專(zhuān)利名稱(chēng)：氧化鋯基料的結(jié)構(gòu)性材料的水法注模方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及本發(fā)明涉及用粉末成形陶瓷部件的方法以及其中所用的注模化合物。更具體地說(shuō)，本發(fā)明的目的是一種注模方法和注模組合物，它能制成高質(zhì)量的、以ZrO2為基料的結(jié)構(gòu)性材料的、最終形狀和近似最終形狀的復(fù)雜部件，這種材料能被燒制成最大密度和高強(qiáng)度的制品。
2．現(xiàn)有技術(shù)描述ZrO2在從高溫、通常是燒結(jié)溫度冷卻下來(lái)時(shí)，會(huì)經(jīng)歷從四方晶結(jié)構(gòu)向單斜晶結(jié)構(gòu)的馬氏體式轉(zhuǎn)變。該轉(zhuǎn)變?cè)斐审w積改變和各向異性的形狀改變。在控制條件下，四方相在室溫下是可以保持的，只是在裂紋橫切晶粒時(shí)才會(huì)轉(zhuǎn)變。隨后的轉(zhuǎn)變會(huì)給予裂縫一個(gè)閉合力，從而增大材料的抗裂強(qiáng)度。加入小量的如Y2O3這樣的穩(wěn)定劑可對(duì)四方相的穩(wěn)定性產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。例如，用純釔穩(wěn)定的四方多晶氧化鋯(Y-TZP)材料，依Y2O3濃度、粒度大小和燒結(jié)溫度(例如無(wú)壓相對(duì)于熱等靜壓工藝)而定可燒結(jié)成高強(qiáng)度或高斷裂韌度的制品。Y-TZP材料中的細(xì)顆粒能提供出高強(qiáng)度的材料，而四方相的不穩(wěn)定性(取決于Y2O3的濃度)則決定其韌性。Masaki和Shingo在美國(guó)專(zhuān)利4，742，030中、Cassidy等在美國(guó)專(zhuān)利4，866，014中、以及Ghoshid等在美國(guó)專(zhuān)利5，336，282中都公開(kāi)了這樣的材料。Y-TZP材料的主要缺點(diǎn)之一是環(huán)境性退化。在特別是暴露于潮濕環(huán)境、特別是溫度范圍為150～300℃之下時(shí)，四方相會(huì)自發(fā)地轉(zhuǎn)變?yōu)閱涡毕?，急劇地降低其?qiáng)度。關(guān)于這種行為的詳細(xì)情況，S．Lawson在“歐洲陶瓷學(xué)會(huì)”(Europ．Ceram．Soc．)雜志1995年第15卷485～502頁(yè)題為“氧化鋯陶瓷的環(huán)境性退化”一文中已有述及。在Y-TZP中加入氧化鋁顆粒既可增加Y-TZP材料的強(qiáng)度，又可增大其環(huán)境穩(wěn)定性。與此類(lèi)似，高溫?zé)崽幚硪材芨倪M(jìn)其環(huán)境穩(wěn)定性。
以ZrO2為基料的陶瓷已得到了廣泛的運(yùn)用，包括用于金屬成形工具、汽車(chē)業(yè)、紡織業(yè)以及日常消費(fèi)用品如刀、剪、高爾夫球棒等。大多數(shù)這些用途中的陶瓷部件都是用粉末壓制或粉漿澆鑄成形技術(shù)制造出來(lái)的。
任何成形方法的一項(xiàng)目的是要生產(chǎn)出具有一定密度和顆粒堆集度的未燒制狀態(tài)的制品(以下稱(chēng)為“生坯”部件、生坯成形、生坯密度等。)用以燒結(jié)成可重復(fù)、緊公差的，而且無(wú)缺陷的成形產(chǎn)品。在生坯成形和燒結(jié)過(guò)程中，由于伴隨著顆粒團(tuán)結(jié)過(guò)程而來(lái)的收縮，會(huì)引起開(kāi)裂、變形和其它缺陷。通常認(rèn)為，以制造出具有足夠生坯強(qiáng)度的均勻坯體即可減輕這一產(chǎn)生缺陷的過(guò)程。
