CN104837584B - 用于制造多孔部件的方法及其部件 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于制造用作为流量限制器的多孔部件（1）的工艺，所述多孔部件（1）的基本理念包括为了获得具有均匀分布的开口孔隙的部件的已经得到改善的金属注射成型工艺。例如，流量限制器包括至少一个具有至少一个限制部分的多孔部件（1），所述限制部分通过孔隙尺寸来调节流动到机械系统中空气静压轴承的气体的流量。本发明还涉及通过粉末注射成型或多种材料部分的粉末注射成型获得的多孔部件（1）的使用和制造，且多孔部件（1）是具有致密层的流量限制器，即，在平行于通过多孔部件的流动应该发生的流动方向的外表面上没有开口孔隙，从而允许在不干扰核心的多空结构（双孔隙度）的情况下将所述多孔部件插入到轴承系统中。

Description

用于制造多孔部件的方法及其部件

本发明涉及一种关于粉末注射模制成型MIM的改进方法，以获得旨在限制及控制机械系统（如封闭式压缩机）的空气静压轴承中气体流体流量分布的多孔部件。

背景技术

目前，使用由电马达驱动的活塞和气缸组是非常普遍的，用在冷却设备的气体压缩机上，所述冷却设备诸如家用、商用和工业用的电冰箱，冷冻机和空气调节器。在这类气体压缩机中，所观察到的技术挑战是要确保活塞和气缸没有直接接触。因此，由于活塞和气缸之间的相对运动，有必要借助于位于活塞气缸组的可动表面之间的流体来支承活塞，以避免可动部件之间的接触及其它们的过早磨损。

通常，为了空气静压轴承有效工作，有必要使用能够限制来自于压缩机中高压区域的压缩流体流量的限制器，以便活塞和气缸之间间隙内的气体压力是较低的并且适于专门应用。换句话说，如文献中公开的，此限制的目的在于允许通过负载损耗和控制来自压缩机中高压区域的压缩气体的流量来减小或控制轴承区域中的压力。为了使限制器的实施方式能提供轴承区域中压力的减少，已经提出多个实施例。例如，美国专利US 6,901,845描述了一种包括多孔介质的限制器，其中多孔带材与压缩环一起使用。该构造类型的缺点是在压缩环生产中需要尺寸精度，这使生产方法更昂贵，由于尺寸精度越高，制造机械构件的成本也越高。另一个美国专利（US 6,293,184）描述了由设置在气缸的外壁上的微通道形成的限制器，其中所述气缸与里面插入有所述气缸的套筒一起形成独立且闭合的通道，从而产生多种限制器。与前述专利的情况类似，该构造类型的缺点是需要套筒生产的精确度，那会使生产成本更昂贵。该技术的另一个缺点来自于由微通道形成的这种类型容易被压缩机中所观察到的粒子或污垢所堵塞；因此需要过滤器以确保流体可免受任何污垢类型地到达限制器，因为污垢将会妨碍设备的正确工作。国际专利申请WO/2008/055809描述了包括设置在产生于激光器应用上的汽缸壁上的微小孔的限制器。而且，微小孔的生产要求高的精确度，这可以防止在市场上压缩机以有竞争的价格加以制造。此外，微小孔也可能被压缩机中所观察到的粒子或污垢所堵塞。因此，仍然没有一种已知的高效的及令人满意的解决办法来为用于气体压缩机的活塞和气缸之间的轴承中的气体流量提供限制，并具有良好的可靠性、性能、应用性同时还有低的成本。因此，本发明阐述了一种满足这一缺陷的解决方法，其在技术上通过使用精制的多孔材料来控制流体流量而变得可行，所述材料可以通过由零件的粉末注射模制成型和烧结技术改造而成的方法路线来生产。

从技术上讲，在工程学中，表达“多孔材料”用在当材料的工程学功能通过自身体积中孔隙的存在而成为可能的时候，其百分比、大小、分布取决于它的专门应用。当某些材料由于它的生产方法具有残余孔隙时，但所述孔隙不需要满足其工程学功能，当他们没有损害应用时，则这些孔隙被认为是可容许的，当他们负面影响了材料预期用途或应用的性能时，则这些孔隙被认为是不期望的。关于孔隙类型，材料可以分类成具有可以用作结构支撑的闭口孔隙的材料、或具有可以主要用于需要输送流体处的开口孔隙的材料；例如，在流量控制、过滤、催化剂支撑、热绝缘及隔音的润滑剂沉积，或者其它情况。用于生产多孔材料的方法限定了他们的特性，诸如（闭口或开口）孔隙、在体积中孔隙的体积百分比、大小与形状、分布上的均匀性和孔隙的互连性。

可以由诸如复制、材料的受控沉积（INCOFOAM）的方法路线通过快速成型技术和诸如包括与（金属或陶瓷）基体粉末混合的牺牲相（造孔剂（space holder））的粉末混合物的烧结的粉末冶金技术来形成具有开口孔隙的结构，其中所述基体粉末在烧结步骤等期间被消除。可以通过具有中空元素的金属基体（“复合泡沫塑料”）、具有发泡剂的合金粉末的混合物的压实、简单倒入容器中的粉末的烧结、在金属铸造中气体的直接注射或在金属铸造中造孔剂的添加等联合起来生产具有闭口孔隙的材料。

