專利名稱：粉末燒結(jié)型球泡三角面架材料的制作方法
粉末燒結(jié)型球泡三角面架材料領(lǐng)域新型材料背景成型材料的物理性能是決定其用途的關(guān)鍵之一，而型材的物理性能主要是 由構(gòu)成型材的物質(zhì)的分子排列結(jié)構(gòu)和分子間的親和力決定的。一般情況下，材料的變形、斷 裂等物理變化主要是材料物質(zhì)的局部分子排列發(fā)生了變化。物體的比重是由構(gòu)成物體的物 質(zhì)的比重和物體的外在體積所決定的，中空物體的比重一定比相同材質(zhì)和體積的實(shí)心物體 比重小。許多材料做成一定厚度(球殼厚度)的空心球體后，充以相當(dāng)壓力的氣體密閉，在 一定條件下，這種充氣空心球可隨的外加負(fù)荷不小于相同材質(zhì)、相同體積的實(shí)心球，因?yàn)槊?閉的充氣球受到一定方向的外力時(shí)，球內(nèi)氣體會(huì)同時(shí)將這種外力均勻轉(zhuǎn)移到球內(nèi)受力點(diǎn)以 外的所有方向，而所有方向均有球殼，就成了 一處受力全球承擔(dān)。實(shí)心球在這方面就相對較 差。如果把這樣的充以相當(dāng)壓力的氣體的空心球(在這里我們叫球泡)看做是一個(gè)物質(zhì)分 子，人為把這些“分子”按最牢固的(金剛石分子排列結(jié)構(gòu))三角體結(jié)構(gòu)(參見附圖1)排 列，并使這種排列穩(wěn)定，組合成具有一定外形的材料，那么這種材料在局部受到外力時(shí)，力 會(huì)在材料內(nèi)部傳遞中分散(參見附圖2)，避免了力對材料的集中破壞性。我們稱這種材料 為球泡材料。成型材料及機(jī)械構(gòu)件等(不包括成型的化學(xué)反應(yīng)耗損材料)主要以物理性能決定 用途的型材及構(gòu)件，在適應(yīng)工作環(huán)境條件時(shí)的化學(xué)性能指標(biāo)中，型材及構(gòu)件表面的化學(xué)性 能是最主要的指標(biāo)。人為制成具有完整表面，內(nèi)部呈空球形三角網(wǎng)結(jié)構(gòu)(也就是球泡三角 排列的空隙連接)(參見附圖3)的型材或構(gòu)件(主要用途由其物理性能決定的)其整體的 主要化學(xué)性能指標(biāo)與相同材質(zhì)的實(shí)心型材或構(gòu)件并無明顯差異。同時(shí)這種型材或構(gòu)件(在 這里我們叫面架)的結(jié)構(gòu)也是一種最具牢固性的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，如果原料本身具備極高強(qiáng)度或 在其結(jié)構(gòu)中加入高強(qiáng)筋網(wǎng)則是一種最牢固的網(wǎng)架(我們稱這種結(jié)構(gòu)為三角面架結(jié)構(gòu))。以化學(xué)性能符合使用要求的原料為面架，保證型材或構(gòu)件的適應(yīng)環(huán)境條件性能和整體牢固性；以球泡三角材料型材或構(gòu)件的物理性能及較小比重，它們的 有機(jī)結(jié)合體就是球泡三角、面架復(fù)合材料。目的制備適應(yīng)各種復(fù)雜環(huán)境條件和高強(qiáng)輕質(zhì)型材或構(gòu)件。方案一、球泡制備1、球泡殼的制備。球泡殼就是空心球殼，原則上一切可塑型、成型后具有定的穩(wěn) 定性、一定的強(qiáng)度和韌性的材料均可作為制作球泡殼的原料。根據(jù)原料不同，采用相應(yīng)的 方法，制作成質(zhì)地勻稱，可充氣密閉，密閉后隨一定壓力(內(nèi)部充氣壓力和外部承載壓力， 具體要求根據(jù)型材或構(gòu)件成品要求而定)的空心圓球隊(duì)體。球泡殼體厚度、直徑根據(jù)選用 原料、型材或構(gòu)件成品要求而定。