专利名称：微粒锁定接合的制作方法
技术领域：
本发明涉及接合，更具体地说涉及包含机械锁定相邻面的微粒的接合。
背景技术：
众所周知在机械领域中有许多把一个部件与另一个部件连接起来的方法。这些方法包括从使用化学粘合剂到焊接。
化学粘合剂一般通过与主体材料发生化学作用把两个面接合起来。这种接合有高强度又有耐久性。问题是有伴随化学粘合剂而产生的环境问题，包括粘合剂的储存、使用和处理。而且，如果使用不当，往往危害人的健康。化学粘合剂主要用于诸如塑料和合成材料之类的非金属材料。
焊接是连接金属部件的主要手段。例如，电弧焊是瞬时熔化要连接的金属体的一部分。然后，所述熔化了的金属与焊条的金属一起固化，在分子水平上把两个金属体连接起来。这里的问题是要焊接恰当就要有相当技能。而且，必须有很大的电流和很高的电压及温度使要连接的材料熔化。
除了粘合剂和焊接之外，还有一种“非紧固件”的选择方案是磨损接合。磨损接合是两个金属体高度摩擦，均匀地磨损相关表面，引起一个表面的物质有控制地转移到另一个表面，产生一系列相互连接机械配合的凹部和凸起，阻止进一步侧向移动的一种方法。
这种技术的代表是1994授予来茵泽尔的美国专利5,348,210号，该专利披露了一种在两个部件之间用一种在分子水平上引起熔焊而温度又不上升到足以发生大量熔焊程度的材料，产生凹凸不平的变形而造成磨损接合的方法。
1998年授予来茵泽尔的美国专利5,837,066号也是这种技术的代表，该专利披露了一种在两个接合面之间在形成接合前有间隙并有金属微粒和增磨材料的混合物而造成磨损接合的方法。
这种磨损接合方法使人们认识到使用促进磨损过程的增磨材料或混合物的意义。所述增磨材料一般包括聚硅氧烷，增磨材料用于增加待连接的部件之间的摩擦。而且，为了使磨损接合恰当地形成，这种接合还有赖于连接两部件的准确方法，包括间隙控制、对正和形成接合的速度。此外，在210号专利公开的磨损接合中还特别教导不要使用研磨剂。另一方面，066号专利却教导人们在接合中使用微粒，然而，所述微粒是用于促进两个表面之间的磨损，以及是与增磨材料(即聚甲基硅氧烷)一起使用，形成一种增磨混合物。而且，所述微粒一般是各向等大的，意为三维尺寸基本相等，例如，球形、正六面体或任何不规则形状。这会促进硬度基本相同的部件，即金属部件的接合。可是，这些方法并不适合于硬度基本不同的部件，例如塑料与金属，的接合。特别是在一个部件是弹性体，另一个部件是金属体时，那么，所述各向等大的微粒会渗入比较软的弹性体并消失于其中。
需要的是包含机械锁定相邻表面的微粒的微粒接合。需要的是包含基本为扁平形状的微粒的微粒接合。本发明可以满足这些需要。
发明内容
本发明的主要目的是提供一种包含机械锁定相邻表面的微粒的微粒接合。
本发明的另一目的是提供一种包含基本为扁平形状的微粒的微粒接合。
本发明的其他目的将在本发明下面的说明书和附图中指出或显示出来。
本发明包括通过微粒与待连接的部件机械连接形成的接合。所述微粒接合各个部件的接触面，形成高度摩擦状态，从而在两个部件组装后阻止进一步相对移动。所述微粒具有基本为扁平或片状的几何形状。各个微粒的表面粗糙以增强与各接触面的接合。这种片状外形可以防止微粒渗入弹性的部件，而渗入弹性部件会使微粒在接合过程中不起作用。
附图包括于说明书内并成为其一部分，显示本发明的优选实施例，与说明书一起用于解释本发明的原理。附图中图1示出在被连接的两个部件之间的间隙的横断面；图2是一个微粒片的透视图；图3一个微粒片的侧视图。
具体实施例方式
