用于陶瓷产品的水凝胶注模成型方法技术

本披露涉及通过水凝胶注模成型来制造陶瓷产品。示例性陶瓷产品包括卫生陶瓷，比如马桶和水槽。该方法包括浆化步骤、混合步骤、涉及水凝胶注模成型的模制步骤、干燥步骤、上釉步骤以及烧制步骤。

Hydrogel casting method for ceramic products

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于陶瓷产品的水凝胶注模成型方法相关申请的交叉引用本申请要求于2018年9月26日提交的美国临时专利申请序列号62/563,345和62/563,350的优先权，这些临时专利申请的披露内容通过援引以其全文并入本文。
技术介绍
和
技术实现思路
本专利技术总体上涉及陶瓷产品。更具体地，本专利技术涉及通过水凝胶注模成型制造的陶瓷产品。传统的陶瓷产品是以粘土为主要成分制造的。粘土是一种高度易变的材料，它由一系列平板构成并且含有大量的化学结合水。最初，粘土必须与水和其他成分混合以产生可模制的制剂。之后，粘土必须被干燥并且烧制以去除添加的水和天然存在于粘土中的化学结合水。粘土的板状结构导致初始的水吸收和随后的水释放是非常漫长、缓慢且昂贵的过程。随着添加的水和化学结合水的释放，粘土还展现出显著的收缩。基于所有这些因素，制造传统的陶瓷产品可能花费数天或者数周，这是劳动密集型的、昂贵的、并且是可变的。希望提供一种用于制造陶瓷产品、尤其是卫生陶瓷的更高效、更具有成本效益、更稳健、和/或更可预测的解决方案。根据本披露的说明性实施例，提供了一种用于生产陶瓷产品的方法，该方法包括将包含液体部分的混合物引入到具有通气口的模具中，将该混合物的该液体部分以朝向该模具的该通气口的受控方向冷冻，以形成固体陶瓷制品，以及将该固体陶瓷制品从该模具中顶出。在某些实施例中，该通气口位于该模具的第二表面中，并且其中该冷冻步骤包括引导冷却剂朝向与该模具的该第二表面相对的该模具的第一表面，使得该冷冻步骤的受控方向从该模具的该第一表面朝向该第二表面移动。在某些实施例中，该冷冻步骤包括引导低温冷却剂穿过该模具。该低温冷却剂可以是干冰和液氮中的至少一者。在某些实施例中，该模具是金属的。在某些实施例中，该冷冻步骤在30分钟或更短时间内发生。在某些实施例中，该混合物包含胶体二氧化硅，并且其中该冷冻步骤包括使该混合物中的该胶体二氧化硅不稳定，以固化该混合物。在某些实施例中，该引入步骤包括在2psi或更小的压力下将该混合物注入该模具中。在某些实施例中，该方法进一步包括在低湿度环境中将该固体陶瓷制品热干燥。在某些实施例中，该固体陶瓷制品在该冷冻步骤之后具有温度梯度，该方法进一步包括，在该冷冻步骤之后，将该固体陶瓷制品的温度归一化以降低该温度梯度，在该归一化步骤之后，将该固体陶瓷制品的该液体部分解冻，以及，在该解冻步骤之后，将该固体陶瓷制品的该液体部分蒸发。在某些实施例中，该固体陶瓷制品是白色的，并且该方法进一步包括用没有着色剂的透明釉料制剂对该固体陶瓷制品上釉。该方法还包括在该上釉步骤之后，将该固体陶瓷制品烧制。根据本披露的另一个说明性实施例，提供了一种用于生产陶瓷产品的方法，该方法包括将混合物的液体部分在模具中冷冻，以形成固体陶瓷制品，在该冷冻步骤之后，将该固体陶瓷制品干燥，该干燥步骤包括归一化阶段，在该阶段中，使该固体陶瓷制品达到接近该液体部分的解冻点的基本上均匀的温度以及在该归一化阶段之后的解冻阶段。在某些实施例中，该干燥步骤的至少一部分是在低湿度环境中进行的。在某些实施例中，该冷冻步骤涉及引导冷却剂从该模具的第一表面穿过该模具至第二表面，该模具的该第二表面包括通气口。位于该模具的该第一表面附近的该固体陶瓷制品的第一部分可以比位于该模具的该第二表面附近的该固体陶瓷制品的第二部分冷。在某些实施例中，该归一化阶段的温度是约20°F至约30°F，或约28°F。在某些实施例中，该归一化阶段的持续时间是约30分钟或更长。在某些实施例中，该解冻阶段的温度是约40°F或更高。