成形方法的另一項(xiàng)目的是要生產(chǎn)出具有最終形狀的制品，消除或最大限度減少為獲得最終的部件尺寸所需要的后續(xù)操作如機(jī)械加工。干壓是在模子內(nèi)壓實(shí)粉末。在各種成形方法中，干壓是特別要求額外的、諸如機(jī)械加工、金剛石研磨等后續(xù)加工以便獲得復(fù)雜的形狀、非對(duì)稱(chēng)型樣和緊公差。在粉漿澆鑄法中，陶瓷粉末的液態(tài)懸浮體在多孔模型中被“脫水”而制成由模子限定形狀的粉末坯塊。雖然粉漿澆鑄具有能制出最終形狀部件的屬性，但一般認(rèn)為該法要制造大量復(fù)雜的部件速度較慢。
注模法被認(rèn)為是復(fù)雜陶瓷造型的首要成形方法。它能迅速制造出大量最終形狀的復(fù)雜部件，因此它比起其它成形方法能提供出重大的優(yōu)越性。注模法一開(kāi)始要將陶瓷粉末與分散劑和各種不同組分的熱塑性有機(jī)粘合劑混合。在注模過(guò)程中，熔融的粉末／粘合劑混合物被加熱并被注入較冷的模子中。在固結(jié)后，部件以類(lèi)似于塑料部件的方法被起出。隨后，粘合劑被除去，而該部件則用高溫?zé)崽幚硎怪軐?shí)。在該過(guò)程中曾有幾個(gè)關(guān)鍵的階段，它包括開(kāi)始時(shí)將粉末與粘合劑混合，然后是將混合物注入模子，以及除去有機(jī)基質(zhì)材料。最初的粉末注模(PIM)法的主要缺點(diǎn)之一是要除去有機(jī)賦形劑?，F(xiàn)在，用PIM法時(shí)對(duì)細(xì)小顆粒的截面限值為0．5～0．75英寸。如果粒度超過(guò)該限值，則去除粘合劑的過(guò)程會(huì)導(dǎo)致缺陷、針孔、開(kāi)裂、起泡等。去除粘合劑借助于緩慢熱處理來(lái)進(jìn)行，它要費(fèi)幾周的時(shí)間。在高溫下除去粘合劑時(shí)，粘合劑會(huì)變成液體，這會(huì)因毛細(xì)力而導(dǎo)致生坯部件變形。最初的粉末注模法的另一個(gè)缺點(diǎn)是較高分子量的有機(jī)物在整個(gè)生坯中分解的傾向，從而引起內(nèi)部和外部的缺陷。采用溶劑萃取法，其中利用有機(jī)液體或超臨界液體來(lái)除去一部分有機(jī)物，有時(shí)可以減少缺陷的生成。溶劑萃取法會(huì)因殘余的有機(jī)物仍需在高溫下清除而遇到困難。但是，溶劑萃取法會(huì)在整個(gè)部件內(nèi)生成微孔，從而可便于除去殘存的有機(jī)物。在去除粘合劑過(guò)程中，如果生坯的密度／強(qiáng)度不夠高的話，會(huì)因部件坍塌而造成麻煩，特別是對(duì)較大粒度來(lái)說(shuō)是如此。
這樣說(shuō)來(lái)，PIM法對(duì)于最終形狀的大量自動(dòng)化、高度的尺寸控制和復(fù)雜部件來(lái)說(shuō)，能提供一定的優(yōu)越性，但是由于粒度的限制，去除粘合劑的時(shí)間很長(zhǎng)，再加上它受環(huán)境影響，這項(xiàng)技術(shù)至今仍未得到所望的廣泛應(yīng)用。
