陶瓷顆粒及其生產或處理方法和陶瓷模製品及其生產方法
2023-06-05 21:12:46 2
專利名稱：陶瓷顆粒及其生產或處理方法和陶瓷模製品及其生產方法
技術領域：
本發明涉及成型陶瓷製品用的陶瓷顆粒、用於生產陶瓷顆粒的方法或處理陶瓷顆粒的方法、由其得到的陶瓷製品、及用於生產陶瓷製品的方法。更具體地說，本發明涉及成型性能方面優越的陶瓷顆粒、用於生產或處理陶瓷顆粒的方法、具有高尺寸精度的陶瓷製品、及用於生產陶瓷製品的方法。
從比較簡單的方式、低成本、及大規模生產陶瓷製品的能力等觀點來看，乾式高壓成型法已用作一種生產陶瓷製品的方法。當陶瓷製品用這種方法生產時，通常是將陶瓷粒子造粒成陶瓷顆粒，用於粉料的易運輸性、充填和成型的可操作性等場合。
作為用於將陶瓷粒子造粒的方法，有兩種流行的方法(1)一種方法(噴霧乾燥法)其中是利用噴霧乾燥機將包括陶瓷材料、粘合劑、及水的含水漿料進行噴霧乾燥，以便生產陶瓷顆粒；和(2)一種方法(振動擠出法)其中利用了反覆乾燥和振動擠出法，將陶瓷粒子造粒成陶瓷顆粒。
噴霧乾燥法可以很方便地控制粒子分布，它適合於生產大量具有比較小粒徑的陶瓷顆粒。相反，振動擠出法可以很方便地操作，它適合於在小規模工廠中生產比較緻密的顆粒。從這些方法中恰當地選擇造粒作用，這取決於欲生產的模製產品、所用的成型模具、生產規模等情況。
為了生產陶瓷模製品，要求陶瓷顆粒具有下列特性(1)陶瓷顆粒在一合適的範圍內應具有流動性，並且在以均勻方式將陶瓷顆粒裝填入成型模具過程中，具有良好的填充性能。(2)在成型過程中，陶瓷粒子應在低壓(通常為0.3-1.5噸/cm2)下粉碎(此後稱之為「低壓下的粉碎性能」)。(3)在陶瓷顆粒中所含有的如微細粒子那樣的成分，應不粘著到成型模具或類似物上(此後稱之為「抗粘著性能」)。(4)陶瓷顆粒在儲存、運輸，它們填入成型模具內時攪動過程中，或由於相互碰撞而不破壞(此後稱之為「抗破壞性能」)。(5)陶瓷顆粒具有合適的松裝密度，以便在將它們填入成型模具，或成型過程中，它們流到成型模具外面(此後稱之為「充填模具性能」)。
尤其是，要求陶瓷粒子具有矛盾的特性，亦即「低壓下的粉碎性能」和「抗破壞性能」。
為了滿足這些要求，已經提出了各種各樣的方法。例如，日本未經審查的專利公開號No.5-159918，和日本經過審查的專利公開號No.7-17460揭示了在製備含水漿料時，利用特殊的分散劑來改善流動性和低壓下的粉碎性能的方法。
日本經過審查的專利公開號N0.3-31660和日本未經審查的專利公開號No.10-59776，揭示了通過減少粘合劑的偏析來改善陶瓷顆粒的流動性和低壓下的粉碎性能的方法。
按照這些方法，揭示出可以得到一些陶瓷顆粒，它們具有改善了的流動性、比較良好的填充成型模具性能、及低壓下的粉碎性能。
然而，這些方法具有以下缺點(1)因為這些方法涉及含水漿料的改進，造粒方法只限於使用噴霧乾燥機的噴霧乾燥法，從而導致很難普及。(2)儘管陶瓷顆粒的流動性及在低壓下的粉碎性能稍有改善，但仍然留下來能進一步改善的某些東西。另外，用這些陶瓷顆粒所生產的模製產品尺寸精度不夠。進而，這些陶瓷顆粒不適合生產具有複雜形狀的陶瓷製品。(3)陶瓷顆粒在儲存、運輸，或將它們填入成型模具過程中有時會破壞。(4)當在成型模具中模製時，微細的陶瓷粒子粘著到成型模具上，從而產生粘著作用，在某些情況下，這種粘著作用使它不能連續生產陶瓷製品。(5)在用這些方法造粒的陶瓷顆粒中，由於長期儲存或水的蒸餾作用，造成粘合劑偏析、固化、或部分轉化成微細粒子。這樣在生產時就改變了某些性能，如流動性、在陶瓷顆粒低壓下的粉碎性能、或抗粘著性能。
因此，本發明的第一個目的是提供一種陶瓷顆粒，它在流動性、填入成型模具性能、及抗粘著性能等方面優越，及具有使低壓下的粉碎性能和抗破壞性能這一對矛盾的性能很好協調的性能，並且能連續地生產陶瓷製品。
本發明的第二個目的是提供一種以穩定的方式生產這種陶瓷顆粒的方法。
本發明的第三個目的是提供一種處理陶瓷顆粒的方法，這些陶瓷顆粒所要求的性能隨著起作用時間的推移而變質，或者存在一種影響這些性能的陶瓷顆粒。
本發明的第四個目的是提供一種具有高尺寸精度的陶瓷製品。
本發明的第五個目的是提供一種用陶瓷顆粒生產具有高尺寸精度的陶瓷製品的方法，該陶瓷顆粒在流動性、填入成型模具性能及在低壓下的粉碎性能方面都很優越，並且幾乎沒有微細粒子粘著到成型模具上。