在某些实施例中，该方法进一步包括在该解冻阶段之后的蒸发阶段，其中该蒸发阶段的温度是约200°F或更高。在某些实施例中，该方法进一步包括在该干燥步骤之后，用没有着色剂的透明釉料制剂对该固体陶瓷制品上釉以及在该上釉步骤之后，烧制该固体陶瓷制品。根据本披露的另一个说明性实施例，提供了一种用于生产陶瓷产品的方法，该方法包括将包含液体部分的混合物引入到具有第一表面和带有通风口的第二表面的模具中，通过引导冷却剂从该第一表面穿过该模具至该第二表面来冷冻该混合物的该液体部分，以形成固体陶瓷制品，在该冷冻步骤之后，将该固体陶瓷制品归一化至接近该液体部分的解冻点的温度，以及在该归一化步骤之后，将该固体陶瓷制品的该液体部分解冻。在某些实施例中，该归一化步骤是在约20°F至约30°F的温度下进行并且该解冻步骤是在约40°F或更高的温度下进行。在某些实施例中，该方法进一步包括在该解冻步骤之后，将该液体部分从该固体陶瓷制品中蒸发，其中该蒸发步骤是在约200°F或更高的温度下进行。在某些实施例中，在该冷冻步骤之后，该固体陶瓷制品在位于该模具的该第一表面附近的该固体陶瓷制品的第一部分与位于该模具的该第二表面附近的该固体陶瓷制品的第二部分之间具有温度梯度，以及在该归一化步骤之后，该固体陶瓷制品具有基本上均匀的温度而没有该温度梯度。附图说明附图的详细说明具体是指附图，在附图中：图1是本披露的示例性方法的流程图，包括浆化步骤、混合步骤、模制步骤、干燥步骤、上釉步骤以及烧制步骤；图2是本披露的示例性浆料制剂的框图；图3A至图3D是本披露的模制步骤的示意图，其中图3A示出了将混合物引入模具中，图3B示出了将混合物在模具中固化以形成固体制品，图3C示出了将固体制品从模具中顶出，以及图3D示出了模制的制品；以及图4是本披露的示例性干燥步骤的流程图。具体实施方式本文所描述的本专利技术的实施例并非旨在穷举或将本专利技术限制于所披露的精确形式。而是，为描述而选定的实施例被选定成使本领域技术人员能够实施本专利技术。本披露涉及通过水凝胶注模成型来制造陶瓷产品。示例性陶瓷产品包括消费产品，像卫生陶瓷(例如马桶、水槽)和餐具。其他陶瓷产品可以用于电气、汽车、航空航天以及其他工业。首先参考图1，披露了用于制造陶瓷产品的示例性方法100。说明性方法100包括浆化步骤102、混合步骤104、模制步骤106、干燥步骤108、上釉步骤110以及烧制步骤112。下面将进一步描述方法100的每个步骤。方法100的浆化步骤102涉及生产浆料制剂。如图2所示，说明性浆料制剂200包含一种或多种精炼矿氧化物202、一种或多种助熔剂204以及一种或多种粘结剂比如胶体二氧化硅206。浆料制剂200还可以含有一种或多种任选的添加剂208。下面将进一步描述这些成分中的每一个。浆料制剂200中的精炼矿氧化物202是用于在所得陶瓷产品中产生具有希望的刚度和孔隙度的结晶或非结晶(例如，玻璃)网络结构。关于孔隙度，例如，陶瓷产品可以展现出小于0.5％的水吸收从而根据ASMEAl12.19.2作为玻璃产品是合格的，或展现出小于15％的水吸收从而根据ASMEAl12.19.2作为非玻璃产品是合格的，但是也设想了其他水吸收水平。用于浆料制剂200的示例性矿氧化物202包括相对便宜本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种生产陶瓷产品的方法，所述方法包括：/n将包含液体部分的混合物引入到具有通气口的模具中；/n将所述混合物的液体部分以朝向所述模具的所述通气口的受控方向冷冻，以形成固体陶瓷制品；以及/n将所述固体陶瓷制品从所述模具中顶出。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170926 US 62/563,345;20170926 US 62/563,3501.一种生产陶瓷产品的方法，所述方法包括：
将包含液体部分的混合物引入到具有通气口的模具中；
将所述混合物的液体部分以朝向所述模具的所述通气口的受控方向冷冻，以形成固体陶瓷制品；以及
将所述固体陶瓷制品从所述模具中顶出。