多年以来，已经提出多种可替换的工艺方法用于生产多孔材料。然而，对于特殊地预期应用，即，用于封闭式压缩机、多孔部件中空气静压轴承的流体流量控制必须具备低成本；因此，可以通过具有高度自动化水平及易控制的高产能方法以大规模系列等效零件的形式来生产多孔部件。为此，粉末冶金技术是高潜能的处理技术。由于在提出的多孔部件中同时需要高开口孔隙率和高负载损耗，因此需要生成精确的多孔结构，导致需要使用具有窄颗粒大小分布的精细粉末，以便能够在孔隙大小上有窄分布，诸如那些用在粉末冶金学上的可替代技术，称为粉末注射模制成型。该技术，由于使用了非常精细的粉末且窄的大小分布，允许获得总体精确的微结构、包括所有的微结构要素、包括烧结不完全时的孔隙结构；即，经过生坯（green）零件的烧结以足够低的温度进行传导以避免明显的稠化的时候。因此，获得具有高百分比开口孔隙率的多孔部件是可能的，所述开口孔隙是精细的（几微米）、在多孔部件的体积上均匀分布，因而当多孔部件作为流量限制器时，通过所述多孔部件考虑允许流量和负载损耗的精细控制。要重点强调的是，不同于这里说明的应用，即，对于生产多孔体，由于通过使用非常精细的粉末（通常具有大概1到40微米平均大小的粉末，这取决于粉末生产方法）呈现的高烧结性，粉末注射模制成型技术在工程领域被公知为考虑可以允许高密度部件（低残余孔隙率）的技术。通常，在常规条件下实施的粉末注射模制成型，生成具有残余闭口孔隙（未互相连通）的体积百分比低于5%的部件。然而，如本发明所示，通过准确地使用选定的粉末原材料和适当的方法参数，有可能获得具有合适的孔隙度及孔隙大小的烧结的多孔材料，用于生产具有本发明中预期的工程功能的多孔部件；即，用作多孔限制器，其允许精确控制关于设置在封闭式压缩机中汽缸活塞组的空气静压轴承的气体流体流量。

由于将塑料注射模制成型的通用性及产率与金属材料的固有性质相结合，金属注射模制成型（MIM）已经成为极具吸引力的方法。在用于以粉末（诸如陶瓷粉末、复合粉末和近年来的金属粉末）形式作原材料生产材料的技术中，粉末注射模制成型方法（以下称作PIM）变得突出。更具体地，按照传统的应用技术，诸如基体单轴向压制、深拉及粘结，粉末注射模制成型的优点之一是能够生产具有良好自身几何形状的零件。这些零件，当通过其它方法生产时，需要许多额外操作才可获得他们自身的复杂形状。

目前，吸收基于这种模制方法生产的产品的潜在市场基本包括具有较小质量和尺寸及高稠化率且需要大规模生产的零件。换句话说，由通过粉末注射模制成型方法获得的材料和部件服务的主要市场是面向汽车、牙齿矫正、防卫和军火、电子设备市场及主要的还有医疗工业。

按照方法，PIM基本上上分成金属注射模制成型（MIM）方法和陶瓷注射模制成型（CIM）技术。

简而言之，粉末注射模制成型的基本原理在于两种工业上的合并技术：注聚合物和常规的粉末冶金。总之，（陶瓷和/或金属）粉末与由聚合体和其它有机物（例如，石蜡和聚丙烯）一起形成的有机系统相混合。因此，这些有机产品用作输送金属载荷、陶瓷粒子（粉末）或两者的混合物的工具，从而力图来填充具有要获得零件（部件）形状的某一模具腔体。

目前，在工程应用中，当使用金属注射模制成型方法（MIM）时，预期获得的是高密度金属材料（即，具有低含量的残余孔隙），通过由于所使用的精细粉末的高烧结性所带来的残余孔隙度的减少，如果与通过传统的粉末冶金生成的烧结材料相比较，这使得能够在部件的机械性质（例如线束（harness）、阻力及延展性）中得到显著的改善；即通过具有平均粒子大小大了10倍（大约100μm）的粉末的基体单轴压制。

更具体地，目前采用的PIM 方法在高温下的烧结期间通过粉末粒子之间形成接触及这些接触的增加来力图完全地去除材料的孔隙。另一方面，所述部件注射模制成型后在高温下烧结产生可能导致最后得到零件的尺寸偏差和失真的强烈体积收缩。除了使用具有良好的烧结性的粉末外，为了获得具有高稠化的部件（低百分比残余孔隙），通常，注射元素的“生坯（green）”密度必须较高，即，存在于原料中用来注射的固体粒子的载荷应该尽可能高。因此，在粉末注射模制成型中，力图使孔隙的存在最小化以便达到最终致密材料的品质具有高的几何精度，因为在粉末注射模制成型条件下生成的部件的应用需要这些性质。当前主要应用是：骨光栅（bone grating）、正畸架（orthodontic bracket）、手术工具的部件、武器、汽车零件，以及其它的。

