粉末冶金中混料的方法和混料机以及用于注塑成型组合物
的粘结剂
技术领域
[0001] 本
发明涉及一种生产陶瓷型球团(pellet)的混料机，该球团已知作为进料，所述球团包括：一方面，至少一种无机粉末，其中含有至少一种
氧化物或
金属陶瓷(cermet)或金属或氮化物型成分，或者含有至少一种包括至少一种上述成分的化合物；另一方面，至少一种有机粘结剂；所述混料机包括至少一个容器，至少一个混料设备可在该容器中移动，所述混料机还包括一个热交换设备。
[0002] 本发明还涉及这种类型的混料机用于生产陶瓷型球团的应用，该球团已知作为进料，所述球团包括：一方面，至少一种无机粉末，其中含有至少一种氧化物或金属陶瓷或金属或氮化物型成分，或者含有至少一种包括至少一种上述成分的化合物；另一方面，至少一种有机粘结剂。
[0003] 本发明还涉及一种用于注塑成型的粘结剂组合物，和一种用于生产成形的金属或陶瓷部件的注塑组合物(进料)。
[0004] 本发明还涉及一种用于
粉末冶金的混合原料的方法，特别是用于从混合物生产给定的陶瓷型进料球团的方法，所述混合物包括：至少一种无机粉末，其中含有至少一种氧化物或金属陶瓷或金属或氮化物型成分，或者含有至少一种包括至少一种上述成分的化合物；以及至少一种有机粘结剂。
[0005] 本发明涉及用于获得陶瓷的粉末冶金领域，特别是混合原料混合物以形成作为进料的中间物料的工艺，该中间物料将被供应到注塑压机用来成形需要生产的元件。
背景技术
[0006] 在生产用于珠宝制造和
手表制造产业、或诸如医学、
电子学、电话或工具产业、机械切割
插件、消费品产业的技术应用的硬质材料，特别是通常称为无机“陶瓷”这一通用名称的硬质材料时，可以使用粉末冶金技术。获得的无机合成材料在本文将被称作“陶瓷”，而无论材料本质为蓝
宝石、红宝石、人造金刚石、蓝宝石玻璃、陶瓷、微型磁体、金属、
合金或其他。
[0007] 基体原料具有不同的性质，有些为了保护产品而进行保密。常规来说，使用的原料至少包括：一方面为陶瓷粉末，另一方面为有机粘结剂，例如
树脂、或塑料材料、或其他相似材料，其允许进行注塑，并允许与所有原料的混合物能够恰当的粘结从而制得元件。混合物中还可包括其他添加剂。能够理解的是，原料可以为不同的质地：固体，粉末，液体或浆体。混合物的结构在其形成期间可以发生变化，特别是(但不限于)当树脂构成的补充组分经历聚合反应时。
[0008] 制造无机陶瓷元件的整个工艺包括至少以下步骤：
[0009] -准备原料，
[0010] -混合原料，和/或如果需要的话，进行两种与两种(或多种)预混，[0011] -均匀混合，
[0013] -特别是在模腔中，对由混合和造粒获得的一定数量的粉末或进料球团进行模制以形成“生坯”元件。这种模制可以通过在压
力下注塑进行，特别在螺旋注塑器中，其包括用于对由混合和造粒获得的所述一定数量的粉末或进料球团进行加热的设备；
[0014] -进行热脱胶(thermal debinding)以烧除和/或溶解混合物中作为粘结剂的一些组成部分，对“生坯”元件进行
热处理，或
烧结；
[0015] -在脱胶之后对“生坯”元件进行热处理，或烧结，使得完成的元件具有最终的一致性。这种热处理导致尺寸收缩，从而可以获得最终尺寸的元件；
[0017] 对于方法的这种简化介绍隐藏了真正发展过程中的复杂性，对于每种原料混合物和每种抛光后的元件，依据其物理特性，特别是其
耐磨性和外观，以及依据其机械性能和化学性能，发展过程都是独特的。
[0018] 每个步骤的实施都需要小心，并需要依据准确的参数，否则，对于混合物、经注塑的“生坯”元件、脱胶的“生坯”元件、或烧结元件的特性会产生不可逆的改变。
[0019] 均匀混合步骤对于工艺的后续步骤而言是特别决定性的。此混合步骤有时可以与在先的原料混合步骤结合，在制造厂中直接进行，该制造厂在本文中称为“混料机”。
[0020] 事实上，在混合期间，一些原料之间发生反应，这些反应会立即改变正在混合的混合物的物理状态。特别地，不受控制的和没有补偿的放热反应会导致混合物的完全转变，从而导致其无法用于制造预期的抛光元件。
温度、速度和
扭矩的参数均必须严密监视。最终获得的物理特性必须要能够再现，因此混合必须完美地进行调节，从而使得发生的反应是预期的和可控的。
[0021] 特别地，当此种类型的混合物通过混料机中的旋转
叶片进行混合时，由于摩擦的作用，混合物中各成分的温度快速上升到超过各成分的熔解温度，从而使得它们彼此以浆料的形式进行混合。问题在于，当接近熔解温度时，混合物中具有极高的温度梯度，大约每秒几摄氏度，甚至是每秒10℃。因此很难实现有效的冷却，以防止热量损失和混合物的变质。
[0022] NITTO DENKO CORP的欧洲
专利申请EP2338590A1中公开了一种用于通过桨式混料机生产树脂的方法和设备，按照非常特殊的布置，与容器下端的物料的输出量有关，采用装备有热交换设备的弯曲截面的形式，在
破碎之前通
过冷却控制
合成树脂的逐步
凝固。物料仅通过摩擦被
熔化。该文件特别涉及聚合树脂，而非旨在用于粉末混合物，并且不适于进料的生产。
[0023] LOEDIGE MASCHINENBAU GmbH的欧洲专利申请EP0956918A1中描述了一种用于注射成型的中间产物的制造方法，该中间产物由金属或陶瓷粉末和有机粘结剂制成。混料机制出环状混合物料，以获得能够倒出的粉末，并进行机械处理以熔化有机粘结剂，该过程除了物料之间的摩擦导致的升温之外不使用任何加热。
[0024] ADVANCED MATERIALS TECH的欧洲专利申请EP1344593A2中涉及一种由烧结材料注射成型
铝合金零件的制造方法，该烧结材料由至少95wt％的铝粉和氧化物或添加剂的混合物制成，并描述了用于该混合物的非常具体的参数。该文件并没有描述加热物料的设备。
