泡沫陶瓷，泡沫陶瓷过滤器，其生产方法和用途与流程

1.本发明总体涉及泡沫陶瓷和包括这种泡沫陶瓷的过滤器，以及用于生产泡沫陶瓷和包括或由这种泡沫陶瓷制成的过滤器的方法。另一个方面涉及泡沫陶瓷和包括或由这种泡沫陶瓷制成的过滤器的用途。


背景技术：

2.例如，泡沫陶瓷被用作过滤熔融金属的过滤材料。尤其长久以来已知的是，包括al2o3的泡沫陶瓷被用于过滤有色金属的熔体，如铝或铝合金。
3.在本发明的范围内，陶瓷通常被理解为无机、非金属、多晶体材料。陶瓷通常是在包括以下步骤的方法中获得或在该方法中生产的：提供包括粉状无机材料的原料混合物，形成通常水性的浆(或悬浮体或悬浮液)，形成坯体并烧制坯体。烧制坯体从而形成陶瓷材料通常包括烧结过程。在这种情况下，陶瓷可以以这样的方式构造，即它们包括基础材料，其构成陶瓷的主要部分，即至少50重量％，尤其是至少60重量％，并通常由颗粒组成或包括颗粒，例如晶粒或晶体或微晶，或者晶体或微晶的集合体，例如al2o3，如α-al2o3，刚玉。除了基础材料之外，陶瓷还可以包括另外的相，其至少部分地包围基础材料的各个颗粒并将其彼此连接。陶瓷的基础材料的颗粒被嵌入另外的相中，该另外的相在本公开的范围内被称为基质。基质尤其可以包括粘结剂或粘合剂或形成为粘结剂或粘合剂。基质一般包括至少一种粘结剂。然而，基质一般也可能包括粘合剂的混合物。基质在此也可以形成为粘结剂，甚至由粘结剂组成。然而，基质除粘结剂之外也可能包括基础材料的组分，例如以部分融化并纳入基质的基础材料的形式。
4.在本发明的范围内，粘结剂或粘合剂被理解为物质混合物中的一种物质，其在物质混合物的其他成分的界面处，在此例如在基础材料晶粒的相界或晶界处形成与该成分的粘结，从而能够例如通过粘附和/或内聚力将这些成分，在此例如基础材料的晶粒彼此连接和/或交联。
5.在本发明的范围内，泡沫陶瓷被理解为具有泡沫状结构的陶瓷。泡沫陶瓷尤其可以形成为包括开放的、连续的多孔性，从而使流体材料可以从由这种泡沫陶瓷制成或包括这种泡沫陶瓷的物体的第一侧通过泡沫陶瓷的孔隙到达该物体的第二侧，优选是该物体的与第一侧相对的一侧。这种泡沫陶瓷和相应的这种泡沫也被称为“开孔的”。这种泡沫陶瓷可以通过其通常以相对密度给出的密度和孔隙大小来定义。相对密度在此是由泡沫陶瓷的测量密度与没有孔隙的、在固体材料方面组成相同的陶瓷的理论密度之比给出的。泡沫陶瓷的典型测量密度可以为0.25到0.50g/cm3。泡沫陶瓷的孔隙大小通常是指基于长度的孔隙数量，例如，每厘米的孔隙或ppi(每英寸的孔隙)。这个数值越大，孔隙就越小。
6.泡沫陶瓷长久以来用于熔融的铝或铝合金的过滤，其包括氧化铝和磷酸铝作为组分。在这种情况下，磷酸铝作为粘结剂，其至少部分地包围了基础材料的氧化铝颗粒，并将它们结合在一起，因此，这种泡沫陶瓷也可以被描述为包括含通常呈α-al2o3、例如煅烧的α-al2o3形式的结晶氧化铝的核心或基础材料，以及包括含有含磷酸盐的粘结剂或含磷酸盐的
粘合剂的基质，其中该基质，即这里包括磷酸盐的基质，至少部分包围核心或基础材料或形成该材料、或由该材料包围的晶粒，并将它们彼此粘合在一起。因此基质在这里包括至少一种包含磷酸盐的粘结剂。这样的泡沫陶瓷也被称为磷酸盐粘合的泡沫陶瓷或磷酸盐粘合的氧化铝基泡沫陶瓷。在磷酸盐粘合的泡沫陶瓷中，通常在浆液中加入磷酸二氢一铝al(h2po4)3，其在陶瓷被烧制时转化为磷酸铝alpo4。
7.虽然这种泡沫陶瓷和由这种磷酸盐粘合的泡沫陶瓷制成或包含这种磷酸盐粘合的泡沫陶瓷的过滤器已经在市场上存在了很多年，但它们有一些缺点。例如不利的是，陶瓷材料的热膨胀系数通常相当高，大约在8.5*10-6
/k和8.9*10-6
/k之间，再加上高弹性模量和仅有的低热导率以及由此产生的低热冲击阻力。由于过滤材料的多孔、部分无定形和/或多晶体结构，过滤材料的导热性非常难以测量。在过滤过程中，磷酸盐基质也会被熔体侵蚀，使得泡沫陶瓷的机械强度进一步降低。此外，在作为过滤材料使用后，这种泡沫陶瓷中也会产生或可能产生单磷烷，这是一种有毒气体，对处理使用过的过滤器来说特别有问题。另外，对于传统的泡沫陶瓷，经常会出现颗粒排出，这也被称为“雪花”或“粉化”，或者通常被称为雪化。根据所使用的粘结剂类型，在重约3.3kg至4.0kg的17”过滤器中可能会出现高达1.2克的颗粒排出，这相当于因雪化或粉化造成的0.36
‰
的材料损失。即使乍一看这只是过滤材料的少量损失，但这是非常不利的，因为这些排出的颗粒例如也可以进入铸件，然后在性能上对其产生不利影响。
8.在轻金属铸造中，例如在铝铸件的生产中，另一个常见的问题尤其是铝铸件中出现的孔隙。这些通常是由于氢气造成的，而氢气是铝熔体中唯一可溶解的气体。研究表明，过滤材料的选择可以影响并目的性减少孔隙的形成。例如，等人(erzmetall 71(2019),第32页以后)描述了与纯al2o3过滤材料相比，通过包含15重量％锂辉石lialsi2o6和85重量％al2o3的混合氧化物陶瓷的过滤器可以减少空隙的形成。这归因于lialh4的形成，使得至少可以减少导致孔隙形成的气态氢的形成。
9.然而，由等人提出的含有锂辉石的过滤材料是不利的，因为在锂辉石中，在生产大尺寸泡沫陶瓷时发生相变。这导致泡沫陶瓷烧制后形成裂缝。此外，与al2o3相比，锂辉石的热膨胀系数很低。由于这种低膨胀相与al2o3之间的热膨胀系数不同，材料中会出现热机械应力，最终会导致过滤器因断裂而出现机械失效。
10.此外，还提出了各种泡沫陶瓷作为已知磷酸盐粘合泡沫陶瓷的替代物。例如，美国专利文件us 8,518,528 b2说明了一种用作过滤材料的泡沫陶瓷，例如用于铝铸件，其中该泡沫陶瓷包括含有硅酸铝的核心或基础材料，即al2sio5，尤其是蓝晶石，以及围绕该核心或基础材料的含有氧化硼的玻璃体材料。玻璃体材料至少部分地围绕着基础材料的晶粒，并将它们结合在一起，尤其是以连续、连贯的材料的形式。氢气导致的孔隙形成问题没有得到解决，但通过这种方式，至少可以实现过滤材料较好的环境兼容性，因为从处理和环境的角度看不利的磷酸盐被免除了。然而，这些过滤材料也显示出明显的粉化/雪化现象。尤其是，根据us 8,518,528 b2的泡沫陶瓷和传统的磷酸盐粘合的泡沫陶瓷的比较表明，其颗粒排出明显更多。例如，在一项试验中显示，由根据us 8,518,528 b2的泡沫陶瓷制成的17”过滤器的颗粒排出量为1.2g。另一方面，由磷酸盐粘合的泡沫陶瓷制成的17”过滤器仅损失0.03g。从过滤材料或泡沫陶瓷中排出颗粒不仅具有干扰性，因为这样一来，铸件就会被颗粒污染，并对铸件的由此产生的性能产生不利影响。颗粒排出也与泡沫陶瓷的强度直接相
