Nghiên Cứu Công Nghệ Sản Xuất Gốm Xốp Bền Cơ Làm Phin Lọc Xỉ Cho Kim Loại Nóng Chảy.docx

BỘCƠNGTHƯƠNG
VIỆNNCSÀNH SỨTHUỶTINH CƠNG NGHIỆP

BÁO CÁOTỔNGKẾTĐỀTÀICẤP BỘ
NGHIÊNCỨUCƠNGNGHỆSẢNXUẤTGỐMXỐPBỀNCƠLÀM
PHIN LỌCXỈCHOKIMLOẠINĨNGCHẢY
Chủnhiệmđềtài:

DƯƠNGHẢIHỒN

7295
15/4/2009

HÀNỘI-2009


MỞðẦU
Sảnphẩmphinlọcxỉsửdụngtrongcơngnghiệpluyệnk i m đenvàluyệnkimmầ
ãđượcnghiêncứukhánhiềutrongnhữngnămgầnđây.Vớimụcđ íchnângcaochấtlượ
ngphơikimloạinóngchảy,sảnphẩmphinlọcxỉđượcsửdụngkhárộngrãivớimụcđíchl
oạib ỏđ ế nmứct ốiđaxỉr ắnv à xỉdẻoc ũngnhưcáct ạpchấtkhơngmongmuốncótrong
phốiliệukimloạinóngchảy.Qtrìnhcơngnghệnàycảithiệnđángkểchấtlượngphơi
kimloạicủasảnphẩmđúctạohìnhucầộđồngnhấtcaovàkhơngkhuyếttật.
Dol à m vi ệctrongmơitrườngnhiệtđ ộ cao,ănmịnvàxâ m th ựcrấtlớnc ủakimloạ
inóngchảy,sảnphẩmphinlọcxỉucầucácthơngsốvàchỉtiêuhóal ý rấtkhắtkhe,đ ộ b
ềnnhiệt,b ềnc ơc ũngđặcb i ệtcao.Ngồira,trongqtrìnhđúctạohìnhsảnphẩm
từkimloạinóngchảy,tùythuộcvàặctínhc ủatừnglo ạikim loạivàhợpkim,nhiệtđ
ộtạohìnhcũngnhưthờigiantạoh ì n h , ucầuvềđộxốphởcủaphinlọcxỉcũngphảiđư
ợctínhtốnmộtcáchh ếtsứcchínhxác.
Docấutrúcđặcbiệtcủaphinlọcxỉ,cấutrúckhơnggianbachiềuliênkếtmạngtrong
phinlọcxỉlàucầubắtbuộcnhằmtăngcườngtốiđakhảnăngc h ịubềncơhọcvàbềns

ốcnhiệtcủaphinlọc,đồngthờikhơngtạoratrởlựcvàsuygiảmt i ếtd i ệnb ềmặttrongq
u á trìnhđúcrót.ðặctínhv ậtliệug ốmlàmphinlọcxỉcũngđượcnghiêncứumộtcáchtỷ
mỷvớimụcđíchgiảmtốiđamứcđộănmịnvàthẩm
thấucủathépvàhợpkim
nóngchảynhiệtđộcao.
ðâylàmộts ảnphẩmgốmkỹthuậtđ ặ cthù chongànhđúcv à luyệnkim.H i ệntại,p
h i n l ọcx ỉđ ãđượcthươngp h ẩmh ó a v à cungcấptrênt h ếgiới.N h ưngdocôngn g
h ệs ảnxuấtvàucầuchấtlượngv ậtliệucao,g i á thànhc ủaphinlọcxỉhồntồnkhơng
rẻ,đặcbiệtlàkhiphinlọcxỉlàsảnphẩmsửdụngmộtlần,khơngtáisửdụng.
Vìnhiệtđộcaovàmơitrườnglàmviệckhắcnghiệt,sảnphẩmphinlọcxỉc h ếtạotừv
ậtliệugốmkỹthuậtucầucácthơngsốcơ,lý,hóanhiệtđặcbiệtđểđ ápứngmơitrườngl
àmv i ệcđ ặ cbiệtnày.H i ệntạitrongnướcchưacómộtđ ơ nvịnghiêncứuchunn g à n
h vậtl i ệun à o c ó h ướngđầutưti ếpcậnn g h i ê n cứuvàkhaitháctiềmnăngcủahọvật
liệunày.Cácdoanhnghiệpsảnxuấts ảnphẩmvàchitiếtñúcchấtlượngca o từthépvà
hợpk i m nóngc h ảy

1


hàngnămphảinhậpmộtsốlượngphinlọcrấtlớnnhằmđápứngnhucầucấpt h i ếtchos
ảnxuất.
Ngồikhókhăntrongviệctổnghợpvậtliệusảnxuấtphinlọcxỉ,chúngtac ị n phảit
ậptrunggiảiquyếtcơngnghệtạohìnhchosảnphẩmnày.ðộxốp,k í c h thướclỗvàcấ
utrúcc ủaphinlọcl à yếut ốquantrọngquyếtñ ị nhñ ế nc h ấtlượngcủasảnphẩmđúc.V
iệctạohìnhkhungcấutrúcbachiềutăngbềnd ạngtổongcùngvớiviệctínhtốnmậtđộ
lỗxốptốiưunhằmưutiênđộbềnvàcácchỉtiêucơlýcủavậtliệusẽcótácđộngquyếtđịn
htớichấtlượngvàđộổnđịnhcủaphinlọc.
Mỗisảnphẩmđúcsẽucầusửdụngtốithiểumộtchiếcphinlọcxỉ.ðơnc ửmộtcơng
tynhưCơngtyTNHHThépViệtNhậthàngnămsảnxuấthàngc h ụcngànsảnphẩmv
àchitiếtđúc,nhucầusửdụngphinlọcvàchấtlượngp h i n lọcsẽlàyếutốquyếtđịnhản

