PT765848E

PT765848E - Metodo para formar pecas a partir de material inorganico particulado

Info

Publication number: PT765848E
Application number: PT96306635T
Authority: PT
Inventors: Leonard Edward Bogan Jr; Richard Anthony Einhorn
Original assignee: Carpenter Technology Corp
Priority date: 1995-09-29
Filing date: 1996-09-12
Publication date: 2000-06-30
Also published as: DK0765848T3; DE69605999T2; RU2169056C2; NZ299647A; NO963915D0; TW506954B; IL119257A0; ATE188457T1; CN1157277A; IL119257A; MX9604358A; KR970015523A; EP0765848A1; EP0765848B1; US5723083A; DE69605999D1; CN1080710C; AU6564796A; ES2143145T3; BR9603932A

Description

DESCRIÇÃO "MÉTODO PARA FORMAR PEÇAS A PARTIR DE MATERIAL INORGÂNICO PARTICULADO" A presente invenção refere-se a um método de formar peças a partir de material inorgânico particulado. Mais particularmente, a presente invenção refere-se a um método para formar peças a partir de material inorgânico particulado, pelo uso de um ligante polimérico que pode ser removido da peça depois da formação, por meio de calor. O método inclui a formação de peças por meio de moldagem por injecção e por extrusão.

Moldagem por injecção é um método útil para formar peças a partir de material particulado com pouca ou nenhuma necessidade de acabamento subsequente. Isto é particularmente desejável para formar peças a partir de pós cerâmicos, porque os acabamentos em materiais cerâmicos podem ser difíceis. A extrusão é um processo usado nas indústrias de cerâmica e de plástico para produzir peças com uma secção transversal constante. A extrusão de plásticos envolve, tipicamente, o transporte de material polimérico ao longo de um sem-fim único ou duplo dentro de um tambor de uma extrusora enquanto é aplicado calor para fundir o polímero e conferir plasticidade. Pelo contrário, no processamento de cerâmica a extrusão não envolve, tipicamente, o aquecimento do material. Os materiais cerâmicos são processados em forma de pó. Num material cerâmico a plasticidade consegue-se pela adição de água e de um ligante ao pó de cerâmica. -2-

Os ligantes são geralmente necessários para o processamento de cerâmica e de outros materiais inorgânicos particulados. Contudo, depois do processamento do material para formar uma peça, o ligante deve ser removido. A remoção dos ligantes consegue-se, tipicamente, pelo aquecimento da peça, um processo conhecido como "remoção térmica do ligante" ou por imersão da peça num ou mais solventes, um processo conhecido como "remoção do ligante por solvente". As técnicas também podem ser usadas em combinação.

Durante a remoção térmica do ligante, os materiais ligantes evaporam-se. Se esta evaporação se der demasiado rapidamente, podem formar-se bolhas e fissuras na peça. Portanto, a velocidade a que a remoção térmica do ligante pode ser efectuada é limitada. A remoção do ligante a uma velocidade que não danifique a peça pode levar um ou mais dias de aquecimento. A remoção do ligante por solvente pode ser dispendiosa em termos de solvente e de equipamento, porque muitos dos solventes preferidos são materiais que exigem um manuseamento e uma forma de eliminação especiais.

Entre outros métodos para remover os ligantes incluem-se a absorção por efeito de capilaridade e a remoção catalítica do ligante. O efeito de capilaridade exige que a peça seja embalada num pó e que tanto a peça como o pó envolvente sejam aquecidos. O material ligante é absorvido pelo pó. Este método pode funcionar mais rapidamente do que a remoção térmica do ligante convencional mas também exige mão-de-obra intensiva. A remoção catalítica do ligante é o mais rápido dos métodos de remoção de ligante normalizados e está descrito em pormenor na Patente U.S. 5.145.900. Os problemas com a remoção catalítica do ligante residem no facto de ser necessário usar equipamento especializado para a remoção de ligante e envolve o manuseamento de materiais perigosos. Os materiais catalíticos são

