類及應(yīng)用領(lǐng)域，對(duì)氧化鋁材質(zhì)的泡沫陶瓷過濾板噴漿料的粒度、含水率、噴漿量等因素進(jìn)行了分析。對(duì)比了手動(dòng)噴漿和自動(dòng)噴漿的優(yōu)缺點(diǎn)，并研究了上漿后噴漿和干燥后噴漿的利弊及適用條件，以及對(duì)泡沫陶瓷噴漿工藝做了較為全面的分析，希望能幫助泡沫陶瓷過濾板廠家進(jìn)一步了解噴漿工藝在泡沫陶瓷生產(chǎn)工藝中的作用。

關(guān)鍵詞：泡沫陶瓷；過濾板；噴漿；漿料

1 前言

泡沫陶瓷是一種具有三維空間網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的高氣孔率（80%～90%）的多孔陶瓷，由于其具有密度小、強(qiáng)度高、耐高溫、耐腐蝕及良好的過濾吸附性等優(yōu)點(diǎn)。因此，被廣泛地應(yīng)用于金屬熔體過濾、汽車尾氣處理、醫(yī)用材料等領(lǐng)域[1-2]。

近年來，通過第三代過濾材料—泡沫陶瓷過濾器（CFF ，即Ceramic Foam Filter）的發(fā)展，使得金屬熔煉制品的成品合格率大幅度提升，其產(chǎn)品性能也得到很大改善。鑄造是泡沫陶瓷過濾器應(yīng)用最廣泛的行業(yè)之一，其作用是讓紊亂、翻騰的金屬液經(jīng)過泡沫陶瓷蜂窩孔后變成平穩(wěn)、均勻、干凈的金屬液。從而大大降低由于非金屬夾雜物等鑄造缺陷導(dǎo)致的鑄件廢品率，節(jié)約生產(chǎn)成本[3]。

噴漿工藝是泡沫陶瓷生產(chǎn)的一道工序，而在建筑、日用陶瓷生產(chǎn)過程中一般沒有此工藝。雖然國(guó)內(nèi)泡沫陶瓷生產(chǎn)廠家大都已采用噴漿工藝，但由于泡沫陶瓷領(lǐng)域本身不太廣泛，生產(chǎn)廠家為數(shù)不多，而且噴漿工藝并非關(guān)鍵工序，所以對(duì)于其研究和了解不多，也沒有相關(guān)泡沫陶瓷噴漿工藝的文獻(xiàn)報(bào)道。

2 泡沫陶瓷過濾板生產(chǎn)工藝

泡沫陶瓷過濾板是采用聚氨酯泡沫塑料為載體，浸入到由陶瓷粉末、黏結(jié)劑、助燒結(jié)劑、懸浮劑等制成的陶瓷漿料中；然后擠掉多余的漿料，使陶瓷漿料均勻涂敷于載體骨架成為坯體；再把坯體烘干并經(jīng)高溫?zé)Y(jié)而成[4]。這種工藝又稱為有機(jī)泡沫浸漬法，是目前國(guó)內(nèi)普遍的泡沫陶瓷生產(chǎn)工藝[5]。

泡沫陶瓷過濾板生產(chǎn)工藝流程見圖1，虛線部分為上漿后直接噴漿工藝。

3 泡沫陶瓷過濾板噴漿工藝

噴漿工藝是生產(chǎn)泡沫陶瓷過濾板的工序之一，它是將陶瓷漿料在壓力作用下經(jīng)噴頭霧化噴向過濾板。其目的在于改善坯體表面性能，包括改善表面的光滑度和加粗網(wǎng)線，同時(shí)，對(duì)產(chǎn)品內(nèi)質(zhì)也有影響。噴漿工藝按噴漿方式主要包括兩種形式，手工噴漿和自動(dòng)噴漿；按噴漿順序可分為上漿后噴漿和干燥后噴漿。

