專利名稱：成型陶瓷放電容器和除去模芯的裝置、方法和芯的制作方法
技術領域：
本發明涉及諸如用于金屬鹵化物燈電弧放電容器的陶瓷容器的制備。如圖1所示，用于金屬鹵化物燈的陶瓷容器10具有中空的中間部分12，并具有從中間部分延伸的兩個中空毛細管14。在電弧放電容器中，中空的中間部分12是電弧放電室，毛細管14密封地接受延伸到電弧放電室的電極。在燈中，容器10由透明或半透明的陶瓷材料如氧化鋁或氧氮化鋁制成。
背景技術：
成型這種容器的普通方法是由幾個單獨部分形成該容器。例如，在需要多次燒結的過程中，通過3到5個單獨陶瓷件的組裝，可將圓柱中心部分與兩個毛細管的端部分連接。
在燈中，容器形狀是燈性能中的因素。一種改進是具有橢圓形狀的“凸出”設計，例如由短的圓柱部分分開的兩個半球。上述的普通方法不適合于制備這種容器形狀。凸出容器由兩件套的注入成型過程制備，在該過程中兩半部分分別模制，然后焊接在一起，例如，如Zaslavsky等人的美國專利No.6,620,272。雖然通常由這種方法生產的容器是可接受的，但它們具有如圖1所示的可見的中心接縫5。
成型整體容器的另一個已知的方法是使用熱塑性材料的芯的凝膠鑄造方法，該芯通過熔融除去。在這種方法中，將液體懸浮液加入到外模和模芯間的空間。液體懸浮液包括懸浮在含有交聯化學試劑的液體介質中的陶瓷粉末。在注模前將活化劑或催化劑加入到液體懸浮液中以引發交聯過程，并且懸浮液在交聯的完成中固化。從外模中移走成形的容器，然后加熱以熔融模芯并通過在容器壁上的開口排出容器。
這種方法的問題是交聯形成容器所需要的滯留時間根據材料的選擇從幾分鐘到幾小時變化。較長的滯留時間對于大規模生產需要更多的模具和更多空間。
發明內容
本發明的目的在于避免現有技術的不足。
為此，本發明提供新的成型單件中空陶瓷容器的方法，用于成型容器的模制的芯和裝置，和用于從模制的容器中除去芯的裝置，其中用于限定容器中空室的模制芯是壓制的、水溶性粉末，由水沖洗出容器。
本發明的另一個目的在于提供新的成型陶瓷容器的方法包括壓制水溶性粉末；在模具中懸掛壓制粉末的模型；向模具中注入陶瓷成型混合物形成放電容器；并通過用水沖洗容器溶解壓制粉末模型的步驟。
本發明的另一個目的在于提供用于成型具有放電室和兩個毛細管的電弧放電容器的新的芯，其中芯包括具有放電室形狀的水溶性粉末的模制芯，和從模制芯延伸的兩個毛細管形成用針。
本發明的另一個目的在于提供新的用于成型陶瓷容器的裝置，包括含有壓制粉末模型的外模。
考慮以下附圖和優選實施方案的描述，本發明的這些和其它的目的和優點對本發明領域的技術人員是顯而易見的。
圖1是現有技術陶瓷容器的剖面圖。
圖2是本發明優選模制芯的剖面圖。
圖3是模制陶瓷容器的剖面圖，說明使用本發明模制芯用于成型容器的另一方法和裝置。
圖4是提供用于溶解本發明模制芯的水的蓄水池的圖示。
具體實施例方式
現在參考附圖2和3，本發明包括新的成型具有中空室22的陶瓷容器20的方法、用于制造容器20的模制芯24，和用于成型容器20的裝置(如圖3所示)。用于限定容器20的中空室22的模制芯24是壓制的、水溶性粉末，由水沖洗出容器。通常，適合于本發明的粉末包括那些水溶性的、在高于形成容器的注入的陶瓷成型混合物的溫度下是熔融的、并且在注入成型過程中保持它們形狀的粉末。更具體的，壓制的粉末的熔點應高于作為陶瓷成型混合物主要成分的聚合物和/或蠟的熔點以避免在容器成型過程中熔化模制芯24的表面。
