專利名稱：具有施加到表面的材料的陶瓷工具的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及陶資工具(tooling )。
背景技術(shù)：
在本發(fā)明的申請(qǐng)人所擁有的國(guó)際申請(qǐng)?zhí)枮镻CT/GB2005/004196的專利中，描述了陶瓷工具在模制處理中的使用。使用金屬或復(fù)合材料制作的傳統(tǒng)工具具有以下局限性通常需要脫模劑來幫助從模具中移除模制部件，在復(fù)合材料模具的情況下，模具的壽命相對(duì)有限。通過采用高質(zhì)量的原版凸模具(master male pattern)制造的陶資模制工具或直接制造的陶覺模制工具，可消除對(duì)脫模劑的需求，并且可能增加工具壽命，例如，從復(fù)合材料工具的情況下每個(gè)工具制造約250個(gè)模制產(chǎn)品，增加到每個(gè)工具制造約10,000個(gè)模制產(chǎn)品。后一個(gè)數(shù)字接近金屬工具可達(dá)到的生產(chǎn)能力。然而，陶瓷工具表面的多孔性會(huì)對(duì)模制處理帶來負(fù)面影響。本發(fā)明的目的是消除或減輕該不利情況。
發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種陶瓷工具，其表面上被施加材料，使得施加的材料^^浸漬到陶乾的表面中。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種模制工具的制造方法，該方法包括以下步驟形成所需形狀的陶瓷基底，以及向陶瓷基底的模制表面施加材料，使得施加的材料浸漬陶資材料。
在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例中，施加到陶瓷表面上的材料提供了堅(jiān)硬、耐久、光滑、耐高溫的表面，并消除了在使用工具時(shí)對(duì)脫模劑的需求。該材料有利地是金屬類化合物，優(yōu)選為氧化4各。材料浸漬的深度在0.1mm至2mm之間，優(yōu)選為0.25mm。溫度、熱變速率、水分、干燥順序、焙燒和陶覺配方都被選擇成能將工具表面的凹坑減到最小。生成的凹坑可被填平。在陶瓷的部分焙燒過程或全部焙燒過程之后，但在施加材料之前，有利地，對(duì)陶瓷工具表
5面進(jìn)行蒸汽噴砂處理、燕麥(oat)噴砂處理或細(xì)沙(light sand)噴砂處理，以改善表面光潔度。優(yōu)選地，工具設(shè)置有加熱裝置。優(yōu)選地，加熱裝置包括設(shè)置在形成于陶瓷中的微孔中的電加熱線。這些微孔有利地通過在濕鑄造階段期間在陶瓷中設(shè)置的細(xì)長(zhǎng)塑料管或塑料桿形成。在工具固化后，塑料被熔化， >夂人而留下孔?？商娲?，加熱裝置包括用于流通加熱油的回油孔。優(yōu)選地，提供熱電偶或替代裝置，以便測(cè)量工具的表面溫度，并提供用于改變?cè)妮斎胪咛財(cái)?shù)的裝置。電加熱裝置優(yōu)選地包括改變電線的電阻的裝置。
通過在工具村底中置入包括例如馬鬃、硅酸鹽陶覺纖維或氧化鋁纖維等強(qiáng)化纖維或襯墊，陶覺工具的結(jié)構(gòu)完整性可得到相當(dāng)大的改善。然而，很重要的是，任何這種摻雜物的熱特性或化學(xué)特性都要與主要的陶瓷模具材料相匹配。
為了可以更清楚地理解本發(fā)明，以下將通過舉例的方式，并通過參考附圖來描述本發(fā)明的實(shí)施例。
附圖示出了陶覺工具的平面透一見圖。
具體實(shí)施例方式
參考附圖，基礎(chǔ)的陶瓷工具是常規(guī)的，并通過常規(guī)方式制成。合適的陶瓷為氧化鋁類或硅酸類，但也可使用其它陶瓷，諸如硼化物、碳化物，或氮化物。通過靜電沉積(electrostatic deposition),有控制地噴涂溶液或施加含有所需金屬類化合物的液體漿液，將諸如氧化鉻等的金屬類化合物施加到陶瓷表面上。優(yōu)選地，沉積的厚度被精確控制，以便優(yōu)化工具的表面硬度、工具的耐久性和工具光潔度品質(zhì)。此外，施加的金屬類化合物的化學(xué)配方可被修改，以便優(yōu)化沉積率以及實(shí)現(xiàn)所需的表面性能。表面光潔度的品質(zhì)對(duì)于之后的任何加工使用和生產(chǎn)的模制零件的使用來說極其重要。在施加處理期間，氧化銘4皮浸漬(infuse into)到陶資工具的表面中。
