低壓鑄鋁用升液管及其製備方法
2023-08-05 19:58:36 2
專利名稱：低壓鑄鋁用升液管及其製備方法
技術領域：
本發明涉及一種低壓鑄鋁用升液管及其製備方法，屬於特種陶瓷技術領域。
背景技術：
升液管是低壓鑄鋁機上的關鍵部件之一，它的性能直接影響鑄鋁產品的質量和生產效 率。升液管的工作條件要求其應當具有耐熱震性好、抵抗高溫鋁液的腐蝕、與鋁液不浸潤、 並具有良好的氣密性和抗熱衝擊疲勞性。市場上現有的升液管因存在各種問題限制了其應 用，金屬材質的有粘鋁液問題，金屬與陶瓷複合結構的，因其製造工藝繁瑣、成本高，不被 市場看好，應用較多的是鈦酸鋁和氮化矽結合碳化矽材質的，具有良好的使用性能，成為前 述兩種升液管的替代材料。鈦酸鋁價格低廉，但其耐腐蝕性不及氮化矽結合碳化矽，而目前 氮化矽結合碳化矽材料升液管的製造工藝大多採用注漿或等靜壓成型，注漿成型的坯體內部 結構不均勻，容易在氮化燒成時出現層裂等缺陷，影響產品質量，而且等靜壓成型成本高、
價格昂貴，推廣應用比較困難。
發明內容
本發明的目的在於提供一種低壓鑄鋁用升液管，質量好，性能好；同時提供了科學合理、 簡單易行的製備方法。
本發明所述的低壓鑄鋁用升液管，有升液管本體，其配料重量百分組成為
350目篩金屬矽粉 15-20%
325目篩氮化矽粉 1-5%
325目篩燒結莫來石粉 5-10%
碳化矽顆粒料 68-78% 其中碳化矽顆粒料的重量級配為l-3mm粒徑的顆粒料48-52%， 0. 05-lmra粒徑的顆粒 料18-22%,過350目篩的粉料28-32%。
升液管本體的外表面可施有複合層，複合層的配料重量百分組成為
325目篩燒結莫來石粉 5—10%
350目篩金屬矽粉 82—89%
325目篩碳化矽細粉 5_10%。
本發明科學合理、簡單易行的製備方法如下
依次經過配料、球磨製漿、振動注凝成型、乾燥和氮化燒成後製得，球磨製漿時，為防 止碳化矽大顆粒被磨碎以及使氮化矽結合料均勻包覆在碳化矽表面，首先將配料中除碳化矽 顆粒料之外的原料入磨球磨混合0. 5-3小時，出漿後再加入碳化矽顆粒料攪拌均勻。
振動注凝成型時，與通常的注凝方法一樣，採用丙烯醯胺作為單體，加入量為配料重量
的3 8%，採用N， N'—亞甲基雙丙烯醯胺作為交鏈劑，加入量為配料重量的0. 3-5%。 料漿經真空抽氣處理， 一般地，邊攪拌邊抽氣，直到真空度達到-O. lMPa，保壓25-35分鐘後， 加入重量濃度為15-20%的過硫酸銨水溶液作引發劑，再次在真空度-O. lMPa下攪拌5 15 分鐘至引發劑均勻分散於料漿，在振動(頻率》2000次/分，振幅《2ram)的同時把料漿注 入模腔中，固化後20-90分鐘脫模。
複合層在振動注凝成型後的坯體表面施加，將複合層配料用水介質混合均勻製成漿料備 用，或塗敷，或浸沾，乾燥後進行氮化燒成，控制乾燥後複合層厚度為0.2—lmm，以便提 高氣密性，保證能承受5kg/cm2以上的氣壓。
燒成溫度為1500士50'C。
氮化燒成的燒成制度控制為
(1) 室溫-60(TC，升溫時間15-20小時，保溫4-6小時後，爐內抽真空至真空度為 -0. lMPa，然後向爐內充氮氣至爐內壓力0. 05MPa;
(2) 600°C-1500°C，升溫及保溫時間共80-100小時，燒成溫度下保溫4-6小時，爐內 壓力始終控制為0. 05-0. 5MPa,其中在IOOO'C和1200。C溫度下各保溫20-40小時。
利用本發明製備方法獲得的升液管具有熱震穩定性好，20-100(TC50次不裂，熱膨脹系 數低，密度高，抗折強度高，並且與鋁熔液不浸潤，耐腐蝕性好，氣孔率低於10%，使用壽 命長，可使用50-70天時間，各項理化指標如下
