專利名稱：由兩種陶瓷材料制成的封接鉗，其中之一為導(dǎo)電陶瓷材料的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及封接熱塑材料或涂有熱塑的材料、最好是包裝材料的裝置，它在封接區(qū)對(duì)該材料加熱加壓，以便兩熱塑層互相熔合為一體而獲得緊密牢固的密封。
在包裝技術(shù)中，大家早就知道使用熱塑材料或涂有熱塑層的材料，比方說(shuō)涂塑紙或涂塑紙板進(jìn)行包裝。這些材料所固有的優(yōu)點(diǎn)是，通過(guò)兩互相相對(duì)的熱塑層的表面熔合它們可方便地互相連接并密封。使用這種方法，用折疊或其它方法構(gòu)成的包裝袋不僅可保持給定的形狀，而且包裝袋能緊密密封而保護(hù)包裝袋中的容物，防止它泄漏。這種封接一般借助于所謂的熱鉗實(shí)現(xiàn)，熱鉗由若干裝置構(gòu)成，這些裝置把待封裝的材料夾在它們中間，在加熱的同時(shí)緊壓它們，從而使受壓的互相面對(duì)的兩塑料層的一定部位熔合成一緊密牢固的接縫或接頭。最常見(jiàn)的這類(lèi)封接鉗由設(shè)置在支撐鋼條或金屬體上的金屬帶或金屬條構(gòu)成，金屬帶或金屬條通以電流，從而始終或在每次封接時(shí)被加熱。封接的實(shí)現(xiàn)可使用從待封接材料兩邊互相壓攏的兩個(gè)被加熱封接鉗，也可使用一個(gè)加熱封接鉗和一個(gè)所謂的副鉗，副鉗只是用作加熱鉗的支撐抵靠件并冷卻該材料，以便封接接縫或接口迅速固化。當(dāng)前自動(dòng)包裝機(jī)中最常見(jiàn)的封接鉗由設(shè)置在一絕緣陶瓷材料上的金屬薄帶或薄條形熱鉗構(gòu)成，而該絕緣陶瓷材料設(shè)置在一鋼條上。封接時(shí)，用很大壓力合上封接鉗，使得封接材料夾緊在封接鉗中，然后一短時(shí)電流脈沖通過(guò)上述金屬條而一下子把它加熱到很高溫度。金屬條中產(chǎn)生的熱量傳至包裝材料而使互相面對(duì)的熱塑層熔合在一起。產(chǎn)生足夠熱量后切斷電流脈沖，然后打開(kāi)封接鉗，取下被封接材料。
由于工藝等方面的原因，比方說(shuō)對(duì)加熱的細(xì)長(zhǎng)條金屬加力的問(wèn)題，使用金屬薄條很難獲得直線形接縫之外形狀的接縫。但在某些情況下，需要使用曲線形接縫或在接縫長(zhǎng)度上各處強(qiáng)度或粘接力不同的接縫。依靠使用金屬條的現(xiàn)有技術(shù)原則上是無(wú)法做到這一點(diǎn)的，而本發(fā)明都可滿足這些要求。
本發(fā)明的特征在于兩個(gè)可相對(duì)移動(dòng)而把待封接材料夾緊在其中的封接鉗，其中，至少一封接鉗有一陶瓷件，該陶瓷件包括至少兩種陶瓷材料，其中之一導(dǎo)電、另一種絕緣；并且，該導(dǎo)電陶瓷材料構(gòu)成鑲嵌在該絕緣陶瓷材料中的一根或多根連續(xù)導(dǎo)線，它的端部或端部近旁處接至一電源。
這樣，在本發(fā)明中，金屬條被導(dǎo)電陶瓷材料取代，除了其它優(yōu)點(diǎn)外，它的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是，導(dǎo)電材料與其下的絕緣陶瓷層之間的線性膨脹系數(shù)的差大大減小。這意味著可減小陶瓷絕緣層的機(jī)械應(yīng)力。
下面特別結(jié)合附圖詳述本發(fā)明，優(yōu)選實(shí)施例，附圖中

圖1為加熱封接鉗的主體圖；圖2為沿圖1中A—A線剖取的剖面圖；圖3為絕緣陶瓷材料的詳圖；圖4表示如何進(jìn)行封接。
