filtro cerâmico poroso A impregnação com pasta apresenta requisitos rigorosos quanto à composição da pasta. Este artigo descreve o processo de impregnação.
impregnação de espuma orgânica (polímero)
O processo de imersão em espuma orgânica foi inventado por Schwartzwalder em 1963. Trata-se de um método que consiste em impregnar a pasta cerâmica com espuma orgânica e, após a secagem, queimar a espuma orgânica para obter o produto final. A pasta de boa qualidade é revestida uniformemente sobre a rede de espuma orgânica, e os poros do tipo malha são obtidos após a queima da espuma orgânica.
O tamanho dos poros do produto final depende principalmente do tamanho dos poros da espuma orgânica e também apresenta uma certa relação com a espessura da camada da pasta aplicada sobre a espuma orgânica; no entanto, a estrutura porosa do corpo poroso em malha é praticamente a mesma que a da matriz da espuma orgânica. Estrutura esquelética tridimensional da rede de poros. O princípio de formação de poros desse processo é mostrado na Figura 1-1
Essa estrutura especial confere-lhe vantagens significativas como material filtrante: (1) Quando o fluido passa por ele, a perda de pressão é pequena. (2) Grande área de superfície e alta eficiência de contato com o fluido. (3) Leve. Em comparação com o corpo sinterizado de partículas cerâmicas e o tecido de fibra de vidro tradicionalmente utilizados, esse tipo de filtro cerâmico poroso é empregado na filtragem de fluidos, especialmente na filtragem de metal fundido.
(1) Deve ser um material de malha aberta para garantir que a pasta cerâmica possa penetrar livremente e aderir entre si, de modo que, após a queima, seja formada uma estrutura tridimensional porosa em forma de rede;
(2) Deve possuir um certo grau de hidrofilicidade, capaz de adsorver firmemente a pasta cerâmica
(3) Deve haver resiliência suficiente para garantir que o excesso de pasta possa ser rapidamente recuperado e restaurado à sua forma original;
(4) Ele se volatiliza abaixo da temperatura de queima da cerâmica e não contamina a cerâmica.
O pó cerâmico é selecionado de acordo com as diferentes finalidades do filtro cerâmico poroso material em pasta desenvolvido. Por exemplo, para filtrar metais não ferrosos, como alumínio, cobre, zinco, estanho e outras ligas de baixo ponto de fusão, geralmente são selecionados materiais da série cordierita, alumina, Al₂O₃ e Al₂O₃CrO₃; já na fundição de metais ferrosos e suas ligas, devido à maior atividade química e à temperatura de fundição mais elevada.
O uso de carboneto de silício como filtro de alta temperatura; o uso de materiais da série ZrO₂-Al₂O₃ parcialmente estabilizados e de materiais filtrantes da série magnésio-alumínio para filtrar o aço fundido pode reduzir efetivamente o teor de inclusões no aço fundido; o uso de compósito de cordierita-mulita como cerâmica permite que o filtro retenha partículas de exaustão de diesel. Concluindo, a seleção de pós cerâmicos adequados é muito importante para a preparação de materiais filtrantes cerâmicos porosos de malha, práticos e de alto desempenho.
A pasta é composta principalmente por pó cerâmico, solvente e aditivos. Geralmente, utiliza-se água como solvente, mas também são utilizados solventes orgânicos, como o etanol. Além das propriedades de uma pasta cerâmica comum, a pasta também precisa ter o maior teor de sólidos possível (o teor de água é geralmente de 10 a 40% em peso, e a densidade da pasta é de 1,8 a 2,2 g/cm³) e melhor tixotropia. A pasta de alto desempenho não só é benéfica para a moldagem, mas também desempenha um papel importante na garantia do desempenho dos produtos. Ao mesmo tempo, para obter uma pasta mais adequada para a moldagem por imersão, é necessário adicionar uma certa quantidade de aditivos. Os aditivos geralmente consistem no seguinte:
(1) Aglutinante. Adição de um aglutinante à pasta para a preparação da malha filtro cerâmico poroso A pasta não só ajuda a melhorar a resistência do corpo verde após a secagem, como também evita que ele se desintegre durante o processo de remoção dos componentes orgânicos, garantindo assim que o corpo sinterizado final possua resistência mecânica suficiente. Os ligantes são divididos em ligantes inorgânicos e ligantes orgânicos. Os ligantes inorgânicos comumente utilizados são potássio, silicato de sódio, borato, fosfato, sol de hidróxido de alumínio e sol de sílica. O tipo e as características do ligante têm grande influência no desempenho do produto. É muito importante escolher o ligante adequado para melhorar o desempenho da malha. Por exemplo, a alumina porosa é preparada utilizando-se gel de hidróxido de alumínio como aglutinante, o que melhora significativamente a resistência à corrosão do filtro contra o alumínio fundido.