hhưởngtrựctiếpđếnchấtlượngsảnphẩmc ủacácdoanhnghiệp.
1. Mụctiêucủañềtài:
 Xácñịnhñượcc á c loạinguyênl i ệudùngñểs ảnxuấtphinlọcx ỉchoga ng vàthé
pnóngchảy.
 Xácđ ị nhđượ ccơngn g h ệtạolỗxốph ởkếtcấub a chiềudạngtổongcho phinl
ọcxỉ.
 Xácñ ị nhñượ ccácñơnphốiliệut ốiư udùngñểsảnxuấtv ậtliệuc h ết ạophinlọc
xỉ.
 Xâydựngđ ư ợ cq u i trìnhcơngnghệsảnx u ấtsảnp h ẩmphinl ọcxỉt ừv ậtliệug
ốmkỹthuật.
 Sảnxuấtthử1.000sảnphẩm.
2. Phươngphápnghiêncứu:
 ðịnhhướngnghiêncứucủañ ề t à i d ựatrê n phươngphápt h ựcng hi ệmt h ống
kê,k ếthừacácthànhtựunghiêncứuv ềmặth ọcthuậtv à b í quyếtcơngnghệ,sá
ngchếcủathếgiớitrongnhữngnămgầnđây.
 Xáclậpcơngnghệvàqtrìnhsảnxuấtphinlọcxỉchokimloạinóngchảy.
3. Nộidungnghiêncứuvàkếtquảdựkiếnđạtđược:


 Nghiêncứusửdụngcácnguồnngunliệuvàphốitrộnchoviệctổnghợpvậtli
ệuphinlọcgốm.
 Xácđịnhphốiliệutốiưu,đánhgiákhảnăngtăngbềncơnhiệtvàtăngcườngtuổit
họvậtliệutrongmơitrườngsốcnhiệtkhắcnghiệt.
 Nghiêncứuphươngp h á p vàcơngn g h ệtạohìnhkhungcấut r ú c bachiều,xá
clậpquytrìnhsảnxuấttốiưu.
 ðánhgiácácthơngsốvàđặctínhkỹthuậtcủavậtliệu.
 Tổchứcsảnxuấtthửnghiệm1.000sảnphẩm
Thửnghiệm thựctếsảnxuấtvàsosánhvớisảnphẩmnhậpngoại.

PHẦNI
CƠSỞLÝTHUYẾT
1. Tổngquanvềphinlọcxỉchokimloạinóngchảy:
Phinlọcxỉgốmsửdụngchocơngnghiệpđúccácsảnphẩmkimloạinóngchảượ
csửdụngrộngrãitrongngànhđúcnhằmnângc a o chấtlượngsảnphẩm,g i ảmthiểutỷ
l ệkhuyếtt ậtsảnphẩmdol ẫnxỉrắnh o ặcdẻo,c á c tạpc h ấtphikimloại,vậtliệuchịulử
anồinấuchảy…
gâyra.Việcsửdụngphinlọcxỉcóý n g h ĩ ặ cbiệtquantrọngđ ố iv ớinhữngchitiếtđ ú
cđịih ỏiđ ộ chínhxáccao,thànhmỏng,ucầồngnhấtvậtliệuvàkhơngkhuyếttậtb
ềmặt.
Phinlọcxỉbaog ồmnhữnglỗx ốph ởdạngtổongcấut r ú c bachiềuzigz a g vớikíchthướctừ4-50lỗ/
inchchiềudàitùythuộcvàoloạihợpkimvàsảnp h ẩmñ úc.Hệvậtliệug ốmthườngñ ư
ợ cs ửdụngchếtạophinlọcx ỉñượcphânc h i a thành3 nhómc h í n h tùyt h u ộcvàothàn
hphầnk i m loại,nhiệtđ ộ đúc,cấutrúcsảnphẩmvàđộchitiếtcủasảnphẩmđúc,mứcđộ
ănmịnthẩmt h ấucủak i m lo ạinóngchảy,k h ảnăngtươngt á c củav ậtl i ệug ốmvớik
i m l o ạinóngchảy…
Bảng1:Hệvậtliệuchếtạophinlọcxỉ.
Hệvậtliệu

Sảnphẩmđúc

Zirconia

Thép,hợpkimđặcbiệt,t 1550 CSiC/

SiCliênkếtgốm

Gang,vàcácsảnphẩmtươngđương

0>

0

0<

0

0

1250 CAlumina/mullite

Nhơm,hợpkimnhơmvàkimloạimầu
0
0<
0
750 C
Việcphânloạihệvậtliệugốms ửdụngñ ể c h ếtạophinlọcxỉc h o cơngn g h i ệpđ úc
đ ãđ ư ợ cđ ề cậpvànghiêncứuk h á tỷmỉ.Thơngs ốq u a n trọngnhấtđượcsửdụngđểđ
ánhgiávàphânloạivậtliệudựatrênđộthấmướt,độb ềnxỉvàkhảnănghạnchếmứcđột
hẩmthấu,ănmịnvàxâmthựccủakiml o ạinóngchả ố ivớicấut r ú c v à thànhp h


ầnkhốngh ó a c ủahệvậtl i ệugốm.Tùythuộcv à o nhiệtđộđúc,độchịulửac ủav ậtliệ
uc h ết ạophinl ọc


cũnglàmộtch ỉtiêánhgiámứcđộ ổnđịnhv à khảnănglàmviệcan tồncủaphinl
ọc.