用于同一成品的球泡殼質(zhì)量、規(guī)格相同(也可根據(jù)要求 而定)。一般情況下，一下球泡殼設(shè)一個(gè)充氣孔。充氣孔內(nèi)可設(shè)自動(dòng)防溢氣裝置，也可不設(shè) (根據(jù)充氣方法而定)，特殊情況可不設(shè)充氣孔(要求常溫下球泡內(nèi)外壓相等時(shí))。2、球泡充氣。充氣方法一般可選用高壓充氣(球泡殼充氣孔內(nèi)設(shè)有防溢氣裝置) 或低溫液化充氣(將氣體低溫液化后注入球泡殼內(nèi))達(dá)到要求充氣量后焊封充氣孔，焊封 后要求充氣孔外無明顯凹凸。球泡內(nèi)一般充以空氣或氮?dú)?防止球泡殼體從內(nèi)部氧化)也可以充入其它不與球泡殼體發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的氣體，氣壓根據(jù)型材或構(gòu)件成品要求確定，特 殊情況可不充氣(成品要求常溫上球泡內(nèi)外壓相等)甚至球泡內(nèi)的氣體壓力小于大氣壓 (高溫下球泡內(nèi)的壓力自動(dòng)升高)。最后用承載負(fù)荷或擠壓檢驗(yàn)，球泡無漏氣，殼體無裂紋 及癟殼現(xiàn)象。二、筋網(wǎng)制備1、原料選擇。制備筋網(wǎng)一般選用合金鋼絲(條)，也可選用碳纖維、凱夫拉等高強(qiáng) 材料，要求與選用的面架材料的親和力強(qiáng)(能與面架材料牢固粘結(jié)成一體)，具體規(guī)格和質(zhì) 地根據(jù)型材或構(gòu)件成品要求而定。一張筋網(wǎng)可選用一種或幾種規(guī)格的筋絲或條，一般同一 張網(wǎng)中使用權(quán)相同質(zhì)地的筋絲或條，也可選用不同質(zhì)地的但必需是相互之間可以焊接的。2、筋網(wǎng)制作。將選好的筋絲或條編成與型材或構(gòu)件成品外形相同的米字格(參見附圖4)空心籠網(wǎng)。網(wǎng)面每個(gè)空格都可呈獨(dú)立三角形。筋絲或條的交叉處焊 點(diǎn)的抗拉強(qiáng)度應(yīng)在單條相同筋絲或條的五倍以上。筋網(wǎng)中筋絲或條的規(guī)格及密度根據(jù)型 材或構(gòu)件成品要求而定。根據(jù)情況也可做局部筋網(wǎng)(只在型材或構(gòu)件成品的某一個(gè)面的面 架中使用)或不做筋網(wǎng)。三、球泡、筋網(wǎng)表面除垢(銹)1、表面除垢(銹)。為了球泡、筋網(wǎng)與面架材料的牢固結(jié)合，球泡筋網(wǎng)表面的污漬 及氧化層需全面清理。根據(jù)情況可選用化學(xué)清洗劑清理或器械摩擦清理，也可二者結(jié)合。必 要時(shí)在清理后涂施表面清理劑(比如焊藥水)及粘合劑。根據(jù)情況可先排列后清洗或先清 洗后排列。四、球泡排列先將制作好的筋網(wǎng)置于成品模具(球泡三角面架材料型材或構(gòu)件一般都在模具 內(nèi)組合完成，模具是根據(jù)型材或構(gòu)件成品外形和面架原料的品種及根據(jù)原料品種選用的成 型方法而特制的專用模具)內(nèi)，使用局部筋網(wǎng)時(shí)將制作好的局部筋網(wǎng)放在模具內(nèi)的相應(yīng)位 置，經(jīng)過檢驗(yàn)的球泡按三角體(參見附圖1、2、；3)結(jié)構(gòu)排列在筋網(wǎng)內(nèi)，不使用筋網(wǎng)時(shí)直接排 列在模具內(nèi)。排列球泡時(shí)應(yīng)撒一層粉末，排列一層球泡，并確保球泡之間的每個(gè)縫隙都布滿粉 末，球泡排列要求整齊、緊密，排列完成后每個(gè)球泡的圓心虛擬直線連接可呈正三角體(參 見附圖5)。五、合成將排列好球泡的模入窯，達(dá)到燒結(jié)溫度后衡溫一定時(shí)間(確保受熱均 勻，全部燒結(jié))出窯冷卻后去模，即為成品。六