与目前粉末注射模制成型中所实施的不同，本发明涵盖的方法力图以有用的及提高的方式且依照其中提供的优点，使用基于PIM技术孔隙形成的性质，所述优点诸如尽可能地减小原材料的损失、促进需要的化学部件的准确控制、去除机加工操作、良好的表面完成；简易地自动化生产方法及获得的具有高纯度的产品。

发明目的

本发明力图提供一种用做流量限制器的多孔部件，所述多孔部件通过粉末注射模制成型生成，即使在应用到空气静压轴承的低流动水平处（例如在气体压缩机的活塞和汽缸之间），能够以精确且可再生的形式允许限制气流。

本发明还通过对于应用在空气静压轴承上的低成本多孔部件的生产，及通过粉末注射模制成型方法来实现，其允许以准确的及可再生的形式约束气体的流动，即使在诸如5-30 cm3/min的低流量水平处。

本发明的目的还通过一种通过粉末注射模制成型用于制造多孔部件的方法来实现，其包括通过温度和粉末材料的组合来对首要多孔度进行详细控制。

本发明的目的还有一种通过粉末注射模制成型用于生产多孔部件的方法来实现，这样的部件后来具有致密的且没有开口孔隙的外部，这允许部件（例如通过干预）被固定在轴承上，而不会改变多孔部件内的多孔结构，其用于控制气体流动。

本发明的目标还在于提供一种用于制造多孔部件的方法，其可以被固定而不会在多孔部件与机械系统的界面上存在密封失效，其在该界面处被插入，以用在不同的应用中。

发明内容

本发明的目的通过提供一种用于制造多孔部件的方法而实现，所述多孔部件用作应用到封闭式压缩机的空气静压轴承中的流量限制器，所述多孔部件通过粉末注射模制成型技术获得，所述方法包括以下步骤：步骤i）：使至少一种制剂均质化，其包括（a）一部分金属粉末和（b）有机粘合剂，其包括热塑性聚合物和石蜡的混合物；步骤ii）：对在步骤i）中获得的至少一种制剂进行造粒；步骤iii）：加热步骤ii）中获得的至少一种造粒后的制剂，至少到所述粘合剂初始熔化的温度；步骤iv）：用步骤iii）中获得的至少一种混合物填充模具的腔体；步骤v）：以一定的速度和压力将步骤iii）中获得的至少一种混合物压缩在模具的所述腔体中直到所述腔体被完全填满；步骤vi）：使用热处理或化学处理中的至少一种在至少一个步骤中去除所述有机粘合剂；步骤vii）：预烧结在步骤vi）中获得的材料，至少到促使机械阻力足以处理所述材料的温度；以及步骤viii）：以促使开口孔隙的互连基体比在所述多孔部件的至少一个中心部分中大于大约5%的温度对在步骤vii）中获得的模制材料进行受控烧结，而步骤viii）能够与之前的步骤同时发生。

用于制造多孔部件的方法来实现，所述多孔部件用作应用到封闭式压缩机的空气静压轴承中的流量限制器，其中，双孔隙度多孔部件通过多材料零件的粉末注射模制成型获得，所述方法包括以下步骤：步骤 i）：使两种不同的制剂均质化，所述制剂包括（a）第一部分金属粉末和（b）有机粘合剂，其包括热塑性聚合物和石蜡的混合物；步骤ii）：在单独的阶段对步骤i）中获得的至少两种不同制剂进行造粒；步骤iii）：加热在步骤ii）中获得的造粒后的制剂，直到所述粘合剂的初始熔化的温度；步骤iv）：使用在步骤iii）中获得的至少一种混合物来填充模具的腔体；步骤v）：以一定的速度和压力将步骤iii）中获得的至少一种混合物注射到模具的腔体中直到所述腔体被完全填满；步骤vi）：通过使用带有插入件且注射状态下的模具或通过使用带有两个卷轴且可同时注射两种在步骤iii）中获得的材料的注射机，注射在步骤iii）中获得的第二材料；步骤vii）：通过使用热处理和化学处理的中的至少一中在至少一个步骤中去除有机粘合剂；步骤viii）：以促使机械阻力足以处理用于后续步骤的材料的温度，预烧结在步骤vii）中获得的所述材料；以及步骤ix）：以通过烧结到所述多孔部件（1）的外部上的残余孔隙度低于5%而促进稠化性并且同时保持所述多孔部件（1）的内部上的开口孔隙的体积百分比大致高于5%的温度对在步骤viii）中获得的模制材料进行受控烧结，其中，步骤ix）能够与之前的步骤同时发生。

附图说明

接下来，将根据在附图中呈现的实施方式的示例更详细说明本发明。图中示出：

图1是通过粉末注射模制成型获得的多孔部件的示例；

图2是本发明的第一优选实施例的透视图；并且

图3是本发明的第二优选实施例的透视图。

具体实施方式

在本发明中，用于制造多孔材料的方法是粉末注射模制成型（PIM），所述粉末注射模制成型（PIM）是粉末冶金的变形技术，且在本文的发明中得到改进以便能够获得具有专门预期应用所必备的特征的多孔结构；换句话说，用于寻求空气静压轴承的气体流体（流量限制器）的均匀分布的多孔部件。