ðốivớisảnphẩmthépvàhợpkimđặcbiệtđượcgiacơngđúcrótởnhiệtđộcaotrê
0

n1550 C,việclựachọnzirconiaổnđịnhlàmhệgốmcơsởchếtạop h i n lọcgốmlàhếts
ứccầnthiết[1].Ngồiviệczirconiacóđộchịulửacao,hệgốmcấutrúcnàycịnchứ
ựngnhiềặctínhcơnhiệtrấtq.ðộthấmư ớ tkimloạilỏngnóngchảytrênbềmặtvậ
tliệuở nhiệtđộcaocủazirconiar ấtthấp.ðộbềnhóa,bềnxỉvàkhảnăngchốngthẩmthấ
u,xâmthựccủakim
loạilỏnglàmộtt r o n g nhữngưut h ếcủaz i r c o n i a màí t cóv ậtl i ệug ốmkỹthuậtnào
sosánhđược[1-3].Tuy
nhiên,việctổnghợpzirconiaổnđịnhthơngthườngđịihỏinhiệtđộcaotrên15500

1600 C[1,2],chưatínhđếngiáthànhngunliệucũnglàmộttrongnhữnghạnchếcủa
hệvậtliệunày.
Hệv ậtliệug ốmtrêncơsởcaonhơmvàmullite caonhơmđượcbiếtđếnnhưmộth
0

ệvậtliệucóđộchịulửacao,làmviệcổnđịnhtrongkhoảngnhiệtđộđến1650 C.Tùyth
uộcthànhphầnkhốngcũngnhưmứcđộpháttriểnvàổnđịnhcủamullitecótrongvậtliệ
u,độbềncơhọccủahệvậtliệunàyvàkhản ăngchốngchịusốcnhiệtcủachúngcũngđều
đạtchỉsốcơlýrấtcao.
Tuyn h i ê n , mứcđột h ấmư ớ tc ủagangv à théplỏngnóngc h ả ố ivớim u l l i t
e thườngđượcghinhậncaohơnđángkểsovớiSiC.Mặcdùphinlọcxỉhệgốmmullitec
ókhảnăngngănchặnvàloạibỏxỉnóngchảyrấttốt,nhưngdomứcđộthấmướtcao,v ậtl
iệugốmmauchóngbịxâmthựcbởikimloạil ỏng,biếndạngdẫnt ớipháhủydonhiệtđ ộ
c a o . Dịngkiml o ạilỏngnóngchảysẽkéotheocácmảnhvụnvậtliệuvàxỉnóngchảy
bámdínhbềmặtvàosảnphẩmđúc,dẫnđếntỷlệkhuyếttậtsảnphẩmtăngcao[4].
Hiệntượngn à y t r ê n t h ựct ếlạikhơngxảyr ố ivớin h ơ m vàhợpk i m nhơmnó
ngchảy.Nhơmvàhợpkimnhơmnóngc h ảượcgiacơngđúcróttrongkhoảngtừ75
00

1050 C,đ ộ t h ấmư ớ tbềmặtc ủanhơml ỏngđốivớim u l l i t e làkhánhỏ.Hơnnữa,
mứcđộtươngtácvàphảnứnggiữamullitevớixỉnhơmhầunh ưkhơngxảyra.Dó,
phinlọcxỉchếtạotrêncơsởhệvậtliệugốmmullite,mullitecaonhơmtráilại,hồntồ
nphùhợpvớisảnphẩm
đúcnhơmvàhợpkimnhơm[5].


ðốiv ớic á c sảnphẩmñ úcg a n g v à thépnóngchảy,t h ơ n g thườnghệv ậtliệug ố
ms ửdụngđ ể c h ếtạophinl ọcxỉđ ư ợ clựachọnchủyếutừhaih ệchính:zirconiaổnđịn
hvàSiC.TrongđóhệvậtliệutrêncơsởnềnSiCcóthểsửdụngcơngn g h ệtổnghợpliênk
ếttáikếttinhdướisựh ỗtrợc ủaphụg i a t ăngcuờngk ếtkhốiho ặcv ậtliệutổhợpS i C li
ênkếtgốm.V ậtliệug ốmhệZirconiượclựachọnsửdụngchúcrótcácchitiếtvàsả
nphẩmhợpkimt h é p đặ cbiệt.Vớisảnp h ẩmñúcga n g v à thép,nhiệtñ ộ ñ úcd a o độ
ngtrong
0
khoảng1320-1450 C,dóđiềukiệnlàmviệccủaphinlọcxỉítkhắcnghiệt
hơn.ThơngthườnghệvậtliệutrêncơsởSiCliênkếtgốmđượclựachọnvàsửdụngrộn
grãi.
Trênthựctế,vậtliệutrêncơsởnềnSiCliênkếtgốmthườngđượcchếtạodướidạngc
ấutrúctổhợptrongđóSiCđóngvaitrịnhưmộtkhốngchịulửa,cườngđộcơhọccaotạo
khungcấutrúc.Silicahoặcaluminums i l i c a t e , a lumiumphosphatượcsửdụng
nhưphaliênkếtkếtdính.
Trongqtrìnhđúc,dướitácdụngcủanhiệtđộcao,SiCtrongcấutrúcvậtliệuchết ạo
phinl ọcgốmbịoxyhóavàtạor a SiO2.SiO2mớisinhcóhoạtt í n h caot i ếpt ụcthamgi
aq u á trìnhphảnứngvớip h a liênk ếtaluminumsilicatetăngcườngcườngđộvàđộch
ịulửachophinlọc[4].Trongqtrìnhđúc,bềmặtphinlọcxỉtiếpxúcvớiganghoặcthép
nóngchảy,xỉgiàuFeOcókhảnăngthấmướ tb ềmặtp h i n lọcr ấtthấpd o phảnứngcủa
xỉvớicarbonphânhủytừS i C cộngvớilượngcarbongraphitel u ô n tồntạitrongS i C t
ạothànhCOngăncáchbềmặtphinlọcvớikimloạinóngchảy,dógópphầnt ăngcườ

ngtínhổnđịnhvàkhảnănglàmviệccủaphinlọcxỉ[4-5].
2. VậtliệugốmtrêncơsởnềnSiC:
Vậtliệugốm
sửdụnglàmphinlọcxỉkim
loạinóngchảytrêncơsởhệSiCh i ệnđangđượcsửdụngrộngrãitrongcơngnghiệpđúc,
đặcbiệtlàsảnphẩmg a n g vàthép.Hệvậtliệunàượctổnghợptrêncơsởsửdụngsạn
SiCliênk ếtđ ấ tsétchịulửahoặcs i l i c a v ơ địnhhìnhkếtkhốitrongd ảinhiệtđ ộ t ừ11
0

