陶瓷紧固器的制作方法

本公开涉及陶瓷紧固器的构造。更具体地，本公开涉及构造陶瓷紧固器的方法和根据所述方法构造的陶瓷紧固器，其中，陶瓷紧固器具有诸如氧化铝或氧化锆的坚固陶瓷材料的外壳，并且该外壳具有填充有玻璃陶瓷材料的内孔。

背景技术：

当前可用的有由氧化铝构成的陶瓷紧固器和由基于氧化锆的陶瓷构成的陶瓷紧固器。然而，当前已知的陶瓷紧固器中有一些由于它们的断裂韧性和耐冲击性低而被认为性能差。在商业应用和航空应用二者中，需要具有增强的韧性并且可耐受高冲击和剪切力的高温陶瓷紧固器以及非导电陶瓷紧固器。

技术实现要素：

本公开的陶瓷紧固器基本上包括由不同陶瓷材料构成的外壳和内芯。外壳形成陶瓷紧固器的外部并且包围内芯。

外壳具有带有内孔的柱形节段。内孔沿着外壳在内孔的第一端和内孔的第二端之间延伸。外壳具有位于该外壳的第一端的头部。头部在内孔的第一端上并且围绕所述内孔的所述第一端延伸。头部被构造为典型紧固器的头部(诸如，螺栓上的六角头或机器螺钉上的开槽头)。外壳具有从头部延伸到外壳的第二端的杆。杆围绕内孔的节段。杆与头部形成一体。杆具有位于该杆上的至少一个外螺纹。所述外壳的陶瓷材料是高纯度陶瓷材料(诸如，烧结的基于氧化铝或氧化锆的陶瓷)。

内芯位于外壳的内孔内。内芯具有从该内芯的处于内孔的第一端处的第一端延伸到该内芯的处于内孔的第二端处的第二端的节段。内芯由玻璃陶瓷材料构成。在构造紧固器期间，玻璃陶瓷材料被结合至外壳的内孔的内表面并且拉动被压缩的外壳。

在构造陶瓷紧固器时，在模具中铸造外壳，其中，模具具有形成外壳的外表面的内表面。外壳由诸如氧化铝或氧化锆的陶瓷粉末形成。通过流铸或注射成型，通过等 静压烧结，或者通过其它等同方法，在模具中形成外壳。这样，形成了具有头部和杆的外壳，头部被构造成与常规用于转动紧固器的工具接合，杆从头部延伸到外壳的第二端。杆被模制成在所述杆的外部上具有至少一个外螺纹。模制过程还将外壳形成为具有内孔，该内孔沿着外壳从头部的内部沿着杆延伸到外壳的第二端。在外壳的第二端设置有通向内孔的开口。

然后，在外壳的内孔中形成内芯。内芯由形成预玻璃陶瓷混合物的陶瓷粉末制成。然后，在炉子中熔融预玻璃陶瓷混合物。然后，将熔融的预玻璃陶瓷混合物倾倒在外壳的内孔中。熔融的预玻璃陶瓷混合物从外壳头部的内部沿着杆直至外壳的第二端处的开口填充所述外壳的内孔。

然后，对外壳和外壳内孔中的玻璃陶瓷进行热处理，以使内芯的玻璃陶瓷结晶。这样，形成了紧固器的与外壳结合的玻璃陶瓷内芯，并且拉动被压缩的外壳。

然后，让紧固器冷却下来，并且加工外壳的第二端，以使外壳的第二端和外壳的第二端处的玻璃陶瓷平滑，并且形成最终的陶瓷紧固器。

已经讨论的特征、功能和优点可独立地在各种实施方式中实现或者可在其它实施方式中进行组合，可参照下面的描述和附图明白其它细节。

附图说明

图1是本公开的陶瓷紧固器的剖视图的表现。

图2是用于形成陶瓷紧固器的壳的模具的表现。

图3是从模具中取出的壳的剖视图的表现。

图4是被填充热熔融的预玻璃陶瓷混合物的壳的剖视图的表现。

图5是被填充玻璃陶瓷混合物的壳的剖视图的表现，其中，玻璃陶瓷混合物已经被加热并且完成结晶，以形成紧固器的玻璃陶瓷芯。

图6是形成陶瓷紧固器的方法的流程图。

具体实施方式

图1是本公开的陶瓷紧固器10的剖视图的表现。陶瓷紧固器10基本上由外壳12和内芯14构成。外壳12和内芯14由不同的陶瓷材料形成。外壳12形成陶瓷紧固器10的外部并且包围内芯14。陶瓷紧固器10具有中轴16，并且外壳12和内芯 14都围绕中轴16对称。