在替代優(yōu)選方式中，通過將氧化鉻作為鉻酸溶液施加到陶瓷工具，氧化4各-故浸漬?？稍诠ぞ弑砻嫔贤坎蓟驀娡繋讓尤芤?。通常，此施加步驟在對(duì)陶瓷的第一次焙燒之后但在最后一次焙燒之前進(jìn)行。在該處理期間，鉻酸蒸發(fā)，留下氧化鉻被浸漬到工具陶瓷的表面中。通常，氧化鉻滲入到陶瓷中的深度為0.1mm至lmm之間，4尤選i也為0.25mm。
在以上兩種情況下，氧化4各在陶瓷表面中的沉積是實(shí)際浸漬(true infUsion)。然而，氧化鉻的小顆?？赡軙?huì)存在于陶瓷表面上，并且在某些情 況下，殘留在表面上的氧化鉻可能會(huì)形成表面上的涂層。
如果工具被用于制造金屬噴涂部件，則工具表面上必須沒有任何微小的 凹坑(caster)或凹痕(pock mark )，因?yàn)閲娡康慕饘倏赡軙?huì)嵌入到這些凹坑 或凹痕中，這樣就會(huì)難以從工具上取出部件。這些凹坑通常因?yàn)楣ぞ弑砻鎸?的水分、(從其模型/模具上移除陶瓷所需進(jìn)行的)凝固的速率，和模具表面 的空間方位角(attitude)而產(chǎn)生。
盡管，浸漬處理有利地在室溫下進(jìn)行，但可通過仔細(xì)控制陶瓷混合 (ceramic mixing)和工藝控制(溫度、熱變速率、水分/干燥順序、焙燒和 陶瓷配方)以及工具設(shè)計(jì)，來最小化凹坑的數(shù)目。凹坑也可被填平(filled)。
可通過在部分焙燒處理或全部焙燒處理之后且在施加氧化4各之前，對(duì)工 具表面進(jìn)行蒸汽噴砂、燕麥噴砂或細(xì)沙噴砂，來改變工具光潔度的品質(zhì)。
這種噴砂在表面上留下了極其小而細(xì)微的波紋，這種波紋的尺寸通常為 30微米(幾乎不可見)。這種噴砂處理提供了噴涂金屬能夠粘在上面的表面。 波紋還將被轉(zhuǎn)印到所制造的部件的噴涂金屬表面上。然而，如果部件將被涂 漆，則不必要將轉(zhuǎn)印上的波紋除去，因?yàn)檫@些波紋還有助于鎖住漆。類似地， 如果部件不需要一級(jí)光潔度或者將被電鍍，則波紋是可接受的。然而，如果 部件需要4竟面級(jí)的光潔度，則部件可如普通金屬?zèng)_壓件(metal pressing )那 樣被拋光，。
在燕麥噴砂處理中，燕麥的谷殼被推進(jìn)到待處理的表面。谷殼的柔軟特 性在工具的表面上產(chǎn)生拋光的光潔度，而不是之前提到的波紋。對(duì)谷殼的利 用還使得該處理可用于更柔軟的部分焙燒的工具。
并且，在陶瓷模具被用于制造金屬噴涂的產(chǎn)品的情況下，模具的表面被 噴涂以成為模制產(chǎn)品的表面層的金屬，還要根據(jù)將被噴涂的材料來選擇浸漬 材料。例如，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)氧化鉻對(duì)于不銹鋼特別有利，但對(duì)于銅、鋁、原子間 致電導(dǎo)性的鋼(phoretic steel)和鈦，其他材料可能是合適的。
在利用以上工具進(jìn)行模制操作之前或模制操作期間，有必要加熱工具。 在制模之前，可將工具加熱至170°C。對(duì)于環(huán)氧樹脂，適當(dāng)?shù)闹颇Ｄ虦囟?是大約180。C。對(duì)于其他制模材料，可能其他溫度是適合的。例如，熱塑性材料可能需要41(TC左右的凝固溫度。為了在這個(gè)溫度范圍內(nèi)加熱模具以及 對(duì)這種加熱過程進(jìn)行控制，模具配備了電加熱線(附圖中標(biāo)注為W),或諸 如碳纖維襯墊(mat)等其它電加熱裝置。作為非電氣的替代方式，可在工 具中才是供導(dǎo)油孔(oil conducting gallery),但利用回油孔(oil gallery)很難 提供如利用電加熱線時(shí)那樣寬的溫度范圍。電加熱線優(yōu)選地是安裝在工具的 微孔中的細(xì)加熱線，以便能最大化工具的完整性(integrity)。微孔可通過在 陶瓷工具的濕鑄造階段中在陶瓷工具中放入細(xì)長(zhǎng)的塑料管或塑料桿來產(chǎn)生。 在工具被固化并從模型中移除之后，工具接著被焙燒，塑料熔化掉，從而留 下細(xì)線孔。然后，可將加熱元件穿到工具中。
在采用碳纖維襯墊的替代方式中，在進(jìn)行焙燒之前，將襯墊置于第一層 陶瓷上，并將第二層陶瓷置于上面。
可利用熱電偶或其他適當(dāng)裝置，來測(cè)量工具的表面溫度，并且輸入到元 件的瓦特?cái)?shù)可被調(diào)節(jié)以適應(yīng)所需溫度。
通過采用這種技術(shù)，元件可被改變，使得電線的電阻可被選擇，以改變 對(duì)于任何所選長(zhǎng)度的電線所需的熱量輸入。
