Un método de compresión isostática fría que comprende: cubrir un mandril (36) de un molde (2) de compresión isostática con un primer material;

ensamblar un molde (2) de compresión isostática colocando coaxialmente dicho mandril dentro de un elemento (30) de soporte de presión cilíndrico y obturando dicho elemento de soporte de presión cilíndrico en los extremos opuestos, estando uno de dichos extremos opuestos de dicho elemento de soporte de presión cilíndrico obturado con un tapón extremo (34) espaciado de dicho mandril; comprimir isostáticamente dicho primer material dentro de dicho molde de presión isostática para producir una primera capa (38) en una forma de un tubo cerrado por un extremo y abierto por el otro extremo del mismo; desensamblar dicho molde de presión isostática para permitir que dicha primera capa sea cubierta con un segundo material; cubrir dicha primera capa con dicho segundo material; reensamblar dicho molde de presión isostática; comprimir isostáticamente dicho segundo material para formar una segunda capa (40) compactada y para estratificar las capas primera y segunda; desensamblar el molde y desmontar la estructura tubular

Método de compresión isostática en frío.

Campo de la invención

La presente invención se refiere a un método de compresión isostática en frío en el que material es compactado dentro del molde de compresión isostática. Más particularmente, la presente invención se refiere a un método en el que dos o más capas de material se forman dentro de un molde de compresión isostática y la segunda de las capas es comprimida isostáticamente contra la primera de las dos capas para compactar la segunda capa.

Antecedentes de la invención

La compresión isostática en frío es una técnica bien conocida que se usa para formar filtros, elementos estructurales y membranas cerámicas. En la compresión isostática fría, una forma granular de un material que ha de ser compactado se coloca dentro de un molde de compresión isostática elástico que es algunas veces denominado una bolsa. El material granular puede ser un polvo cerámico o metálico o una mezcla de polvos, ligante y agentes de plastificación. El molde de compresión isostática es posicionado entonces dentro de un vaso de presión y sometido lentamente a una presión hidrostática con agua fría o caliente para compactar el material granular en una forma sin tratar que posteriormente es adecuada, puede ser disparada y sinterizada.

El molde de compresión isostática tiene una configuración cilíndrica para producir artículos cilíndricos. Un ejemplo de un proceso que se aplica a la formación de barras de tungsteno se describe en la Patente de EE.UU. Nº 5.631.029. En esta patente, polvo fino de tungsteno es comprimido isostáticamente dentro de un lingote de tungsteno.

GB 2.342.102 A describe un procedimiento de compresión para fabricar materiales compuestos cerámicos reforzados con fibras, donde las fibras son mezcladas con un ligante para formar un material de compresión poroso que es introducido dentro de una herramienta de presión con una capa de material de compresión y un núcleo. El material y el núcleo son comprimidos para formar un cuerpo sin tratar.

GB 2 165 483 A se refiere a un método para configurar un cuerpo tubular comprimido que tiene una muesca en la superficie exterior del mismo. El cuerpo se configura comprimiendo isostáticamente material en forma de partículas en un molde elástico.

US 4.604.252 describe un procedimiento para la producción de un perfil hueco o macizo de material seco en polvo que es ejecutado por medio de una forma flexible. La forma flexible es colocada bajo una presión externa sobre su longitud total para compactar el polvo. Para poder producir perfiles sinfín se efectúa un procedimiento de extrusión.

Una aplicación importante para materiales cerámicos se refiere a la fabricación de elementos de membrana cerámicos. Tales elementos de membrana cerámicos son fabricados de una cerámica que es seleccionada para conducir iones de cualquiera de oxígeno o hidrógeno a altas temperaturas. En una membrana selectiva de oxígeno, la membrana calentada se expone a un gas que contiene oxígeno que se ioniza en un lado de cátodo de la membrana. Bajo una fuerza de accionamiento de una presión parcial de oxígeno diferencial, los iones de oxígeno son transportados a través de la membrana a una superficie de ánodo opuesta. Los iones de oxígeno se combinan en el lado de ánodo de la membrana para abandonar electrones que son transportados a través de la membrana o una trayectoria electrónica separada para ionizar el oxígeno en el lado de cátodo de la membrana.

Un reciente desarrollo en la tecnología de membranas cerámicas consiste en formar una capa densa delgada de material sobre un soporte poroso. La capa densa conduce iones y la estructura de soporte funciona como una red porosa de filtración para añadir soporte estructural a la capa densa. El soporte poroso puede ser también fabricado a partir de un material que sea el mismo capaz de transportar iones de modo que sea activo en la separación del oxígeno.

Las membranas cerámicas tales como las que han sido descritas anteriormente, pueden tener la forma de placas o tubos. Es difícil, no obstante, impartir una arquitectura compleja en tales membranas. En la fabricación de estructuras tubulares compuestas, el tubo se forma mediante un procedimiento tal como de moldeo o extrusión de deslizamiento y sinterizado. Después de lo cual, una densa capa puede ser depositada por pulverización sobre la capa exterior de extrusión. En la Patente de EE.UU. 5.599.383, la capa densa es aplicada mediante la deposición de vapor químico. Para producir una arquitectura incluso más compleja, varios tipos diferentes de técnicas de tratamiento pueden ser aplicados. Es conveniente, no obstante, que el número de operaciones de tratamiento, sea minimizado porque los materiales cerámicos son frágiles por su propia naturaleza.

Como se examinará, la presente invención proporciona un método de compresión isostática fría en el que estructuras complejas pueden ser directamente configuradas sin el tipo de etapas de procedimiento complejas que han sido usadas en la técnica anterior.

