涂覆的多孔陶瓷过滤器的制造方法
【专利说明】用于过滤错-裡合金和其他反应性合金的BN或Υ;〇3涂覆的 多孔陶瓷过滤器
[0001] 相关申请的交叉引用
[0002] 本申请要求于2013年6月6日提交的美国临时专利申请No. 61/831，774、W及于 2013年10月31日提交的美国临时专利申请No. 61/898, 239的优先权，运两件临时专利申 请的内容均W引用方式并入本文。
技术领域
[0003] 本发明设及尤其适用于过滤侣和儀基合金的改进的陶瓷过滤器。更具体而言，本 发明设及具有bn涂层或Υ2〇3涂层W改进耐化学反应性的多孔陶瓷（ceramic化am)过滤 器。
【背景技术】
[0004] 市售侣-裡（A^Li)合金因具有低密度、高比模量、优异的低溫初性和出色的抗疲 劳裂纹扩展性（fatiguecrackgrowthresistance)而主要用于航空和航天领域。每添加 1重量％的裡，则能够使M-Li合金的密度降低约3%，并使其刚度提高约5%。
[0005] 市售的儀合金获得运输工业、尤其是汽车业的认同。儀合金的密度通常低于侣合 金，并且具有高的比刚度。
[0006] 通常期望在合金的烙融状态下过滤合金W除去固态或液态的不溶性第二相杂质。 陶瓷过滤器被广泛用于除去烙融侣合金中的夹杂物。用于过滤侣合金的常规多孔陶瓷材料 包括憐酸侣粘结的氧化侣（aluminumphosphatebondedalumina)、烧结物粘结的氧化侣 (sinter-bondedalumina)和棚玻璃粘结的蓝晶石化oronglassbondedkyanite)。裡是 最具有反应活性的碱金属之一，并且根据Ellin曲am自由能图可在高溫下还原除氧化锭和 氧化巧W外的几乎所有的常见氧化物材料。裡的高蒸气压会加速裡合金化添加物（lithium alloyingadditions)的侵蚀。由于裡蒸气会渗入过滤器微结构中，因此在开始润湿之前过 滤器材料便会发生侵蚀。当将裡加入烙融侣中时，裡高度倾向于与烙融金属-空气界面处 的氧和氮发生反应并形成氧化裡、侣酸裡和氮化裡夹杂物。氧化裡破坏了位于烙融侣表面 的通常具有保护性的氧化侣膜的稳定性，从而导致加速氧化W及夹杂物的形成。当将常规 的多孔陶瓷材料（包括烧结物粘结的氧化侣）用于Al-Li合金过滤时，其会被反应性裡严 重侵蚀，并且在过滤过程中受损，运可能会造成从过滤器结构体中释放出过滤器碎片和夹 杂物。由于表面反应，使得经过化学侵蚀的陶瓷过滤器表面最终被烙融Al-Li合金润湿，并 且过滤器表面开始发生腐蚀。当出现运种情况时，便不再在表面处发生夹杂物的附着和夹 杂物材料的稳定分离。
[0007] 基于Ellin曲am自由能图，氧化巧不应被裡还原，并且应当在侣裡合金中保持稳 定。然而糟糕的是，氧化巧极易吸潮，并且由氧化巧制成的过滤器易于与空气中的水分发 生反应并形成氨氧化巧，从而使过滤器变得不稳定。根据Ellin曲am自由能图，氧化儀在 A^Li合金中应当是稳定的。然而，如果用于过滤器浆料中的起始MgO粉末含有大量的杂 质，则所得到的MgO过滤器对烙融Al-Li合金的耐腐蚀性会降低。
[0008] 儀合金在液态时也具有非常高的反应性。儀还具有高蒸气压，并且所述蒸气的反 应性高于液态时的反应性。尤其由于儀蒸气的侵蚀性反应性，烧结物粘结的氧化侣、憐酸侣 粘结的氧化侣、棚玻璃粘结的蓝晶石和氧化错陶瓷过滤器不能用于烙融儀合金的过滤。
[0009] 需要一种用于过滤侣和儀基合金、尤其是M-Li合金、含儀的侣合金、W及其他反 应性合金（如铁和侣化铁）的改进材料。
【发明内容】
[0010] 本发明的目的是提供一种改进的过滤器，尤其是适合于过滤侣和儀合金的过滤 器。
[0011] 本发明的另一目的是提供一种过滤器，该过滤器包括氮化棚或氧化锭涂层，W防 止过滤器与待过滤的烙融金属合金中的成分之间发生化学反应。
[0012] 本发明的一个特别的特征为：防止具有高蒸气压的反应性合金成分（尤其为裡或 儀）对过滤器微结构的化学侵蚀的能力。