[0025] MORRIS ROBERT CRAIG的美国专利申请US2004/217,524A1中描述了制造金属陶瓷进料的方法，按照具体的参数并且尤其在相当低的温度下进行，不使用旋转系统，但在另一个容器中进行预混合然后供料给螺旋
挤出机。
[0026] 本发明的另一个目的是提供一种用于注塑成型组合物的优化粘结剂，其利于粉末冶金混合以获得陶瓷或金属，从而获得具有高度可再现品质和可控的收缩系数的产品。
[0027] 例如，从美国专利US5145900中，已知用于制造成型陶瓷部件的热塑性物料(进料)，其含有可烧结的无机粉末和聚合有机粘结剂，该粘结剂主要由聚氧亚甲基以及聚氧亚甲基与聚四氢呋喃(polyoxolane)共聚物的混合物构成。
[0028] 然而，已发现这些进料存在许多
缺陷和问题，例如，对于注射成型缺乏足够的流动性，成型后的形状中出现裂纹或分层并会保持到最终的产品中。对于复杂形状的部件尤其如此。它们还会带来环境问题，这是由于需要使用
腐蚀性产品如
硝酸，特别是在最终除去有机相的步骤中。而且，在除去有机粘结剂的过程中使用
水会对含金属材料的进料带来氧化的
风险。
发明内容
[0029] 本发明旨在改善生产陶瓷的粉末冶金混合工艺，以便获得具有高度可再现性品质的产品，并具有可控的收缩系数，相对偏差幅度低于千分之二，或甚至低于千分之一。
[0030] 因此，本发明涉及一种生产已知作为进料的陶瓷型球团的混料机，所述球团包括：一方面，至少一种无机粉末，其含有至少一种氧化物或金属陶瓷或金属或氮化物型成分，或者含有至少一种包括至少一种上述成分的化合物；另一方面，至少一种有机粘结剂；所述混料机包括至少一个容器，至少一个混合设备可在该容器中移动，并且所述混料机还包括一个热交换设备，其特征在于，所述热交换设备包括加热设备，用于将所述容器和/或其内容物加热到一定温度，所述温度介于下限温度(lower temperature)和上限温度(higher temperature)之间，高于下限温度时，对应于给定类型陶瓷的混合物变为浆料，并且对应于所述给定类型陶瓷的混合物必须被保持在低于该上限温度，所述下限温度和所述上限温度被存储在用于对应于所述给定类型陶瓷的混合物的
存储器中；其特征还在于，在第一连接中，所述加热设备与所述容器外部的第一热交换和混合温度保持回路交换
能量，其中所述第一回路的热惯性高于所述满载混合物的容器的热惯性。
[0031] 依据本发明的一个特征，热交换设备还包括冷却设备，在第二连接中，该冷却设备与所述容器外部的、处于
环境温度的第二回路进行能量交换，其中，所述第二回路的热惯性远高于满载所述混合物的所述容器的热惯性，高于的程度以第二因子(factor)计。
[0032] 本发明还涉及一种用于成形组合物的粘结剂，其克服了上述缺陷，并且进一步的目的在于改善进料的均匀性和流动性，使得能够制造更复杂形状的金属或陶瓷部件，并减少生产周期时间，增加“生坯”和脱胶体对于生产
应力(搬运和各种切削加工)的机械抗力，并最终避免使用对环境有害的脱除有机粘结剂的产品，而使用无污染的
溶剂作为替代，该溶剂可通过简单的热处理消除。
[0033] 因此，本发明涉及一种注射成型组合物的粘结剂，其包括：
[0035] -40-55vol％的蜡的混合物，
[0037] 其中，聚合物基体含有乙烯和甲基
丙烯酸或者丙烯酸的共聚物，或者乙烯和
醋酸乙烯酯的共聚物，或者含有
马来酐的乙烯的共聚物，或者这些共聚物的混合物，以及聚乙烯，聚丙烯和丙烯酸树脂。
[0038] 本发明还涉及一种用于制造成形金属或陶瓷部件的注射成型组合物(进料)，其中含有76-96wt％的无机粉末和4-24wt％的粘结剂，所述粘结剂含有：
[0039] -35-54vol％的聚合物基体，
[0040] -40-55vol％的蜡的混合物，
[0041] -和大约10vol％的表面活性剂，
[0042] 其中，聚合物基体含有乙烯和甲基丙烯酸或者丙烯酸的共聚物，或者乙烯和醋酸乙烯酯的共聚物，或者含有马来酐的乙烯的共聚物，或者这些共聚物的混合物，以及聚乙烯，聚丙烯和丙烯酸树脂。
[0043] 本发明还涉及一种用于粉末冶金的混合原料的方法，特别是由混合物生产给定类型陶瓷的进料球团的方法，所述混合物包括：至少一种无机粉末，其中含有至少一种氧化物或金属陶瓷或金属或氮化物型成分，或者含有至少一种包括至少一种上述成分的化合物；以及至少一种有机粘结剂，依据该方法：
[0044] -将所述混合物加入包括至少一个混合设备的混料机容器中，
[0045] -通过将热交换设备连接到第一热交换和混合温度保持回路，使所述容器和其内容物的温度稳定，并接近混合温度，该混合温度介于下限温度和上限温度之间，高于下限温度时所述混合物变成浆状，并且所述混合物必须被保持在低于上限温度，
[0046] -将所述混合设备设定为以低于或等于700转每分钟的速度运动，
[0047] -将所述混合物进行混合直到得到紧密的均质体，
[0048] -在高于或等于相关混合物特有的并且是紧密均质团
块体的特征温度的温度下，对已经允许降温的所述容器和其内容物停止高温稳定作用。
[0049] 依据本发明的一个特征，当在高于或等于相关混合物特有的并且是紧密均质团块体的特征温度的温度下对所述容器和其内容物停止高温稳定作用时，通过自然手段或通过使用具有负向温度梯度的所述热交换设备，或通过连接所述热交换设备到处于接近20℃的环境温度的第二回路，将所述容器及其内容物的温度降低。
[0050] 依据本发明的另一个特征，在所述温度降低期间或之后，对所述紧密团块体进行破碎，这种破碎或者在所述容器中在低于100℃的温度下和所述混合设备的高于或等于700转每分钟的速度下进行，或者在附着于混料机的破碎设备中进行。
