专利名称：用于蜂窝陶瓷体的粘合剂系统以及蜂窝体的制造方法
技术领域：
本发明涉及本发明总的涉及用于成形陶瓷和陶瓷体领域的粘合剂系统以及用该粘合剂系统制造陶瓷或蜂窝陶瓷体的方法。更具体地说，本发明涉及一种粘合剂系统，它含有低分子量油基非溶剂，以及该粘合剂系统在蜂窝陶瓷体制造方法中的应用。
2．相关技术的描述用来从诸如陶瓷颗粒材料的粉末材料生产制品的粘合剂和粘合剂系统必须满足许多要求。例如，粘合剂和粘合剂系统必须与陶瓷材料相容，从而能提供在粘合剂中有较高载荷的陶瓷材料的可流动分散液。另外，通过对在粘合剂中的陶瓷粉末分散液成形制得的“生”的预成形坯应具有足够的强度，从而能对其进行操作。为了如希望的那样“烧去(bumout)”，即除去粘合剂，粘合剂应当能从成形的陶瓷部件中除去且该部件不会发生变形或断裂。另外，除去粘合剂的预成形坯应当具有至少最低要求的强度，但是粘合剂残余物应足够得少，以便容易实现没有缺陷的固结。
满足这些需求的粘合剂的配方是复杂的，现有技术中已经公开了许多不同的粘合剂配方。最近，在制成各种形状的制品包括蜂窝基材中，已经提出使用纤维素醚粘合剂。混合物是密切混合而均匀的，并产生大小和形状非常完整且具有均匀的物理性能的生坯。除包含粘合剂外，这些粉末混合物通常还包含某些有机添加剂，例如表面活性剂、润滑剂和分散剂，它们起着增强润湿从而产生均匀批料的加工助剂的作用。
最近，对于壁较薄的、单元密度较高的蜂窝结构体、形状复杂的制品以及具有大的正面的制品的需求有所增加。利用目前的粘合剂(即纤维素醚粘合剂)技术制得的壁薄、形状复杂的制品在操作时很难不引起形状改变，因为“生的”预成形坯的强度低。挤压技术中的一个解决方法/最近的趋势，尤其是对于由高填充量的陶瓷粉末混合物组成的多孔蜂窝体来说，是挤压出较硬的坯体而不使压力同比增加。然而，挤压含目前一些批料组分的较硬陶瓷批料的尝试，即用上述纤维素醚粘合剂并降低水含量和/或加入诸如牛酯酸钠(sodium tallowate)或硬脂酸钠的添加剂，大都并不成功，因为较细颗粒的碰撞会产生较高的挤压压力，且涉及到材料的磨蚀性。
另一种尝试性解决方案是利用快凝技术；即在成形后立即固化蜂窝的单元壁，确保生陶坯的尺寸不会在随后的切割和其它操作步骤中改变。现有的快凝方法是采用快速凝蜡的延时硬化(如美国专利5,568,652中公开的)，和/或在模头出口施加一个外场如射频场。尽管这些快凝方法已经用于柔软批料的挤压(在历史上，对于高填充量的陶瓷混合物来说，柔软批料会得到较佳的挤出质量)，但这些方法用于薄壁型蜂窝结构体并不成功。
最近，共同转让的美国专利申请No.60/069,637(Chalasni等人)中公开了一种解决方法，它是用一种粉末混合物来成形蜂窝结构体，该混合物包含无机粉末材料、粘合剂、用于粘合剂的溶剂、表面活性剂和相对于粘合剂、溶剂以及粉末材料而言是非溶剂的组分。混合该粉末混合物，塑化并成形为湿的生坯强度有所改善的陶瓷预成形坯，因此它特别适合用于加工薄壁蜂窝结构体。另外，Chalasani公开了一种较佳的水性粘合剂系统混合物，它包含水、纤维素醚和疏水性非溶剂。
尽管Chalasani的这篇文献为通过挤塑制成复杂的薄壁陶瓷蜂窝体的工艺能力提供了显著的进步，但在粉末中加入该非溶剂(如轻质矿物油)却在“烧去”或除去粘合剂过程中产生了其它问题。具体地说，很难从成形的陶瓷部件中除去粘合剂组分而不使部件变形或断裂。在除去粘合剂时，由于油除去时的放热特性，使得薄壁陶瓷蜂窝体的强度降低且尺寸变化相应增加，因此在烧制陶瓷蜂窝体时必须采取一些特殊措施，以避免陶瓷体产生裂缝。已经采用特殊设计的窑和除去挥发性物质的装置，减少气氛中的含氧量，以及采用次数增加的复杂的烧制循环，都可以减少掺入上述粘合剂的薄壁陶瓷蜂窝体在烧制时的差示收缩和时常产生的裂缝。