氣孔率 4-6%
體積密度 2. 7-2. 9g/cm3
高溫抗折(1400°C) 60-63MPa
常溫抗折 50-55 MPa
熱膨脹係數 4.0-4. 5X1(T/°C (20-1400°C)
氣密性 4. 5-6. 0kg/cm2。
本發明低壓鑄鋁用升液管配料組成，尤其選用燒結莫來石作添加劑，使升液管具有了良 好的使用性能，並且採用振動注凝成型技術，使坯體內部結構均勻一致，質量好，而且設備
投資低，生產工藝簡，單易操作控制，方便實施。
具體實施例方式
下面結合實施例對本發明作進一步說明。
試驗所用原料要求
金屬矽粉過350目篩，氮化矽粉過325目篩，燒結莫來石粉過325目篩，碳化矽細粉 325目篩，碳化矽顆粒料重量級配為l-3mm粒徑的顆粒料50%， 0. 05-l固粒徑的顆粒料20%， 過350目篩的粉料30%。 實施例1
按重量百分比稱取以下各原料金屬矽粉16%、氮化矽粉1%、燒結莫來石5%，加入配 料重量的6%丙烯醯胺單體和2W的N， N ' —亞甲基雙丙烯醯胺作為交鏈劑溼磨混合1小時， 出磨後加入78%碳化矽顆粒級配料，攪拌均勻並真空除氣，加入重量濃度為15%的過硫酸銨 水溶液作引發劑，把處理好的料漿注入保持振動狀態的模腔中，振動頻率2000次/分，振幅 1.5mm，固化後30分鐘脫模成型，乾燥至水分<0.5%裝爐燒成。
氮化燒成的燒成制度控制為
(1) 室溫-600'C，升溫時間18小時，保溫5小時後，爐內抽真空至真空度為-0. lMPa， 然後向爐內充氮氣至爐內壓力0. 05MPa;
(2) 600°C-150CTC,升溫及保溫時間共90小時，燒成溫度下保溫5小時，爐內壓力始 終控制為0. 3MPa，其中在1000。C和1200。C溫度下各保溫30小時。
獲得的產品技術指標如下
氣孔率 4%
體密 2.9g/cm3
高溫抗折(1400。C): 60MPa 常溫抗折 52 MPa
熱膨脹係數 4.3X10—7。C (20-1400°C)
氣密性 5.0kg/cm2 。
實施例2
按重量百分比稱取以下各原料金屬矽粉18%、氮化矽粉4%、燒結莫來石10%，加入配 料重量的4%丙烯醯胺單體和1W的N， N'—亞甲基雙丙烯醯胺作為交鏈劑溼磨混合1.5小 時，出磨後加入68%碳化矽顆粒級配料，攪拌均勻並真空除氣，加入重量濃度為18%的過硫 酸銨水溶液作引發劑，把處理好的料漿注入保持振動狀態的模腔中，振動頻率2050次/分，振幅1.8mm，固化後40分鐘脫模成型，乾燥至水分<0. 5%裝爐燒成。 氮化燒成的燒成制度控制為
(1) 室溫-60(TC，升溫時間16小時，保溫6小時後，爐內抽真空至真空度為-O. lMPa， 然後向爐內充氮氣至爐內壓力0. 05MPa;
(2) 600'C-1450°C，升溫及保溫時間共95小時，燒成溫度下保溫3. 5小時，爐內壓力 始終控制為0. 4MPa，其中在IOOO'C和1200'C溫度下各保溫35小時。
獲得的產品技術指標如下 氣孔率 5% 體密 2.8g/cm3
高溫抗折(1400'C): 61MPa 常溫抗折 52MPa 熱膨脹係數 4.4X10"7。C (20-1400°C)
氣密性 4. 8kg/cm2 。
實施例3
按重量百分比稱取以下各原料金屬矽粉18%、氮化矽粉2%、燒結莫來石8%，加入配 料重量的3%丙烯醯胺單體和0. 8W的N， N ' —亞甲基雙丙烯醯胺作為交鏈劑溼磨混合2小 時，出磨後加入72%碳化矽顆粒級配料，攪拌均勻並真空除氣，加入重量濃度為16%的過硫 酸銨水溶液作引發劑，把處理好的料漿注入保持振動狀態的模腔中，振動頻率2100次/分， 振幅1.6mm，固化後35分鐘脫模成型，乾燥至水分<0. 5%裝爐燒成。