其中一个应用是关于压缩机的空气静压轴承，其中所述压缩机的轴承通过能够使气缸内部活塞的直线运动保持平衡的气体层来实现。为了做到这一点，用于支承活塞的气体量需要恒定，从而以控制流体流量，必须使用不仅允许调节流量而且在要承担的系统中是均匀分布的具有均质的多孔结构的多孔部件1。多孔部件1的发展，称作多孔限制器，且本发明中的方法还涵盖使用粒子的材料对。

例如，多孔部件1可以由陶瓷的、金属的、或任何其它的多孔材料构成，用于准确控制进入例如压缩机的活塞和气缸对之间的空气静压轴承的气体流量。材料必须显示出很好的耐化学性，尤其是抵抗侵蚀，以避免由于侵蚀而退化，因此，孔隙形态上的变化会导致多孔部件特性的变化。

可以使用的多种材料包括不锈钢。多孔部件1可以通过粉末注射模制成型制造，由于这种方法提供了良好的孔隙度控制、相对低流动性处气流的可再生性以及较低的生产成本。因此，优选地但不一定地，流量范围可以从5到50 cm3/min 。

因此，本发明的优点是关于粉末冶金技术的那些方法的典型优点，诸如：尽可能地减小原材料的损失；容易且准确地控制材料的化学部件；良好的表面完成；容易的自动化生产方法；获得的高纯度产品；实现受控制且均质的孔隙度。

这些特性可以在烧结部件中通过粉末注射模制成型获得要归功于所述方法与当前市场上存在的其它处理技术相比所具有的某些特征。这种方法（PIM）可在不增加生产成本的情况下使得能够均质地控制整个部件体积的孔隙度水平、孔径大小和孔隙的均质分布。这些特性中的一个是使用具有范围从1微米到40微米的粒子大小的精细粉末，且粒子大小的分散性优选地非常窄，使得所获得的多孔凹槽的直径在多孔部件1的整个截面上较小且被良好地分布。

这种粉末注射模制成型方法的另一个特性是由于注射的物质（粉末和铸造有机物的混合物）粘度低，这种物质具有类似于流体的行为，可完全地传递所施加应力到各个方向和侧面。这确保正在注射部件的体积上应力是均匀分布的，以避免在该部件的这样的体积上形成密度梯度，同时确保在烧结阶段期间各向同性收缩。

这种粉末注射模制成型方法的第三个特性是能够通过详细控制用作原材料的那些粉末的大小和粒子大小分布，以及通过烧结方法中参数的调整，来控制孔隙的大小和几何形态。

为了确保具有较高百分比开口孔隙的多孔结构的维护，本发明使用了较低的烧结温度，范围从850℃到1200℃，低于那些通常用于致密机械构件的烧结温度（1200℃到1400℃）。

为了说明的目的，致密的机械部件是指尽管具有一定百分比的残余闭口孔隙（体积上小于5%）但是没有开口孔隙因此流体也不能扩散的构件。

当需要一定程度控制空气静压轴承长度上可变流量时，可以制造和施加具有不同流量的限制器，其被插入在轴承的长度上，有可能获得所预期的流量的这样的变化。这些具有不同流量特性的多孔元件可以通过在其生产中使用的金属粉末的特性的不同、通过被注射的成分将要烧结时的烧结温度的不同来获得。请要注意的是，仅需要稍微变化就可以在每个多孔部件1上产生不同的孔隙水平。

鉴于用于设计多孔结构的这种柔性，根据空气静压轴承的需要，提供的通过粉末注射模制成型制造多孔元件1是一种经济上非常有吸引力的技术。

在这点上，本发明的方法包括如下步骤，下边详细说明：

步骤i）：使至少一种制剂均质化，其包括（a）第一部分金属粉末和（b）有机粘合剂，其包括热塑性聚合物和石蜡的混合物，至少直到均质点；

步骤ii）：对在步骤i）中获得的制剂进行造粒；

步骤iii）：加热步骤ii）中获得的造粒后的制剂，至少到所述粘合剂初始熔化的温度；

步骤iv）：用步骤iii）中获得的至少一种混合物填充模具的腔体；

步骤v）：以一定的速度和压力将步骤iii）中获得的至少一种混合物压缩在模具的所述腔体中直到所述腔体被完全填满；

步骤vi）：通过化学提取从步骤v）中获得的材料中去除石蜡；

步骤vii）：通过化学提取从步骤vi）中获得的材料中去除热塑性聚合物；

步骤viii）：预烧结在步骤vii）中获得的材料，至少到促使机械阻力足以处理所述材料的温度；

步骤ix）：以导致在烧结的主体具有开口孔隙的表现体积百分比（范围从6%到50%）的温度，受控烧结步骤viii）中获得的模制材料。

本发明中的制造方法以选择包括第一部分金属粉末和在注射中用作输送粒子的工具的热塑性聚合物和石蜡的混合物的制备部件（原料）开始。

优选地，本文的制造方法使用金属粉末，诸如铁粉、镍粉、铜粉或不锈钢粉末316L和17-4PH。

请注意，为获得良好的结果，在金属注射模制成型方法中，选定的粉末需要有专门的特性，诸如高度的粒子压实性、良好的注射性能及有助于保留部件将被模制的形状的性能。优选地但不必然地，这个方法使用的金属粉末具有窄的颗粒大小分布，其中，事实上所有粒子具有类似直径。同时，这使得所述方法结束时获得的多孔材料的体积内的开口孔隙的互连基体也能够呈现非常缩小的直径变化。