tipicamente, ácidos fortes, como o ácido nítrico e o ácido oxálico, e produzem formaldeído como produto de decomposição. O pedido de patente japonesa 07-097271A revela uma composição ligante compreendendo uma cera de parafina e uma resina de acrilato para uso na moldagem por injecção com cerâmica em pó. O ligante é removido termica-mente. Contudo, quando o ligante é removido por aquecimento, a uma velocidade de 30°C por hora, formam-se fissuras e bolhas. O pedido de patente US-A-4.996.015 revela um método de produzir estruturas alveolares de cerâmica, adequadas para uso como estruturas de catalisador ou estruturas de veículo de catalisador. O método compreende a preparação de uma composição plástica de cerâmica misturando e amassando um material de cerâmica e um ligante orgânico com água e um mono-éter de polialquileno-glicol, extrudindo a composição para dentro de um molde verde, húmido, de uma estrutura alveolar com aberturas que a atravessam, fazendo passar ar, com uma humidade relativa de cerca de 90-70%, através das aberturas, de maneira a evaporar uma quantidade substancial de água, fazendo passar ar a temperaturas suficientes para evaporar o mono-éter de polialquileno-glicol do molde verde de maneira a produzir um molde seco e a calcinar o molde seco. O pedido de patente WO 92/22509 revela composições ligantes de cerâmica que são usadas em formulações cerâmicas para moldar peças de cerâmica. As composições ligantes são solutos de pelo menos um polímero, pelo menos um monómero reactivo, solvente e iniciador. Os solutos ligantes de cerâmica, quando combinados com materiais cerâmicos em bruto, produzem formulações exibindo propriedades de dobragem e de pegajosidade adequadas para moldar artigos com formas intrincadas utilizando técnicas convencionais de moldar. -4- Ο método da presente invenção proporciona uma velocidade de remoção térmica do ligante mais rápida do que os processos convencionais de remoção térmica do ligante, usando equipamento normalizado, sem os passos adicionais necessários na remoção de ligante por efeito de capilaridade ou por solventes, sem o uso de materiais catalíticos nocivos e com a redução ou eliminação da produção de formaldeído. Outra vantagem do método da presente invenção é a de permitir que a velocidade de remoção de ligante seja controlada por meio da selecção da composição do ligante. Este controlo minimiza quaisquer dos efeitos adversos do processo de remoção do ligante, sobre a forma ou sobre as dimensões da peça, incluindo a formação de fissuras e de bolhas.

As peças formadas por extrusão, ou por moldagem por injecção, de materiais de cerâmica são "peças verdes". As peças verdes são ainda submetidas a um processamento por cozedura, de acordo com métodos conhecidos dos especialistas na técnica. Ver, por exemplo, James S. Reed, "Principies of Ceramics Processing", John Wiley & Sons (1995). A cozedura envolve o aquecimento da peça até uma temperatura suficiente para "sinterizar", ou consolidar, a peça. Durante a cozedura, qualquer ligante residual é removido. As peças formadas de acordo com o método da presente invenção podem ser submetidas à cozedura de acordo com métodos conhecidos na técnica.

De acordo com um primeiro aspecto desta invenção, fomece-se um método de formar uma peça a partir de um ou mais materiais inorgânicos particulados compreendendo a formação de um material de alimentação pela mistura de um ou mais materiais inorgânicos particulados e de um ligante e formando uma peça a partir desse material de alimentação por moldagem por injecção, caracterizada pelo facto de: -5- ^--^ a) o ligante ser uma composição ligante formada pela mistura de um ligante primário e um ligante secundário; onde o referido ligante primário tem uma pressão de vapor de pelo menos 1 torr (133,3 Pa) à temperatura de decomposição do ligante secundário; b) o material de alimentação ser formado pela mistura da referida composição de ligante com um ou mais materiais inorgânicos particu-lados a uma temperatura superior ao ponto de fusão da referida composição de ligante; e c) a peça ser aquecida a uma velocidade de 0,5°C por minuto até 10°C por minuto.

Num modelo de realização deste aspecto da invenção o passo (c) completa-se em 12 horas.

Noutro modelo de realização deste aspecto da invenção, o passo (c) compreende ainda que se mantenha a temperatura máxima durante menos de 180 minutos.

Ainda noutro modelo de realização deste aspecto da invenção, o ligante primário é seleccionado a partir do grupo consistindo em: trimetilol-propano, di-trimetilolpropano, neopentil-glicol, penta-eritritol, e dipenta-eritritol.

Outro aspecto da presente invenção é um método para formar uma peça extrudida a partir de um ou mais materiais inorgânicos particulados, compreendendo a formação de um material de alimentação pela mistura de um ou mais materiais inorgânicos particulados e de um ligante e formando uma peça a partir do referido material de alimentação pela introdução doa referido material -6- de alimentação numa extrusora compreendendo uma fieira, forçando o referido material de alimentação através da fieira para formar um extrudido e permitindo que o extrudido endureça a temperatura ambiente, caracterizado pelo facto de: a) o ligante ser uma composição ligante formada pela mistura de um ligante primário e um ligante secundário, onde o referido ligante primário tem uma pressão de vapor de pelo menos 1 torr (133.3 Pa) à temperatura de decomposição do ligante secundário; b) o material de alimentação ser formado pela mistura da referida composição ligante com um ou mais materiais inorgânicos particulados, a uma temperatura superior à do ponto de fusão da referida composição ligante; c) a extrusora compreender um sem-fim e uma fieira; d) o extrudido ser formado pelo aquecimento do referido material de alimentação a uma temperatura suficiente para liquefazer o referido material de alimentação e forçar o referido material de alimentação através da fieira; e) a composição ligante ser removida da referida peça pelo aquecimento da peça a uma velocidade de 0,5°C por minuto a 10°C por minuto.

