Una composición de materia prima de pulverización térmica que comprende conglomerados que fluyen libremente en la que los conglomerados comprenden (a) carburo de silicio,

(b) silicio y (c) un aglutinante.

Composición de alimentación de pulverización térmica La presente invención se refiere a (i) una composición que es útil como materia prima para un aparato de pulverización térmica, (ii) un método para enmascarar la materia prima para un aparato de pulverización térmica y (ii) un método para preparar estructuras de la materia prima que usa un aparato de pulverización térmica. La materia prima es particularmente preferida para crear un material cerámico que contiene revestimientos de material compuesto y estructuras fijas libres.

Antecedentes de la invención

Los materiales cerámicos que contienen materiales compuestos se han conocidos durante años se han sido sometidos a investigación profunda debido a sus combinaciones únicas de propiedades químicas, eléctricas, mecánicas y térmicas. Por ejemplo, se han usado ampliamente materiales cerámicos de matriz de metal que contienen revestimientos en los motores de turbina de gas. Otros materiales cerámicos basados en revestimientos se usan en la industria de semi-conductores. Con frecuencia, estos revestimientos se aplican mediante deposición del material cerámico que contiene los materiales compuestos sobre el substrato usando métodos tales como la deposición de vapor física (PVD) , deposición de vapor química (CVD) , técnicas de pulverización térmica o cinética. De manera general, véase la patente de Estados Unidos Nº . 4.288.495 y la Solicitud de Patente Publicada de EE.UU. Nº . 2003/0180565. Estos métodos de la técnica anterior para depositar un material cerámico que contiene un revestimiento de material compuesto con frecuencia requieren una gran cantidad de tiempo para depositar una pequeña cantidad de materia y son muy caros y requieren condiciones de procesado complejas.

También se han usado materiales cerámicos que contienen materiales compuestos para preparar estructuras tales como anillos para pistones o estructuras con forma de nido de abeja para su uso en los aparatos de purificación de gases de escape. Con frecuencia, estos materiales cerámicos que contienen materiales compuestos se preparan mediante conformación de un "cuerpo verde" y sometiendo el cuerpo verde a un secado con aire caliente a una combustión. De manera general, véase la Solicitud de Patente Publicada de Estados Unidos Nº . US 2003/0159619.

Además, para CVD, se producen estructuras de carburo de silicio principalmente por medio de sinterización o procesos unidos por reacción.

De manera tradicional, los componentes de carburo de silicio sinterizados se fabrican usando una mezcla de partículas de carburo de silicio, un coadyuvante de sinterización tal como boro o aluminio, y aglutinantes. Los aglutinantes permiten que el polvo se pueda verter y someter a compresión en el interior de un molde para formar un cuerpo verde con una resistencia apropiada para permitir la manipulación. Se usa un ciclo de curación a baja temperatura para la combustión lenta del aglutinante, y con el fin de garantizar protección frente al craqueo del cuerpo verde. Posteriormente, se coloca la pieza en el interior de un horno de temperatura elevada donde tiene lugar la sinterización. La presencia del coadyuvante de sinterización provoca que el cuerpo de carburo de silicio se contraiga (aproximadamente 20 %) a una temperatura de aproximadamente 2100 oC, sin el uso de presión externa. La estructura sinterizada final se encuentre relativamente libre de porosidad.

Los componentes de carburo de silicio enlazados por reacción consisten en partículas de carburo de silicio y silicio libre. La tecnología de fabricación tradicional usa una mezcla en forma de polvo de partículas de carburo de silicio, aglutinantes y posiblemente partículas de grafito que se someten a presión con arco, a presión elevada, para dar lugar a una forma que da lugar a un cuerpo verde de densidad relativamente elevada. El cuerpo se coloca en un horno a baja temperatura para el secado y el aglutinante experimenta combustión. Posteriormente, se coloca en cuerpo en el interior de un recipiente de grafito con silicio granular. Se cubre el recipiente y se coloca en el interior de un horno, que se calienta hasta aproximadamente 1600 oC. En estas condiciones, el silicio se vaporiza y se disipa hacia el interior del cuerpo para formar una estructura de carburo de silicio enlazado por reacción relativamente libre de porosidad. A diferencia de SiC sinterizado, los componentes de carburo de silicio enlazado por reacción no se contraen durante la fabricación. El artículo de B. Wielage et al., en Proc. of the item. Thermal Spray Conference 2001, p. 251 ff describe la fabricación de revestimientos de SiC por medio de IIVOF, en la que se intercalas las partículas de SiC en el interior de una matriz de metal. El documento US-A-4.288.495 describe una composición en forma de polvo de carburo de silicio mezclado con silicio finamente dividido. Durante la pulverización por plasma, el SiC se divide en silicio y vapor de carbono.

