專利名稱：粉末燒結型球泡三角面架材料的制作方法
粉末燒結型球泡三角面架材料領域新型材料背景成型材料的物理性能是決定其用途的關鍵之一，而型材的物理性能主要是 由構成型材的物質的分子排列結構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的局部分子排列發(fā)生了變化。物體的比重是由構成物體的物 質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和體積的實心物體 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荷不小于相同材質、相同體積的實心球，因為密 閉的充氣球受到一定方向的外力時，球內氣體會同時將這種外力均勻轉移到球內受力點以 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。實心球在這方面就相對較 差。如果把這樣的充以相當壓力的氣體的空心球(在這里我們叫球泡)看做是一個物質分 子，人為把這些“分子”按最牢固的(金剛石分子排列結構)三角體結構(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，力 會在材料內部傳遞中分散(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。成型材料及機械構件等(不包括成型的化學反應耗損材料)主要以物理性能決定 用途的型材及構件，在適應工作環(huán)境條件時的化學性能指標中，型材及構件表面的化學性 能是最主要的指標。人為制成具有完整表面，內部呈空球形三角網(wǎng)結構(也就是球泡三角 排列的空隙連接)(參見附圖3)的型材或構件(主要用途由其物理性能決定的)其整體的 主要化學性能指標與相同材質的實心型材或構件并無明顯差異。同時這種型材或構件(在 這里我們叫面架)的結構也是一種最具牢固性的網(wǎng)架結構，如果原料本身具備極高強度或 在其結構中加入高強筋網(wǎng)則是一種最牢固的網(wǎng)架(我們稱這種結構為三角面架結構)。以化學性能符合使用要求的原料為面架，保證型材或構件的適應環(huán)境條件性能和整體牢固性；以球泡三角材料型材或構件的物理性能及較小比重，它們的 有機結合體就是球泡三角、面架復合材料。目的制備適應各種復雜環(huán)境條件和高強輕質型材或構件。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，采用相應的 方法，制作成質地勻稱，可充氣密閉，密閉后隨一定壓力(內部充氣壓力和外部承載壓力， 具體要求根據(jù)型材或構件成品要求而定)的空心圓球隊體。球泡殼體厚度、直徑根據(jù)選用 原料、型材或構件成品要求而定。用于同一成品的球泡殼質量、規(guī)格相同(也可根據(jù)要求 而定)。一般情況下，一下球泡殼設一個充氣孔。充氣孔內可設自動防溢氣裝置，也可不設 (根據(jù)充氣方法而定)，特殊情況可不設充氣孔(要求常溫下球泡內外壓相等時)。2、球泡充氣。充氣方法一般可選用高壓充氣(球泡殼充氣孔內設有防溢氣裝置) 或低溫液化充氣(將氣體低溫液化后注入球泡殼內)達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。球泡內一般充以空氣或氮氣(防止球泡殼體從內部氧化)也可以充入其它不與球泡殼體發(fā)生化學反應的氣體，氣壓根據(jù)型材或構件成品要求確定，特 殊情況可不充氣(成品要求常溫上球泡內外壓相等)甚至球泡內的氣體壓力小于大氣壓 (高溫下球泡內的壓力自動升高)。最后用承載負荷或擠壓檢驗，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 材料，要求與選用的面架材料的親和力強(能與面架材料牢固粘結成一體)，具體規(guī)格和質 地根據(jù)型材或構件成品要求而定。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)中使用權相同質地的筋絲或條，也可選用不同質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)面每個空格都可呈獨立三角形。筋絲或條的交叉處焊 點的抗拉強度應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)(只在型材或構件成品的某一個面的面 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)情況可選用化學清洗劑清理或器械摩擦清理，也可二者結合。必 要時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件一般都在模具 內組合完成，模具是根據(jù)型材或構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，使用局部筋網(wǎng)時將制作好的局部筋網(wǎng)放在模具內的相應位 置，經(jīng)過檢驗的球泡按三角體(參見附圖1、2、；3)結構排列在筋網(wǎng)內，不使用筋網(wǎng)時直接排 列在模具內。排列球泡時應撒一層粉末，排列一層球泡，并確保球泡之間的每個縫隙都布滿粉 末，球泡排列要求整齊、緊密，排列完成后每個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，達到燒結溫度后衡溫一定時間(確保受熱均 勻，全部燒結)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 構的具體組成形式。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，力在材料內部傳 遞的對比示意圖。主要是為了表示球泡面架材料隨外力時的特性。圖中箭頭表示的方向為 力的傳遞方向。圖a為普通固體材料受到正向下力時力在該材料內部傳遞的情況。圖b為 普通固體材料受到斜向下力時力在該材料內部傳遞情況。圖A為球泡三角面架材料受到正 向下力時力在該材料內部傳遞情況。圖B為球泡三角面架材料受到斜向下力時力在該材料內部傳遞情況。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部的排列形式、面架在材料內部的結構、球泡三角與面架 的結合形式及筋網(wǎng)在面架中的位置。附圖4，見附圖第一頁(中)，筋網(wǎng)結構示意圖，主要為了表示筋網(wǎng)的結構。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 表示球泡排列結構(與附圖1、3共同說明)排列好的球泡圓心虛擬連接時呈三角體。效果成品保持了面架材料原有的化學性；具備牢固的整體性。成品整體可承載負荷大于各主要原料(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)。
權利要求
1.一種制備可以適應各種復雜環(huán)境條件的高強輕質(相對于所用原料)成型材料及構 件的方法，其特征是球泡以粉末燒結方法成型，三角體結構排列成型材或構件要求形狀，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完整的整體。
2.根據(jù)權利要求1中所述的球泡其特征是內部充有一定量的氣體的密閉空心球。
3.根據(jù)權利要求1中所述的三角體結構其特征是用大小相等的小圓球倒?jié)M正三角體 空間時，小圓球隊在正三角體空間內自然形成的結構，即每四個小球(不包括同一平面的 和三個以上直線排列的)可組成一個具有四面的球三角體，球三角體的每一面都可看到三 個球。
4.根據(jù)權利要求1中所述面面架其特征是以能夠符合型材或構件使用環(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
粉末燒結球泡三角面架材料是新型材料領域用粉末燒結方法結構成型的輕質高強度材料，它同時可具備防腐、隔音、隔熱功能，必將成為各領域通用的常用材料之一。
文檔編號C04B38/00GK102049517SQ20101052681
公開日2011年5月11日 申請日期2010年10月15日 優(yōu)先權日2010年10月15日
發(fā)明者任首旺 申請人:任首旺