鉴于本领域中的前述不便，需要开发一种粘合剂系统，该系统可用来成形薄壁陶瓷体并烧制成所需的陶瓷制品，不会产生高的差示收缩和裂缝缺陷，且该粘合剂系统能从陶瓷体中迅速方便地除去。
发明概述因此，本发明的一个目的是提供一个能用于成形陶瓷的或其它无机材料的蜂窝体的粘合剂系统，该粘合剂系统使成形成的生坯有足够高的湿强度，粘合剂系统的至少一部分能由于烧制过程的结果而除去又不致发生大的放热反应，从而减少了烧制时的裂缝发生率和差示收缩量。
根据本发明，通过提供用于对陶瓷粉末或其它粉末成形为生陶坯所用的粘合剂系统，可以实现本发明的上述目的，该系统包含粘合剂组分的一些必需组分、粘合剂组分用的溶剂、表面活性剂组分以及相对于粘合剂和溶剂组分而言为非溶剂的组分。该非溶剂组分粘度低于溶剂(在含有粘合剂时)，该非溶剂组分含有低分子量油，该油的90％回收的蒸馏温度范围在大约220至400℃之间；即是低分子量油。
本发明的另一实施方案提供一种可模制成形的粉末批料，该批料由无机粉末组分以及上述粘合剂系统组成，其中无机粉末组分由易烧结的无机颗粒材料组成。
本发明的另一实施方案提供了一种对塑化粉末混合物成型和成形的方法，该方法包括将由易烧结无机颗粒材料混合物组成的无机粉末组分以及本发明的粘合剂系统混合在一起，然后将这些组分塑化制成塑化混合物，然后将塑化混合物成形制成生坯。
本发明的最后一个实施方案提供一种制造陶瓷制品的方法，该方法包括对无机粉末和粘合剂系统的组合物成型和成形的上述步骤，随后对具有所需形状的该陶瓷生坯进行加热，除去粘合剂系统并将成形的陶瓷体烧制成经烧制的陶瓷体的步骤。
该粘合剂系统的优点是，它可用来制成具有薄壁和许多单元的堇青石蜂窝结构体。具体地说，如此成形的湿生坯显示出高的坚硬度，这种坚硬度是避免壁非常薄(厚度小于150微米)的陶瓷蜂窝结构体中发生坍落所需要的。本发明的另一个优点是以前的粘合剂系统所伴有的烧制裂缝现象减少，同时仍然保留了以前的粘合剂系统的挤出优点。具体地说，用于本发明中的低分子量油，与以前采用的油基非溶剂组分相比，表现为其除去时伴随的放热强度较低。
附图简述为了更好地了解本发明，参考附图，在这些图中
图1显示出掺入了本发明的掺有低分子量油的粘合剂系统的陶瓷体，与含有掺有油基非溶剂的粘合剂系统的陶瓷体相比，正面和侧面的裂缝百分数有所减少。
图2比较了除去本发明粘合剂系统时的放热强度与含有标准油基非溶剂组分的粘合剂系统除去时的放热强度。
发明详述根据本发明，一种用于随后烧制成陶瓷或其它陶瓷体的生陶加工步骤的粘合剂系统包括下列组分粘合剂、用于该粘合剂的溶剂、表面活性剂以及相对于至少是粘合剂和溶剂组分而言为非溶剂的组分。该非溶剂组分是低分子量油，它表现出粘度比溶剂低(当含有粘合剂时)，且其90％回收蒸馏温度范围在大约220至400℃之间，较佳的在大约220至320℃，更佳的大约220至280℃；下文称为低分子量油。
该低分子量油仍然起着如上述Chalasani申请中所述的作用。简言之，低分子量油代替了部分溶剂，且对塑性没有作用，但是提供了成形时所需的流动性，同时仍然使批料保持较硬。这样，本发明的粘合剂系统就同样实现了比常规粘合剂所获得的湿生坯强度有所提高的要求，而加工难度却没有同比增加。换言之，本发明的粘合剂系统能够挤出较硬的批料，而对诸如挤出压力、扭矩和流动性能等加工性能却没有不利影响。