圖1所示加熱鉗構(gòu)成在比方說(shuō)一鋼條或銅條1上，絕緣陶瓷層2用粘接劑6或機(jī)械固定件裝到該鋼條或銅條1上。由導(dǎo)電陶瓷材料制成的導(dǎo)線3“鑲嵌”在絕緣陶瓷層2中。絕緣陶瓷材料2比方說(shuō)可由二氧化鋯(ZrO2)和碳化硅(SiC)的混合物構(gòu)成，而導(dǎo)電陶瓷材料3可由硼化鈦(TiB2)和碳化硅(SiC)的混合物構(gòu)成。ZrO2在絕緣陶瓷中的體積百分比可為10％—50％，最好為30％；而TiB2在導(dǎo)電陶瓷中的體積百分比可為20％—60％，最好為45％。導(dǎo)電材料3構(gòu)成一連續(xù)導(dǎo)線，在本例中，為便于說(shuō)明和理解本發(fā)明，它具有復(fù)雜而變化的外形。該導(dǎo)線3的端點(diǎn)為金屬觸點(diǎn)4，電源引線5可連接其上。從圖1可清楚看到，為便于理解下述說(shuō)明，導(dǎo)線3分成I、II和III三段。
當(dāng)按照?qǐng)D1要在封接加熱鉗產(chǎn)生熱量時(shí)，引線5接至一電源，一電流脈沖即流過(guò)導(dǎo)電陶瓷材料3。由于該電路別無(wú)分路，因此流過(guò)導(dǎo)電陶瓷材料3的電流大小在該電路上處處相同，換言之，該電流大小在導(dǎo)電陶瓷材料導(dǎo)線3的上述各段I、II、III上都是相同的。由于導(dǎo)電陶瓷材料導(dǎo)線3的橫截面在整個(gè)電路上并不相同，因此電流密度并不相同從而所產(chǎn)生的熱量會(huì)有變動(dòng)。
在段I中，由于它并非筆直，因此可假定導(dǎo)電陶瓷材料3的電路是不規(guī)則的，但導(dǎo)電陶瓷材料3的橫截面在整個(gè)段I中處處相同，這意味著在整個(gè)段I中，單位長(zhǎng)度電路中產(chǎn)生的熱量處處相同。另一方面，在段II中，導(dǎo)電材料的導(dǎo)線3的寬度大得多，由于可假定層3的厚度不變，因此段II導(dǎo)電材料3的橫截面比段I大得多。眾所周知，材料的電阻與材料的橫截面成反比，因此段II導(dǎo)電材料單位長(zhǎng)度的電阻小于段I。由于電流通過(guò)一電阻時(shí)產(chǎn)生的熱量為R×I2，其中R為電阻，I為電流強(qiáng)度，因此顯然可知，段II單位長(zhǎng)度產(chǎn)生的熱量小于段I，因?yàn)镽(即電阻)比段I小。段II除了所產(chǎn)生的熱量少外，它的導(dǎo)線的導(dǎo)電材料3單位長(zhǎng)度的接觸面比段I大得多，因此一方面段II單位長(zhǎng)度所產(chǎn)生的熱量少，另一方面，熱量的分布面積大。這就是說(shuō)，段II所示那種擴(kuò)大的表面可用在封接鉗中不需要封接力和熱量的部位或只需要很小封接力和很少熱量的部位。在段I中，由于在較狹區(qū)域中產(chǎn)生足夠熱量，因此，在具有一定形狀的導(dǎo)電材料3上所產(chǎn)生的熱量可實(shí)現(xiàn)被封材料的表面熔合。如上所述，段II中都沒(méi)有這么多熱量產(chǎn)生，且所產(chǎn)生的熱量便分布到更寬表面上，從而封接性很差。因此，需要時(shí)可通過(guò)局部減小電路的橫截面來(lái)實(shí)現(xiàn)熱量的局部集中。
段III表示不僅可改變封接線的寬度和電路3的外形，而且在段III中的部分14，電路增高了幾十絲。這意味著，在封接鉗夾緊待封接材料時(shí)可在該部分局部地獲得更大機(jī)械力而使封接更有力。該電路的部分15做成刀刃形，用該刀刃在進(jìn)行封接操作的同時(shí)就可對(duì)包裝材料比方說(shuō)進(jìn)行直接切割、打孔或其它所需機(jī)械加工(例如切割、打孔、開(kāi)狹槽等等)。
因此使用圖1所示封接鉗不僅可以形成任意大小的封接線，而且可在進(jìn)行封接操作的同時(shí)在封接線上進(jìn)行穿孔、局部加強(qiáng)接縫、甚至切出狹槽、打孔和進(jìn)行其它機(jī)械加工。若在導(dǎo)電材料的兩邊把絕緣材料增高到與該導(dǎo)電材料齊平，還可在封接區(qū)旁形成冷壓區(qū)從而防止接縫的橫向膨脹。由于陶瓷材料極其耐磨、硬度極高，因此封接時(shí)對(duì)材料的形狀極其嚴(yán)整。