2.如权利要求1所述的方法，其中，所述通气口位于所述模具的第二表面中，并且其中，所述冷冻步骤包括引导冷却剂朝向与所述模具的所述第二表面相对的所述模具的第一表面，使得所述冷冻步骤的受控方向从所述模具的所述第一表面朝向所述第二表面移动。


3.如权利要求1所述的方法，其中，所述冷冻步骤包括引导低温冷却剂穿过所述模具。


4.如权利要求3所述的方法，其中，所述低温冷却剂是干冰和液氮中的至少一者。


5.如权利要求1所述的方法，其中，所述模具是金属的。


6.如权利要求1所述的方法，其中，所述冷冻步骤在30分钟或更短时间内发生。


7.如权利要求1所述的方法，其中，所述混合物包含胶体二氧化硅，并且其中，所述冷冻步骤包括使所述混合物中的所述胶体二氧化硅不稳定，以固化所述混合物。


8.如权利要求1所述的方法，其中，所述引入步骤包括在2psi或更小的压力下将所述混合物注入所述模具中。


9.如权利要求1所述的方法，所述方法进一步包括在低湿度环境中热干燥所述固体陶瓷制品。


10.如权利要求1所述的方法，其中，所述固体陶瓷制品在所述冷冻步骤之后具有温度梯度，所述方法进一步包括：
在所述冷冻步骤之后，将所述固体陶瓷制品的温度归一化以降低所述温度梯度；
在所述归一化步骤之后，将所述固体陶瓷制品的液体部分解冻；以及，
在所述解冻步骤之后，将所述固体陶瓷制品的所述液体部分蒸发。


11.如权利要求1所述的方法，其中，所述固体陶瓷制品是白色的，所述方法进一步包括用没有着色剂的透明釉料制剂对所述固体陶瓷制品上釉。


12.如权利要求11所述的方法，所述方法进一步包括在所述上釉步骤之后，烧制所述固体陶瓷制品。


13.一种生产陶瓷产品的方法，所述方法包括：
在模具中将混合物的液体部分冷冻，以形成固体陶瓷制品；
在所述冷冻步骤之后，将所述固体陶瓷制品干燥，所述干燥步骤包括：
归一化阶段，其中使所述固体陶瓷制品达到接近所述液体部分的解冻点的基本上均匀的温度；
在所述归一化阶段之后的解...

【专利技术属性】
技术研发人员：库尔特·J·托马斯，P·A·V·布里奇特，M·J·维罗斯，J·A·埃尔默，N·W·丹尼斯，
申请(专利权)人：德尔塔阀门公司，
类型：发明
国别省市：美国;US