一种可用于铁水过滤碳化硅泡沫陶瓷的制备

魏红兵 王艳香（景德镇陶瓷学院 江西 景德镇333001）

一、引言

泡沫陶瓷作为一种具有许多优良特性的新型陶瓷材料，是继多孔陶瓷、蜂窝陶瓷之后，发展起来的第三代陶瓷产品[1]。 碳化硅泡沫陶瓷结合了碳化硅材料和泡沫陶瓷的优良特性， 相比其他材质的泡沫陶瓷，其具有高温强度高、耐磨、抗氧化、耐腐蚀、抗热冲击好等特点[2-3]。 目前碳化硅泡沫陶瓷主要应用于金属熔融液的过滤，在铸铁行业中使用非常广泛，能有效地过滤铁水中的大块夹杂物甚至很大部分小至数十微米的微小悬浮夹杂物，从而显著降低铸件废品率和焊补率[4]。 但是由于碳化硅材料的熔融温度高达2000 多度，不利于工业生产，所以加入烧结助剂较低生产成本，节约资源成为当前研究热点。 本文采用有机泡沫浸渍工艺制备碳化硅泡沫陶瓷， 引入MgO-Al2O3-SiO2 作为烧结助剂体系，降低烧成温度，为工业生产提供了一定的参考意见。

二、实验

1、样品制备

首先将SiC 和氧化铝等原料按比例称好倒入球磨罐中。 其次配液相， 先将用量为配方中固含量0.6%的CMC 倒入烧杯中，加适量的蒸馏水混合均匀，加热，待CMC 完全溶解后再称取固含量10%的硅溶胶倒入溶液中，得到混合溶液，将其倒入球磨罐中，用行星磨球3h。将经过预处理的有机泡沫放入配置好的浆料中，并多次搓揉，待浆料完全充满泡沫体后取出，挤出多余浆料，然后， 将辊压成型后的制品在室温下干燥24h， 在110℃干燥24h，最后烧成。

2、性能测试与表征

采用德国布鲁克AXS 有限公司的D8Advance 型X-射线衍射仪进行晶相分析，实验条件：扫描范围为2θ=20°—70°。 采用采用中国科学院科学仪器厂产KYKY-1000B 型扫描电镜对样品进行了显微结构分析，加速电压为20kV，分辨率为1024×1024，放大倍数为15×一8000×。 用INSTRON-1195 万能材料试验机测试样品的抗压强度。

三、结果与讨论

1、滑石含量对碳化硅泡沫陶瓷性能的影响

实验改变滑石的量， 其加入量分别为1.2%、1.8%、3.8%和5.8%来考查其对碳化硅泡沫陶瓷性能的影响。 样品的SEM 照片如图1 示。 由图可以看出：当滑石用量为1.2%、1.8%和3.8 时，在样品的玻璃相和SiC 颗粒表面出现了针状的晶体，而当滑石用量为5.8%时没有针状的晶体出现。 滑石在加热时，于600℃左右开始脱水，在800—100℃结构水完全排出，滑石分解为偏硅酸镁和SiO2，当温度进一步的升高，偏硅酸镁和Al2O3、SiO2 发生反应生成堇青石。 当滑石用量为5.8%时， 样品中没有堇青石晶体出现，可能是因为滑石量过多，使组成点没有落在相应的生成堇青石相区域内。 样品中看到的晶体是莫来石晶体， 它是样品冷却时，从液相中析出的二次莫来石。 表1 是样品抗压强度，滑石加入量为1.8%时制得的泡沫陶瓷抗压强度最高。

表1 不同滑石加入量样品的抗压强度

2、高岭土的加入量对碳化硅泡沫陶瓷性能的影响

实验改变高岭土的量，做样品进行分析。 发现随着高岭土含量的增加，样品强度也有所提高，但提高的强度不是很大。 图2是高岭土加入量为12%时样品的SEM图。 从图中可以看出，样品中出现了一定量的玻璃相， 该玻璃相将碳化硅颗粒粘结在一起，证明在烧成过程中产生了较多的液相，样品中玻璃相的存在使样品的低温强度较高，但是会降低样品的高温使用性能。

四、结论

以MgO-Al2O3-SiO2 体系为烧结助剂制备的碳化硅泡沫陶瓷主晶相为莫来石、堇青石、方石英和α-碳化硅。 滑石加入量为1.8%， 高岭土含量为12%且保持烧成温度为1350℃时该体系制得的碳化硅泡沫陶瓷强度最高，可达1.23MPa，该体系制备的碳化硅泡沫陶瓷可适用于铁水过滤。

[1] 黄金发，张小珍，李月明，泡沫陶瓷材料在工业设计中的应用[J]，中国陶瓷，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。