Outro aspecto da presente invenção é uma composição ligante para o fabrico de peças a partir de material inorgânico particulado, caracterizado pelo facto de a referida composição compreender: a) um ligante primário compreendendo um primeiro componente e um componente secundário onde o referido primeiro componente é seleccionado a partir do grupo consistindo em trimetilolpropano, di-trimetilol-propano, neo-pentil-glicol, penta-eritritol, e dipenta-eritritol; e o segundo componente é seleccionado a partir do grupo consistindo em: 1,2-dióis (C2-C20); 1,2-polióis (C3-C20); 1,3-dióis (C3-C20); 1,3-polióis (C4-C20); óxidos de alquileno (C2-C6); polímeros compreendendo, como unidades polimerizadas, óxidos de alquileno (C2-Q;), oligómeros de óxido de alquileno (C2-C6); éteres (C1-C4) de polímeros compreendendo, como unidades polimerizadas, óxidos de alquileno (C2-C6); éteres (C1-C4) de oligómeros de óxido de alquileno (C2-C6); poli(carbonatos de hidroxi-alquileno); e álcool polivinílico; e b) um ligante secundário seleccionado a partir do grupo consistindo em: homopolímeros e copolímeros acrílicos e metacrílicos, poliestireno, poli(acetato de vinilo), e poli(2-etil-2-oxazolina). A composição ligante usada no método da presente invenção é formada a partir de um ligante primário e um ligante secundário. O ligante primário e o ligante secundário têm diferentes pressões de vapor, o que lhes permite serem removidos da peça sequencialmente, de preferência a simultaneamente. Crê-se que a remoção do ligante primário cria passagens através dos quais o ligante secundário pode ser removido da peça sem criar fissuras nem bolhas na peça. Os ligantes são escolhidos de maneira que o ligante secundário se mantém na peça por tanto tempo quanto possível, durante a remoção do ligante primário, para manter a forma da peça. O ligante primário tem uma pressão de vapor de pelo menos 1 torr (133.3 PA) à temperatura de decomposição do ligante secundário. Para uma remoção ótima do ligante, à temperatura de decomposição do ligante secundário, o ligante primário tem, preferivelmente, uma pressão de vapor entre 10 e 1000 torr (1,3-130 kiloPascal, kPA), mais preferivelmente entre 100 e 600 torr (13-78 kPa) e, mais preferivelmente, entre 300 e 400 torr (39-52 kPa) à temperatura de decomposição do ligante secundário. Uma pressão de vapor demasiado alta ou demasiado baixa pode resultar num maior tempo necessário para a remoção de ligante. Preferivelmente, o ligante primário dissolve o ligante secundário a temperaturas de moldação típicas de cerca de 80°C a 200°C, mas forma uma fase separada a partir do ligante secundário a temperaturas acima dos 10°C e abaixo de cerca dos 80°C. O ligante primário utilizado no método desta invenção pode ter dois componentes. Quando o ligante primário tem dois componentes, o primeiro componente tem, preferivelmente, um sólido à temperatura ambiente de cerca de 25°C. O primeiro componente é, independentemente, seleccionado a partir de dióis e polióis tendo um peso molecular inferior a cerca de 300 como, por exemplo, trimetilolpropano, dimetilolpropano, di-trimetilolpropano, neopentil-glicol, penta-eritritol e dipenta-eritritol. A proporção do segundo componente do ligante primário para o primeiro componente do ligante primário é, preferivelmente, pelo menos de 1:20 e, mais preferivelmente, pelo menos de 1:10. O segundo componente do ligante primário usado no método desta invenção é, independentemente, seleccionado a partir do grupo consistindo em 1,2-dióis (C2-C2o); 1,2-polióis (C3-C20); 1,3-dióis (C3-C20); 1,3-polióis (C4-C20); óxidos de alquileno (C2-C6); polímeros compreendendo, como unidades polimerizadas, óxidos de alquileno (C2-C6), oligómeros de óxido de alquileno (C2-C6); éteres (C1-C4) de polímeros compreendendo, como unidadeades polimerizadas, óxidos de alquileno (C2-C6); éteres (C1-C4) de oligómeros de óxido de alquileno (C2-C6); policarbonatos de hidroxialquileno); e álcool polivinílico.

Exemplos de 1,3-dióis e polióis incluem: 1,3-propanodiol; 1,3-butanodiol; 2-metil-1,3-propanodiol; neopentil-glicol; 2,2-dietilpropanodiol; 2- etil-2-metilpropanodiol; 2-metil-2-propilpropanodiol; 2-etil-2-butilpropanodiol; 2,4,4-trimetil-3,5-pentanodiol; 2-etil-l,3-hexanodiol; trimetilolpropano; di-trimetilolpropano; penta-eritritol; di-penta-eritritol.

