专利名称：粉末烧结型球泡三角面架材料的制作方法
粉末烧结型球泡三角面架材料领域新型材料背景成型材料的物理性能是决定其用途的关键之一，而型材的物理性能主要是 由构成型材的物质的分子排列结构和分子间的亲和力决定的。一般情况下，材料的变形、断 裂等物理变化主要是材料物质的局部分子排列发生了变化。物体的比重是由构成物体的物 质的比重和物体的外在体积所决定的，中空物体的比重一定比相同材质和体积的实心物体 比重小。许多材料做成一定厚度(球壳厚度)的空心球体后，充以相当压力的气体密闭，在 一定条件下，这种充气空心球可随的外加负荷不小于相同材质、相同体积的实心球，因为密 闭的充气球受到一定方向的外力时，球内气体会同时将这种外力均勻转移到球内受力点以 外的所有方向，而所有方向均有球壳，就成了 一处受力全球承担。实心球在这方面就相对较 差。如果把这样的充以相当压力的气体的空心球(在这里我们叫球泡)看做是一个物质分 子，人为把这些“分子”按最牢固的(金刚石分子排列结构)三角体结构(参见附图1)排 列，并使这种排列稳定，组合成具有一定外形的材料，那么这种材料在局部受到外力时，力 会在材料内部传递中分散(参见附图2)，避免了力对材料的集中破坏性。我们称这种材料 为球泡材料。成型材料及机械构件等(不包括成型的化学反应耗损材料)主要以物理性能决定 用途的型材及构件，在适应工作环境条件时的化学性能指标中，型材及构件表面的化学性 能是最主要的指标。人为制成具有完整表面，内部呈空球形三角网结构(也就是球泡三角 排列的空隙连接)(参见附图3)的型材或构件(主要用途由其物理性能决定的)其整体的 主要化学性能指标与相同材质的实心型材或构件并无明显差异。同时这种型材或构件(在 这里我们叫面架)的结构也是一种最具牢固性的网架结构，如果原料本身具备极高强度或 在其结构中加入高强筋网则是一种最牢固的网架(我们称这种结构为三角面架结构)。以化学性能符合使用要求的原料为面架，保证型材或构件的适应环境条件性能和整体牢固性；以球泡三角材料型材或构件的物理性能及较小比重，它们的 有机结合体就是球泡三角、面架复合材料。目的制备适应各种复杂环境条件和高强轻质型材或构件。方案一、球泡制备1、球泡壳的制备。球泡壳就是空心球壳，原则上一切可塑型、成型后具有定的稳 定性、一定的强度和韧性的材料均可作为制作球泡壳的原料。根据原料不同，采用相应的 方法，制作成质地勻称，可充气密闭，密闭后随一定压力(内部充气压力和外部承载压力， 具体要求根据型材或构件成品要求而定)的空心圆球队体。球泡壳体厚度、直径根据选用 原料、型材或构件成品要求而定。用于同一成品的球泡壳质量、规格相同(也可根据要求 而定)。一般情况下，一下球泡壳设一个充气孔。充气孔内可设自动防溢气装置，也可不设 (根据充气方法而定)，特殊情况可不设充气孔(要求常温下球泡内外压相等时)。2、球泡充气。充气方法一般可选用高压充气(球泡壳充气孔内设有防溢气装置) 或低温液化充气(将气体低温液化后注入球泡壳内)达到要求充气量后焊封充气孔，焊封 后要求充气孔外无明显凹凸。球泡内一般充以空气或氮气(防止球泡壳体从内部氧化)也可以充入其它不与球泡壳体发生化学反应的气体，气压根据型材或构件成品要求确定，特 殊情况可不充气(成品要求常温上球泡内外压相等)甚至球泡内的气体压力小于大气压 (高温下球泡内的压力自动升高)。最后用承载负荷或挤压检验，球泡无漏气，壳体无裂纹 及瘪壳现象。二、筋网制备1、原料选择。制备筋网一般选用合金钢丝(条)，也可选用碳纤维、凯夫拉等高强 材料，要求与选用的面架材料的亲和力强(能与面架材料牢固粘结成一体)，具体规格和质 地根据型材或构件成品要求而定。一张筋网可选用一种或几种规格的筋丝或条，一般同一 张网中使用权相同质地的筋丝或条，也可选用不同质地的但必需是相互之间可以焊接的。2、筋网制作。将选好的筋丝或条编成与型材或构件成品外形相同的米字格(参见附图4)空心笼网。网面每个空格都可呈独立三角形。筋丝或条的交叉处焊 点的抗拉强度应在单条相同筋丝或条的五倍以上。