00-1450 C[6].Phaliênkếtgốmđượchìnhthànhdophảnứngkếtkhốiđất
sétchịulửa,sửdụngvớihà m lượngthấpnhấtcóthể,trongthànhphầnphốiliệu.Dolượ
ngđấtsétsửdụngtrongthànhphầnđượchạnchế,độconungcủahệvậtliệugốm
kháthấpngaycảtrongtrườnghợpthiêukếtởnhiệtđộcao.


ðộconungcủahệgốmsửdụngchếtạophinlọcxỉảnhhưởngrấtlớnđếnđ ặ ctínhvà
cấutrúccủasảnphẩm.Dotồnhệmạngxốpđượchìnhthànhtừc ấutrúcxốpcủapolyur
ethanượcphủphốiliệugốmchịulửa.Khithiêukết,n ếộconungcủavậtliệugốmq
lớnsẽdẫnđếntìnhtrạngpháhủyhoặcsailệchcấutrúcmạngxốpcủaphinlọc.
Rấtnhiềucơngtrìnhnghiêncứu,cácgiảiphápcơngnghệđềcậpđếnqt r ì n h cơn
gn g h ệc h ết ạophinl ọcx ỉt r ê n c ơsởhệv ậtl i ệugốmS i C liênk ếtaluminum s i l i c
a t e . Tùyt h u ộcnhiệtñộs ửdụng,k h ốilượngganghoặcthépl ỏngñ ư ợ csửdụngchom
ộtc h i tiếtđúc,thànhphầnhóavàmứcđộănmịnv ậtliệucủakiml o ạilỏngn ó n g chảy
…tỷl ệS i C sửdụngcóthểd a o độngtrongkhoảngtừ5099,5%trongthànhphầnphốiliệugốmchếtạophinlọcxỉ.
TheoBrockmeyer,J.,Aubrey,L.,vàcáccộngsự,phinlọcxỉsửdụngchosảnphẩm
đúcgangnóngchảycóthểchếtạothànhcơngtừhệphốiliệugốmSiCcótỷlệsau[7]:
Bảng2:Thànhphầnphốiliệucơbảnđượccơngbố:
Ngunliệu

Tỷlệ[%]

SiC(D50=45µm)

65,65

Alumina

24,08

Silica

8,94

Montmonriollite

1,23

Phụgia

0,1

Hồphốiliệugốmđượcchuẩnbịtừngunl i ệầucóđộmịnnhỏhơn45µmv à ph
ủlênvậtliệux ốppolyurethanecấut r ú c mạngkhơnggianb a c h i ềucókíchthước10
lỗ/
0

inchdài.Mẫumộctạohìnhđượcsấykhơvànungt ại1370 Cvớitốcñộnângnhiệt100
C/phút,lưunhiệtñộcaotrong1h.

0

Phinl ọcx ỉñ ư ợ cchếtạot ừh ệv ậtliệug ốmS i C l i ê n kếtgiàusilicavàa l u m i n u
m s i l i c a t e nàyc h o p h é p làmv i ệcổnđịnhv à a n tồntrongkhoảngnhiệtđộđến13
0

50 C[7].
Mộttrongnhữnghướngnghiêncứunhằmtăngcườngkhảnăngchịub ềnsốcnhiệtc
ủaphinlọcx ỉcũngđ ư ợ cñ ề cậpñếnnhờviệcbổx u n g mộttỷlệ


thíchhợpcốtliệusợigốmaluminosilicate.Trongnghiêncứunày,Azumi,S.đãc h ỉr a rằng,việcsửdụngsợig ốmalumino
-silicatevớitỷlệt ừ13%cảit h i ệnđángkểđặctínhcơnhiệtcủavậtliệu.SiCởđâygiữvaitrịkhungcấut r ú
c chịulửavàtảitrọng[8].
Bảng3:Thànhphầnphốiliệucơbảnđượccơngbố:
Ngunliệu

Tỷlệ[%]

SiC(D50=25µm)

47,00

Alumina(D50=4µm)

25,00

SợiAlumino-silicate(3mm)

2,00

ðấtsét

3,00

Silicafume

2,50

Silicasol

5,50

PVA

3,25

Aluminosilicatecấutrúcdạngsợitươngtácvớialuminavàsilicasiêumịnc ó trongthànhphầnp
haliênkếtđ ư avà o phốiliệu,b a o xungquanhcách ạtSiCh ì n h thànhmộthệv ậtliệuc
ấutrúcmạnglướiổ nđịnhvàt ăngcườngcườngđộcơhọc.Dộbềncơhọcđượccảithiệ
n,hệvậtliệunàychophépc h ếtạop h i n lọcg ốmvớikíchthướcmỏnghơnkhi so sánhv
ớivậtliệuSiCliênkếtgốmkhơngsửdụngsợialumino-silicatetăngcường.
Hồphốiliệutrênchuẩnbịtrongm á y n g h i ềnbi,ñ ư ợ cbổx u n g nướcvàđ iệngiải
vàphủlênvậtliệuxốppolyurethanekíchthước50x50x22mm.Mẫunhậnđượcđượcsấ
ykhơtạinhiệtđộ1800