典型的陶瓷成型混合物包括混合有蠟粘結劑或其它熱塑性材料的氧化鋁粉末。在陶瓷成型混合物中的組分，特別是有機物，不應該溶解模制芯或引起模制芯表面的凹痕或粗糙。另外，模制芯應具有足夠的強度以承受注入成型過程的壓力以避免破碎、腐蝕和破裂。形成模制芯24的可除去的水溶性粉末理想的是低成本的，因為粉末優選使用一次并且容易成型為理想的具有適當的表面光潔度(最小限度的接縫或毛邊)的芯幾何形狀。合適的粉末包括淀粉、蔗糖、乳糖、果糖、山梨糖醇、甘露醇、葡萄糖結合劑和聚乙二醇蠟粉末。
一旦壓制成限定容器中空室的形狀，水溶性粉末可具有1.2到1.6gm/cc的密度和1到6N/mm2的徑向抗壓強度。這些值由直徑約13mm、高約5到6mm的測試片在5000磅負荷下壓制測得。在這些密度和強度范圍之外的值也是可以接受的，只要壓制的粉末在使用中保持它的形狀并且可用水溶解。市售粉末的顆粒尺寸通常是可接受的(典型的中值粒徑小于幾百微米)，例如，在制藥產品中使用的市售的賦形劑。
水溶性的、在高于注入陶瓷成型混合物溫度下是熔化的、在使用過程中保持其形狀的適合的市售粉末的例子包括PharmaTMDC 93000直接可壓縮的淀粉、SorbogemTM山梨糖醇、SorbidexTM山梨糖醇、CarbowaxTM8000聚乙二醇蠟粉末、EmdexTM葡萄糖結合劑、DiPacTM糖、SugarTabTM糖、MannogemTM甘露醇和DCLTM11或15乳糖。
可將潤滑劑或脫模劑加入到粉末中或壓制模具表面的芯中，以提高壓實性并且從模具中脫模。當形成電弧放電容器時，在一些制藥片劑壓制(0.25到1.0重量％)中使用的硬脂酸鎂適合于本發明。硬脂酸和其它相似的潤滑劑也是可接受的。一些例如山梨糖醇、聚乙二醇和淀粉的材料，在沒有添加劑時也很好脫模，然而其它例如甘露醇、葡萄糖結合劑和糖，當通過浸漬在硬脂酸的甲醇飽和溶液中，在工具上涂覆硬脂酸脫模劑層時，更好脫模。
當選擇使用的產品時，溶解形成模制芯24的壓制粉末的模型所需要的時間是要考慮的因素。較長的溶解時間意味著需要更多的芯的溶解位置(dissolving station)和每個單元更長的制備時間。例如，測試表明，當粉末是SorbogemTM山梨糖醇、SorbidexTM山梨糖醇或EmdexTM葡萄糖結合劑時，用于150瓦特的電弧放電容器的壓制粉末的模制芯在少于10分鐘內溶解，而由CarbowaxTM8000聚乙二醇蠟粉末制得的模制芯需約25分鐘溶解。
另一個考慮因素是溶解的模制芯是否會在容器內表面留下污染殘余物或以其它方式污染容器的陶瓷。在電弧放電容器中，在電弧放電室內的化學物質是重要的，污染物的引入可改變管中發出光的性質。污染物通過在燒結容器時摻雜到陶瓷中也可影響陶瓷的性能，例如強度或半透明度。例如，當硬脂酸鎂作為潤滑劑時在容器內表面殘留少量的鎂。然而，在多晶氧化鋁放電容器中，鎂是常用的摻雜物，這不會構成這種容器的污染物。硬脂酸潤滑劑不會留下無機殘余物。
在溶解中膨脹(例如那些快速溶解的粉末)或釋放氣體(例如釋放CO2的抗酸的粉末)的粉末應避免，因為這些粉末會損害模制容器，或在后者的情況下，在試圖溶解模制芯時限制流入容器的水流。
再次參考附圖2和3，用于成型陶瓷容器20的方法和裝置包括步驟將水溶性粉末壓制成容器放電室的形狀；在外模26中懸掛壓制粉末的模型(模制芯24)；向外模26中注入陶瓷成型混合物28形成放電容器20；和優選通過用水沖洗容器20來溶解壓制粉末模型(模制芯24)。如圖2所示，模制芯24優選具有貫穿的孔32以促進壓制粉末的溶解。可以在模制芯壓制中通過使用調整壓力工具或模具來形成孔32，或可通過鉆孔后形成孔。
