gözenekli seramik filtre Çamur emdirme işlemi, çamur için katı gereklilikler içerir. Bu makale, söz konusu emdirme sürecini açıklamaktadır.
organik (polimer) köpük emdirme
Organik köpük daldırma işlemi, 1963 yılında Schwartzwalder tarafından icat edilmiştir. Bu yöntem, seramik hamurunu organik köpükle emprenye etmek ve kurutulduktan sonra organik köpüğü yakarak ürünü elde etmeyi içerir. Kaliteli çamur, organik köpük ağının üzerine düzgün bir şekilde kaplanır ve organik köpüğün yakılmasından sonra ağ tipi gözenekler elde edilir.
Nihai ürünün gözenek boyutu esas olarak organik köpüğün gözenek boyutuna bağlıdır ve ayrıca organik köpük üzerindeki bulamacın kaplama kalınlığıyla da belirli bir ilişki içindedir; ancak ağ yapılı gözenekli cismin gözenek yapısı, organik köpük matrisinin gözenek yapısı ile neredeyse aynıdır. Gözeneklerin üç boyutlu ağ iskelet yapısı. Bu işlemin gözenek oluşturma prensibi Şekil 1-1'de gösterilmiştir.
Bu özel yapı, filtre malzemesi olarak önemli avantajlar sağlar: (1) Akışkan içinden geçtiğinde basınç kaybı azdır. (2) Geniş yüzey alanı ve yüksek akışkan temas verimliliği. (3) Hafiftir. Geleneksel olarak kullanılan seramik parçacıklı sinterlenmiş gövde ve cam elyaf kumaşla karşılaştırıldığında, bu tür gözenekli seramik filtreler akışkan filtrasyonu, özellikle de erimiş metal filtrasyonu için kullanılır.
(1) Seramik çamurunun serbestçe nüfuz edebilmesini ve birbirine yapışabilmesini sağlamak üzere açık gözenekli bir malzeme olmalıdır; böylece pişirme işleminden sonra gözenekli, üç boyutlu bir ağ iskeleti oluşabilir;
(2) Seramik çamurunu sıkıca tutabilecek belirli bir derecede hidrofilikliğe sahip olmalıdır
(3) Fazla çamurun hızla geri toparlanıp eski şekline kavuşmasını sağlayacak yeterli esneklik bulunmalıdır;
(4) Seramiklerin pişirme sıcaklığının altında buharlaşır ve seramikleri kirletmez.
Seramik tozu, ürünün farklı kullanım amaçlarına göre seçilir. gözenekli seramik filtre geliştirilen çamur halindeki malzeme. Örneğin, alüminyum, bakır, çinko, kalay ve diğer düşük erime noktalı alaşımlar gibi demir dışı metalleri filtrelemek için genellikle kordierit, alümina, Al₂O₃ ve Al₂O₃CrO₃ serisi malzemeler seçilir; demir içeren metallerin ve alaşımlarının eritilmesinde ise kimyasal aktivite ve döküm sıcaklığının daha yüksek olması nedeniyle.
Yüksek sıcaklık filtresi olarak silikon karbürün kullanımı; erimiş çeliği filtrelemek için kısmen stabilize edilmiş ZrO₂-Al₂O₃ serisi malzemelerin ve magnezyum-alüminyum serisi filtre malzemelerinin kullanılması, erimiş çelikteki kalıntıların içeriğini etkili bir şekilde azaltabilir; seramik olarak kordierit-mullit kompozitinin kullanılması, filtrenin dizel egzoz partiküllerini süzmesini sağlar. Sonuç olarak, uygun seramik tozlarının seçimi, yüksek performanslı ve pratik gözenekli seramik filtre malzemelerinin hazırlanması için çok önemlidir.
Çamur, esas olarak seramik tozu, çözücü ve katkı maddelerinden oluşur. Genellikle çözücü olarak su kullanılır, ancak etanol gibi organik çözücüler de kullanılmaktadır. Genel seramik bulamacının özelliklerine ek olarak, bulamacın mümkün olduğunca yüksek bir katı madde içeriğine (su içeriği genellikle ~40, bulamacın özgül ağırlığı 18~2,2 g/cm³'tür) ve daha iyi tiksotropiye sahip olması gerekir. Yüksek performanslı çamur, sadece kalıplama için faydalı olmakla kalmaz, aynı zamanda ürünlerin performansını sağlamada da önemli bir rol oynar. Aynı zamanda, daldırma kalıplamaya daha uygun bir çamur elde etmek için belirli miktarda katkı maddesi eklenmelidir. Katkı maddeleri genellikle aşağıdakilerden oluşur:
(1) Bağlayıcı. Ağ hazırlamak üzere bulamaç içine bir bağlayıcı ilave edilmesi gözenekli seramik filtre Çamur, kurutma sonrasında ham gövdenin mukavemetini artırmaya yardımcı olmakla kalmaz, aynı zamanda organik madde giderme işlemi sırasında ham gövdenin çökmesini de önler; böylece nihai sinterlenmiş gövdenin yeterli mekanik mukavemete sahip olmasını sağlar. Bağlayıcılar, inorganik bağlayıcılar ve organik bağlayıcılar olarak ikiye ayrılır. Yaygın olarak kullanılan inorganik bağlayıcılar arasında potasyum, sodyum silikat, borat, fosfat, alüminyum hidroksit sol ve silika sol bulunur. Bağlayıcının türü ve özellikleri, ürünün performansı üzerinde büyük bir etkiye sahiptir. Ağın performansını iyileştirmek için uygun bağlayıcıyı seçmek çok önemlidir. Örneğin, gözenekli alümina, bağlayıcı olarak alüminyum hidroksit jeli kullanılarak hazırlanır; bu, filtrenin erimiş alüminyuma karşı korozyon direncini büyük ölçüde artırır.