氮化燒成的燒成制度控制為
(1) 室溫-60(TC，升溫時間19小時，保溫4小時後，爐內抽真空至真空度為-O. lMPa， 然後向爐內充氮氣至爐內壓力0. 05MPa;
(2) 600'C-1500'C，升溫及保溫時間共88小時，燒成溫度下保溫4小時，爐內壓力始 終控制為0. 4MPa，其中在IOOO'C和1200'C溫度下分別保溫30小時、35小時。
獲得的產品技術指標如下
氣孔率 6%
體密 2.7g/cm3
高溫抗折(1400。C): 60MPa
常溫抗折 50MPa
熱膨脹係數 4.5X10"7。C (20-1400°C)
氣密性 4. 6kg/cm2 。
實施例4
複合層的配料重量百分組成為
325目篩燒結莫來石粉8%、 350目篩金屬矽粉82%和325目篩碳化矽細粉12%。 用水介質混合均勻製成漿料備用。
按重量百分比稱取以下各原料金屬矽粉16%、氮化矽粉4%、燒結莫來石10%，加入配 料重量的5%丙烯醯胺單體和3.5 W的N， N' —亞甲基雙丙烯醯胺作為交鏈劑溼磨混合1 小時，出磨後加入70%碳化矽顆粒級配料，攪拌均勻並真空除氣，加入重量濃度為15%的過 硫酸銨水溶液作引發劑，把處理好的料漿注入保持振動狀態的模腔中，振動頻率2050次/ 分，振幅1.5mm,固化後50分鐘脫模成型，塗敷複合層，乾燥至水分<0.5%裝爐燒成。
氮化燒成的燒成制度控制為
(1) 室溫-60(TC，升溫時間16小時，保溫5小吋後，爐內抽真空至真空度為-0. lMPa， 然後向爐內充氮氣至爐內壓力0. 05MPa;
(2) 600°C-1550°C，升溫及保溫時間共卯小時，燒成溫度下保溫5.5小時，爐內壓力 始終控制為O.lMPa,其中在IOOO'C和1200'C溫度下各保溫25小時。
獲得的產品技術指標如下
氣孔率 4%
體密 2.9g/cm3 高溫抗折(1400。C): 61MPa 常溫抗折 52MPa 熱膨脹係數 4.2X10—7'C (20-1400°C)
氣密性 5.6kg/cm2。
實施例5
複合層的配料重量百分組成為
325目篩燒結莫來石粉6%、 350目篩金屬矽粉88%和325目篩碳化矽細粉6%。 用水介質混合均勻製成漿料備用。
按重量百分比稱取以下各原料金屬矽粉17%、氮化矽粉5%、燒結莫來石10%，加入配 料重量的4%丙烯醯胺單體和2呢的N， N ' —亞甲基雙丙烯醯胺作為交鏈劑溼磨混合1. 5小 時，出磨後加入68%碳化矽顆粒級配料，攪拌均勻並真空除氣，加入重量濃度為18%的過硫 酸銨水溶液作引發劑，把處理好的料槳注入保持振動狀態的模腔中，振動頻率2000次/分，
振幅1.6mm，固化後40分鐘脫模成型，塗敷複合層，乾燥至水分<0. 5%裝爐燒成。 氮化燒成的燒成制度控制為
(1) 室溫-60(TC，升溫時間20小時，保溫5小時後，爐內抽真空至真空度為-O. lMPa， 然後向爐內充氮氣至爐內壓力0. 05MPa;
(2) 600'C-1500。C，升溫及保溫時間共98小時，燒成溫度下保溫4小時，爐內壓力始 終控制為0.08MPa，其中在IOOO'C和1200'C溫度下分別保溫30小時、35小時。
獲得的產品技術指標如下
氣孔率 4% 體密 2.9g/cm3
高溫抗折(1400。C): 61MPa 常溫抗折 53MPa 熱膨脹係數 4.0X10—7'C (20-1400°C)
氣密性 5.9kg/cm2。
實施例6