Também úteis são os derivados de 1,3-dióis incluindo trimetilolpropano-formal cíclico e éteres alílicos de trimetilolpropano.

Exemplos de 1,2-dióis incluem: etileno-glicol; propileno-glicol; 2,2-dimetil-3,4-butanodiol; e pinacol.

Exemplos de óxidos de alquileno incluem óxido de etileno e óxido de propileno.

Exemplos de polímeros compreendendo, como unidades polime-rizadas, óxidos de alquileno (C2-C6), também conhecidos como óxidos de polial-quileno, incluem: homopolímeros e copolímeros de óxido de etileno e polímeros de óxido de propileno.

Exemplos de poli(hidroxi-alquileno-carbonato)s incluem: poli[[oxi-carbonil(oxi))]-2,3-0-isopropildienotreítil] e poli[[oxicarbonil(oxi))]-l,4-treitil].

Oligómeros de óxidos de alquileno icluem oligómeros de etileno-glicol tendo um peso molecular não superior a 2000; e oligómeros de propileno-glicol tendo um peso molecular não superior a 2000. Exemplos destes oligómeros e éteres dos mesmos, úteis no método da presente invenção, incluem dipropileno-glicol; éter metílico de dipropileno-glicol; tripropileno-glicol; éter metílico de tripropileno-glicol; trietileno-glicol; éter metílico de trietileno-glicol; éter dimetílico de trietileno-glicol; tetra-etileno-glicol; éter metílico de tetra-etileno-glicol; e éter dimetílico de tetra-etileno-glicol. -10-

Num modelo de realização do método da presente invenção onde a peça é formada por moldagem por injecção, o segundo componente do ligante primário é seleccionado a partir do grupo consistindo em: 1,3-propanodiol; 1,3-butanodiol; 2-metil-l,3-propanodiol; neopentil-glicol; 2,2-dietilpropanodiol; 2-etil-2-metilpropanodiol; 2-metil-2-propilpropanodiol; 2-etil-2-butilpropanodiol; 2-4-dimetil-2,4-butanodiol; 2,4,4-trimetil-3,5-pentanodiol; 2-etil-l,3-hexano-diol; 3,3-dimetil-l,2-butanodiol; pinacol; 1,4-ciclohexanodiol; trimetilolpro-pano; di-trimetilolpropano; pentaeritritol; dipentaeritritol; trimetilolpropano-formal cíclico; éteres alílicos de trimetilolpropano; dipropileno-glicol; éter metílico de dipropileno-glicol; tripropileno-glicol; éter metílico de tripropileno-glicol; trietileno-glicol; éter metílico de trietileno-glicol; éter dimetílico de trietileno-glicol; tetra-etileno-glicol; éter metílico de tetra-etileno-glicol; e éter dimetílico de tetra-etileno-glicol. O ligante secundário usado no método da presente invenção pode ser qualquer polímero conhecido na técnica para uso na moldagem por injecção. Estes polímeros podem ser polímeros ou polímeros termo-endurecidos. São exemplos os homopolímeros e copolímeros acrílicos e metacrílicos, poli-estireno e seus copolímeros, poli(vinil-acetato) e seus copolímeros; e poli(2-etil-2-oxa-zolina). Particularmente úteis são os homopolímeros e copolímeros compreendendo, como unidades polimerizadas: metacrilato de metilo, acrilato de etilo, metacrilato de isobutilo, metacrilato de butil terciário-aminoetilo, ácido acrílico, e ácido metacrílico.

Num modelo de realização do método da presente invenção onde a peça é formada por moldagem por injecção, o ligante secundário é seleccionado a partir do grupo consistindo em: homopolímeros e copolímeros acrílicos e metacrílicos, poli-estireno, poli(vinil-acetato), e poli(2-etil-2-oxazolina). - 11 -

No método da presente invenção, a proporção em peso do total de material ligante primário para material de ligante secundário na composição ligante é, preferivelmente, de 10:1 ou menos, mais preferivelmente de 5:1 ou menos e, o mais preferivelmente, de 3:1 ou menos. O método da presente invenção é útil com materiais particulados incluindo cerâmicas, metais e cermets que são compósitos de cerâmica e metal. Os materiais de cerâmica para os quais este método é útil incluem as cerâmicas de óxidos e as cerâmicas de não-óxidos. Podem ser usadas misturas de cerâmicas.

As cerâmicas de óxidos incluem alumina, titânia, sílica, porcelana, titanato de bário, argila, sialon, zircónia; e óxidos de estanho, chumbo, ruténio, tungsténio, ítrio, níquel, magnésio e cálcio. As cerâmicas de não-óxidos incluem nitreto de silício, carboneto de silício, nitreto de alumínio, nitreto de zircónio, brometo de zircónio, nitreto de titânio, carboneto de titânio, boreto de titânio, nitreto de boro, carboneto de boro, carboneto de tungsténio, boreto de tungsténio.