上述Chalasani申请中公开的典型的油基非溶剂所提供的主要优点，是能使湿生状态的薄壁陶瓷保持其形状。然而，要在烧制这些可混溶的液体/水为基的高填充量的陶瓷系统时不产生裂缝是较为困难的。部件产生裂缝的部分原因是，在较高温度(150-500℃)下难以除去系统中通常用作非溶剂的大量标准油基液体以及其它有机物。这些有机物的除去涉及一系列的同时反应，这些反应相当复杂，例如包括有机物的氧化、挥发和热分解。由于在使用含有这些标准油基非溶剂组分的粘合剂系统时发生上述的粘合剂烧去现象，因此蜂窝体中出现大的温度梯度并发生剧烈的尺寸变化。用掺入低分子量油作为非溶剂组分的粘合剂系统比以前公开的任何含有标准非溶剂的粘合剂系统(包括上述文献中公开的那些)都优越。本发明的粘合剂系统提供的优点是，能通过挥发除去粘合剂系统中的低分子量油，这是一个放热远远小于除去含有标准油基非溶剂组分的粘合剂系统所需的反应。本发明粘合剂系统所需的除去方法的结果是，掺入本发明粘合剂系统的生坯将在烧制时表现出放热量减少，这就有可能使随后制成的蜂窝陶瓷体的裂缝减少。
低分子量油的90％回收蒸馏温度范围在大约220至400℃之间(按照ASTM D86定义和测定)的要求确保了油除去时所伴随的放热量远远低于通常用作非溶剂的标准油基液体(例如轻质矿物油)。通常，低分子量油是主要由碳链长度分布在14至24范围内的支链或直链饱和或不饱和烃组成的油；较佳的是至少有70％的碳链长度分布，更佳的是90％的碳链长度分布在14至24的范围内。低分子量油应当表现出的特征是在成形/挤出过程中能维持在液体状态。另外，低分子量油应当表现出按照下列Hansen参数的溶解度参数，如Allan F.M.Burton在“溶解性参数和其它内聚性参数手册”，CRC Press,95-111页，第2版，1991中所定义的(1)分散度参数δD，大约12至20范围内，较佳的在14至19之间；(2)极性参数，δP，小于或等于2，较佳的小于或等于1；(3)氢键合参数，δH，小于等于4，较佳的小于等于2；和(4)总参数，δT，在大约12至20的范围内，较佳的在大约14至19之间。
可以使用的非溶剂低分子量油包括聚α烯烃，其90％回收蒸馏温度满足上述要求的轻质矿物油和线形α烯烃。
用于本发明的较佳的粘合剂是以水为基的，即能与极性溶剂发生氢键键合作用。用于本发明的可接受的粘合剂是甲基纤维素、乙基羟乙基纤维素、羟丁基甲基纤维素、羟甲基纤维素、羟丙基甲基纤维素、羟乙基甲基纤维素、羟丁基纤维素、羟乙基纤维素、羟丙基纤维素、羧甲基纤维素钠及其混合物。在实施本发明时，甲基纤维素和/或甲基纤维素衍生物特别适合用作有机粘合剂，其中甲基纤维素、羟丙基纤维素或其组合是较佳的。较佳的纤维素醚来源是Dow Chemical Co.的Methocel A4M，F4M,F240和K75M纤维素产品。Methocel A4M纤维素是一种甲基纤维素。MethocelF4M、F240和K75M纤维素产品是羟丙基甲基纤维素。
诸如甲基纤维素的较佳纤维素醚粘合剂的性质有保水性、水溶性、表面活性或润湿能力、能使混合物增稠，为生坯提供湿的和干的生坯强度，在水性环境中产生热凝胶化和疏水缔合。促进与非溶剂的疏水缔合以及与溶剂的氢键键合相互作用是对纤维素醚粘合剂希望的。能与非溶剂疏水缔合的取代基例子有甲氧基、丙氧基和丁氧基。能疏水缔合的这些取代基还为粘合剂提供了凝胶强度。与诸如水的极性溶剂发生氢键键合相互作用最大化的取代基是羟丙基和羟乙基，羟丁基的程度稍小。这些性能的组合使得粘合剂处于溶剂和非溶剂之间的界面处。
用于本发明粘合剂系统的可接受的溶剂应以水为基，并使粘合剂组分和无机颗粒组分发生水化作用。特别佳的溶剂是水或与水混溶的溶剂。
