[发明专利]模具、凝固体和制造它们的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于制造通过使熔融材料如金属熔体或树脂冷却和凝固而获得的凝固体(例如，铸件、模制塑料部件)的模具，以及一种制造这种模具的方法。本发明还涉及一种如此获得的凝固体和一种制造这种凝固体的方法。

背景技术

当进行诸如模铸、压铸或塑料的注射模制等工艺时，使用与期望的铸件或模制塑料部件的形状对应的模具。由于模具通常昂贵，所以希望通过例如提高脱模性和耐磨性来延长模具的寿命。模具的内表面(与熔融材料接触的表面)由此常常进行各种表面处理，例如在日本专利申请2001-316800号公报(JP-A-2001-316800)、日本专利申请2002-363705号公报(JP-A-2002-363705)、日本专利申请2002-35917号公报(JP-A-2002-35917)和日本专利申请2008-105082号公报(JP-A-2008-105082)中记载的那些。

但是，这些传统的表面处理未考虑诸如改善熔融材料在模具内的流动特性和充型特性、缩短作业时间(周期时间)和获得更微细的凝固组织等问题。日本专利申请8-318362号公报(JP-A-8-318362)教导了通过用具有不同热导率的多种基材来构成压铸模具，熔体的凝固速率将在模具内从一处到另一处改变，从而能够实现定向凝固。但是，这不是因为表面处理。

发明内容

本发明提供了一种通过表面处理来实现诸如改善熔融材料在模具内的流动特性和充型特性、缩短作业时间和改善所得到的凝固体的凝固组织等效果的模具。此外，本发明还提供了一种制造这种模具的方法、一种使用这种模具获得的凝固体和一种制造这种凝固体的方法。

鉴于详尽的研究和反复的试错检验，本发明的发明人已发现，通过根据模具的与熔融材料接触的接触表面的区域来改变碳纤维的起毛(raised)状态，可控制模具内熔融材料的导热性。通过在该成果上发展，他们最终完成了本发明的下述各个方面。

模具

在第一方面中，本发明涉及一种模具。所述模具包括：基材；和设置在所述基材上并且与熔融材料接触的接触表面。所述接触表面包括第一表面部和第二表面部，所述第一表面部具有第一纤维层，在所述第一纤维层中第一碳纤维起毛，所述第二表面部具有与所述第一表面部不同的表面特性。

在根据本发明的第一方面的模具中，表面特性已根据模具的与熔融材料接触的接触表面的区域而改变。这使得从熔融材料到模具的热传导特性(热传导性)能够根据模具接触表面的区域而改变，却不用达到改变构成模具基材的材料的程度。这例如能控制熔融材料在充型(或装填)到模具型腔中期间的温度，和熔融材料在充型完成后的冷却速率。这样，利用对模具的内表面(成形表面)进行的表面处理，能例如改善熔融材料在模具内的流动特性、改善熔融材料的模具充型特性、缩短从熔融材料充型直到凝固结束的作业时间、并且还改善由熔融材料的凝固所获得的凝固体的凝固组织。

此外，存在纤维层的表面部处的热传导特性(从熔融材料到模具的热传导性)不是必须固定的，而是可甚至在从熔融材料充型开始直到凝固结束的某个中间点改变。例如，通过调节碳纤维的起毛状态，可形成高度弹性并且能够在由熔融材料引起的压力(流体压力，如充型压力)下收缩的纤维层。该纤维层通常呈在碳纤维之间包含大量空隙的稀疏状态，并且用作隔热层。在充型开始时的熔融材料和模具之间的热传导由此被该纤维层阻碍，从而抑制熔融材料的温度下降。但是，随着熔融材料的流体压力由于大致在充型结束时所施加的压力而升高，与熔融材料接触的纤维层变得被压缩并且在碳纤维之间存在更少的空隙，从而导致密实状态。结果，纤维层自身的热传导性升高，从熔融材料到模具的热传导得以改善，并且熔融材料的温度快速下降。通过在模具的接触表面上设置根据本发明的第一方面的纤维层，能根据模具内的区域以平面的或空间的方式控制熔融材料充填到模具中期间的温度和凝固速率。此外，通过调整纤维层的形态，即使在从熔融材料充型开始直到凝固结束的步骤期间，也能随着时间控制熔融材料的温度和凝固速率(冷却速率)。

在根据本发明的第一方面的模具中，所述第一碳纤维可由碳纳米纤维、碳纳米线圈和碳纳米管中的至少一种制成。在根据第一方面的模具中，所述第一表面部可具有第一底层，所述第一底层用作所述起毛的第一碳纤维的基底。在根据第一方面的模具中，所述第一底层可包含从由镍、铁和钴构成的组中选出的一种或多种特定元素。在根据第一方面的模具中，设置有所述第一底层的所述基材可由其上不具有起毛的第一碳纤维的金属形成。在根据第一方面的模具中，所述金属可以是铜或铜合金。