由於我們根據上述情況研究探索的結果，已經發現，當在特定條件下用特定的方式將陶瓷顆粒調溼時，可以達到上述目的來完成本發明。
本發明涉及下述第一至第四方面(第一方面陶瓷顆粒)1.用於生產陶瓷製品的陶瓷顆粒，至少包括一種陶瓷粒子和一種粘合劑，將上述陶瓷顆粒在下述條件下調溼，即陶瓷顆粒表面的水含量是在足夠保持將該陶瓷顆粒填入成型模具中的流動性範圍內，並且陶瓷顆粒的總含水量是在陶瓷顆粒低溫下粉碎性能與抗破壞性能十分協調的範圍內。
2.用於生產陶瓷製品的陶瓷顆粒，至少包括一種陶瓷粒子和一種粘合劑，陶瓷顆粒的總含水量範圍(按重量計)為0.1-6.0％，佔顆粒總量3/4的陶瓷顆粒內部含水量範圍(按重量計)為0.1-7.3％，而佔顆粒總量1/4的陶瓷顆粒的外部含水量範圍(按重量計)為0-2.0％。
3.如上面(1)或(2)中所述的陶瓷顆粒，其中陶瓷顆粒的調溼在一攪拌式流動床內進行。
4.如上面(1)-(3)其中之一所述的陶瓷顆粒，其中陶瓷顆粒是用噴霧乾燥法造粒，並且顆粒的表面是緻密的。
5.如上面(1)-(3)其中之一所述的陶瓷顆粒，其中陶瓷顆粒用振動擠出法造粒。
6.如上面(1)-(5)其中之一所述的陶瓷顆粒，其中粒徑不大於10μm的微細粒子用分級法除去。
7.如上面(1)-(6)其中之一所述的陶瓷顆粒，其中陶瓷粒子的粒徑已作了調整。
8.如上面(1)-(7)其中之一所述的陶瓷顆粒，其中所述陶瓷顆粒包括鐵素體粒子。(第二方面用於生產陶瓷顆粒的方法)9.用於生產陶瓷製品用陶瓷顆粒的方法，包括下列步驟用於將一個或多個陶瓷粒子與粘合劑一起造粒成顆粒的步驟；用於在未聚集上述陶瓷顆粒的條件下，於攪拌式流動床中將造粒後的陶瓷調溼的步驟；用於以這種方式在攪拌式流動床中通過使加水的陶瓷流動並乾燥，來調整調溼後陶瓷顆粒含水量，以使產生的顆粒具有一定範圍含水量的步驟，該含水量範圍使顆粒保持足夠將陶瓷顆粒填入用於生產陶瓷製品的成型模具中的流動性，並且在該含水量範圍中，陶瓷顆粒顯示出在低壓下的粉碎性能與抗破壞性能之間有十分協調的性能；和調整陶瓷顆粒粒徑的步驟。
10.如上面(9)中所述的方法，還包括在用於將一個或多個陶瓷粒子與粘合劑一起造粒成顆粒這一步之後，利用袋濾器在攪拌式流動床中進行分級或氣流分級的步驟，以便除去粒徑不大於10μm的微細粒於。
11.如上面(9)或(10)所述的方法，其中如此進行調溼，以使陶瓷顆粒的總含水量(按重量計)在0.1-6.0％範圍內，佔顆粒總量3/4的陶瓷顆粒內部含水量範圍(按重量計)為0.1-7.3％，而佔顆粒總量1/4的陶瓷顆粒外部含水量範圍(按重量計)為0-2.0％。
12.如上面(9)-(11)其中任一個所述的方法，其中通過將50-80℃的熱空氣供給攪拌式流動床，將攪拌式流動床的溫度調到20-50℃範圍內。
13.如上面(9)-(12)其中任一個所述的方法，其中陶瓷顆粒用噴霧乾燥法造粒。
14.如上面(13)中所述的方法，其中陶瓷顆粒在攪拌式流動床中造粒。
15.如上面(9)-(12)其中任一個所述的方法，其中陶瓷顆粒用振動擠出法造粒。(第三方面處理陶瓷顆粒的方法)16.處理陶瓷顆粒的方法，包括下列步驟用於加入陶瓷顆粒的步驟，該陶瓷顆粒是通過在攪拌式流動床中將一個或多個陶瓷粒子與粘合劑一起造粒成顆粒，並在上述陶瓷顆粒未聚集的狀態下調溼造粒後的陶瓷來得到；用於以這種方式在攪拌式流動床中，通過使加水的陶瓷流動並乾燥，來調整調溼陶瓷顆粒含水量，以使產生的顆粒具有一定範圍含水量的步驟，該含水量範圍使顆粒保持足夠將陶瓷顆粒填入用於生產陶瓷製品的成型模具中的流動性、並且在該含水量範圍中，陶瓷顆粒顯示出在低壓下粉碎性能與抗破壞性能之間有十分協調的性能；和用於將調溼的陶瓷顆粒分級的步驟。
17.如上面(16)所述的方法，還包括在用於將一個或多個陶瓷粒子與粘合劑一起造粒成顆粒這一步之後，利用袋濾器在攪拌式流動床中進行分級或氣流分級的步驟，以便除去粒徑不大於10μm的微細粒子。
18.如上面(16)或(17)中所述的方法，其中調溼是如此進行，以使陶瓷顆粒的總含水量範圍(按重量計)為0.1-6.0％，佔顆粒總量3/4的陶瓷顆粒內部含水量範圍(按重量計)為0.1-7.3％，而佔顆粒總量1/4的陶瓷顆粒外部含水量範圍(按重量計)為0-2.0％。