关。雪化越少，泡沫陶瓷的强度就越高。氢气排出的问题在实践中得到了解决，例如，通过脱气单元，如chesonis等人在metal quality comparison of alcan compact degasser and snif at alcoa mount holly casthouse的研究中的比较。氢气浓度在此在脱气机前和脱气机后各测定一次。浇铸速度在此约为36kg/小时。在上述研究中确定的开口/出液口(ansicht/taphole)处的氢含量在0.24和0.35ml/100g之间。在脱气机之后，只得到0.14和0.18ml/100g之间的数值。这种方法的缺点是，在铸造过程中还强制需要额外的部件，即脱气机。另外，所获得的铝熔体中的氢气值仍然相对较高，因此，期望最好能进一步降低氢气含量。
11.ep 3 508 461 a1描述了一种泡沫陶瓷，包括al2o3作为基础材料和胶体sio2作为粘结剂。该泡沫陶瓷还可以包括作为进一步粘结剂的硼酸盐玻璃和/或氧化硼。这样，就得到了一种过滤材料，其在过滤含镁合金后对镁的吸收率较低。根据ep 3 508 461 a1，其所说明的泡沫陶瓷材料与以硅酸铝为基础材料成分的过滤器相比，也有较低的颗粒排出倾向。然而，该文件也没有解决由于氢气而在铸件中形成孔隙的问题。此外，由于硅酸盐粘结剂，也可以认为ep 3 508 461a1中说明的泡沫陶瓷的切割行为比已知的磷酸盐粘合的泡沫陶瓷要差。
12.因此，对于在金属铸造中，尤其是在轻金属铸造中，例如在由铝或者包含铝和/或镁的合金的铸造中用作过滤材料的泡沫陶瓷，以及生产这种泡沫陶瓷的工艺存在需求，这种泡沫陶瓷至少可以减少金属铸件中的孔隙形成，并且/或者具有较低的颗粒排出，和/或具有更好的机械强度和/或更好的环境兼容性。此外，还有对用于铸造有色金属的、包括这种泡沫陶瓷的过滤器的需求。


技术实现要素：

13.本发明的目的是提供一种泡沫陶瓷，其至少部分地克服了现有技术的问题。其他方面涉及提供包括这种泡沫陶瓷的过滤器以及用于这种泡沫陶瓷的制造方法，以及总体上泡沫陶瓷的用途。
14.该目的由独立权利要求的主题来解决。特殊的或优选的实施形式可以在从属权利要求和进一步的公开中找到。
15.因此，本发明涉及一种泡沫陶瓷，其包括含有al2o3和优选li2o的基础材料和含有sio2和/或b2o3和/或p2o5和/或li2o和/或cao的基质，其中优选基础材料和基质的热膨胀系数彼此相差最多6*10-6
/k，优选最多5*10-6
/k，特别优选最多4*10-6
/k，非常特别优选最多3*10-6
/k，并且最特别优选最多2*10-6
/k。
16.这样的设计方案是非常有利的。
17.因为包含al2o3的基底材料通常具有非常好的化学稳定性，尤其是对于泡沫陶瓷适合用作金属铸造的过滤材料的情况而言，例如在轻金属铸造中，如铝熔体或含铝熔体的铸造。众所周知，al2o3，例如以煅烧al2o3的形式，在与铝熔体的接触中具有良好的抗性。基础材料优选是以颗粒相的形式存在。
18.泡沫陶瓷进一步包括含sio2和/或b2o3和/或p2o5和/或li2o和/或cao组成的基质。例如，基质可以包括硅酸作为粘结剂，例如以火成硅酸的形式。然而，基质也可以，甚至可以优选，包括胶体硅溶胶作为粘结剂。在这种情况下，浆液实际上可以特别容易地生产，尤其
是使用如下的硅溶胶，例如以levasil为名销售的硅溶胶，但也包括使用其他商业上可获得的硅溶胶。如上所述的基质设计，尤其是在降低烧制温度方面是有利的，因此从成本和环境的角度来看是有利的。例如，b2o3可以作为一种助熔剂，以降低例如熔化或烧结温度。因此，b2o3是基质的另一个可选成分。然而，基质也可以被设计成替代性地或额外地包括p2o5(所谓的包括磷酸盐的基质)。p2o5是陶瓷，如泡沫陶瓷的粘结剂的已知成分，尤其是作为磷酸铝的成分。这种具有至少部分包括磷酸盐的基质的泡沫陶瓷只有较低的颗粒排出量，因此具有较高的强度。然而，由于从环境和加工安全的角度来看，磷酸盐粘合的陶瓷是不利的，根据一个实施形式，泡沫陶瓷有利地设计成，基质除了p2o5之外还包括其他成分，尤其是sio2和/或b2o3和/或li2o和/或cao。基质的一个特别优选成分可以是li2o。另一种特别优选的基质成分可以是cao。
19.换句话说，根据一个实施形式，提供了一种包括含有al2o3的基础材料和基质的泡沫陶瓷，其中泡沫陶瓷包括li2o。li2o在此可以作为基础材料的组分，也可以作为基质的组分或形成基质的相存在。已经表明，泡沫陶瓷的这种设计令人惊讶地显著提高了泡沫陶瓷的强度。特别是，即使与标准的泡沫陶瓷，即磷酸盐粘合的泡沫陶瓷相比，也可以进一步减少颗粒排出。
20.目前还不清楚这种强度的提高是由于什么原因。可能是li2o作为基质的组分，导致基础材料的颗粒之间有更好的连接，即通过更强的结合提高了材料的内聚力。
21.根据另一个实施形式，提供了一种包括含有al2o3的基础材料和基质的泡沫陶瓷，其中泡沫陶瓷包括cao。基质尤其包括cao。已经表明，在这样的实施方案中也可以实现泡沫陶瓷的特别好的强度。特别是，如果泡沫陶瓷除了包括cao，尤其还包括b2o3和/或sio2，优选b2o3和sio2，就可以实现这一目标。
22.进一步表明，利用泡沫陶瓷的如下设计，即包括含有al2o3和优选li2o的基础材料以及含有sio2和/或b2o3和/或p2o5和/或li2o和/或cao的基质，则可以实现特别均匀的热膨胀系数。尤其似乎可以通过基质中一定含量的cao来实现这种设计。
23.优选的是，基础材料和基质的热膨胀系数彼此最多相差6*10-6
/k，优选最多相差5*10-6
/k，特别优选最多相差4*10-6
/k，最特别优选最多相差3*10-6
/k，最特别优选最多相差2*10-6
/k。这样做的结果是，在基础材料与基质之间的界面上，或者在形成基础材料或被基础材料包围的晶粒与基质之间的界面上，当泡沫陶瓷受到温度负荷时，例如，当包含泡沫陶瓷的金属铸造用过滤器被加热时，形成的热机械应力较小。换句话说，可以以这种方式出乎意料得容易地进一步减少在其他过滤材料中已知的干扰性的颗粒排出。这样做的结果是，当这种泡沫陶瓷被用作过滤材料时，可以得到颗粒输入减少，从而质量改善的金属铸件，尤其是轻金属铸件，如铝或铝合金制成的铸件。
24.换句话说，根据一个实施形式，提供了一种泡沫陶瓷，其中基础材料的热膨胀系数和基质的热膨胀系数是相互协调的，具体而言它们之间的差异非常小。因此，通过这种方式，泡沫陶瓷所产生的热膨胀系数是非常均匀的。
25.在本发明的范围内，热膨胀系数或α被理解为线性热膨胀系数。除非另有明确说明，否则这是在20℃至700℃的温度区间内的平均值。术语α和α
20-700
以及热膨胀系数和线性热膨胀系数在本发明范围内是同义的。给出的数值是名义平均热长度膨胀系数。如果在本发明范围内对玻璃进行测定，则根据iso 7991进行测定。对于陶瓷或泡沫陶瓷，则使用pu条
进行测定，将其浸泡在相应的浆液中，然后进行烧制。烧制后，对陶瓷条进行测量以确定线性热膨胀系数。
