用于陶瓷部件鑄造的方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種用于改進的陶瓷部件鑄造的方法。一種此類方法可包括對基于陶瓷的漿料混合物抽真空和/或對部件模具抽真空。對基于陶瓷的漿料混合物和部件模具抽真空可為從相應元件去除氣泡。更具體地，抽真空可分別從基于陶瓷的漿料混合物和從部件模具的腔去除氣泡。該方法還可包括將基于陶瓷的漿料混合物設置到部件模具的腔中，以及對包括基于陶瓷的漿料混合物的部件模具的腔連續(xù)抽真空預先確定的時間，以去除被包括在基于陶瓷的漿料混合物中的任何附加氣泡。最后，該方法可包括在預先確定的時間期間內(nèi)在部件模具的連續(xù)抽真空的腔內(nèi)形成陶瓷部件。該陶瓷部件由基于陶瓷的漿料混合物形成。
【專利說明】
用于陶瓷部件鑄造的方法[0001]相關申請的交叉引用[0002]本專利合作條約專利申請要求于2014年2月4日提交的名稱為“Ceramic Component Casting”的美國非臨時申請N0.14/172,375的優(yōu)先權，該專利申請的內(nèi)容全文 以引用方式并入本文。
技術領域
[0003]本公開整體涉及制造過程，并且更具體地涉及鑄造陶瓷部件的方法?！颈尘凹夹g】
[0004]基于陶瓷的部件可用于各種產(chǎn)品中，包括結構/建筑材料、廚房和餐具、汽車部件、 醫(yī)療設備和電子設備。這些基于陶瓷的部件可用于此類多種行業(yè)中，這是因為其符合需要的物理屬性和特性。作為一個示例，根據(jù)制造情況，基于陶瓷的材料可包括高強度屬性(例如，斷裂韌度、延展性)，包括介電常數(shù)屬性并可為基本上透明的。常規(guī)基于陶瓷的部件通常是使用兩種技術制造的:陶瓷注模(cn〇和陶瓷凝膠鑄造。
[0005]常規(guī)的CM處理通常涉及使用模具以及在加熱時可基本上為液體的基于陶瓷的材料。可將基于陶瓷的材料加熱到特定溫度以完全液化，并且然后可將其傾注到模具中。然后可使用高壓縮力將模具機械地擠壓在一起并迅速冷卻。模具和模具內(nèi)的液體材料的冷卻可能使得基于陶瓷的材料變?yōu)榛旧瞎腆w的并采用模具的形狀。
[0006]在CM中使用的模具可能非常昂貴并且非常難以制造。更具體地，至少部分地由于模具中可能包括的圖案和可耐受CIM的迅速加熱和冷卻的所需材料組分，該模具可能非常昂貴并可能制造起來很難且耗時。此外，如果模具有缺陷，則通常不能進行校正并且必須制造新的模具。此外，迅速加熱和冷卻在CIM過程中使用的基于陶瓷的材料可能最終對在CIM 過程中形成的陶瓷部件的物理屬性造成不利的影響。例如，在CIM過程期間將基于陶瓷的材料加熱到高于期望溫度的情況下，使用(HM形成的最終陶瓷部件的延展性可能會降低。
[0007]陶瓷凝膠鑄造是用于制造陶瓷部件的另一種常規(guī)制造過程。在凝膠鑄造中，通常將單體與包括陶瓷材料的液體混合物組合，并在模具內(nèi)設置該組合。類似于CM，一旦模具中包括液體混合物和單體，便將單體加熱到預先確定的溫度，以使液體聚合并最終形成陶瓷部件。同樣類似于CIM，常規(guī)凝膠鑄造過程包括在鑄造過程期間將模具置于高壓下并迅速冷卻混合物以形成陶瓷部件。
[0008]常規(guī)的凝膠鑄造可能包括附加的復雜情況。例如，常規(guī)的凝膠鑄造可能使得在最終陶瓷部件中形成氣泡，這將顯著減小陶瓷部件的強度并可能導致不期望的美觀缺陷。氣泡可能在向模具中傾注或以其他方式放入混合物之前存在于混合物中，和/或氣泡可能在鑄造過程期間存在于模具內(nèi)。此外，被包括在混合物中的陶瓷材料可能在凝膠鑄造過程期間不均勻地和/或完全地與單體材料組合，這可能導致陶瓷部件具有變化的強度。即，從具有高濃度陶瓷材料的混合物形成的陶瓷部件的一部分為基本上致密的，而從具有低濃度陶瓷材料的混合物形成的陶瓷部件的一部分可能包括最小密度。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]通常，本文論述的實施方案涉及用于改進的陶瓷部件鑄造的方法。這些鑄造方法可包括組合兩種材料，其中組合兩種材料開始固化過程以形成陶瓷部件。兩種材料中的至少一種材料可包括氧化鋯顆粒。包括氧化鋯顆粒的組合材料可被設置于陶瓷部件模具的腔內(nèi)，并可在預先確定的時間內(nèi)固化以形成陶瓷部件。可通過在包括氧化鋯顆粒的兩種材料周圍維持最小壓縮力和相對恒定的溫度來完成陶瓷部件的形成。即，該形成可能不需要除將部件模具保持在一起所需的壓力量大小之外的任何附加壓力。此外，該形成可不需要向包括氧化鋯的兩種材料施加附加熱量以形成陶瓷部件。結果，模具不需要耐受迅速加熱和冷卻，并可由更有成本效率的材料來制造。此外，通過鑄造過程，可將包括氧化鋯的兩種材料和/或模具置于真空下，以便去除可能會不利地影響所形成的陶瓷部件的氣泡。
[0010]—個實施方案可包括用于改進的陶瓷鑄造的方法。該方法可包括對以下各項中的至少一者抽真空:基于陶瓷的漿料混合物，以從基于陶瓷的漿料混合物去除氣泡；以及部件模具，以從部件模具的腔去除氣泡。該方法還可包括將基于陶瓷的漿料混合物部件設置到模具的腔中，以及在預先確定的時間期間內(nèi)在部件模具的腔內(nèi)形成陶瓷部件。該陶瓷部件可由基于陶瓷的漿料混合物形成。
