一種可用于鐵水過濾碳化硅泡沫陶瓷的制備

魏紅兵 王艷香（景德鎮(zhèn)陶瓷學(xué)院 江西 景德鎮(zhèn)333001）

一、引言

泡沫陶瓷作為一種具有許多優(yōu)良特性的新型陶瓷材料，是繼多孔陶瓷、蜂窩陶瓷之后，發(fā)展起來的第三代陶瓷產(chǎn)品[1]。 碳化硅泡沫陶瓷結(jié)合了碳化硅材料和泡沫陶瓷的優(yōu)良特性， 相比其他材質(zhì)的泡沫陶瓷，其具有高溫強(qiáng)度高、耐磨、抗氧化、耐腐蝕、抗熱沖擊好等特點[2-3]。 目前碳化硅泡沫陶瓷主要應(yīng)用于金屬熔融液的過濾，在鑄鐵行業(yè)中使用非常廣泛，能有效地過濾鐵水中的大塊夾雜物甚至很大部分小至數(shù)十微米的微小懸浮夾雜物，從而顯著降低鑄件廢品率和焊補(bǔ)率[4]。 但是由于碳化硅材料的熔融溫度高達(dá)2000 多度，不利于工業(yè)生產(chǎn)，所以加入燒結(jié)助劑較低生產(chǎn)成本，節(jié)約資源成為當(dāng)前研究熱點。 本文采用有機(jī)泡沫浸漬工藝制備碳化硅泡沫陶瓷， 引入MgO-Al2O3-SiO2 作為燒結(jié)助劑體系，降低燒成溫度，為工業(yè)生產(chǎn)提供了一定的參考意見。

二、實驗

1、樣品制備

首先將SiC 和氧化鋁等原料按比例稱好倒入球磨罐中。 其次配液相， 先將用量為配方中固含量0.6%的CMC 倒入燒杯中，加適量的蒸餾水混合均勻，加熱，待CMC 完全溶解后再稱取固含量10%的硅溶膠倒入溶液中，得到混合溶液，將其倒入球磨罐中，用行星磨球3h。將經(jīng)過預(yù)處理的有機(jī)泡沫放入配置好的漿料中，并多次搓揉，待漿料完全充滿泡沫體后取出，擠出多余漿料，然后， 將輥壓成型后的制品在室溫下干燥24h， 在110℃干燥24h，最后燒成。

2、性能測試與表征

采用德國布魯克AXS 有限公司的D8Advance 型X-射線衍射儀進(jìn)行晶相分析，實驗條件：掃描范圍為2θ=20°—70°。 采用采用中國科學(xué)院科學(xué)儀器廠產(chǎn)KYKY-1000B 型掃描電鏡對樣品進(jìn)行了顯微結(jié)構(gòu)分析，加速電壓為20kV，分辨率為1024×1024，放大倍數(shù)為15×一8000×。 用INSTRON-1195 萬能材料試驗機(jī)測試樣品的抗壓強(qiáng)度。

三、結(jié)果與討論

1、滑石含量對碳化硅泡沫陶瓷性能的影響

實驗改變滑石的量， 其加入量分別為1.2%、1.8%、3.8%和5.8%來考查其對碳化硅泡沫陶瓷性能的影響。 樣品的SEM 照片如圖1 示。 由圖可以看出：當(dāng)滑石用量為1.2%、1.8%和3.8 時，在樣品的玻璃相和SiC 顆粒表面出現(xiàn)了針狀的晶體，而當(dāng)滑石用量為5.8%時沒有針狀的晶體出現(xiàn)。 滑石在加熱時，于600℃左右開始脫水，在800—100℃結(jié)構(gòu)水完全排出，滑石分解為偏硅酸鎂和SiO2，當(dāng)溫度進(jìn)一步的升高，偏硅酸鎂和Al2O3、SiO2 發(fā)生反應(yīng)生成堇青石。 當(dāng)滑石用量為5.8%時， 樣品中沒有堇青石晶體出現(xiàn)，可能是因為滑石量過多，使組成點沒有落在相應(yīng)的生成堇青石相區(qū)域內(nèi)。 樣品中看到的晶體是莫來石晶體， 它是樣品冷卻時，從液相中析出的二次莫來石。 表1 是樣品抗壓強(qiáng)度，滑石加入量為1.8%時制得的泡沫陶瓷抗壓強(qiáng)度最高。

表1 不同滑石加入量樣品的抗壓強(qiáng)度

2、高嶺土的加入量對碳化硅泡沫陶瓷性能的影響

實驗改變高嶺土的量，做樣品進(jìn)行分析。 發(fā)現(xiàn)隨著高嶺土含量的增加，樣品強(qiáng)度也有所提高，但提高的強(qiáng)度不是很大。 圖2是高嶺土加入量為12%時樣品的SEM圖。 從圖中可以看出，樣品中出現(xiàn)了一定量的玻璃相， 該玻璃相將碳化硅顆粒粘結(jié)在一起，證明在燒成過程中產(chǎn)生了較多的液相，樣品中玻璃相的存在使樣品的低溫強(qiáng)度較高，但是會降低樣品的高溫使用性能。

四、結(jié)論

以MgO-Al2O3-SiO2 體系為燒結(jié)助劑制備的碳化硅泡沫陶瓷主晶相為莫來石、堇青石、方石英和α-碳化硅。 滑石加入量為1.8%， 高嶺土含量為12%且保持燒成溫度為1350℃時該體系制得的碳化硅泡沫陶瓷強(qiáng)度最高，可達(dá)1.23MPa，該體系制備的碳化硅泡沫陶瓷可適用于鐵水過濾。

[1] 黃金發(fā)，張小珍，李月明，泡沫陶瓷材料在工業(yè)設(shè)計中的應(yīng)用[J]，中國陶瓷，2006，44（3）：6-8。

[2] L.Gauckler,M.Waeber,C.Conti,M.Jacob -duliere, Cermic foam for molten metal filtration[J].JOM，2012，37（9）：321-325。