複合層的配料重量百分組成為
325目篩燒結莫來石粉8%、 350目篩金屬矽粉84%和325目篩碳化矽細粉8%。 用水介質混合均勻製成漿料備用。
碳化矽顆粒料重量級配為1-3ram粒徑的顆粒料48%, 0. 05-lmm粒徑的顆粒料21%，過 350目篩的粉料31%。
按重量百分比稱取以下各原料金屬矽粉15%、氮化矽粉4%、燒結莫來石6%，加入配 料重量的6%丙烯醯胺單體和4M的N ， N ' —亞甲基雙丙烯醯胺作為交鏈劑溼磨混合1小時， 出磨後加入75%碳化矽顆粒級配料，攪拌均勻並真空除氣，加入重量濃度為16%的過硫酸銨 水溶液作引發劑，把處理好的料漿注入保持振動狀態的模腔中，振動頻率2000次/分，振幅 1.8mm，固化後35分鐘脫模成型，塗敷複合層，乾燥至水分<0.5%裝爐燒成。
氮化燒成的燒成制度控制為
(1) 室溫-600°C，升溫時間18小時，保溫5小時後，爐內抽真空至真空度為-0. lMPa， 然後向爐內充氮氣至爐內壓力0. 05MPa;
(2) 600°C-1460°C,升溫及保溫時間共93小時，燒成溫度下保溫4.5小時，爐內壓力 始終控制為0.09MPa,其中在IOOO'C和1200'C溫度下各保溫30小時。
獲得的產品技術指標如下
氣孔率 5%
體密 2.8g/cm3 高溫抗折(1400'C): 61MPa 常溫抗折 54MPa 熱膨脹係數 4.1X10—7'C (20-1400'C)
氣密性 5.7kg/cm2。
實施例7
複合層的配料重量百分組成為-
325目篩燒結莫來石粉6%、 350目篩金屬矽粉86%和325目篩碳化矽細粉8%。 用水介質混合均勻製成漿料備用。
碳化矽顆粒料重量級配為1-3mm粒徑的顆粒料5196， 0. 05-lmm粒徑的顆粒料20%，過 350目篩的粉料29%。
按重量百分比稱取以下各原料金屬矽粉19%、氮化矽粉2%、燒結莫來石7%，加入配 料重量的4%丙烯醯胺單體和2%的N ， N ' —亞甲基雙丙烯醯胺作為交鏈劑溼磨混合2小時， 出磨後加入72%碳化矽顆粒級配料，攪拌均勻並真空除氣，加入重量濃度為15%的過硫酸銨 水溶液作引發劑，把處理好的料漿注入保持振動狀態的模腔中，振動頻率2000次/分，振幅 1.5咖，固化後45分鐘脫模成型，塗敷複合層，乾燥至水分<0.5%裝爐燒成。
氮化燒成的燒成制度控制為-
(1) 室溫-600'C,升溫時間16小時，保溫6小時後，爐內抽真空至真空度為-0. lMPa， 然後向爐內充氮氣至爐內壓力0. 05MPa;
(2) 600'C-1480°C，升溫及保溫時間共95小時，燒成溫度下保溫5小時，爐內壓力始 終控制為0.3MPa，其中在IOO(TC和1200。C溫度下各保溫38小時。
獲得的產品技術指標如下
氣孔率 5%
體密 2.9g/cm3
高溫抗折U400。C): 63MPa
常溫抗折 54MPa
熱膨脹係數 4.2X10—7。C (20-1400°C)
氣密性 5.6kg/cm2。
實施例8
複合層的配料重量百分組成為-
325目篩燒結莫來石粉5%、 350目篩金屬矽粉89%和325目篩碳化矽細粉6%。 用水介質混合均勻製成漿料備用。
按重量百分比稱取以下各原料金屬矽粉15%、氮化矽粉5%、燒結莫來石7%，加入配 料重量的4%丙烯醯胺單體和W的N, N ' —亞甲基雙丙烯醯胺作為交鏈劑溼磨混合1. 5小 時，出磨後加入73%碳化矽顆粒級配料，攪拌均勻並真空除氣，加入重量濃度為16%的過硫 酸銨水溶液作引發劑，把處理好的料漿注入保持振動狀態的模腔中，振動頻率2100次/分， 振幅1.7mm，固化後40分鐘脫模成型，塗敷複合層，乾燥至水分<0.5%裝爐燒成。
