玻璃和玻璃-陶瓷的粉末注塑法制造技术

一种通过玻璃粉末的粉末注塑生产玻璃或玻璃陶瓷制品的方法，该方法包括在连续的混合过程中将组份混合在一起以形成含有玻璃粉末和粘合剂的混合物，其中所述组份包括相对量足够等于所得混合物的至少５０体积％的玻璃粉末和含有热塑性聚合物（较优地热塑性高弹体）和蜡的粘合剂；使混合物成形以形成成形的结构；对成形的结构脱粘和进行烧结。该方法较优地包含通过高强度混合过程（较优地通过在双螺杆挤出机中混合）进行混合。成形的过程可以包括对混合物制粒和对粒化的混合物注塑以形成成形的结构。混合物的组份较优地包含相对量足够等于所得混合物的至少７０体积％的玻璃粉末。所述玻璃粉末较优地包含至少一些具有不规则形状的玻璃颗粒。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术一般涉及通过粉末注塑法由玻璃粉末生产玻璃和玻璃陶瓷制品，更 具体地，涉及改进的、更有效的、由粉末注塑生产玻璃和玻璃陶瓷制品的方法 以及由此生产的制品。
技术介绍
玻璃和玻璃陶瓷材料对于许多应用具有有利的性质。突出的性质，诸如化 学和物理耐受性、生物惰性、高温稳定性和许多玻璃基材料的透明性，使这些 材料在化学和生物实验室和生产过程中被广泛应用。比如，人们已经将玻璃材 料用于或提出将其用于生物孔板、"芯片实验室"、微反应器和其它流体和微 型流体应用中。玻璃和玻璃陶瓷制品也广泛用于许多其它工业应用中和各种消 费品中。在这些应用和许多其它应用中，经常希望由玻璃或玻璃陶瓷材料形成的制 品具有复杂的形式或形状。然而要生产这些材料的复杂形状可能有困难，这部分是因为恰好是人们所需要的这些材料的耐受性和惰性也使得它们难以被蚀 刻、机械加工、或以减少成形法(subtractive forming)的其它方式成形。为此， 人们需要能够对这些材料进行模塑以使其成为复杂形状。对于将玻璃和玻璃-陶瓷模塑为复杂形状可能有用的一种技术是粉末注 塑。在粉末注塑中，使粉末与聚合物粘合剂混合，然后对混合物进行注塑。脱 模后，使所得的制品脱粘(de-bind)并进行烧结。为了避免完成的部件具有过高 的孔隙率、翘曲和过度的收縮，需要高粉末加载量(高粉末份数和低粘合剂份4数)。尽管粉末注塑已经广泛应用于金属成形和在一定程度上应用于陶瓷成形 法中，人们很少将注意力集中在玻璃基材料的粉末注塑上。这可能是因为玻璃 粉末制品通常十分不规则，而一般理解的粉末注塑的理想制品形状是具有微小 长宽比的球形，以便使粉末与粘合剂混合物的流动性以及填充能力最大。美国专利第5602197号，"用于粉末成形的可逆聚合物凝胶粘合剂 (Reversible Polymer Gel Binders for Power Forming)" (，197专利)(转让给本申请 的受让人)，公开了用于粉末注塑的粘合剂组合物和方法，所述粉末注塑使用 各种粉末类型，包括金属粉末、陶瓷粉末和玻璃粉末。其中公开的方法达到高 粉末加载量(50-75体积％)，但是人们需要更有效的、更能适应制造或生产环境 的、同时具备高性能(包括高粉末加载量)的方法。
技术实现思路
本专利技术的一个方面，提供一种通过玻璃粉末的粉末注塑生产玻璃或玻璃陶 瓷制品的方法。该方法包括在连续的混合过程中使组份混合在一起以形成包含 玻璃粉末和粘合剂的混合物，其中所述组份包括相对量足够等于所得混合物的 至少50体积％的玻璃粉末，以及包含热塑性聚合物和蜡的粘合剂；使混合物 形成成形的结构；使成形的结构脱粘并进行烧结。该方法较优地包括通过高强 度混合过程进行混合，较优地在双螺杆挤出机中混合。成形过程可以包括对混 合物制粒并将粒化的混合物注塑以形成成形的结构。混合物的组份较优地包含 玻璃粉末，其相对量足够等于所得混合物的至少70体积％且最高达75%。玻 璃粉末较优地包括至少一些具有不规则形状的玻璃颗粒，可能主要由这些不规 则形状的玻璃颗粒组成。根据本专利技术方法的一个可替代的实施方式，在脱模之后和脱粘之前，所述 方法可以进一步包括将成形的结构和另一个结构叠加以及对这两个结构进行 烧结以此将它们粘合在一起的步骤。所述另一个结构可以任选地是按与初始的 成形结构相同的方法形成的结构。通过该方法，可以形成复杂的封闭的几何结 构。作为进一步替代的实施方式，脱粘和烧结的步骤可以进一步包括对成形的 结构进行预烧结以产生预烧结的成形的结构，将预烧结的成形的结构与另一个结构叠加以及烧结该叠加的结构以便将它们粘合在一起。