[发明专利]用于在粉末注塑中制备金属模制品或陶瓷模制品的粘合剂和方法

说明书

描述

本发明涉及用于粉状金属或粉状金属合金或粉状陶瓷的基于聚缩醛、聚醚或聚酯的粘合剂，涉及含有这些用于制备金属或陶瓷模制品的粘合剂的热塑性组合物，以及涉及其用于制备模制品的用途和方法。

金属模制品或陶瓷模制品可通过将包含金属和/或陶瓷粉末以及有机粘合剂的热塑性组合物进行注塑、挤出或压塑而生产。这些是具有高填充度的有机聚合物模塑组合物。

在热塑性组合物成型得到生坯体之后，在初级脱粘操作中部分地除去有机粘合剂，并对所得的脱粘的生坯体(褐色件(brown body))进一步处理。

褐色件仍然含有在初级脱粘中未除去的粘合剂组分。这种残余的粘合剂倾向于在模塑中将粉末粒子粘合在一起，并通常通过热分解去除。

如此获得的完全脱粘的褐色件(＝白色件)进行烧结。通常，但不是必须，残余粘合剂的热分解操作被整合到烧结循环中。

用于粉末注塑工艺的第一粘合剂通常是基于聚乙烯或聚丙烯与蜡的混合物。在这种情况下，首先通过熔融使生胚体脱除蜡，并通过缓慢热解而烧除残留的粘合剂。为了熔融，必须将生坯件引入粉末床中，这是因为由于熔融而导致基本上不具有生坯强度。用于热脱粘的随后粘合剂体系不涉及熔融，这是因为昂贵、不便将生坯件包埋入粉末中且随后的挖掘太耗时。

通常，用于完全热脱粘的改进粘合剂体系由数种组分构成，例如聚甲醛(POM)、聚丙烯、蜡和树脂，如DE19925197所述。这些组分在不同温度下加热时从所述成型体中逐渐释放，从而使得在至少400℃下通常仍存在相对少量的粘合剂成分，且可将其视为残留粘合剂。纯的热脱粘操作耗费1-3天，因此极其缓慢。

另一种改进的方法是溶剂脱粘法，其中使用包含具有不同溶解度的粘合剂组分的粘合剂体系。为了使生坯件脱粘，首先通过溶剂提取除去一种粘合剂组分，然后又通过缓慢热分解从所述模制品中除去不溶或微溶于所述溶剂中的残留粘合剂组分(例如US4,197,118或EP501602)。在此期间，由于经历残留粘合剂的熔程，因此无法避免所述粉末模制品的塑性形变。

WO2011/016718A1描述了一种制备金属模制品或陶瓷模制品的方法，其中模塑组合物是由金属或陶瓷可烧结粉末与由聚合物如聚甲醛(POM或聚缩醛)与对于此聚合物的非聚合物溶剂(摩尔质量<300g/mol，熔点>RT)组成的粘合剂混合物而形成的。所述粘合剂优选在每种情况下包含至少5重量％的聚合物和非聚合物溶剂。非聚合物溶剂蒸发(例如在69-130℃下)，或可用其它溶剂从模塑组合物溶出，或稀释。残余聚合物通过热脱粘(优选在超过200℃下)而除去。在具有金属粉末、作为粘合剂组分的POM以及己内酰胺(重量比50:50)的实施例中，仅公开了两阶段的热脱粘，其中在69-130℃下进行蒸发和在≥240℃下进行热脱粘。

该方法的缺点在于当与可烧结粉末混合和在注塑机中加工期间，该类粘合剂已蒸发掉所述非聚合物溶剂。低分子量组分在生坯件表面渗出并污染注塑模具。此外，生坯件的强度显著降低。

也对于聚甲醛粘合剂描述了完全的热脱粘去除操作，使用陶瓷粉末作为例子，在空气的存在下在160-220℃的温度下进行，或在氮气的存在下在300-360℃的温度下进行(US5,080,846A和WO91/07364A1)。

Y.Kankawa(Journal of the Japan Society of Powder Metallurgy43/7(1996)840-845报导了对从金属粉末(SUS316L)中在空气中进行热脱粘的研究，其中聚缩醛作为粘合剂组分且在300-320℃下进行。

如上所述，纯粹的热脱粘非常缓慢且极频繁地发生模制品的变形，这是因为金属模塑组合物在热脱粘期间的温度(>200℃)处于远远高于聚缩醛熔程(160-170℃)的温度范围。

此外，与陶瓷粉末相比，在使用金属粉末时在含氧气氛中的热脱粘存在问题，这是因为粉末表面在工艺期间通常被氧化，并且烧结模制品的质量和完整性由此受损。

现有技术的另一种生坯件脱粘方法是基于通过在含气态酸的气氛中在升高的温度下处理生坯件而催化脱粘。用于催化脱粘的模塑组合物要求甚至更少的残余粘合剂。一般而言，残余粘合剂含量是约10％，其余物质通常由聚缩醛组成。