Os cermets incluem níquel-carboneto de titânio, silício-carboneto de silício, óxido de alumínio-crómio, carboneto de tungsténio-cobalto.

Os metais para os quais o presente método é útil incluem: ferro; aço, incluindo aços de carbono, aços inoxidáveis, e aços endurecidos por precipitação; níquel, tungsténio. A quantidade de material particulado usado para formar uma peça no método da presente invenção é de pelo menos 40 volumes por cento da mistura total, preferivelmente entre 50 e 80 e, mais preferivelmente, entre 55 e 70 volumes por cento. - 12- - 12-

De acordo com o método da presente invenção, os materiais podem ser misturados por métodos convencionais usados para as misturas de cerâmica e de outros materiais inorgânicos particulados. Por exemplo, uma amassadeira de pressão, como um reómetro de torção de Haake, pode ser usada para misturar a composição ligante com um ou mais materiais inorgânicos particulados. A mistura da composição ligante com o material inorgânico particulado faz-se a uma temperatura acima do ponto de fusão da composição ligante. Antes de misturar a composição ligante com o material inorgânico particulado, os componentes ligantes podem ser misturados em conjunto, por exemplo, numa caldeira. A mistura dos componentes ligantes faz-se, preferivelmente, a uma temperatura a que a mistura esteja fluida. Altemativamente, todos os componentes do ligante e o material inorgânico particulado podem ser misturados simultaneamente.

Outros componentes opcionais podem ser adicionados à composição ligante, como é do conhecimento dos especialistas na técnica. Exemplos de materiais opcionais incluem lubrificantes e dispersantes. Estes materiais são conhecidos na técnica e são tipicamente usados a níveis de 0,1 por cento a 10 por cento em peso baseado no peso do material inorgânico particulado. Os materiais típicos usados como lubrificantes e dispersantes incluem ácido esteárico, ácido oleico, ácido palmítico, estearato de zinco, estearato de cálcio, estearato de lítio, bi-estearamida de etileno e polietileno. A mistura de composição ligante e de material particulado pode ser usada como material de alimentação para formar uma peça por moldagem por injecção. A temperatura e a pressão necessárias na moldagem por injecção são determinadas pela composição do material de alimentação e pela forma da peça que deverá ser formada. A seguir à formação da forma desejada por moldagem, deixa-se a peça formada arrefecer até o material particulado e a composição - 13- ligante terem endurecido. O tempo necessário ao endurecimento depende da composição do material de alimentação, da forma e do tamanho da peça, e das condições de moldação. Tipicamente, o endurecimento requer cerca de um minuto ou menos.

Depois da peça ter arrefecido e endurecido, o ligante é removido. A remoção do ligante é efectuada em dois passos. O processo, ou "programa", depende da composição do material de alimentação, do tamanho e da forma da peça, e do forno usado para o aquecimento. Num programa de remoção de ligante típico, de acordo com o método da presente invenção, uma peça é aquecida a uma velocidade entre cerca de l°C/minuto e cerca de 5°C/minuto, até uma temperatura de cerca de 110 a 200°C, mantida a essa temperatura durante 30 a 180 minutos e, então, aquecida a uma velocidade de cerca de l°C/minuto até uma temperatura de cerca de 250°C e mantida a essa temperatura durante cerca de 30 minutos a cerca de 180 minutos. A velocidade de aquecimento quer no primeiro quer no segundo passo, ou em ambos os passos, pode atingir cerca de 10°C, dependendo da composição ligante, do material inorgânico particulado e das dimensões da peça. Para algumas composições, pode ser desejável aquecer a peça a uma velocidade tão lenta quanto 0,5°C por minuto num ou em ambos dos passos de aquecimento. Geralmente, a seguir à remoção de ligante, o peso da peça foi reduzido em, pelo menos, 90 por cento do peso inicial de ligante primário. A redução de 90 por cento ocorre, tipicamente, dentro de cerca de 12 horas ou menos, em certos casos cerca de 7 horas ou menos.

Altemativamente, o material de alimentação pode ser usado para formar peças a partir de material inorgânico particulado por extrusão. Podem ser usadas as extrusoras normalizadas conhecidas na técnica. O material de alimentação é preparado como atrás se descreveu e alimentado numa extrusora. O tempo de residência na extrusora é determinado - 14- r pela velocidade do sem-fim e pelas dimensões do sem-fim. E produzido um extrudido que se deixa endurecer a temperatura ambiente. O extrudido pode, opcionalmente, ser cortado ou metido na máquina para formar peças. A seguir à formação de peças extrudidas, a remoção de ligante pode ser efectuada como aqui descrita para desaglutinar peças moldadas por injecção. A execução da peça na máquina também pode, opcionalmente, ser feita depois da remoção de ligante. As peças formadas por extrusão de acordo com o método da presente invenção são mais fortes do que as que são preparadas pela extrusão de peças de cerâmica e de metal usando metilcelulose e água para formar um ligante.