[0011]另一個實施方案可包括一種用于改進的陶瓷鑄造的附加方法。該方法可包括對以下各項中的至少一者抽真空:基于陶瓷的漿料混合物，以從基于陶瓷的漿料混合物去除氣泡；以及部件模具，以從部件模具的腔去除氣泡。該方法還可包括將基于陶瓷的漿料混合物部件設置到模具的腔中，以及對包括基于陶瓷的漿料混合物的部件模具的腔連續(xù)抽真空預先確定的時間。此外，該方法可包括在預先確定的時間期間內(nèi)在部件模具的連續(xù)抽真空的腔內(nèi)形成陶瓷部件。該陶瓷部件可由基于陶瓷的漿料混合物形成?！靖綀D說明】
[0012]通過結合附圖的以下詳細描述將易于理解本公開，其中相同的附圖標號指示相同的結構元件，并且其中:
[0013]圖1A示出了根據(jù)實施方案的被包括在基于陶瓷的漿料混合物中的示例性的第一材料和第二材料。
[0014]圖1B示出了根據(jù)實施方案的包括圖1A的組合的第一材料和第二材料的示例性的基于陶瓷的漿料混合物。
[0015]圖2是示出了用于鑄造陶瓷部件的方法的流程圖。可使用在圖1B中所示的基于陶瓷的漿料混合物來執(zhí)行這種方法。
[0016]圖3A-圖3G示出了根據(jù)實施方案的包括基于陶瓷的漿料混合物的鑄造系統(tǒng)進行圖 2所示的鑄造過程的示意圖。[〇〇17]圖3H和圖31示出了根據(jù)實施方案的通過圖2所示的鑄造過程所形成的示例性陶瓷部件。
[0018]需注意，本發(fā)明的附圖未必成比例。附圖僅旨在描繪本發(fā)明的典型方面，因此不應被視為限制本發(fā)明的范圍。在附圖中，在附圖之間相似的編號表示相似的元件?！揪唧w實施方式】
[0019]現(xiàn)在將詳細參考在附圖中所示的代表性實施方案。應當理解，以下描述并非旨在將實施方案限制于一個優(yōu)選的實施方案。相反，其旨在涵蓋可被包括在由所附權利要求限定的所述實施方案的實質和范圍內(nèi)的替代形式、修改形式和等同形式。
[0020]以下公開整體涉及制造過程，并且更具體地涉及陶瓷部件鑄造的改進的方法。
[0021]在具體實施方案中，一種鑄造方法可包括組合兩種材料，其中組合兩種材料開始固化過程以形成陶瓷部件。兩種材料中的至少一種材料可包括氧化鋯顆粒包括氧化鋯顆粒的組合材料可被設置于陶瓷部件模具的腔內(nèi)，并可在預先確定的時間內(nèi)固化以形成陶瓷部件?？赏ㄟ^在包括氧化鋯的兩種材料周圍維持最小壓縮力和相對恒定的溫度來完成陶瓷部件的形成。即，該形成可能不需要除將部件模具保持在一起所需的壓力量之外的任何附加壓力。此外，該形成可不需要向包括氧化鋯的兩種材料施加附加熱量以形成陶瓷部件。結果，模具不需要耐受迅速加熱和冷卻，并可由更有成本效率的材料來制造。此外，通過鑄造過程，可將包括氧化鋯的兩種材料和/或模具置于真空下，以便去除可能會不利地影響所形成的陶瓷部件的氣泡。
[0022]—種用于改進的陶瓷鑄造的示例非限制性方法可包括對以下各項中的至少一者抽真空:基于陶瓷的漿料混合物，以從基于陶瓷的漿料混合物去除氣泡；以及部件模具，以從部件模具的腔去除氣泡。該方法還可包括將基于陶瓷的漿料混合物部件設置到模具的腔中，以及在預先確定的時間期間內(nèi)在部件模具的腔內(nèi)形成陶瓷部件。該陶瓷部件可由基于陶瓷的漿料混合物形成。
[0023]用于改進的陶瓷鑄造的另選的方法通常可包括上文闡述的操作，以及對包括基于陶瓷的漿料混合物的部件模具的腔連續(xù)地(或周期性地)抽真空預先確定的時間。此外，該方法可包括在預先確定的時間期間內(nèi)在部件模具的連續(xù)抽真空的腔內(nèi)形成陶瓷部件。該陶瓷部件可由基于陶瓷的漿料混合物形成。[〇〇24]以下參考圖1-圖31對這些和其他實施方案進行論述。然而，本領域的技術人員將易于理解，本文相對于這些附圖所給出的詳細描述僅出于說明性目的，而不應被理解為是限制性的。
[0025]現(xiàn)在參考圖1A和圖1B，其示出了基于陶瓷的漿料混合物100的一個實施例的透視圖。在一個實施方案中，如圖1A所示，基于陶瓷的漿料混合物100可包括第一材料102和第二材料104。更具體地，基于陶瓷的漿料混合物100可由第一材料102和第二材料104的組合制造，如圖1B所示。第一材料102和第二材料104中的每一者可由彼此可發(fā)生化學反應的不同材料制造，以開始基于陶瓷漿料混合物100的固化過程，如本文所述。即，如本文論述的，可組合第一材料102和第二材料104以形成基于陶瓷的漿料混合物100,之后其可接著開始固化，并可最終形成陶瓷部件(圖3F)。在非限制性實施方案中，第一材料102可包括任何常規(guī)的預混合環(huán)氧樹脂材料。此外，如本文論述的，第一材料102還可包括任何常規(guī)的分配材料， 其可輔助基本均勻地分配或分散被包括在第一材料102內(nèi)的顆粒。在一個非限制性實施例中，第二材料104可包括任何常規(guī)的環(huán)氧樹脂硬化材料。即，第二材料104可包括任何常規(guī)的環(huán)氧樹脂反應材料，其可在第二材料104與第一材料102混合時使得第一材料102硬化。在一個非限制性實施例中，第一材料102和第二材料104可包括基于聚酯的環(huán)氧樹脂或丙烯酸酯環(huán)氧樹脂或者可混合以形成基于聚酯的環(huán)氧樹脂或丙烯酸酯環(huán)氧樹脂。