最初的PIM法已有了若干改進(jìn)，例如采用水基粘合劑體系。Hens等開(kāi)發(fā)出了一種水可浸取的粘合劑體系〔美國(guó)專(zhuān)利5，332，537〕。該種注模原料是用特定的粒度分布(為了控制流變)、以PVA為基料的主粘合劑、以及在每個(gè)粘合劑顆粒上加上涂層來(lái)制造的。在注模時(shí)，這些涂層會(huì)形成截面收縮，因而使部件獲得剛性。在注模以后需有幾小時(shí)的脫粘時(shí)間。殘余的粘合劑用紫外線(UV)或是用化學(xué)方法交聯(lián)，部件要經(jīng)受一次熱脫粘，這對(duì)例如高爾夫球棒頭部來(lái)說(shuō)需用8～12小時(shí)。其它的水基粘合劑中含有或是聚乙二醇、PVA共聚物，或是含有COOH的共聚物。BASF曾開(kāi)發(fā)出一種以聚縮醛為基料的體系，它可在中等高溫下注模，在注模后粘合劑可用氣態(tài)的甲酸或硝酸作熱處理來(lái)除去。低溫排除了液相的形成，因此也排除了生坯部件由于粘液流動(dòng)而造成的變形。氣態(tài)催化劑不會(huì)透入聚合物，因此只在氣體和粘合劑的界面上發(fā)生分解作用，從而可防止產(chǎn)生內(nèi)部缺陷。由于需要單獨(dú)的粘合劑去除爐，并且視部件大小還需要花時(shí)間，因此，這些改進(jìn)的效果是有限的。
因此，在粉末注模技術(shù)中還需要一種立即能模壓的原料，其中含有正確比例的陶瓷粉末、必要的粘合劑、液態(tài)載體和其它添加劑，并可立刻用在市購(gòu)的注模機(jī)上。
發(fā)明概述本發(fā)明提供出一種含水的、以氧化鋯為基料的注模化合物以及將其組分材料復(fù)合成均勻混合物和型樣的方法，該方法對(duì)于用注模法以低廉的成本來(lái)生產(chǎn)陶瓷制品是很有用的。在此術(shù)語(yǔ)“以氧化鋯為基料”意謂在燒制好的陶瓷產(chǎn)品中含有50～100％(重量)的氧化鋯的組合物。本發(fā)明的注?；衔?，作為一種均勻的混合物，它最好含有的組分(Ⅰ)對(duì)注模成形部件是必需的；以及(Ⅱ)在燒制后是能產(chǎn)生出以氧化鋯為基料的陶瓷材料的。一般地說(shuō)，本發(fā)明提供出一種注?；衔?，它的基本成分是陶瓷前體，即處于適宜用注模法制造制品的氧化鋯、氧化釔和氧化鋁形態(tài)。
很有利的是，本發(fā)明的可立即注模的以氧化鋯為基料的化合物不需要高的注模壓力和專(zhuān)用的粘合劑去除爐。本發(fā)明的注?；衔锸褂盟鳛橐簯B(tài)載體，并可在低于約1000磅／平方英寸的低機(jī)器壓力下進(jìn)行注模。另外，注模的部件在燒結(jié)前是用蒸發(fā)水分的方法使之干燥，免除了以聚合物為基料的注模系統(tǒng)典型地需要的費(fèi)時(shí)而復(fù)雜的去除粘合劑的步驟。
附圖簡(jiǎn)述參閱下面本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方案的詳細(xì)描述和附圖之后，會(huì)更充分地理解本發(fā)明，本發(fā)明的進(jìn)一步的優(yōu)越性也會(huì)變得更加明朗，

圖1為說(shuō)明本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方案的基本步驟的簡(jiǎn)明圖示。