3.1 噴漿方式

3.1.1手工噴漿工藝

手工噴漿是利用空氣壓縮機(jī)（0.5～1.0MPa）產(chǎn)生的壓力，將漿料從噴槍內(nèi)噴出，由工人控制噴涂在坯體表面，待表面干燥后噴另一面。優(yōu)點(diǎn)是投入少、漿料浪費(fèi)少、噴涂量控制靈活。缺點(diǎn)是人工需求多、工作效率不高、漿料附著不均勻等。

3.1.2自動(dòng)噴漿工藝

自動(dòng)噴漿工藝來源于建筑日用陶瓷的上釉工藝，即漿料經(jīng)過噴頭噴灑在傳動(dòng)的皮帶或鏈條的坯體表面，然后經(jīng)過后續(xù)的短暫熱風(fēng)或紅外線干燥。翻轉(zhuǎn)后噴另一面，再干燥完成自動(dòng)噴漿工藝。自動(dòng)噴漿優(yōu)點(diǎn)是工作效率高、坯體噴涂較為均勻。缺點(diǎn)是首期投入較大、漿料浪費(fèi)大、后期噴頭更換頻繁等。

3.2 噴漿順序

3.2.1上漿后噴漿

上漿后噴漿屬于濕坯噴漿，它節(jié)省了后道干燥工序，坯體對(duì)漿料的吸附效果一般。但對(duì)于尺寸大、厚度薄的產(chǎn)品，也適合采用上漿后噴漿，防止干燥后噴漿對(duì)坯體的損傷。但其缺點(diǎn)是只能噴單面，一般是噴過濾金屬熔體所需的正面?？紤]到噴漿效果，上漿后噴漿方式不是很常用。

3.2.2干燥后噴漿

干燥后噴漿屬于干坯噴漿，它適合于雙面噴漿，并且漿料可以調(diào)至噴出的最大稠度，以最大程度改善坯體表面。這是泡沫陶瓷生產(chǎn)較為常用的噴漿方式。干燥后噴漿的缺點(diǎn)是勞動(dòng)量大、對(duì)坯體有損傷、容易產(chǎn)生掉渣等。

4 影響氧化鋁泡沫陶瓷過濾板噴漿因素的分析

氧化鋁泡沫陶瓷作為泡沫陶瓷三大類（氧化鋁、碳化硅、氧化鋯）的一個(gè)重要分支，同時(shí)也是被使用最早的一類泡沫陶瓷，它被廣泛使用于鋁及其合金鑄造行業(yè)中。目前，隨著鋁及鋁合金制品性能要求的不斷提高，對(duì)于鋁液過濾也不斷提出了新的要求，要求其具有純度高、浮雜少、鋁液流速平緩等澆鑄特性，以達(dá)到澆鑄出的鋁制品具有較好的理化性能和機(jī)加工性能，從而滿足更苛刻的使用條件和達(dá)到延長(zhǎng)鋁制品的使用壽命的目的。

泡沫陶瓷生產(chǎn)的每一個(gè)工藝流程對(duì)泡沫陶瓷產(chǎn)品質(zhì)量都有影響，其中關(guān)鍵工序配料、海綿加工和燒結(jié)對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量影響最大[6]。噴漿工藝主要影響產(chǎn)品質(zhì)量外觀，同時(shí)，對(duì)內(nèi)質(zhì)也有一定的影響。

4.1 漿料粒度

漿料粒度決定了噴出漿料的分散情況，漿料顆粒越細(xì)，噴出漿料的分散情況越好，噴灑在坯體的漿料越均勻。同時(shí)，漿料粒度越細(xì)，噴頭磨損也越小。漿料粒度的大小還決定了產(chǎn)品表面的燒結(jié)情況，生產(chǎn)上一般采用400目篩余小于0.5%的漿料作為泡沫陶瓷過濾板噴漿料，并且配方燒結(jié)溫度比坯體燒結(jié)溫度低。