[0026]如圖1A和圖1B所示，第一材料102和第二材料104中的至少一者可包括多個氧化鋯顆粒106。更具體地，僅有第一材料102可包括懸浮于第一材料102內(nèi)的多個氧化鋯顆粒106。 如圖1A所示，多個氧化鋯顆粒106可均勻分布在整個第一材料102中，使得在第一材料102的任何粘度下，在材料內(nèi)都可存在多個氧化鋯顆粒106的基本上均勻化的散布。即，根據(jù)第一材料102的浮力屬性，多個氧化鋯顆粒106可不利地聚集在第一材料102的頂表面或底表面處。相反，多個氧化鋯顆粒106可均勻地“漂浮”在整個材料中。多個氧化鋯顆粒106的均勻分布或散布可以是分配材料被包括在第一材料102中的結果。即，被包括在第一材料102中的分配材料可確保多個氧化鋯顆粒106可均勻地分布或散布于整個第一材料102中。
[0027]在一個另選的實施方案中，氧化鋯顆粒106可不在第一材料102和第二材料104中的至少一者內(nèi)均勻分布。在一個另選的實施方案中，氧化鋯顆粒106未均勻地分布在第一材料102和/或第二材料104中，可在組合形成基于陶瓷的漿料混合物100時均勻地分布氧化鋯顆粒106,如本文所述的。另外，如本文所述的，在第一材料102和/或第二材料104內(nèi)均均散布多個氧化鋯顆粒106可輔助形成具有基本上均勻密度的剛性陶瓷部件。
[0028]如圖1B所示，在組合第一材料102和第二材料104以形成基于陶瓷的漿料混合物 100時，在基于陶瓷的漿料混合物100中可能會形成氣泡108或小的空氣穴。更具體地，作為組合和/或混合包括氧化鋯顆粒106的第一材料102和第二材料104的結果，并且在基于陶瓷的漿料混合物內(nèi)可能形成多個氣泡108并散布于整個基于陶瓷的漿料混合物100中。如圖1B 所示，氣泡108可均勻散布于整個基于陶瓷的漿料混合物100中，并可能相鄰于和/或基本上圍繞在基于陶瓷的漿料混合物100中形成的氧化鋯顆粒106。
[0029]可能由于在形成基于陶瓷的漿料混合物100的組合過程期間空氣在第一材料102 和第二材料104之間或其內(nèi)被捕獲，因此在基于陶瓷的漿料混合物100內(nèi)形成氣泡108。例如，在第一材料102和第二材料104被傾注到混合容器110中并被攪拌以形成基于陶瓷的漿料混合物100時，氣泡108可能將由相應材料在容器110中捕獲的空氣形成或者可能通過攪拌動作進入材料中。如本文所述的，氣泡108可能在陶瓷部件(下文相對于圖3G更詳細論述的)中導致不期望的缺陷(例如，美觀、結構等)。
[0030]轉到圖2,現(xiàn)在可論述陶瓷部件鑄造的過程。具體地，圖2是描繪用于制造或鑄造陶瓷部件的一種樣本方法200的流程圖。
[0031]在操作202中，可向鑄造系統(tǒng)(參見圖3A)提供基于陶瓷的漿料混合物100。更具體地，可將基于陶瓷的漿料混合物100傾注或放置在用于形成陶瓷部件(圖3G中示出了其一個示例)的鑄造系統(tǒng)中，如本文所述的。可在預混合的條件下向鑄造系統(tǒng)提供基于陶瓷的漿料混合物100,或者可在鑄造系統(tǒng)內(nèi)組合形成基于陶瓷的漿料混合物100的第一材料102和第二材料1〇4(如圖1A和圖1B所示的)。即，可形成基于陶瓷的漿料混合物100并隨后設置于鑄造系統(tǒng)內(nèi)，或者可直接在鑄造系統(tǒng)中形成基于陶瓷的漿料混合物100。[〇〇32]在操作204中，可對基于陶瓷的漿料混合物100抽真空。更具體地，在操作204中，可使基于陶瓷的漿料混合物100經(jīng)受真空，以產(chǎn)生壓力差。通過使基于陶瓷的漿料混合物100 經(jīng)受真空，氣泡108可通過基于陶瓷的漿料混合物100迀移到低壓區(qū)域，這樣最終可從基于陶瓷的漿料混合物100去除氣泡108。如本文所述的，通過在將基于陶瓷的漿料混合物100放置到鑄造系統(tǒng)的陶瓷部件模具(如下文相對于操作208更詳細所述)中之前去除氣泡108,可基本使由基于陶瓷的漿料混合物100形成的陶瓷部件的缺陷(無論是美觀還是結構方面)最小化和/或消除。
[0033]在操作206中，可在鑄造系統(tǒng)的部件模具中誘發(fā)真空或接近真空。更具體地，在操作206中，可使鑄造系統(tǒng)的部件模具的腔經(jīng)受真空，以基本上從部件模具去除空氣。如本文所述的，通過在由鑄造系統(tǒng)300執(zhí)行進一步操作之前初始從部件模具去除空氣可基本上使陶瓷部件中的缺陷的風險最小化和/或消除。[〇〇34]應當理解，可同時在系統(tǒng)300內(nèi)執(zhí)行操作204和操作206。即，可在鑄造系統(tǒng)的部件模具經(jīng)受真空的同時使基于陶瓷的漿料混合物100經(jīng)受真空。此外，應當理解，可對基于陶瓷的漿料混合物100抽真空預先確定的時間，以基本去除空氣和/或氣泡108,并可隨后插上插塞，以防止在鑄造系統(tǒng)內(nèi)形成附加空氣和/或氣泡108。[〇〇35]在操作208中，可將基于陶瓷的漿料混合物100設置到鑄造系統(tǒng)的部件模具的腔中。設置或提供基于陶瓷的漿料混合物100可包括使基于陶瓷的漿料混合物100從部件模具下方流向腔。即，可以某種方式提供基于陶瓷的漿料混合物100,以從腔的底部向腔的頂部填充鑄造系統(tǒng)部件模具的腔。