26.为了获得特别均匀的泡沫陶瓷热膨胀系数，基础材料和基质的热膨胀系数之间的差异越小越好。尤其是，在测量精度的范围内，基础材料和基质的热膨胀系数有可能是相同的。
27.发明人认为，根据一个实施形式观察到的非常均匀的泡沫陶瓷热膨胀系数可能是由于泡沫陶瓷的有利组成。特别是，泡沫陶瓷中li2o和/或cao的含量在这里可能是有利的。
28.根据一个实施形式，泡沫陶瓷因此包括li2o，其中泡沫陶瓷的li2o含量优选为至少0.3重量％，更优选为最多5重量％，特别优选为最多0.5重量％。一方面，如上所述，已经发现泡沫陶瓷中li2o的含量可以最大限度地减少例如铝铸件或铝合金或含铝合金铸件中的孔隙或气泡的出现。因此，泡沫陶瓷中li2o的含量至少为0.3重量％。因为通过这种方式确保了铸件中的气泡也有明显的减少，从而从有色金属熔体中吸取足够的氢气。然而，泡沫陶瓷中li2o的含量不应过高，因为li2o是一种昂贵的原材料。另外，li2o作为碱性氧化物已知会降低材料的温度稳定性。因此，根据一个实施形式，li2o在泡沫陶瓷中的含量最多为5重量％，优选甚至最多为0.5重量％。然而，令人惊讶地发现，泡沫陶瓷中li2o的含量，不仅可以减少铸件中气泡的形成。而且，泡沫陶瓷的强度也可以以一种非常令人惊讶的方式进一步提高。与已知的固体泡沫陶瓷，如磷酸盐粘合的泡沫陶瓷相比，含li2o的泡沫陶瓷的粉化/雪化的进一步下降，这一事实表明了这一点。因此，甚至有可能获得不包含p2o5的高强度泡沫陶瓷。然而，至少可以通过向泡沫陶瓷中添加li2o来减少泡沫陶瓷的p2o5含量。这一点特别令人惊讶，因为已知的是，含有含li2o的矿物，即锂辉石的泡沫陶瓷可以减少铸件中气泡的形成。然而，与此同时，这种泡沫陶瓷的机械稳定性不够，这是由于在泡沫陶瓷应用的温度范围内锂辉石的相变所致。
29.根据一个实施形式，泡沫陶瓷包括至少0.1重量％的cao，优选最多20重量％的cao，优选最多10重量％的cao，特别优选最多2重量％的cao。这对形成非常坚固的泡沫陶瓷特别有利。
30.根据一个实施形式，泡沫陶瓷包括至少67重量％的al2o3，优选最多95重量％的al2o3。泡沫陶瓷优选包括至少72重量％的al2o3。另一个实施方案设定，泡沫陶瓷包括至少75重量％和最多95重量％的al2o3。al2o3是根据本发明的泡沫陶瓷的基本成分，尤其是基础材料的基本成分。如上面解释的，这是因为al2o3在泡沫陶瓷的典型应用中具有非常好的耐受性，例如过滤熔融金属，如熔融铝，然而，al2o3的比例也不能太高。尤其为了确保泡沫陶瓷有足够的机械强度，需要添加至少一种粘结剂，这种粘结剂由基质包括，并形成用于在烧制过程中将基础材料的晶粒彼此连接。通常，该至少一种的粘结剂包括能够在烧制温度下与基础材料的晶粒形成结合的物质，尤其可以包括至少一种助熔剂，即降低熔化或烧结温度的物质。然而，由于al2o3的熔化温度较高，这并不适合作为助熔剂，因此泡沫陶瓷中al2o3的含量过高是不利的。虽然有可能在很高的烧制温度下获得几乎纯的al2o3陶瓷，但这在经济上是很难实现的，因为高烧制温度也会导致高的制造成本。因此，泡沫陶瓷的al2o3含量优选是受限的，优选不超过95重量％。
31.只要在本发明范围内提到泡沫陶瓷的组成和/或泡沫陶瓷的特定组分和/或特定成分的含量时，总是指泡沫陶瓷的固体含量。因此，对于化学和/或矿物学-晶体学组成的分
别以重量％或体积％表示的数据而言，不考虑孔隙。
32.根据一个实施形式，泡沫陶瓷包含至少5重量％的sio2，优选最多25重量％的sio2，例如最多20重量％的sio2。
33.sio2是一种具有很高耐温性的组分。sio2尤其可以作为粘结剂或粘结剂的一种组分存在，例如，当其以硅酸的形式加入到浆液或悬浮液中时。为了通过充分连接或胶结基础材料的晶粒来确保泡沫陶瓷有足够的机械强度，泡沫陶瓷中sio2的含量不应过低，优选至少5％，最好至少10重量％。然而，泡沫陶瓷中sio2的含量过高也可能是不利的。尤其是，与有色金属熔体接触的sio2有可能受到这些金属的侵蚀，并且至少部分溶解或完全溶解。这可能会导致例如有色金属熔体的污染，因此是不利的。因此，泡沫陶瓷中sio2的含量优选受限的，并且根据一个实施形式，sio2的含量为最多25重量％，例如约20重量％。
34.根据一个实施形式，泡沫陶瓷包括多于15重量％的sio2，尤其是多于18重量％的sio2，优选多于19重量％的sio2，特别优选多于20重量％的sio2。
35.因此，本发明还涉及一种包括含有al2o3的基础材料以及含有sio2的基质的泡沫陶瓷，尤其是根据本发明的一个实施形式的泡沫陶瓷，其中该泡沫陶瓷包括多于15重量％的sio2，尤其是多于18重量％的sio2，优选多于19重量％的sio2，并且特别优选多于20重量％的sio2，并且优选最多25重量％的sio2。
36.根据一个实施形式，泡沫陶瓷包括至少0.1重量％和优选最多5重量％之间的b2o3。b2o3含量的优选范围可以是至少0.3重量％，优选最多1.5重量％。b2o3是一种已知的助熔剂，因此对降低烧结温度是有利的。因此，如果泡沫陶瓷中含有b2o3，则可降低泡沫陶瓷的烧制温度。如果泡沫陶瓷中的b2o3含量为至少0.1重量％，优选至少0.3重量％，特别优选至少为0.5重量％，这可能是有利的。然而，b2o3的含量也不应该太高，因为否则泡沫陶瓷的耐温性会受到很大影响。因此，泡沫陶瓷中的b2o3含量优选是受限的，并且根据一个实施形式优选不超过最多5重量％，优选最多1.5重量％。
37.然而，如果泡沫陶瓷基本上不含硼，也是可能的，而且根据一个实施形式甚至可能是特别优选的。根据本发明，基本不含硼的实施形式是指泡沫陶瓷中的b2o3含量基于重量最多为500ppm(0.05重量％)，优选更少，例如最高300ppm(0.03重量％)，或最高200ppm(0.02重量％)或最高100ppm(0.01重量％)。在这种情况下，b2o3是作为一种痕量成分存在的。
38.泡沫陶瓷的这样一个设计方案是可能的，例如通过不添加含b2o3的起始材料，例如硼酸盐玻璃、氧化硼和/或硼酸的浆液。在这种情况下，含b2o3的起始材料在此通常被理解为那些硼或b2o3在其中作为基本成分存在、即不仅仅是作为痕量和/或作为不可避免的杂质的起始材料。含b2o3的起始材料在此为b2o3的含量超过1重量％的起始材料。
39.b2o3不仅是一种可用于降低烧结温度的助熔剂。而且，其还可以保护可能存在的sio2基质不受铝熔体影响，因此，如果泡沫陶瓷还包括sio2，那么泡沫陶瓷中的b2o3含量就特别有利。替代地，用于生产泡沫陶瓷的浆液包括b2o3也是有利的，尤其是当泡沫陶瓷被设计成包括sio2，而所产生的泡沫陶瓷不一定包括b2o3时。
40.例如，b2o3可以以氧化硼或硼酸的形式被添加到陶瓷粉末中，以生产浆液或悬浮液。然而，这可能是不利的，因为，例如，通过氧化硼b2o3可能会导致硅溶胶凝胶，从而使浆液的流变性不利。因此，如果用其他含有硼的物质代替氧化硼或硼酸作为起始材料可能是有利的，其与上述硼化合物不同，不会在浆液中引起上述不期望的反应，或者如果其会引起反