圖2為沿A—A線剖取的圖1的剖面圖。從圖2中可清楚看到，鋼條1中鉆有冷卻導(dǎo)管1或開(kāi)有與絕緣陶瓷材料2表面直接相通的開(kāi)口槽道8。從圖2中可清楚看到，絕緣陶瓷材料2通過(guò)粘接層6與鋼條1直接相連，導(dǎo)電材料3則鑲嵌在絕緣陶瓷材料2中。由于陶瓷材料2和3的線性膨脹系數(shù)大致相同，因此絕緣陶瓷層2與導(dǎo)電材料層3之間不會(huì)產(chǎn)生很大應(yīng)力。即使導(dǎo)電層3加熱程度比絕緣層2高得多，但用冷卻導(dǎo)管和槽道7和8進(jìn)行的有效冷卻使材料機(jī)械應(yīng)力固有的問(wèn)題獲得控制。
圖4簡(jiǎn)示出圖1所示封接熱鉗的工作方法，其中，有待封接的材料(由紙層12和塑料涂層13構(gòu)成的包裝材料)插入在一封接熱鉗與一所謂的副鉗10之間。封接熱鉗和副鉗互相壓攏而壓縮它們之間的包裝材料11。在進(jìn)行這一壓縮的同時(shí)，一電流通過(guò)導(dǎo)電材料層3而對(duì)它即時(shí)加熱，該熱量傳至包裝材料11的塑料層13，在普通壓力的作用下，使塑料層熔化而互相熔接在一起。為了迅速固化這樣形成的接縫或接頭，也即使塑料層重新冷卻，在圖示實(shí)施例中，副鉗10中開(kāi)有冷卻槽道9。封接完成后，打開(kāi)兩封接鉗，就可取下封接在一起的包裝材料11。
上面介紹性地稍稍涉及到本發(fā)明封接熱鉗的制造方法，下面予以更詳細(xì)說(shuō)明。
該制造方法的根據(jù)是陶瓷材料可分兩步制成。在第一步中，用陶瓷粉末壓制成一絕緣材料基體2，圖3簡(jiǎn)示出這樣一個(gè)基體。在基體2上同時(shí)刻出成形成一與導(dǎo)電陶瓷3所需大小形狀對(duì)應(yīng)的槽道或凹口16，然后用導(dǎo)電陶瓷粉末材料填滿該凹口或槽道16而形成陶瓷導(dǎo)線3。
構(gòu)成基體2的材料為粉末，可用某種回復(fù)處理把粉末壓成所需外形。導(dǎo)體3的材料為壓入凹口16中的粉末，也可以是與涂在基體2上的稀漿混合的粉末。
但是，這一壓制而成的陶瓷基體并無(wú)太高的機(jī)械強(qiáng)度，因此須小心對(duì)待。然后把制成的該陶瓷基體，或更準(zhǔn)確地說(shuō)，具有不同電性能的不同陶瓷材料的混合體，放到一高壓室中，在該高壓室中(名稱為Quintus Press，由制造商ABB制造)，把壓力提高到約160MPa，溫度提高到1750℃。這些陶瓷材料經(jīng)約4小時(shí)加熱加壓后，它們就燒結(jié)在一起而形成極緊密、極堅(jiān)硬、極耐磨的陶瓷體，然后如上所述，用焊接或粘接等方法裝到冷卻件上，也可用機(jī)械方法固定在冷卻件上。
經(jīng)證明，使用應(yīng)用導(dǎo)電陶瓷材料的這一新技術(shù)，可相當(dāng)自由地選擇接縫的外裝、大小和局部強(qiáng)度等等，而且陶瓷封接熱鉗證明具有極優(yōu)良的耐磨性，因此不會(huì)發(fā)生很大磨損。只要不背離上面所公開(kāi)的本發(fā)明的精神和范圍，自然可以實(shí)現(xiàn)與上述完全不同的封接外形和實(shí)際應(yīng)用，也可使用與公開(kāi)的陶瓷材料不同的其它陶瓷材料，盡管就我們所知而言，上述陶瓷材料是最合適的。封接鉗的設(shè)計(jì)和制作具有很高精度常常是很重要的，因此在按上述方法制成封接鉗后，可能需要精磨導(dǎo)電體3，以便一方面提高表面光潔度，另一方面，提高尺寸精度?；蛘?，在生產(chǎn)封接鉗時(shí)下述做法證明是必需或合適的，首先把絕緣材料2壓制成圖3所示的基體，然后在基體2的槽16中填充導(dǎo)電陶瓷材料2，然后整個(gè)陶瓷體兩次加壓加熱，從而陶瓷材料3也燒接在一起而形成一堅(jiān)硬耐磨部分。但最好對(duì)兩陶瓷同時(shí)進(jìn)行加壓處理和燒結(jié)，這樣可使導(dǎo)電陶瓷與絕緣陶瓷之間的接合強(qiáng)度最高。
本發(fā)明不應(yīng)視作對(duì)上述內(nèi)容以及附圖所示有所限制，只要不背離后附權(quán)利要求或精神和范圍，可作出種種改動(dòng)。
權(quán)利要求
