氧化铝泡沫陶瓷过滤板喷浆工艺的应用研究

摘 要：本文简单介绍了泡沫陶瓷过滤板的制备工艺、分类及应用领域，对氧化铝材质的泡沫陶瓷过滤板喷浆料的粒度、含水率、喷浆量等因素进行了分析。对比了手动喷浆和自动喷浆的优缺点，并研究了上浆后喷浆和干燥后喷浆的利弊及适用条件，以及对泡沫陶瓷喷浆工艺做了较为全面的分析，希望能帮助泡沫陶瓷过滤板厂家进一步了解喷浆工艺在泡沫陶瓷生产工艺中的作用。

关键词：泡沫陶瓷；过滤板；喷浆；浆料

1 前言

泡沫陶瓷是一种具有三维空间网架结构的高气孔率（80%～90%）的多孔陶瓷，由于其具有密度小、强度高、耐高温、耐腐蚀及良好的过滤吸附性等优点。因此，被广泛地应用于金属熔体过滤、汽车尾气处理、医用材料等领域[1-2]。

近年来，通过第三代过滤材料—泡沫陶瓷过滤器（CFF ，即Ceramic Foam Filter）的发展，使得金属熔炼制品的成品合格率大幅度提升，其产品性能也得到很大改善。铸造是泡沫陶瓷过滤器应用最广泛的行业之一，其作用是让紊乱、翻腾的金属液经过泡沫陶瓷蜂窝孔后变成平稳、均匀、干净的金属液。从而大大降低由于非金属夹杂物等铸造缺陷导致的铸件废品率，节约生产成本[3]。

喷浆工艺是泡沫陶瓷生产的一道工序，而在建筑、日用陶瓷生产过程中一般没有此工艺。虽然国内泡沫陶瓷生产厂家大都已采用喷浆工艺，但由于泡沫陶瓷领域本身不太广泛，生产厂家为数不多，而且喷浆工艺并非关键工序，所以对于其研究和了解不多，也没有相关泡沫陶瓷喷浆工艺的文献报道。

2 泡沫陶瓷过滤板生产工艺

泡沫陶瓷过滤板是采用聚氨酯泡沫塑料为载体，浸入到由陶瓷粉末、黏结剂、助烧结剂、悬浮剂等制成的陶瓷浆料中；然后挤掉多余的浆料，使陶瓷浆料均匀涂敷于载体骨架成为坯体；再把坯体烘干并经高温烧结而成[4]。这种工艺又称为有机泡沫浸渍法，是目前国内普遍的泡沫陶瓷生产工艺[5]。

泡沫陶瓷过滤板生产工艺流程见图1，虚线部分为上浆后直接喷浆工艺。

3 泡沫陶瓷过滤板喷浆工艺

喷浆工艺是生产泡沫陶瓷过滤板的工序之一，它是将陶瓷浆料在压力作用下经喷头雾化喷向过滤板。其目的在于改善坯体表面性能，包括改善表面的光滑度和加粗网线，同时，对产品内质也有影响。喷浆工艺按喷浆方式主要包括两种形式，手工喷浆和自动喷浆；按喷浆顺序可分为上浆后喷浆和干燥后喷浆。

3.1 喷浆方式

3.1.1手工喷浆工艺

手工喷浆是利用空气压缩机（0.5～1.0MPa）产生的压力，将浆料从喷枪内喷出，由工人控制喷涂在坯体表面，待表面干燥后喷另一面。优点是投入少、浆料浪费少、喷涂量控制灵活。缺点是人工需求多、工作效率不高、浆料附着不均匀等。

3.1.2自动喷浆工艺

自动喷浆工艺来源于建筑日用陶瓷的上釉工艺，即浆料经过喷头喷洒在传动的皮带或链条的坯体表面，然后经过后续的短暂热风或红外线干燥。翻转后喷另一面，再干燥完成自动喷浆工艺。自动喷浆优点是工作效率高、坯体喷涂较为均匀。缺点是首期投入较大、浆料浪费大、后期喷头更换频繁等。

3.2 喷浆顺序

3.2.1上浆后喷浆

上浆后喷浆属于湿坯喷浆，它节省了后道干燥工序，坯体对浆料的吸附效果一般。但对于尺寸大、厚度薄的产品，也适合采用上浆后喷浆，防止干燥后喷浆对坯体的损伤。但其缺点是只能喷单面，一般是喷过滤金属熔体所需的正面。考虑到喷浆效果，上浆后喷浆方式不是很常用。

3.2.2干燥后喷浆

干燥后喷浆属于干坯喷浆，它适合于双面喷浆，并且浆料可以调至喷出的最大稠度，以最大程度改善坯体表面。这是泡沫陶瓷生产较为常用的喷浆方式。干燥后喷浆的缺点是劳动量大、对坯体有损伤、容易产生掉渣等。