Como en el caso del material cerámico que contiene revestimientos comentado anteriormente, los materiales cerámicos que contienen estructuras resultan caros y difíciles de fabricar debido a se requieren una gran cantidad de tiempo, energía e inversión de capital para convertir los materiales de partida en el producto final.

Es un objeto de la presente invención proporcionar una material prima térmica que se pueda usar para preparar un material cerámico que contiene materiales compuestos, es decir, revestimientos o estructuras fijas libres.

Otro objeto de la presente invención es proporcionar un método para preparar una material prima para un aparato de pulverización térmica convencional que se puede usar para producir un material cerámico que contiene un material compuesto, es decir, un revestimiento o una estructura fija libre, de manera rápida, eficaz y simple.

Es otro objeto de la presente invención proporcionar un método para preparar, de forma rápida y eficaz, un material cerámico que contiene materiales compuestos, es decir, revestimientos o estructuras fijas libres, usando un aparato de pulverización térmica convencional.

Sumario de la invención

Los objetivos anteriormente mencionados y otros objetivos de la presente invención se consiguen por medio de una composición de material que comprenden conglomerados que contienen partículas cerámicas. De manera más específica, los conglomerados comprenden carburo de silicio, silicio y un aglutinante.

Los conglomerados también pueden contener otros componentes dependiendo de las propiedades o uso deseados para el producto final. Los conglomerados pueden presentar cualquier forma tal como esférica, cilíndrica, angular, irregular o combinaciones de las anteriores. La distribución de tamaño de los conglomerados varía dependiendo del tipo de aparato de pulverización térmica empleado. Es importante que los conglomerados formen una composición que fluye libremente que pueda ser alimentada en el interior de un aparato de pulverización térmica. Por ejemplo, se puede establecer un material que fluye libre de acuerdo con ASTM B213-03, que se incorpora por referencia en el presente documento.

El tamaño de partícula de los componentes de los conglomerados, es decir carburo de silicio, el silicio y el aglutinante, debe ser menor que el tamaño medio de partícula de los conglomerados.

Los conglomerados se pueden formar por medio de mezcla de carburo de silicio, silicio, el aglutinante y cualquier otro componente deseado, con o sin fluido o líquido de granulación, para formar los conglomerados que fluyen libremente. Si se emplea el fluido de granulado, éste puede ser agua, un disolvente orgánico o una combinación de agua y disolvente orgánico. Se debe retirar el fluido de granulado durante o después de la formación del conglomerado, no obstante, pueden permanecer cantidades limitadas o residuales en los conglomerados.

También se puede formar el conglomerado por medio de métodos en seco tales como compresión de carburo de silicio, silicio y aglutinante y cualquier otro componente deseado seguido de molienda posterior o una etapa de tamizado para romper la masa sometida a compresión dando lugar a conglomerados más pequeños que fluyen libremente.

Una vez que se han formado los conglomerados que fluyen libremente, se pueden introducir en el interior de un aparato de pulverización térmica y se pueden pulverizar sobre un substrato para formar un revestimiento o depósito estructural. En una realización, se pulverizan los conglomerados sobre el substrato deseado en una atmósfera... [Seguir leyendo]

1. Una composición de materia prima de pulverización térmica que comprende conglomerados que fluyen libremente en la que los conglomerados comprenden (a) carburo de silicio, (b) silicio y (c) un aglutinante.

2. La composición de materia prima de pulverización térmica que se define en la reivindicación 1, en la que el tamaño de partícula del carburo de silicio es mono-modal y/o en la que el tamaño de partícula del carburo de silicio es multi-modal.

3. La composición de materia prima de pulverización térmica que se define en una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que la distribución de tamaño de partícula del carburo de silicio es mono-modal y/o en la que la distribución de tamaño de partícula del carburo de silicio es multi-modal.

4. La composición de materia prima de pulverización térmica que se define en una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que se escoge el aglutinante entre el grupo que consiste en polivinil pirrolidona, hidroxietilcelulosa, hidroxipropil celulosa, hidroxipropil metilcelulosa, polimetacrilato, metilcelulosa, etilcelulosa, celulosa microcristalina, gomas, almidones, azúcares, ceras o combinaciones de los anteriores y/o en la que el aglutinante se escoge entre el grupo que consiste en hidroxipropil celulosa, hidroxipropil metilcelulosa, metilcelulosa o combinaciones de los anteriores, y/o en la que el aglutinante es almidón, azúcar, cera o una combinación de los anteriores y/o en la que el aglutinante es soluble en agua.