Os exemplos que se seguem são fornecidos a título de ilustração do método da presente invenção.

Exemplo 1

Moldagem por injecção de peças de alumina usando ligante de trimetilolpro-pano/trímero de propileno-glicol/poli(metil-metacrilato)

Um ligante foi preparado como segue: Adicionou-se trimetilol-propano (TMP), (435,1 g), a trímero de propileno-glicol (435,3 g) a 55°C e foi agitado até dissolver. O soluto foi aquecido até 160°C e adicionou-se poli(metil-metacrilato), PMMA (435,3 g, Rohm e Haas HT-100) com agitação, durante três horas. Depois de todo o PMMA se ter dissolvido, adicionou-se ácido esteárico (68,7 g). Quando o ácido esteárico se dissolveu, o soluto ligante foi vertido em tinas de alumínio para arrefecer.

Depois de o soluto ter arrefecido, um material de alimentação foi formada por meio de processamento num reómetro de torção (Haake Mess-Technik GmbH u.Co.) série Rheocord 900, "Haake Rheocord"). O Haake Rheocord foi equipado com rotores "tipo rolamento" (modelo No. 557-1034). A unidade foi pré-aquecida até 120°C e os rotores arrancaram a 200 rpm. Alumina (648,8 g; ALCOA 3000) e ligante como atrás preparado (88,8 g) foram gradualmente adicionados alternadamente, a um litro de cada vez, durante cerca de 5 minutos. A alumina e o ligante foram misturados durante 30 minutos. A mistura foi descarregada a partir do reómetro. Depois da mistura ter arrefecido a temperatura ambiente, o tamanho de partícula foi reduzido pela utilização de um moinho triturador de laboratório (Modelo 4E da Staub Co.) para preparar a moldagem por injecção. O material de alimentação foi usado para moldar barras de tensão numa máquina de moldagem por injecção modelo Arburg 270C-300-80 sob as seguintes condições: temperatura de fusão, 120-160°C, temperatura do molde, 35°C, velocidade de injecção, 25-50 mm/s, velocidade do sem-fim, 200 rpm, pressão traseira, 10 bar (1 kPa)1. A pressão de injecção resultante era de 280 bar (28 kPa) e a pressão na cavidade era de 100 bar (10 kPa).

As barras de tensão foram submetidas a remoção de ligante num forno de ar forçado por meio de aquecimento a l°C/min. até 110°C, mantendo a 110°C durante 90 minutos e arrefecendo então. As barras foram sinterizadas por meio de aquecimento a 5°C/min. até 1700°C. As barras sinterizadas não apresentavam quaisquer bolhas ou fissuras.

Exemplo 2

Moldagem por injecção de peças de alumina usando ligante de trimetilolpropano/tetraglima/poli(metil-metacrilato)

Dissolveu-se TMP (899,9 g) em tetraglima (TG), (100,1 g), a 80°C 1 A pressão foi medida em bar. Factor de conversão usado: 1 bar = 100.000 Pa. 1 Pa é igualai - 16- com agitação. O soluto foi aquecido até 160°C e adicionou-se poli(metilme-tacrilato), PMMA (500,0 g, Rohm e Haas HT-100) com agitação, durante três horas. Depois de todo o PMMA estar dissolvido, adicionou-se ácido esteárico (79,0 g). Quando o ácido esteárico se dissolveu, o soluto foi vertido em tinas de alumínio para arrefecer.

Depois de o soluto ter arrefecido, formou-se um material de alimentação utilizando um reómetro de torção ((Haake Mess-technik GmbH u.Co.) série Rheocord 900, "Haake Rheocord"). O Rheocord Haake foi equipado com rotores "tipo rolamento" (modelo No. 557-1034). A unidade foi pré-aquecida até 120°C e os rotores arrancaram a 200 rpm. Alumina (648,8 g; ALCOA 3000) e ligante como atrás preparado (88,8 g) foram gradualmente adicionados alternadamente, a um litro de cada vez, durante cerca de 5 minutos. A alumina e o ligante foram misturados durante 30 minutos. A mistura foi descarregada do reómetro. Depois da mistura ter arrefecido até temperatura ambiente, o tamanho de partículas foi reduzido pela utilização de um moinho triturador de laboratório (Modelo 4E da Staub Co.) para ser moldada por injecção.