进而，包括制剂及充当粘合剂的热塑性聚合物和石蜡的混合物用于确保制剂被模制的流动性同时用于帮助获得该第一混合物的均质性。

用在这类方法中的粘合剂通常包括具有低分子量和较大链的聚合体的混合物。低分子量的聚合体，诸如石蜡、蜂蜡、加拿巴蜡，有助于金属粉末制剂的流出同时是在其中模制期间的粘合剂。进而，较大链的聚合物旨在适当地支撑模制材料，特别是在所述方法的初始步骤中。这种聚合体的实例有聚丙烯、聚苯乙烯及乙烯醋酸乙烯酯。

因此，优选地但不是必然地，这个方法中使用的粘合剂是热塑性聚合物和石蜡的混合物。

更具体地，在这个方法中，用于粉末和有机粘合剂混合物的制备的热塑性聚合物可以提供机械阻力给通过注射将要模制的制剂（原料）（步骤v）。为此，在第一步去除石蜡期间（化学提取-步骤 vi）制备中的热塑性聚合物不会使其结构受到影响。

请注意，优选地，制剂具有金属粉末和热塑性聚合物及石蜡的混合物的比例关系为20%和80%，优选地是40%和60%。

一旦限定了用于制剂（原料）的成分，那么跟着进入该方法的步骤i），所述步骤i）力图均质化制剂至少到均质点。这个均质点必须能无间断地获得充分均质的制剂；毕竟，在制剂的部件范围内的均质性增加了金属粉末和热塑性聚合物及石蜡的混合物的相互作用。

通过使用能够使高剪切速率同样分布在整个室中的混合器执行第一步骤i），诸如Z型号或凸轮行星式混合器。

在步骤i）中获得的均质地混合制剂跟随进入发生这一制剂的造粒（或者颗粒化）且改善了注射器的进给的步骤ii）。这个步骤通过造粒机来实施。

一旦粒化，源于步骤ii）中的制剂接着进入步骤iii），其中其受热至少到热塑性聚合物和石蜡的混合物的初始熔化温度。这个步骤的发生有利于随后将要被插入到模具中的制剂的流变性和流出特性（步骤iv和v）。

接下来，适当升温的制剂接着进入步骤iv），在所述步骤iv）中使用所述加热后的制剂填充模具腔体。要注意的是对于这个方法，与通常用于注聚合物模制的模具相比，选定的模具必须抵抗较高压力和较长的冷却时间。

用制剂填充步骤iv）中的模具腔体，接着进入步骤v），在所述步骤v）中，步骤iii）中获得的至少一种混合物以一定的速度和压力被压缩在模具的腔体中直到腔体被完全填充满为止。

关于该步骤v），使用类似于用于常规的注聚合物模制的设备单元，所谓的注射器来执行模制。在这点上，在模制期间，卷轴压缩材料载荷以便该材料是紧密的、填充满整个模具腔体。当这一步骤v）结束时，制剂是致密的，用作具有被注射的模具的形状且通过热塑性聚合物和石蜡的混合物保护其形式的多孔部件1。

以下步骤vi）包括通过化学提取方式从步骤v）中获得的模制制备材料中去除石蜡。化学提取是把步骤v）中模制的材料浸入某些用于溶解制剂中石蜡的流体中。到这个阶段结束为止，获得具有开口孔隙结构的模制材料（仍含有由热塑性聚合物以其部件粘合而成的金属粉末）。这个最终结构有助于下一步骤vii）的热提取。优选地但不必然地，步骤vi）中去除有机粘合剂发生在某些温度范围在20℃到60℃的液体中，持续至少1小时，且这个步骤可能使用更长或更短的时间，这取决于所选择的液体和温度。

随后，在步骤vi）中获得的模制材料接着进入步骤vii），在所述步骤vii）中，通过热提取方式，去除材料中剩余的恒温聚合物。这个过程包括以合适的条件加热模制材料从而热降解热塑性聚合物。换句话说，模制材料受热从而产生活化反应，所述活化反应致使热塑性聚合物的聚合链逐渐断裂、且能够形成烧结的初始接触、并能够确保保护多孔部件1的形状，以替换正逐渐被提取的聚合体。

优选地但不必然地，热塑性聚合物的热提取通过加热模制材料，在等离子体辅助炉中或在常规的电阻炉中发生。

到步骤vii）结束时，可能会从具有模制部件几何形状的初始制剂中获得一定量的金属粉末粒子，那些粒子受到依然处于初始状态的烧结接触的微弱约束。

在步骤vii）中获得的这些堆积的金属粉末接着跟随进入步骤viii），步骤viii）包括在步骤vii）中获得的预烧结材料。实质上，这个步骤促进了用于去除包括在许多金属粉末的粒子当中的空余空间的方法的开始。

