形成陶瓷制品的方法和組合物技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)提供可用于形成陶瓷制品的組合物和方法，例如，用于熔模鑄造的芯和殼。組合物包含包括硅氧烷物類的液體；布置于液體內(nèi)的包含陶瓷物質(zhì)的多個顆粒；布置于液體內(nèi)的催化劑物質(zhì)；和布置于液體內(nèi)的成孔劑。成孔劑包括對液體基本為惰性且具有小于約1300g/摩爾平均分子量的含硅劑。該方法包括以所需形狀布置任何上述組合物；使硅氧烷物類固化；并且使成孔劑揮發(fā)，以形成多孔坯體。

【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
背景本公開總體上涉及熔模鑄造，更具體地講，涉及用于形成熔模鑄造所用陶瓷芯和殼模的材料。制造燃?xì)鉁u輪機組件(例如，渦輪葉片和噴嘴)需要用具有緊公差的精確尺寸制造部件。熔模鑄造是制造這些部件常用的技術(shù)。鑄件的尺寸控制與陶瓷插件(稱為芯)和模(也稱為殼)的尺寸控制緊密相關(guān)。在此方面，重要的是能夠在對應(yīng)于所需金屬鑄件(例如，渦輪葉片、噴嘴等)尺寸的尺寸精度上制造芯和殼。除了在陶瓷芯鑄造中需要尺寸精度外，制造不同渦輪機組件也需要芯不僅尺寸精確，而且足夠強，以在燒制、蠟封、脫殼和金屬鑄造過程期間保持其形狀。另外，芯必須足夠柔順，以防止鑄件在冷卻和固化期間機械破裂。另外，芯材料一般必須能夠經(jīng)受鑄造用于制造渦輪機組件的超合金常用的溫度，例如，溫度一般超過1,000℃。最后，芯必須在金屬鑄造過程后容易移出。由于在強堿存在下優(yōu)良的可浸出性，熔模鑄造業(yè)一般使用二氧化硅或基于二氧化硅的陶瓷。熔模鑄造芯和殼可用低壓注射模塑技術(shù)制造，如美國專利7,287,573中所述。其中所述方法一般包括使陶瓷粉末分散以形成硅酮流體中的漿料，其中硅酮流體包括具有烯基和氫化物官能的硅酮物類。在某些情況下，首先使硅酮物類分散于揮發(fā)性溶劑(例如，可通過熱處理去除的脂族和芳族烴)，然后加入到陶瓷粉末，以形成陶瓷漿料，并進(jìn)一步處理。一旦形成穩(wěn)定懸浮體，就加入金屬催化劑，并形成所需的部件。然后，根據(jù)所用具體粘合劑液體和金屬催化劑，可應(yīng)用加熱步驟，以在硅氧烷物類之間進(jìn)行催化反應(yīng)，從而使形成的懸浮體固化成坯體。硅酮物類在模中交聯(lián)，得到在剛性的基于硅酮的聚合物基質(zhì)中陶瓷顆粒的分散體。如此形成的硅酮聚合基質(zhì)可通過在較高溫度進(jìn)一步加熱基本分解，以產(chǎn)生二氧化硅焦。上述方法相對于以前研發(fā)的方法在形成用于蠟?zāi)ｈT造的陶瓷芯方面提供改進(jìn)。然而，仍存在一些改進(jìn)機會。例如，無溶劑方法可使相當(dāng)致密的物質(zhì)形成于坯體中，缺乏孔隙性可導(dǎo)致尺寸相關(guān)性收縮，這種收縮可導(dǎo)致在燒制步驟期間裂化。在特征等級(featurescale)(即，芯上小特征和大特征之間的尺寸差)大的情況下，這種裂化可能特別嚴(yán)重。在過程中使用溶劑可至少部分解決這一問題，這是因為，由于在固化步驟之前去除溶劑，在芯中可形成互連的孔隙。然而，在過程中包含溶劑導(dǎo)致排放揮發(fā)性有機化合物(VOC)，且在某些情況下，可造成需要使用為溶劑去除設(shè)計的專用液體可滲透模。