Exemplo 3

Extrusão de alumina usando ligante de trimetilolpropano/tetraglima/poli(metil-metacrilato)

Preparou-se um material de alimentação a partir de 53 volumes por cento de alumina e de um ligante que era (TMP/TG):PM-MA (Rohm e Haas HT-100) a 2:1. A proporção em peso de TMP:TG era de 9:1. O material de alimentação foi introduzido numa extrusora de um único sem-fim tendo uma proporção de comprimento/diâmetro (L/D) de 25:1. O sem-fim utilizou uma proporção de compressão de 2,5:1. A extrusora utilizou quatro zonas de aquecimento independentes e as temperaturas das zonas eram de: - 17- 120oC/120°C/125oC/130°C. O tempo de residência na extrusora foi de 2 minutos. Foram produzidas varetas de dois milímetros. Similarmente, foram produzidas varetas de 20 milímetros usando o mesmo material de alimentação e as mesmas condições. O extrudido emergiu da fieira num estado semi-rígido e endureceu dentro de alguns segundos.

Exemplo 4

Extrusão de aço inoxidável usando ligante de trimetilolpropano/tetraglima/poli(metil-metacrilato)

Foi preparado uma material de alimentação a partir de 63 v/o 316L de aço inoxidável e um ligante que era de (TMMP/TG):PMMA (Rohm e Haas HT-100) a 2:1. A proporção em peso de TMP:TG era de 9:1. O material de alimentação foi introduzido numa extrusora de um único sem-fim de 22 mm tendo uma proporção de comprimento/diâmetro (L/D) de 25:1. A extrusora utilizou quatro zonas de aquecimento independentes e as temperaturas das zonas eram de: 120oC/120°C/125oC/130°C. O tempo de residência na extrusora foi de 2 minutos. Foram produzidas varetas de dois milímetros. Similarmente, foram produzidas varetas de 20 milímetros usando o mesmo material de alimentação e as mesmas condições. O extrudido emergiu da fieira num estado semi-rígido e endureceu dentro de alguns segundos.