在操作208中設置基于陶瓷的漿料混合物100還可包括向鑄造系統(tǒng)的部件模具供應預先確定量的基于陶瓷的漿料混合物100。即，如本文所述的，根據(jù)部件模具的腔的幾何形狀可向鑄造系統(tǒng)的部件模具供應預先確定量的基于陶瓷的漿料混合物100。在操作208中的設置過程期間，可能在設置于鑄造系統(tǒng)的部件模具中的基于陶瓷的漿料混合物100中形成氣泡108。即，操作208中的設置過程可能使得在設置或提供到鑄造系統(tǒng)的部件模具的預先確定量的基于陶瓷的漿料混合物100中形成鑄造系統(tǒng)中的現(xiàn)有的氣泡 108或新的氣泡108。[〇〇36]在任選的操作210(以虛線來顯示)中，可對包括基于陶瓷的漿料混合物100的部件模具的腔連續(xù)抽真空預先確定的時間。如相對于操作204類似論述的那樣，在操作210中，可使被包括在鑄造系統(tǒng)的部件模具中的基于陶瓷的漿料混合物100經(jīng)受真空，以產(chǎn)生壓力差。 通過使基于陶瓷的漿料混合物100經(jīng)受真空，氣泡108可通過基于陶瓷的漿料混合物100迀移到低壓區(qū)域，這樣最終可從被設置在鑄造系統(tǒng)的部件模具中的基于陶瓷的漿料混合物 100去除氣泡108。[〇〇37]在操作212中，可在操作208中設置基于陶瓷的漿料混合物100之后，對部件模具 316的腔314抽真空。如上文類似論述的那樣，在操作212中，可被使包括在鑄造系統(tǒng)的部件模具中的基于陶瓷的漿料混合物100經(jīng)受真空。在操作212中，在基于陶瓷的漿料混合物100 在模具316中時使其經(jīng)受真空可基本上確保在鑄造系統(tǒng)內(nèi)進行進一步處理之前基于陶瓷的漿料混合物100沒有氣泡108。
[0038]在操作214中，在預先確定的時間期間內(nèi)，陶瓷部件可由部件模具的腔內(nèi)的基于陶瓷的漿料混合物100形成。更具體地，包括氧化鋯顆粒106的基于陶瓷的漿料混合物100可在預先確定的時間期間內(nèi)固化，以形成基本上剛性的基于氧化鋯的部件(例如，陶瓷部件)。用于形成陶瓷部件342的預先確定的時間至少部分地取決于基于陶瓷的漿料混合物100的化學性質。即，如本文所述的，用于形成陶瓷部件的預先確定的時間可取決于形成基于陶瓷的漿料混合物100的第一材料102和第二材料104的組分以及在組合第一材料102和第二材料 104以形成基于陶瓷的漿料混合物100時可能發(fā)生的化學反應。該預先確定的時間可能會花費更長的時間，因為其依賴于第一材料102和第二材料104之間的反應。例如，形成陶瓷部件342的預先確定的時間可包括大約三十(30)分鐘。[〇〇39]轉到圖3A-圖3G，其可描繪進行圖2的方法200的各個操作的樣本鑄造系統(tǒng)300。此夕卜，圖3H和圖31示出了使用鑄造系統(tǒng)300形成的樣本陶瓷部件。應當理解，編號類似的部件可能以基本上類似的方式工作。為了清晰起見，已省略這些部件的重復解釋。
[0040]如圖3A所示，基于陶瓷的漿料混合物100可被設置、提供和/或容納于鑄造系統(tǒng)300 的供應罐302的腔室304中，以在鑄造陶瓷部件時使用，如本文所述的。如圖3A中所示，被包含在供應罐302中的基于陶瓷的漿料混合物100可對應于圖2的操作202?？稍陬A混合的條件下向供應罐302提供基于陶瓷的漿料混合物100,或者可在供應罐302內(nèi)組合第一材料102和第二材料104以形成基于陶瓷的漿料混合物100。即，可形成基于陶瓷的漿料混合物100并隨后被設置在鑄造系統(tǒng)300的供應罐302內(nèi)，或者可直接在供應罐302中形成基于陶瓷的漿料混合物100。鑄造系統(tǒng)300的供應罐302可包括能夠存儲基本上為液體材料(例如，基于陶瓷的漿料混合物100)的任何常規(guī)存儲部件。[〇〇41 ] 如圖3B所示，供應罐真空裝置306可經(jīng)由罐開口 308與腔室304流體連通，以對基于陶瓷的漿料混合物100施加真空壓力，如上文相對于圖2中的操作204所參考的。在示例性實施方案中，供應罐真空裝置306可與供應罐302的罐開口 308相鄰定位，以對被包括在供應罐 302的腔室304中的基于陶瓷的漿料混合物100基本上抽真空。供應罐真空裝置306可對基于陶瓷的漿料混合物100抽真空，以基本上去除可能在基于陶瓷的漿料混合物100中形成的氣泡108，如本文所述的。如圖3B所示，供應罐真空裝置306可通過在供應罐302內(nèi)施加真空力 (Fvac)來同時去除供應罐302的腔室304內(nèi)的空氣并去除基于陶瓷的漿料混合物100中形成的氣泡108。[〇〇42]如圖3B所示，可在圖2的操作204中抽真空期間對供應罐302的基于陶瓷的漿料混合物100執(zhí)行進一步的操作。例如，可將供應罐302耦接到或定位在鑄造系統(tǒng)300的振動部件 310上，其中振動部件310可在執(zhí)行鑄造系統(tǒng)300的附加操作(例如，操作208中的設置)之前向基于陶瓷的漿料混合物100提供振動。振動部件310可向包括基于陶瓷的漿料混合物100 的供應罐302提供振動，以輔助去除基于在陶瓷的漿料混合物100內(nèi)形成的氣泡108。