發(fā)明詳述按照本發(fā)明的方法，一開(kāi)始是把陶瓷粉末與膠凝粉和膠凝材料的溶劑相混合。常規(guī)的做法是，須在氧化鋯陶瓷中加入穩(wěn)定添加劑，以防在從燒結(jié)溫度冷卻時(shí)由于發(fā)生向單斜相轉(zhuǎn)變對(duì)制品造成的災(zāi)難性毀損。制造氧化鋯陶瓷技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員所熟知的任何穩(wěn)定劑都可用于本方法。普通的穩(wěn)定劑包括Y、Ce、Ca、Mg的氧化物或諸如碳酸鹽、硝酸鹽、醇鹽等化合物，它們?cè)诟邷靥幚頃r(shí)會(huì)生成這些元素的氧化物。穩(wěn)定劑的量可選擇以生成四方相、立方相或單斜相，或者多相的混合體。氧化釓是優(yōu)選的穩(wěn)定劑。摻入氧化鋁可產(chǎn)生某些需要的效果如改進(jìn)對(duì)環(huán)境的穩(wěn)定性。為使材料密實(shí)到最大密度并獲得高強(qiáng)度，平均粒度必須小于1μm。優(yōu)選的平均粒度在約0．1～0．9μm的范圍內(nèi)，更優(yōu)選是在0．3～0．5μm的范圍內(nèi)。在此術(shù)語(yǔ)“粒度”意指等效球徑。
本發(fā)明提供一種陶瓷注?；衔铮镜慕M成成分為氧化鋯主相以及較少量的其它金屬無(wú)機(jī)化合物；水、粘合劑(選自多糖類(lèi))；以及能改進(jìn)注模原料可操作性的少量其它添加劑。本發(fā)明還提供一種用陶瓷粉末、粘合劑、載體和其它操作助劑制成可立即注模的原料的方法。習(xí)慣上是通過(guò)金屬氧化物組分來(lái)代表燒制后陶瓷體的陶瓷組分，而不管燒制后所存在的實(shí)際物相。運(yùn)用這一慣例，這里所公開(kāi)的注?；衔锏奶沾山M分可用下式來(lái)代表[ZrO2]a[Y2O3]b[Al2O3]c其中，a的范圍約為50～95％(重量)，b的范圍約為4～6％(重量)，c的范圍約為0～45％(重量)。在本發(fā)明中，一種優(yōu)選的注?；衔锇雌浣饘傺趸锝M分考慮由a約為85．8％(重量)、b約為4．3％(重量)、c約為14．3％(重量)構(gòu)成。第二優(yōu)選的注模化合物的一個(gè)例子按其最初的陶瓷粉末考慮含有約95％(重量)的氧化鋯和5％(重量)的氧化釔。
通常，混合物中粉末的量是混合物的約50～95％(重量)。粉末的優(yōu)選組成量是混合物的約75～90％(重量)，最優(yōu)選是混合物的83～86％(重量)。在制造最終形狀和近似最終形狀的注模部件中，這優(yōu)選的和最優(yōu)選的量是十分有用的。
注?；衔镏袀溆械恼澈蟿┠芴峁┻@樣的機(jī)制使流體材料能在模子內(nèi)凝固并能作為自支撐結(jié)構(gòu)來(lái)除去粘合劑。在本發(fā)明中，這一作用是由多糖類(lèi)衍生出來(lái)的一種被稱(chēng)為類(lèi)瓊脂的化合物來(lái)提供的。類(lèi)瓊脂被定義為類(lèi)似瓊脂的膠，但并不符合瓊脂的所有性質(zhì)(參見(jiàn)H．H．Selby等著，工業(yè)用膠，“瓊脂”，科學(xué)出版社，紐約州紐約市，第二版第3章第29頁(yè)，1973)。但是，類(lèi)瓊脂在此不僅涉及任何類(lèi)似瓊脂的膠，而且涉及瓊脂及其衍生物如瓊脂糖。類(lèi)瓊脂之所以被采用是因?yàn)樗憩F(xiàn)出能在很窄的溫度范圍內(nèi)發(fā)生膠凝，這是一項(xiàng)能急劇增大制品生產(chǎn)率的因素。優(yōu)選的凝膠成形材料是能溶于水并含有瓊脂、瓊脂糖或角叉菜聚糖的材料，最優(yōu)選的凝膠成形材料是由瓊脂、瓊脂糖及其混合物組成的。
按照固體在混合物中的重量百分?jǐn)?shù)計(jì)，凝膠成形材料的量在0．2％到約6％之間?？梢栽诨旌衔镏惺褂么笥?％(重量)的凝膠成形材料。用較多的量相信不會(huì)對(duì)本方法產(chǎn)生有害影響，不過(guò)，這樣的量可能會(huì)開(kāi)始減少某些由我們的新穎組合物所產(chǎn)生的優(yōu)點(diǎn)。以混合物中的固體重量計(jì)，最優(yōu)選的凝膠成形材料含量約在1％～4％之間。