应，那么程度会小得多。
41.b2o3作为一种助熔剂，并且因此可以降低陶瓷的烧结或烧制温度，这从成本效益的角度来看是有利的，其通常应该是基质的一个成分。然而，令人惊讶的是，已经证明浆液也有可能包括b2o3，但从包括b2o3的浆液中得到的泡沫陶瓷却不包含b2o3。发明人认为，这可能是因为b2o3在这种情况下起到了助熔剂的作用，因此对陶瓷的烧结产生了积极的影响，但随着烧结过程的继续会挥发。这尤其也可能与浆液或泡沫陶瓷的其他组分或成分的反应有关，例如，在包括li2o和b2o3的浆液中形成高挥发性或易溶的硼酸盐。
42.因此，本公开内容还涉及一种泡沫陶瓷，其包括含有al2o3的基础材料和含有sio2的基质，尤其是根据本发明的实施形式的泡沫陶瓷，其中泡沫陶瓷的b2o3含量最多为500ppm，基于重量。
43.根据进一步的实施形式，泡沫陶瓷除了不可避免的痕量不含p2o5。换句话说，根据一个实施形式，其是一种非磷酸盐粘合的泡沫陶瓷。在本发明范围内，不可避免的痕量被理解为泡沫陶瓷中的p2o5含量最多为500ppm p2o5。
44.如上所述，以al2o3为基础材料，以及以磷酸铝，例如正磷酸一铝为粘合剂的磷酸盐粘合泡沫陶瓷是很成熟的材料，例如用于过滤含铝的熔体，并且用这些材料也可以实现泡沫陶瓷的高强度。然而，在过滤这些合金的过程中，可能会形成磷化铝和/或在包含镁的合金熔体的情况下形成磷化镁，其分别在使用后可能会例如与水反应形成单磷烷ph3。为了避免这种有害物质的形成，尤其是在简化处理过滤材料的背景下，将泡沫陶瓷设计成非磷酸盐粘合的泡沫陶瓷因此可以是有利的。
45.根据另一个实施形式，泡沫陶瓷被设计成磷酸盐粘合的泡沫陶瓷，其中泡沫陶瓷的p2o5含量最多为10重量％，优选至少为5重量％。根据一个实施形式，p2o5的含量最多为7重量％，优选至少5重量％。这样，就可以得到一种具有良好强度的泡沫陶瓷，但在这种泡沫陶瓷中，p2o5的含量与传统的泡沫陶瓷相比有所减少，因此，通过这种方式，至少可以减少由于形成单磷酸盐而产生的处理问题。
46.如果泡沫陶瓷仍然包括li2o，尤其是作为基质的成分，这可能是有利的。
47.根据一个实施形式，泡沫陶瓷形成为使得基础材料包括α-al2o3。α-al2o3，刚玉，表现出高耐热性，并且是al2o3最稳定的改性。此外，其可以大量供应，因此从成本的角度以及从良好的可用性背景来看是优选的。α-al2o3优选可以作为煅烧的α-al2o3存在。
48.如上所述，如果泡沫陶瓷被用作铸造有色金属的过滤材料，那么泡沫陶瓷中li2o成分的含量就很有利。因此，例如提出了一种含有锂辉石的泡沫陶瓷。
49.等人认为，氢气在含锂辉石的泡沫陶瓷中的吸收是按照下式进行的：
50.lialsi2o6+4al+4h
→
lialh4+2al2o3+2si
51.换句话说，从纯计算的角度来看，一个公式单位的锂辉石，lialsi2o6可以吸收四个氢原子。lialh4是一种固体反应产物，因此对铸件中孔隙的形成没有贡献。
52.尽管这种对铸件中孔隙形成的有利影响，其中据等人不仅说明，整体孔隙比例减少，而且剩余的孔隙更细，分布更均匀，但进一步的研究表明，在实际应用中不能使用含有锂辉石的泡沫陶瓷。这是因为当陶瓷被烧结时，锂辉石会发生相变。这意味着不可能生产大尺寸的过滤器。这是因为在相变过程中，会出现从3.2g/cm3到2.4g/cm3的体积跃迁。
53.令人惊讶地显示，如果使用其他含锂起始材料，即尤其是在制造温度下，即在泡沫陶瓷烧结过程中不表现出相跃的含锂起始材料，和/或不形成为含锂链硅酸盐的含锂起始材料，则可以避免这种负面效应。
54.合适的含锂起始材料例如包括，含锂岛状硅酸盐，如锂霞石，或含锂层状硅酸盐，如透锂长石，或优选无机非硅酸盐锂化合物，例如包括氧化锂和至少一种另外的金属氧化物的混合氧化物，如锂-铝尖晶石，或含锂盐，如碳酸锂。然而，含锂的起始材料也有可能以无定形材料的形式存在，例如作为含锂的熔剂，例如作为含锂的玻璃熔剂或作为含锂的玻璃料，其中玻璃也可以形成为硅酸盐玻璃，例如也可以形成为硼硅酸盐玻璃。优选以这样的方式形成含锂起始材料，即除了不可避免的痕量外其不含氟，即含量基于重量最多为500ppm，优选更少。
55.这是令人惊讶的，因为这些材料，例如含锂的层状硅酸盐，如鳞片岩k(li,al)3[(f,oh)2](si,al)4o
10
，或透锂长石lialsi4o
10
，具有层状结构，并且已知能够由sio4
4-四面体的角结合产生的硅酸盐阴离子的各个层之间夹带分子，并且具有非常好的膨胀能力。因此认为使用这种含锂的层状硅酸盐对泡沫陶瓷的稳定性是不利的，尤其是在泡沫陶瓷的烧制时会因水的排出而导致陶瓷的断裂。
[0056]
此外，使用例如透锂长石作为锂源的吸收氢气的反应方程，与针对锂辉石产生的反应相比更加不利。对于透锂长石来说，这个反应的计算结果是：
[0057]
3lialsi4o
10
+20al+12h
→
3lialh4+10al2o3+12si。
[0058]
因此，纯计算来看，对于含锂矿物，在此为透锂长石的一个公式单位而言，4个公式单位的氢可以被结合。然而，就产生的副产品而言，该反应方程不太有利。这是因为该反应方程显示，在这个反应中，一个公式单位的透锂长石要消耗超过6个公式单位的金属铝，而在与锂辉石的相应反应中只消耗4个公式单位。此外，释放的金属硅也是两倍。
[0059]
据初步估计，与鳞片状颗石的相应反应似乎更加关键，因为在这里，钾可能在反应过程中进入熔体并污染熔体。特别是鳞片岩的氟含量在这里也是不利的。
[0060]
然而，在实际试验中出人意料地显示，尽管使用含锂的层状硅酸盐作为生产泡沫陶瓷的起始材料，并作为基础材料的成分，上述困难实际上都没有发生。发明人认为，这是因为只有一小部分的锂可用于吸收反应，尤其是位于泡沫陶瓷界面的锂。尤其是，所使用的含锂相的确切种类，尤其是所使用的晶相或矿物的确切种类，对lialh4的形成机制可能不太重要。发明人认为，这可能是由于在烧制过程中，至少有一部分相对具有移动性的锂从基础材料的晶相转移到基质中。
[0061]
因此有利地，除了含锂的层状硅酸盐，如尤其是透锂长石，也可以使用其他不形成含锂链硅酸盐的含锂起始材料，例如可以作为助熔剂的材料，如包含氧化锂的盐，或混合氧化物，如铝酸锂。有利的是，这里也没有形成含锂的结晶相，或者说没有含锂的结晶相可以被检测出来。相反，在这种情况下，锂似乎尤其形成为至少部分地围绕着基础材料颗粒的基质的一个组分。然而，也有可能锂至少部分以混晶的形式存在，并因此也可能是基础材料的一个组分。
[0062]
根据一个实施形式，基质至少部分是玻璃状的。
[0063]
基质的玻璃状形成可以理解为基质形成为无定形的，优选通过至少部分完成的熔化过程获得。
[0064]