附图说明
[0051] 本发明的其他特征和优点将通过参照附图阅读下面的具体实施方式显现，其中：
[0052] -图1为依据本发明的混料机的控制系统的示意图。
[0053] -图2为依据本发明的第一变型的混料机的沿穿过混合轴轴线的截面的局部示意图(包括与控制系统连接的简单草图)，其中，混料容器仅包括一个能量交换回路和一个加热回路。
[0054] -图3以与图2类似的方式示出混料容器的第二变型，其中，混料容器包括两个能量交换回路，一个利用图2的加热回路交换能量，另一个利用冷却回路交换能量。
[0055] -图4和图5显示了根据不同组成装配的两个示例性混合轴的示意性侧视图。
[0056] -图6显示了依据图2的第一变型的混料机的局部示意性俯视图(省略了与控制系统的连接)。
[0057] -图7以与图6类似的方式示出了依据图3的第二变型的混料机。
[0058] -图8显示了依据本发明的混料机的局部示意性俯视图(省略了与控制系统的连接)，其中，混合轴被去除，由一套可移动的刀片和叶片代替，其与容纳在容器底部凹槽中的
蜗杆结合，用于破碎和分离“饼块(cake)”。
[0059] -图9为依据本发明的混料机中的依据本发明的混合工艺的
流程图。
具体实施方式
[0060] 更具体地在本发明范围内使用的称为陶瓷的粉末是一种无机粉末，其中含有至少一种氧化物或金属陶瓷或金属或氮化物型成分，或者至少一种含至少一种上述成分的化合物。
[0061] 例如，以非限制性方式，该无机粉末可包括氧化锆或氧化铝，
碳化物或氮化物或类似的物质。
[0062] 对这些成分或氧化物进行选择，从而确保高硬度，高耐磨性，高机械应力抗性，以及持久的卓越性能，并且不会劣化。
[0063] 所使用的有机粘结剂、树脂或塑料材料或类似材料，保证无机粉末能够进行压制或注射成型操作，并具有足够的粘性以能够注入模具中，同时还要有足够的抗
变形能力。
[0064] 依据本发明的用于执行下文公开的混合工艺的混料机具有通用性，并且这些粉末冶金的示例并不限制其可能的用途。例如，也可以实施“MIM”(
金属注射成型)。
[0065] 混合的目的是在粉末颗粒上涂覆一种或多种粘结剂，以能够获得均匀的浆料。
[0066] 混合完成后，均匀的浆料冷却后成为紧密的团块体。这种紧密的团块体然后被破碎解体以获得称为进料的球团，该球团具有一致的组成和标定的尺寸，并准备好注入例如注塑压机中。
[0067] 在本发明一个特定的非限制性方案中，混料机1用于制造陶瓷型进料球团，所述球团包括：一方面，至少一种上述无机粉末；另一方面，至少一种有机粘结剂；所述混料机1包括至少一个容器2。至少一个混料设备3可在混料机1中移动，其伸入相应的容器2中，或从容器2底部伸出，如图所示。
[0068] 混料机1包括热交换设备4，该热交换设备4可包括至少一个回路，其中
流体在容器2的双层壁中循环，或在藏于容器2中的盘管中循环，或其他情况。
[0069] 混料机1有利地包括控制设备5，其连接到测量设备6和用于在存储器中存储根据要形成的物料类型的温度参数的设备7。
[0070] 所述控制设备5设置为通
过热交换设备4来调节容器2的温度，以及容器2和容器2外部的至少一种介质之间的热交换。
[0071] 在最简化的方案中，控制设备5由人工控制，并且包括用于依据测量设备6所显示的信息来控制每个混合设备3的转速以及每个热交换回路的温度和/或流量的设备，所述测量设备6例如为每个热交换回路中的位于容器2中的温度探针，或者通过人工或自动的方式浸入浆料中的
温度计。
[0072] 在更加自动化的生产中，控制设备5包括至少一个可编程自动控制系统，其能够依据所存储的生产程序执行相应的操作，所述生产程序是针对于要生产的称为“陶瓷”的每种类型的无机物料。
[0073] 这些控制设备5可以依据装置的自动化程度，特别是控制热交换设备4，并且这种控制与以下有关：轴速和/或紧密团块体流量的测量值，紧密团块体和/或容器温度的测量值，以及
阀值，特别是温度的阀值，其是制造给定产品所规定的。用于给定产品的所有参数存储在存储设备7中，其有利地能够控制整个生产周期，包括所有希望的正时。
[0074] 依据本发明，热交换设备4包括加热设备41，用于加
热容器2和/或其内容物到一定温度，该温度包括在下限温度TINF和上限温度TSUP之间，高于该下限温度，则对应于给定类型陶瓷的混合物成为浆状，低于该上限温度，则对应于给定类型陶瓷的混合物必须保持为避免粘结剂降解。
[0075] 在存储设备7中，该下限温度TINF和上限温度TSUP存储在用于对应于给定类型陶瓷的混合物的存储器中。在混料机手动控制的方案中，存储设备由汇总表(summary sheet)组成，其中含有装填入混料机中的成分配方，包括相应的误差，还包括对于每个阶段的温度限制和每个阶段持续的时间范围。
[0076] 所述热交换设备41在第一连接中与容器2之外的第一热交换和混合温度保持回路8交换能量。并且，第一回路8的热惯性高于满载混合物的容器2的热惯性。优选地，前者高于后者以大于2的因子K1计。
[0077] 加热回路的这种热惯性特征是本发明的必要特征，因为它使得获得非常短的循环时间成为可能。
[0078] 加热容器2和其内容物与
现有技术的设想相反。加热使得相对于平均温度能够具有较少的变化，且能够完全控制温度梯度。从而，不再需要高速旋转混合轴以使得组分通过其间的摩擦来达到熔解温度。所获得的产品输出更加均匀，这在粉末冶金中非常重要，因为这意味着对烧结期间的收缩系数具有完美的控制，该收缩系数取决于混合品质。例如，对于基于原料如氧化锆粉末，ZrO2生产陶瓷，现有技术中可以实现的是，每天生产5批次各20kg，获得的收缩系数在1.2850至1.2920之间，然而，所有情况不变，采用本发明的混料机及相应的混合工艺，该系数可以回到1.2875至1.2895的范围内，或者1.2880至1.2890的范围内，其相对偏差幅度为千分之1.6，或千分之0.8，相对于现有技术中的千分之5.4，具有很大改善，即，因子大约为3.5或7。该生产因此是可以重复的。