19.如上面(16)-(18)其中任一個所述的方法，其中通過將50-80℃的熱空氣供給攪拌式流動床，將攪拌式流動床的溫度調到20-50℃範圍內。(第四方面陶瓷製品)20.通過將上面(1)-(8)其中任一個所述的陶瓷顆粒成型為陶瓷製品，得到具有高精度的陶瓷製品。(第五方面生產陶瓷製品的方法)生產陶瓷製品的方法，包括下列步驟21.生產陶瓷製品的方法，包括以下步驟用於加入陶瓷顆粒的步驟，該陶瓷顆粒是通過在攪拌式流動床中將一個或多個陶瓷粒子與粘合劑一起造粒成顆粒，並在上述陶瓷顆粒聚集的狀態下調溼造粒後的陶瓷來得到；用於調整調溼的陶瓷顆粒中含水量的步驟，它是以這種方式通過在攪拌式流動床中流動並乾燥加水的陶瓷，以使產生的顆粒具有一定範圍內的含水量，該含水量範圍使顆粒保持足夠將陶瓷顆粒填入用於生產陶瓷製品的成型模具中的流動性，並且在含水量範圍內，陶瓷顆粒顯示出在低壓下粉碎性能與抗破壞性能之間有十分協調的性能；用於調整陶瓷顆粒粒徑的步驟；和將產生的陶瓷顆粒成型為陶瓷製品的步驟。
22.如上面(21)中所述的方法，還包括在用於將一個或多個陶瓷粒子與粘合劑一起造粒成顆粒的步驟之後，利用袋濾器在攪拌式流動床中進行分級或氣流分級，以除去粒徑不大於10μm的微細粒子的步驟。
23.如上面(21)或(22)中所述方法，其中如此進行調溼，以使陶瓷顆粒中總含水量範圍(按重量計)為0.1-6.0％，佔顆粒總量3/4的陶瓷顆粒內部含水量範圍(按重量計)為0.1-7.0％而佔顆粒總量1/4的陶瓷顆粒外部含水量範圍(按重量計)為0-2.0％。
24.如上面(21)-(23)其中任一個所述的方法，其中通過將50-80℃的熱空氣供給攪拌式流動床，將該攪拌式流動床的溫度調到20-50℃。
25.如上面(21)-(23)其中任一個所述的方法，其中用噴霧乾燥法將陶瓷顆粒造粒。
26.如上面(21)-(23)其中任一個所述的方法，其中用振動擠出法將陶瓷顆粒造粒。
圖1是按照本發明用於處理陶瓷的裝置其中一個例子的略圖；此處圖1A是整個示出該裝置的橫截面視圖，而圖1B是該裝置攪拌式流動床的主要部分。
圖2是曲線圖，它示出用噴霧乾燥法造粒的本發明陶瓷顆粒及對照物的成型壓力與產生的陶瓷製品密度之間的關係。
圖3是曲線圖，它示出用振動擠出法造粒的本發明陶瓷顆粒及對照物的成型壓力與產生的陶瓷製品密度之間的關係。
圖4是掃描電子顯微技術(SEM)顯微結構圖，它示出用現有技術生產的本發明陶瓷顆粒與對照陶瓷顆粒的表面狀態，此處圖4A是SEM顯微結構圖，它示出按照本發明的一種陶瓷顆粒表面狀態，圖4B是SEM顯微結構圖，它示出圖4A中的粒子分布，圖4C是SEM顯微結構圖，它示出按照現有技術的一種陶瓷顆粒表面狀態，圖4D是SEM顯微結構圖，它示出圖4C中的粒子分布。
此處所用的術語具有下面的意思此處所用的術語「用於保持足以將陶瓷顆粒加入陶瓷生產用的成型模具中的流動性範圍」意思是指被裝填的陶瓷顆粒可以均勻地填入成型模具中而沒有顆粒粘著到裝填裝置上及聚集陶瓷顆粒的範圍。通常，陶瓷顆粒的表面要求乾燥到足夠保持流動性。
至於陶瓷顆粒的流動性，儘管它不能無條件地決定，因為它取決於造粒的方法，亦即取決於陶瓷顆粒的形狀，但在本發明中，利用從漏鬥中落下50g陶瓷顆粒所需的時間(秒/50g)來作為流動性標準，如JIS Z-2502所述。用噴霧乾燥法生產的陶瓷顆粒流動性最好是在18-24秒/50g範圍內，而用振動擠出法生產的陶瓷顆粒流動性最好是20-34秒/50g。
此處所用的術語「低壓下粉碎性能與抗破壞性能的協調性能」，意指陶瓷顆粒具有在運輸或儲存條件下不破壞，而當按照本發明的陶瓷顆粒在低壓下於成型模具(典型地，從0.3-1.5噸/cm2)中成型時，它完全破壞。通常，要求陶瓷顆粒具有前述的含水量。
現在，將參照附圖更詳細地說明本發明[陶瓷顆粒](陶瓷粉料)按照本發明第一方面所述的陶瓷顆粒，主要由陶瓷粉料和一種與現有陶瓷顆粒相同的粘合劑構成。此處所用的陶瓷粉料是根據最後生產的陶瓷製品應用來適當加以選擇，典型的例子包括(但不限於)金屬氧化物陶瓷如鐵素體、氧化鋁、和氧化鋯；非金屬氧化物陶瓷如碳化矽和氮化矽；複合化合物如鈦酸鋇鹽類、和鈦酸鹽-鋯酸鹽鹽類；及類似物。這些陶瓷粉料可以單獨使用，或是作為其中兩種或多種的混合物使用。產生的陶瓷顆粒也可以由不同陶瓷粉料生產的陶瓷顆粒混合物構成。陶瓷粉料的粒徑可以是在象最終陶瓷製品那樣已經常規使用的範圍內，並且通常是在0.5-5μm範圍內，最好是在0.7-3μm範圍內。