更具體地，如圖3B所示，振動部件310可向供應罐302和被包括在供應罐302中的基于陶瓷的漿料混合物100提供振動，以向基于陶瓷的漿料混合物100的頂表面312移動氣泡108。通過向基于陶瓷的漿料混合物100的頂表面312移動氣泡108，氣泡108可被消散到腔室304中，和/或被供應罐真空裝置306施加的真空力(FVAC)從基于陶瓷的漿料混合物100去除。振動部件310可包括可提供振動以將基于陶瓷的漿料混合物100的氣泡108向頂表面312移動的任何常規(guī)振動系統(tǒng)。例如，所提供的振動系統(tǒng)可包括但不限于:物理振動系統(tǒng)、超聲波振動系統(tǒng)或旋轉振動系統(tǒng)。[〇〇43]如圖3B所示，模具真空裝置318可以經(jīng)由振動管道320與部件模具316的腔314流體連通，以從腔314抽出空氣。使用模具真空裝置318使部件模具316的腔314經(jīng)受真空可對應于圖2的操作206。如相對于供應罐302和供應罐真空裝置306類似所述的，鑄造系統(tǒng)300的模具真空裝置318可施加真空力(F?)，以在鑄造系統(tǒng)300執(zhí)行進一步的操作之前從腔314去除空氣。如圖3B所示，真空管道320可以穿過部件模具316的頂部322定位，使得模具真空裝置 318可以從真空管道320抽取被包括在部件模具316的腔314中的空氣。[〇〇44]如圖3B所示，部件模具316的腔314可包括可用于形成陶瓷部件(圖3G)的獨特的或定制的幾何形狀。即，腔314可包括具有定制幾何形狀的開口，該幾何形狀可在本文所述的鑄造過程期間限定用于形成陶瓷部件的基于陶瓷的漿料混合物100的形狀。如圖3B所示，腔 314可在部件模具316內(nèi)角取向。更具體地，可在部件模具316內(nèi)形成或取向腔314,以包括與部件模具316的真空管道320相鄰定位的至少一個角側壁324。如本文所述的，腔314的角側壁324可輔助允許空氣和/或氣泡108在腔314內(nèi)移動以與真空管道320相鄰定位，并隨后經(jīng)由模具真空裝置318從腔314去除。任選地，如圖3B中所示，腔314可包括涂層326。涂層326可包括具有基本上的疏水性質的任何常規(guī)材料。如本文所述的，涂層326還可輔助使氣泡108 移動通過被設置在314中的基于陶瓷的漿料混合物100(例如，操作208)，以與真空管道320 相鄰定位并隨后經(jīng)由模具真空裝置318從腔314去除。
[0045]供應罐真空裝置306和模具真空裝置318可包括不同的真空系統(tǒng)(未示出)或可為被包括在單個真空系統(tǒng)(未示出)中的兩個不同的真空軟管。[〇〇46]如圖3C-圖3E所示，如相對于圖2的操作208類似所述的，可在部件模具316的腔314 內(nèi)設置被包括在供應罐302中的基于陶瓷的漿料混合物100。即，如本文所述的，可經(jīng)由鑄造系統(tǒng)300的供應管道328向部件模具316的腔314提供形成基于陶瓷的漿料混合物100的第一材料102和第二材料104的組合。如圖3C-圖3E所示，供應管道328可以流體耦接供應罐302的包括基于陶瓷的漿料混合物100的腔室304和部件模具316的腔314。更具體地，如圖3C-圖3E 所示，可將部件模具316升高到供應管道328上方，和/或可將供應管道328耦接到部件模具 316的底部330。在將供應管道328耦接到部件模具316的頂部330時，可從底部330到頂部322 利用基于陶瓷的漿料混合物100來填充部件模具316的腔314。即，圖3C-圖3E可示出在部件模具316的腔314內(nèi)設置基于陶瓷的漿料混合物100以從底部330向頂部322填充腔314的進度?？墒褂萌魏纬Ｒ?guī)的流體流技術或設備(未示出)(包括但不限于:重力饋送、流體栗和壓力流)來從供應罐302向腔314供應基于陶瓷的漿料混合物100。
[0047]如相對于圖2中的操作208所述的，可使用任何常規(guī)技術來測量和/或調節(jié)供應到腔314的預先確定量的基于陶瓷的漿料混合物100,以用于控制系統(tǒng)(例如，鑄造系統(tǒng)300)內(nèi)的流體流量。例如，可利用流體控制系統(tǒng)332(此后被稱為“控制系統(tǒng)332”)向部件模具316的腔314供應預先確定量的基于陶瓷的漿料混合物100。如圖3C-圖3E所示，控制系統(tǒng)332可包括與供應管道328流體連通的閥門334以及被定位在供應管道328中并且與控制系統(tǒng)332電子連通的流量傳感器336。閥門334可被配置為基本上打開和/或關閉供應管道328，使得在閥門334打開時，基于陶瓷的漿料混合物100可流到腔314,并且在閥門334關閉時，基于陶瓷的漿料混合物100不可流到腔314。流量傳感器336可被配置為確定流經(jīng)供應管道328的基于陶瓷的漿料混合物100的流動特性?；谔沾傻臐{料混合物100的流動特性可包括但不限于:基于陶瓷的漿料混合物100的流動體積、基于陶瓷的漿料混合物100的流動速度、以及基于陶瓷的漿料混合物100的流動持續(xù)時間?？刂葡到y(tǒng)332可被配置為從傳感器336接收流動特性并確定是否已向腔314供應預先確定量的基于陶瓷的漿料混合物100。