0

190 cvànungthiêukếttại1200 C,l ưu1 h . M ẫup h i n l ọcx ỉñượck i ểmn g h i ệmđ ạ
2

tcườngđ ộ khángn é n trungb ì n h 2,7kg/cm .
Mẫuphinlọcđượcthửnghiệm thựctếvớigangnóngchảúctạinhiệtđộ
0

1350 Cđạtchấtlượngucầu[8].
Mộthướngtiếpcậnhệvậtliệugốm
trêncơsởnềnSiCkháccũngđượcđặtmốiq u a n t â m nghiêncứul à h ệSiCt á i k ếttinh
.TheoAdler,J .v à c á c ñồngn g h i ệp[9],h ệv ậtliệuS i C ñ ư ợ ctổnghợptrênc ơs ởcấp


phốih ạtSiCkíchthướct ừ1050µmvớihạtsiêumịnkíchthướctrungbình2µm,tỷlệ4 0 / 6 0 .


Mộtlượngnhỏ0,6%phụgiatăngcườngkếtkhốiboroncarbidehoặca l u m i u m carbi
dượcbổxungtrongthànhphầnphốiliệu.Phốiliệucấpphốiđượcchuẩnbịvàphủlênv
ậtliệuxốppolyurethanekíchthước40x40x25mmvớikíchthướclỗxốp10lỗ/
inchdài.Mẫuthửnghiệmđượcthiêukếtở18000

2 3 0 0 Ctrongmơitrườngargonbảovệ,lưu1htạinhiệtđộcao.
DịnhhướngsửdụngcấpphốihạtSiCtrongthànhphầnphốiliệu,độconungcủap
hinlọcxỉđượcgiảmxuốngmứctốithiểuvànằmtrongkhoảng48 % . Mẫugốmthượccócấutrúcrấtmịn,xítđặc,độxốprấtthấpvớicáclỗxốpcócấutr
úckín.Lượngp h ụgiatăngcườnghỗtrợkếtk h ốit á i kếttinhđượcsửdụngvớitỷlệthấp,
dóđộcogâyradoqtrìnhkếtkhốithứsinhh ầunhưkhơngcóảnhhưởngmộtcáchđá
ngkể.
Tảitrọngp h á h ủyt r u n g bìnhđ ố ivớimẫuthửkícht h ướcđ ư ờ ngkính2 0 m
m ñ ạ t3 0 0 N (~30,5kg)t ạinhiệtñ ộ thườngv à g i ảmxuống285N(~29,0kg)đốivới
0

mẫuquathửnhiệttại1000 C.
3. ðịnhhướngnghiêncứu:

Trêncơsởthamkhảo,nghiêncứuvàkếthừanhữngthànhtựucơngnghệc ủacáchã
ngsảnxuấtsảnp h ẩmp h i n lọcx ỉchokiml o ạinóngc h ảyn ướcngồi,kếthợpvớiviệc
phântíchvàkhảosát,kiểmnghiệmđặctínhcơnhiệtc ủasảnphẩmnhậpngoạihiệnđa
ngđượcsửdụngtạicáccơsởsảnxuấttrongnước,nhómthựchiệnđềtàirútramộtsốnhận
địnhcơbảnsau:
- Ngunliệusửdụngđểtổnghợpvậtliệugốmchếtạophinlọcxỉkimloạinóng
chảydựatrênnềnvậtliệuSiCliênkếtgốm.
- ðấtsétchịulửa,aluminav à zirconđượcb ổx u n g n h ằmmụcđícht ổnghợpp
haliênkếtthứsinhliênkếtcáchạtSiC.
- TỷlệhàmlượngSiCvàc á c phụg i a liê n kếttáik ếttinhtinhthểthứsinhcóảnh
hưởngrấtlớnđếnđặctínhcơlývàđộbềnxỉ,chốngthẩmt h ấuvàxâmthựccủag
anghoặcthéplỏngnóngchảy.
- Cấutrúcphinlọcxỉlànhữnglỗxốphở,liênkếtmạnglướiba chiềud à n đềutảit
rọng.Cấutrúcnàượctạothànhtừviệcsửdụngvậtliệuxốppolyurethanịn
hhìnhphủphốil i ệugốmc h ịulửa,thiêuk ếtở nhiệtñộcao.


- Trọnglượngphốiliệug ốmñ ư ợ cphủl ê n b ềmặtx ốppolyurethane,mậtđộl
ỗxốpcủavậtliệunày,đượcxácđịnhtheosốlỗ/
1inchchiềud à i (ppi),sẽquyếtđịnhđộxốphởvàmậtđộlỗxốpcủaphinlọcxỉ.
Bảng4:Thànhphầnhóacơbảncủavậtliệugốmchếtạophinlọcxỉnhậpngoại:
Sảnphẩm
DH-1803-004
CFF-SC
FPCP
1)Dahua

1)

2)

3)

SiO2

Al2O3

Fe2O3

ZrO2

SiC

3~8

18~25

≤0,2

-

65~75

≤10

≥22

≤0,5

-

≥62

10

35

-

2~4

≥50

Casting&NewMaterialsCo.,Ltd.

2)Jiangxi

JintaiSpecialMaterialCo.,Ltd.

3)M.N.Rama

Rao&Company.