[0079] 在本发明的一个具体实施方案中，如图3和8所示，热交换设备4包括用于冷却容器2和/或其内容物的冷却设备42。这些冷却设备42区别于加热设备41，如图3和8所示。在此变型中，冷却设备42在第二连接中与容器2之外的处于环境温度的第二回路9交换能量，并且该第二回路9的热惯性远高于满载混合物的容器2的热惯性，优选地，前者高于后者以大于2的第二因子K2计。与加热回路相同，冷却回路的这种热惯性特征是本发明的重要特征，这是由于其能够获得非常短的循环时间。
[0080] 加热回路和冷却回路的独特应用——它们每一个的热惯性都远高于容器及其内容物的热惯性——允许一方面控制循环时间，其相对于现有技术可以明显缩短，另一方面控制热梯度：通过与外部回路的热交换所保证的温度
稳定性避免了现有技术中通过摩擦熔化粘结剂的过程中的无法控制的梯度，该梯度通常超过10℃每秒或更高。
[0081] 本发明能够在高温下控制产品。
[0082] 由于避免了配料的任何降解，本发明还能够确保对收缩的控制。降解的问题很复杂，因为典型粘结剂的熔解温度范围是从蜡的50℃到
石蜡或类似物的165-180℃。能够理解的是，许多配料的降解和性能损失的温度点非常接近于熔点。因此，其熔解温度大约为180℃的石蜡在大约200℃完全降解，仅仅比其熔点高20℃，这对于大约10℃每秒的梯度显然是难以控制的。同样的现象也出现在丙烯酸类化合物上。因此在高温下(即，对于本发明特别用于的陶瓷进料，在150℃-200℃之间)，这种控制对于以可再现方式获得高品质的产品是非常重要的。
[0083] 在本发明的一种具体实施方案中，控制设备5控制热交换设备4，以便在给定的时间启动与容器2的热交换，其中仅使用冷却设备42或仅使用加热设备41。
[0084] 交替使用容器中的单一热交换回路与热源或冷却源进行热交换，可以获得所期望的温度曲线。第二种实施方式采用两个不同的回路，其中一个回路可以直接连接到容器，使容器2与具有高得多的热惯性的回路瞬时
接触，使得容器2能够克服热惯性的影响，从而将容器快速稳定在一定温度范围内，该温度范围有利于工艺的平稳实施，因此明显减少了整体循环时间。
[0085] 混合设备3优选地但以非限制性的方式包括旋
转轴30，其承载位于容器2内部的桨叶33和/或刀片。每个混合轴30优选由马达31通过皮带或类似物驱动，该马达31配备有与控制设备5连接的无级
变速器，该控制设备5控制变速传动。轴30优选装备有测速
电机(tachometric dynamo)63，其将轴30的实际转速传递到控制设备5。图2显示了处于悬臂式布置并且在容器2下方被驱动的混合轴30，轴30横穿该容器2，所述轴30装备有皮带轮310，其直径大于皮带轮马达311的直径，两者通过皮带312或类似物连接，以便获得较大的扭矩，鉴于相对于现有技术不那么需要获得高转速。
[0086] 图1至3显示出控制设备5的作用，其基于关于混合设备3的速度或在混料机1中正在经历转变的一定数量产品的至少一条信息，以及测量设备6中的
传感器测量的关于容器2或一定数量产品的温度的至少一条信息，来控制直接或间接地驱动混合轴30的马达31的转速，以及特别是通过加热设备41的第一回路8中的第一
泵81控制热交换速度。
[0087] 以第二
实施例中的一种特定方式，当冷却设备42在第二连接中与第二回路9交换能量时，控制设备5也作用于冷却设备42的第二回路9中的第二泵91。
[0088] 控制设备5包括时钟51，从而能够遵循输入存储设备7中的工艺参数。
[0089] 测量设备6可以特别地(但非限制性的)包括下面所有的或部分传感器：
[0090] -温度传感器61，其位于加热设备41的第一回路8中，优选在容器2中或尽可能接近容器。在仅包括加热设备41的第一变型的情况下，将一个传感器优选置于加热系统的出口；另一个传感器置于同一回路的入口。
[0091] -在第二变型的情况下，冷却设备42的第二回路9中的温度传感器62优选在容器2中或尽可能接近容器，
[0092] -测速电机63，用于测量混合轴30的转速，
[0093] -运动传感器64，用于特征化容器中浆料的运动，其特别是
转速传感器，用于自由安装在容器底部或类似
位置的轮轴上的蜗杆或
齿轮，
[0094] -温度传感器65，其位于混合物或浆料内部，特别是连接到上述运动传感器64，[0095] -至少一个(优选两个)温度探针66，其位于容器2的一个内表面上，优选与容器2的内表面正好齐平，且优选接近于容器底部，
[0096] -混合轴30的温度传感器67，其优选朝向混合轴的接近容器2底部的端部，[0097] -温度传感器68，其位于第一交换回路8的一个大容器中，
[0098] -温度传感器69，其位于第二交换回路9的一个大容器中。
[0099] 控制设备5还可作用于第一调整器82和/或作用于第二调整器92，该第一调整器82用于增加(或消除)第一回路8的热量，该第二调整器92用于消除(或增加)第二回路9的热量，该第一调整器82和第二调整器92可以包括加热元件和/或冷却单元。优选地，第一回路8输送油，而第二回路9输送水和防冻剂或类似物的混合物。
