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（景德鎮陶瓷學院 江西 景德鎮333001）

一、引言

泡沫陶瓷作為一種具有許多優良特性的新型陶瓷材料，是繼多孔陶瓷、蜂窩陶瓷之后，發展起來的第三代陶瓷產品[1]。 碳化硅泡沫陶瓷結合了碳化硅材料和泡沫陶瓷的優良特性， 相比其他材質的泡沫陶瓷，其具有高溫強度高、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用于金屬熔融液的過濾，在鑄鐵行業中使用非常廣泛，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率[4]。 但是由于碳化硅材料的熔融溫度高達2000 多度，不利于工業生產，所以加入燒結助劑較低生產成本，節約資源成為當前研究熱點。 本文采用有機泡沫浸漬工藝制備碳化硅泡沫陶瓷， 引入MgO-Al2O3-SiO2 作為燒結助劑體系，降低燒成溫度，為工業生產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。將經過預處理的有機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°。 采用采用中國科學院科學儀器廠產KYKY-1000B 型掃描電鏡對樣品進行了顯微結構分析，加速電壓為20kV，分辨率為1024×1024，放大倍數為15×一8000×。 用INSTRON-1195 萬能材料試驗機測試樣品的抗壓強度。

三、結果與討論

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 顆粒表面出現了針狀的晶體，而當滑石用量為5.8%時沒有針狀的晶體出現。 滑石在加熱時，于600℃左右開始脫水，在800—100℃結構水完全排出，滑石分解為偏硅酸鎂和SiO2，當溫度進一步的升高，偏硅酸鎂和Al2O3、SiO2 發生反應生成堇青石。 當滑石用量為5.8%時， 樣品中沒有堇青石晶體出現，可能是因為滑石量過多，使組成點沒有落在相應的生成堇青石相區域內。 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 是樣品抗壓強度，滑石加入量為1.8%時制得的泡沫陶瓷抗壓強度最高。

表1 不同滑石加入量樣品的抗壓強度

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

四、結論

以MgO-Al2O3-SiO2 體系為燒結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度最高，可達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，張小珍，李月明，泡沫陶瓷材料在工業設計中的應用[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。