Bảng5:Thơngsốkỹthuậtcơbảncủamộtsốphinlọcxỉ:
Thơngsốkỹthuật

ðơnvị
0

DH-1803

CFF-SC

FPCP

ðộchịulửa

[ C]

1550

1540

1500

ðộxốphở

[%]

80~90

80~90

70~95

2

≥10,2

≥10,0

9,0

1)

8~60

10~30

10~30

-

tốt

tốt

tốt

[lần]

5

5

-

Cườngđộkhángnén

[kg/cm ]

Kíchthướclỗxốp

[ppi]

ðộbềnxỉ
0

ðộbềnnhiệt1000-25 C
1)pores

perinch(ppi):sốlỗxốp/inchchiềudài

10


PHẦNII
NHIỆMVỤVÀPHƯƠNGPHÁPNGHIÊNCỨU
1. Nhiệmvụcủềtài:
- Nghiêncứu,lựachọnnguồnngunliệusửdụngđểsảnxuấtphinlọcxỉchosản
phẩmđúcgangvàthépnóngchảy.
- Nghiêncứucơngn g h ệtạoh ì n h p h i n l ọcxỉcấutrúcmạngl ỗx ốph ởkhơnggi
anbachiều.
- Nghiêncứucácđặctínhvàthơngsốcơ,lý,hóacủasảnphẩm.
- Xáclậpbàiphốiliệutốiưu.
- Xâydựngquytrìnhcơngnghệsảnxuấtsảnphẩm
- Kiểmđịnhcácthơngsốcơngnghệvàtínhnăngsảnphẩm
- Tiếnhànhtriểnkhaisảnxuấtthử
- Thửnghiệmsảnphẩmtrongđiềukiệnthựctếvàđánhgiákếtquả
2. Phươngphápnghiêncứu:

Từmụctiêặtranghiêncứặtracủềtài,nhómthựchiệnđềtàitrênc ơsởnghiê
ncứánhgiáthựctrạngnhucầuthựctếsảnxuất,thamkhảocáct à i liệunghiêncứucơ
ngnghệv à kỹt h u ậtcủac á c hãngsảnxuấtvậtliệuchuyênngành,kếthợpvớiviệckết
hừacácthànhtựunghiêncứukhoahọcvàc ô n g nghệnhữngnămgầnđây:
- Phươngphápnghiêncứu:khoahọcvàcơngnghệthựcnghiệm.
- Phântíchvàđánhgiá,lựachọnnguồnngunli ệuchính,kếthợpvớiv i ệctham
khảoc á c thơngs ốcơngngh ệđãđượccáchãngnướcn gồ i sửdụngtrongviệct
ổnghợpthànhcơngsảnphẩmphinlọcxỉđúcgangvàthépnóngchảãthương
phẩmhóa.
- Trêncơsởnghiêncứuthựcnghiệmphịngthínghiệmvớicácmẫunhỏ,k i ểmng
hiệmcácthơngs ốkỹthuật,x á c địnhc á c thơngs ốcơngn g h ệt ốiưucủaphốiliệ
ulựachọn,lựachọnphốiliệutốiưu.
- Xâydựngquytrìnhcơngnghệsảnxuấtsảnphẩmphinlọcxỉkimloạinóngchả
y.Thửn g h i ệms ảnp h ẩmt r o n g đ iềukiệnthựct ếsảnxuất.ð ánhgiácácthơ
ngsốcơngnghệ,kếthợpvớiviệcđiềuchỉnhtốiưu


cácthơngsốđó,tiếnhànhsảnxuấtthửnghiệmquymơnhỏ.Sảnxuấtp h i n lọcx
ỉchocácsảnphẩmđúcgangvàthép.
Thiếtbịthựcnghiệm:
- Thiếtbịđậpnghiềnvàgiacơngngunliệu.
- Thiếtbịsấyvànungmẫuthửnghiệmnhiệtđộcao.
- Thiếtbịkiểmđịnhcườngđộkhánguốn,khángnénvạnnăng.
- Thiếtbịphântíchthànhphầnhóatheophươngphápquangphổ.
- Thiếtbịphântíchthànhphầnhạttheophươngpháplaservàsàngtiêuc h u ẩn.
- Thiếtb ịphântíchthànhphầnphakhốngtheophươngphápnhiễux ạx-ray.
- Cácthiếtbịkhuấy,trộnvàphụtrợ.

PHẦNIIITH
ỰCNGHIỆM

1. Ngunliệu:
Ngunl i ệuchoqt r ì n h tổnghợpp h i n l ọcx ỉchokiml o ạinóngc h ảượclựa
chọntrêncơsởđápứngđầủcácchỉtiêucơ,lý,hóa,nhiệtcủasảnp h ẩmtươngđươngn
hậpngoại,xétđếncảkhảnăngcungcấpổnđịnhvàlâud à i củatừngnhàcungcấpcùngv
ớigiáthànhcủangunliệuvàcướcphívậnchuyểncũngnhưbiểuthuếnhậpkhẩu.
Mặcdùn h ó m nghiêncứ ãcốgắngtìmh i ểu,phânloại,lựachọncácnguồnnguy
ênliệutrongnước,tuynhiêndặcđiểmphânbốtàingun,trữl ượngvàchấtlượngn
gunliệutrongnướchiệntạihầunhưkhơngthểđảmb ảochochấtlượngsảnphẩmtạo
racũngnhưđápứngnhucầuổnđịnhvàlâud àivềc ảsốlượngcũngnhưchấtlượng.G i ải
phápmangtínhk h ảt h i trongt h ờiđiểmhiệntạichonguồnngunli ệulànhậpkhẩut
ừcácnhàphânphốil ớntạiTrungQuốc:
- SạnGreenSiliconCarbideMicropowder#600,hà m lượngt r ê n 98,5%S i C ,
kíchthước≤25µm.ZhengzhouXindaxinScience&TechnologyCo.,Ltd.
- AluminaMicropowder,hàmlượng99.5%,kíchthước≤2µm:ShanghaiYuejia
ngTitaniumChemicalManufacturerCo.,Ltd.
- ZirconiumSilicate,hàmlượng99,5%:SouthAfrica.
- 92/1734Clayball.Doulton&Co.,Ltd.England.
- PolyvinylAlcohol (PVA),CASNo.:9002-895.ZhejiangCathayaInternationalCo.,Ltd.