基质这种至少部分玻璃状的构成可以是特别有利的。一方面，在至少一个粘结剂相的至少部分熔化时可以使基础材料的晶粒得到特别好的润湿。另一方面，玻璃通常没有任何内部结构，如晶界，在此处可以发生例如腐蚀性物质的渗透。换句话说，基质的至少部分玻璃状的形成导致泡沫陶瓷作为一个整体变得更加稳定。一方面，基质的至少部分玻璃状的形成导致基础材料更好地结合，即增加其内聚力。另一方面，由于形成了至少部分玻璃状的基质，腐蚀侵蚀减少了，该基质优选对与之接触的材料是惰性的，如液态有色金属和此类熔体的进一步成分或组分，如腐蚀性气体，因为这因缺乏界面而至少阻碍了腐蚀介质到基础材料中的进入。
[0065]
根据一个优选的实施形式，基质包括li2o。这样的设计方案是有利的，因为通过这种方式，在泡沫陶瓷和与之接触的金属熔体，优选有色金属，尤其是铝或铝合金的熔体之间的界面上，就有了可用于氢气吸收的锂。
[0066]
根据一个实施形式，基质包括含锂硅酸盐玻璃和/或含锂硼酸盐玻璃，优选含锂硼硅酸盐玻璃。这样的设计方案特别有利，因为这样不仅可以确保基质的玻璃状形成的优势和泡沫陶瓷界面上的锂的可用性，在此处其可以与可能的含氢金属熔体接触。此外，这样的设计方案在形成基础材料和基质的热膨胀系数相协调的泡沫陶瓷方面也是特别有利的。因此，硅酸盐和/或硼酸盐玻璃以及硼硅酸盐玻璃的热膨胀系数可以通过碱含量，例如玻璃中的氧化锂含量来改变，并且可以达到10*10-6
/k以上。然而，这也能够实现选择玻璃相的组成，这种玻璃相的热膨胀系数可以与基础材料的热膨胀系数或与基础材料所包含的材料，在这种情况下尤其是al2o3的一个或多个热膨胀系数相匹配或与其相协调。由于二元碱硅酸盐玻璃，如纯硅酸锂玻璃，通常只有很差的耐化学性，因此，在玻璃中加入氧化硼b2o3作为进一步的组分以增加化学稳定性是有利的。通过这种方式，陶瓷的烧制温度也可以有利地降低。
[0067]
根据另一个实施方案，泡沫陶瓷包括以下成分，单位为基于氧化物的重量％：
[0068]
al2o
3 67至95，特别是75至95
[0069]
li2o 0至5，优选0.3-5，优选0.3至0.5
[0070]
sio
2 0至25，优选5至25，优选10至25
[0071]
b2o
3 0至5，优选0.1至5，优选0.3至1.5和/或
[0072]
其中b2o3的含量基于重量最多为500ppm
[0073]
cao 0至20，优选0.1至20，优选0.1至10，特别是优选0.1至2
[0074]
p2o
5 0至10，优选最多10重量％，特别是优选最多7重量％，
[0075]
非常特别是优选最多5重量％。
[0076]
根据另一个实施形式，泡沫陶瓷包括以下组分，单位为基于氧化物的重量％：
[0077]
al2o
3 75至95
[0078]
li2o 0至5，优选0.3-5，更优选0.3至0.5
[0079]
sio
2 0至25，优选5至25，优选10至25
[0080]
b2o
3 0至5，优选0.1至5，优选0.3至1.5和/或
[0081]
其中b2o3的含量基于重量最多为500ppm
[0082]
cao 0至20，优选0.1至20，优选0.1至10，特别是优选0.1至2
[0083]
p2o
5 0至10，优选最多10重量％，特别优选最多7重量％，
[0084]
并且非常特别优选最多5重量％。
[0085]
因此，在本发明的范围内，组分的数值涉及材料的化学组成。因此，在本发明的范围内，如果泡沫陶瓷包括例如90重量％的al2o3，这被理解为涉及泡沫陶瓷的氧化铝总含量。在这种情况下，泡沫陶瓷中的al2o3可以包括al2o3的形式和其他化合物的形式，例如硅酸铝的形式。
[0086]
根据另一个实施形式，泡沫陶瓷包括以下成分，单位是体积％，基于固体份额：
[0087]
α-al2o3(刚玉)85至95
[0088]
石英
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
0.8至2
[0089]
赤铁矿
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
0至2。
[0090]
除上述成分外，泡沫陶瓷还可包括进一步的结晶相，例如alpo4。根据一个实施形式，泡沫陶瓷包括结晶形式的alpo4，其中泡沫陶瓷中结晶alpo4的含量优选为至少3.5体积％，优选不超过9体积％，特别优选不超过8体积％，非常特别优选不超过7.5体积％。
[0091]
已经显示，这样的实施方案是非常有利的。
[0092]
刚玉是根据本实施形式的泡沫陶瓷的主要成分，使得这种泡沫陶瓷具有非常好的耐化学性，尤其是在铝铸造中作为过滤材料使用。
[0093]
此外，根据本实施形式的泡沫陶瓷还包括石英，尤其是深层石英，其含量为0.8体积％至最多2体积％，以及选择性的方石英，其中泡沫陶瓷的方石英含量有限，优选为最多2体积％。这是有利的，因为方石英的热膨胀系数又明显大于晶体石英的热膨胀系数，并且在方石英的情况下，正是在200℃和300℃之间的范围内出现热膨胀的明显增加。在这个温度范围内，石英的热膨胀率较低，但例如明显大于无定形sio2(硅酸)。石英的热膨胀系数通常被认为大于10*10-6
/k，例如在12至16*10-6
/k之间。这已经明显大于刚玉的热膨胀系数，后者约为8*10-6
/k。发明人认为，与石英相比刚玉具有更大的热膨胀系数可能导致基础材料和基质的热膨胀系数相差悬殊，这可能导致泡沫陶瓷的强度降低，例如在所谓的粉化/雪化中所显示的。
[0094]
例如已经显示出，正如接下来借助图1至图3中选定的泡沫陶瓷的衍射图还要解释的那样，在普通磷酸盐粘合的泡沫陶瓷中，存在着比石英更多的方石英。换句话说，在基质中，高延伸率的材料占主导地位。尽管传统的泡沫陶瓷已经相当坚固，但仍然有一定的颗粒排出。这一点至少可以用根据本发明的实施形式的泡沫陶瓷来减少。
[0095]
相比之下，硅酸盐粘合的泡沫陶瓷，其相含量在图2中举例说明，其显示出与方石英相比明显增加的石英比例。然而，这种泡沫陶瓷只包括非常少的刚玉，并且尤其是蓝晶石和硼莫来石作为主要晶相。从泡沫陶瓷对铝熔体等的化学耐性来看，这是很不利的。由于使用二氧化硅作为原料，同时考虑到高无定形含量(在低2θ值时可见作为升高的背景，也被称为“无定形凸起”)，还可以进一步假设，这里应该存在高比例的无定形sio2。这种材料的热膨胀系数非常低。这些硅酸盐粘合的泡沫陶瓷具有较高的颗粒排出，也就是说，只有较低的强度。据推测，这尤其是或可能是由于基础材料(约7*10-6
/k)和基质(其可能具有高含量的低伸长成分，如无定形sio2)的热膨胀系数的不利比率。
[0096]
在本发明的范围内，泡沫陶瓷的成分被理解为由泡沫陶瓷包含的固相，例如玻璃相或结晶相。
[0097]
根据另一个实施形式，泡沫陶瓷的线性热膨胀系数至少为7*10-6
/k，优选至少为
7.5*10-6