在控制系統(tǒng)332 確定已向腔314供應預先確定量的基于陶瓷的漿料混合物100時，如圖3D所示，控制系統(tǒng)332 可關閉閥門334,以防止任何附加的基于陶瓷的漿料混合物100進入部件模具316的腔314。 如圖3D所示，腔314可基本被供應預先確定量的基于陶瓷的漿料混合物100,并且供應管道 328內(nèi)的任何剩余的基于陶瓷的漿料混合物100可回流到供應罐302中。[〇〇48]如圖3C-圖3E所示，在圖2的操作208中設置基于陶瓷的漿料混合物100期間，可能會在腔314中設置的基于陶瓷的漿料混合物100內(nèi)形成氣泡108。更具體地，在部件模具316的腔314中設置基于陶瓷的漿料混合物100時，氣泡108可能被包括在并被散布于設置于腔314中的整個預先確定量的基于陶瓷的漿料混合物100中。如上所述的，被包括在腔314中的氣泡108可包括基本上未從供應罐302的腔室304中的基于陶瓷的漿料混合物100去除的氣泡108。此外，氣泡108可包括被在包括在腔314中的預先確定量的基于陶瓷的漿料混合物100中形成的新氣泡108。新形成的氣泡108可由在供應管道328中捕獲的空氣、在部件模具316的腔314中捕獲的空氣形成，和/或可為由以不期望的流速被設置到腔314中的基于陶瓷的漿料混合物100 (例如，在腔314中飛濺)形成的氣泡108。
[0049]轉到圖3E，由于腔314的角取向和/或腔314的涂層326的原因，多個氣泡可能組合以形成位于部件模具316的頂部322中的單個氣泡340。更具體地，由于角側壁324朝向部件模具316的真空管道320和包括疏水性質的腔314的涂層326成角度，因此基于陶瓷的漿料混合物100的多個氣泡108可沿角側壁324向頂部322移動，并可由角側壁324向真空管道320引導。在涂層326包括疏水性質的情況下，腔314的涂層326可從涂層326向外排斥氣泡108，并且角側壁324可僅向不包括涂層326的腔314部分——真空管道320傳輸氣泡。由于多個氣泡108與真空管道320相鄰定位，因此它們可組合形成單個大氣泡340，該大氣泡可能與真空管道320相鄰或基本上與真空管道320對準定位。如圖3E所示，一旦氣泡108向部件模具316的真空管道320移動并形成單個氣泡340，包括基于陶瓷的漿料混合物100的腔314的其余部分便可基本不含氣泡108。這樣，由于去除所有氣泡108和單個氣泡340，腔314中的基于陶瓷的漿料混合物100可基本上防止在陶瓷部件內(nèi)形成缺陷。
[0050]圖3D和圖3E還示出包括腔314內(nèi)的基于陶瓷的漿料混合物100的部件模具316可基本上振動。即，如相對于圖3B所示的供應罐302類似所述的，可在將基于陶瓷的漿料混合物100設置到部件模具316的腔314中之后，向基于陶瓷的漿料混合物100提供振動。向包括基于陶瓷的漿料混合物100的部件模具316提供的振動可輔助允許在腔314中形成的多個氣泡108(圖3D)沿腔314的角側壁324移動，并匯集/形成與部件模具316的真空管道320相鄰的單個氣泡340(圖3E)?？墒褂萌绫疚乃龅娜魏纬Ｒ?guī)設備和/或常規(guī)技術來向部件模具316提供振動。例如，如相對于圖3B類似所述的，部件模具316可耦接到不同的振動部件310(未示出)，以向被包括在部件模具316的腔314中的基于陶瓷的漿料混合物100提供振動。
[0051]如圖3C-圖3E所示，模具真空裝置318可連續(xù)施加真空力(Fvac)(在虛線中示出)，以用于在部件模具316的腔314內(nèi)設置基于陶瓷的漿料混合物100期間去除在腔314內(nèi)形成的空氣/氣泡108。模具真空裝置318連續(xù)抽真空可對應于圖2的任選操作210。對操作206中的部件模具316的腔314抽真空可以是連續(xù)的，并且可在將基于陶瓷的漿料混合物100設置到部件模具316的腔314中的整個過程中繼續(xù)，使得對腔314抽真空和將基于陶瓷的漿料混合物100設置到腔314中同時發(fā)生。對腔314連續(xù)抽真空的預先確定的時間可取決于若干個因素，包括但不限于:基于陶瓷的漿料混合物100的流動體積、基于陶瓷的漿料混合物100的流動速度、以及向腔314提供的預先確定量的基于陶瓷的漿料混合物100的流動持續(xù)時間。如本文所述的，對包括基于陶瓷的漿料混合物100的腔314連續(xù)抽真空可輔助去除可能在設置過程期間形成的不期望的氣泡108。