附圖1，見附圖第一頁(左)，是球泡三角單組外觀圖，主要為了表示球泡三角體結(jié) 構(gòu)的具體組成形式。附圖2，見附圖第二頁，是普通固體材料與球泡面架受到外力時(shí)，力在材料內(nèi)部傳 遞的對比示意圖。主要是為了表示球泡面架材料隨外力時(shí)的特性。圖中箭頭表示的方向?yàn)?力的傳遞方向。圖a為普通固體材料受到正向下力時(shí)力在該材料內(nèi)部傳遞的情況。圖b為 普通固體材料受到斜向下力時(shí)力在該材料內(nèi)部傳遞情況。圖A為球泡三角面架材料受到正 向下力時(shí)力在該材料內(nèi)部傳遞情況。圖B為球泡三角面架材料受到斜向下力時(shí)力在該材料內(nèi)部傳遞情況。附圖3，見附圖第三頁，是球泡三角面架板材一角，圖中正面和面?zhèn)让鏋樵摪宀那?面，主要是為了表示球泡在材料內(nèi)部的排列形式、面架在材料內(nèi)部的結(jié)構(gòu)、球泡三角與面架 的結(jié)合形式及筋網(wǎng)在面架中的位置。附圖4，見附圖第一頁(中)，筋網(wǎng)結(jié)構(gòu)示意圖，主要為了表示筋網(wǎng)的結(jié)構(gòu)。附圖5，見附圖第一頁(右)，是球泡三角中球泡圓心虛擬直線連接圖，主要是為了 表示球泡排列結(jié)構(gòu)(與附圖1、3共同說明)排列好的球泡圓心虛擬連接時(shí)呈三角體。效果成品保持了面架材料原有的化學(xué)性；具備牢固的整體性。成品整體可承載負(fù)荷大于各主要原料(筋網(wǎng)材料創(chuàng)造外)不論單一或混合情況 下，相同體積(與成品相比)、相同外型(與成品相比)的實(shí)心體。整體重量比相同材料(按 合面所用各種原料在成品中所占比例制成相同體積、外形)的實(shí)心體減輕百分之三十至百 分之七下(原料性能及成品用途不同減輕的重量也不同)。
權(quán)利要求
1.一種制備可以適應(yīng)各種復(fù)雜環(huán)境條件的高強(qiáng)輕質(zhì)(相對于所用原料)成型材料及構(gòu) 件的方法，其特征是球泡以粉末燒結(jié)方法成型，三角體結(jié)構(gòu)排列成型材或構(gòu)件要求形狀，面 架將球泡之間的縫隙及整體表面完全連接，使面架與球泡形成一個(gè)完整的整體。
2.根據(jù)權(quán)利要求1中所述的球泡其特征是內(nèi)部充有一定量的氣體的密閉空心球。
3.根據(jù)權(quán)利要求1中所述的三角體結(jié)構(gòu)其特征是用大小相等的小圓球倒?jié)M正三角體 空間時(shí)，小圓球隊(duì)在正三角體空間內(nèi)自然形成的結(jié)構(gòu)，即每四個(gè)小球(不包括同一平面的 和三個(gè)以上直線排列的)可組成一個(gè)具有四面的球三角體，球三角體的每一面都可看到三 個(gè)球。
4.根據(jù)權(quán)利要求1中所述面面架其特征是以能夠符合型材或構(gòu)件使用環(huán)境條件的原 料為原料，在以球泡排列成型的整體的表面和球泡之間的空隙中形成的具有完整表面的使 球泡排列穩(wěn)固的框架籠網(wǎng)。
全文摘要
粉末燒結(jié)球泡三角面架材料是新型材料領(lǐng)域用粉末燒結(jié)方法結(jié)構(gòu)成型的輕質(zhì)高強(qiáng)度材料，它同時(shí)可具備防腐、隔音、隔熱功能，必將成為各領(lǐng)域通用的常用材料之一。
文檔編號(hào)C04B38/00GK102049517SQ20101052681
公開日2011年5月11日 申請日期2010年10月15日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月15日
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