/k，优选最多为9*10-6
/k，优选最多为8.5*10-6
/k。
[0098]
本发明还涉及一种用于生产泡沫陶瓷，优选根据本发明的实施形式的泡沫陶瓷的方法，其包括以下步骤
[0099]-提供一种优选水性的浆液，其包括含有al2o3的起始材料和含有sio2和/或b2o3和/或p2o5和/或li2o和/或cao的起始材料，
[0100]-用浆液浸渍开孔泡沫，尤其是开孔聚合物泡沫，从而获得涂有浆液的泡沫。这可以优选在辊轧机浸渍过程中进行，例如使用结构化辊。这特别有利，因为这样可以有效地实现对泡沫进行特别均匀的浸渍。利用形成陶瓷的材料对泡沫的均匀浸渍在此有利地有助于形成机械稳定的泡沫陶瓷，
[0101]-干燥泡沫，从而获得泡沫陶瓷的生坯。干燥可以在例如100℃左右的高温下进行。因为通过这种方式，浆液中存在的水分可以快速挥发。也可以选择高于100℃的温度，但不能太高，以免塑料泡沫变性。低于140℃的干燥温度在此特别有利，
[0102]-优选对干燥的过滤器坯进行涂层，即在干燥的过滤器坯上喷洒粘稠的可喷涂浆液，
[0103]-优选烧除聚合物泡沫，以及
[0104]-烧结生坯以获得泡沫陶瓷，这可以在850℃和1300℃之间的温度下进行，持续时间优选至少一小时至优选最多四小时。烧灼过程中的加热和冷却时间可以优选分别为至少10分钟和最多100分钟。
[0105]
在本公开的背景下，浆液被理解为包括一种或多种粉状起始材料和液相，尤其是水相的用于生产陶瓷的混合物。浆液也可以被称为浆或悬浮体或悬浮液。
[0106]
在本发明的范围内，生坯被理解为未烧制的坯体。生坯尤其可以理解为通过注浆成型(schlickerguss)获得的、由通过粘结剂粘结的坯体，其中粘结剂尤其也可以是有机粘结剂。
[0107]
硅酸盐玻璃可以理解为通过熔化过程获得的无定形材料，其包括sio2作为成网剂(netzwerkbildner)。
[0108]
硼酸盐玻璃可以理解为通过熔化过程获得的无定形材料，其包括b2o3作为成网剂。
[0109]
通常，包括sio2和b2o3作为成网剂的玻璃被称为硼硅酸盐玻璃(borosilikatg)或硼硅玻璃(borsilikatg)。
[0110]
术语成网剂在本发明范围内以扎哈里阿生(zachariasen)理论意义上理解。
[0111]
根据另一个实施形式，浆液包括硅酸盐玻璃或硼酸盐玻璃料，优选硼硅酸盐玻璃料。
[0112]
这尤其出于以下原因是有利的，因为通过这种方式，b2o3作为泡沫陶瓷的组分，如上所述，降低了烧制温度，但避免了使用可能导致浆液胶凝并从而导致不利的流变学，例如浆液的粘性强烈增加的起始材料。
[0113]
在本发明的范围内，玻璃料被尤其理解为通过熔化过程和最后对液态熔体的淬火以及随后的粉碎过程，例如研磨获得的粉状玻璃材料。这种玻璃粉尤其可以作为粘合剂使用，例如用于搪瓷颜料，或者作为焊料玻璃用于生产待连接组件之间的连接。
[0114]
使用玻璃料作为陶瓷基质的起始材料也可能是有利的，因为通过之前在制造玻璃料时已经进行的工艺已经导致了玻璃料组分在分子水平上的紧密混合，即通过熔化玻璃熔
体的起始材料与随后的熔体精炼和均匀化。换句话说，通过使用玻璃料，例如玻璃熔料，至少可以减少泡沫陶瓷中，例如泡沫陶瓷基质中重大不均匀性的发生。这是因为在玻璃熔体中，在熔化过程中已经出现了用于玻璃生产的配料的各个组分的均匀化和均匀分布。
[0115]
根据进一步的实施形式，该浆液包括含锂的起始材料，优选不是或不包括含锂链硅酸盐的含锂起始材料，尤其是含锂岛状硅酸盐，如锂霞石，或含锂层状硅酸盐，如透锂长石，或尤其是无机非硅酸盐锂化合物，例如，包括氧化锂以及至少一种其他金属氧化物的混合氧化物，例如锂铝尖晶石，或含锂盐、例如碳酸锂，或含锂的熔剂，例如含锂的玻璃熔剂或含锂的玻璃料，其中该玻璃可以形成为硅酸盐玻璃，例如也可以形成为硼硅酸盐玻璃，其中优选的是，含锂的起始材料是这样形成的，即除了不可避免的痕量外不含氟，即基于重量含量最多为500ppm，优选更少，特别优选的是含锂层状硅酸盐和/或含锂玻璃。
[0116]
这对于生产含锂泡沫陶瓷特别有利。优选的是，含锂起始材料形成为层状硅酸盐和/或含锂玻璃。换句话说，如果该浆液包括一种以上的含锂起始材料，也是可能的，甚至可能是优选的。
[0117]
添加含锂起始材料对于生产适合减少有色金属熔体铸件中的气泡的泡沫陶瓷特别有利。
[0118]
在此使用含锂的层状硅酸盐和/或含锂的玻璃是有利的，因为这样可以防止形成在应用温度范围内具有不利的热膨胀系数和/或具有相变的相，例如，锂辉石的形成。通过这种方式，尤其可以减少含锂结晶相的形成。这可以理解为，在x射线衍射图中不能识别出含锂的结晶相。然而，不排除锂至少部分地与泡沫陶瓷所包含的其他结晶相形成混晶。然而，这在衍射图中不可见。然而，发明人认为，锂主要是作为无定形基质的成分而存在的。至少x射线研究表明了这一点，在这些研究中，对组成不同、尤其是与基质有关的组成不同的泡沫陶瓷进行研究并相互比较。例如，虽然传统的磷酸盐粘合的泡沫陶瓷具有非常低的无定形含量，但包含li2o的泡沫陶瓷的无定形含量却增加了。相应的x射线衍射图显示在下面的附图中。
[0119]
根据进一步的实施形式，该浆液不包括含b2o3的起始材料，例如硼酸盐玻璃、氧化硼和/或硼酸。在这种情况下，含b2o3的起始材料通常被理解为其中硼或b2o3作为基本成分、即不仅仅是作为痕量和/或作为不可避免的杂质而存在的起始材料。如果起始材料中b2o3的重量超过1％，则为含b2o3的起始材料。
[0120]
浆液可以包括其他起始材料。
[0121]
为了目的性调整浆液的流变性，浆液例如可以包括一种或多种进一步的物质。例如，浆液可尤其包括粘土矿物，如膨润土，以调整流变性。也可以添加添加剂，如液化剂，以改善浆液的可加工性。这种添加剂是技术人员已知的。其通常形成为有机物，并且在烧制过程中会分解。
[0122]
为了确保生坯有足够的机械稳定性，浆液还可以包括进一步的起始材料，例如有机和/或聚合物粘合剂，这可以确保未烧制的生坯有足够的坯体强度。
[0123]
另外，浆液还可以包括改善浆液加工特性的添加剂，例如消泡剂和/或脱气剂和/或改善固体润湿的添加剂。
[0124]
本发明还涉及一种用于过滤有色金属熔体，尤其是轻金属熔体，优选含铝熔体的过滤器，其包括根据上述实施形式的泡沫陶瓷和/或以根据前述实施形式之一的方法生产
或可生产。
具体实施方式
[0125]
下面通过实例来进一步解释本发明。
[0126]
实例1
[0127]
下表给出了用于生产硅酸盐粘合的泡沫陶瓷的浆液的示例性组成，单位为重量％：
[0128][0129]
硼酸盐玻璃料在此优选具有以下组成，单位为基于氧化物的重量％：
[0130][0131]
然而，玻璃料的其他组成也是可能的。例如，也可以使用不含sio2的玻璃料。然而，这样的例如只包括cao、al2o2和b2o3作为组分的玻璃料，往往具有很强的侵蚀性，因此不能很好地加工。因此，如果硼酸盐玻璃料形成为硅酸盐硼酸盐玻璃料是有利的。这也提高了浆液的可加工性。
