Para quem está familiarizado com os materiais refratários utilizados para conter o alumínio fundido e suas ligas, o uso de partículas de alumina em material filtrante de espuma cerâmica parece ser uma escolha óbvia.
A alumina é relativamente inerte quimicamente no alumínio fundido e em suas ligas comuns, incluindo as ligas de magnésio. Também é amplamente utilizada como material particulado em refratários para a fusão e retenção de ligas de alumínio fundidas em fornos. Além disso, antes do desenvolvimento de um filtro de espuma cerâmica descartável, utilizava-se um filtro de leito de alumina em forma de placa para filtrar alumínio fundido.
O filtro de leito é um grande recipiente de aquecimento que contém partículas de alumina em forma de escamas não aglutinadas, que podem ser utilizadas para fundições repetidas durante dias ou até semanas. Assim como nos filtros de leito e nos refratários, a exposição prolongada do metal fundido a agregados não aglutinados exige o uso de materiais particulados quimicamente inertes, como a alumina.
No entanto, a alumina possui um alto coeficiente de expansão térmica linear (8,0×10⁻⁶/°C) e, devido à elevada tensão térmica gerada pela combinação, a forma geral da alumina — como nos filtros de espuma cerâmica — apresenta baixa resistência ao choque térmico. As variações no gradiente térmico são causadas 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 ruptura térmica ou descascar, fazendo com que o material do filtro seja liberado no lingote ou no tarugo na forma de inclusões. Além disso, quando o filtro de alumina espumada fica confinado na cuba do filtro durante o pré-aquecimento e o uso, pode ser gerada uma alta tensão de compressão lateral devido à alta taxa de expansão térmica do filtro, resultando em falha por compressão do filtro.
O ortofosfato de alumínio (Al(H₂PO₄)₃) é amplamente utilizado como aglutinante refratário na indústria metalúrgica. Apresenta boa resistência em estado fresco quando seco a uma temperatura relativamente baixa, baixo encolhimento em estado fresco e também boa resistência durante o processo de queima subsequente. O ortofosfato de alumínio é relativamente barato, amplamente disponível e requer uma temperatura de queima relativamente baixa (1.100 °C) para se obter a ligação final de fosfato de alumínio (AlPO₄). Por essas razões, e devido ao custo relativamente baixo do ortofosfato de alumínio, esse material é amplamente utilizado na fabricação de filtros de espuma cerâmica para a filtragem de alumínio fundido. No entanto, em muitas ligas de alumínio disponíveis no mercado, a ligação de fosfato de alumínio resultante reage facilmente com o magnésio.
A AdTech oferece filtro de espuma cerâmica de alumina para alumínio fundido. O filtro apresenta alta resistência ao choque térmico, alta resistência à corrosão, resistência mecânica suficiente, produção econômica, respeito ao meio ambiente e menor densidade em comparação com a técnica anterior. A pasta de produção dos filtros de espuma cerâmica contém alumina, sílica, composto de cálcio, composto de boro e outros. A espuma de célula aberta é impregnada com a pasta para volatilizar e sinterizar o suporte.
Vantagens do material do filtro de espuma cerâmica de alumina
- Alta resistência ao choque térmico — durante o pré-aquecimento ou o contato com o metal fundido, o material não deve rachar nem descascar. Quando o material de espuma cerâmica é instalado no cuba do filtro, deve apresentar um baixo coeficiente de expansão térmica para minimizar a tensão de compressão lateral.
- Resistência à corrosão: O material do filtro de espuma cerâmica de alumina não deve reagir significativamente na faixa de aplicação prevista (tempo, temperatura, teor de liga) e deve manter a molhabilidade do alumínio fundido e de suas ligas comuns.
- Resistência à flexão e à compressão suficiente.
- Economia da produção.
- Baixa densidade e peso leve, fácil de operar.