- Polyurethanefoam10-15ppi.DongguanDihuiFoamSpongeCo.,Ltd.
2. Nghiêncứuthựcnghiệm:
2.1. Chuẩnbịphốiliệu:
Vớiñịnhhướngtổnghợphệvậtl i ệugốmt r ê n c ơs ởSiCliênkếtg ốma lu minum
silicatechịulửa,bềnsốcnhiệt,tăngcườngkhảnăngchốngchịuănmịnvà thẩmthấuc
ủaxỉkimloạinóngchảy,nhómthựchiệnđềtàikếthừan h ữngthànhtựunghiêncứukh
oahọcv ậtliệạtđ ư ợ ctrongt h ờigiangần


đây,thamkhảovàphântíchđốichứngcácchỉtiêuvàthơngsốcơngnghệcủacáchã ng

sảnxuấtnướcngồi,cùngvớiviệctínhtốnlýthuyếtvàlựachọnngunl i ệầucũng
nhưthànhph ầnhóaphốiliệumộtcáchtốiưusaochosảnphẩmthửnghiệmđạtđượcn
hữngchỉtiêucơlýcaonhấtcóthểtrongđiềuk i ệncơngnghệhiệncó,đápứngcácđịihỏi
khắtkhecủathựctếsảnxuấttạic á c cơsở.
Thơngquavi ệckhảosátcácc h ỉtiê u cơ,lý,hóa,nhiệtc ủas ảnp h ẩmđốic h ứngnh
ậpngoại,sosánhvớiđiềukiệnsửdụngthựctế,nhómthựchiệnđềt à i sơbộrútrịnhhư
ớngsau:
- Tỷl ệv à hàml ượngS i C cótrongthànhphầnphốiliệug ốms ẽquyếtđ ị nhdảinh
iệtđộlàmviệcổnđịnhvàtăngcườngkhảnăngchốngchịuă nmịn,xâm
thựccủaxỉkim loạinóngchảy.
- Hàml ượngsétkếtdínhsửd ụngtrongthànhphầnphốiliệuvớimụcđ íchtạophal
iênkếtgốmaluminumsilicatetáikếttinhliênkếtbaobọcSiCn h ằmt ăngcường
cườngđ ộ c ơhọcc ủav ậtliệu,đ ồ ngthờig i ảmthi ểumứcđộoxyhóavàpháhủy
SiC.
- Alumiavàzirconsửdụngtrongthànhphầnphốiliệuvớimụcđíchtổnghợpphati
nh thểmullite,mullitezirconiathứsinh,kếthợpvớisétkếtd í n h tạophaliênkếtpháttriểncườngđộc
hohệvậtliệu.
- Dolượngs é t k ếtdínhs ửdụngtrongphốil i ệuvớitỷl ệthấp,độlinhđộngcủah ồ
phốiliệutươngđ ố ithấp,cườngđ ộ cơh ọcv à k h ảnăngbámdínhhồphốiliệuv
àobềmặtv ậtliệuxốppolyurethanethấp,việcsửdụngPVAkhơngnằmngồim
ụcđíchtăngcườngcườngđộcơhọcvàbám
dínhchophốiliệuhồ,tăngđộlinhđộnghồphốiliệu.
- Dungdịchpotasiums i l i c a t e 30%đượcsửdụngđ ể ñiềuc h ỉñ ộ linh
ñộngcủahồphốiliệu.
Phốiliệun g h i ê n cứus ửdụngSiC(ZhengzhouXindaxin)vớitỷl ệdaộngt ừ60
75%đượccânđ ị nhlượng,bổxungđ ấ tsétkếtdính(Doulton),alumina(ShanghaiYue
jiang)vàzircon(SouthAfrica)tùytheotừngbài.PVA(ZhejiangCathaya)vàdungdịc
hđiệngiảipotassiumsilicate(Việtnam)đượcđ ư avàolầnlượtvớitỷlệ2,5%và0,5%
chotấtcảcácbàiphốiliệu.

Phốiliệịnhlượngđượcđiềuchỉnhlượngnướcchếnđộẩm3133%vànghiềnmịntrongmáynghiềnbivớitỷlệbi/liệu=1/1trong8h.
Hồphốiliệunhậnđượccóđộnhớtdaộngtrongkhoảng34-36s/
3

100mlhồ,tỷtrọnghồ1,93-1,96g/cm .
Xốppolyurethane(DongguanDihui)75x75x25mmc ó mậtđộlỗ10ppi
đượcsửdụngđểtạocấutrúclỗxốpbachiềuchophinlọcgốm.
CấutrúcliênkếtchéobachiềiểnhìnhcủaxốpPolyurethane.