4.2 漿料含水率

漿料含水率是決定漿料稠度大小的直接因素，稠度大小又直接影響噴漿效果的好壞。對(duì)于上漿后噴漿工序而言，漿料含水率不能過低，否則噴漿后會(huì)出現(xiàn)盲孔，噴漿效果也不好，其含水率一般控制在35%～40%。對(duì)于干燥后噴漿工序而言，坯體表面干硬，對(duì)于稠度較大的噴漿料吸附作用大。所以噴漿料含水率要控制較低，噴漿料噴涂在表面的效果才更佳，其含水率一般控制在25%～35%。在噴漿料含水率較低時(shí)，需要選擇較大壓力的空壓機(jī)以及直徑較大的噴頭，才能達(dá)到好的噴漿效果。

4.3 漿料噴漿量

漿料噴漿量是衡量噴漿效果是否理想的重要指標(biāo)，也是對(duì)每一塊坯體噴漿是否均勻的重要因素。所以許多公司將其指標(biāo)化，對(duì)不同規(guī)格過濾板設(shè)定具體參數(shù)，以保證產(chǎn)品噴漿滿足工藝要求，達(dá)到規(guī)定的噴漿效果。

對(duì)于不同規(guī)格大小的過濾板，其漿料噴漿量不一樣。當(dāng)然，對(duì)于不同含水率的漿料，其噴漿量也不一樣。表1列舉了筆者公司幾種常用規(guī)格過濾板的噴漿量。

由表1可知，噴漿重量與坯體產(chǎn)品表面的面積存在一定關(guān)系。即： m=S×（0.04～0.06）

其中，m—單面噴漿重量（g）；

S—坯體單面表面積（cm2）。

5 結(jié)語

噴漿漿料的粒度、含水率和噴漿量都對(duì)噴漿效果起著重要作用。其中，漿料粒度決定噴漿的分散、均勻及表面最后燒結(jié)情況；漿料含水率影響著漿料稠度；漿料稠度決定了坯體表面網(wǎng)線加粗的效果；噴漿量是衡量噴漿是否滿足工藝要求的重要參數(shù)。

氧化鋁泡沫陶瓷過濾板對(duì)噴漿工藝的需求存在著利弊。有利的是過濾板表面得到較大的改善，尤其是干燥時(shí)與承載板接觸的面，其表面比較毛糙，網(wǎng)線也會(huì)較細(xì)。噴漿后，燒成的過濾板表面光滑，網(wǎng)線也相應(yīng)加粗。濕坯噴漿的弊端是只能噴單面；干坯噴漿的弊端是噴漿會(huì)翻動(dòng)坯體，對(duì)坯體有一定的損傷，特別是較薄尺寸較大的坯體，產(chǎn)品燒結(jié)后甚至?xí)霈F(xiàn)裂紋。所以對(duì)厚度薄、尺寸大的過濾板坯體，不建議采用噴漿工藝，但可選擇濕坯噴漿。另外，噴漿增加了產(chǎn)品生產(chǎn)成本，延緩了生產(chǎn)周期。筆者認(rèn)為，對(duì)于常用規(guī)格的過濾板，仍需要采用噴漿工藝，以滿足市場(chǎng)對(duì)產(chǎn)品的外觀和內(nèi)質(zhì)需求。

參考文獻(xiàn)

[1] 靳洪允.泡沫陶瓷材料的研究進(jìn)展[J].現(xiàn)代技術(shù)陶瓷，2005（3）：

33～35.

[2] 陳漢添.氧化鋯基泡沫陶瓷的工藝原理及性能表征[J].陶瓷，

2006（6）：16.

[3] 馮勝山，陳巨喬.泡沫陶瓷過濾器的研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)[J].耐

火材料，2002，36（4）：2352239.

[4] Sutton WH ， etal. Development of ceramic foam materials for

filtering high temperature alloys ， AFS Transactions ，1985 ，

93 ：1712176.

[5] 王霞.鑄造用泡沫陶瓷過濾器的生產(chǎn)工藝[J].佛山陶瓷，2008，12：

28～30.

[6] 王霞，王建新.泡沫陶瓷漿料的制備工藝研究[J].佛山陶瓷，

2009，9：13～15.