[0100] 在一个具体实施方式中，混料机1包括若干以此方式装备的容器2，这些容器从上游容器开始至下游容器结束彼此相连，其中，原料通过进料器21例如漏斗或类似物装入上游容器，下游容器特别用于最终破碎紧密混合的团块体。该下游容器还提供混合容器和破碎容器的双重作用：从上游容器将待混原料装入其中，至少一个混合轴利用具有适当形状的桨叶和/或刀片在混合容器中搅拌浆状物进行实际混合，并对其进行切割和分离，根据具体情况，可以通过这种类型的混合轴30进行最终的破碎步骤，或者通过至少一个装备有刀片22的破碎轴进行该步骤，该刀片22更加适合于分离紧密的凝固团块体。如果必要，在下游可使用另一个破碎器以获得理想的颗粒尺寸。
[0101] 附图中显示了单个容器2的非限制性示例，在该单个容器2中执行混合工艺，从引入原料到破碎称为“饼块”的冷却的混合团块体，以获得进料球团或细粉。
[0102] 更特别的是，如图2所示，轴30是竖直的，并且特别包括桨叶33，该桨叶33优选分布在若干平行平面上。
[0103] 桨叶和/或刀片的布置优选是可调节的，以使得对于小负载和较大负载都有效：整个混合轴30可以在
联轴器32处改变，或者混合轴30可以包括一系列插口承载的桨叶或刀片，这些桨叶或刀片彼此支承，并且在必要时通过间隔器35进行分离以获得特定构型，如图3和图4所示，其中，轴30因而装备有三套低桨叶33A、33B和33C，顶部装有高桨叶
34。尽管桨叶或刀片在基本平
面层级中的布置是最常见的，但是同样也可以使用相对于混合轴的轴线具有基本锥形包络面(envelope)的桨叶34或刀片，特别是对于适用于大负荷的顶部层级。术语“桨叶(paddles)”实质上意味着径向叶片，其具有允许特定运动的形状，最初用于混合原料，然后用于混合浆料。术语“刀片(blades)”意味着类似形状的叶片，其具有更纤细的横截面，锋利的前缘，特别是用于切割和移动浆状团块体，然而，锋利边缘被证明会产生反作用，因为与用于浆料的驱动桨叶相比其更易于磨损，这种磨损导致了污染，破坏了进料组合物的精准，结果，任何锋利边缘都需要增加对于生产的监控。有利的是，最接近于容器底部的“低”桨叶或刀片具有与容器相似的形状，或者内接于圆锥形的、环面的(toric)或球面的表面内，并用于执行刮擦容器底部的浆料的功能。
[0104] 每套桨叶和刀片与相邻的一套之间优选偏移一定的
角度；不同的套中可以包括不同数量的桨叶或刀片，并具有变化的角位置，从而特别是避免产生任何共振和噪声问题。
[0105] 在单个桨叶具有两个臂的情况下，两个相邻的套之间偏移大约90°。
[0106] 以已知的方式，桨叶和/或刀片33优选具有相对于垂直于轴30轴线的平面的微小的入射角。该入射角可以如下进行调整：通过调换如上所示安装在插口上的一个刀片组而非常简单地进行，或者在较大设施中通过使用返回机构(return mechanism)进行，然而，该返回机构更容易由于浆料的运动而磨损。依据具体情况，入射角可以依据轴的旋转方向调整，或者推动紧密团块体向容器的底部，或者相反地对团块体进行提升：一种混合的实施方式当然会消耗更多的能量，然而，倾向于将浆料从容器底部提升的高位刀片组有利于混合，而倾向于将浆料推向容器底部的低位刀片组是有益的，特别在工艺的最后步骤，其用于将浆状紧密团块体冷却后获得的饼块细分成若干部分(fractioning)。
[0107] 在混合轴30被垂直去除后，也可以通过嵌于容器2底部的凹槽39中的蜗杆37和围绕竖直轴线铰接的刀片36的联合作用，使饼块被破碎，经破碎的进料球团然后通过反转蜗杆方向被移走，并被传送到供应站38。
[0108] 在另一个变型中，破碎持续进行直到获得粉末。该粉末在下游一个额外的造粒设备中被转化，在其中，它首先被压制形成挤出体，然后在行进过程中被切割成球团。
[0109] 每个容器2优选装备有闭合设备，其包括至少一个阀或一个过压排放孔。
[0110] 其中执行混合的容器中的热交换使以下情况成为可能：
[0111] -通过增加温度，在低于最高的最大
软化温度阀值时，部分
粘合剂发生软化，[0112] -浆料的非常良好的均匀性，浆料中的温度偏差大约为+/-2到3℃，[0113] -通过将第一热交换和混合温度保持回路8保持在恒温(该回路8的热惯性远高于满载的容器的热惯性)，控制容器中的紧密团块体的热梯度在混合物成分摩擦的情况下小于3℃每秒或3℃每分钟，相对于现有技术中仅装备冷却设备的混料机所获得的大约10℃每秒的梯度，通过本发明的实施方案获得的这种低的热梯度能够允许较低的混合速度，
[0114] -通过降低温度，浆料温度保持低于混合物所特有的最大阀值，该最大
阈值限定为避免其性能的任何劣化，特别是当某些粘结剂成分之间发生放热反应时，和/或当混合速度过高时，和/或当混合物中的摩擦或者与桨叶/刀片的摩擦或者与容器的摩擦过高时。
[0115] -通过在脱开热交换和混合温度保持回路之后快速降低温度，先前混合的紧密团块体冷却并凝固。快速降低温度可以通过热交换设备4与第二环境温度回路9连接实现，该回路9的热惯性远高于满载的容器的热惯性。
[0116] 控制至少一个混合轴的转速使得以下成为可能：
[0117] -通过降低速度，降低上述的摩擦，
[0118] -通过降低最后阶段的速度，逐步
固化紧密团块体直到其凝固形成“饼块”形式，[0119] -通过增
加速度，改善无机粉末周围的粘结剂成分的聚结情况，该无机粉末含有至少一种氧化物或金属陶瓷或金属或氮化物型成分，或至少一种含至少一种上述成分的化合物，
[0120] -通过增加速度，将先前凝固成饼块形式的紧密团块体分裂以制造进料球团。
[0121] 因此，除了中间产物所特有的参数(特别是其
粘度)之外，热交换设备随时间的行为和混合速度决定了最终产品的品质。正确管理这些行为自然决定了混料机的循环时间，因此决定了生产
费用和设备的折旧。
[0122] 一般地，已经致力于将温度和混合速度均保持在每种混合物特有的极限阈值。