[0052]如圖3F所示，模具真空裝置318可向包括預先確定量的基于陶瓷的漿料混合物100的腔314施加最終真空力(F?)，以基本上確?；谔沾傻臐{料混合物100沒有氣泡108。使用模具真空裝置318施加最終真空力(FVAC)可對應于圖2的操作212。在向腔314設置或流動預先確定量的基于陶瓷的漿料混合物100之后，模具真空裝置318可施加真空力(FVAC)以去除單個氣泡340。該最終真空力(FVAC)可基本上確保由腔314中的基于陶瓷的漿料混合物100 形成的陶瓷部件(圖3G)可沒有由氣泡108/單個氣泡340導致的缺陷。如圖3F所示，可經(jīng)由模具真空裝置318從腔314去除單個氣泡340、以及形成單個氣泡340的多個氣泡(圖3D)。結果， 被包括在部件模具316的腔314中的基于陶瓷的漿料混合物100可準備好被鑄造系統(tǒng)300進一步處理，以形成陶瓷部件(圖3G)。[〇〇53]圖3G示出了被包括在腔314中的基于陶瓷的漿料混合物100固化形成基本剛性的陶瓷部件342,這可對應于圖2的操作214。更具體地，包括氧化鋯顆粒106的基于陶瓷的漿料混合物100可在預先確定的時間期間內(nèi)固化，以形成基本上剛性的基于氧化鋯的部件(例如，陶瓷部件342)。在對比圖3F和圖3G時，在固化過程期間，氧化鋯顆粒106可輔助形成陶瓷部件342。更具體地，如圖3F所示并且如本文所述的，氧化鋯顆粒106可均勻地散布在整個基于陶瓷的漿料混合物100中。隨著固化過程完成并形成圖3G的陶瓷部件342,多個均勻分布的氧化鋯顆粒106可輔助形成剛性陶瓷部件342,以包括基本上均勻的密度。即，如本文所述，在形成或固化過程期間氧化鋯顆粒106均勻地分布在整個基于陶瓷的漿料混合物100中的情況下，陶瓷部件342可包括基本上均勻的密度。
[0054]因為基于陶瓷的漿料混合物100的組分(例如，第一材料102、第二材料104)以及在組合材料形成基于陶瓷的漿料混合物100時發(fā)生的相應化學反應，可發(fā)生陶瓷部件342的形成，而無需對基于陶瓷的漿料混合物100執(zhí)行附加過程。更具體地，一旦基于陶瓷的漿料混合物100被設置于部件模具316的腔314中并從腔314中抽出氣泡108/單個氣泡340,用于形成陶瓷部件342的基于陶瓷的漿料混合物100可僅需要固化時間。這樣，形成陶瓷部件342可包括合理地維持包括基于陶瓷的漿料混合物100的部件模具316周圍的環(huán)境溫度，以及合理地維持被包括在部件模具316中的基于陶瓷的漿料混合物100上的最小壓縮力。即，基于陶瓷的漿料混合物100不需要任何加熱或冷卻來在形成過程期間形成陶瓷部件342,基于陶瓷的漿料混合物100也不需要在被設置于腔314中之后的壓縮力來形成陶瓷部件342?；谔沾傻臐{料混合物100上的最小壓縮力可包括可將分成兩部分的部件模具316保持在一起的壓縮力。在部件模具316包括單個集成部件的情況下，基于陶瓷的漿料混合物100上的最小壓縮力可包括大氣壓力。[〇〇55]應當理解，模具真空裝置318可在操作214中形成陶瓷部件342期間連續(xù)對腔314抽真空。即，腔314可在形成過程期間被連續(xù)抽真空以基本上防止基于陶瓷的漿料混合物100 和/或陶瓷部件342中不期望地包括氣泡108。此外，如上所述的，在形成過程期間連續(xù)抽真空可基本上防止或消除如下風險:空氣被捕獲在腔314中并通過形成美觀缺陷(例如，凸塊或脫皮)和/或在陶瓷部件342中形成可變密度而不利地影響陶瓷部件342。[〇〇56] 一旦形成，便可從部件模具316去除陶瓷部件342,并且如果必要可進行進一步處理。如圖3H所示，在從部件模具316去除之后，可示出從鑄造系統(tǒng)300形成的基本上剛性的陶瓷部件342?？蓮牟考＞?16取出陶瓷部件342,并可立即實施到可利用陶瓷部件342的部件、設備或系統(tǒng)中。或者，如圖3H和圖31所示，陶瓷部件342可能需要進一步加工。更具體地， 如圖3H所示，陶瓷部件342可包括突出部346,348。突出部346可由基于陶瓷的漿料混合物 100的一部分形成，該一部分在形成過程期間可位于部件模具316的真空管道320內(nèi)。突出部348可由基于陶瓷的漿料混合物100的一部分形成，該一部分在形成過程期間可位于腔314 和供應管道328之間的部件模具316中。在期望陶瓷部件342基本上為矩形的情況下，可從陶瓷部件342去除這些不全文的突出部346,348。更具體地，如圖31所示，可在陶瓷部件342上執(zhí)行材料去除過程以去除突出部346,348并將陶瓷部件342制造成期望/需要的幾何形狀。 用于陶瓷部件342上的材料去除過程可包括任何常規(guī)的材料去除過程，包括但不限于:研磨、碾磨、車削和切割。
[0057]通過利用可基于第一材料102和第二材料104之間的化學反應而固化其自身的基于陶瓷的漿料混合物100,可形成陶瓷部件342,而無需通常與常規(guī)陶瓷鑄造相關聯(lián)的制造應力(例如，快速加熱-冷卻、高壓縮力)。與常規(guī)制造過程相關聯(lián)的這些應力通常是因為在常規(guī)陶瓷部件中會形成缺陷。通過在形成陶瓷部件342中消除對快速加熱和冷卻的使用和/ 或對高壓縮力的使用，可顯著減小和/或消除陶瓷部件342中形成缺陷的風險。[〇〇58]此外，通過利用基于陶瓷的漿料混合物100形成陶瓷部件342并在形成過程中消除快速加熱-冷卻和/或高壓縮力，可由較不昂貴且更容易制造的材料來制造部件模具316。 即，相對于上述形成陶瓷部件342的過程，部件模具316可不經(jīng)歷快速溫度變化和/或高壓縮力。這樣，部件模具316可能不需要耐受快速溫度變化和/或高壓縮力的材料，該材料通常包括非常昂貴并且難以加工的材料。相反，可由更有成本效率的更容易加工的材料來制造部件模具316。此外，因為部件模具316可由更容易加工和/或更有成本效率的材料制造并且因為不需要加熱_冷卻和/或壓縮力，所以可制造多個部件模具316。結果，可同時形成或制造大量的陶瓷部件342。[〇〇59]此外，盡管上文僅論述了基本的矩形幾何形狀，但應當理解，部件模具316的腔314 可包括用于形成陶瓷部件342的更復雜的幾何配置。更具體地，如上所述，因為部件模具316 可由更容易加工的材料形成，用于形成陶瓷部件342的腔314可更復雜，并可包括用于陶瓷部件342的非常特別的幾何形狀。這樣，陶瓷部件342在從部件模具316取出時可包括恰好或基本上精確的復雜幾何形狀，并可在部件、設備或系統(tǒng)中實施之前需要最少的加工或不需要附加加工。