[0132]
利用这样的浆液，可以得到具有以下组成的泡沫陶瓷(数据单位为重量％)：
[0133]
主材料54％煅烧矾土(al2o3)副材料20％透锂长石粘合剂9％sio2粘合剂7％硼酸盐玻璃粘合剂6％b2o3流变性添加剂4％膨润土
[0134]
煅烧矾土在化学上以al2o3的形式存在，即作为改性形式刚玉(α-al2o3)。令人惊讶的是，在x射线衍射检查中不再能检测到透锂长石本身的存在。发明人认为，在烧制过程中，透锂长石会以这样的方式转化，即其形成无定形基质的一部分。例如可能以这种方式构成含锂的基质。膨润土在烧制过程中也会转化，并且成为基质的成分。
[0135]
利用根据上述组成的浆液得到的非磷酸盐粘合的发泡陶瓷的以基于氧化物的重量％表示的示例性化学组成如下：
[0136][0137][0138]
组成是通过rfa和icp分析确定的，在经灼热的材料上计算。成分b2o3和li2o的含量是通过icp-oes测定的。
[0139]
在实例1中涉及一种泡沫陶瓷，其是从具有含b2o3的起始材料的浆液得到的，然而，其只含有痕量的b2o3。发明人由此认为，这种组成的泡沫陶瓷也可以由不包含任何含b2o3的起始材料的浆液获得。然而，使用含b2o3的起始材料可能在所产生的发泡陶瓷的组织结构建立和/或制造过程中提供优势。
[0140]
实例2
[0141]
下表给出了用于生产磷酸盐结合的发泡陶瓷的浆液的另一个示例性组成：
[0142][0143]
通过这样的浆液，可以得到具有以下组成的发泡陶瓷：
[0144][0145][0146]
膨润土在此在烧制过程中会发生转变，并与磷酸盐反应，由此形成磷酸铝。同样，在x射线衍射仪中不再能检测到透锂长石本身。
[0147]
利用根据上述组成的浆液得到的发泡陶瓷的以基于氧化物的重量％表示的示例性化学组成如下：
[0148]
组分重量％为单位的含量al2o381.0sio210.9tio20.01fe2o30.14cao0.14k2o0.15mgo0.02mno《0.01na2o0.48
li2o0.54cr2o3《0.01p2o56.54so3《0.01zno0.01zro2《0.01总量100灼热损耗0.14
[0149]
组成是通过rfa确定的，在经灼热的材料上计算。
[0150]
实例3
[0151]
下表给出了根据一个实施形式的另一种泡沫陶瓷的浆液的例子，其包含b2o3、li2o和sio2：
[0152][0153][0154]
利用根据本发明的实施形式的过滤器进行了各种铸造试验，其中也确定了过滤器前后铝熔体中的氢气含量。尤其是，这是用包含锂的过滤器进行的，即设计用于吸收氢气。这种吸收的结果简要地总结
[0155]
如下：
[0156]
在铸造开始时，过滤器前的氢含量为0.502ml/100g铝，过滤箱后为0.321ml/100g铝。在铸造接近结束时，过滤箱前的含量为0.474ml/100g铝，过滤箱后为0.343ml/100g铝。铸造时间约为130分钟，处理量为26kg/分钟。铸造的是铸造合金5083(mg 4.5)。
[0157]
因此，通过设置有锂的过滤器实现的氢气减少与通过脱气机所获得的处于同一数量级(也见上文对chenisola等人的结果的讨论)。
附图说明
[0158]
下面将参照附图进一步解释本发明。图中：
[0159]
图1至3示出了不同泡沫陶瓷的xrd图像，以及
[0160]
图4示出了不同泡沫陶瓷的膨胀计曲线
[0161]
图5示出了泡沫陶瓷的横截面示意图。
[0162]
图1示出了常规磷酸盐结合的泡沫陶瓷的第一张xrd图像。该衍射图的定量评估显示了90.5体积％的α-al2o3(刚玉)、6.4体积％的sio2(方石英)、2.8体积％的alpo4和0.2体积％的sio2(石英)的相含量。无定形材料的相含量在这里非常低，其从2θ到30
°
左右的角度范围内反射x射线处的高背景的形成来估计。
[0163]
图2示出了市场上可买到的一种sio2粘合的过滤材料的xrd图像。评估结果显示，这种材料只包括5.8体积％的刚玉形式的al2o3和0.4体积％的方石英形式的sio2。由于这是一种非磷酸盐粘合的过滤材料，所以也检测不到alpo4。石英形式的sio2含量为6.7体积％，与磷酸盐结合的泡沫陶瓷相比，其含量有所增加。此外，泡沫陶瓷包括34.2体积％的蓝晶石形式的al2sio5，和52.9体积％的假定组成为al
4.5
si
0.9b0.9o9.4
的硼莫利石。除了与传统的磷酸盐粘合的泡沫陶瓷相比非常不同的相含量，而且出现了磷酸盐粘合的泡沫陶瓷中不包含的相，可以注意到无定形材料的含量也明显增加(可见“无定形凸起”，尤其是在16
°
到30
°
2θ的角度范围内)。
[0164]
图3示出了根据本发明的实例2所对应实施形式的泡沫陶瓷的xrd图像。这是一种包括p2o5以及li2o的泡沫陶瓷。衍射图的评估显示了90.4体积％的al2o3、1.6体积％的sio2(方石英)以及6.9体积％的alpo4和1.1体积％的sio2(石英)的相含量。与图1的衍射图相比，在最多30
°
2θ的角度范围内，衍射图的背景略高。因此，这里的无定形相含量比传统的磷酸盐粘合的泡沫陶瓷要高一些。然而，相含量的转变以以下形式显示，即，根据本发明的一个实施形式的材料有较少的蓝晶石，但有稍多的石英和明显更多的结晶alpo4。令人惊讶的是，在衍射图中检测不到含有li2o的结晶相。发明人认为，li2o是作为与传统的磷酸盐粘合的泡沫陶瓷相比增加的无定形相的一个组成部分存在的。这样的过滤材料显示出特别好的强度，尤其例如与传统的磷酸盐粘合的泡沫陶瓷相比，雪化现象再次减少。
[0165]
同样令人惊讶的是，尽管这种材料在晶体学上可以检测到较高的alpo4相含量，但在生产过程中却显示出比传统的磷酸盐结合的过滤材料更小的体积跃迁。这一点尤其令人惊讶，因为这种通常约2-3％的体积跃迁是由于柏林石或alpo4在200℃左右的转化造成的。如从图4中可以看出的，其中示出了传统磷酸盐结合的泡沫陶瓷(对应于图1中表征的泡沫陶瓷)的膨胀仪曲线(根据din 51045-1:2005-08和din 51045-2:2009-04获得，其中这里的加热速率为10k/min，与标准不同)，在这里被标为1.),和根据一个实施形式的泡沫陶瓷，其在相含量方面与图3中表征的发泡陶瓷相对应，这里标为2.)，在大约200℃时的、表明在200℃时发生了相变的体积跃迁在根据一个实施形式的泡沫陶瓷2.)中明显减少。
[0166]