用于本发明粘合剂系统的可接受的表面活性剂例如包括，C8-C22脂肪酸和/或它们的衍生物，C8-C22脂肪酯、C8-C22脂肪醇、硬脂酸、月桂酸、亚油酸、棕榈油酸与月桂基硫酸铵，其中硬脂酸、月桂酸和油酸是特别佳的。
一个特别佳的粘合剂系统实施方案包含一种粘合剂组分，该组分含有选自甲基纤维素、甲基纤维素衍生物及其组合的纤维素醚，含有聚α烯烃的非溶剂，选自硬脂酸、月桂基硫酸铵、月桂酸、油酸、棕榈酸及其组合的表面活性剂，作为溶剂水的水。
本发明不局限于陶瓷批料配方，还可通用于粉末成形过程；即，也可用于从几乎任何能以细分形式获得或能转变成该形式的易烧结无机材料颗粒成形为产品或产品预制品。本发明适合的以粉末形式成形的材料包括陶瓷颗粒，包括晶体陶瓷材料，颗粒形式的玻璃和可结晶的玻璃(玻璃陶瓷)。
陶瓷、玻璃陶瓷和玻璃陶瓷粉末指的是这些材料以及它们在烧制前的前体的粉末。组合物是指物理或化学组合物，例如混合物或复合物。这些粉末材料的例子是堇青石、多铝红柱石、粘土、滑石、锆石、氧化锆、尖晶石、铝土及其前体，硅石及其前体，硅酸盐，铝酸盐，硅铝酸锂，硅酸铝，长石，氧化钛，熔融硅石，氮化物，碳化物，硼化物，例如碳化硅，氮化硅，钠石灰，硅铝酸盐，硅硼酸盐，硅硼酸钠钡或它们的混合物，以及其它物质。
尽管这种粘合剂系统为常规无机物的成形方法提供了很多优点，但它为陶瓷材料，尤其是在烧制时产生堇青石、多铝红柱石及其混合物的那些材料，提供了独特的加工优点，这些混合物的一些例子是约2％至60％的多铝红柱石以及约30％至97％的堇青石，允许有其它物相，通常最高约10％(重量)。特别适合实施本发明的一些用来制成堇青石的陶瓷批料组合物公开在纳入本文作参考的美国专利3,885,977中。
一种特别佳的且最终在烧制时形成堇青石的陶瓷材料其组成用重量份表示如下假定其为100份重量，则约33-41、最佳约33-40份为氧化铝，约46-53、最佳约48-52份为硅石，以及约11-17、最佳约12-16份为氧化镁。
在实施本发明时，可选用任何需要量的组分来制造可模制成形的粉末批料组合物，该组合物含有粘合剂系统和由易烧结无机颗粒材料组成的无机粉末组分(诸如陶瓷粉末材料)。
在一个较佳的实施方案中，该组合物含有100份重量的无机粉末，约2-50份重量的低分子量油组分，约0.2-10份重量的表面活性剂，约2-10份重量粘合剂，以及约6-50份重量的溶剂组分。
在一个特别佳的实施方案中，组合物含有100份重量的无机粉末，约5-10份重量低分子量油，约0.2-2份重量的表面活性剂，约2.5-5份重量的粘合剂，和约8-25份重量的溶剂组分。
以合适的已知方式，将粘合剂系统的各个组分与一定量无机粉末材料(例如陶瓷粉末材料)混合，制得陶瓷材料和粘合剂系统充分混合的混合物。例如，粘合剂系统的所有组分可以先相互混合，然后将此混合物加入陶瓷粉末材料中。在这种情况下，粘合剂系统的整个部分可以一次性加入，或可间隔适当时间分批依次加入。或者，也可将粘合剂系统的各个组分依次加入陶瓷材料中，或是将粘合剂系统的两种或多种组分的预先制得的混合物加入陶瓷粉末材料中。另外，粘合剂系统可以首先与一部分陶瓷粉末材料混合。在这种情况下，随后将其余部分的陶瓷粉末材料加入制得的混合物中。无论如何，粘合剂系统必须以预定的部分与陶瓷粉末材料均匀混合。粘合剂系统和陶瓷粉末材料的均匀混合可在升高温度下用已知的捏合方法进行。
