Experimental Assessment of the Compression Strength of Conventional Ceramic Foam Filters, at Room Temperature and 730°C

Abstract

Keramiske filtre (CFF) spiller en viktig rolle når aluminium resirkuleres på grunn av at sekundært aluminium ofte inneholder en stor mengde ikke-metalliske partikler som vil redusere de mekaniske egenskapene til produktet. CFF-er er designet for å filtrere ut uønskede partikler, noe som resulterer i et bedre sluttprodukt. Mens de mekaniske egenskapene til keramisk porøse strukturer er godt dokumentert ved romtemperatur, har det i skrivende stund blitt gjort lite til ingen undersøkelser om den mekaniske styrken ved arbeidstemperaturer. Denne oppgaven vil fokusere på den kompressible styrken til forskjellige produsenter ved rom- og arbeidstemperaturer (730°C) med forskjellige holdetider.

Flere analytiske metoder ble brukt for å få en bredere forståelse av de strukturelle egenskapene til CFF-ene. Inkluderte metoder var: geometriske målinger av prøver, lysmikroskopi, skanning elektronmikroskop (SEM), energidispersiv spektroskopi (EDS) og porosimetri med kvikksølv. Av spesiell interesse var hvordan strukturelle egenskaper påvirker styrken i strukturen, som er en viktig parameter når man tester kompresjonsstyrken.

Kompresjonstyrken til konvensjonelle CFF-er fra fire forskjellige produsenter med varierende poretetthet og sammensetning ble målt ved romtemperatur og ved 730°C. Mens prosedyrene for testing av romtemperatur er godt etablert, måtte metoden for kompresjonstesting ved høye temperaturer etableres. Under testing ved romtemperatur lignet filteregenskapene godt på etablerte modeller avhengig av relativ tetthet og tykkelsen til strukturen. Sivex filter uten fosfor ble målt til å ha den høyeste styrken i kompresjon, og Selee hadde den laveste styrken i kompresjon.

Ved testing av kompresjonstyrken ved arbeidstemperaturer, er det generelt en reduksjon i styrke for lengre holdetid. Siden metodene for kompresjonstesting ved høye temperaturer var under utvikling, ble det funnet noen uoverensstemmelser der Lanik og Selee filtrene divergerte fra normen.

Ceramic foam filters (CFFs) play an important part when recycling aluminium due to an often high amount of non-metallic inclusions in secondary aluminium, which will decrease the mechanical properties of the product. CFFs are designed to filter out the unwanted particles resulting in a better end product. While the mechanical properties of ceramic foams are well documented at room temperature, there has been done, at the time of writing, little to no research on the mechanical strength at working temperatures. This thesis will focus on the compressive strength of different manufacturers at room and working temperatures (730°C) with different holding times.

Several analytical methods were used to get a broader understanding of the structural properties of the CFFs. Included methods were: geometric measurements of samples, light microscopy, scanning electron microscopy (SEM), energy dispersive spectroscopy (EDS), and mercury intrusion porosimetry. Of special interest was how structural properties affected the strut strength, which is an important parameter when testing compressive strength.

The compressive strength of conventional CFFs from four different manufacturers with varying pore density and composition was measured at room temperature and at 730°C. While the procedures for room temperature testing is well established, the method for compressive testing at high temperatures had to be established. When testing at room temperatures the filter properties closely resembled established models dependent on relative density and strut thickness. The Sivex non-phosphorous filter was found to have the highest strength, and the Selee filter had the lowest strength.

When testing the compressive strength at working temperatures, there is generally a decrease in strength for longer holding times at working temperature. Since the methods for compression testing at high temperatures was under development, some inconsistencies were found where the filters from Lanik and Selee diverted from the trend.