注模化合物中還備有液態(tài)載體，以便于注模化合物沿著注模機(jī)筒到模子之間的輸送。水是注?；衔镏凶顑?yōu)選的液態(tài)載體，因?yàn)樗芾硐氲仄鸬郊仁悄z成形粘合劑的溶劑、又是混合物中固體組分的液態(tài)載體這一雙重目的。加之，水由于其沸點(diǎn)低而可方便地在注模部件燒制前或在燒制中被除去。水的含量要選擇得使注?；衔锞哂斜匦璧牧髯兲匦裕员阍谧⒛C(jī)中能有合適的行為。水的適當(dāng)含量以混合物重量計(jì)在約10％至30％之間，優(yōu)選的含量為在15％至20％之間。
注?；衔镏羞€可含有多種添加劑以達(dá)任何有用的目的。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)在本發(fā)明的注?；衔镏蟹浅Ｓ杏玫奶砑觿┌ǚ稚?；pH控制劑；生物殺傷劑和膠凝強(qiáng)度提高劑(例如金屬的硼酸化合物如硼酸鈣、硼酸鎂、硼酸鋅)。生物殺傷劑可用來(lái)在注?；衔镏幸种萍?xì)菌生長(zhǎng)，特別是如果該注?；衔镆獌?chǔ)存很長(zhǎng)的時(shí)間。
眾所周知，使用分散劑和pH控制劑可大大改進(jìn)陶瓷懸浮物的流變性和可操作性。在本發(fā)明的場(chǎng)合，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，基于聚丙烯酸酯和聚甲基丙烯酸甲酯聚合物骨架的分散劑對(duì)改進(jìn)以氧化鋁為基料的組合物的可操作性是很有用的，注?；衔镏蟹稚┑牧?，以陶瓷粉末的重量計(jì)為約0．2％至1％，優(yōu)選為0．2％至0．8％。與此類(lèi)似，也已發(fā)現(xiàn)氫氧化四甲銨對(duì)控制懸浮物的pH值是很有用的，有效的pH值范圍為約8．8至11，優(yōu)選為9．5至10．5。
本發(fā)明的注?；衔锇烟沾煞勰?、液態(tài)載體、粘合劑和操作助劑組合成可立即注模的形式。從組分化合物看，優(yōu)選的組成是(以重量百分?jǐn)?shù)計(jì))氧化鋯66．9％；氧化釓4％；氧化鋁11．7％；瓊脂2．5％；分散劑0．33％；氫氧化四甲銨0．53％；生物殺傷劑0．02％；以及水14％(其中分散劑是以40％的水溶液加入，TMAH是以25％的水溶液加入)。本發(fā)明還提供出一種把注?；衔锏乃懈鞣N組分組合成均勻混合物的方法，該混合物將能制造出均勻的注模體，并能在燒制中不發(fā)生開(kāi)裂和其它缺陷。原料陶瓷粉末常常是高度附聚的，它們?cè)诒蛔龀蔁o(wú)裂紋、無(wú)變形和其它缺陷的有用陶瓷制品以前需要進(jìn)行解聚。在多種可用的方法中，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)球磨研磨對(duì)生產(chǎn)本發(fā)明所公開(kāi)的水基注?；衔锸呛芊奖愣行У?，粉末在水介質(zhì)中可同時(shí)解聚和均勻化。球磨研磨陶瓷粉末的有效濃度范圍以重量計(jì)為50％～85％，優(yōu)選為65％～80％。
陶瓷懸浮物與粘合劑的混合可在任何種類(lèi)的高效攪拌機(jī)如曲拐式或行星式攪拌機(jī)中進(jìn)行。生物殺傷劑可在本過(guò)程的混合階段或者還可在球磨期中摻入組合物中。在混合時(shí)，該混合物被加熱到75℃至95℃的范圍、優(yōu)選在80℃和90℃之間，時(shí)間約15分至120分，優(yōu)選在30分至60分之間。