优选地，通过加热在步骤vii）中获得的模制材料，至少到促使机械阻力足以处理材料的温度，来执行步骤viii）。

因此，例如在等离子体辅助炉中或在常规的电阻炉中，以范围从400℃到1200℃的温度来执行步骤viii），至少持续足以能使机械阻力用于操作或能提供提出的工程应用的期望的多孔微结构（即，流量限制器）的时间间隔。获得最终期望的特征所需要的时间可以从几分钟到几个小时中变化，这取决于例如是否存在预烧结或甚至取决于步骤viii）和ix）的组合。

最后，到步骤viii）结束时，模制材料接着进入步骤ix），所述步骤ix）包括受控烧结在步骤viii）中获得的模制材料，从而提供受控制的且均质的孔隙材料，其是本发明所涵盖的方法所获得的主题。

通常，鉴于热激活的质量输送，通过粉末注射模制成型获得的部件的最终孔隙度来源于烧结的最后步骤ix），这导致了由于粒子当中接触的增加、其聚结、容积减小以及孔隙几何形状的改变所带来的自由特定表面的减小，直到完成其稠化。

在这个方法中，步骤ix）可以分成3个阶段：

－阶段1：烧结接触的形成。在粒子当中的接触形成“桥接”；即，在接触区域，物质变得连续。在这个阶段，粒子没有巨大的运动（或收缩）。

－阶段2：随着‘孔颈（neck）半径/粒子半径’的增加，粒子逐渐的失去其强度。在这个阶段，烧结材料具有两个“连续”相：材料相（实心相）和“空闲”相（开口孔隙的互连基体）。颗粒大小增加产生了新的微结构。大部分收缩发生在此阶段。

－阶段3：发生孔隙的分离、变圆及聚结（理论密度高于90%）。如果在基本金属中孔隙包括难溶气体，那么完整稠化将是不可能的。如果孔隙是空的或在基体中包括可溶解气体，那么完整稠化可以发生。

在这个方法中，来自于步骤viii）的模制材料经历充分的低温烧结以致在阶段2中烧结进展不大且未到达阶段3，使开口孔隙的互连基体保持在最终的材料中，即，不同于粉末模制领域发展水平的烧结方法，本发明中的烧结方法没有使用传统的第三阶段，在所述第三阶段中将会发生孔隙的减小、聚结及互联性的损失。

在优选的实施例中，本发明中程序的最终是指在常规的炉子、在真空炉中或在等离子体辅助真空炉中实施的烧结方法，例如，在其中获得了部件的多孔结构和所期望的性质。

例如，在该领域的技术发展水平中，不锈钢粉末316L或17-4PH 的烧结步骤以温度范围从1250℃到1380℃有规律地被实施，对于铁粉和镍粉的温度范围为1200℃到1300℃，从而力图完整去除粒子当中的空隙；即，实际的零空隙孔隙度，是经历过传统烧结方法后的最终材料的固有特征。

对于本发明中用于制造多孔部件1的方法，当使用不锈钢粉末时，以较低的温度范围900℃到1200℃实施烧结。进而，对于铁或镍粉末的烧结方法以温度范围700℃到1100℃来实施。因此，消除空隙被最小化，从而留下受控制的空隙孔隙度（间断地均匀分布从6%到50%）。

还要注意的是粘接相的数量越大，体积收缩越大。因此，关于该方法的最大尺寸偏差统计学上定位在注射步骤（步骤iv）。如果注射步骤（步骤iv）在注射的元件中包括生坯密度梯度，那么，鉴于预期的孔隙度，在烧结方法中，将会发生有意或无意的变形。

在优选实施例中，步骤ix）在炉子中以取决于针对生产多孔部件所选材料的温度范围（从700℃到1200℃）来实施。

由于该原因，本发明中的方法允许获得不同于在现有技术状态中公知的增加到所获得的部件的烧结方法的结果，不仅有之前预期的优点（诸如实现几何复杂性和注射的材料的充分利用），还有用于生产具有均质的且受控制的孔隙度、节能、便于实现该领域的工业化和广泛的使用市场的方法。

此外，如从图2上所见，由于所述多孔部件1具有的流变性特性，用于制造多孔部件1的这一方法对于获得已经完成的复杂几何学形状是通用的。因此，可以获得识别的几何结构，诸如在最终的多孔部件1中的某些特定的部分中的螺纹。还可以获得某些凸起的结节。

如图2例证的，作为这个方法极显著的优点，无需额外的加工步骤而实现几何学形状的变化。

鉴于上文所述，根据本发明用于制造多孔部件1的方法还可以包括具有非常不同孔隙度的区域或层的部件；即，多孔部件可以被构造成在内部区域具有更多孔隙而在外部区域有更少孔隙甚至几乎零孔隙（请见图3）。

该结构可以按照如下实现：步骤i）可以包括两个或多个制剂的自主均质化，所述两个或多个制剂分别造粒（步骤ii）后，根据最终期望得到的材料，将被用于填充模具腔体（步骤iii）。因此，根据选定的部件，可以注射例如两个制备好的材料：在模具的外侧是烧结温度中致密的制剂；而在模具内侧是这一烧结温度中保持多孔的另一制剂。根据该方法，到步骤ix）结束时，可以最终获得边缘没有孔隙而核心中是多孔的材料。