具体地说，对于陶瓷产品的批料来说，批料的成型是在成形步骤前的两个阶段中进行的。在批料成型的第一阶段或润湿阶段，例如在Littleford混合机中干混无机粉末颗粒、表面活性剂和粘合剂组分，然后加入溶剂。溶剂的加入量小于对批料塑化所需的量。以水作为溶剂时，水会使粘合剂和粉末颗粒水化。然后在混合物中加入低分子量油，以浸湿粘合剂和粉末颗粒。低分子量油的表面张力低于水。因此，它比溶剂更容易浸湿颗粒。在此阶段，粉末颗粒被表面活性剂、溶剂和低分子量油包覆和分散。
在一个较佳的实施方案中，塑化发生在第二阶段。在此阶段，第一阶段的湿的混合物在任何合适的混合机中承受剪切作用，此时批料将在诸如双螺杆挤出机/混合机、螺旋式混合机、悬轮混合机或双臂机等中塑化。
然后用任何已知的对塑化混合物成形的方法将得到的硬批料制成生坯形状，这些方法例如有挤塑、注模、流铸、离心浇铸、压力浇铸、干压等。本发明最适合通过模头来挤塑。
垂直或水平的挤塑操作可用液压活塞挤压机、或两级脱气单螺旋挤出机、或排料端连有模头组合件的双螺杆混合机来进行。在后者中，根据材料和其它操作条件来选择适当的螺杆元件，以便产生足够大的压力将批料挤压通过模头。
然后在所选温度和合适气氛下对形成的陶瓷生坯烧制一定时间，该时间取决于其组成、大小和几何形状，从而得到所需陶瓷的烧制体。例如，对于主要用来制造堇青石的组合物，温度通常在大约1300-1450℃范围内，在这些温度下的保温时间在大约1-8小时范围内。烧制时间和温度取决于诸如材料的种类和用量以及所用装置类型等因素，但是通常总的烧制时间在大约20-80小时范围内。
用本发明粘合剂系统得到的好处与上述待批共同转让的申请(该申请详细描述了在陶瓷生坯的制造和成形中使用非溶剂)中所描述的相似。具体地说，这些优点包括(1)诸如挤塑等成形方法可在明显较低的温度下进行，该温度比常规粘合剂系统采用的低至少大约25％；(2)在较低温度加工，因此混合扭矩较低，从而能在大于常规粘合剂系统所用的进料速度(至少大1倍，通常大约大1-1.5倍)下挤塑，同时仍然保持产品质量；(3)加工涉及纤维素醚粘合剂且用水作为溶剂，用与常规批料相比，它在较高生产量下能产生较高的凝胶强度，且陶瓷批料混合物的加热速度较小，而较高的生产量能力是通过使用凝胶强度低的纤维素醚来实现的，并且介电干燥时会发生缩孔缺陷(drying blister)；(4)挤压过程中会获得有益的成形生坯四周的正交单元以及平滑的表皮；(5)在离开模头后良好地保持形状，具体地说，在多蜂窝结构的情况下，较接近表皮的部分周围的的单元正交性有所改善。
如上所述，本发明表现出许多与例如上述待批申请中公开的非溶剂粘合剂系统相同的优点，例如湿强度和挤塑速度增加，然而，如上所述，使用这些标准的油基非溶剂和其它常规粘合剂系统时所固有的缺点是，在烧制时伴随非溶剂烧去的大量放热会引起差示收缩和裂缝的出现。本发明的粘合剂系统通过掺入90％回收蒸馏温度在大约220-320℃之间的低分子量油作为非溶剂组分，就克服了现有粘合剂存在这种缺点。本发明粘合剂系统表现出优于现有粘合剂系统(包括含有以前的非溶剂的系统)的主要优点包括下列这些(1)粘合剂系统是通过放热较少的反应除去的，因此减少了烧制时裂缝或缺陷的产生，从而容易制成烧制体；(2)低分子量油的使用减少了在烧制期间需要除去的液体/粘合剂的用量；(3)低分子量油的低粘度(稍稍高于水)以及在某些组合物中减少的表面张力(即由于使用了合适的表面活性剂)降低了挤塑期间的混合扭矩，并表现出成形生坯变形最少，其硬度增加最多；(4)掺入本发明粘合剂系统的生坯在烧制时表现出的尺寸变化与具有非油基液体的生坯相似；和(5)本发明的粘合剂系统容易较快地除去，因此增加了烧制体的生产率。
因此，本发明适用于制造复杂的成形部件，尤其是通常挤塑制得的陶瓷部件，且适用于生产相应的烧制体，如单元密度高、单元壁尺寸薄的多孔陶瓷蜂窝结构体。
