CN1073131A - 成品制造方法 - Google Patents

Abstract

成品制造方法，其中颗粒与低混粘结剂混合，所 得混合物成型，至少部分去降低温粘结剂的混合物热 处理并收集所得成品。

Description

本发明涉及用低温粘结剂制造成品的方法。

成品如陶瓷，金属或碳产品的制造一般是经拉拔、注模、压制或挤出而使颗粒成形。

目前用于制造这类制品的方法先是将粉状和/或纤维状颗粒与热塑性物质，如链烷，蜡，聚苯乙烯并可能还与某些添加剂混合。热塑性物质作粘结剂。目的是使颗粒达到一定机械强度，以使其能处理成形。成形后的制品经处理而除去热塑性物质，然后热处理，如烧结。

这些已知用热塑性物质作粘结剂的制品制造方法缺点很多。由于热塑性物质分散性不好，所以难于用这种粘结剂和颗粒制成极均匀的混合物，而且颗粒，特别是呈粉状时，应具有良好的崩解性。

除去热塑性物质或脱粘应进行很长时间的热处理，可持续达72小时，这当然对该方法的产量无益处，但是若要避免制品有液/气界面上拉伸应力作用下的变形或避免热塑性物质产生裂纹，这段时间又是必不可少的。

除去垫塑性物质会形成分解产物如焦油的操作可能使烧结添加剂迁移向制品表面，这对制品烧结来说极为有害。为克服这一缺点，一般可在氧化环境中除去热塑性物质。但是，这种环境又使不能与氧相容的颗粒之应用成为不可能。最后，热塑性物质决不可能再循环用作粘结剂。另一方面，专利申请WO  8200015和GB  1537471说明了制造铸模的方法，其中用冻粘结剂如雪，碎冰或液态二氧化碳与冰的混合物将粒料瞬时粘结起来。但这些粘结剂粘度低，其主要目的是使粒料在将熔融金属注入模中时具有一定程度粘性。

一旦该操作结束，模就使该粘结力完全松驰并分散。

因此可回收表面固化的上述铸造金属，而又不需要借助机械装置将其从模中取出。所以说这些方法只能得到其寿命极短的模并且决不可能得到粘结力良好并且即使在室温以上温度下也能达到机械稳定性的成品。

本发明涉及成品制造法，其中可使制品达到机械稳定性并且还可克服上述已知方法的缺点。更具体地讲，本发明可极迅速除去与颗粒混合的粘结剂，而又不会使制品出现变形或裂纹，也不会在制品中形成分解剩余物，还无要求颗粒具有广泛的可崩解性，其中又可将粘结剂再循环用于后续操作。

本发明涉及制造成品的方法，其特征在于将颗粒与低温粘结剂混合，将所得混合物成形，将至少部分除去低温粘结剂的混合物热处理并收集成品。

本发明中颗粒主要为粉，纤维或粉或纤维混合物。

这些颗粒主要为无机物，金属或非金属。根据待制造制品性质，这些颗粒可为颜料如氧化钛，陶瓷如氧化铝，铝酸盐，二氧化硅，硅酸盐，硅铝酸盐如粘土，金属如铁、铈、稀土或过渡金属如钴、镍、铁酸盐，氮化物如氮化硅，碳或石墨或碳化物如硼或硅碳化物。

颗粒尺寸应足够小以易于结块，若颗粒为粉，则粒径优选小于100μm或更优选0.1-10μm。

若颗粒为纤维状，则长度优选10μm-0.5mm，更优选10μm-0.1mm，直径优选1μm-0.1mm，更优选1μm-50μm。

本发明中低温粘结剂指其粘度足以使颗粒如上述颗粒相互粘合或结块的产品或产品混合物，其中至少一种组分为固体和/或液体气，本发明中固体和/或液体气指常温常压（10-30℃和大气压或近于大气压）为气态，而在操作温度和压力下为固体或液体的物质。一般来说，该温度低于-20℃，优选低于-50℃，更优选-70至-196℃，该压力一般为大气压或近于大气压，但某些情况下可高于大气压，如10⁶，甚至10⁷Pa。一般来说，本发明低温粘结剂操作温度和压力下粘度高于100mPa.s，优选300-1000mPa.s。

低温粘结剂可包括乳，由相同或不同性质的液体物质的混合物组成，在常规温度和压力条件下为气态。适宜低温乳可由干冰和液化气，优选液氮的混合物组成。

这种低温乳流变性可由干冰和液化气之间的重量比控制，也可用由固态氢和液态氢混合物组成的氢浆。

本发明优选低温粘结剂可由固态二氧化碳和至少一种有机溶剂的混合物组成。二氧化碳可为二氧化碳雪花或碎二氧化碳冰。另一方面，有利有机溶剂的熔点低于或等于二氧化碳的升华点，而液化温度高于二氧化碳升华点，当然是指在本发明方法应用条件下。

有机溶剂可举出醚，优选乙醚，酮，优选丙酮，醇和酯。

根据要求达到的粘度，可变化固体二氧化碳和有机溶剂间的比例。一般来说，溶剂和低温粘结剂总重量之比为10-50%。这种低温粘结剂可在所用压力下将固体二氧化碳与有机溶剂简单混合而得，溶剂温度已预先升到溶剂熔点和二氧化碳升华点之间的值。一般来说，所用压力为大气压。