[0123] 混料机1还可以装备有测量容器内部的紧密团块体的运动速度的设备，该设备例如置于运动部件60上，该运动部件例如为浸于容器内团块体中的蜗杆或
惰轮，它们的转速由浆料运动传感器64测量，有利地，紧密浆状团块体内部的温度由浆料温度传感器65测量。
[0124] 测量紧密团块体温度的设备可以置于所述运动部件60上，和/或在容器2的底部由容器2的内表面上的温度传感器66形成，和/或在混合轴30的周边由温度传感器67形成，其优选在混合轴的下部部分，接近容器2的底部。
[0125] 本发明还涉及用于注射成型组合物的特定粘结剂，其包括：
[0126] -35-54vol％的聚合物基体，
[0127] -40-55vol％的蜡的混合物，
[0128] -大约10vol％的表面活性剂，
[0129] 其中，聚合物基体含有乙烯和甲基丙烯酸或者丙烯酸的共聚物，或者乙烯和醋酸乙烯酯的共聚物，或者含有马来酐的乙烯的共聚物，或者这些共聚物的混合物，以及聚乙烯，聚丙烯和丙烯酸树脂。
[0130] 优选地，本发明的粘结剂包括2-7vol％的一种所述共聚物或它们的混合物，大约25vol％的聚乙烯，2-15vol％的聚丙烯和6-15vol％的丙烯酸树脂。
[0131] 依据一种优选方法，乙烯和甲基丙烯酸的共聚物包含3-10wt％的甲基丙烯酸或丙烯酸的共聚用
单体，乙烯和醋酸乙烯酯的共聚物包含7-18wt％的醋酸乙烯酯共聚用单体，乙烯和酸酐的共聚物为乙烯和马来酐的无规则共聚物，其熔点为100-110℃，或者高
密度聚乙烯和改性酸酐的共聚物，其熔点为130-134℃。
[0132] 优选地，丙烯酸树脂的分子量为50000-220000，粘度为0.21-0.83，选自由以下组成的组：甲基丙烯酸异丁酯、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯和甲基丙烯酸正丁基脂(N-butyle methacrylate)的聚合物，以及甲基丙烯酸异丁酯和甲基丙烯酸正丁基脂和甲基丙烯酸甲酯的共聚物，或者这些聚合物和/或共聚物的混合物。
[0133] 有利地，所述蜡为巴西棕榈(Carnauba)蜡或石蜡，或
棕榈油，或这些成分的混合物。
[0134] 依据另一个优选的特征，所述表面活性剂为N，N′乙烯二硬脂酰胺或
硬脂酸和棕榈酸(硬脂酸)的混合物，或这些成分的混合物。
[0135] 本发明还涉及一种用于制造金属或陶瓷成形部件的注射成型组合物(进料)，其中含有76-96wt％的无机粉末和4-24wt％的粘结剂，所述粘结剂含有：
[0136] -35-54vol％的聚合物基体，
[0137] -40-55vol％的蜡的混合物，
[0138] -大约10vol％的表面活性剂，
[0139] 其中，聚合物基体含有乙烯和甲基丙烯酸或者丙烯酸的共聚物，或者乙烯和醋酸乙烯酯的共聚物，或者含有马来酐的乙烯的共聚物，或者这些共聚物的混合物，以及聚乙烯，聚丙烯和丙烯酸树脂。
[0140] 依据一个特定特征，注射成型组合物的无机粉末可选自包括氧化物、氮化物、碳化物或
金属粉末或所述粉末的混合物的组，优选地，所述无机粉末选自包括以下的组：氧化铝粉、氧化锆粉、碳化铬粉、碳化
钛粉或碳化钨粉，金属钨或氮化
硅粉，不锈
钢粉、金属钛粉或这些粉末的混合物。
[0141] 依据注射成型组合物的优选实施方式，该组合物含有(以重量百分比计)：
[0142] ·76-88％的氧化铝和12-24％的依据本发明的上述粘结剂，或者
[0143] ·76-88％的氧化铝和0.1-0.6％的氧化镁和12-24％的本发明的粘结剂，或者[0144] ·58-86.5％的氧化锆，和3.9-4.6％的氧化钇，和0.18-18.5％的氧化铝，和9-22％的本发明的粘结剂，或者
[0145] ·61.5-84％的氧化锆，和3.9-4.6％的氧化钇，和0.2-9％的氧化铝，和2-5.5％的选自包括氧化
铁、氧化钴、氧化铬、二氧化钛、氧化锰、氧化锌或者所述氧化物的混合物的目录的无机颜料，以及9-22％的本发明的粘结剂，或者
[0146] ·88-91％的碳化铬或碳化钛，和9-12％的本发明的粘结剂，或者
[0147] ·93-96％的碳化钨或金属钨，和4-7％的本发明的粘结剂，或者
[0148] ·78-85％的氮化硅，以及15-22％的本发明的粘结剂。
[0149] 下面将通过非限制性的示例更详细描述本发明。
[0150] 示例1：
[0151] 在大约150℃的温度下，使粘结剂的聚合物部分与黑色的氧化锆粉(例如St.Gobain Zir Black)混合以制造预混物。对所述预混物添加蜡和表面活性剂，并且将温度进一步升高到大约180℃以形成一种均匀浆料，然后对其冷却和造粒/颗粒化直到凝固，然后进行保持以形成进料，该进料可用于根据已知技术通过注射制造成形部件。
[0152] 在此示例1中，更具体地，17.2kg的锆粉(86wt％)和2.8kg的粘结剂(大约14wt％)按照以下体积组成使用：
[0153] -24％的高密度聚乙烯
[0154] -10％的聚丙烯
[0155] -4％的乙烯和甲基丙烯酸的共聚物(含有6.5wt％的甲基丙烯酸，例如来自DuPont的“Nucrel(TM)”类型)
[0156] -10％的甲基丙烯酸异丁酯共聚物树脂，其具有分子量195,000(例如来自Lucite International的“Elvacite(TM)2045”类型)
[0157] -1％的甲基丙烯酸异丁酯和N-丁基共聚物树脂，其具有分子量165,000(例如来自Lucite International的“Elvacite(TM)2046”类型)
[0158] -11％的巴西棕榈蜡
[0159] -31％的石蜡(例如来自Alpha Wax BV的“Carisma54T(TM)”类型)[0160] -6％的N，N′-乙烯二硬脂酰胺