实施例为了进一步描述本发明的发明原理，下面将描述本发明粘合剂系统的几个例子。然而，应当理解给予这些实施例的目的只是为了说明，而本发明并不局限于这些例子，在不脱离本发明的精神下可对本发明作各种改动和变化。
实施例1-11表1中列出了适合制造堇青石陶瓷体的各种无机粉末批料混合物，以重量份表示。组合物1-11的每一种均是将如表Ⅰ所示指定无机混合物的组分配合和干混在一起而制得的；Y和Z的不同在于用于氧化铝组分的细和粗氧化铝的比例。然后将表Ⅱ列出的粘合剂系统的量加入每个无机干混物中，然后进一步混合，形成塑化的陶瓷批料混合物。11个组合物中有两个用来对比。这11种不同的塑化的陶瓷批料混合物的每一种含有100份重量的无机粉末批料混合物和不同量的粘合剂系统(最高达39.5份重量)，如表Ⅱ所示。表Ⅲ列出了用于实施例中的各种非溶剂(即各种类型的油)组分，用符号A-F表示。表Ⅲ中报道了所列出的这些非溶剂的碳链分布和90％回收蒸馏温度(Durasyn 162为95％回收)。注意，非溶剂A、C和D各自含有低分子量油，该油主要的碳链长度在14-24之间，回收90％的蒸馏温度至少高于220℃；Durasyn 162的95％回收的蒸馏温度为230℃，它与高于220℃的90％回收蒸馏温度相对应。
将各种不同的塑化混合物挤塑通过双螺杆挤出机，制得直径为5.66″，单元壁尺寸为5.5密尔，长度为4″的陶瓷蜂窝基材；组合物10是一个例外，它的直径为4.162″，单元壁尺寸为4密尔，长度为4.5″。挤塑期间维持的条件包括挤塑压力在150-170千克之间，挤塑温度在23-25℃之间。从11批组合物的每一批制得大约90个陶瓷蜂窝生坯，对每批组合物的90个陶瓷蜂窝的每一个进行足以从中除去有机粘合剂系统并烧结蜂窝基材的加热和烧制循环。数出11次烧制(每批组合物总共一次)每次的正面和侧面裂缝总数。然后将每一组合物的正面和侧面裂缝总数除以该组合物烧制的基材总数，得到该组合物的正面和侧面裂缝百分数；该数值以％记录在表Ⅱ中。
表Ⅰ
表Ⅱ
1组合物1用INDUSTRENE 9018硬脂酸，而组合物2-13的硬脂酸含有EMORSOLE-120，两者均为直链硬脂酸2见表Ⅲ
表Ⅲ
1-95％回收蒸馏温度检查表Ⅱ中报道的裂缝数值，结果揭示，用低分子量油Durasyn 162或Penreco2260/6970作为粘合剂系统组分制得的烧制蜂窝基材，其正面和侧面裂缝百分数几乎为0，甚至是在含有高达9.2份重量油的组合物中。比较本发明组合物4与对比组合物5和7，粘合剂系统中均含有8份油，可以看出组合物4的正面和侧面裂缝百分数为0％，这与裂缝百分数分别为93和2.0％的组合物5和7相比是有利的。在粘合剂系统中采用9.2份油的那些组合物中，正面和裂缝减少的效果更为显著；组合物2显示出2％的正面和裂缝百分数，而组合物1显示出该数值为119％。本发明含有低分子量油的粘合剂系统所表现出的减少裂缝百分数的效果在图1中更加清楚可见；图中组合物的数字对应于表1中的组合物数字编号。
如上所述，与掺入常规含油粘合剂系统的那些相比，掺入本发明批料系统的蜂窝陶瓷体基材在烧制时裂缝减少是因为粘合剂系统中的有机物，低分子量油，在烧制期间从生坯中除去时发生的反应放热强度要低得多。这一蒸发和放热减少的情况得到了图2所示数据的支持，在图2中描绘了上述组合物中三种组合物的DTA结果。图2所示数据揭示，掺入含有标准油(轻质矿物油)的粘合剂系统(组合物1)表现出在100-500℃的温度范围内大量放热。组合物3和4的曲线则与此差别很大，这两者的曲线揭示了在粘合剂系统除去时表现出100-200℃之间的吸热反应，然后在200-300℃的温度范围内有稍稍放热的反应。该图表明，组合物3和4的粘合剂系统是通过蒸发然后是一段时间的挥发而除去的，这与似乎是组合物1除去机理的热解作用相反。应注意，组合物3和4的曲线与掺入标准粘合剂系统(含有仅仅一种粘合剂组分，用于该粘合剂组分的溶剂和表面活性剂，例如甲基纤维素，水和硬脂酸)的标准生坯所预计的类似。