如圖3所示，該方法也可包括步驟在形成模制芯24的壓制粉末模型中插入針30以方便將模制芯24懸掛在外模26中。針30也可用于限定從容器延伸的毛細管(如圖1中毛細管14)的內徑。可在模制芯24相對兩側用于兩個針的凹槽內設置針30。孔32的兩端可形成用于接受針30的凹槽。
外模26是分開的用具，具有上面33和下面35部件的主體，允許移走模制容器。分模線的定位并不關鍵。例如，成型用具分模線能沿著容器的長度方向或環繞主體最大直徑定位。當使用針30形成毛細管時，在針抽出過程中通過在用于支撐毛細管端的模具中加入脫模板36可方便針30從毛細管的移走。在針抽出過程中脫模板釋放毛細管張力以避免在與容器主體連接處折斷毛細管。針30可安裝在回縮板38上以方便成型后的針的抽出。陶瓷成型混合物通過墊板25上的口31注入模具。
在形成模制容器后，壓制粉末的模型可通過移走針30；然后通過孔32沖洗水來溶解壓制的粉末的模型。貫穿壓制粉末模型的孔32通過促進水的沖洗提高了粉末的溶解速度。孔的直徑不是關鍵，但理想的是足夠大到允許水流過，并且理想的是小于或等于針的直徑(已經發現0.028英寸直徑的孔是適合的)。
如圖4所示，在優選的方法中，在水溶解模制芯24的步驟可以通過將仍然含有模制芯24的模制容器20(剖面圖中所示的最左邊容器)浸入到蓄水池40中來完成，蓄水池40在低于水52的水平面的蓄水池40下面部分具有開口46。在這個實施方案中，模制容器由插入開口46的第一毛細管14a定位，并與蓄水池40外部聯系。蓄水池40中的水進入浸沒在蓄水池水中的第二毛細管14b以至于水流經模制芯24的孔32，并攜帶溶解的粉末從第一毛細管14a排出到容器50，如圖4箭頭所示。可在開口46處設置密封件44，例如O型或其它墊圈類型，以密封模制容器20。蓄水池40還可接受多個容器20。
每個容器適合的水流速度是約每分鐘1升。水可再返回蓄水池進行再循環直到對溶解的粉末飽和。可以加熱水以提高粉末去除速度，盡管高溫(例如高于40℃)可對模制容器有不利影響。為了提高通過模制容器20的水流，容器50可與蓄水池40成對使用并與真空源44連接，從而對第一毛細管14a抽真空。
可使用其它的溶解和沖洗粉末的方法，例如容器的靜態浸沒或重復的浸漬，但發現這些方法并沒有上述使用蓄水池通過模制芯中的孔沖水的方法有效。
在從容器中去除模制芯后，容器的進一步處理可以是常規的。例如，與其它陶瓷容器使用的相似的去粘結劑、預燒和最終燒結步驟。除非有相反的說明，本文中的陶瓷放電容器指的是未處理狀態也就是在粘結和燒結前的模制陶瓷容器，。
盡管在前面說明書和附圖中已經描述了本發明的實施方案，但應該理解為根據說明書和附圖，本發明由以下權利要求書限定。
權利要求
1.一種成型陶瓷容器的方法，包括步驟(a)將水溶性粉末壓制成容器的室的形狀；(b))在外模中懸掛壓制粉末的模型；(c)向外模中注入陶瓷成型混合物以成型容器；和(d)通過用水沖洗模制容器來溶解壓制粉末的模型。
2.如權利要求1的方法，其中步驟(a)還包括形成完全貫穿壓制粉末模型的孔，和溶解步驟(d)包括通過該孔沖水以溶解壓制粉末的模型。
3.如權利要求2的方法，其中溶解步驟(d)還包括在蓄水池中浸沒模制容器的步驟，通過孔的與蓄水池外聯系的第一端，使蓄水池中水進入浸沒在蓄水池水中的孔的第二端以至水從孔第二端流入并攜帶溶解的粉末從第一端排出。