(粘合劑)在造粒成陶瓷顆粒時，本發明中所用的粘合劑可以從達到這一目的的常用粘合劑中自由地選擇。各種粘合劑的例子包括(但不限於)聚乙烯醇或聚乙酸乙烯酯的部分皂化產品，及聚(甲基)丙烯酸、甲基纖維素、丙烯醯胺等的均聚物。它們可以單獨使用或是作為其中兩種或兩種以上的混合物使用。加入的粘合劑量可以是常用的範圍，並且通常是在100份(重量計，下同)陶瓷粉料中加入0.2-10份，最好是0.5-5份粘合劑。(可供選擇的成分)在造粒成本發明的陶瓷顆粒時，可以加入各種可供選擇的成分。添加劑的典型例子是各種分散劑如聚羧酸酯類、和縮合萘磺酸；增塑劑如丙三醇、乙二醇、和三醇類；潤滑劑如蠟類、和硬脂酸及其鹽類；有機大分子聚集劑如聚醚-、聚氨酯改性的聚醚-、聚丙烯酸-、和改性的丙烯酸-的大分子；無機聚集劑如硫酸鋁、氯化鋁、和硝酸鋁等。(造粒成陶瓷顆粒)在本發明中，可以用常規方法的其中任一種將上述各種成分造粒成陶瓷顆粒。造粒作用可以用常規的噴霧乾燥法或振動擠出法進行。具體地說，陶瓷顆粒可以用下述方法製備製備具有陶瓷粒子和粘合劑的漿料，將可供選擇的分散到水中的添加劑，及用噴霧乾燥機將形成的漿料噴霧乾燥；或者換個辦法，在混合和造粒機中將陶瓷粒子和粘合劑、及可供選擇的添加劑混合和造粒，以便生產造粒過的粉料，並反覆擠出造粒和乾燥。這樣生產的顆粒形狀和粒逕取決於造粒方法和目標陶瓷製品。在用噴霧乾燥法造粒的陶瓷顆粒情況下，顆粒具有球形形狀，其粒徑一般為50-250μm，優選的是70-200μm，更優選的是80-150μm。用振動擠出法造粒的顆粒，一般具有粒徑為80-500μm，優選的是100-300μm，更優選的是150-200μm。
在具有流動床的處理裝置內生產的陶瓷顆粒，也屬於本發明的範圍之內，該具有流動床的處理裝置以後將藉助於噴霧乾燥法說明。[陶瓷顆粒的處理]接著，按照本發明的方法處理產生的陶瓷顆粒。現在，將參照圖1詳細地說明按照本發明的陶瓷顆粒的處理。
圖1是示出用於處理按照本發明的陶瓷顆粒的裝置其中一個實例圖，此處圖1A是整個示出該裝置的橫截面視圖，圖1B是示出該裝置攪拌式流動床其中主要部分的橫截面視圖。裝置D主要地由用於噴水的噴灑裝置1、用於除去微細粒子的裝置2、和攪拌式流動床3構成。(分級)在本發明中，最好是利用裝置2將加入裝置D中的陶瓷顆粒C分級，供在溫熱條件下，最好是在20-50℃溫度下除去流動床中的微細粒子，同時從進氣部分4加入空氣，並通過旋轉轉子5使陶瓷顆粒流動，以便除去微細粒子，例如具有粒徑不大於10μm的粒子。在本發明中為什麼進行分級的理由是，如果將具有遺留原始粒子的陶瓷顆粒加入成型模具中，然後模製，這些遺留下來的原始粒子不能造粒，它們粘合到陶瓷顆粒表面上，典型地如圖4的對照中所示，則這些微細粒子粘著到成型模具上，並留在該成型模具上造成粘著，也許會造成有缺陷的成型。
通過控制從進氣部分進入的空氣量，具有較小粒徑的粒子，亦即輕的粒子向上移動，以便被安放在處理裝置D上側的清除裝置2除去(氣流分級)。在這種情況下，利用一種平常安裝的袋濾器，或者最好是，利用理想情況是具有不大於75μm孔的網狀布作為清除裝置。一般這種類型的處理裝置D是供在利用攪拌-流動作用進行陶瓷顆粒造粒的場合用的裝置，並且安放在上側的清除裝置2收集不打算排放掉的向上流動的粉塵，並具有通過反洗使粉塵返回攪拌式流動床的功能。相反，本發明利用該清除裝置2作為清除微細粒子的裝置。(水的加入)然後，利用噴灑裝置1，向已通過分級作用從中除去微細粒子的陶瓷顆粒C噴水，同時進行攪拌式流動，以便調溼陶瓷顆粒C。此時的條件是這樣在攪拌式流動床中的陶瓷顆粒不相互聚集或造粒，並且水充分地進入陶瓷顆粒的內部；並且陶瓷顆粒不會由於過多的水含量或相互碰撞而破裂。具體地說，根據欲處理的陶瓷顆粒本身的性能(造粒方法、粒徑、密度等)、陶瓷顆粒中所含陶瓷的種類及其粒徑、粘合劑的種類及其含量等，來合適地選擇條件。
處理裝置D內的溫度優選的是20-50℃，更優選的是30-40℃。如果溫度低於20℃，則陶瓷顆粒過度地相互聚集或造粒。相反，如果溫度超過50℃，則在水進入陶瓷顆粒內部之前就蒸餾，並且陶瓷顆粒過於乾燥。
本發明中所用的噴灑裝置1不受限制，只要它能夠裝備欲用的處理裝置，及能在上述條件下調溼陶瓷顆粒，並且根據精細控制噴水量的能力、和將水轉化成霧的能力，優選使用二流體噴嘴。
