形成陶瓷制品的方法和組合物的制作方法
【專利說明】形成陶瓷制品的方法和組合物
[000。 背景 本公開總體上設(shè)及烙模鑄造，更具體地講，設(shè)及用于形成烙模鑄造所用陶瓷忍和殼模 的材料。
[0002] 制造燃?xì)鉂M輪機組件（例如，滿輪葉片和噴嘴）需要用具有緊公差的精確尺寸制 造部件。烙模鑄造是制造運些部件常用的技術(shù)。鑄件的尺寸控制與陶瓷插件（稱為忍）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，滿輪葉片、噴嘴等）尺寸的尺寸精度上制造忍和殼。
[0003] 除了在陶瓷忍鑄造中需要尺寸精度外，制造不同滿輪機組件也需要忍不僅尺寸精 確，而且足夠強，W在燒制、蠟封、脫殼和金屬鑄造過程期間保持其形狀。另外，忍必須足夠 柔順，W防止鑄件在冷卻和固化期間機械破裂。另外，忍材料一般必須能夠經(jīng)受鑄造用于制 造滿輪機組件的超合金常用的溫度，例如，溫度一般超過1，ooo°c。最后，忍必須在金屬鑄造 過程后容易移出。由于在強堿存在下優(yōu)良的可浸出性，烙模鑄造業(yè)一般使用二氧化娃或基 于二氧化娃的陶瓷。
[0004] 烙模鑄造忍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W形成娃酬流體中的漿料，其中娃酬流體包括具有締 基和氨化物官能的娃酬物類。在某些情況下，首先使娃酬物類分散于揮發(fā)性溶劑（例如，可 通過熱處理去除的脂族和芳族控），然后加入到陶瓷粉末，W形成陶瓷漿料，并進一步處理。 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，W在硅氧烷物類之間進行催化反應(yīng)，從而使形成的懸 浮體固化成巧體。娃酬物類在模中交聯(lián)，得到在剛性的基于娃酬的聚合物基質(zhì)中陶瓷顆粒 的分散體。如此形成的娃酬聚合基質(zhì)可通過在較高溫度進一步加熱基本分解，W產(chǎn)生二氧 化娃焦。
[0005] 上述方法相對于W前研發(fā)的方法在形成用于蠟?zāi)ｈT造的陶瓷忍方面提供改進。然 而，仍存在一些改進機會。例如，無溶劑方法可使相當(dāng)致密的物質(zhì)形成于巧體中，缺乏孔隙 性可導(dǎo)致尺寸相關(guān)性收縮，運種收縮可導(dǎo)致在燒制步驟期間裂化。在特征等級（feature scale)(即，忍上小特征和大特征之間的尺寸差）大的情況下，運種裂化可能特別嚴(yán)重。在 過程中使用溶劑可至少部分解決運一問題，運是因為，由于在固化步驟之前去除溶劑，在忍 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（V0C)，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。
[0006] 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忍和其它陶瓷體（如烙 模鑄造中使用的那些）的改進陶瓷漿料和相關(guān)方法。
[0007] 簡述 提供本發(fā)明的實施方案W滿足運一需要和其它需要。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娃劑。
[0008] 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 物類包含締基官能團和氨化物官能團；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)五娃氧 燒，并且W全部組合物的5%體積至約35%體積的濃度存在于組合物中。
[0009] 另一個實施方案為一種方法，所述方法包括W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)，W形成多孔巧體。
[0010] 詳述 本發(fā)明的實施方案包括制造烙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，忍）的組合物和方法。組合物不依賴V0C排放溶劑提供互連孔隙，且在 某些情況下可完全不含運些溶劑，從而緩解W上提到的技術(shù)的一些前述缺點。
[0011] 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，運些表 達可容許改變，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W組合和/或互換，運些范 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。
[0012] 在W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。
[0013] 本文所用術(shù)語"可"和"可W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W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。
[0014] 本發(fā)明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，運種 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US 8, 413, 709中公開的技術(shù)。
[0015] 組合物一般為包括分散于含娃液體內(nèi)的陶瓷粉末的漿料，在漿料技術(shù)用語中，運 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) -種或多種硅氧烷 聚合物，如（但不限于）在娃酬技術(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娃酬 制劑；化）硅氧烷單體；和/或（C)硅氧烷低聚物。硅氧烷物類可包括締基和氨化物官能。 在液體中使用的硅氧烷物類可W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W下更詳述描述。
[0016] 可在本文所述組合物中用作粘合劑液體的具有締基官能的硅氧烷物類為通式（I) 的締基硅氧烷：
其中R1、R2和R3分別獨立包括氨或單價控、面控或面化控基；X為二價控基；a為具有 ο和8之間數(shù)值的整數(shù)（含ο和8)。本文所用術(shù)語"單價控基"和"二價控基"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。
[0017] 包括氨化物官能的硅氧烷物類為具有直接結(jié)合到一個或多個娃原子的氨的氨娃 氧燒，因此，包含反應(yīng)性Si-H官能團。
[0018] 可用于本公開的示例性締基硅氧烷包括W下類型的多官能締取代硅氧烷：
其中R為單價控、面控或面化控；R'為締基，例如乙締基，或其它末端締基，例如締丙 基、1-下締基等。R"可包括R或R'，a=0至200(含0和200)，b=l至80(含1和80);其 中選擇a和b，W提供具有約1，000厘拖最大粘度的流體，并使b/a之比允許每摩爾W上式 (II)的硅氧烷有至少3個反應(yīng)性締部分。
[0019] 適合的烷基/締基環(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)。
[0020] 其它適合的官能不飽和硅氧烷可W為式（IV)的硅氧烷：
) 其中R、R'和R"如前所限定。在一些實施方案中，（c+d+e+gVf之和的比>2。
[0021] 示例性不飽和硅氧烷包括1，3-二乙締基-四甲基二硅氧烷、六乙締基二硅氧烷、 1,3- ^乙締基四苯基^硅氧烷、1, 1, 3-二乙締基二甲基^硅氧烷、1, 3- ^甲基四乙締基^. 硅氧烷等。示例性環(huán)烷基或芳基乙締基硅氧烷包括1，3, 5-Ξ乙締基-1，3, 5-Ξ甲基環(huán)Ξ 硅氧烷、1，3, 5, 7-四乙締基-1，3, 5, 7-四甲基環(huán)四硅氧烷、1，3-二乙締基八苯基環(huán)五娃氧 燒等。
[0022] 適合的多官能氨化物硅氧烷包括W下描繪的組成：
其中R如前限定，R' ' '可包括R或H，a和b如前限定，并選擇a和b，使得b/a之比允 許每摩爾W上式（V)的硅氧烷有至少3個反應(yīng)性Si-H部分。
[0023] 適合的烷基/氨化物環(huán)硅氧烷為式（VI)的環(huán)硅氧烷： 出RSiO]x, (VI) 其中R如前限定，且X為3至18的整數(shù)（含3和18)。
[0024] 其它適合的官能氨化物硅氧烷包括：
其中R和R'''如前所限定。在一些實施方案中，（c+d+e+gVf之和的比>2。
[00巧]示例性硅氧烷氨化物包括聚（甲基氨）硅氧烷、共聚[(甲基氨）-(二甲基）]娃氧 燒；1，3, 5, 7-四甲基環(huán)四硅氧烷、1，3, 5, 7, 9-五甲基環(huán)五硅氧烷和其它環(huán)甲基氨硅氧烷； 四（二甲基娃氧基）硅烷和相當(dāng)于式（νΠ)的具有組成郵1畑3)2〇1/2]2 (Si〇2)的有機改