外壳12具有介于该外壳的第一端20和该外壳的第二端22之间的柱形节段。外壳12具有头部24，该头部24形成在外壳的第一端20。头部24的外部被构造为传统紧固器的头部(诸如，螺栓上的六角头、机器螺钉上的开槽头或传统紧固器头部的任何其它构造)。外壳12还具有杆26，该杆26沿着外壳12的柱形节段从头部24延伸到外壳的第二端22。杆26的外表面被构造为典型的带螺纹紧固器的外表面。如图1中表现的，至少一个外螺纹28形成在杆26的外部上，与外壳的第二端22相邻。杆26与头部24形成一体并且沿着外壳12的柱形节段从头部24延伸到外壳的第二端22。对于本公开，外壳12由高纯度陶瓷材料(诸如，烧结的基于氧化铝或氧化锆的陶瓷)形成。可采用其它等同的陶瓷材料。外壳12具有沿着该外壳12的柱形节段延伸的内孔30。内孔30具有由外壳12的位于外壳头部24内的第一内表面32限定的第一端。内孔30沿着外壳12延伸，从内孔的由第一内表面32限定的第一端开始，沿着杆26的节段(在杆26中，内孔30由外壳12的第二内表面34限定)，延伸到内孔30的第二端，内孔30的该第二端由位于外壳的第二端22处的通向内孔的开口36限定。内孔30的沿着杆26延伸的第二部分34呈现具有恒定内径和恒定横截面面积的柱形构造。如可在图1的表现中看到的，内孔30的由外壳头部24内的第一内表面32限定的第一部分32也呈现大体柱形构造，该柱形构造的横截面直径和横截面面积大于内孔的被包含在杆26的第二内表面34中的第二部分的横截面直径和横截面面积。

内芯14位于外壳12的内孔30内并且完全填充内孔。内芯14具有从该内芯的与外壳12的第一内表面32对应的第一端42延伸到该内芯的与内孔的位于外壳第二端22的开口36对应的第二端44的节段。沿着内芯14的节段，内芯具有与内孔30的第一内表面32和第二内表面34对应的外表面。这样，在内孔30的第一内表面32中形成内芯14上的头部，并且在内孔30的第二内表面34中形成内芯14上的杆。内芯14由玻璃陶瓷材料构成。玻璃陶瓷材料被结合到外壳12中内芯30的第一内表面32和第二内表面34。这个结合是在构造陶瓷紧固器10期间创建的并且导致内芯14拉动被压缩的外壳12。

在图2至图6中表现构造陶瓷紧固器10的方法。在构造陶瓷紧固器10时，首先形成外壳12，然后在外壳中形成内芯14。

参照图6，步骤1，确定将要用于形成外壳12的陶瓷粉末。对于本公开，陶瓷粉 末是氧化铝。然而，可使用氧化锆或其它等同的陶瓷粉末。

参照图2和图6，步骤2，外壳12在模具48中形成，模具48具有被构造成形成外壳12的外表面的内表面50。图2只表现了模具48的一半。应该理解，在形成外壳12时还使用模具的作为图2中示出的模具48的一半的镜像图像的另一半。通过流铸，通过高温等静压烧结，或者通过其它等同方法，用氧化铝陶瓷粉末在模具48的两半中形成外壳12。在完成外壳12的模制时，如图3中表现的，从模具48中取出外壳12。如图3中表现的，外壳12被模制成具有头部24、杆26、外螺纹28和内孔30，头部24处于外壳的第一端20，杆26沿着外壳12的节段延伸到外壳第二端22，外螺纹28位于杆26上，内孔30从内孔的第一端32沿着外壳12延伸到内孔的位于外壳第二端22处的开口36处的第二端34。

如图6中表现的，步骤3，陶瓷粉末被确定为形成内芯14所需的玻璃陶瓷材料的前体。所选择的粉末被混合而形成预玻璃陶瓷混合物。

如图6中表现的，步骤4，将预玻璃陶瓷混合物放入炉子中的熔炉中，并且在炉子中进行加热，以熔化预玻璃陶瓷混合物，形成熔融的预结晶玻璃陶瓷。

如图4和图6中表现的，步骤5，接着，从熔炉倾倒出熔融的预结晶玻璃陶瓷，使其通过外壳第二端22中的开口36，进入外壳12的内孔30中。熔融的预结晶玻璃陶瓷完全填充外壳12的内孔30，直至内孔30的开口36。

如图5和图6中表现的，步骤6，对外壳12的内孔30中的熔融的预结晶玻璃陶瓷和外壳进行热处理，使内芯14的玻璃陶瓷结晶。这样，在外壳12中形成与内孔30的第一内表面32和第二内表面34结合的玻璃陶瓷芯14并且将被压缩的外壳12拉向内芯14。

如图6中表现的，步骤7，让陶瓷紧固器10的外壳12和内芯14冷却下来。在冷却下来之后，如有需要，使外壳12和内芯14经受加工，以使外壳第二端22和外壳内孔30的开口36处的内芯14平滑，形成图1中表现的最终陶瓷紧固器。

另外，本公开包括根据以下条款的实施方式。

条款1.一种紧固器，所述紧固器包括：

壳，其形成所述紧固器的外部，所述壳具有带有内孔的柱形节段，所述内孔沿着所述壳在所述内孔的第一端和所述内孔的第二端之间延伸，所述壳具有在所述内孔的所述第一端上延伸的头部，所述壳具有围绕所述内孔延伸的杆，所述杆与所述头部形 成一体，并且所述杆从所述头部沿着所述壳的所述柱形节段延伸到所述内孔的所述第二端，所述壳由陶瓷材料构成；以及