注?；衔锉仨氁赃m當(dāng)?shù)姆绞阶⑷胱⒛C(jī)。在本發(fā)明中，混合好的均勻混合物被冷卻到低于凝膠成形劑的凝膠點(diǎn)(＜37℃)，并從混合機(jī)中取出。此后用食品加工常用的旋轉(zhuǎn)刀片把它粉碎成顆粒形式。這種粉碎顆?？芍苯虞斎胱⒛C(jī)的進(jìn)料斗中。該粉碎的原料可借助于蒸發(fā)、借助于把該材料暴露于大氣而干燥成特定的模壓用固體，直到要求的含濕量為止。在注?；衔镏羞@種有用的固體的含量以重量計(jì)為75％～88％的范圍，優(yōu)選在83％和86％之間。
可采用的注模壓力范圍很廣。一般說(shuō)來(lái)，注模壓力在20磅／平方英寸和約3500磅／平方英寸之間。最優(yōu)選的注模壓力范圍為40磅／平方英寸到約1500磅／平方英寸的范圍。模子的溫度當(dāng)然應(yīng)當(dāng)?shù)陀谀z凝成形材料的凝膠點(diǎn)，以便生產(chǎn)出能自行支撐的坯體。模子的適宜溫度可在混合物注入模前、注模中或注模后調(diào)整到位。在正常情況下，模子溫度保持在40℃以下，優(yōu)選保持在約15℃和25℃之間。
在部件被模壓并冷卻到膠凝材料的凝膠點(diǎn)以下后，即被從模子中取出。該生坯體通常是足以自行支撐的，因此在出模時(shí)不需要特殊的操作。在脫模后，部件被進(jìn)行干燥。與使粉漿澆鑄部件的干燥相似，需要小心地控制干燥工況。視部件的大小和復(fù)雜程度而定，快速的干燥可能會(huì)導(dǎo)致開(kāi)裂。在此情況下，該部件可在控制濕度的環(huán)境中進(jìn)行干燥。
在部件干燥后，就在高溫下燒結(jié)以制成最終產(chǎn)品。燒結(jié)的時(shí)間和溫度系根據(jù)用以制作部件的粉末材料來(lái)調(diào)節(jié)。燒結(jié)部件的高溫優(yōu)選最低為1250℃，更優(yōu)選在1300～1550℃的范圍內(nèi)，最優(yōu)選在1350℃至1500℃的范圍內(nèi)。在最高溫度下的燒結(jié)時(shí)間優(yōu)選少于4小時(shí)，更優(yōu)選為1～3小時(shí)，最優(yōu)選為1～2小時(shí)。
這樣，本發(fā)明就可被用來(lái)制作出復(fù)雜和厚的、最終形狀或接近最終形狀的、以氧化鋯為基料的、具有優(yōu)良強(qiáng)度性能和環(huán)境穩(wěn)定性的部件。一種用優(yōu)選注?；衔锩軐?shí)化而成的陶瓷的物理特性匯總于表1中，該注模化合物中含有以容積計(jì)20％的稱(chēng)為AS 280的氧化鋁。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，這種陶瓷在多種結(jié)構(gòu)性用途上是很優(yōu)異的。
表1．AS 280氧化鋁-氧化鋯注模件的特性 下述實(shí)施例可供更全面地理解本發(fā)明。用來(lái)說(shuō)明本發(fā)明的原理和實(shí)踐的具體的技術(shù)、條件、材料、比例和報(bào)告的數(shù)據(jù)都是示例性的，不應(yīng)認(rèn)為是對(duì)本發(fā)明的范圍的限制。