因此，在本領(lǐng)域仍需要提供具有期望的物理和機械性能的芯和其它陶瓷體(如熔模鑄造中使用的那些)的改進(jìn)陶瓷漿料和相關(guān)方法。簡述提供本專利技術(shù)的實施方案以滿足這一需要和其它需要。一個實施方案為一種組合物。所述組合物包含包括硅氧烷物類的液體；布置于液體內(nèi)的包含陶瓷物質(zhì)的多個顆粒；布置于液體內(nèi)的催化劑物質(zhì)；和布置于液體內(nèi)的成孔劑。成孔劑包括相對于液體基本為惰性且具有小于約1300克/摩爾平均分子量的含硅劑。另一個實施方案為一種組合物，所述組合物包含包括硅氧烷物類的液體，硅氧烷物類包含烯基官能團和氫化物官能團；布置于液體內(nèi)的包含陶瓷物質(zhì)的多個顆粒；包含金屬且布置于液體內(nèi)的催化劑物質(zhì)；和布置于液體內(nèi)的成孔劑。成孔劑包括十甲基環(huán)五硅氧烷，并且以全部組合物的5%體積至約35%體積的濃度存在于組合物中。另一個實施方案為一種方法，所述方法包括以所需形狀布置任何上述組合物；使硅氧烷物類固化；并且使成孔劑揮發(fā)，以形成多孔坯體。詳述本專利技術(shù)的實施方案包括制造熔模鑄造和其中多孔陶瓷結(jié)構(gòu)有利的其它應(yīng)用中所用的多孔陶瓷體(例如，芯)的組合物和方法。組合物不依賴VOC排放溶劑提供互連孔隙，且在某些情況下可完全不含這些溶劑，從而緩解以上提到的技術(shù)的一些前述缺點。如在整個說明書和權(quán)利要求書中所用，可用近似語言修飾任何定量表達(dá)，這些表達(dá)可容許改變，而不引起所與其相關(guān)的基本功能的改變。因此，由術(shù)語例如“約”和“基本上”修飾的數(shù)值不限于所指定的精確值。在某些情況下，近似語言可能對應(yīng)于用于測量數(shù)值的儀器的精確度。在此和整個說明書和權(quán)利要求書中，范圍限度可以組合和/或互換，這些范圍經(jīng)確定，并包括其中包含的所有子范圍，除非上下文或用于另作說明。在以下說明書和權(quán)利要求中，除非上下文另作清楚說明，否則單數(shù)形式“一個”和“該”包括復(fù)數(shù)對象。本文所用術(shù)語“或”不意味排它性，而是指存在至少一種所指組分，并且包括其中可存在所指組分組合的情況，除非上下文另作清楚說明。本文所用術(shù)語“可”和“可以為”表示在一組情況下發(fā)生的可能性、具有指定性質(zhì)、特征或功能；和/或通過表達(dá)與被修飾動詞相關(guān)的一種或多種能力、性能或可能性修飾另一個動詞。因此，“可”和“可以為”的使用表示被修飾的術(shù)語明顯適合、能夠或適用于所表示的能力、功能或應(yīng)用，盡管考慮在某些情況下，被修飾的術(shù)語可能有時是不適合、不能夠或不適用。本專利技術(shù)的一個實施方案包括可用于例如制造多孔陶瓷體的方法的組合物，這種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US8,413,709中公開的技術(shù)。組合物一般為包括分散于含硅液體內(nèi)的陶瓷粉末的漿料，在漿料技術(shù)用語中，這種液體也可稱為“粘合劑”。具體地講，液體包括硅氧烷物類，例如(a)一種或多種硅氧烷聚合物，如(但不限于)在硅酮技術(shù)熟知的所謂“室溫可硫化”(RTV)系統(tǒng)，作為實例，包括RTV615(商品名MomentivePerformanceMaterials)和包含聚合輸入物的其它此類硅酮制劑；(b)硅氧烷單體；和/或(c)硅氧烷低聚物。