4 影响氧化铝泡沫陶瓷过滤板喷浆因素的分析

氧化铝泡沫陶瓷作为泡沫陶瓷三大类（氧化铝、碳化硅、氧化锆）的一个重要分支，同时也是被使用最早的一类泡沫陶瓷，它被广泛使用于铝及其合金铸造行业中。目前，随着铝及铝合金制品性能要求的不断提高，对于铝液过滤也不断提出了新的要求，要求其具有纯度高、浮杂少、铝液流速平缓等浇铸特性，以达到浇铸出的铝制品具有较好的理化性能和机加工性能，从而满足更苛刻的使用条件和达到延长铝制品的使用寿命的目的。

泡沫陶瓷生产的每一个工艺流程对泡沫陶瓷产品质量都有影响，其中关键工序配料、海绵加工和烧结对产品质量影响最大[6]。喷浆工艺主要影响产品质量外观，同时，对内质也有一定的影响。

4.1 浆料粒度

浆料粒度决定了喷出浆料的分散情况，浆料颗粒越细，喷出浆料的分散情况越好，喷洒在坯体的浆料越均匀。同时，浆料粒度越细，喷头磨损也越小。浆料粒度的大小还决定了产品表面的烧结情况，生产上一般采用400目筛余小于0.5%的浆料作为泡沫陶瓷过滤板喷浆料，并且配方烧结温度比坯体烧结温度低。

4.2 浆料含水率

浆料含水率是决定浆料稠度大小的直接因素，稠度大小又直接影响喷浆效果的好坏。对于上浆后喷浆工序而言，浆料含水率不能过低，否则喷浆后会出现盲孔，喷浆效果也不好，其含水率一般控制在35%～40%。对于干燥后喷浆工序而言，坯体表面干硬，对于稠度较大的喷浆料吸附作用大。所以喷浆料含水率要控制较低，喷浆料喷涂在表面的效果才更佳，其含水率一般控制在25%～35%。在喷浆料含水率较低时，需要选择较大压力的空压机以及直径较大的喷头，才能达到好的喷浆效果。

4.3 浆料喷浆量

浆料喷浆量是衡量喷浆效果是否理想的重要指标，也是对每一块坯体喷浆是否均匀的重要因素。所以许多公司将其指标化，对不同规格过滤板设定具体参数，以保证产品喷浆满足工艺要求，达到规定的喷浆效果。

对于不同规格大小的过滤板，其浆料喷浆量不一样。当然，对于不同含水率的浆料，其喷浆量也不一样。表1列举了笔者公司几种常用规格过滤板的喷浆量。

由表1可知，喷浆重量与坯体产品表面的面积存在一定关系。即： m=S×（0.04～0.06）

其中，m—单面喷浆重量（g）；

S—坯体单面表面积（cm2）。

5 结语

喷浆浆料的粒度、含水率和喷浆量都对喷浆效果起着重要作用。其中，浆料粒度决定喷浆的分散、均匀及表面最后烧结情况；浆料含水率影响着浆料稠度；浆料稠度决定了坯体表面网线加粗的效果；喷浆量是衡量喷浆是否满足工艺要求的重要参数。

氧化铝泡沫陶瓷过滤板对喷浆工艺的需求存在着利弊。有利的是过滤板表面得到较大的改善，尤其是干燥时与承载板接触的面，其表面比较毛糙，网线也会较细。喷浆后，烧成的过滤板表面光滑，网线也相应加粗。湿坯喷浆的弊端是只能喷单面；干坯喷浆的弊端是喷浆会翻动坯体，对坯体有一定的损伤，特别是较薄尺寸较大的坯体，产品烧结后甚至会出现裂纹。所以对厚度薄、尺寸大的过滤板坯体，不建议采用喷浆工艺，但可选择湿坯喷浆。另外，喷浆增加了产品生产成本，延缓了生产周期。笔者认为，对于常用规格的过滤板，仍需要采用喷浆工艺，以满足市场对产品的外观和内质需求。

参考文献

[1] 靳洪允.泡沫陶瓷材料的研究进展[J].现代技术陶瓷，2005（3）：

33～35.

[2] 陳汉添.氧化锆基泡沫陶瓷的工艺原理及性能表征[J].陶瓷，

2006（6）：16.

[3] 冯胜山，陈巨乔.泡沫陶瓷过滤器的研究现状和发展趋势[J].耐

火材料，2002，36（4）：2352239.

[4] Sutton WH ， etal. Development of ceramic foam materials for

filtering high temperature alloys ， AFS Transactions ，1985 ，

93 ：1712176.

[5] 王霞.铸造用泡沫陶瓷过滤器的生产工艺[J].佛山陶瓷，2008，12：

28～30.

[6] 王霞，王建新.泡沫陶瓷浆料的制备工艺研究[J].佛山陶瓷，

2009，9：13～15.