[0161] -3％的硬脂酸和棕榈酸(例如Stéarine Dubois类型)的混合物。
[0162] 示例2：
[0163] 准备与示例1相同类型的原料，但是用白色氧化锆替代黑色的氧化锆，使用具有稍微不同数量的不同成分的粘结剂，更具体的：
[0164] -26％的高密度聚乙烯
[0165] -10％的聚丙烯
[0166] -4％的乙烯和甲基丙烯酸的共聚物
[0167] -11％的“Elvacite2045”树脂
[0168] -1％的“Elvacite2046”树脂
[0169] -11％的巴西棕榈蜡
[0170] -29％的石蜡
[0171] -8％的N，N′-乙烯二硬脂酰胺
[0172] 示例3：
[0173] 再次使用相同的有机粘结剂配料成分，稍微改变体积比，其他原料可通过各种陶瓷或金属粉末制备，更具体地通过氧化铝(其收缩指数为1.19或1.30(半透明))、或碳化铬、或碳化钛、碳化钨(具有不同品质)和金属钨制备，且依据下表：
[0174]
[0175] 依据本发明的混合用于粉末冶金的原料的方法、特别是由混合物生产给定类型陶瓷的进料球团的方法的执行包括至少如下步骤，其中所述混合物包括：一方面，至少一种无机粉末，其中含有至少一种氧化物或金属陶瓷或金属或氮化物型成分，或者含有至少一种包括至少一种上述成分的化合物；以及另一方面，至少一种有机粘结剂：
[0176] -将混合物添加到混料机1的容器2，该容器2包括至少一个混合设备3，[0177] -通过将热交换设备4连接到第一热交换和混合温度保持回路8，使所述容器2和其内容物的温度稳定在接近混合温度的温度，该混合温度介于所涉及的混合物特有的下限温度TINF和所涉及的混合物特有的上限温度TSUP之间，其中，高于该下限温度时所述混合物变成浆状，并且所述混合物必须被保持在低于该上限温度，以防止粘结剂降解，[0178] -将所述混合设备3设定为以低于或等于700转每分钟的速度运动，[0179] -对所述混合物进行混合，直到得到紧密的均质团块体，
[0180] -在温度T5停止对所述容器2和其内容物的高温稳定作用，所述容器2和其内容物已经被允许降温，其中，该温度T5高于或等于所涉及的混合物特有的并且作为紧密均质团块体的特征的温度。
[0181] 在如图2和6所示的变型中，热交换设备4包括单一加热回路，该回路包括加热设备41，并且连接到第一热交换和混合温度保持回路8。加热设备41例如包括至少一个温度调节器，其例如为“HB Therm”类型或相似类型，使用油，在最高5巴的压力下进行
温度控制，从而可以获得正向温度梯度，或者负向温度梯度。该温度调节器可以用于控制容器2的温度下降。
[0182] 依据本发明的一个具体实施方案，当所述容器2及其内容物的高温稳定作用在高于或等于相关混合物的特定温度并且作为紧密均质体的特征的温度停止时，通过自然手段或通过连接所述热交换设备到大约20℃的第二环境温度回路，使所述容器2及其内容物的温度降低。
[0183] 特别地，当混料机1装备有第二冷却回路9时，热交换设备4可以连接到该第二回路9以降低温度，其中该第二回路9处于大约20℃的环境温度。
[0184] 容器2优选装备有密封盖39，以防止混合物的任何污染，并保证混合物中不同配料的比例保持稳定。
[0185] 依据本发明的另一个具体实施方案，在温度降低期间或之后，对所述紧密团块体进行破碎，所述破碎在低于100℃的温度下在所述容器2中以所述混合设备3的速度高于或等于700转每分钟进行，或者在附着于混料机1的破碎设备中进行。
[0186] 为了实施包括更高转速的后者实施例，容器2内部有利地涂覆
耐磨涂层，例如金刚石或玻璃或类似物。
[0187] 下面给出了使用混料机1的具体顺序，以
质量大约5kg(即，体积大约10升)的氧化锆基陶瓷的批量生产为例，其具有以下步骤，并且特别规定了低速、高速和高温的含义：
[0188] -步骤100：直接在容器2中或者在给料器21中，装填粉末和构成物(structurants)填料的第一部分，该第一部分特别包括粉末和聚合物塑料，通过启用加热设备41和停用冷却设备42，在最大温度T0启动容器的温度调节器，该最大温度T0介于125℃和180℃之间，优选接近125℃，使混合轴30以150-300转每分钟的速度V0开始旋转。
[0189] -步骤110：在达到温度T1＝145℃-150℃，转速达到V1＝300转每分钟后，装填第二部分，该第二部分包括剩余的粘结剂填料，特别是包括蜡基成分。
[0190] -在一个变型中，步骤110在300-700rpm的速度V1执行。在另一个变型中，在步骤115中，在装填第二部分填料后，转速以大约700rpm重新启动。
[0191] -步骤120：在达到温度T2＝160℃后，轴30的旋转停止，打开容器2进行检查，在必要时擦拭容器壁和桨叶/刀片(该检查阶段可通过相机辅助进行，然而污染防护十分困难，对于容器2中的破碎以及桨叶33和34的最好的检查方法可以是通过测量马达31所吸收的扭矩或能量，参照存储设备7中存储的用于基准生产的设定点值)。
[0192] -步骤130：重启转动，在温度达到T3＝168℃，转速V3＝700rpm之后，轴30停止转动，打开容器，进行检查步骤135，在需要时根据步骤136擦拭容器壁和桨叶/刀片。
[0193] -步骤140：重启转动，在温度达到TINF＝T4＝170℃，转速V4＝700rpm之后，混合持续进行预定的持续时间D4。
[0194] -步骤150：测量紧密团块体的温度，其必须介于T5和TSUP＝T6＝190℃(测试步骤155)之间，该T5在178℃-185℃之间，特别是接近180℃，持续进行混合直至达到上述温度范围。