这个变化体可以提供 的益处是较长的无支撑的跨距倾向于在最终结构中封闭大的面积。热塑性的聚合物较优地是热塑性高弹体，诸如苯乙烯-乙烯/丁烯-苯乙烯三嵌段共聚物，如作为克莱顿(Kraton)⑧G1650和G1652或它们的混合物销售的 苯乙烯-乙烯/丁烯-苯乙烯三嵌段共聚物。蜡较优地是十六醇和十八醇中的一种 或多种。本专利技术的方法提供结构化玻璃制品(包括具有精细结构和封闭空间或其它 复杂形状的制品)的高生产量生产。所得的制品显示出具有优良的形状保持性 和表面性质。本专利技术的各种实施方式的其它特征和优点将在随后的具体描述中叙述，本 领域的技术人员会从这些描述中或通过实施本文描述的专利技术(包括随后的具体 描述、权利要求以及附图)而容易地明白其中一部分。应该理解，以上的综述和随后的详细描述都展示了本专利技术的实施方式，并 且都意在为理解要求保护的本专利技术的本质和特征而提供综述或总纲。附图被包 括在内以提供对本专利技术的进一步理解，并且包括在说明书内构成说明书的一部 分。附图举例说明了本专利技术的各种实施方式，并与描述一起用于解释本专利技术的 构思和操作。附图说明图1是本专利技术方法的一种实施方式的流程图； 图2是本专利技术方法的另一种实施方式的流程图； 图3是本专利技术方法的另一种实施方式的流程图4是由本专利技术的方法的一种实施方式制成的器件的一个实施方式的剖面图5是在最终的烧结步骤后图4的剖视图6是根据本专利技术的一种方法生产的结构的数码图像；图7是图6所示结构的近距离数码图像；图8是根据本专利技术的另一个方法生产的结构的数码图像；图9是根据本专利技术的另一个方法生产的结构的数码图像；6图10和11是根据本专利技术的一种方法的一种实施方式生产的生坯(未脱粘 的)结构的断裂截面的数码图像；图12和13是与图10和11的未脱粘的结构类似的脱粘结构的断裂截面的 数码图像；图14是一张数码图像，用以举例说明使用本专利技术的一种实施方式获得的 优良的形状和形状保持性。具体实施例方式现在我们将具体涉及本专利技术的优选实施方式，附图中例举了这些实施方式 的实例。在任何可能的时候，在所有附图中使用相同的引用号以指代相同或相 似的部分。图1中显示了本专利技术的方法的一种实施方式，本文中一般由引用号 IO指代这种实施方式。图1中例举的方法IO包括以连续的混合过程使组份混合在一起以形成玻 璃粉末和粘合剂的混合物的步骤20。用于步骤20的组份包括相对量足够等于 所得混合物的至少50体积％的玻璃粉末，以及包含热塑性聚合物和蜡的粘合 剂材料，可以包含偶联剂和分散剂或脱模剂。混合后，在步骤22中使制得的 给料成形(优选通过制粒)，然后在步骤24中对原料注塑以形成需要的结构。接 着，在步骤26中使制得的成形的结构脱模并在步骤28中使结构脱粘和烧结。回到步骤20，玻璃粉末材料可以是任何需要的类型，包括烧结时结晶型、 烧结时相分离型以及烧结时保持非晶态型或是这些类型的组合。可以部分通过 待成形的结构的尺寸来决定粉末粒径和粒径分布，因为本专利技术方法对很大范围 的粒径显示出优良的性能，该范围是其中90%的颗粒小于10微米的粉末至其 中90%的颗粒小于60微米(甚至更大粒径)的颗粒的粉末。热塑性聚合物较优地是热塑性高弹体，最优地是苯乙烯-乙烯/丁烯-苯乙烯 三嵌段共聚物，诸如克莱顿(Kraton)⑧G1650或G1652或它们的混合物，可从 克莱顿聚合物公司(Kraton Polymers),美国德克萨斯州休斯顿市(Houston)，购 买。蜡较优地是十六醇和十八醇中的一种或多种。偶联剂较优地是有机钛酸酯， 诸如新烷氧基钛酸酯或TRI(二辛基磷酸本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种通过玻璃粉末的粉末注塑生产玻璃或玻璃陶瓷制品的方法，该方法包括：　在连续的混合过程中将组份混合在一起以形成含有玻璃粉末和粘合剂的混合物，所述组份包括：　相对量足够等于所得混合物的至少５０体积％的玻璃粉末，和　含有热塑性 聚合物和蜡的粘合剂；　使混合物成形以形成混合物的第一成形结构；　对所述第一成形结构进行脱粘和烧结。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：EW库南，JJ柯斯特洛三世，SM加纳，BC莫那汉，MA凯斯达，
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]