Lisboa, 31 de Março de 2000

Agente Oficial da Propriedade Industrial RUA VICTOR CORDON, 14 1200 LISBOA

Claims

REIVINDICAÇÕES 1. Um método para formar uma peça a partir de um ou mais materiais inorgânicos particulados compreendendo a formação de um material de alimentação misturando um ou mais materiais inorgânicos particulados e um ligante, e formando uma peça a partir do referido material de alimentação por moldagem por injecção, caracterizado pelo facto de: a) o ligante ser uma composição ligante formada pela mistura de um ligante primário e um ligante secundário; onde o referido ligante primário tem uma pressão de vapor de pelo menos 1 torr (133,3 Pa) à temperatura de decomposição do ligante secundário; b) o material de alimentação ser formado pela mistura da referida composição ligante com o material ou materiais inorgânico(s) parti-culado(s) a uma temperatura superior ao ponto de fusão da referida composição ligante; e c) a peça ser aquecida a uma velocidade entre 0,5°C por minuto até 10°C por minuto.
2. O método de reivindicação 1, em que o passo de formação de uma composição ligante compreende ainda a adição de um material ou mais seleccionados a partir do grupo consistindo em lubrificantes e dispersantes.
3. O método de reivindicação 1 ou 2, em que o ligante primário é seleccionado a partir do grupo consistindo em: trimetilolpropano, di-trimetilolpropano, neopentil-glicol, penta-eritritol, e dipenta-eritritol. -2-
4. O método de reivindicação 1 ou 2, em que o ligante primário compreende dois componentes.
5. O método de reivindicação 4, em que o primeiro dos referidos dois componentes é seleccionado a partir do grupo consistindo em: trimetilolpropano, di-trimetilolpropano, neopentil-glicol, penta-eritritol, e dipen-ta-eritritol.
6. O método de reivindicação 4 ou 5, em que o segundo dos referidos dois componentes é seleccionado a partir do grupo consistindo em: 1,2-dióis (C2-C20); 1,2-polióis (C3-C20); 1,3-dióis (C3-C2o); 1,3-polióis (C4-C20); óxidos de alquileno (C2-C<5); óxidos de alquileno (C2-C6); polímeros compreendendo, como unidades polimerizadas, óxidos de alquileno (C2-C6); oligómeros de óxido de alquileno (C2-C6); éteres de polímeros (Q-C4) compreendendo, como unidades polimerizadas, óxidos de alquileno (C2-C6); éteres (Cr C4) de oligómeros de óxido de alquileno (Q-Cô); poli(carbonatos de hidroxialquileno); e álcool polivinílico.
7. O método de reivindicação 4 ou 5, em que o segundo dos referidos dois componentes é seleccionado a partir do grupo consistindo em: 1,3-propanodiol; 1,3-butanodiol; 2-metil-l,3-propanodiol; neopentil-glicol; 2,2-di-etilpropanodiol; 2-etil-2-metilpropanodiol; 2-metil-2-propilpropanodiol; 2-etil-2-butilpropanodiol; 2,4-dimetil-2,4-butanodiol; 2,4,4-trimetil-3,5-pentanodiol; 2-etil-l,3-hexanodiol; 3,3-dimetil-l,2-butanodiol; pinacol; 1,4-ciclo-hexano-diol; trimetilolpropano; di-trimetilolpropano; penta-eritritol; di-penta-eritritol; trimetilolpropano-formal cíclico; éteres alílicos de trimetilolpropano; dipro-pileno-glicol; éter metílico de dipropileno-glicol; tripropileno-glicol; éter metílico de tripropileno-glicol; trietileno-glicol; éter metílico de trietileno-glicol; -3- éter dimetílico de trietileno-glicol; tetra-etileno-glicol; éter metílico de tetra-etileno-glicol; e éter dimetílico de tetra-etileno-glicol.
8. O método de qualquer das reivindicações 1 a 7, em que o ligante secundário é seleccionado a partir do grupo consistindo em: homo-polímeros e copolímeros acrílicos e metacrílicos, poli-estireno, poli(vinil-acetato), e poli(2-etil-2-oxazolina).
9. O método de qualquer das reivindicações 1 a 7, em que o ligante secundário é seleccionado a partir do grupo consistindo em: polímeros compreendendo, como unidades polimerizadas: metacrilato de metilo, acrilato de etilo, metacrilato de isobutilo, metacrilato de butil terciário-aminoetilo, ácido acrílico e ácido metacrílico.
10. O método de qualquer das reivindicações 1 a 9, em que a proporção em peso do total de material ligante primário para o material ligante secundário na composição ligante é de 10:1 ou menos.
11. O método de qualquer das reivindicação 1 a 10, em que a quantidade de material particulado usado para formar uma peça é de, pelo menos, 40 volumes por cento da mistura total.
12. O método de qualquer das reivindicações 1 a 11, em que o material inorgânico particulado é seleccionado a partir do grupo consistindo em cerâmicas, metais e cermets.
13. O método de qualquer das reivindicações 1 a 12, em que o aquecimento no passo (c) se completa em 12 horas. -4-
14. O método de qualquer das reivindicações 1 a 13, compreendendo ainda no passo (c), a manutenção da temperatura máxima durante menos de 180 minutos.
15. Uma composição ligante para o fabrico de peças a partir de material inorgânico particulado, caracterizado pelo facto de a referida composição compreender: a) um ligante primário compreendendo um primeiro componente e um segundo componente, onde o referido primeiro componente é selec-cionado a partir do grupo consistindo em: trimetilolpropao, di-trimetilolpropano, neopentil-glicol, penta-eritritol e dipenta-eritritol; e o segundo componente é seleccionado a partir do grupo consistindo em: 1,2-dióis (C2-C20); 1,2-polióis (C3-C20); 1,3-dióis (C3-Q0); 1,3-polióis (C4-C2o); óxidos de alquileno (C2-C6); polímeros compreendendo, como unidades polimerizadas, óxidos de alquileno (C2-Cô); oligómeros de óxido de alquileno (C2-C6); éteres de polímeros (C1-C4) compreendendo, como unidades polimerizadas, óxidos de alquileno (C2-Có); éteres (C1-C4) de oligómeros de óxido de alquileno (C2-C6); poli(carbonatos de hidroxialquileno); e álcool polivinílico; e b) um ligante secundário seleccionado a partir do grupo consistindo em; homopolímeros e copolímeros acrílicos e metacrílicos e copolímeros, poli-estireno, poli(vinil acetato), e poli(2-etil-2-oxazolina).
16. Um método para formar uma peça extrudida a partir de um ou mais materiais inorgânicos particulados compreendendo a formação de um material de alimentação pela mistura de um ou mais materiais inorgânicos particulados e de um ligante, e formação de uma peça a partir do referido material de alimentação introduzindo o referido material de alimentação numa -5- extrusora compreendendo uma fieira, forçando o referido material de alimentação através da fieira para formar um extrudido, e permitindo que o extrudido endureça a temperatura ambiente, caracterizado pelo facto de: a) o ligante ser uma composição ligante formada pela mistura de um ligante primário e um ligante secundário, onde o referido ligante primário tem uma pressão de vapor de pelo menos 1 torr (133,3 Pa) à temperatura de decomposição do ligante secundário; b) o material de alimentação ser formado pela mistura da referida composição ligante com um ou mais materiais inorgânicos particulados a uma temperatura acima do ponto de fusão da referida composição ligante; e c) a extrusora compreender um sem-fim e uma fieira; d) o extrudido ser formado pelo aquecimento do material de alimentação a uma temperatura suficiente para liquefazer o material de alimentação e forçar o material de alimentação através da fieira; e e) a composição ligante ser removida da referida peça por meio do aquecimento da peça a uma velocidade de cerca de 1°C por minuto a 10°C por minuto. Lisboa, 31 de Março de 2000

Agente Oficial da Propriedade Industrial RUÁ VICTOR CORDON, 14 1200 LISBOA