权利要求
1．一种和陶瓷体一起使用的粘合剂系统，它包含粘合剂组分，用于该粘合剂组分的溶剂，表面活性剂组分，以及相对于至少粘合剂和溶剂组分而言是非溶剂的组分，在含有粘合剂时，该非溶剂组分的粘度低于溶剂，该非溶剂组分含有低分子量油，该油的90％回收蒸馏温度在220至400℃之间。
2．根据权利要求1所述的粘合剂系统，其中低分子量油表现出的90％回收蒸馏温度在220至320℃之间。
3．根据权利要求1所述的粘合剂系统，其中低分子量油表现出的90％回收蒸馏温度在220至280℃之间。
4．根据权利要求1所述的粘合剂系统，对于100份无机物而言，该粘合剂系统所含有的各组分的重量份数为15至30份低分子量油，0.5至10份表面活性剂，2至20份粘合剂和50至75份溶剂。
5．根据权利要求1所述的粘合剂系统，它含有各组分的重量份数为5至10份低分子量油，1至5份表面活性剂，5至15份粘合剂，和60至70份溶剂。
6．根据权利要求1所述的粘合剂系统，其中低分子量油选自聚α烯烃、表现出具有所需的90％回收蒸馏温度的轻质矿物油和线形α烯烃。
7．根据权利要求6所述的粘合剂系统，其中粘合剂含有选自甲基纤维素、甲基纤维素衍生物及其组合的纤维素醚，非溶剂组分是聚α烯烃，表面活性剂选自硬脂酸、月桂基硫酸铵、月桂酸、油酸、棕榈酸及其组合，溶剂是水。
8．一种可模制成形的粉末批料，它含有无机粉末组分和粘合剂系统，无机粉末组分由易烧结的无机颗粒材料组成，其中粘合剂系统包含粘合剂组分，用于该粘合剂组分的溶剂，表面活性剂组分，以及相对于至少粘合剂和溶剂组分而言是非溶剂的组分，在含有粘合剂时，该非溶剂组分的粘度低于溶剂，该非溶剂组分含有低分子量油，该油的90％回收蒸馏温度在220至400℃之间。
9．根据权利要求8所述的粘合剂系统，其中低分子量油表现出的90％回收蒸馏温度在220至320℃之间。
10．根据权利要求8所述的粘合剂系统，其中低分子量油表现出的90％回收蒸馏温度在220至280℃之间。
11．根据权利要求8所述的可模制成形粉末批料，它含有100份重量的无机粉末，2至50份重量的非溶剂，0.2至10份重量的表面活性剂，2至10份重量的粘合剂和6至50份重量的溶剂。
12．根据权利要求8所述的可模制成形粉末批料，它含有100份重量的无机粉末，5至10份重量的非溶剂，0.2至2份重量的表面活性剂组分，2.5至5份重量的粘合剂组分，8至25份重量的溶剂组分。
13．根据权利要求8所述的粘合剂系统，其中低分子量油选自聚α烯烃，表现出具有所需的90％回收蒸馏温度的轻质矿物油和线形α烯烃。
14．根据权利要求13所述的可模制成形粉末，其中粘合剂含有选自甲基纤维素、甲基纤维素衍生物及其组合的纤维素醚，非溶剂组分是聚α烯烃，表面活性剂选自硬脂酸、月桂基硫酸铵、月桂酸、油酸、棕榈酸及其组合，溶剂是水。
15．一种对塑化粉末混合物成型和成形的方法，该方法包括混合含有无机粉末组分以及粘合剂系统的组分，无机粉末组分由易烧结的无机颗粒材料混合物组成，粘合剂系统包含粘合剂组分，用于该粘合剂组分的溶剂，表面活性剂组分，以及相对于至少粘合剂和溶剂组分而言是非溶剂的组分，在含有粘合剂时，该非溶剂组分的粘度低于溶剂，该非溶剂组分含有低分子量油，该油的90％回收蒸馏温度在220至400℃之间，混合并塑化这些组分，制成塑化的混合物；然后，将塑化混合物成形制成生坯。
