粘合剂组合物制造技术

一种粘合剂和一种在包括使用金属粉末或金属与陶瓷的混合物的常规粉末冶金工艺和固态自由形式制造工艺中，该粘合剂含有至少一种碳水化合物作为活性粘合化合物。该碳水化合物通常含有约６－９００个碳原子，可选自不同种类，包括但不限于：１）单糖；２）二糖；３）三糖；４）含在１）－３）中所述基本糖的多糖；和５）水解的淀粉，其中水解物含有约６－９００个碳原子，包括有限糊精等糊精、水解直链淀粉和水解的支链淀粉。粘合剂溶液中碳水化合物的量通常在约为５－５０克／１００毫升，更优选为５－３０克／毫升，最优选为１５克糖类／毫升载体溶液（或基于干燥的相当量）。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】本专利技术涉及用于常规粉末冶金工艺和称为“固态自由形式制造”的立体制造工艺中所用的粘合剂。
技术介绍
制造金属模具及其部件或注射模塑用模具可以用几种常规的工艺，包括用机床将钢切削加工成所需模具的形状和大小，精密铸造，或特殊工艺(用化学蚀刻或电火花放电对模具材料进行加工，以获得所需形状)。这些工艺需要复杂的制造步骤、技术非常熟练的人员和大量时间，因此非常昂贵。快速制造是一种用机器快速自动制造部件和工具的现有技术方法，它直接使用3D CAD模型或其它3D几何信息来源的数据，逐层制造一个完整的制品。使用粉末材料制造制品的快速制造或原型机制造技术有两个已获得专利的例子。美国专利号5,807,437描述了立体印刷工艺，美国专利号4,863,538描述了选择性激光烧结工艺，两者在此引入以供参考。固态自由形式制造工艺能制造具有内部通道和其它结构或空穴的固体制品，而这些制品是不能用常规成型或铸造技术制造的。可在最终制造中使用许多不同材料，包括陶瓷、金属和金属/陶瓷，但最有用的通常是钢和其它金属或复合合金，它们可通过(1)将金属或金属/陶瓷粉末粘合成形为所需的立体生坯；(2)烧结粘合的颗粒；和(3)在经烧结的制品中渗透其它熔融金属，例如熔融铜、熔融青铜等来制造。本专利技术涉及粘合剂的选择，用来提高已知的所有类型固态自由形式制造方法的整体性能。这些方法包括但不限于选择性激光烧结、多层物体制造、熔融沉积成型、精密光学制造、定向光制造、光工程网格成型、立体印刷等。许多这些工艺已在上述引用的和其它美国专利中被公开。通常立体印刷与喷墨印刷类似，但用粘合剂而不是墨水，按照对制品的计算机模型采用切分算法获得的计算机图像印刷到粉末层上。所有这些现有技术工艺中一个挑战是在粘合成形后，但在烧结前对生坯进行加工。粘合而未烧结的物体根据陶瓷工业的习惯用语被称为“生坯”。例如，当金属或金属/陶瓷在立体印刷工艺中逐层沉积时，通常在粉末和粘合剂的多个交替层沉积时，用丙烯酸类聚合物溶液或乳液作为粘合剂层。然而，丙烯酸类聚合物由于通常是许多聚合物，在约500℃时会分解。因此，使用丙烯酸类聚合物粘合剂，要求粘合步骤本身在不高于500℃的温度下进行。因此通常用丙烯酸类粘合剂粘合的生坯很脆弱，需要极端小心的处理，因为在低于约500℃的温度下通常完全不发生颗粒融合，而生坯仅靠固化的粘合剂才能结合。由于其相对脆弱，必须非常小心的避免生坯的破碎或损坏。另外，人们认为据信热变质的聚合物粘合剂(如果在烧结后还有剩下)对最终的烧结和渗透产品的强度或质量最终不起作用。理想的粘合剂组合物不仅能改善生坯强度，还可改善其极限强度和其它合金特征。在固态自由形式制造工艺中选择粘合剂时要考虑的另一个问题，是粘合剂组合物在储藏时是否稳定和安全，即是否会产生材料安全性问题或产生任何有害废料。专利技术简述为了满足这种需要，本专利技术是一种粘合剂和包含使用金属粉末的固态自由形式制造工艺中使用它的方法，该粘合剂含有至少一种碳水化合物作为活性粘合化合物。碳水化合物通常含有约6-900个碳原子，可选自各种类型，包括但不限于1)单糖，例如醛糖和酮糖及其糖苷，羟基、甲基、乙酰基、羰基、磷酸酯、脱氧、氨基和其它衍生物；2)二糖，例如蔗糖、麦芽糖、乳糖、右旋糖苷、纤维二糖、龙胆二糖和海藻糖；3)三糖，例如棉子糖和松三糖；4)含有上文1)-3)中所述基本糖的多糖；5)水解的淀粉，其中水解物含有约6-900个碳原子，包括糊精，例如极限糊精、水解的直链淀粉和水解的支链淀粉。形成异构体的碳水化合物可以是D或L型。总的说，碳水化合物通常溶解或分散(即水合胶团)在水相载体溶液中，但是可用任何载体，只要碳水化合物可以分散在其中。附图简述附图说明图1是一张照片，显示加热测试含丙烯酸类粘合剂的试条和含糖水的试条的结果。图2是一张照片，显示用10克/100毫升糖水粘合剂印刷，在400华氏度空气下煅烧2小时的316不锈钢粉末的颈。图3是一张照片，显示用10克/100毫升糖水粘合剂印刷，在400华氏度空气下煅烧2小时，然后在保护性气氛中，1250℃下烧结30分钟的316不锈钢粉末的颈。专利技术详述本专利技术是一种粘合剂，和在使用金属粉末的常规粉末冶金工艺和固态自由形式制造工艺中使用该粘合剂的方法，其中该粘合剂含有至少一种碳水化合物作为活性粘合化合物。