[0195] -步骤160：轴30停止旋转，通过停用加热设备41和启用冷却设备42实现冷却。
[0196] -步骤170：在达到介于T7＝150℃和T8＝180℃之间的温度后(测试步骤175)，优选达到低于或等于160℃的温度后，将紧密团块体设定为旋转以清除桨叶/刀片的障碍和/或改善剪切效果，需要对热惯性进行检查，因为这会引起容器上的传感器显示的温度和混合团块体的温度之间的重要差异，多达20℃，其中混合团块体的温度较高。阶段160和170之间的时间间隔相对于整个循环时间较长，特别是大约10分钟。
[0197] -步骤180：以300-700rpm之间的速度V9暂时旋转以形成“饼块”，该速度V9优选接近700rpm，并且冷却到介于T9＝95℃和T10＝110℃之间的温度。在第一变型中，这种冷却可以通过将温度调节系统切换到冷却模式进行，其中负向梯度为大约-2℃每分钟，或者在第二变型中，通过停用加热设备41并启用冷却设备42执行冷却。
[0198] -步骤190：检查确保没有污染，在发现污染的情况下全部停止转动，然后进行步骤195：人工完成“饼块”的切割。
[0199] 在一个变型中，进行质量大约10kg(即，体积大约20升)的氧化锆基陶瓷的批量生产，改变参数以获得最佳产量：
[0200] -步骤100：温度T0优选接近180℃，速度V0大约150-189rpm。
[0201] -步骤110和115：其中转速V1小于350rpm，优选小于300rpm。
[0202] -步骤130：速度V3大约300rpm。
[0203] -步骤140：速度V4大约300-350rpm。
[0204] -步骤180：速度V9接近300rpm。
[0205] 下面的步骤取决于混料机1的装备情况，即，用于切割“饼块”的设备，用于破碎的设备，和用于保护容器2避免磨损的设备。
[0206] 如果没有提供特定设备，则从饼块切下的块料通过人工移走，并且在另外的设备中执行破碎。
[0207] 在容器2装备有内涂层以保护它不被磨损的情况下，下面的步骤可以直接在混合容器中进行。
[0208] -步骤200：在V11超过700rpm、特别是超过1000rpm的情况下进行破碎。此速度仅受装备限制，尤其可以达到10000rpm。
[0209] -步骤210：停止轴30的旋转。
[0210] -步骤220：在低于V12＝2000rpm且低于T12＝85℃的情况下进行排放，高于100rpm的速度通常导致产品被磨成粉末，这样的产品利于再加工，特别是利用螺杆挤出或排放，以便特别是通过切割螺旋
挤压所述粉末形成的坯体，来制成球团或类似物。
[0211] 有利地，在挤压机或球团切割机的出口，不同尺寸的球团被制得，在更远的下游，当它们用于进给到注射压机时，不同的体积是有利的，这是因为它们更容易在注射压机中成瓦状堆叠。这可以节省很多时间，例如对于用于手表的中间部件的陶瓷混合物来说，时间为18秒而非25秒。
[0212] 在5kg填料的此示例中，总共马达循环时间在20-30分钟，总的冷却时间在15-30分钟，总的排放时间在5-15分钟。
[0213] 以特定的方式，对于注射成型组合物(进料)执行此方法以制造金属或陶瓷的成形部件，该组合物中含有76-96wt％的无机粉末和4-24wt％的粘结剂，所述粘结剂含有：
[0214] -35-54vol％的聚合物基体，
[0215] -40-55vol％的蜡的混合物，
[0216] -大约10vol％的表面活性剂，
[0217] 其中，聚合物基体含有乙烯和甲基丙烯酸或者丙烯酸的共聚物，或者乙烯和醋酸乙烯酯的共聚物，或者含有马来酐的乙烯的共聚物，或者这些共聚物的混合物，以及聚乙烯，聚丙烯和丙烯酸树脂。
[0218] 这种顺序特别适用于包括14％(质量百分比)粘结剂的原料混合物，其中该粘结剂包括50vol％的形成结构基质的材料，42％的形成流动化基质的材料，以及8％的形成表面活性剂基质的材料。
[0219] 以特定方式，使用依据本发明的上述类型之一的粘结剂执行该方法，该粘结剂特别包括：
[0220] -35-54vol％的聚合物基体，
[0221] -40-55vol％的蜡的混合物，
[0222] -大约10vol％的表面活性剂，
[0223] 其中，聚合物基体含有乙烯和甲基丙烯酸或者丙烯酸的共聚物，或者乙烯和醋酸乙烯酯的共聚物，或者含有马来酐的乙烯的共聚物，或者这些共聚物的混合物，以及聚乙烯，聚丙烯和丙烯酸树脂。
[0224] 与如上限定的混料机1一起使用的此工作范围使得能够避免现有技术中遇到的许多问题：
[0225] -所有温度梯度是可控的、精确的。
[0226] -混合物和紧密团块体的温度增加严格受限于预定的最大阀值，本文中等于TSUP＝T6＝190℃。
[0227] -冷却时间减少，因为热交换设备使得紧密团块体冷却。
[0228] -当轴的旋转停止时，由于热交换设备可经由容器加热或冷却紧密团块体，紧密团块体的温度可以保持在给定值。
[0229] -容器温度恰当地接近紧密团块体的温度，但是该紧密团块体的温度更好地是通过浸入的传感器测定，既可以通过人工检测，也可以通过机器手臂操作的传感器检测。
[0230] -加热期间混合物中的粉末不再粘在容器壁上，因为在配料的冷预混期间对桨叶转速进行低速控制。
[0231] -调整的执行使得能够限制容器壁和桨叶/刀片的磨损，污染因此大大减少，装备磨损的速度大大降低。
[0232] -该工艺可在容器封闭的情况下进行，特别是由
照相机执行的光学监视可以决定是否需要擦拭容器壁，由于温度逐步增加以及对浆料转速的控制，理论上比现有技术更不易阻塞。
[0233] -紧密团块体获得满意的均匀混合，随后在注射成型期间进料球团展现出相同的可再现行为。
[0234] -驱动、加热和冷却所消耗的能量减少。