Sumario de la invención

La presente invención proporciona un método de compresión isostática en el que al menos las capas primera y segunda son comprimidas isostáticamente dentro de un molde de compresión isostática de modo que al menos la segunda capa es compactada y las primera y segunda capas son estratificadas. Las capas primera y segunda pueden ser configuradas de dos materiales diferentes. La primera capa podría ser de un material granular, por ejemplo de un polvo metálico o cerámico que sea compactado dentro del molde de compresión isostática. El elemento compactado resultante podría ser revestido con una mezcla para formar una segunda capa o la segunda capa podría ser otro material granular que sea compactado contra la primera capa. Otras capas podrían ser añadidas o la forma compactada podría ser además procesada dentro de un artículo acabado. Por ejemplo en el caso de materiales cerámicos, la forma compactada podría ser sometida a un encendido para quemar los materiales orgánicos, tales como agentes ligantes y de plastificación, seguido por la sinterización para producir el artículo acabado. Alternativamente, las primera y segunda capas pueden ser formadas con el mismo material, por ejemplo, si se desease un artículo cerámico grueso, la primera capa que contiene el material en la forma granular podría ser compactada en un molde de compresión isostática cilíndrico. Después de lo cual, una segunda capa del mismo material podría ser colocada dentro del molde de compresión isostática y compactada para empezar a formar un espesor adicional. Una posibilidad más es formar al menos una de la primera o la segunda de las capas con al menos dos regiones que contengan diferentes materiales. Se ha de tener en cuenta que la expresión "forma granular" como se usa aquí y en las reivindicaciones significa un polvo o una mezcla de polvos con otros agentes tales como agentes ligantes o de plastificación.

Un molde de compresión isostática que puede ser usado para configurar una estructura tubular, tal como la requerida por un elemento de membrana cerámico, puede ser proporcionado con un mandril situado coaxialmente dentro del elemento de cojinete de presión cilíndrico para formar una estructura tubular. La primera capa se forma alrededor del mandril y la segunda capa se forma alrededor de la primera capa. La estructura tubular resultante podría ser un elemento de membrana cerámico tubular del tipo descrito anteriormente. A este respecto, las dos capas pueden estar compuestas de materiales cerámicos sin tratamiento tales como polvos cerámicos o polvos cerámicos mezclados con otros agentes tales como plastificadores, enlaces y etc. o una de las dos capas podría estar en la forma de una cerámica que contenga la mezcla.

Una manera de formar la primera capa es configurar una mezcla seca de revestimiento sobre el mandril que ha sido revestido con un agente de liberación adecuado, conteniendo la mezcla el primer material cerámico verde (reciente). La segunda de las dos capas puede entonces ser formada mediante la compresión isostática de un segundo de los materiales cerámicos verdes (recientes) en forma granular contra la mezcla seca.

Con objeto de formar todavía arquitecturas más complejas, elementos de formación de canales pueden ser posicionados entre las capas. Tales elementos de formación de canales pueden ser configurados de papel o de otros materiales pirolizables...

1. Un método de compresión isostática fría que comprende:

cubrir un mandril (36) de un molde (2) de compresión isostática con un primer material;

ensamblar un molde (2) de compresión isostática colocando coaxialmente dicho mandril dentro de un elemento (30) de soporte de presión cilíndrico y obturando dicho elemento de soporte de presión cilíndrico en los extremos opuestos, estando uno de dichos extremos opuestos de dicho elemento de soporte de presión cilíndrico obturado con un tapón extremo (34) espaciado de dicho mandril;

comprimir isostáticamente dicho primer material dentro de dicho molde de presión isostática para producir una primera capa (38) en una forma de un tubo cerrado por un extremo y abierto por el otro extremo del mismo;

desensamblar dicho molde de presión isostática para permitir que dicha primera capa sea cubierta con un segundo material;

cubrir dicha primera capa con dicho segundo material;

reensamblar dicho molde de presión isostática;

comprimir isostáticamente dicho segundo material para formar una segunda capa (40) compactada y para estratificar las capas primera y segunda;

desensamblar el molde y desmontar la estructura tubular.

2. El método de la reivindicación 1, en el que los materiales primero y segundo comprenden dos materiales diferentes.

3. El método de la reivindicación 1, en el que el segundo material que forma la segunda capa (40) es una mezcla.

4. El método de la reivindicación 1, en el que al menos una de las primera (38) y segunda (40) capas tiene al menos dos regiones que contienen diferentes materiales.

5. El método de la reivindicación 1, en el que dichas al menos dos capas (38, 40) están compuestas de materiales cerámicos sin tratamiento.

6. El método de la reivindicación 5, en el que dichos primero y segundo materiales están en forma granular.

7. El método de la reivindicación 5, en el que:

el mandril (36) se cubre por dicho primer material formando un revestimiento de mezcla seca sobre dicho mandril, conteniendo el revestimiento seco de la mezcla el primer material; y

el segundo material está en una forma granular antes de ser comprimido isostáticamente.

8. El método de la reivindicación 5, en el que:

la primera capa (38) se forma introduciendo el primer material en una forma granular dentro del molde de presión isostática y comprimiendo isostáticamente dicho primer material; y

la segunda capa (40) se forma configurando un revestimiento mezclado seco sobre dicha primera capa, conteniendo el revestimiento de mezcla seca el segundo material.

9. El método de la reivindicación 5, que comprende además posicionar elementos (50) de formación de canal sobre la primera capa (38) antes de la formación de la segunda capa (40).

10. El método de la reivindicación 5, en el que al menos uno de los primer y segundo materiales antes de ser comprimidos isostáticamente está en forma granular y contiene formadores de poros.