图1显示被连接的两个部件之间的间隙的横断面。接合一般形成于具有压配合的两个或两个以上的同心部件之间。图中以横断面示出一个金属材料100和一个非金属材料200。非金属材料200可以包括弹性体和任何硬度低于所述金属材料100的其他材料。微粒101与接触面103和104接合。表面的粗糙部分102(见图3)增强了各个微粒与两个接触面的接合。
所示出的接合在两个表面之间有间隙G1和G2。在优选实施例中，间隙G1在各个区域均处于略小于微粒厚度的范围内。这是由于微粒部分嵌入金属和弹性体材料的缘故，特别是由于弹性体被压缩的缘故。间隙G2在那些没有微粒的区域为零。正如本说明书后面所说明的那样，也可能在金属部件和非金属部件之间形成干涉配合。非金属材料也可以包括具有模量的弹性体。在诸如皮带轮之类的旋转部件的情况下，使用弹性体可以使旋转部件起阻尼作用。
这些微粒具有一个面比另外的面大得多的形状即图2和图3所示的具有粗糙表面的片状。这种形状所起的作用是让微粒机械锁定两个表面而不渗入弹性体并消失于其中。各个微粒的比较大的部分可以防止会使各个微粒切进弹性体并渗入其中的局部高压。可是，微粒少量进入弹性体是可以接受的。所述微粒在组装过程中也有可能在接触面上擦出伤痕，这种组装增强机械接合的作用并增加两个表面之间的摩擦。
微粒可以用若干不同的方法制得，包括从熔化物质、从固态物质制得，或者用化学反应制得。从熔化物质制造时，熔融合金(硬度比金属部件或弹性体高)用喷射法(把氩之类的惰性气体吹入熔融合金流中)或者用熔化分离法制成粉末。
用喷射法，喷嘴的数量和方向以及所述气体的量、温度和压力决定微粒的大小和形状。大于几个微米的微粒有可能用喷射法制成等轴微粒，然后通过有粗糙表面的圆辊滚压。每年都有几百万吨不同材料的粉末为粉末金属业、制药业和食品业经喷射而制成。
对于熔化提取法，用一个耐高温合金制成的轮子在金属熔池的表面上旋转，与所述表面接触，结果使非常少量的金属在所述轮子上凝固。在轮子旋转的同时，用惰性气体把轮子上边的凝固金属吹开。轮子的形状及其浸入金属熔池的深度决定微粒的形状。粗糙轮子与所述池子轻微接触可以制出片状粗糙微粒。
对于陶瓷材料和研磨材料，例如用于砂纸和建筑业者更多使用的是机械压碎法和机械研磨法。破碎机制出的微粒的形状决定于力的方向(球磨机与平行移动的破碎机比较)和矿石的晶体结构或非晶体结构。晶体的原子之间的接合在有些方向上比其他方向上强，从而产生与晶体相关的微粒形状。
在优选实施例里，用经调整过的喷嘴喷雾法用于以合金钢(例如，D2这样的硬度高耐磨性能好的工具钢)为原料制出形状合适的微粒。硬度高是通过对材料进行热处理获得的。吹在熔化合金上的气体的温度可以用来进行热处理。
这样制造出来的微粒具有片状外形，见图2。如前所述，每一片101都具有基本上平的表面。为了方便金属部件100与非金属部件200之间的连接，每个片状微粒的表面上都有表面粗糙部分102，用于与各个接触面103和104机械接合。在优选实施例中，各个片状微粒的平均直径为1到1000微米。
一个接合的组装待连接的部件首先用定位器具或夹具对准，以便一个部件压到另一个部件上。把所述微粒散布到待连接的表面上。这种散布可以是气动撒布或者使用便于装配的润滑剂。在优选实施例中，所述微粒是与润滑剂结合使用的，以增强组装中的初始滑动接合。
然后，把两个部件压在一起。在压的过程中，所述微粒与各个相邻的接触面接合。在优选实施例中，金属材料100与诸如弹性体之类的非金属材料200连接。制造所述非金属材料时使其直径或宽度略大于其被压入的槽，系数为5-45％，即干涉配合。这样做，可以使非金属材料在金属部件之间被压缩。
尽管本说明书考虑的是部件之间的筒形配合，但这种方法可以应用于任何一种一个面与另一个面压接触的接合。而且，这种方法还可以应用于广泛的接合形状，包括弧形和台阶形的。