4.如權利要求1的方法，其中水溶性粉末選自淀粉、蔗糖、乳糖、果糖、山梨糖醇、甘露醇、葡萄糖結合劑和聚乙二醇蠟。
5.如權利要求1的方法，其中壓制粉末模型具有1.2到1.6gm/cc的密度。
6.如權利要求1的方法，其中壓制粉末模型具有1到6N/mm2的徑向抗壓強度。
7.一種成型陶瓷電弧放電容器的方法，包括步驟(a)通過將水溶性粉末壓制成容器電弧放電室的形狀來形成模制芯；(b)在外模中懸掛模制芯和兩個毛細管形成用針；(c)通過向外模中注入陶瓷成型混合物以形成室和兩個毛細管；(d)從毛細管中取出針；和(e)通過用水沖洗模制容器來溶解模制芯。
8.如權利要求7的方法，其中模制芯具有貫穿的孔，并且毛細管形成用針各自插入孔的一端，和溶解步驟(e)包括通過孔沖水以溶解模制芯。
9.如權利要求8的方法，其中溶解步驟(e)還包括在蓄水池中浸沒容器的步驟，該容器具有從蓄水池下面部分開口延伸的第一毛細管，并使蓄水池中水進入浸沒在蓄水池水中的第二毛細管以至水從孔第二毛細管流入并攜帶溶解的模制芯從第一毛細管排出。
10.如權利要求7的方法，其中水溶性粉末選自淀粉、蔗糖、乳糖、果糖、山梨糖醇、甘露醇、葡萄糖結合劑和聚乙二醇蠟。
11.如權利要求9的方法，其中溶解步驟(e)還包括對第一毛細管應用真空源。
12.如權利要求11的方法，其中水溶性粉末選自淀粉、蔗糖、乳糖、果糖、山梨糖醇、甘露醇、葡萄糖結合劑、和聚乙二醇蠟。
13.一種用于成型具有放電室的陶瓷放電容器的芯，芯包括壓制的模制芯、水溶性粉末，所述的模制芯具有放電室的形狀。
14.如權利要求13的芯，還包括兩個從模制芯延伸的的毛細管形成用針。
15.如權利要求13的芯，其中所述水溶性粉末選自淀粉、蔗糖、乳糖、果糖、山梨糖醇、甘露醇、葡萄糖結合劑和聚乙二醇蠟。
16.如權利要求13的芯，其中所述的模制芯具有1.2到1.6gm/cc的密度。
17.如權利要求13的芯，其中所述的模制芯具有1到6N/mm2的徑向抗壓強度。
18.如權利要求13的芯，其中模制的芯具有貫穿的孔。
19.如權利要求18的芯，還包括兩個從模制芯延伸的毛細管形成用針。
20.一種用于從具有兩個毛細管的模制陶瓷放電容器中除去具有貫穿孔的水溶性芯的裝置，裝置包括在下面部分具有開口的蓄水池、適合接收第一毛細管的開口和在蓄水池中足以浸沒第二毛細管并使水流經該孔并溶解水溶性芯的水。
21.如權利要求20的裝置，其中容器與蓄水池下面部分成對使用，和真空源與容器連接。
22.如權利要求21的裝置，其中開口具有用于密封模制容器的密封件。
23.如權利要求20的裝置，其中蓄水池具有多個開口，每個開口適合接收模制容器的第一毛細管。
全文摘要
成型陶瓷容器的方法，包括壓制水溶性粉末、在模中懸掛壓制粉末的模型、向模中注入陶瓷成型混合物、和通過用水沖洗模制容器來溶解壓制的粉末。用于制備具有放電室和兩個毛細管的電弧放電容器的芯包括具有放電室形狀的水溶性粉末、和優選兩個從模制芯延伸的毛細管形成用針。用于除去模制芯的裝置包括優選通過容器沖水和溶解模制芯的蓄水池。
文檔編號B28B7/28GK1846959SQ20061007937
公開日2006年10月18日 申請日期2006年3月25日 優先權日2005年3月25日
發明者J·V·利馬, J·T·奈爾, V·E·佩雷茨 申請人:奧斯蘭姆施爾凡尼亞公司