用于粘合剂系统的粉末批料、塑化粉末混合物的成型方法以及陶瓷制品的制造方法技术方案

一种用于对陶瓷粉末或其它粉末成型为生陶坯的粘合剂系统，它包含粘合剂、用于该粘合剂的溶剂、表面活性剂以及相对于粘合剂和溶剂而言是非溶剂的组分。非溶剂组分表现出粘度低于溶剂（在含有粘合剂时），此非溶剂组分含有低分子量油，该油的９０％回收蒸馏温度在２２０－４００℃的范围内。本发明专利技术还公开了塑化粉末混合物成型和成型的方法以及一种用该粘合剂系统制造陶瓷制品的方法。（*该技术在2019年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及本专利技术总的涉及用于成形陶瓷和陶瓷体领域的粘合剂系统以及用该粘合剂系统制造陶瓷或蜂窝陶瓷体的方法。更具体地说，本专利技术涉及一种粘合剂系统，它含有低分子量油基非溶剂，以及该粘合剂系统在蜂窝陶瓷体制造方法中的应用。2．相关技术的描述用来从诸如陶瓷颗粒材料的粉末材料生产制品的粘合剂和粘合剂系统必须满足许多要求。例如，粘合剂和粘合剂系统必须与陶瓷材料相容，从而能提供在粘合剂中有较高载荷的陶瓷材料的可流动分散液。另外，通过对在粘合剂中的陶瓷粉末分散液成形制得的“生”的预成形坯应具有足够的强度，从而能对其进行操作。为了如希望的那样“烧去(bumout)”，即除去粘合剂，粘合剂应当能从成形的陶瓷部件中除去且该部件不会发生变形或断裂。另外，除去粘合剂的预成形坯应当具有至少最低要求的强度，但是粘合剂残余物应足够得少，以便容易实现没有缺陷的固结。满足这些需求的粘合剂的配方是复杂的，现有技术中已经公开了许多不同的粘合剂配方。最近，在制成各种形状的制品包括蜂窝基材中，已经提出使用纤维素醚粘合剂。混合物是密切混合而均匀的，并产生大小和形状非常完整且具有均匀的物理性能的生坯。除包含粘合剂外，这些粉末混合物通常还包含某些有机添加剂，例如表面活性剂、润滑剂和分散剂，它们起着增强润湿从而产生均匀批料的加工助剂的作用。最近，对于壁较薄的、单元密度较高的蜂窝结构体、形状复杂的制品以及具有大的正面的制品的需求有所增加。利用目前的粘合剂(即纤维素醚粘合剂)技术制得的壁薄、形状复杂的制品在操作时很难不引起形状改变，因为“生的”预成形坯的强度低。挤压技术中的一个解决方法/最近的趋势，尤其是对于由高填充量的陶瓷粉末混合物组成的多孔蜂窝体来说，是挤压出较硬的坯体而不使压力同比增加。然而，挤压含目前一些批料组分的较硬陶瓷批料的尝试，即用上述纤维素醚粘合剂并降低水含量和/或加入诸如牛酯酸钠(sodium tallowate)或硬脂酸钠的添加剂，大都并不成功，因为较细颗粒的碰撞会产生较高的挤压压力，且涉及到材料的磨蚀性。另一种尝试性解决方案是利用快凝技术；即在成形后立即固化蜂窝的单元壁，确保生陶坯的尺寸不会在随后的切割和其它操作步骤中改变。现有的快凝方法是采用快速凝蜡的延时硬化(如美国专利5,568,652中公开的)，和/或在模头出口施加一个外场如射频场。尽管这些快凝方法已经用于柔软批料的挤压(在历史上，对于高填充量的陶瓷混合物来说，柔软批料会得到较佳的挤出质量)，但这些方法用于薄壁型蜂窝结构体并不成功。最近，共同转让的美国专利申请No.60/069,637(Chalasni等人)中公开了一种解决方法，它是用一种粉末混合物来成形蜂窝结构体，该混合物包含无机粉末材料、粘合剂、用于粘合剂的溶剂、表面活性剂和相对于粘合剂、溶剂以及粉末材料而言是非溶剂的组分。混合该粉末混合物，塑化并成形为湿的生坯强度有所改善的陶瓷预成形坯，因此它特别适合用于加工薄壁蜂窝结构体。另外，Chalasani公开了一种较佳的水性粘合剂系统混合物，它包含水、纤维素醚和疏水性非溶剂。尽管Chalasani的这篇文献为通过挤塑制成复杂的薄壁陶瓷蜂窝体的工艺能力提供了显著的进步，但在粉末中加入该非溶剂(如轻质矿物油)却在“烧去”或除去粘合剂过程中产生了其它问题。具体地说，很难从成形的陶瓷部件中除去粘合剂组分而不使部件变形或断裂。在除去粘合剂时，由于油除去时的放热特性，使得薄壁陶瓷蜂窝体的强度降低且尺寸变化相应增加，因此在烧制陶瓷蜂窝体时必须采取一些特殊措施，以避免陶瓷体产生裂缝。已经采用特殊设计的窑和除去挥发性物质的装置，减少气氛中的含氧量，以及采用次数增加的复杂的烧制循环，都可以减少掺入上述粘合剂的薄壁陶瓷蜂窝体在烧制时的差示收缩和时常产生的裂缝。