實(shí)施例1在1．6加侖的Abbethane球磨缸中稱(chēng)取2314．27g的HSY-3氧化鋯粉末和384．74g的Alcan C-901氧化鋁粉末。加入10．6 kg的3／8″氧化鋯介質(zhì)。稱(chēng)出889．2g的去離子水、10．8g的Darvan 821A聚丙烯酸銨(40％的溶液，Vanderbilt實(shí)驗(yàn)室)和17．5 g的TMAH(25重量％的溶液，α無(wú)機(jī)物)，用以做成混合物。該粉漿被球磨機(jī)研磨24小時(shí)，而后回收3200g并轉(zhuǎn)移到曲拐式攪拌機(jī)中。在曲拐式攪拌機(jī)內(nèi)攪拌時(shí)分批加入72g的瓊脂(S-100，F(xiàn)rutarom Meer Corp．)、0．62g的對(duì)羥基苯甲酸甲酯(Penta Mfg)和0．45g的對(duì)羥基苯甲酸丙酯(Penta Mfg．)曲拐式攪拌機(jī)被加熱到190°F，延續(xù)45分，此后溫度降到170°F繼續(xù)攪拌45分。在材料溫度冷卻到室溫后，用食品加工機(jī)(Kitchen Aid KSM 90)粉碎并用#5篩子過(guò)篩，以除去任何大的和小的碎片。
在注模前，將粉碎的原料松散鋪開(kāi)地暴露于大氣中使之干燥到具有要求的固體含量。用一臺(tái)測(cè)濕天平(Ohaus Corp．)來(lái)測(cè)定固體的含有量。
在Boy 15S和22M兩臺(tái)注模機(jī)上模壓成板片。該板片被置于工作臺(tái)上慢慢干燥數(shù)小時(shí)，此后在100℃的真空爐中進(jìn)行干燥。在干燥后，板片在1450℃下進(jìn)行密實(shí)化2小時(shí)。后被切割(Military type B)成標(biāo)準(zhǔn)的3點(diǎn)式和4點(diǎn)式桿條，測(cè)得其抗彎強(qiáng)度分別為0．97和0．82 GPa。
實(shí)施例2如實(shí)施例1那樣制備注模原料，并用來(lái)模壓多種形狀，例如“三孔傳感頭”。燒制好的部件為圓柱形，標(biāo)稱(chēng)長(zhǎng)度為0．85″，具有3個(gè)縱向貫穿的標(biāo)稱(chēng)直徑為0．1″的孔。有一臺(tái)階把每個(gè)部件分為較大直徑的軸肩(0．45″外徑×0．35″長(zhǎng))和較小直徑的軸肩(0．35″外徑×0．5″長(zhǎng))。模壓是在85％(重量)時(shí)進(jìn)行，模壓后的部件在環(huán)境條件下干燥，并在1450℃下燒制2小時(shí)。在燒制后，平均密度為5．59±0．012g／cm3。其平均尺寸是較大直徑一端為0．407″±0．001″，較小直徑一端為0．358″+0．0011″，長(zhǎng)為0．7404±0．002″。長(zhǎng)寬高的平均收縮率分別為21．6±0．2％、22．2±0．2％和19．7±0．2％。
模壓了另一批部件，以下稱(chēng)之為“半殼”部件。該部件為半圓柱形，有幾個(gè)臺(tái)階，并在平的一面上開(kāi)有槽。模壓是在86％(重量)時(shí)進(jìn)行，模壓后的部件在環(huán)境條件下干燥，并在1450℃下燒制2小時(shí)。在燒制后，部件的平均密度為5．6±0．01g／cm3。燒制后的標(biāo)稱(chēng)長(zhǎng)度為0．9″，寬為0．4″。在84個(gè)生坯部件樣品中，平均長(zhǎng)度為0．949±0．005″，平均直徑為0．496±0．003″。在燒制后，長(zhǎng)度和直徑的平均收縮率為21．1±0．5％和21．4±0．5％。
實(shí)施例3本實(shí)施例代表實(shí)施例1所描述的注?；衔镏苽涞陌幢壤龜U(kuò)大。用38．4kg HSY-3氧化鋯／氧化釔、6．24kg氧化鋁、14．62kg去離子水、0．179kg聚丙烯酸銨配制成粉漿，并用TMAH調(diào)節(jié)到pH值為11。在球磨后，將55kg粉漿轉(zhuǎn)移到行星式混和機(jī)中，在此粉漿與1．24kg瓊脂、0．011kg對(duì)羥基苯甲酸甲酯和0．0077kg對(duì)羥基苯甲酸丙酯相混合(以三條獨(dú)立的流)，同時(shí)進(jìn)行攪拌和加熱。在混和機(jī)的溫度升高到最終溫度95℃后，再繼續(xù)攪拌1小時(shí)。然后將材料粉碎成原料的形式。