16．根据权利要求15所述的粘合剂系统，其中低分子量油表现出的90％回收蒸馏温度在220至320℃之间。
17．根据权利要求15所述的粘合剂系统，其中低分子量油表现出的90％回收蒸馏温度在220至280℃之间。
18．根据权利要求15所述的方法，其中混合和塑化包括将无机粉末混合物、表面活性剂和粘合剂干混成均匀的干混合物，将溶剂加入得到的干混合物中，形成中间的塑化混合物，随后在中间的塑化混合物中加入非溶剂，形成塑化混合物。
19．根据权利要求15所述的方法，其中塑化混合物包含100份重量的无机粉末，2至50份重量的非溶剂，0.2至10份重量的表面活性剂，2至10份重量的粘合剂和6至50份重量的溶剂。
20．根据权利要求15所述的方法，其中塑化混合物包含100份重量的无机粉末，5至10份重量的非溶剂，0.2至2份重量的表面活性剂组分，2.5至5份重量的粘合剂组分，和8至25份重量的溶剂组分。
21．根据权利要求15所述的方法，其中成形步骤是，使混合物通过双螺杆挤出机，然后通过模头，形成蜂窝结构体生坯。
22．一种制造陶瓷制品的方法，该方法包括对生产陶瓷用的组合物成型和成形的步骤，以及烧制所得成形生坯的步骤，其中用来生产陶瓷的组合物含有无机粉末组分以及粘合剂系统，无机粉末组分由易烧结的无机颗粒材料组成，粘合剂系统包含粘合剂，用于该粘合剂的溶剂，表面活性剂，以及相对于至少粘合剂和溶剂组分而言是非溶剂的组分，在含有粘合剂时，该非溶剂组分的粘度低于溶剂，该非溶剂组分含有低分子量油，该油的90％回收蒸馏温度在220至400℃之间。
23．根据权利要求22所述的粘合剂系统，其中低分子量油表现出的90％回收蒸馏温度在220至320℃之间。
24．根据权利要求22所述的粘合剂系统，其中低分子量油表现出的90％回收蒸馏温度在220至280℃之间。
25．根据权利要求22所述的方法，其中成型包括混合和塑化，而混合和塑化包括将无机粉末混合物、表面活性剂和粘合剂干混成均匀的干混合物，将溶剂加入得到的干混合物中，形成中间的塑化混合物，随后在中间的塑化混合物中加入非溶剂，形成塑化混合物。
26．根据权利要求22所述的方法，其中塑化混合物包含100份重量的无机粉末，2至50份重量的非溶剂，0.2至10份重量的表面活性剂，2至10份重量的粘合剂和6至50份重量的溶剂。
27．根据权利要求22所述的方法，其中塑化混合物包含100份重量的无机粉末，5至10份重量的非溶剂，0.2至2份重量的表面活性剂，2.5至5份重量的粘合剂，和8至25份重量的溶剂。
28．根据权利要求22所述的方法，其中成形的步骤是，使混合物通过双螺杆挤出机，然后通过模头，形成蜂窝结构体生坯。
全文摘要
一种用于对陶瓷粉末或其它粉末成型为生陶坯的粘合剂系统,它包含粘合剂、用于该粘合剂的溶剂、表面活性剂以及相对于粘合剂和溶剂而言是非溶剂的组分。非溶剂组分表现出粘度低于溶剂(在含有粘合剂时),此非溶剂组分含有低分子量油,该油的90%回收蒸馏温度在220—400℃的范围内。本发明还公开了塑化粉末混合物成型和成型的方法以及一种用该粘合剂系统制造陶瓷制品的方法。
文档编号B28B3/20GK1304389SQ99807075
公开日2001年7月18日 申请日期1999年6月2日 优先权日1998年6月6日
发明者D·M·比尔, D·沙拉萨尼, C·J·玛拉凯 申请人:康宁股份有限公司