鉴于本领域中的前述不便，需要开发一种粘合剂系统，该系统可用来成形薄壁陶瓷体并烧制成所需的陶瓷制品，不会产生高的差示收缩和裂缝缺陷，且该粘合剂系统能从陶瓷体中迅速方便地除去。专利技术概述因此，本专利技术的一个目的是提供一个能用于成形陶瓷的或其它无机材料的蜂窝体的粘合剂系统，该粘合剂系统使成形成的生坯有足够高的湿强度，粘合剂系统的至少一部分能由于烧制过程的结果而除去又不致发生大的放热反应，从而减少了烧制时的裂缝发生率和差示收缩量。根据本专利技术，通过提供用于对陶瓷粉末或其它粉末成形为生陶坯所用的粘合剂系统，可以实现本专利技术的上述目的，该系统包含粘合剂组分的一些必需组分、粘合剂组分用的溶剂、表面活性剂组分以及相对于粘合剂和溶剂组分而言为非溶剂的组分。该非溶剂组分粘度低于溶剂(在含有粘合剂时)，该非溶剂组分含有低分子量油，该油的90％回收的蒸馏温度范围在大约220至400℃之间；即是低分子量油。本专利技术的另一实施方案提供一种可模制成形的粉末批料，该批料由无机粉末组分以及上述粘合剂系统组成，其中无机粉末组分由易烧结的无机颗粒材料组成。本专利技术的另一实施方案提供了一种对塑化粉末混合物成型和成形的方法，该方法包括将由易烧结无机颗粒材料混合物组成的无机粉末组分以及本专利技术的粘合剂系统混合在一起，然后将这些组分塑化制成塑化混合物，然后将塑化混合物成形制成生坯。本专利技术的最后一个实施方案提供一种制造陶瓷制品的方法，该方法包括对无机粉末和粘合剂系统的组合物成型和成形的上述步骤，随后对具有所需形状的该陶瓷生坯进行加热，除去粘合剂系统并将成形的陶瓷体烧制成经烧制的陶瓷体的步骤。该粘合剂系统的优点是，它可用来制成具有薄壁和许多单元的堇青石蜂窝结构体。具体地说，如此成形的湿生坯显示出高的坚硬度，这种坚硬度是避免壁非常薄(厚度小于150微米)的陶瓷蜂窝结构体中发生坍落所需要的。本专利技术的另一个优点是以前的粘合剂系统所伴有的烧制裂缝现象减少，同时仍然保留了以前的粘合剂系统的挤出优点。具体地说，用于本专利技术中的低分子量油，与以前采用的油基非溶剂组分相比，表现为其除去时伴随的放热强度较低。附图简述为了更好地了解本专利技术，参考附图，在这些图中附图说明图1显示出掺入了本专利技术的掺有低分子量油的粘合剂系统的陶瓷体，与含有掺有油基非溶剂的粘合剂系统的陶瓷体相比，正面和侧面的裂缝百分数有所减少。图2比较了除去本专利技术粘合剂系统时的放热强度与含有标准油基非溶剂组分的粘合剂系统除去时的放热强度。专利技术详述根据本专利技术，一种用于随后烧制成陶瓷或其它陶瓷体的生陶加工步骤的粘合剂系统包括下列组分粘合剂、用于该粘合剂的溶剂、表面活性剂以及相对于至少是粘合剂和溶剂组分而言为非溶剂的组分。该非溶剂组分是低分子量油，它表现出粘度比溶剂低(当含有粘合剂时)，且其90％回收蒸馏温度范围在大约220至400℃之间，较佳的在大约220至320℃，更佳的大约220至280℃；下文称为低分子量油。该低分子量油仍然起着如上述Chalasani申请中所述的作用。简言之，低分子量油代替了部分溶剂，且对塑性没有作用，但是提供了成形时所需的流动性，同时仍然使批料保持较硬。这样，本专利技术的粘合剂系统就同样实现了比常规粘合剂所获得的湿生坯强度有所提高的要求，而加工难度却没有同比增加。换言之，本专利技术的粘合剂系统能够挤出较硬的批料，而对诸如挤出压力、扭矩和流动性能等加工性能却没有不利影响。上述Chalasani申请中公开的典型的油基非溶剂所提供的主要优本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种和陶瓷体一起使用的粘合剂系统，它包含： 粘合剂组分，用于该粘合剂组分的溶剂，表面活性剂组分，以及相对于至少粘合剂和溶剂组分而言是非溶剂的组分，在含有粘合剂时，该非溶剂组分的粘度低于溶剂，该非溶剂组分含有低分子量油，该油的９０％回收蒸馏温度在２２０至４００℃之间。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：DM比尔，D沙拉萨尼，CJ玛拉凯，
申请(专利权)人：康宁股份有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]