1.一種密封和/連接熱塑材料或涂有熱塑的材料、最好是包裝材料的裝置，它在封接區(qū)對(duì)該材料加熱加壓，以使兩熱塑層互相熔合為一體而獲得緊密牢固的密封，其特征在于兩個(gè)可相對(duì)移動(dòng)而把待封接材料(11)夾緊在其中的封接鉗，其中至少一封接鉗有一陶瓷件，該陶瓷件包括至少兩種陶瓷材料(2、3)，其中之一導(dǎo)電，另一種絕緣；并且，該導(dǎo)電陶瓷材料(3)構(gòu)成鑲嵌在該絕緣陶瓷材料(2)中的一根或多根導(dǎo)線，導(dǎo)線的端部或端部近旁處(4)接至一電源。
2.按權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述陶瓷件用釬焊、鍛焊、粉接或其它方法牢固連接到一金屬基體上，該金屬基體最好為鋼條(1)，該鋼條中有作為冷卻導(dǎo)管(7)的鉆孔或在所述陶瓷體有待連接其上的鋼條(1)的表面上有開(kāi)口槽道。
3.按權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，絕緣陶瓷材料(2)上具有供導(dǎo)電材料(3)置入的槽形連續(xù)凹部。
4.按權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述導(dǎo)電材料(3)的導(dǎo)線為曲線形，或者其大小變動(dòng)。
5.按權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述導(dǎo)電材料(3)的導(dǎo)線沿其長(zhǎng)度在橫向和/或深度方向上的尺寸是變動(dòng)的。
6.按權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述導(dǎo)電材料(3)的導(dǎo)線的橫截面并不處處相同。
7.按權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，絕緣陶瓷材料(2)由二氧化鋯(ZrO2)和碳化硅(SiC)的混合物構(gòu)成，ZrO2的體積百分比為10％—50％，最好為30％；而導(dǎo)電陶瓷材料(3)由硼化鈦(TiB2)和碳化硅(SiC)的混合物構(gòu)成，TiB2的體積百分比為20％—60％，最好為45％。
8.一種按權(quán)利要求1所述封接鉗的制造方法，其特征在于，用壓制或成形法把兩種粉末狀陶瓷材料(2、3)制成所需形狀后相互連接成與所述陶瓷件對(duì)應(yīng)的一基體，然后在超過(guò)100MPa的壓力作用下以1600℃—1900℃溫度加熱至少二小時(shí)，陶瓷材料即燒結(jié)在一起而形成具有極高硬度和耐磨性的密實(shí)、無(wú)孔結(jié)構(gòu)。
9.按權(quán)利要求8所述的裝置，其特征在于，導(dǎo)電和絕緣陶瓷以層狀相互連接，并在燒結(jié)處理后把陶瓷磨制成預(yù)定尺寸。
10.按權(quán)利要求1所述裝置的用途，其特征在于用于生產(chǎn)由一管子構(gòu)成的包裝物，該管子用包裝材料的平面卷材卷成，該管子在裝好待裝物后，對(duì)管子反復(fù)進(jìn)行橫向和縱向封接而分割成一個(gè)個(gè)包裝容器。
全文摘要
本發(fā)明涉及用來(lái)封接熱塑材料或涂有熱塑材料的紙和紙板、最好是包裝材料的封接鉗。該封接鉗由兩種陶瓷材料構(gòu)成，其中之一絕緣，另一種導(dǎo)電，該導(dǎo)電陶瓷材料(3)構(gòu)成一鑲嵌在絕緣材料(2)中的連續(xù)條，其端點(diǎn)或鄰近端點(diǎn)處涂有金屬，以便與一電源形成良好連接。該導(dǎo)電陶瓷材料在絕緣陶瓷材料(2)上表面上的尺寸和設(shè)計(jì)可隨意選擇，并且兩陶瓷材料經(jīng)高溫高壓處理而燒結(jié)成可連接到一鋼條(1)上的一無(wú)孔、堅(jiān)硬和耐磨的陶瓷體。
文檔編號(hào)C04B35/58GK1118584SQ94191356
公開(kāi)日1996年3月13日 申請(qǐng)日期1994年2月25日 優(yōu)先權(quán)日1993年3月2日
發(fā)明者漢斯·塞爾伯格 申請(qǐng)人:泰特拉·勒維爾金融控股公司