應(yīng)理解，以上實(shí)施例僅僅是通過舉例的方式描述的，在本發(fā)明的范圍內(nèi)， 可作出許多修改。例如，盡管氧化鉻優(yōu)選作為施加到陶瓷工具表面上的金屬 類化合物，但可以利用其他材料，只要所選的材料能提供堅(jiān)硬、耐久、光滑、 耐高溫的表面，并且這種表面便于脫離模制產(chǎn)品。
權(quán)利要求
1.一種陶瓷工具，具有施加到其表面上的材料，其特征在于施加的材料被浸漬到所述陶瓷的表面中。
2. 如權(quán)利要求1所述的陶瓷工具，其中，所述材料是金屬類化合物。
3. 如權(quán)利要求2所述的陶瓷工具，其中，所述金屬類化合物是氧化鉻。
4. 如權(quán)利要求1 、 2或3所述的陶資工具，其中，材料的浸漬深度在O.lmm 與2mm之間。
5. 如權(quán)利要求4所述的陶瓷工具，其中，材料的浸漬深度為0.25mm。
6. 如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的陶資工具，包括加熱裝置。
7. 如權(quán)利要求6所述的陶瓷工具，其中，所述加熱裝置包括設(shè)置在形成 于所述陶資中的孔中的電加熱線。
8. 如權(quán)利要求6所述的陶瓷工具，其中，所述加熱裝置包括設(shè)置在陶瓷 體內(nèi)的碳纖維襯墊。
9. 如權(quán)利要求7或8所述的陶瓷工具，其中，所述電加熱裝置設(shè)置有用 于測(cè)量所述工具的表面溫度的裝置。
10. 如權(quán)利要求9所述的陶資工具，其中，用于測(cè)量的裝置包括一個(gè)或 多個(gè)熱電偶。
11. 如權(quán)利要求7至10中任一項(xiàng)所述的陶瓷工具，其中，設(shè)置有用于改 變所述加熱裝置的輸入功率的裝置。
12. 如權(quán)利要求7所述的陶瓷工具，其中，設(shè)置有用于改變線的電阻的裝置。
13. 如權(quán)利要求6所述的陶資工具，其中，所述加熱裝置包括用于流過 力口熱油的回油孑L。
14. 如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的陶瓷工具，其中，在工具中設(shè)置有 強(qiáng)化纖維或襯墊，以改進(jìn)工具的結(jié)構(gòu)完整性。
15. 如權(quán)利要求14所述的陶覺工具，其中，所述強(qiáng)化纖維或襯墊是馬鬃、 硅酸鹽纖維、陶瓷纖維或氧化鋁纖維。
16. —種模制工具的制造方法，包括形成所需形狀的陶瓷基底的步驟， 其特征包括向其模制表面施加材料，使得被施加的材料浸漬所述陶瓷的步驟。
17. 如權(quán)利要求16所述的方法，其中，所述陶瓷被金屬類化合物浸漬。
18. 如權(quán)利要求16或17所述的方法，其中，所述陶覺被氧化鉻浸漬。
19. 如權(quán)利要求16至18中任一項(xiàng)所述的方法，其中，材料被浸漬的深 度在O.lmm與2mm之間。
20. 如權(quán)利要求16至19中任一項(xiàng)所述的方法，其中，材料被浸漬的深 度為0.25mm。
21. 如權(quán)利要求16至19中任一項(xiàng)所述的方法，其中，溫度、熱變速率、 水分、干燥順序、焙燒和陶瓷配方全部被選擇以便將工具表面中的凹坑減到 最少。
22. 如權(quán)利要求16至20中任一項(xiàng)所述的方法，其中，凹坑被填平。
23. 如權(quán)利要求16至21中任一項(xiàng)所述的方法，其中，在施加材料之前, 陶瓷工具表面進(jìn)行蒸汽噴砂處理。
24. 如權(quán)利要求23所述的方法，其中，噴砂處理是蒸汽噴砂處理。
25. 如權(quán)利要求23所述的方法，其中，噴砂處理是燕麥噴砂處理。
26. 如^3l利要求23所述的方法，其中，噴砂、處理是細(xì)沙噴砂、處理。
27. 如權(quán)利要求12至20中任一項(xiàng)所述的方法，其中，所述工具被加熱。
全文摘要
一種陶瓷工具和制造該陶瓷工具的相關(guān)方法中，陶瓷襯底被材料浸漬。該材料優(yōu)選為金屬類化合物，并且有利地為氧化鉻。材料的化學(xué)配方可被改變，以優(yōu)化材料沉積率和所需的表面性能。浸漬的深度有利地為0.1mm至1mm，優(yōu)選的為0.25mm。工具的模制表面可被進(jìn)行蒸汽噴砂或燕麥噴砂處理。所產(chǎn)生的工具壽命更長(zhǎng)，并且在不用脫模劑的情況下仍能使用。
文檔編號(hào)B29C33/38GK101663145SQ200780050128
公開日2010年3月3日 申請(qǐng)日期2007年11月16日 優(yōu)先權(quán)日2006年11月18日
發(fā)明者安東尼·多德沃思 申請(qǐng)人:賓利汽車有限公司