碳水化合物通常含有约6-900个碳原子，可选自各种类型，包括但不限于1)单糖，例如醛糖和酮糖及其糖苷，羟基、甲基、乙酰基、羰基、磷酸酯、脱氧、氨基和其它衍生物；2)二糖，例如蔗糖、麦芽糖、乳糖、右旋糖苷、纤维二糖、龙胆二糖和海藻糖；3)三糖，例如棉子糖和松三糖；4)含有上文1)-3)中所述基本糖的多糖；5)水解的淀粉，其中水解物含有约6-900个碳原子，包括糊精，例如极限糊精、水解的直链淀粉和水解的支链淀粉。形成异构体的碳水化合物可以是D或L型。总的说，碳水化合物通常溶解或分散(即水合胶团)在水相载体溶液中，但是可用任何载体，只要碳水化合物可以分散在其中。粘合剂溶液中碳水化合物的含量通常是每100毫升载体溶液大约含5-50克碳水化合物，更优选是每100毫升5-30克，最优选每100毫升约15克。然而，不需要为了本专利技术的目的一开始就将碳水化合物溶解或分散在载体中。如果固态自由形式工艺不使用，或不必要使用液体粘合剂，那么使用相当量的干燥碳水化合物作为活性粘合剂化合物也在本专利技术的范围内。最优选的是所选碳水化合物是一种普通精制糖，例如蔗糖、麦芽糖、葡萄糖、乳糖等，因为它们便宜，易得而安全。本专利技术通过在固态自由形式制造工艺中同时使用碳水化合物粘合剂和金属粉末，获得新的和未预期的结果。碳水化合物粘合剂在传统陶瓷工业中是未知的，见例如Svec，J.J.等，Electronic and Newer Ceramics，Industrial Publications，Inc.Chicago，Illinois，U.S.A.，1959，p.78和p.129-132。如Svec等所述，曾经用传统的纸浆或其它纤维素组合物来制备陶瓷体上的导电涂层，用糊精、阿拉伯胶等粘合用氧化铝制造的陶瓷生坯。然而，Svec等未说明和指出-或甚至也未提到-通过引入碳水化合物粘合剂能改进固态自由形式制造工艺，以及新的和未预期的结果是由于在最终产物中存在碳水化合物。Svec等也没有提到存在于最终产品中的碳水化合物和载体的重要比例(或百分数)，以及最终产品中的碳水化合物碳的百分数。虽然不需要被该理论所限，对于铁制品，烧结后来自碳水化合物的剩余碳提供了烧结和/或渗透后形成的合金中增强的碳化物键。在本文中，本专利技术的液态碳水化合物粘合剂溶液的使用如下进行。指定一种CAD设计方法，用于控制粘合剂层的沉积。虽然粘合剂根据设计的方式沉积，金属或金属/陶瓷粉末层是均匀的沉积在整个制造腔表面。粉末可以是例如金属元素、金属合金、金属陶瓷、金属间化合物或其它金属/陶瓷复合物，或纯陶瓷。通过形成交替的选择性沉积的粘合剂层和完整沉积的粉末层，从该粉末床获得的益处是能够在其中产生垂悬物、底切物和内部空间。例如，可以印制出具有与制品成为一体的内部冷却通道的制品。这种灵活性能够用自由形式制造工艺在模具中产生非常复杂的冷却通道，确保在用该模具进行成形过程中温度更均匀。而均匀的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种制造制品的方法，其特征在于，将一定量用于制造的粉末带到含有至少一种碳水化合物的粘合剂附近。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】US 2001-4-25 09/842,6181.一种制造制品的方法，其特征在于，将一定量用于制造的粉末带到含有至少一种碳水化合物的粘合剂附近。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述碳水化合物含有约6-900个碳原子。3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述碳水化合物选自单糖、二糖、三糖、多糖和水解的淀粉。4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述制品含有选自元素金属、金属合金、金属陶瓷、金属间化合物、金属/陶瓷复合物或纯陶瓷的粉末颗粒。5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述制品制造是固态自由形式制造。6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述固态自由形式制造是立体印刷。7.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述固态自由形式制造是选择性激光烧结。8.如权...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘建新，M赖尼尔森，
申请(专利权)人：挤压磨石有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]