[0060]在上述描述中，為了進行解釋，所使用的特定命名提供對所述實施方案的徹底理解。然而，對于本領域的技術人員而言將顯而易見的是，實踐所述實施方案不需要這些具體細節(jié)。因此，出于例示和描述的目的來呈現(xiàn)對本文所述的具體實施方案的上述描述。它們并非意在是窮舉性的或將實施方案限制到所公開的精確形式。對于本領域的普通技術人員而言將顯而易見的是，根據(jù)上述教導內(nèi)容，許多修改形式和變型形式是可能的。
【主權項】
1.一種方法，包括:對以下各項中的至少一者抽真空:基于陶瓷的漿料混合物，以從所述基于陶瓷的漿料混合物去除氣泡，以及 部件模具，以從所述部件模具的腔去除氣泡；將所述基于陶瓷的漿料混合物設置到所述部件模具的所述腔中；以及 在預先確定的時間期間內(nèi)，在所述部件模具的所述腔內(nèi)形成陶瓷部件，所述陶瓷部件 由所述基于陶瓷的漿料混合物形成。2.根據(jù)權利要求1所述的方法，還包括對包括所述基于陶瓷的漿料混合物的所述部件 模具的所述腔連續(xù)抽真空所述預先確定的時間。3.根據(jù)權利要求1所述的方法，還包括在設置所述基于陶瓷的漿料混合物之前向所述 基于陶瓷的漿料混合物提供振動，以從所述基于陶瓷的漿料混合物去除所述氣泡。4.根據(jù)權利要求4所述的方法，還包括在將所述基于陶瓷的漿料混合物設置到所述部 件模具的所述腔中之后，向所述基于陶瓷的漿料混合物提供所述振動。5.根據(jù)權利要求4所述的方法，其中所提供的振動包括物理振動、超聲波振動或旋轉振 動中的至少一者。6.根據(jù)權利要求1所述的方法，其中形成所述陶瓷部件包括形成氧化鋯部件。7.根據(jù)權利要求1所述的方法，其中設置所述基于陶瓷的漿料混合物進一步包括經(jīng)由 供應罐向所述部件模具的所述腔供應預先確定量的所述基于陶瓷的漿料混合物。8.根據(jù)權利要求1所述的方法，其中對所述部件模具抽真空以及設置所述基于陶瓷的 漿料混合物同時發(fā)生。9.根據(jù)權利要求1所述的方法，其中在所述預先確定的時間期間內(nèi)在所述部件模具的 所述腔內(nèi)形成所述陶瓷部件包括:合理地維持包括所述基于陶瓷的漿料混合物的所述部件模具周圍的環(huán)境溫度；以及 合理地維持包括所述基于陶瓷的漿料混合物的所述部件模具內(nèi)的最小壓縮力。10.根據(jù)權利要求1所述的方法，還包括:在將所述基于陶瓷的漿料混合物設置到所述部件模具的所述腔中之后，對所述部件模 具的所述腔抽真空。11.根據(jù)權利要求1所述的方法，其中所述部件模具的所述腔包括至少一個角側壁，以 在將所述基于陶瓷的漿料混合物設置到所述部件模具的所述腔中期間允許氣泡基本上流 向所述部件模具的真空管道。12.根據(jù)權利要求11所述的方法，其中所述部件模具的所述真空管道可穿過所述部件 模具的頂部定位。13.—種方法，包括:對以下各項中的至少一者抽真空:基于陶瓷的漿料混合物，以從所述基于陶瓷的漿料混合物去除氣泡，以及 部件模具，以從所述部件模具的腔去除氣泡；將所述基于陶瓷的漿料混合物設置到所述部件模具的所述腔中；對包括所述基于陶瓷的漿料混合物的所述部件模具的所述腔連續(xù)抽真空預先確定的 時間；以及在所述預先確定的時間期間內(nèi)，在所述部件模具的所述連續(xù)抽真空的腔內(nèi)形成陶瓷部 件，所述陶瓷部件由所述基于陶瓷的漿料混合物形成。14.根據(jù)權利要求13所述的方法，其中所述基于陶瓷的漿料混合物包括:第一材料;和第二材料，其中所述第一材料和所述第二材料中的至少一者包括多個氧化鋯顆粒。15.根據(jù)權利要求14所述的方法，其中所述氧化鋯顆粒懸浮在所述第一材料和所述第 二材料中的至少一者內(nèi)，并且均勻地分布在整個相應的所述第一材料和所述第二材料中。16.根據(jù)權利要求14所述的方法，其中將所述基于陶瓷的漿料混合物設置到所述部件 模具的所述腔中包括將所述第一材料和所述第二材料的組合提供到所述部件模具的所述 腔中。17.根據(jù)權利要求16所述的方法，其中提供所述第一材料和所述第二材料的所述組合 包括使所述第一材料和所述第二材料的所述組合從所述部件模具下方流動。18.根據(jù)權利要求13所述的方法，其中所述部件模具的所述腔是角取向的。19.根據(jù)權利要求13所述的方法，其中將所述基于陶瓷的漿料混合物設置到所述部件 模具的所述腔中包括僅在所述腔的頂部中形成單個氣泡。20.根據(jù)權利要求13所述的方法，其中所述部件模具的所述腔包括涂層。
【文檔編號】B28B1/24GK105980119SQ201580006972
【公開日】2016年9月28日
【申請日】2015年1月30日
【發(fā)明人】松雪直人, D·J·韋伯
【申請人】蘋果公司