氮化燒成的燒成制度控制為
(1) 室溫-600°C，升溫時間18小時，保溫4小時後，爐內抽真空至真空度為-0. lMPa， 然後向爐內充氮氣至爐內壓力0. 05MPa;
(2) 600°C-1500°C，升溫及保溫時間共85小時，燒成溫度下保溫5小時，爐內壓力始 終控制為0.4MPa，其中在IOO(TC和1200'C溫度下各保溫30小時。
獲得的產品技術指標如下
氣孔率 4. 8%
2. 8g/cm3 62MPa 52MPa
4.0X10"7。C (20-1400。C) 5. 8kg/cm2。
體密
高溫抗折(1400'C):
常溫抗折-
熱膨脹係數
氣密性
權利要求
1、一種低壓鑄鋁用升液管，有升液管本體，其特徵在於配料重量百分組成為350目篩金屬矽粉15-20％325目篩氮化矽粉1-5％325目篩燒結莫來石粉5-10％碳化矽顆粒料 68-78％。
2、 根據權利要求1所述的低壓鑄鋁用升液管，其特徵在於碳化矽顆粒料的重量級配為 l-3mm粒徑的顆粒料48-52%， 0. 05-lmra粒徑的顆粒料18-22%,過350目篩的粉料28-32%。
3、 根據權利要求1或2所述的低壓鑄鋁用升液管，其特徵在於升液管本體的外表面有 複合層，複合層的配料重量百分組成為325目篩燒結莫來石粉 5—10% 350目篩金屬矽粉 82-89% 325目篩碳化矽細粉 5—10%。
4、 一種權利要求1所述的低壓鑄鋁用升液管的製備方法，其特徵在於依次經過配料、 球磨製漿、振動注凝成型、乾燥和氮化燒成後製得，球磨製漿時，首先將除碳化矽顆粒料之 外的原料入磨球磨混合0. 5-3小時，出漿後再加入碳化矽顆粒料攪拌均勻。
5、 根據權利要求4所述的低壓鑄鋁用升液管的製備方法，其特徵在于振動注凝成型時， 料漿經真空抽氣處理後，加入重量濃度為15-20%的過硫酸銨水溶液作引發劑，再次真空攪 拌5 15分鐘，在振動的同時把料漿注入模腔中，固化後20-90分鐘脫模。
6、 根據權利要求5所述的低壓鑄鋁用升液管的製備方法，其特徵在於在振動注凝成型 後的坯體表面施複合層，乾燥後進行氮化燒成。
7、根據權利要求6所述的低壓鑄鋁用升液管的製備方法，其特徵在於燒成溫度為1500。C。
8、 根據權利要求7所述的低壓鑄鋁用升液管的製備方法，其特徵在於氮化燒成的燒成 制度為 (1) 室溫-60(TC，升溫時間15-20小時，保溫4-6小時後，爐內抽真空至真空度為 -0. lMPa，然後向爐內充氮氣至爐內壓力0. 05MPa; (2) 600°C-1500°C，升溫及保溫時間共80-100小時，燒成溫度下保溫4-6小時，爐內 壓力始終控制為0. 05-0. 5MPa，其中在IOOO'C和1200。C溫度下各保溫20-40小時。
全文摘要
本發明涉及一種低壓鑄鋁用升液管及其製備方法，屬於特種陶瓷技術領域，升液管本體配料重量百分組成為350目篩金屬矽粉15-20％、325目篩氮化矽粉1-5％、325目篩燒結莫來石粉5-10％和碳化矽顆粒料68-78％。本發明低壓鑄鋁用升液管配料組成中，尤其選用燒結莫來石作添加劑，使升液管具有了良好的使用性能，並且採用振動注凝成型技術，使坯體內部結構均勻一致，質量好，而且設備投資低，生產工藝簡，單易操作控制，方便實施。
文檔編號C04B35/565GK101348371SQ200810139750
公開日2009年1月21日 申請日期2008年9月3日 優先權日2008年9月3日
發明者劉天程, 劉寶英, 劉德軍, 樊震坤, 勇 範, 許業靜, 高禮文 申請人:山東矽苑新材料科技股份有限公司