这方面的原因还不完全清楚。然而，发明人认为，这可能是由于尤其基质的化学组成，也可能是由于根据本发明的泡沫陶瓷的基质比传统的磷酸盐结合的泡沫陶瓷具有更大的无定形相含量。然而，似乎不仅仅是无定形相的存在是重要的，合适的化学组成也很重要。这是因为根据实施形式的泡沫陶瓷较低的体积跃迁导致了改善的强度，这也表现在泡沫陶瓷较低的粉化程度等上。虽然图2所示的非磷酸盐粘合的泡沫陶瓷也有无定形相，尤其是比图3或图4的曲线2中的泡沫陶瓷的比例更大。然而，这样的泡沫陶瓷的特点正是强度相当低，这也表现在强烈的颗粒排出上。正是在泡沫陶瓷的适当组成，尤其是基质的适当组成，以及适当的结晶相的产生的共同作用下，才产生了根据实施形式的泡沫陶瓷的有利特性。
[0167]
图5示出了根据一个实施例的泡沫陶瓷3的横截面示意图。泡沫陶瓷3包括固相4和孔隙5。

技术特征：
1.泡沫陶瓷(3)，其包括-含有al2o3和优选li2o的基础材料以及-含有sio2和/或b2o3和/或p2o5和/或li2o和/或cao的基质，其中优选基础材料和基质的热膨胀系数彼此相差最多6*10-6
/k，优选最多5*10-6
/k，特别优选最多4*10-6
/k，非常特别优选最多3*10-6
/k，并且最特别优选最多2*10-6
/k。2.泡沫陶瓷(3)，其包括-含有al2o3的基础材料以及-含有sio2的基质，尤其是根据权利要求1所述的泡沫陶瓷(3)，其中所述泡沫陶瓷(3)包括多于15重量％的sio2，尤其是多于18重量％的sio2，优选多于19重量％的sio2，并且特别优选多于20重量％的sio2，并且优选最多25重量％的sio2。3.泡沫陶瓷(3)，其包括-含有al2o3的基础材料和-含有sio2的基质，尤其是根据权利要求1或2所述的泡沫陶瓷(3)，其中所述泡沫陶瓷(3)的b2o3基于重量的含量最多为500ppm。4.根据权利要求1至3中任意一项所述的泡沫陶瓷(3)，其中所述泡沫陶瓷(3)包括li2o，其中所述泡沫陶瓷(3)的li2o含量优选为至少0.3重量％，更优选为最多5重量％，特别优选为最多0.5重量％。5.根据权利要求1至4中任意一项所述的泡沫陶瓷(3)，包括至少0.1重量％的cao，和优选最多20重量％的cao。6.根据权利要求1至5中任意一项所述的泡沫陶瓷(3)，包括至少67重量％的al2o3，和优选最多95重量％的al2o3。7.根据权利要求1至6中任意一项所述的泡沫陶瓷(3)，包括至少75重量％和优选最多95重量％的al2o3。8.根据权利要求1至7中任意一项所述的泡沫陶瓷(3)，包括至少5重量％的sio2，优选至少10重量％的sio2，优选最多25重量％的sio2。9.根据权利要求1至8中任意一项所述的泡沫陶瓷(3)，包括至少0.1重量％的b2o3和优选最多5重量％的b2o3。10.根据权利要求1至9中任意一项所述的泡沫陶瓷(3)，其中所述泡沫陶瓷(3)除了不可避免的痕量外不含p2o5，或者其中所述泡沫陶瓷(3)被设计成磷酸盐粘合的泡沫陶瓷，其中所述泡沫陶瓷(3)的p2o5含量最多为10重量％，并且优选至少为5重量％，并且其中所述泡沫陶瓷(3)优选包括li2o，尤其作为基质的成分。11.根据权利要求1至10中任意一项所述的泡沫陶瓷(3)，其中所述泡沫陶瓷(3)包括至少0.1重量％的cao，优选最多20重量％的cao。12.根据权利要求1至11中任意一项所述的泡沫陶瓷(3)，其中基础材料包括α-al2o3。13.根据权利要求1至12中任意一项所述的泡沫陶瓷(3)，其中基质至少部分形成为玻
璃状的。14.根据权利要求1至13中任意一项所述的泡沫陶瓷(3)，其中所述基础材料以颗粒形式存在。15.根据权利要求1至14中任意一项所述的泡沫陶瓷(3)，其中基质包括li2o，优选含锂硅酸盐玻璃和/或含锂硼酸盐玻璃，特别优选含锂硼硅酸盐玻璃。16.根据权利要求1至15中任意一项所述的泡沫陶瓷(3)，包括以下组分，单位为重量％：al2o
3 67至95，优选75至95li2o 0至5，优选0.3-5，优选0.3至0.5sio
2 0至25，优选5至25，优选10至25b2o
3 0至5，优选0.1至5，优选0.3至1.5和/或其中b2o3的含量基于重量最多为500ppmcao 0至20，优选0.1至20，优选0.1至10，特别是优选0.1至2p2o
5 0至10，优选最多10重量％，特别是优选最多7重量％，非常特别是优选最多5重量％。17.根据权利要求1至15中任意一项所述的泡沫陶瓷(3)，包括以下成分，单位是体积％，基于固体份额：α-al2o3(刚玉)85至95石英
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0.8至2赤铁矿
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0至2。18.根据权利要求1至17中任意一项所述的泡沫陶瓷(3)，其线性热膨胀系数至少为7*10-6
/k，优选至少为7.5*10-6
/k，优选最多为9*10-6
/k，优选最多为8.5*10-6
/k。19.用于生产泡沫陶瓷(3)，尤其是根据权利要求1至18中任意一项所述的泡沫陶瓷(3)的方法，其包括以下步骤-提供一种优选水性的浆液，其包括含有al2o3的起始材料和含有sio2和/或b2o3和/或p2o5和/或li2o和/或cao的起始材料，-用浆液浸渍开孔泡沫，尤其是开孔聚合物泡沫，从而获得涂有浆液的泡沫，-干燥泡沫，从而获得泡沫陶瓷的生坯，-优选对干燥的过滤器坯进行涂层，即在干燥的过滤器坯上喷洒粘稠的可喷涂浆液，-优选完全烧灼聚合物泡沫，以及-烧结生坯以获得泡沫陶瓷(3)。20.根据权利要求19所述的方法，其中，浆液包括玻璃料，优选硅酸盐玻璃或硼酸盐玻璃料，特别优选硼硅酸盐玻璃料，其中所述玻璃料优选包括li2o作为组分。21.根据权利要求19或20所述的方法，其中所述浆液包括含锂的起始材料，优选不是或不包括含锂链硅酸盐的含锂起始材料，尤其是含锂岛状硅酸盐，如锂霞石，或含锂层状硅酸盐，如透锂长石，或尤其是无机非硅酸盐锂化合物，例如，包括氧化锂以及至少一种其他金属氧化物的混合氧化物，例如锂铝尖晶石，或含锂盐、例如碳酸锂，或含锂的熔剂，例如含锂的玻璃熔剂或含锂的玻璃料，其中所述玻璃能够形成为硅酸盐玻璃，例如也能够形成为硼硅酸盐玻璃，其中优选的是，含锂的起始材料是这样形成的，即除了不可避免的痕量外不含
氟，即基于重量含量最多为500ppm，优选更少，特别优选的是含锂层状硅酸盐和/或含锂玻璃。22.用于过滤有色金属熔体，尤其是轻金属熔体，优选含铝熔体的过滤器，其包括根据权利要求1至18中任意一项所述的泡沫陶瓷和/或以根据权利要求19至21中任意一项所述的方法生产或能够生产。

技术总结
本发明总体涉及泡沫陶瓷(3)和包括这种泡沫陶瓷的过滤器，以及用于生产泡沫陶瓷和包括或由这种泡沫陶瓷制成的过滤器的方法。另一个方面涉及泡沫陶瓷(3)和包括或由这种泡沫陶瓷制成的过滤器的用途。制成的过滤器的用途。


技术研发人员：菲利普
受保护的技术使用者：德拉赫环境技术有限公司
技术研发日：2021.10.20
技术公布日：2023/8/16