将低温粘合剂与颗粒混合可按任何常见办法进行，如用软膏刀或在混合器中简单混合。这种混合一般来说在温度低于或等于所说低温粘结剂的温度的情况下进行。可有利地将颗粒和混合装置预冷到混合物温度后进行混合。已观察到，按极有利的方式进行，低温粘结剂和颗粒的混合物，特别是在颗粒性质不同时的混合物特别均匀。

低温粘结剂和颗粒的重量比取决于所用产物性质，一般来说，为85/15和15/85，优选70/30和30/70之间。

除低温粘结剂和颗粒之外，混合物还可含已知添加剂，这些添加剂与待制备制品的性质和要求性能相匹配。例如，若待制备制品为陶瓷制品，可向该混合物中加入宜于增加其机械性的假塑性聚合物和/或胶乳。

一旦混合物制成，可按已知方法成型，方法包括挤出，压制，拉拔或模制，如注模。

混合物成形在温度优选低于或等于低温粘结剂温度的情况下进行，一旦混合物制成制品，可至少部分除去低温粘结剂。这种去除操作可将成形混合物温度升到高于低温粘结剂温度的值时进行。一般来说，混合物升到高于0℃，优选10℃和30℃之间的值。这样升高温度优选在慢蒸发而不是在沸腾条件下进行。特别有利的是，用绝热物料或碳雪床进行所得混合物的收集操作。优选的是，绝热材料具有多孔结构，如浮石或多孔陶瓷制品。这种多孔结构例如可在低温粘结剂由固体二氧化碳和有机溶剂混合物组成时溢出有机溶剂。在去除操作时，低温粘结剂可用已知的任何装置至少部分回收而再用于本发明成品制造工艺。

更具体地讲，在所得成形混合物用多孔结构绝缘材料收集时，必要时可在有机溶剂从多孔结构中放出时进行回收。一旦低温粘结剂得以至少部分去除，制品就可热处理，如在已知条件下进行烧结。

因此可得到粘结力优异并且机械性能稳定的成品。

以下实例详述本发明。

例1

向预冷到-80℃的混合器中引入同样为-80℃的二氧化碳雪花和丙酮。混合进行约2分钟，直至得到均匀并且光滑的组合物为止。混合速度为1转/秒然后将冷至-80℃的氧化铝粉送入这样得到的组合物中而得混合物，其中含（重量%）：

丙酮  11.1%

二氧化碳雪花  44.5%

氧化铝  44.4%

混合以1转/秒进行约25分钟，直至得到约5mm直径的颗粒为止。颗粒送到已预冷至-85℃的设备中压力50巴的立式压力机上。得到内径6mm，外径8mm的管，用二氧化碳雪花床收集。在慢升温至室温后，这些管1500℃烧结8小时。

例2

向预冷至-84℃的混合器中加入已预冷至-84℃的二氧化碳雪花和丙酮。混合以1转/秒进行约2分钟，直到得到均匀和光滑的组合物为止。

然后向该组合物中加入铁酸锶6H粉，包括膨润土类烧结添加剂，其粒径0.8μFisher（Ugimag公司）。因此得到混合物，其中含（重量%）：

丙酮  10%

二氧化碳雪花  41%

铁酸盐  49%

混合以1转/秒进行15分钟而得均匀混合物，为糊状，将其送到等同于例1的压力机上，整个设备已冷至-85℃。

得到8mm棒，用二氧化碳雪花床收集，然后在下列条件下用流通空气烧结：

上升：100℃/至100℃

持续：100℃2小时

上升：185℃/至1250℃

持续：1250℃1小时30分钟

Claims (17)

1、成品制造方法，其中颗粒与低混粘结剂混合，所得混合物成形，至少部分去除低温粘结剂的混合物热处理并收集所得成品。

2、权利要求1的方法，其中颗粒为粉，纤维或粉或纤维的混合物。

3、权利要求1的方法，其中颗粒为无机物，金属或非金属。

4、权利要求3的方法，其中颗粒为铁、铈、过渡金属，稀土，铁酸盐，氧化铝，二氧化硅，硅铝酸盐，硅酸盐，碳或石墨，碳化物，氮化物，颜料。

5、权利要求1的方法，其中低温粘结剂粘度高于100mPa.s，优选300-1000mPa.s。

6、权利要求1的方法，其中低温粘结剂为低温乳。

7、权利要求1的方法，其中低温粘结剂为固体二氧化碳和至少一种有机溶剂的混合物。

8、权利要求7的方法，其中有机溶剂为醚，优选乙醚，酮，优选丙酮，醇或酯。

9、权利要求1的方法，其中低温粘结剂和颗粒之重量比为85/15和15/85，优选70/30和30/70之间。

10、权利要求9的方法，其中重量比为70/30和30/70之间。

11、权利要求1的方法，其中低温粘结剂和颗粒在温度低于或等于该低温粘结剂的温度的情况下混合和成形。

12、权利要求1的方法，其中混合物经挤出，压制，拉拔或模制，如注模成形。

13、权利要求1的方法，其中将成形混合物温度升到温度高于低温粘结剂的温度，一般高于0℃，优选10-30℃的情况下去除低温粘结剂。

14、权利要求13的方法，其中低温粘结剂温度10-30℃。

15、权利要求1的方法，其中低温粘结剂可通过成形混合物与绝热材料或与二氧化碳雪花床接触而去除。

16、权利要求15的方法，其中绝热材料具有多孔结构，如浮石或多孔陶瓷制品。

17、权利要求1的方法，其中热处理包括烧结。