形成陶瓷制品的方法和组合物的制作方法
【专利说明】形成陶瓷制品的方法和组合物
[000。 背景 本公开总体上设及烙模铸造，更具体地讲，设及用于形成烙模铸造所用陶瓷忍和壳模 的材料。
[0002] 制造燃气满轮机组件（例如，满轮叶片和喷嘴）需要用具有紧公差的精确尺寸制 造部件。烙模铸造是制造运些部件常用的技术。铸件的尺寸控制与陶瓷插件（称为忍）和 模（也称为壳）的尺寸控制紧密相关。在此方面，重要的是能够在对应于所需金属铸件（例 如，满轮叶片、喷嘴等）尺寸的尺寸精度上制造忍和壳。
[0003] 除了在陶瓷忍铸造中需要尺寸精度外，制造不同满轮机组件也需要忍不仅尺寸精 确，而且足够强，W在烧制、蜡封、脱壳和金属铸造过程期间保持其形状。另外，忍必须足够 柔顺，W防止铸件在冷却和固化期间机械破裂。另外，忍材料一般必须能够经受铸造用于制 造满轮机组件的超合金常用的溫度，例如，溫度一般超过1，ooo°c。最后，忍必须在金属铸造 过程后容易移出。由于在强碱存在下优良的可浸出性，烙模铸造业一般使用二氧化娃或基 于二氧化娃的陶瓷。
[0004] 烙模铸造忍和壳可用低压注射模塑技术制造，如美国专利7, 287, 573中所述。其 中所述方法一般包括使陶瓷粉末分散W形成娃酬流体中的浆料，其中娃酬流体包括具有締 基和氨化物官能的娃酬物类。在某些情况下，首先使娃酬物类分散于挥发性溶剂（例如，可 通过热处理去除的脂族和芳族控），然后加入到陶瓷粉末，W形成陶瓷浆料，并进一步处理。 一旦形成稳定悬浮体，就加入金属催化剂，并形成所需的部件。然后，根据所用具体粘合剂 液体和金属催化剂，可应用加热步骤，W在硅氧烷物类之间进行催化反应，从而使形成的悬 浮体固化成巧体。娃酬物类在模中交联，得到在刚性的基于娃酬的聚合物基质中陶瓷颗粒 的分散体。如此形成的娃酬聚合基质可通过在较高溫度进一步加热基本分解，W产生二氧 化娃焦。
[0005] 上述方法相对于W前研发的方法在形成用于蜡模铸造的陶瓷忍方面提供改进。然 而，仍存在一些改进机会。例如，无溶剂方法可使相当致密的物质形成于巧体中，缺乏孔隙 性可导致尺寸相关性收缩，运种收缩可导致在烧制步骤期间裂化。在特征等级（feature scale)(即，忍上小特征和大特征之间的尺寸差）大的情况下，运种裂化可能特别严重。在 过程中使用溶剂可至少部分解决运一问题，运是因为，由于在固化步骤之前去除溶剂，在忍 中可形成互连的孔隙。然而，在过程中包含溶剂导致排放挥发性有机化合物（V0C)，且在某 些情况下，可造成需要使用为溶剂去除设计的专用液体可渗透模。
[0006] 因此，在本领域仍需要提供具有期望的物理和机械性能的忍和其它陶瓷体（如烙 模铸造中使用的那些）的改进陶瓷浆料和相关方法。
[0007] 简述 提供本发明的实施方案W满足运一需要和其它需要。一个实施方案为一种组合物。所 述组合物包含包括硅氧烷物类的液体；布置于液体内的包含陶瓷物质的多个颗粒；布置于 液体内的催化剂物质；和布置于液体内的成孔剂。成孔剂包括相对于液体基本为惰性且具 有小于约1300克/摩尔平均分子量的含娃剂。
[0008] 另一个实施方案为一种组合物，所述组合物包含包括硅氧烷物类的液体，硅氧烷 物类包含締基官能团和氨化物官能团；布置于液体内的包含陶瓷物质的多个颗粒；包含金 属且布置于液体内的催化剂物质；和布置于液体内的成孔剂。成孔剂包括十甲基环五娃氧 烧，并且W全部组合物的5%体积至约35%体积的浓度存在于组合物中。
[0009] 另一个实施方案为一种方法，所述方法包括W所需形状布置任何上述组合物；使 硅氧烷物类固化；并且使成孔剂挥发，W形成多孔巧体。
[0010] 详述 本发明的实施方案包括制造烙模铸造和其中多孔陶瓷结构有利的其它应用中所用的 多孔陶瓷体（例如，忍）的组合物和方法。组合物不依赖V0C排放溶剂提供互连孔隙，且在 某些情况下可完全不含运些溶剂，从而缓解W上提到的技术的一些前述缺点。
[0011] 如在整个说明书和权利要求书中所用，可用近似语言修饰任何定量表达，运些表 达可容许改变，而不引起所与其相关的基本功能的改变。因此，由术语例如"约"和"基本上" 修饰的数值不限于所指定的精确值。在某些情况下，近似语言可能对应于用于测量数值的 仪器的精确度。在此和整个说明书和权利要求书中，范围限度可W组合和/或互换，运些范 围经确定，并包括其中包含的所有子范围，除非上下文或用于另作说明。