通過如上所述調溼陶瓷顆粒，則陶瓷顆粒中的各種成分在整個顆粒上以均勻的方式分布。此外，當按照本發明的方法處理例如由於長期儲存而品質降低的陶瓷顆粒時，粘在一起的粘合劑變活潑，並且通過優化攪拌式流動使粘合劑再次均勻地分散。當按照本發明的方法處理用噴霧乾燥法得到的有大量間隙的顆粒時，在本發明的方法進行過程中，這些顆粒轉變成緻密狀態。(水分的調整)通過流動和加熱調溼的陶瓷顆粒，直至顆粒表面的水含量比顆粒內部的水含量低，亦即顆粒表面顆粒由於相互碰撞而變得更緻密。關於這種情況下流動床內部的溫度，由於與上述加水相同的原因，引入床中熱空氣的優選溫度是50-80℃，更優選的溫度是65-75℃。當陶瓷乾燥時，一般是將熱空氣吹入陶瓷顆粒中。根據所用的設備、調溼陶瓷顆粒的條件，及周圍環境，適當地選擇乾燥陶瓷顆粒的時間，並且例如，在具有20kg能力的裝置中，乾燥時間是從30秒到10分鐘，最好是1-3分鐘。
進行乾燥，直至這樣處理過的陶瓷顆粒變成這種狀態，即在此處其內部是溼的，而其表面是幹的。
確定陶瓷顆粒中水的分布是很難的。然而，在本發明中，例如，用破碎機將陶瓷顆粒粉碎，並分離及然後測定陶瓷顆粒表面部分(1/4重量分數)的水含量和陶瓷顆粒裡面部分(3/4重量分數)的水含量。一般，陶瓷顆粒的總含水量(按重量計)為0.1-6.0％，最好是(按重量計)0.3-4.5％。佔顆粒總量3/4的陶瓷顆粒裡面部分水含量(按重量計)為0.1-7.3％最好是(按重量計)0.4-6.0％，而佔顆粒總量1/4的陶瓷顆粒外面水含量(按重量計)為0-2.0％，最好是0％(基本上是幹的)。如果陶瓷顆粒的總含水量或內部含水量低於下限的話，當模製陶瓷顆粒時，有可能引起破裂，並且低壓下的粉碎性能向更壞的方向轉化。另外，在由噴霧乾燥法得到顆粒的情況下，顆粒的松裝密度變小，導致填入成型模具性能很差。反之，如果陶瓷顆粒的總含水量或內部含水量高於上限，則大量微細顆粒粘著到成型模具上(抗粘著性能降低)，並且顆粒間相互聚集或粘著導致尺寸精度降低。最好是，陶瓷顆粒表面的含水量儘可能小。如果其含水量(按重量計)超過2％，則陶瓷顆粒的流動性很差，並且抗破壞性能降低。(陶瓷顆粒粒徑的調整)為了使這樣處理過的按照本發明的陶瓷顆粒粒徑均勻，最好是用調整顆粒尺寸的裝置如移動裝置調整陶瓷顆粒的粒徑。
在上述實施例中，已經說明了事先造粒過的陶瓷顆粒，陶瓷顆粒可以例如在圖1的裝置中造粒，然後按照本發明進行處理。
因此，本發明意圖包括用於生產具有特殊水分布的陶瓷顆粒的方法，和用於將陶瓷顆粒處理到具有特殊水分布的方法。
產生的陶瓷顆粒可以在能保持按照本發明所述水分布的條件下儲存(例如在密封容器中)。(顆粒的特性)如上所述得到的按照本發明的陶瓷顆粒具有良好的流動性，因為顆粒表面完全被乾燥並製成緻密的。另外，因為按照本發明的陶瓷顆粒的表面製成緻密的，並且陶瓷顆粒具有很高的強度，所以陶瓷顆粒在儲存或運輸時，或是在填入成型模具過程中都顯示出極好的抗破壞性能。另外，因為本發明的陶瓷顆粒在其內部含有特定量的水分，所以陶瓷顆粒可以保持良好的剛性，並且在低溫下可以具有良好的抗破壞性能。另外，本發明的陶瓷顆粒具有顯著的效果，即在乾燥成型時，只有很少量的微細顆粒粘著到成型模具上，並且陶瓷顆粒具有良好的脫模性能。此外，本發明的顆粒其特徵在於顆粒的內部和表面具有特定的水分布，因此，本發明的陶瓷顆粒不限於造粒方法。具體地說，本發明的方法可以適用於用噴霧乾燥法造粒的陶瓷顆粒及用振動擠出法造粒的陶瓷顆粒，它們與現有技術的方法有區別。[成型為陶瓷製品]按照本發明陶瓷顆粒可以在按照常用方法的成型模具中，在壓力下進行幹法模製，以便生產具有高尺寸精度的陶瓷製品。與常用方法相同，這時的壓機壓力一般是0.5-5噸/cm2、最好是1-4噸/cm2。燒結溫度取決於顆粒的類型，它一般在800-1500℃，最好是900-1300℃。
在利用常用的陶瓷顆粒以常用方式連續生產陶瓷製品的情況下，當成型進行幾萬-幾百萬次時，可以很早地觀察到，陶瓷顆粒粘著到成型模具上，並且有一個大的尺寸上分布。相反，在利用按照本發明的陶瓷顆粒連續生產陶瓷製品情況下，經過幾萬次成型之後，可以看出，沒有陶瓷顆粒粘著到成型模具上。另外，由於良好的流動性、良好的填充成型模具性能及尺寸上低的不勻度，所以具有低不勻度的陶瓷製品可以幾千次成型連續生產。實例現在將參照實例和對照例說明本發明。然而，應該注意，本發明不限於這些例子。例1