可替代地，对于制剂也可以使用具有不同颗粒大小的同一粉末材料。因此，例如，具有较好的烧结性能的某些较精细颗粒大小粉末使用在模具的外侧，而某些较粗的颗粒大小粉末使用在模具的内侧。较细的粉末或具有较小颗粒大小粉末在同一烧结温度中可实现高稠化性，而较粗的颗粒大小粉末具有较低的稠化性，因此，具有较高的孔隙度。

在表面层具有不同孔隙度的这些部件的生产还可以通过粉末注射模制成型（具体地，在称为多材料零件的粉末注射模制成型的类型中，或也称为双部件粉末注射模制成型，或最后仅被命名为联合注射）。在该方法中，制剂先注射包括最多孔的内侧的第一材料，随后，注射包括致密的外部覆盖的第二材料。

然后，以期望得到的核心材料必须保持多孔的烧结温度来烧结多材料部件，以便其可以具有前面描述的及多孔部件1所必需的特定性能。在此温度中，由于外部覆盖的材料或粉末的更好的烧结性，此覆盖层易于变得更加致密且无开口孔隙；即，具有的孔隙含量大致低于10%。

为了具有所提到的在两个区域有不同孔隙度水平，必须在多孔部件1的每个区域使用不同材料和/或粉末，（请查看图3）。因此，对于选定的材料对的要求是具有烧结相容性，从而避免连接界面上的瑕疵。还应该假设，对于同一烧结温度，图3中放置在多孔部件内部的材料的烧结程度小于放置在外侧覆盖的材料；换句话说，内部材料的孔隙度范围由6%到50%，而外部材料应该没有更多开口孔隙（低于6%）。

因此，可以应用任何在烧结方法后具有多孔部件1的最佳功能所必需的特性的粉末和/或材料。

多个可能性包括为了组合同一材料（例如不锈钢），只要使用的粉末具有相当不同的平均粒子大小。放置在多孔部件1的内部的较粗的粉末，与用于注射多孔部件1的外侧覆盖的精细粉末相比具有较小的烧结性，由于每单位体积的粒子当中存在较少量的金属接触，因此产生了较高水平的孔隙度，如之前提到的，优选地在6%和50%之间。

以图3表示，用于选择多孔部件1的材料的另一个解决办法可以通过使用某些材料来实现，所述材料是能够得到期望的部件内侧孔隙度水平的任何材料，及在选定的理想烧结温度中形成液相且通过液相促进烧结从而在外侧生成高稠化性水平的另一种材料。

在许多可用情况中的一个例子是多孔部件1的内部使用不锈钢，这代表了设备能起作用的部分，而另一种钢具有液相形成元素，例如硼、磷或铜。由于该外部将需要具有较致密且较小的孔隙，这样会具有更多的毛细作用力，因此保持液态及防止其迁移到有较高孔隙度和较大孔隙大小的内侧，其因此也就有较少的毛细作用力。因此，可以保留微结构和准确的流量控制的特性。

此外，在烧结期间并在诸如铜软材料（其塑性变形）的固化之后形成液相的元素的使用有利于通过干预来固定的解决方法（solution），因为软材料将容易变形并密封多孔限制器，这避免了渗漏和效率损失，而不会改变多孔部件1的内部的多孔结构，其用于控制气体流动。

请注意，如果在具有空气静压轴承的多孔限制器的界面上存在泄漏途径（在此处其被固定），那么可能会发生泄漏，且流量控制可能变得困难，从而会妨碍空气静压轴承的正常运行。

把多孔部件1与空气静压轴承连接起来的另一办法可以是粘结；然而，因为胶剂由于毛细作用力将会穿透开口孔隙的互连基体，因此胶剂（液体胶粘剂）的使用不足以存在于开口孔隙中，也有部分会堵塞孔隙。在多孔部件的多孔结构上的改变可以妨碍其在预期应用中的其性能。本发明中提出和发展的解决办法包括通过层的联合注射或二次注射/密封在多孔部件1的横向表面上获得致密层，其使用包括不同于多孔核心的粒子的材料的注射原料；即，所述粒子的材料与构成被注射成分的多孔核心的粒子的材料相比，通常具有较低的烧结温度和较大的烧结性。因此，在烧结方法期间，较大的稠化性出现在多孔部件的横向表面上。然后，由于致密部分不参加流量控制且仅起到在不干扰它的多孔结构的情况下保证限制器固定在机械系统上的作用，多孔部件1可以通过多种固定方法被高效地固定（干预、粘结、攻丝，等等）。

最后，用于选择图3中的多孔部件的材料的另一个解决办法将仅只是具有不同烧结性的材料的组合，例如，在内部区域中用不锈钢粉末而在外部区域中用镍粉。

上面描述的用于生产多孔材料的方法可以应用在用于不同应用的多种类型的多孔部件1的生产上。在此上下文中，优选地本发明用于生产空气静压轴承的多孔限流器。

通常，为了使空气静压轴承有效运行，必须使用能够限制来源于压缩机中高压区域的压缩气体流量的流量限制器，以便存在于活塞和气缸之间间隙内的气体压力较低且适合应用。换句话说，此限制力图允许通过约束来自压缩机的高压区域压缩气体的流量来减小或控制轴承区域上的压力。