雖然已這樣頗為詳盡地對(duì)本發(fā)明作了描述，但應(yīng)理解，這樣的細(xì)節(jié)是不須嚴(yán)格遵守的，對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，各種各樣的變動(dòng)和改進(jìn)都會(huì)被認(rèn)為是屬于附加權(quán)利要求所界定的本發(fā)明的范圍之內(nèi)的。
權(quán)利要求
1．一種注模組合物，它可用來(lái)制造最終形狀或接近最終形狀的以氧化鋯為基料的制品，它基本上由約50～100％(重量)的ZrO2(Y2O3)和0到約50％(重量)的Al2O3組成。
2．權(quán)利要求1的注模組合物，它基本上由約95％(重量)的ZrO2和約5％(重量)的Y2O3組成。
3．權(quán)利要求1的注模組合物，它基本上由約14％(重量)的Al2O3和約4．3％(重量)的Y2O3、其余為ZrO2組成。
4．權(quán)利要求1的注模化合物，它還包括約0．2～1％(重量)的以聚丙烯酸酯或聚甲基丙烯酸甲酯聚合物骨架為基料的分散劑。
5．權(quán)利要求1的注?；衔?，它還包括選自分散劑、pH控制劑、生物殺傷劑、膠凝強(qiáng)度提高劑和其混合物的添加劑。
6．一種把注?；衔锝M分混和成均勻混合物的方法，它包括下列步驟a．把各種陶瓷粉末混合成基本上以下式界定的組合物[ZrO2]a[Y2O3]b[Al2O3]c，其中a的范圍約為50～95 ％(重量)，b的范圍約為4～6％(重量)，c的范圍約為0～45％(重量)；以及b．在有水介質(zhì)存在下將這些陶瓷粉末球磨成陶瓷懸浮體，該陶瓷粉末約占介質(zhì)的50～85％(重量)。
7．權(quán)利要求6的方法，它還包括將陶瓷懸浮體與粘合劑以及還可有生物殺傷劑混合成復(fù)合的均勻混合物的步驟。
8．權(quán)利要求7的方法，其中在混合所說(shuō)的懸浮體時(shí)加熱到75℃～95℃的溫度范圍，時(shí)間在約15～120分的范圍。
9．權(quán)利要求8的方法，其中所說(shuō)的溫度范圍為約80℃～90℃，時(shí)間范圍約30～60分。
10．權(quán)利要求6的方法，其中所說(shuō)的混合物中包括有凝膠成形劑，而且該方法還包括將該混合物冷卻到凝膠成形劑的凝膠點(diǎn)以下的溫度，并從混和器中去除該混合物的步驟。
11．權(quán)利要求10的方法，它還包括將該混合物粉碎成顆粒狀材料的步驟。
12．權(quán)利要求11的方法，它還包括使該顆粒狀材料干燥到其中固體含有量達(dá)到75～88％(重量)的步驟。
13．權(quán)利要求12的方法，其中所說(shuō)的顆粒狀材料被干燥到其中固體含有量達(dá)到84～86％(重量)。
全文摘要
一種注?；衔?它可用來(lái)制造最終形狀或接近最終形狀的制品,它基本上由約50～100%(重量)的ZrO
文檔編號(hào)C04B35/00GK1290239SQ98810795
公開(kāi)日2001年4月4日 申請(qǐng)日期1998年9月8日 優(yōu)先權(quán)日1997年9月10日
發(fā)明者R·范維倫, J·戈?duì)栠_(dá)克, P·J·惠倫 申請(qǐng)人:聯(lián)合訊號(hào)公司