В настоящее время установлено, что улучшенные фильтры для расплавленного металла получаются, если керамическая пена изготавливается из состава, включающего карбид кремния, оксид алюминия, коллоидный кремнезем и небольшую долю алюмосиликатного волокна.
Согласно изобретению предлагается фильтр из керамической пены, изготовленный из состава, содержащего карбид кремния, оксид алюминия, кремнезем, полученный из коллоидного кремнеземного золя, и алюмосиликатные волокна, и который был обожжен при такой температуре, что фильтр имеет керамическую матрицу, в которой алюмосиликатные волокна практически растворены.
Фильтры для расплавленного металла предпочтительно изготавливаются из водной суспензии, содержащей от 20 до 50 % по массе карбида кремния, 20–50 % по массе оксида алюминия, 1,5–5,0 % по массе кремнезема, полученного из коллоидного кремнеземного золя, и 1–3 % по массе алюмосиликатных волокон.
Размер частиц карбида кремния предпочтительно составляет от 1 до 80 микрон, а размер частиц оксида алюминия — от 1 до 40 микрон. Длина алюмосиликатных волокон предпочтительно составляет от 60 микрон до 3 мм. Колоидные кремнеземные золи доступны в продаже и содержат от 30 до 50 % по массе кремнезема. Таким образом, водная суспензия, используемая для изготовления фильтра по изобретению, обычно будет содержать от 5 до 10 % по массе коллоидного кремнеземного золя.
Керамический пенофильтр может быть изготовлен с использованием известного способа производства керамической пены, при котором органическая пена, как правило, полиуретановый, пропитывается водной суспензией керамического материала, содержащей связующее вещество; пропитанный пенопласт сушится для удаления воды, а после сушки пропитанный пенопласт обжигается для сжигания органического пенопласта с целью получения керамического пенопласта.
В процессе изготовления керамический поролоновый фильтр Изделие, являющееся предметом изобретения, должно обжигаться при температуре не ниже 1150 °C. Предпочтительно, чтобы температура обжига находилась в диапазоне от 1200 °C до 1300 °C.
Следовательно, в соответствии с другой особенностью изобретения, предлагается способ изготовления керамического пенофильтра, включающий получение водной суспензии, содержащей карбид кремния, оксид алюминия, золь коллоидного кремнезема и алюмосиликатные волокна, пропитку органической пены этой суспензией, сушку пропитанной пены для удаления воды и обжиг высушенной пропитанной пены при температуре не менее 1150 °C.
После обжига фильтра коллоидальный диоксид кремния, алюмосиликатные волокна и более мелкие частицы оксида алюминия вступают во взаимодействие, образуя керамическую матрицу, окружающую карбид кремния и более крупные частицы оксида алюминия, с первичной связующей фазой из силиката алюминия. Существенное растворение алюмосиликатных волокон в керамической матрице можно продемонстрировать при микроскопическом исследовании керамического пенофильтра с помощью сканирующего электронного микроскопа (СЭМ).
Суспензия также может содержать другие добавки, предназначенные для улучшения рабочих характеристик суспензии при пропитке органического пенопласта. Примерами таких добавок являются реологические агенты, такие как глина, пирогенный кремнезем или органические загустители, добавки для нанесения покрытий, такие как поливиниловый спирт, а также антипенные агенты.
При желании фильтры, описанные в изобретении, можно дополнительно усовершенствовать, нанеся на них дополнительный керамический материал того же состава после сушки и перед обжигом пропитанного органического пенопласта. При таком покрытии фильтров масса покрытия обычно составляет от 5 до 10 % от массы готового фильтра.
Фильтры, описанные в изобретении, обладают большей прочностью и меньшей ломкостью, чем фильтры из карбида кремния с фосфатным связующим, и благодаря своей повышенной прочности их можно использовать в виде более тонких сечений, то есть толщиной порядка 15 мм или менее.