芯，其位于所述壳的所述内孔内，所述芯具有从所述内孔的所述第一端延伸到所述内孔的所述第二端的节段，所述芯由玻璃陶瓷材料构成。

条款2.根据条款1所述的紧固器，其中，所述杆具有位于该杆上的外螺纹，所述外螺纹围绕所述芯延伸。

条款3.根据条款1所述的紧固器，其中，所述壳的所述陶瓷材料是除了玻璃陶瓷材料之外的陶瓷材料。

条款4.根据条款1所述的紧固器，其中，所述壳的所述陶瓷材料是烧结的氧化铝。

条款5.根据条款1所述的紧固器，其中，所述壳的所述内孔被内表面包围；所述芯具有围绕该芯延伸的外表面，所述芯的所述外表面与所述内孔的所述内表面结合，并且将被压缩的所述壳围绕所述芯拉动。

条款6.根据条款1所述的紧固器，其中，所述头部围绕所述内孔的所述第一端延伸，且所述内孔的所述第一端位于所述头部内；所述芯具有位于该芯的所述节段的相对两端处的第一端和第二端，并且所述芯的所述第一端处于所述内孔的所述第一端处并且位于所述头部内。

条款7.根据条款6所述的紧固器，其中，所述芯具有处于该芯的所述第一端处的头部，所述芯的所述头部的横截面面积是所述芯的所述节段中最大的横截面面积，并且所述芯的所述头部位于所述壳的所述头部内。

条款8.一种紧固器，所述紧固器包括：

具有一个节段的芯，所述芯具有位于该芯的所述节段的相对两端处的第一端和第二端，所述芯具有围绕所述芯延伸的外表面，所述芯由玻璃陶瓷材料构成；以及

围绕所述芯的壳，所述壳由非玻璃陶瓷的陶瓷材料构成，所述壳具有围绕所述芯的所述第一端延伸的头部，所述壳具有围绕所述芯的所述节段延伸的杆，所述杆与所述头部形成一体，所述杆从所述头部沿着所述芯的所述节段延伸到所述芯的所述第二端。

条款9.根据条款8所述的紧固器，其中，所述壳的所述陶瓷材料是烧结的氧化铝。

条款10.根据条款8所述的紧固器，其中，所述壳的所述陶瓷材料是氧化锆。

条款11.根据条款8所述的紧固器，其中，所述壳与所述芯的所述外表面结合，并且所述芯将被压缩的所述壳围绕所述芯拉动。

条款12.根据条款8所述的紧固器，其中，所述芯具有处于所述芯的所述第一端的头部，所述芯的所述头部的横截面面积是所述芯的所述节段中最大的横截面面积，并且所述芯的所述头部位于所述壳的所述头部内。

条款13.根据条款8所述的紧固器，其中，所述杆具有位于该杆上的外螺纹，并且所述外螺纹围绕所述芯延伸。

条款14.一种制造紧固器的方法，所述方法包括：

形成所述紧固器的壳，所述壳具有带有相对的第一端和第二端的节段，在所述壳的所述第一端上形成头部，在所述壳的第二端上形成外螺纹，将所述壳形成为带有沿着所述壳的所述节段延伸的内孔；

将熔融的预结晶玻璃陶瓷材料倾倒到所述壳的所述内孔中；以及

让所述熔融的预结晶玻璃陶瓷材料在所述壳的所述内孔内冷却下来。

条款15.根据条款14所述的方法，所述方法还包括：由陶瓷材料形成所述壳。

条款16.根据条款14所述的方法，所述方法还包括：由氧化铝形成所述壳。

条款17.根据条款14所述的方法，所述方法还包括：由氧化锆形成所述壳。

条款18.根据条款14所述的方法，所述方法还包括：通过进行流铸和注射成型中的一种且之后等静压烧结用于形成所述壳的陶瓷材料来形成所述壳。

条款19.根据条款14所述的方法，所述方法还包括：在所述预结晶玻璃陶瓷材料已经冷却下来之后，对所述预结晶玻璃陶瓷材料进行热处理以使所述预结晶玻璃陶瓷材料结晶，并且将所述预结晶玻璃陶瓷材料结合至所述壳。

条款20.根据条款19所述的方法，所述方法还包括：加工所述壳的所述第二端以及结合至所述壳的所述预结晶玻璃陶瓷材料，以形成平滑的底部。

因为可在不脱离本发明的范围的情况下在本文描述和例示的陶瓷紧固器的构造及其操作方法中进行各种修改，所以以上描述中包含的或者附图中示出的所有内容旨在应当被理解为是例证性而非限制性的。因此，本公开的广度和范围不应该受上述示例性实施方式中的任一个的限制，而是应该只按照随附的权利要求书及其等同物进行定义。