在溼式磨粉機中，將66份(重量計，下同)作為陶瓷粒子的Ni-Cu-Zn鐵素體粉料、34份水、1份作為粘合劑的聚乙烯醇和0.25份作為分散劑的聚羧酸銨混合，以製備鐵素體漿料。用噴霧乾燥機將形成的漿料進行噴霧乾燥，以便得到具有平均粒徑為125μm的球形陶瓷顆粒。
向具有如圖1所示的攪拌式流動床的處理裝置D中，加入20kg產生的陶瓷顆粒。當保持床內部的壓力為-400mm水柱(mmAq)並加熱該床時，使床以240rpm的轉子轉數進行攪拌式流動化，用網狀布(400#，孔徑38μm)進行陶瓷顆粒氣流分級2分鐘時間，該網狀布安放在裝置的上側上，同時在55升/分的初空氣量下將空氣吹入床中。實施氣流分級後的陶瓷顆粒溫度為30.5℃，而排放空氣的溫度為29.3℃。
接著，持續進行攪拌式流動作用，並通過一個二流體噴嘴，以60毫升/分(cc/min)的流量將水噴灑到陶瓷顆粒上16.0分鐘，噴水總量為960毫升。
接著，進一步繼續進行攪拌式流動作用，同時在進氣溫度為67.0℃，吹氣量為2.0m3/分鐘下，吹送空氣2分鐘，以便乾燥陶瓷顆粒。在乾燥工作完成後，將陶瓷顆粒從裝置中卸出，以便生產按照本發明的緻密陶瓷顆粒，其中陶瓷顆粒表面的含水量比陶瓷顆粒內部的含水量少。
如上所述生產的陶瓷顆粒的粒徑用移動裝置調整，以便生產粒度分布為90-180μm的陶瓷顆粒。
產生的陶瓷顆粒性能示於表1中。另外，產生的陶瓷顆粒的表面狀態在圖4A和圖4B中示出。圖4A是顯示形成的陶瓷顆粒其中一個陶瓷顆粒的表面狀況的SEM顯微結構圖，而圖4B是顯示圖4A中粒度的SEM顯微結構圖。
在表1中，松裝密度按JIS K 5101測量，流動性以從滴液漏鬥中完全落下50g陶瓷顆粒所需的時間(秒)度量。至於含水量，測量了陶瓷顆粒的總含水量、佔顆粒總量1/4(表面)的陶瓷顆粒含水量和佔顆粒總量3/4的陶瓷顆粒(內部)含水量。
接著，用陶瓷顆粒在成型模具中連續生產兩千件陶瓷製品(圓柱形芯件外部直徑1.5mm，長1.8mm)。當連續成型之後，出現鐵素體材料粘著到成型模具上時，按下面的三點標度肉眼觀察並判斷○甚至在200,000次成型後，也未觀察到材料粘著到成型模具上。
△在10,000次成型後，觀察到材料粘著到成型模具上。
×在10,000次成型後，觀察到材料粘著到成型模具上，並且不能進行連續成型。
結果列於表2中。進而，測量外徑方向上的尺寸和縱向方向上的尺寸，以便得到最大尺寸(Max)、最小尺寸(Min)，和標準偏差(3σ)。結果也列於表2中。對照例1
除了不在攪拌式流動床中進行處理外，對照的陶瓷顆粒以與例1中相同的方式生產。
隨後，在象例1中那樣的成型模具中連續生產陶瓷製品。然而，鐵素體在成型10,000次時粘著到成型模具上，同時產生有缺陷的外觀。由於這個原因，此後不能進行成型。
陶瓷顆粒的性能及生產的陶瓷製品性能象例1中那樣測量。結果示於表1和表2及圖2中。陶瓷顆粒的表面狀態示於圖4中。圖4C是SEM顯微結構圖，它示出產生的顆粒其中一個陶瓷顆粒的表面狀態。圖4D是SEM顯微結構圖，它示出圖4C中的粒度分布。
表1顆粒的特性
表2陶瓷製品的性能
由這些結果知道了下列情況
證明了由例1中方法所得到的陶瓷顆粒可以連續模製成200,000件或更多的陶瓷製品，同時顯示出很好的抗粘著性能，而在由對照例1所得到陶瓷顆粒情況下，在約10,000次成型時陶瓷粒子就粘著到成型模具上，並且產生有缺陷的外觀。因此，證明了按照本發明的處理使陶瓷顆粒有很好的抗粘著性能。
此外，如圖4A-4D所示，證明了在例1中陶瓷顆粒的情況下，很少或沒有微細粒子粘著到表面上，並且發現，與由對照例2所得到的陶瓷顆粒情況相比，造粒的粒度是均勻的。
表2示出有關外部方向上的分布和縱向方向上的分布(最大-最小)，發現例1中的陶瓷製品有一點兒偏差，分別為6μm和11μm，而發現對照例1中的陶瓷製品有很寬的偏差，分別為8μm和20μm。另外，關於3σ值，在例1情況下，它們分別為5μm和10μm，與對照例1中的3σ值分別為8μm和18μm相比，顯示出很好的尺寸分布。
此外，正如從圖2中顯然可看出的，在例1中，在0.5噸/cm2的初始壓力下，可以得到很高的製品密度，甚至成型壓力從0.5改變到4.0噸/cm2，製品密度也只有一點兒改變，從而顯示出良好的成型能力。[用振動擠出法造粒]例2