[0012] 在W下说明书和权利要求中，除非上下文另作清楚说明，否则单数形式"一个"和 "该"包括复数对象。本文所用术语"或"不意味排它性，而是指存在至少一种所指组分，并 且包括其中可存在所指组分组合的情况，除非上下文另作清楚说明。
[0013] 本文所用术语"可"和"可W为"表示在一组情况下发生的可能性、具有指定性质、 特征或功能；和/或通过表达与被修饰动词相关的一种或多种能力、性能或可能性修饰另 一个动词。因此，"可"和"可W为"的使用表示被修饰的术语明显适合、能够或适用于所表 示的能力、功能或应用，尽管考虑在某些情况下，被修饰的术语可能有时是不适合、不能够 或不适用。
[0014] 本发明的一个实施方案包括可用于例如制造多孔陶瓷体的方法的组合物，运种 方法尤其例示但不一定限于前述US7, 287, 573及US7, 413, 001、US7, 487, 819和US 8, 413, 709中公开的技术。
[0015] 组合物一般为包括分散于含娃液体内的陶瓷粉末的浆料，在浆料技术用语中，运 种液体也可称为"粘合剂"。具体地讲，液体包括硅氧烷物类，例如（a) -种或多种硅氧烷 聚合物，如（但不限于）在娃酬技术熟知的所谓"室溫可硫化"（RTV)系统，作为实例，包括 RTV615(商品名MomentivePerformanceMaterials)和包含聚合输入物的其它此类娃酬 制剂；化）硅氧烷单体；和/或（C)硅氧烷低聚物。硅氧烷物类可包括締基和氨化物官能。 在液体中使用的硅氧烷物类可W为在本领域称为"可固化"或"反应性"的类型，是指在特 定组处理条件下，物类经历交联（"固化"）反应，固化过程W下更详述描述。
[0016] 可在本文所述组合物中用作粘合剂液体的具有締基官能的硅氧烷物类为通式（I) 的締基硅氧烷：
其中R1、R2和R3分别独立包括氨或单价控、面控或面化控基；X为二价控基；a为具有 ο和8之间数值的整数（含ο和8)。本文所用术语"单价控基"和"二价控基"旨在指示直 链烷基、支化烷基、芳基、芳烷基、环烷基和二环烷基基团。
[0017] 包括氨化物官能的硅氧烷物类为具有直接结合到一个或多个娃原子的氨的氨娃 氧烧，因此，包含反应性Si-H官能团。
[0018] 可用于本公开的示例性締基硅氧烷包括W下类型的多官能締取代硅氧烷：
其中R为单价控、面控或面化控；R'为締基，例如乙締基，或其它末端締基，例如締丙 基、1-下締基等。R"可包括R或R'，a=0至200(含0和200)，b=l至80(含1和80);其 中选择a和b，W提供具有约1，000厘拖最大粘度的流体，并使b/a之比允许每摩尔W上式 (II)的硅氧烷有至少3个反应性締部分。
[0019] 适合的烷基/締基环硅氧烷为式（III)的环硅氧烷：
[RR'SiO]x, (III) 其中R和R'如前限定，且X为3至18的整数（含3和18)。
[0020] 其它适合的官能不饱和硅氧烷可W为式（IV)的硅氧烷：
) 其中R、R'和R"如前所限定。在一些实施方案中，（c+d+e+gVf之和的比>2。
[0021] 示例性不饱和硅氧烷包括1，3-二乙締基-四甲基二硅氧烷、六乙締基二硅氧烷、 1,3- ^乙締基四苯基^硅氧烷、1, 1, 3-二乙締基二甲基^硅氧烷、1, 3- ^甲基四乙締基^. 硅氧烷等。示例性环烷基或芳基乙締基硅氧烷包括1，3, 5-Ξ乙締基-1，3, 5-Ξ甲基环Ξ 硅氧烷、1，3, 5, 7-四乙締基-1，3, 5, 7-四甲基环四硅氧烷、1，3-二乙締基八苯基环五娃氧 烧等。
[0022] 适合的多官能氨化物硅氧烷包括W下描绘的组成：
其中R如前限定，R' ' '可包括R或H，a和b如前限定，并选择a和b，使得b/a之比允 许每摩尔W上式（V)的硅氧烷有至少3个反应性Si-H部分。
[0023] 适合的烷基/氨化物环硅氧烷为式（VI)的环硅氧烷： 出RSiO]x, (VI) 其中R如前限定，且X为3至18的整数（含3和18)。
[0024] 其它适合的官能氨化物硅氧烷包括：
其中R和R'''如前所限定。在一些实施方案中，（c+d+e+gVf之和的比>2。
[00巧]示例性硅氧烷氨化物包括聚（甲基氨）硅氧烷、共聚[(甲基氨）-(二甲基）]娃氧 烧；1，3, 5, 7-四甲基环四硅氧烷、1，3, 5, 7, 9-五甲基环五硅氧烷和其它环甲基氨硅氧烷； 四（二甲基娃氧基）硅烷和相当于式（νΠ)的具有组成邮1畑3)2〇1/2]2 (Si〇2)的有机改