Sảnphẩm

phinlọcxỉmộcđượctạohìnhbằngphươngphápnhúnglầnlượtt ừ2-

3lầntronghồphốiliệu.Trọnglượnghồbámdínhtrênbềmặttấmxốpsẽquyếtđịnhkícht
hướclỗxốpvàđộxốphởcủaphinlọcxỉ.
Phinlọcxỉmộcđượcsấykhơtạinhiệtđộtừ1000

110 Cvànungtronglịđ iệncựcSiCtrongkhoảngnhiệtđộtừ13600

0

1430 C.Tốcđ ộ nângnhiệt100 C/h,lưu1htạinhiệtđộmax.
Sảnphẩmmẫuthu đượcsaunungđượckiểmtravàđánhgiácácchỉtiêuc ơ,lý,h
óa,độbềnthấmxỉvàđộchịulửa.
Bảng6:Tỷlệphốiliệuvậtliệugốmchếtạophinlọcxỉ:
Ngunliệu[%]

FS-60

FS-65

FS-70

FS-75

SiC

60

65

70

75

SétDoulton

17

12

7

7

Aluminahoạttính

15

15

15

10

ZirconiumSilicate

8

8

8

8


Bảng7:Thànhphầnhóaphốiliệugốmchếtạophinlọcxỉ:
Thànhphần[%]

FS-60

FS-65

FS-70

FS-75

SiO2

16,00

10,40

7,41

7,34

Al2O3

17,17

17,40

16,39

11,27

Fe2O3

0,13

0,11

0,10

0,1

CaO

0,04

0,03

0,05

0,04

MgO

0,03

0,02

0,02

0,02

K2O

0,17

0,16

0,15

0,15

Na2O

0,04

0,04

0,03

0,03

TiO2

0,01

0,01

0,01

0,01

ZrO2

4,56

4,67

4,64

4,60

SiC

61,85

67,16

71,20

76,44

2.2. Ảnhhưởngcủộlinhđộhồphốiliệếnkhảnăngtạohình:
Hồphốiliệutrêncơs ởn ềnSiCl i ê n kếtg ốma l u m i n u m s i l i c a t e ñượcc h u
ẩnbịtrongmáynghiềnbivớiñ ộ ẩmtừ31-33%trong8h.Tỷlệbi/
liệu=1/1.PVA2,5%ñượ cbổxungnhằmhỗtrợkhảnănglưubiến,chốngl ắngvàtăng
cườngcườngđộphốiliệumộcbám
dínhtrênbềmặtxốppolyurethane.Dungdịchpotassiumsilicate5‰đư ợ csửdụngđ ể
điềuchỉnhđộlinhđộngcủahồphốiliệugốmSiC.
Xốppolyurethanesửdụngchochếtạothửnghiệmphinlọcxỉcócấutrúck ếnhxốp
hởbachiềuliênkếtchéo,kíchthước75x75x25mm,mậtđộ10ppi.
Trọnglượnghồphốiliệubámdínhtrênbềmặtmẫusaukhisấykhơđượck i ểmt r a
v à khốngchếtronggiớih ạntừ80-81g/
mẫun h ằmc h ếtạov ậtliệup h i n l ọcx ỉc ó đ ộ xốph ởtrungbìnhđồngđ ề ukhoảng8 0
% , khốilượngt h ểtíchphinlọcxỉcấutrúclỗxốphởcómậtđộ10ppiđạtkhoảng0,55g/
3

cm .
ðộn h ớtv à tỷt r ọngh ồp h ốil i ệuñượck i ểmt r a b ằngviscometter100mltiêuchu
ẩn.Ảnhhưởngcủộẩmđếnkhảnănglinhđộngcủahồvàcườngđộphốiliệumộcbámd
ínhlênvậtliệuxốppolyurethane,trọnglượngphốiliệuvàmứcđộđồngđềucủaphốili
ệukhibámdínhtrênbềmặtxốpđượcnghiênc ứuvàđánhgiákếtquả.

Bảng8:Ảnhhưởngtínhchấthồphốiliệếnkhảnăngtạohình.
ðộẩmtươngđối:28%

FS-60

FS-65

FS-70

FS-75

ðộnhớthồphối liệu[s]

47

47

45

44

2,11

2,11

2,14

2,14

36

35

34

34

1,93

1,93

1,96

1,96

31

30

29

29

1,90

1,91

1,92

1,92

3

Tỷtrọnghồphốiliệu[g/cm ]

ðộnhớthồphối liệu[s]
3

Tỷtrọnghồphốiliệu[g/cm ]

ðộnhớthồphối liệu[s]
3

Tỷtrọnghồphốiliệu[g/cm ]

ðộlinhđộngcủahồphốiliệucóảnhhưởngrấtlớnđếntốcđộbámdính,độdàymỗi
lớph ồp h ốiliệut r ê n b ềmặtx ốpsaumỗilầnnhúngtrongdungdịchhuyềnphùphốiliệ
ugốm.ðộnhớtnàychịuảnhhưởngcủañộẩmtươngñốicủaphốil i ệuhồ,hàmlượngPV
Ab ổx u n g v à tỷlệdungd ịchñiệngiảipotassiumsilicate.
VớicùnghàmlượngPVAvàñiệngiảipotassiumsilicate,ñộnhớtcủahồphốiliệuc
hịuảnhhưởngkhánhiềuvàoñộẩmtươngñốicủahuyềnphù.Khiñộẩmp h ốiliệuhồn ằ
mt r o n g dảidưới2 8 % , ñộnhớtc ủatấtc ảc á c bàihồphốiliệuñềunằmởgiátrịkhácaot
ừ4447s.Trongtrườnghợpnày,mẫuxốppolyurethanechỉcầnd u y nhấtmộtl ầnnhúngtron
gph ốiliệuh ồl à đạ tđượctrọnglượng80-81g/
mẫu,trọnglượngtínhtốnkhốngchế.Tuynhiên,mứcđộbámdínhcủahồtrêntồnbộ
bềmặtxốpkhơngđều,cườngđộcơhọccủahồbámdínhsausấykhơngcaodẫnđếntìnhtr
ạngkhuyếttật,đứtgãycácliênkếtc h é o trongcấutrúccủaphinlọcxỉ.
Ngượclại,trườnghợpđộẩmc ủaphốiliệuhồvượtt r ê n mức36%.ðộ
nhớthồkhánhỏvà nằmtrongkhoảng29-31s,hồlinhđộngvà lỗng.ðểđạt