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Filtro cerâmico de espuma para fundições

Filtro cerâmico de espuma para fundições

O filtro cerâmico de espuma de célula aberta utilizado em fundições de alumínio foi desenvolvido no início da década de 1970, e a tecnologia foi aplicada comercialmente pela primeira vez em 1974 para produzir lingotes laminados destinados à fabricação de chapas. Os filtros cerâmicos de espuma são filtros integrados e descartáveis, utilizados para uma única fundição. O tamanho dos poros do filtro varia de 4 a 28 orifícios por centímetro (10 a 70 orifícios por polegada linear), e o tamanho correspondente dos poros é de aproximadamente 0,036 a 0,26 cm. Os filtros de espuma cerâmica são geralmente fabricados em formatos quadrados, com dimensões que variam de 22,86 cm × 22,86 cm × 5,08 cm (9 polegadas × 9 polegadas × 2 polegadas) a 66,04 cm × 66,04 cm × 5,08 cm (26 polegadas × 26 polegadas × 2 polegadas). As bordas são chanfradas e servem para encaixar em um recipiente de filtro refratário.

Uma junta de papel fibroso é fixada na borda chanfrada para aplicar uma carga compressiva lateral, a fim de fixar o filtro no recipiente do filtro e impedir que o metal ao redor da borda do filtro passe por ele. O material de suporte fibroso tem, geralmente, cerca de 0,317 cm a 0,476 cm (1/8 a 3/16 de polegada) de espessura e é composto, normalmente, por fibras de silicato.

Na década de 1980, a tecnologia de filtros cerâmicos de espuma para fundições foi rápida e amplamente aceita pelo mercado e utilizada em uma ampla gama de produtos de alumínio de alta qualidade, incluindo materiais de embalagem rígidos, chapas para impressão litográfica e produtos aeroespaciais, tais como placas, chapas, peças forjadas e extrusões.

Para quem está familiarizado com os materiais refratários utilizados para conter o alumínio fundido e suas ligas, o uso de partículas de alumina em filtros de espuma cerâmica parece ser uma escolha óbvia. A alumina é relativamente inerte quimicamente no alumínio fundido e é um componente comum em ligas, inclusive aquelas que contêm magnésio. Também é amplamente utilizada como material particulado em materiais refratários empregados em fornos para fundir e manter ligas de alumínio fundidas.

No entanto, a alumina possui um alto coeficiente de expansão térmica linear (8,0×10⁻⁶/°C), e peças monolíticas de alumina, como filtros de espuma cerâmica, apresentam baixa resistência ao choque térmico devido à elevada tensão térmica gerada pela combinação do gradiente térmico causado pelo aquecimento desigual e pelo alto coeficiente de expansão térmica. Durante o pré-aquecimento e o contato inicial com o metal fundido, o material do filtro de espuma cerâmica pode sofrer fissuras ou descascamento por choque térmico, fazendo com que o material do filtro seja liberado no lingote ou no tarugo, onde se torna uma inclusão. Além disso, quando o filtro de alumina espumada fica confinado no copo filtrante durante o pré-aquecimento e o uso, a alta taxa de expansão térmica do filtro gera uma grande tensão compressiva lateral, o que resulta na falha por compressão do filtro.