筋网中筋丝或条的规格及密度根据型 材或构件成品要求而定。根据情况也可做局部筋网(只在型材或构件成品的某一个面的面 架中使用)或不做筋网。三、球泡、筋网表面除垢(锈)1、表面除垢(锈)。为了球泡、筋网与面架材料的牢固结合，球泡筋网表面的污渍 及氧化层需全面清理。根据情况可选用化学清洗剂清理或器械摩擦清理，也可二者结合。必 要时在清理后涂施表面清理剂(比如焊药水)及粘合剂。根据情况可先排列后清洗或先清 洗后排列。四、球泡排列先将制作好的筋网置于成品模具(球泡三角面架材料型材或构件一般都在模具 内组合完成，模具是根据型材或构件成品外形和面架原料的品种及根据原料品种选用的成 型方法而特制的专用模具)内，使用局部筋网时将制作好的局部筋网放在模具内的相应位 置，经过检验的球泡按三角体(参见附图1、2、；3)结构排列在筋网内，不使用筋网时直接排 列在模具内。排列球泡时应撒一层粉末，排列一层球泡，并确保球泡之间的每个缝隙都布满粉 末，球泡排列要求整齐、紧密，排列完成后每个球泡的圆心虚拟直线连接可呈正三角体(参 见附图5)。五、合成将排列好球泡的模入窑，达到烧结温度后衡温一定时间(确保受热均 勻，全部烧结)出窑冷却后去模，即为成品。六
附图1，见附图第一页(左)，是球泡三角单组外观图，主要为了表示球泡三角体结 构的具体组成形式。附图2，见附图第二页，是普通固体材料与球泡面架受到外力时，力在材料内部传 递的对比示意图。主要是为了表示球泡面架材料随外力时的特性。图中箭头表示的方向为 力的传递方向。图a为普通固体材料受到正向下力时力在该材料内部传递的情况。图b为 普通固体材料受到斜向下力时力在该材料内部传递情况。图A为球泡三角面架材料受到正 向下力时力在该材料内部传递情况。图B为球泡三角面架材料受到斜向下力时力在该材料内部传递情况。附图3，见附图第三页，是球泡三角面架板材一角，图中正面和面侧面为该板材切 面，主要是为了表示球泡在材料内部的排列形式、面架在材料内部的结构、球泡三角与面架 的结合形式及筋网在面架中的位置。附图4，见附图第一页(中)，筋网结构示意图，主要为了表示筋网的结构。附图5，见附图第一页(右)，是球泡三角中球泡圆心虚拟直线连接图，主要是为了 表示球泡排列结构(与附图1、3共同说明)排列好的球泡圆心虚拟连接时呈三角体。效果成品保持了面架材料原有的化学性；具备牢固的整体性。成品整体可承载负荷大于各主要原料(筋网材料创造外)不论单一或混合情况 下，相同体积(与成品相比)、相同外型(与成品相比)的实心体。整体重量比相同材料(按 合面所用各种原料在成品中所占比例制成相同体积、外形)的实心体减轻百分之三十至百 分之七下(原料性能及成品用途不同减轻的重量也不同)。
权利要求
1.一种制备可以适应各种复杂环境条件的高强轻质(相对于所用原料)成型材料及构 件的方法，其特征是球泡以粉末烧结方法成型，三角体结构排列成型材或构件要求形状，面 架将球泡之间的缝隙及整体表面完全连接，使面架与球泡形成一个完整的整体。
2.根据权利要求1中所述的球泡其特征是内部充有一定量的气体的密闭空心球。
3.根据权利要求1中所述的三角体结构其特征是用大小相等的小圆球倒满正三角体 空间时，小圆球队在正三角体空间内自然形成的结构，即每四个小球(不包括同一平面的 和三个以上直线排列的)可组成一个具有四面的球三角体，球三角体的每一面都可看到三 个球。
4.根据权利要求1中所述面面架其特征是以能够符合型材或构件使用环境条件的原 料为原料，在以球泡排列成型的整体的表面和球泡之间的空隙中形成的具有完整表面的使 球泡排列稳固的框架笼网。
全文摘要
粉末烧结球泡三角面架材料是新型材料领域用粉末烧结方法结构成型的轻质高强度材料，它同时可具备防腐、隔音、隔热功能，必将成为各领域通用的常用材料之一。
文档编号C04B38/00GK102049517SQ20101052681
公开日2011年5月11日 申请日期2010年10月15日 优先权日2010年10月15日
发明者任首旺 申请人:任首旺