在攪動式制粒機(Mitsui Mining Corporation生產的TM式攪拌機)中，將17份(重量計，下同)聚乙烯醇水溶液(固體濃度為6％)加到100份Ni-Cu-Zn鐵素體粒子中，將混合物攪動並造粒，以便生產粒狀粉料。將產生的粒狀粉料在帶式乾燥機上乾燥，並用振動擠出磨粉機(Nippon Seiki Co.，Ltd生產的單制粒機)擠出成顆粒。此後，用移動裝置調整顆粒的粒徑，以得到平均粒徑為200μm的振動擠出而成的顆粒。
向圖1所示的具有攪拌式流動床的處理裝置D中，加入20kg產生的陶瓷顆粒。當保持床內部的壓力在-400mm水柱(mmAq)下並加熱該床時，以240rpm的轉子轉數使床攪拌式流動，用網狀布(400#，孔徑38μm)進行陶瓷顆粒氣流分級2分30秒的時間，該網狀布安放在裝置的上側上，同時以55升/分的初級空氣量將空氣吹入床中。實施氣流分級後陶瓷顆粒的溫度為30.0℃，而排放空氣的溫度為29.2℃。
隨後，繼續進行攪拌式-流動作用，並且以60毫升/分的流量，通過二流體噴嘴噴灑20分鐘時間，將總量1200毫升的水噴灑到陶瓷顆粒上。
隨後，進一步繼續進行攪拌式流動作用，同時在進氣溫度為67.0℃和吹氣量為2.0m3/分鐘下，吹入空氣1分30秒的時間，以乾燥陶瓷顆粒。完成乾燥之後，從裝置中卸出陶瓷顆粒，以便生產按照本發明的緻密陶瓷顆粒，其中陶瓷顆粒表面的含水量比陶瓷顆粒內部的含水量少。
象例1中那樣測量陶瓷顆粒的性能。結果示於表3。另外，利用這種陶瓷顆粒，象例1中那樣連續地生產圓柱形芯件。結果列於表4。對照例2
在攪動式整粒機(由Mitsui Mining Corporation生產的TM式攪拌機)中，將17份(重量計，下同)聚乙烯醇水溶液(固體濃度為6％)加到100份Ni-Cu-Zn鐵素體粒子中，並將混合物攪拌和造粒，以便生產粒狀粉料。將生成的粒狀粉料在帶式乾燥機上乾燥，並用振動擠出磨粉機(由Nippon Seiki Co.Ltd生產的單制粒機)擠壓成顆粒。此後，用移動裝置調整顆粒的粒徑，以便得到平均粒徑為200μm的振動擠出而成的顆粒。
象例1中那樣測量陶瓷顆粒的性能。結果示於表3中。另外，利用這種陶瓷顆粒象例1中那樣連續生產圓柱形芯件。結果示於表4中。
表3顆粒的特性
表4陶瓷製品的性能
注)總量是200,000從這些結果可以了解，與例1中的相同，例2中的陶瓷顆粒可以連續模製成200,000件或更多的製品，而沒有任何陶瓷材料粘著到成型模具上，並顯示出良好的抗粘著性能。相反，在由對照例2得到的陶瓷顆粒情況下，在100,000次成型時就觀察到陶瓷材料粘著到成型模具上。因此，由例2和對照例2已經證明，即使在振動擠出法情況下，抗粘著性能也可以改善。
此外，當陶瓷顆粒的狀態保持與例1和對照例1相同時，發現例2的陶瓷顆粒與對照例2的陶瓷顆粒相比，幾乎沒有微細的粒子粘著到其表面上，並且發現例2的密度比對照例2的粒度均勻。
表4示出有關外部方向上的分布和縱向方向上的分布(Max-Min)，發現例2中的陶瓷製品有一點兒偏差，分別為8μm和31μm，而發現對照例2中的陶瓷製品有很寬的偏差，分別為10μm和46μm。另外，關於3σ值，在例2情況下，它們分別為8μm和30μm，與對照例2中的3σ值分別為10μm和40μm相比，顯示出很好的尺寸分布。
如上所述，本發明具有下列顯著的效果因為本發明的陶瓷顆粒其表面是幹的，富有流動性並具有很高的強度，所以它在儲存和運輸時，顯示出良好的抗破壞性能。另外，因為本發明的陶瓷顆粒在顆粒內部含有規定的水量，所以它能保持很良好的剛性，顯示出良好的低壓下粉碎性能，並且在於式成形過程中，顯示出很少材料粘著到成型模具上的效果。
此外，本發明的陶瓷顆粒其特徵在於顆粒的裡面部分和表面具有特定的水分布，因此，本發明的陶瓷顆粒不限於造粒方法。具體地說，本發明的方法可以適用於通過噴霧乾燥法造粒的陶瓷顆粒和通過振動擠出法造粒的陶瓷顆粒，這與現有技術的方法不同。
具體地說，用噴霧乾燥法所得到的陶瓷顆粒，與用常規方法所生產的陶瓷顆粒相比，具有緻密的表面、具有足夠的強度，及具有大的松裝密度。
本發明的陶瓷顆粒可以在攪拌式流動床中通過攪拌式-流動造粒過的陶瓷顆粒來生產或處理，最好是在通過氣流分級除去微細粒子之後，將含水介質噴灑到陶瓷顆粒上，然後流動並乾燥陶瓷顆粒。