虽然这里只说明了本发明的一种形式，但对于本专业人员来说，很明显可以不脱离这里说明的本发明的精神和范围对部件的结构和关系作出各种变化。
权利要求
1.一种制造部件之间的接合的方法，包括以下步骤在所述部件的接触面之间插入许多微粒，所述微粒与减少摩擦的流质结合使用以便于所述部件之间的初始滑动接合；把所述部件压在一起；所述微粒与各个所述部件的接触面接合，阻止各部件之间的相对移动。
2.按照权利要求1的方法，其特征在于还包括以下步骤在所述两个部件之间加入一个中间部件，所述中间部件具有一个厚度并且包含硬度比所述两个部件小的材料；使所述微粒与所述中间部件的接触面和与各所述两个部件的相应的接触面机械连接。
3.按照权利要求1的方法，其特征在于还包括以下步骤把所述两个部件和所述中间部件组合在一起，在组合时使所述微粒部分地、机械地渗入各个接触面，以此阻止部件之间进一步的相对移动。
4.按照权利要求2的方法，其特征是各个所述微粒的硬度大于所述两个部件中的任一个的硬度或所述中间部件的硬度；各个所述微粒具有片状几何外形；所述片状微粒有粗糙表面。
5.按照权利要求2的方法，其特征是所述中间部件包含具有一个模量的弹性材料。
6.按照权利要求2的方法，其特征是在所述两个部件中至少有一个包含金属。
7.按照权利要求2的方法，其特征在于还包括使用平均直径在1到1000微米范围内的微粒的步骤。
8.按照权利要求5的方法，其特征在于还包括在所述两个部件之间压缩所述中间部件的步骤。
9.按照权利要求8的方法，其特征是在所述两个部件之间压缩所述中间部件的步骤减少所述中间部件的厚度在5％到45％的范围内。
10.按照权利要求9的方法，其特征是拉伸模量在300到1500磅/英寸2的范围内。
11.一种两个部件之间有压配合的接合，包括各个部件有接触面；多个微粒机械接合在所述接触面之间。
12.按照权利要求11的接合，其特征在于还包括有分别与两个部件接合的接触面的一个中间部件，所述中间部件有厚度并包含比所述两个部件软的材料；和微粒接合在所述中间部件各接触面和各所述两个部件中的一个相应的接触面之间。
13.按照权利要求12的接合，其特征是在组装时，所述微粒机械地渗入至少一个接触面，阻止部件之间进一步的相对移动。
14.按照权利要求13的接合，其特征在于所述中间部件包含具有模量的弹性材料。
15.按照权利要求14的方法，其特征是所述微粒包含硬度大于所述两个部件或所述中间部件的材料。
16.按照权利要求15的结合，其特征是各个所述微粒还有粗糙的表面。
17.按照权利要求16的接合，其特征是所述两个部件中至少有一个包含金属材料。
18.一种两个部件之间的接合，包括至少两个部件，每个部件都有一个接触面；位于所述两个部件之间的中间部件，所述中间部件有厚度，包含弹性体并有与相应部件接触面接合的接触面；与润滑剂结合的多个微粒，所述微粒与中间部件的各个接触面和与各所述两个部件的相应接触面接合。
全文摘要
本发明包括把微粒(101)与待连接的部件(100、200)通过相互的机械作用而形成的接合。所述微粒(101)与所述各个部件(100、200)的接触面(103、104)接合，在组装后形成高摩擦状态，阻止所述两个部件(100、200)进一步相对移动。所述微粒(101)具有基本为扁平或片状的几何外形。各所述微粒(101)的表面粗糙，以增强与所述各接触面(103、104)的接合。这种片状外形可以防止所述微粒(101)渗入弹性部件，这种渗入会使所述微粒在连接中不起作用。
文档编号H05K3/32GK1501850SQ02808101
公开日2004年6月2日 申请日期2002年4月12日 优先权日2001年4月12日
发明者叶海亚·霍贾特, 叶海亚 霍贾特 申请人:盖茨公司