流量限制器包括在多孔部件1中，与轴承上的壳体相连，具有至少一个通过某些孔隙度尺寸来约束由内部腔体流到压缩机中的轴承间隙的气体的流量的限制器部分。因此，气体朝向轴承间隙流经多孔部件1，形成气垫。

通过本文的方法，生产用于空气静压轴承的多孔流量限制器的主要优点是获得一种具有均质地分布在材料的体积上的受控制的孔隙度的流量限制器。

说明优选实施例的示例后，应理解的是本发明的仅由所附的权利要求的内容所限制的范围包括其它可能的变型和应用，其中包括可能的等效形式。

Claims (16)

1.用于制造多孔部件（1）的方法，所述多孔部件（1）用作应用到封闭式压缩机的空气静压轴承中的流量限制器，其特征在于，这种部件通过粉末注射模制成型技术获得，所述方法包括以下步骤：

步骤i）：使至少两种不同的制剂均质化，所述制剂包括（a）至少一部分金属粉末和（b）有机粘合剂，所述有机粘合剂包括热塑性聚合物和石蜡的混合物；

步骤ii）：在单独的多个阶段对在步骤i）中获得的至少两种不同的制剂进行造粒；

步骤iii）：加热步骤ii）中获得的制剂至少到所述粘合剂初始熔化的温度；

步骤iv）：将步骤iii）中限定的至少一种制剂注射在模具的腔体中直到所述腔体被完全填满；

步骤v）：使用热处理或化学处理中的至少一种在至少一个步骤中去除所述有机粘合剂；

步骤vi）：预烧结在步骤v）中获得的材料，至少到促使机械阻力足以处理所述材料的温度；

步骤vii）：以这样的温度对在步骤vi）中获得的模制材料进行受控烧结，所述温度促进在所述多孔部件（1）的至少一个中心部分中的互连基体，所述互连基体的开口空隙的体积百分比大于5%，而步骤vii）能够与之前的步骤同时发生。

2.根据权利要求1所述的用于制造多孔部件（1）的方法，其特征在于，步骤i）中的所述制剂包括铁、镍、不锈钢AISI 316L、304或17-4PH。

3.根据权利要求1所述的用于制造多孔部件（1）的方法，其特征在于，步骤i）中的所述制剂包括具有不同颗粒大小的金属粉末。

4.根据权利要求1所述的用于制造多孔部件（1）的方法，其特征在于，所述金属粉末具有范围从1到40μm的粒子大小。

5.根据权利要求1所述的用于制造多孔部件（1）的方法，其特征在于，步骤i）中的所述制剂包括体积比在从20%到80%范围内的有机粘合剂，其余部分为金属粉末。

6.根据权利要求1所述的用于制造多孔部件（1）的方法，其特征在于，来自步骤v）的所述有机粘合剂的去除发生在温度范围从20℃到60℃的某些液体中，持续至少1小时。

7.根据权利要求1所述的用于制造多孔部件（1）的方法，其特征在于，来自步骤v）中所述有机粘合剂的去除发生在等离子体辅助炉中或常规的电阻炉中。

8.根据权利要求1所述的用于制造多孔部件（1）的方法，其特征在于，步骤vi）在范围从700℃到1300℃的温度中在炉中执行。

9.根据权利要求1所述的用于制造多孔部件（1）的方法，其特征在于，步骤vi）在真空炉中发生。

10.根据权利要求9所述的用于制造多孔部件（1）的方法，其特征在于，所述真空炉是等离子体辅助真空炉。

11.根据权利要求1所述的用于制造多孔部件（1）的方法，其特征在于，使用具有不同颗粒大小的粉末，其中，较精细的粉末用在所述多孔部件（1）的外较密部分，而具有较粗颗粒大小的那些粉末用在所述多孔部件（1）的核心中。

12.根据权利要求1所述的用于制造多孔部件（1）的方法，其特征在于，使用类似颗粒大小的粉末，其中在所述多孔部件（1）的外部上，在所述烧结步骤期间还使用液相形成元素。

13.根据权利要求12所述的用于制造多孔部件（1）的方法，其特征在于，所述液相形成元素包括以下材料中的至少一种：硼、磷和铜。

14.根据权利要求1至8中任一项所述的用于制造多孔部件（1）的方法，其特征在于，在所述多孔部件（1）的较密部分上，使用能够在步骤vii）期间获得高稠化性的材料，而在所述多孔部件（1）的内部部分上，使用能够在步骤vii）期间获得低稠化性的材料。

15.根据权利要求1所述的用于制造多孔部件（1）的方法，其特征在于，所述预烧结发生在范围从400℃到1200℃的温度中。

16.多孔部件，其由通过权利要求1到15中任一项所限定的方法来获得，用作应用到封闭式压缩机的空气静压轴承中的流量限制器。