(2) Dağıtıcı. Bulamaçın katı madde içeriğini artırmak için, hem su bazlı hem de su bazlı olmayan sistemlere dağıtıcılar eklenmelidir. Dispersanlar, çamurun stabilitesini artırabilir, parçacıkların yeniden topaklanmasını önleyebilir ve böylece çamurun katı madde içeriğini artırabilir. Ancak, farklı toz sistemleri için dispersanların etkisinin genellikle farklı olduğu unutulmamalıdır. Al2O3'ün su bazlı sistemi için, yalnızca 25wt% poliamin iyi bir dağıtım etkisine sahiptir; SiC'nin su bazlı sistemi için ise PEI (polietilenimin) ideal bir dağıtıcıdır. Kısacası, uygun dispersanın seçilmesi, bulamacın katı madde içeriğini artırmanın önemli bir yoludur.
(3) Reoloji ajanı. Bu işlemin kalıplama özelliklerine göre, bulamacın yalnızca belirli bir akışkanlığa sahip olması değil, aynı zamanda iyi bir tiksotropiye de sahip olması gerekmektedir; yani bulamacın hareketsizken katılaşmış durumda olması, ancak dış kuvvetin etkisiyle akışkanlığını geri kazanması gerekmektedir. Çamurun akış özellikleri, emprenye işlemi sırasında çamurun organik köpüğe nüfuz etmesini ve köpük ağının hücre duvarlarına eşit bir şekilde kaplanmasını sağlar. Sulu karışımın tiksotropisi, karışımın daldırılması ve fazla karışımın sıkıştırılması sırasında kesme kuvveti altında viskozitenin azalmasını, akışkanlığının artmasını sağlar ve bu da kalıplama işlemi için faydalıdır. Kalıplama işleminin sonunda, bulamacın viskozitesi artar ve akışkanlığı azalır. Bu, delik duvarına yapışan bulamacın kolayca yuvarlanıp şekillendirilmesini sağlar; böylece bulamacın akışı nedeniyle ham gövdenin ciddi şekilde tıkanmasından kaynaklanan ürün gözeneklerinin düzensizliği önlenir. Çamurun reolojik özelliklerini, özellikle tiksotropisini iyileştirmek için eklenen reolojik ajanlar genellikle bentonit, kaolin ve karboksimetil selüloz gibi doğal killer (0,1~12w%)dır.
(4) Yüzey aktif madde. Seramik bulamacı su bazlı bir bulamacı ise ve organik köpük öncüsü ile bulamaç arasındaki ıslanabilirlik yetersizse, bulamacın daldırılması sırasında köpük yapısının kesiştiği kısma kalın bir bulamaç tabakası yapışır ve ciddi durumlarda bu durum, sinterleme işlemi sırasında ham parçanın çatlamasına ve gözenekli seramik filtrer çamurunun hacmi açıkça azalmış, hatta çökmüş durumdadır. Bu nedenle, bu sorunu çözmek amacıyla genellikle seramik çamuru ile organik köpük arasındaki yapışmayı iyileştirmek için yüzey aktif madde ekleme yöntemi kullanılır; örneğin PEI (polietilenimin) ekleme gibi.
(5) Köpük önleyici. Daldırma ve fazla hamurun ekstrüzyonu sırasında hamurun köpürmesini ve bunun ürünün performansını etkilemesini önlemek için, genellikle düşük moleküler ağırlıklı alkol veya silikon gibi bir köpük önleyici maddenin eklenmesi gerekir. Organik köpük, bulamaca emdirilmeden önce havayı çıkarmak için tekrar tekrar sıkılmalı ve ardından bulamaca emdirilmelidir. Yöntemler arasında atmosferik basınçlı adsorpsiyon yöntemi, vakumlu adsorpsiyon yöntemi, makine ile akçaağaç yuvarlama yöntemi ve manuel ovma yöntemi bulunmaktadır. Emdirme için hangi yöntem kullanılırsa kullanılsın, bulamacın organik köpüğün üzerine tamamen kaplanması gerekir. Organik köpük bulamacıyla emdirildikten sonra, fazla bulamacın uzaklaştırılması gerekir. Bu adımın anahtarı, ekstrüzyon kuvvetinin homojenliğidir. Gözenek tıkanmasını önlemek için fazla bulamacın uzaklaştırılması ve bulamacın ağ gözenek duvarında eşit bir şekilde dağılmasının sağlanması gerekir. Oluşan ham gövdenin yığın yoğunluğu 0,4~0,8 g/cm³ aralığında olmalıdır. Büyük ölçekli üretim, santrifüjler veya haddeleme makineleri gibi ekipmanlarla gerçekleştirilmelidir.
Fazla çamurun ekstrüzyon yoluyla elde edilen yeşil gövde kurutulmalıdır; bu işlem gölgede, fırında veya mikrodalga fırında gerçekleştirilebilir. Nem içeriği %1,0'ın altına düştüğünde pişirilebilir. Üretim döngüsünü kısaltmak için genellikle makul bir kurutma sistemi oluşturulması gerekir.