(2) Dispersante. Para aumentar o teor de sólidos da pasta, é necessário adicionar dispersantes tanto aos sistemas à base de água quanto aos sistemas não aquosos. Os dispersantes podem melhorar a estabilidade da pasta, impedir a reaglomeração das partículas e, assim, aumentar o teor de sólidos da pasta. No entanto, deve-se observar que, para diferentes sistemas de pó, o efeito dos dispersantes geralmente varia. Para o sistema à base de água de Al₂O₃, apenas a poliamina 25wt% apresenta um bom efeito dispersante; para o sistema à base de água de SiC, o PEI (polietilenimina) é ideal como dispersante. Em suma, a escolha do dispersante adequado é uma forma importante de aumentar o teor de sólidos da pasta.
(3) Agente reológico. De acordo com as características de moldagem desse processo, a pasta deve não apenas possuir certa fluidez, mas também apresentar boa tixotropia; ou seja, a pasta deve estar em estado solidificado quando em repouso, mas recuperar a fluidez sob a ação de uma força externa. As propriedades de fluxo da pasta garantem que ela penetre na espuma orgânica durante o processo de impregnação e seja uniformemente revestida nas paredes celulares da rede de espuma. A tixotropia da pasta garante que, quando ela é mergulhada e o excesso é extrudado, a viscosidade seja reduzida sob a ação do cisalhamento, a fluidez da pasta seja melhorada e isso seja benéfico para a moldagem. Ao final da moldagem, a viscosidade da pasta aumenta, e a fluidez é reduzida. Isso faz com que a pasta aderida à parede do orifício seja facilmente arredondada e moldada, evitando a falta de uniformidade dos poros do produto devido ao bloqueio grave do corpo verde causado pelo fluxo da pasta. Para melhorar as propriedades reológicas da pasta, especialmente a tixotropia, os agentes reológicos adicionados são geralmente argilas naturais (0,1~12w%), como bentonita, caulim e carboximetilcelulose.
(4) Surfactante. Se a pasta cerâmica for à base de água, caso a molhabilidade entre o precursor orgânico da espuma e a pasta seja insuficiente, uma pasta espessa ficará aderida à parte de interseção da estrutura da espuma quando a pasta for mergulhada e, em casos graves, isso levará a que, durante o processo de sinterização, o corpo verde rachar, e a resistência do filtro cerâmico porosoA estabilidade da pasta cerâmica é, obviamente, reduzida ou até mesmo perdida. Portanto, costuma-se recorrer ao método de adição de surfactante para melhorar a adesão entre a pasta cerâmica e a espuma orgânica, a fim de resolver esse problema, como, por exemplo, a adição de PEI (polietilenimina) e outros.
(5) Antiespumante. Para evitar que a pasta forme espuma durante o processo de imersão e extrusão do excesso de pasta, o que poderia afetar o desempenho do produto, é necessário adicionar um agente antiespumante, geralmente álcool de baixo peso molecular ou silicone. A espuma orgânica deve ser repetidamente comprimida para remover o ar antes da impregnação com a pasta; em seguida, a pasta é impregnada. Os métodos incluem o método de adsorção à pressão atmosférica, o método de adsorção a vácuo, o método de laminação mecânica e o método de fricção manual. Independentemente do método utilizado para a impregnação, é necessário que a pasta cubra totalmente a espuma orgânica. Após a impregnação da espuma orgânica com a pasta, o excesso de pasta precisa ser removido. O segredo dessa etapa é a uniformidade da força de extrusão. É necessário remover o excesso de pasta e garantir que ela esteja distribuída uniformemente na parede dos poros da rede para evitar o bloqueio dos poros. A densidade aparente do corpo verde formado deve estar na faixa de 0,4 a 0,8 g/cm³. A produção em larga escala deve ser realizada com equipamentos como centrífugas ou laminadores.
O corpo verde obtido pela extrusão do excesso de pasta precisa ser seco e pode ser seco à sombra, em forno ou em micro-ondas. Quando o teor de umidade estiver abaixo de 1,0% em peso, ele pode ser queimado. Para reduzir o ciclo de produção, geralmente é necessário estabelecer um sistema de secagem adequado.