硅氧烷物類可包括烯基和氫化物官能。在液體中使用的硅氧烷物類可以為在本領(lǐng)域稱為“可固化”或“反應(yīng)性”的類型，是指在特定組處理條件下，物類經(jīng)歷交聯(lián)(“固化”)反應(yīng)，固化過程以下更詳述描述。可在本文所述組合物中用作粘合劑液體的具有烯基官能的硅氧烷物類為通式(I)的烯基硅氧烷：,(I)其中R1、R2和R3分別獨立包括氫或單價烴、鹵烴或鹵化烴基；X為二價烴基；a為具有0和8之間數(shù)值的整數(shù)(含0和8)。本文所用術(shù)語“單價烴基”和“二價烴基”旨在指示直鏈烷基、支化烷基、芳基、芳烷基、環(huán)烷基和二環(huán)烷基基團。包括氫化物官能的硅氧烷物類為具有直接結(jié)合到一個或多個硅原子的氫的氫硅氧烷，因此，包含反應(yīng)性Si-H官能團。可用于本公開的示例性烯基硅氧烷包括以下類型的多官能烯取代硅氧烷：,(II)其中R為單價烴、鹵烴或鹵化烴；R'為烯基，例如乙烯基，或其它末端烯基，例如烯丙基、1-丁烯基等。R\可包括R或R'，a=0至200(含0和200)，b=1至80(含1和80)；其中選擇a和b，以提供具有約1,000厘沲最大粘度的流體，并使b/a之比允許每摩爾以上式(II)的硅氧烷有至少3個反應(yīng)性烯部分。適合的烷基/烯基環(huán)硅氧烷為式(III)的環(huán)硅氧烷：[RR'SiO]x,(III)其中R和R'如前限定，且x為3至18的整數(shù)(含3和18)。其它適合的官能不飽和硅氧烷可以為式(IV)的硅氧烷：,(IV)其中R、R'和R\如前所限定。在一些實施方案中，(c+d本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點】
一種組合物，所述組合物包含：包括硅氧烷物類的液體；布置于所述液體內(nèi)的包含陶瓷物質(zhì)的多個顆粒；布置于所述液體內(nèi)的催化劑物質(zhì)；和布置于所述液體內(nèi)的成孔劑，其中所述成孔劑包括對所述液體基本為惰性且具有小于約1300g/摩爾平均分子量的含硅劑。

【技術(shù)特征摘要】
2014.05.19 US 14/2809931.一種組合物，所述組合物包含：
包括硅氧烷物類的液體；
布置于所述液體內(nèi)的包含陶瓷物質(zhì)的多個顆粒；
布置于所述液體內(nèi)的催化劑物質(zhì)；和
布置于所述液體內(nèi)的成孔劑，其中所述成孔劑包括對所述液體基本為惰性且具有小于約1300g/摩爾平均分子量的含硅劑。
2.權(quán)利要求1的組合物，其中所述液體的硅氧烷物類包含烯基官能團和氫化物官能團。
3.權(quán)利要求1的組合物，其中所述成孔劑包括硅氧烷、硅烷或包括硅氧烷和硅烷的組合。
4.權(quán)利要求1的組合物，其中所述含硅劑包括含硅劑組分的混合物，其中所述混合物的組分具有不同沸點。
5.權(quán)利要求1的組合物，其中所述成孔劑以全部組合物的約7%體積至約35%體積的濃度存在于組合物中。
6.權(quán)利要求1的組合物，其中所述成孔劑包括十甲基環(huán)五硅氧烷，并且以全部組合物的7%體積至約35%體積的濃度存在于組合物中。
7.權(quán)利要...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：TF麥克努爾蒂，MJ奧布里恩，JT勒曼，AM岡薩爾貝斯，
申請(專利權(quán))人：通用電氣公司，
類型：發(fā)明
國別省市：美國;US