[發明專利]玻璃和玻璃-陶瓷的粉末注塑法

無效

• 申請號: 200680052289.5
• 申請日: 2006-12-22
• 公開（公告）號: CN101528619A
• 公開（公告）日: 2009-09-09
• 發明（設計）人: E·W·庫南;J·J·柯斯特洛三世;S·M·加納;B·C·莫那漢;M·A·凱斯達
• 申請（專利權）人: 康寧股份有限公司
• 主分類號: C03B19/06
• 分類號: C03B19/06
• 代理公司: 上海專利商標事務所有限公司
• 代理人: 朱黎明

本申請要求2005年12月31日提交的美國臨時申請第60/755637號和2006 年3月31日提交的美國非臨時申請第11/394692號的優先權。

發明背景

技術領域

本發明一般涉及通過粉末注塑法由玻璃粉末生產玻璃和玻璃陶瓷制品，更 具體地，涉及改進的、更有效的、由粉末注塑生產玻璃和玻璃陶瓷制品的方法 以及由此生產的制品。

背景技術

玻璃和玻璃陶瓷材料對于許多應用具有有利的性質。突出的性質，諸如化 學和物理耐受性、生物惰性、高溫穩定性和許多玻璃基材料的透明性，使這些 材料在化學和生物實驗室和生產過程中被廣泛應用。比如，人們已經將玻璃材 料用于或提出將其用于生物孔板、“芯片實驗室”、微反應器和其它流體和微 型流體應用中。玻璃和玻璃陶瓷制品也廣泛用于許多其它工業應用中和各種消 費品中。

在這些應用和許多其它應用中，經常希望由玻璃或玻璃陶瓷材料形成的制 品具有復雜的形式或形狀。然而要生產這些材料的復雜形狀可能有困難，這部 分是因為恰好是人們所需要的這些材料的耐受性和惰性也使得它們難以被蝕 刻、機械加工、或以減少成形法(subtractive?forming)的其它方式成形。為此， 人們需要能夠對這些材料進行模塑以使其成為復雜形狀。

對于將玻璃和玻璃-陶瓷模塑為復雜形狀可能有用的一種技術是粉末注 塑。在粉末注塑中，使粉末與聚合物粘合劑混合，然后對混合物進行注塑。脫 模后，使所得的制品脫粘(de-bind)并進行燒結。為了避免完成的部件具有過高 的孔隙率、翹曲和過度的收縮，需要高粉末加載量(高粉末份數和低粘合劑份 數)。盡管粉末注塑已經廣泛應用于金屬成形和在一定程度上應用于陶瓷成形 法中，人們很少將注意力集中在玻璃基材料的粉末注塑上。這可能是因為玻璃 粉末制品通常十分不規則，而一般理解的粉末注塑的理想制品形狀是具有微小 長寬比的球形，以便使粉末與粘合劑混合物的流動性以及填充能力最大。

美國專利第5602197號，“用于粉末成形的可逆聚合物凝膠粘合劑 (Reversible?Polymer?Gel?Binders?for?Power?Forming)”(’197專利)(轉讓給本申請 的受讓人)，公開了用于粉末注塑的粘合劑組合物和方法，所述粉末注塑使用 各種粉末類型，包括金屬粉末、陶瓷粉末和玻璃粉末。其中公開的方法達到高 粉末加載量(50-75體積％)，但是人們需要更有效的、更能適應制造或生產環境 的、同時具備高性能(包括高粉末加載量)的方法。

發明內容

本發明的一個方面，提供一種通過玻璃粉末的粉末注塑生產玻璃或玻璃陶 瓷制品的方法。該方法包括在連續的混合過程中使組份混合在一起以形成包含 玻璃粉末和粘合劑的混合物，其中所述組份包括相對量足夠等于所得混合物的 至少50體積％的玻璃粉末，以及包含熱塑性聚合物和蠟的粘合劑；使混合物 形成成形的結構；使成形的結構脫粘并進行燒結。該方法較優地包括通過高強 度混合過程進行混合，較優地在雙螺桿擠出機中混合。成形過程可以包括對混 合物制粒并將粒化的混合物注塑以形成成形的結構。混合物的組份較優地包含 玻璃粉末，其相對量足夠等于所得混合物的至少70體積％且最高達75％。玻 璃粉末較優地包括至少一些具有不規則形狀的玻璃顆粒，可能主要由這些不規 則形狀的玻璃顆粒組成。

根據本發明方法的一個可替代的實施方式，在脫模之后和脫粘之前，所述 方法可以進一步包括將成形的結構和另一個結構疊加以及對這兩個結構進行 燒結以此將它們粘合在一起的步驟。所述另一個結構可以任選地是按與初始的 成形結構相同的方法形成的結構。通過該方法，可以形成復雜的封閉的幾何結 構。

作為進一步替代的實施方式，脫粘和燒結的步驟可以進一步包括對成形的 結構進行預燒結以產生預燒結的成形的結構，將預燒結的成形的結構與另一個 結構疊加以及燒結該疊加的結構以便將它們粘合在一起。這個變化體可以提供 的益處是較長的無支撐的跨距傾向于在最終結構中封閉大的面積。

熱塑性的聚合物較優地是熱塑性高彈體，諸如苯乙烯-乙烯/丁烯-苯乙烯三 嵌段共聚物，如作為克萊頓(Kraton)G1650和G1652或它們的混合物銷售的 苯乙烯-乙烯/丁烯-苯乙烯三嵌段共聚物。蠟較優地是十六醇和十八醇中的一種 或多種。