當利用本發明的陶瓷顆粒來生產陶瓷製品時，因為在一延長的時間範圍內都未能觀察到陶瓷顆粒粘著到成型模具上，並且因為陶瓷顆粒具有良好的流動性和良好的陶瓷顆粒填入成型模具中的性能，因此陶瓷顆粒填入到成型模具中的量方面的偏差變成最小，所以在尺寸上有很少偏差，亦即高尺寸精度的陶瓷製品可以模製幾十萬次或更多。
權利要求
1.用於生產陶瓷製品的陶瓷顆粒，包括至少一種陶瓷粒子和一種粘合劑，上述陶瓷顆粒在下述條件下調溼陶瓷顆粒表面的含水量是在足夠保持用於將陶瓷顆粒填充到成型模具中的流動性的範圍內，並且陶瓷顆粒的總含水量是在陶瓷顆粒的低溫下粉碎性能和抗破壞性能十分協調的範圍內。
2.用於生產陶瓷製品的陶瓷顆粒，包括至少一種陶瓷粒子和一種粘合劑，陶瓷顆粒的總含水量範圍按重量計為0.1-6.0％，佔顆粒總數3/4的陶瓷顆粒內部含水量範圍按重量計為0.1-7.3％，而佔顆粒總數1/4的陶瓷顆粒外部含水量範圍按重量計為0-2.0％。
3.用於生產陶瓷製品用的陶瓷顆粒生產方法，包括以下步驟用於將一個或多個陶瓷粒子與粘合劑一起造粒成顆粒的步驟；用於在不聚集上述陶瓷顆粒的條件下，在攪拌式流動床中，調溼造粒後陶瓷顆粒的步驟；用於調整調溼後陶瓷顆粒含水量的步驟，它是在攪拌式流動床中，以這種方式流動和乾燥調溼的陶瓷顆粒，以使產生的顆粒含水量處在一定範圍內，該範圍內的含水量保持足夠用於將陶瓷顆粒填入生產陶瓷製品用成型模具中的流動性，並且其中陶瓷顆粒顯示出低壓下粉碎性能與抗破壞性能之間十分協調的性能；和用於調整陶瓷顆粒粒徑的步驟。
4.如權利要求3所述的方法，還包括在將一個或多個粒子與粘合劑一起造粒成顆粒步驟之後，用於通過袋濾器或氣流分級，在攪拌式流動床中進行分級，以便除去粒徑不大於10μm的微細粒子的步驟。
5.用於處理陶瓷顆粒的方法，包括以下步驟用於結合陶瓷顆粒的步驟，該陶瓷顆粒通過將一個或多個陶瓷粒子與粘合劑一起，在攪拌式流動床中造粒成顆粒，並在不聚集上述陶瓷顆粒的條件下，調溼造粒過的陶瓷顆粒來得到；用於調整調溼陶瓷顆粒水含量的步驟，這是在攪拌式流動床中，以這種方式流動和乾燥調溼的陶瓷顆粒，以使產生的顆粒含水量處在一定範圍內，該範圍內的含水量保持足夠用於將陶瓷顆粒填入生產陶瓷製品用成型模具中的流動性，並且其中陶瓷顆粒顯示出低壓下粉碎性能與抗破壞性能之間十分協調的性能；和用於將溼陶瓷顆粒分級的步驟。
6.如權利要求5所述的方法，還包括在用於將一個或多個粒子與粘合劑一起造粒成顆粒這一步之後，利用袋濾器或氣流分級，在攪拌式流動床中進行分級，以便除去粒徑不大於10μm的微細粒子的步驟。
7.具有高精度的陶瓷製品，通過將如權利要求1所述的陶瓷顆粒模製成陶瓷製品而得到。
8.具有高精度的陶瓷製品，通過將如權利要求2所述的陶瓷顆粒模製成陶瓷製品而得到。
9.用於生產陶瓷製品的方法，包括以下步驟用於結合陶瓷顆粒的步驟，該陶瓷顆粒通過將一個或多個陶瓷粒子與粘合劑一起，在攪拌式流動床中造粒成顆粒，並在不聚集上述陶瓷顆粒的條件下，調溼造粒過的陶瓷顆粒來得到；用於調整調溼的陶瓷顆粒水含量的步驟，這是在攪拌式流動床中，以這種方式流動和乾燥溼的陶瓷顆粒，以使產生的顆粒含水量處在一定範圍內，該範圍內的含水量保持足夠用於將陶瓷顆粒填入生產陶瓷製品用成型模具中的流動性，並且其中陶瓷顆粒顯示出低壓下粉碎性能與抗破壞性能之間十分協調的性能；用於調整陶瓷顆粒粒徑的步驟；和用於將產生的陶瓷顆粒成型為陶瓷製品的步驟。
10.如權利要求9所述的方法，還包括在用於將一個或多個粒子與粘合劑一起造粒成顆粒這一步之後，利用袋濾器或氣流分級，在攪拌式流動床中進行分級，以便除去粒徑不大於10μm的微細粒子的步驟。
全文摘要
一種陶瓷顆粒,包括至少一種陶瓷粒子和一種粘合劑,在下述條件下調溼:陶瓷顆粒表面的含水量在足夠保持用於將陶瓷顆粒填充到成型模具中的流動性的範圍內,並且陶瓷顆粒的總含水量在陶瓷顆粒的低溫下粉碎性能和抗破壞性能十分協調的範圍內。本申請還公開了根據本發明的陶瓷顆粒的生產方法或處理方法、由根據本發明的陶瓷顆粒構成的陶瓷模製品及其生產方法。這種陶瓷顆粒可以連續模製成具有高尺寸精度的陶瓷製品。
文檔編號C04B35/63GK1274638SQ0010834
公開日2000年11月29日 申請日期2000年5月12日 優先權日1999年5月12日
發明者原田浩 申請人:Tdk株式會社