[发明专利]由无机颗粒材料形成部件的方法

说明书

本发明涉及由无机颗粒材料形成部件的方法。本发明更特别涉及通过使用聚合物粘合剂由无机颗粒材料形成部件的方法，所述粘合剂在加热成型后可从部件中除去。该方法包括通过注塑和挤出形成部件。

注塑是用于由颗粒材料形成部件且在成型之后几乎不需要或不需要进行机加工的方法。这种方法特别适于由陶瓷粉末形成部件，因为陶瓷材料机加工困难。

挤出是陶瓷和塑料工业中用于生产具有固定截面部件的方法。塑料挤出通常涉及在挤出机料筒中沿单或双螺杆输送聚合物物料，同时加热使聚合物熔化并使其塑化。相反，在陶瓷加工中挤出一般不涉及加热材料。陶瓷材料以粉末形式加工。陶瓷材料的塑化通过将水和粘合剂加入陶瓷粉末中实现。

为了加工陶瓷材料和其它无机颗粒材料，通常需要粘合剂。然而，在将材料加工形成部件之后，必须除去粘合剂。除去粘合剂一般通过加热部件完成，这种方法称为“加热法除粘合剂”；或通过将部件浸入一种或多种溶剂中完成，这种方法称为“溶剂法除粘合剂”。这些技术也可以结合使用。

在加热法除粘合剂期间，粘合剂物料被蒸发除去。如果蒸发进行过快，就会在部件中形成泡孔和裂纹。因此，限制了加热法除粘合剂的速率。以不损害部件的速率除去粘合剂将需要加热一天或几天。溶剂法除粘合剂涉及到溶剂和设备，将增加成本，因为很多优选的溶剂需要进行特殊操作和处理。

用于除去粘合剂的其它方法包括芯给法(wicking)和催化法除粘合剂，芯给法涉及将部件埋藏于粉末中并加热部件和周围的粉末。粘合剂物料被芯给吸入粉末中。这种方法要比常规的加热法除粘合剂快，但劳动强度大。

催化法除粘合剂是速度最快的标准除粘合剂方法，该方法详细公开于US5,145,900中，催化法除粘合剂存在的问题是需要使用除粘合剂的专用设备，并且涉及操作危险物质。催化物质一般为强酸如硝酸和草酸，并产生甲醛作为分解产物。

日本专利申请07-097271A公开了一种用于陶瓷粉末注塑的粘合剂组合物，它包括石蜡和丙烯酸酯树脂。这种粘合剂可以通过加热除去。然而，当通过以30℃/小时的速率加热除去粘合剂时，会形成裂纹和泡孔。

本发明方法提供一种比常规加热法除粘合剂快的加热法除粘合剂速率，该方法使用标准设备、无芯给或溶剂法除粘合剂的附加步骤、不使用有毒催化剂物质且减少或消除了甲醛的生成。本发明方法的另一优点在于可通过选择粘合剂的组成控制除粘合剂的速率。这种控制方法可最大限度地减少除粘合剂过程对部件形状或尺寸的不利影响(包括形成裂纹和泡孔)。

通过陶瓷材料挤出或注塑形成的部件称为“绿色部件”，该绿色部件按照本领域熟练技术人员已知的方法通过焙烧进一步加工。例如可参见，James S.Reed，Principles of Ceramics Processing，John Wiley&Sons(1995)。焙烧涉及将部件加热至足以“烧结”或“固结”部件的温度。在焙烧期间，除去所有残余粘合剂。根据本发明方法形成的部件可按照本领域已知的方法焙烧。

根据本发明第一方面，提供一种由一种或多种无机颗粒材料形成部件的方法，包括：

a)通过混合主粘合剂和次粘合剂形成粘合剂组合物，其中所述主粘合剂在次粘合剂分解温度时具有的蒸汽压至少为133.3Pa(1乇)；

b)在温度高于所述粘合剂组合物熔点下通过将所述粘合剂组合物与一种或多种颗粒材料混合形成原料；

c)由所述原料通过注塑形成部件；和

d)以0.5℃/分钟-10℃/分钟的速率加热部件。

本发明第二方面是根据公开的方法形成的部件。

本发明另一方面是由无机颗粒材料形成挤出部件的方法，包括：

a)通过混合主粘合剂和次粘合剂形成粘合剂组合物，其中所述主粘合剂在次粘合剂分解温度时具有的蒸汽压至少为133.3Pa(1乇)；

b)在温度高于所述粘合剂组合物熔点下通过将所述粘合剂组合物与一种或多种颗粒材料混合形成原料；

c)将所述原料加入包括螺杆和模头的挤出机中；

d)在温度足以液化所述原料下加热所述原料并强制所述原料通过模头形成挤出物；

e)使挤出物在室温下硬化；和

f)以0.5℃/分钟-10℃/分钟的速率加热部件。