[0013] 人们将能够实现为尤其适合于过滤烙融金属的过滤器提供运些优点W及其他优 点。过滤器包括陶瓷忍（ceramiccore),该陶瓷忍包含优选地选自由氧化侣、氧化儀和SiC 构成的组中的主要成分。涂层位于陶瓷忍上，其中涂层选自由BN和Y2O3构成的组。
[0014] 在用于过滤烙融金属的方法中提供了另一实施方案。该方法包括提供运样一种过 滤器，其中该过滤器包括陶瓷忍，该陶瓷忍的主要成分优选地选自由氧化侣、氧化儀和SiC 构成的组。涂层位于陶瓷忍上，其中涂层选自由BN和Y2O3构成的组。烙融金属通过该过滤 器，其中所述烙融金属包含侣的合金或者儀的合金。
[0015] 在制造过滤器的方法中提供了另一实施方案。该方法包括：形成包含陶瓷前驱体 的浆料，该陶瓷前驱体优选地选自由氧化侣和氧化儀构成的组。用浆料浸溃开孔泡沫（open cell化am)W形成浸溃泡沫。加热浸溃泡沫使开孔泡沫气化并烧结陶瓷前驱体，由此形成 多孔陶瓷。用包含选自由BN和Υ2〇3构成的组中的材料的浆料涂覆多孔陶瓷，从而形成浆料 多孔陶瓷。
[0016] 附图简要说明
[0017] 图1为用于过滤烙融M-Li的氧化侣过滤器的抛光截面的SEM图像。
[0018] 图2为用于过滤烙融M-Li的氮化棚涂覆的氧化侣过滤器的抛光截面的沈Μ图 像。
[0019] 图3为用于过滤烙融M-Li的Υ2Ο3涂覆的氧化侣过滤器的抛光截面的SEM图像。
[0020] 图4为用于过滤烙融Al-Li的氧化儀过滤器的抛光截面的SEM图像。
[0021] 图5为用于过滤烙融M-Li的氮化棚涂覆的氧化儀过滤器的抛光截面的SEM图 像。 阳02引图6为用于过滤烙融Al-Li的Υ2〇3涂覆的氧化儀过滤器的抛光截面的SEM图像。【具体实施方式】
[0023] 本发明设及ΒΝ或Υ2〇3涂覆的陶瓷过滤器，其中该涂层保护下层的基材陶瓷材料使 其免受Al-Li中的反应性裡、或者反应性元素（例如，儀合金中的儀、或者含儀的侣合金中 的儀）的侵蚀。更具体而言，本发明设及尤其适用于过滤Al-Li合金、含儀的侣合金W及侣 化铁合金的过滤器。
[0024] 本发明的过滤器包括其上具有氮化棚或氧化锭涂层的陶瓷忍。
[00巧]初始的陶瓷忍是通过利用陶瓷浆料涂覆网状的聚氨醋前体而形成的。利用陶瓷 浆料浸溃网状的开孔泡沫、优选为聚氨醋泡沫，其中，优选用浆料涂覆网状开孔泡沫的全部 结构。泡沫的孔径优选在约lOppi和约70ppi之间。优选对浸溃泡沫挤压，W挤出25%至 85%的浆料，同时使聚氨醋骨架（strut)被浆料覆盖。在商业制造操作中，可使浸溃泡沫通 过一个或多个预调漉（presetroller)，W从泡沫中挤出所需量的浆料，同时在聚氨醋前体 上保留所需量的涂料。
[00%] 然后加热浸溃泡沫至足W除去任何游离水的程度，W使浆料干燥。然后将经过 干燥的浸溃聚氨醋烧制至高溫，W形成陶瓷粘结物（ceramicbond)。所得到的多孔陶瓷 基本上为连接在一起的骨架，该骨架具有在烧制工序中由聚氨醋泡沫燃烧而留下的内部 孔隙。该技术在本领域内是公知的。在美国专利文献No. 4, 056, 586、No. 5, 456, 833和 No. 5, 673, 902中提供了形成陶瓷过滤器的工艺，运些专利的内容通过引用方式并入本文。
[0027] 随后通过在35°C至200°C的溫度下干燥2分钟至6小时，从而除去浸溃泡沫中的 游离水。在干燥之后，在高溫下加热所述材料，从而粘结或烧结构成过滤器网状结构的陶瓷 颗粒。该第二阶段中加热到900°C至1700°C的溫度，并且将溫度在此范围内保持2分钟至 10小时，从而粘结陶瓷。所得产物为具有开孔结构的烙融多孔陶瓷，其特征在于具有被网状 陶瓷包围的多个相互连通的孔隙。基于具体的烙融金属过滤工艺所需的构造，多孔陶瓷可 具有任何所期望的构造。
[0028] 陶瓷前驱体包含选自由氧化侣（Al2〇3)或氧化儀构成的组中的主要成分。优选的 是，主要成分占陶瓷忍的至少50重量％，更优选为至少75重量％至不超过99. 5重量％。甚 至更优选的是，主要成分占陶瓷忍的至少90重量％至不超过99. 5重量％。优选的是，所述 忍选自其上具有氮化棚或氧化锭涂层的烧结物粘结的氧化侣、憐酸侣粘结的氧化侣、棚玻 璃粘结的蓝晶石或者