5. La materia prima de pulverización térmica que se define en una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que además comprende componentes adicionales que se escogen entre el grupo que consiste en carbono insoluble, un lubricante, una sustancia de deslizamiento, un coadyuvante de flujo, un tensioactivo, un dispersante, un agente antiespumante o combinaciones de los anteriores.

6. La composición de materia prima de pulverización térmica que se define en una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que el carburo de silicio comprende de aproximadamente 20 a aproximadamente 99 % en peso del conglomerado, preferentemente de aproximadamente 30 a aproximadamente 97 % en peso del conglomerado, más preferentemente de aproximadamente 50 a aproximadamente 95 % en peso del conglomerado.

7. La composición de materia prima de pulverización térmica que se define en una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que el silicio comprende aproximadamente 65 % en peso o menos del conglomerado, preferentemente aproximadamente 35 % en peso o menos del conglomerado, más preferentemente aproximadamente 20 % en peso o menos del conglomerado.

8. La composición de materia prima de pulverización térmica que se define en una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que el aglutinante comprende aproximadamente 15 % en peso o menos del conglomerado, preferentemente aproximadamente 10 % en peso o menos del conglomerado, más preferentemente aproximadamente 5 % en peso o menos del conglomerado.

9. La composición de materia prima de pulverización térmica que se define en una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que los conglomerados presentan un tamaño medio de partícula de aproximadamente 1000 micras

o menos, preferentemente un tamaño medio de partícula de aproximadamente 750 micras o menos, más preferentemente un tamaño medio de partícula de aproximadamente 600 micras o menos.

10. Un método para preparar una composición de materia prima de pulverización térmica que comprende la etapa de formar conglomerados que fluyen libremente en el que los conglomerados comprenden: (a) carburo de silicio; (b) silicio; y (c) un aglutinante.

11. El método para preparar una composición de materia prima de pulverización térmica que se define en la reivindicación 10 que además comprende la etapa de mezclar (a) carburo de silicio, (b) el silicio, (c) el aglutinante y

(d) un fluido de granulación antes de formar el conglomerado.

12. El método que se define en una cualquiera de las reivindicaciones 10 o 11, que además comprende la etapa de secar la mezcla de (a) el carburo de silicio, (b) el silicio, (c) el aglutinante y (d) el fluido de granulación y/o en el que el secado comprende el secado por pulverización y/o en el que el secado comprende colocar la mezcla en el interior de un cuenco de revestimiento y/o en el que el secado comprende colocar la mezcla en el interior de un recipiente y secar la mezcla con aire, nitrógeno, gas inerte o vacío y/o en el que la etapa de mezcla además comprende el uso de un lecho fluidizado.

13. El método que se define en una cualquiera de las reivindicaciones 10 a 12, que además comprende las etapas de mezclar (a) el carburo de silicio, (b) el silicio y (c) el aglutinante y someter la mezcla a compresión antes de la formación del conglomerado y/o que además comprende la etapa de triturar o moler la mezcla sometida a

compresión y/o que además comprende la etapa de clasificar por tamaño los conglomerados formados.

14. Un método para formar un material cerámico que contiene una estructura de material compuesto que comprende las etapas de (a) formar un conglomerado que fluye libremente que comprende (i) carburo de silicio, (ii) silicio y (c)

un aglutinante; (b) alimentar los conglomerados que fluyen libremente en el interior de un aparato de pulverización térmica y (c) pulverizar los conglomerados sobre un substrato y/o en el que el material cerámico que contiene la estructura de material compuesto es una estructura fija libre y/o en el que la estructura de componente cerámico formada sobre el substrato es un revestimiento.

15. El método que se define en la reivindicación 14, en el que el aparato de pulverización térmica es una pulverización por plasma y/o en el que el aparato de pulverización térmica es una pulverización por plasma de aire (APS) , pulverización por plasma de vacío (VPS) , pulverización por plasma de baja presión (LPPS) , plasma de radiofrecuencia, arco de transferencia de plasma, microondas, oxi-combustible de alta velocidad (HVOF) , combustible de aire de alta velocidad (HVAF) , combustible líquido de alta velocidad (HVLF) , combustión, inducción o láser.

16. El método que se define en una cualquiera de las reivindicaciones 14 ó 15, en el que el material cerámico que contiene la estructura de material compuesto comprende un material cerámico o fibras de grafito, filamentos, mata o triquitos y/o en el que el material cerámico que contiene la estructura de material compuesto comprende poros, partículas sólidas de lubricante o aditivos mejoradores tribológicos.

17. El método que se define en una cualquiera de las reivindicaciones 14 a 16, en el que la pulverización se lleva a cabo en una atmósfera controlada y/o en el que la atmósfera controlada comprende un entorno principalmente libre de oxígeno y/o en el que la atmósfera controlada comprende al menos un gas inerte.