CN102245041A - 具有纳米结构材料的热流道*** - Google Patents
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Abstract
公开一种注塑***的热流道***，所述热流道***包括热流道部件，包括：材料，和被同所述材料结合的纳米结构材料。
Description
技术领域
本发明总体关于注塑***的热流道***，且更具体的本发明关于注塑***的热流道***，其中该热流道***具有包含了具有纳米粒子的纳米结构材料的热流道零件。
背景技术
已知的模具***实例是(包括其他)：(i)HYPET(商标)模具***，(ii)QUADLOC(商标)模具***，(iii)HYLECTRIC(商标)模具***，和(iv)HYMET(商标)模具***，所有的均有赫斯基注塑***公司制造(地址加拿大，网址：www.husky.ca)。
纳米结构材料的制造商的例子是：Integran，位于加拿大(电话416-675-6266)，(ii)北方纳米科技公司，位于加拿大(电话416-260-8889)。许可纳米材料和/或涂层的公司是C3国际，位于美国(电话678-624-0230)。研究纳米技术的学术机构是Purdue大学的Birck纳米技术中心，位于美国(电话765-494-7053)。研究纳米技术的研究组织的例子：(i)国家纳米技术基础组织网络(NNIN)，(ii)纳米科学和技术学院(NSTI)位于美国(电话508-357-2925)，和(iii)聚乙烯技术和网络公司，位于德国(电话：+49(0)6196-8845027)。提供有关纳米技术的新闻和信息的组织可在以下网址找到：(i)www.azonano.com，(ii)www.nanotech-now.com，(iii)www.nanowerk.com and(iv)www.nanohub.org。
美国专利号6,164,954(发明人：诺特泽，公布日：12/26/2000)公开了注射喷嘴装置，其包括内部和外部体部分。内部体部分包括熔化物通道且外部体是抗压力材料制成。外部体部分的内直径和内部体部分的外直径之间的比率被选择，以使得产生预加载荷或者载荷，当安装外部体于内部体上时。优选的，两体的安装是可移动的固定到注射喷嘴体。优选的，内部体包括抗磨损特性的材料以抵抗熔化物材料的研磨和腐蚀。该发明的装置特别的有利于模具机器和热流道喷嘴，用于各种材料在通常温度或者升高的注射温度下的高压成模。
美国专利申请号2003/0145973(发明人：吉乐，公布日：8/2/2003)公布了用于注塑的改进的热歧管，加热器和喷嘴，具有高强度金属骨架，渗透有具有高热传导的第二相金属。还公布了用于成型歧管，加热器或者喷嘴毛坯和利用高热传导材料渗透毛坯的方法。该发明还提供了同时渗透和焊接相类似或者不相类似的材料注塑部件的方法。
美国专利号7,134,868(发明人：古特，公布日11/14/2006)公开了注塑喷嘴，具有模具的浇口区域具有尖端部分，采用耐磨钻石类型涂层。传输熔化物到浇口区域的尖端熔化物通道表面也包括钻石类型涂层。在浇口区域的喷嘴密封表面也包括钻石类型涂层。提高硬度，光滑度和热传导的这些涂层表面，形成高质量的成模零件，并方便清洗模具设备，具有长期的服务周期。
美国专利申请号2008/0099176(发明人：魁维斯基，公布日：2008-05-01)公开了用于金属模具***的操作部件的成模材料，其具有由合金制成的零件体，其被制造可接触的靠近熔化的金属成模材料，包括熔化的镁合金。
美国专利申请号2006/0032243(发明人：陈家兰；公布日：16-02-2006)公开了注塑装置，其包括注射单元，锁单元和控制单元。注射单元包括模具和冷却***。该冷却***包括一个或多个在模具内的管路，和容纳在管路内的冷却剂。冷却剂为超流体的，和其中悬浮的碳纳米管。超流体的速度系数事实上为零，因此超流体和纳米管之间的摩擦是非常小。这使得管路中的在超流体内的纳米管遭受更多的湍流，这样纳米管可以自模具传导更多热。另外，纳米管自身具有高传导性。相应的，冷却***的热传导性得到提升。因此，注射进入模具中的熔化材料可以被冷却且足够的快。这提供了具有高成模效率的注塑装置。
美国专利申请号2008/0206391(发明人：包特，公布日：8/28/2008)公开了拥有注塑组件的喷嘴组件，其具有带有延伸穿过其的熔化物管道喷嘴壳体，喷嘴尖，和保持喷嘴尖靠着喷嘴壳体的保持器。该喷嘴尖是由急促硬化，高热传导材料和急促硬化，高强度材料制成，其被整体连接在一起以形成零件体。该高热传导材料的热传导率比高强度材料的热传导率高，且高强度材料的强度比高热传导材料的强度高。高热传导材料和高强度材料可以一起被急促硬化，在相同的急促硬化条件下，以获得增强高热传导材料的至少一个强度方面的值和高强度材料的至少一个强度方面的值。
美国专利申请号US2008/02742299(发明人：巴奈特，申请日05-03-2007)公开了用注塑流道***的喷嘴，在其中喷嘴零件和特别是喷嘴尖由纳米结晶材料制成。使用的纳米结晶材料包括纳米结晶铜和纳米结晶镍，其具有高热传导和增强的材料强度。材料的传统形式是工作的，直到其颗粒减小到小于100nm尺寸下获得所需的特性。
本领域现有状态提供了已知的热流道，其在很多实例中由于材料的特性而性能受限(例如，强度和热传导性和/或耐磨性)，配合包括标准金属合金的热流道部件，例如，PH13-8(不锈钢合金)，BeCu(铍铜合金)，4140(钢合金)，Aermet 100(高承载强度碳钢合金)，H13(工具和硬模合金)，等。
发明内容
根据本发明的总体的非限定实施例，提供一种用于注射***的热流道***，所述热流道***包括：热流道部件，其包括：纳米结构材料，和所述纳米结构材料包括纳米粒子。上述实施例的技术效果是在热流道部件内合并纳米结构材料改善了：(i)热流道部件的强度和/或寿命。现有技术下的热流道部件限制于材料的特性，具有标准金属合金和涂层的强度和耐磨等。纳米结构材料可以(i)被用作热流道部件的基材料，(ii)通过沉积方法加入到热流道部件，和/或(iii)被涂层到热流道部件上。
具体实施方式
总体上，同注塑***相使用的热流道***；该热流道***包括本领域人员所知的热流道部件(其由材料制成)，这些已知部件(和/或材料)将不在此描述；这些已知部件，至少部分的，在以下的参考书中被描述，例如：(i)《注塑手册》由OSSWALD/TURNG/GRAMANN(ISBN：3-446-21669-2)，(ii)《注塑手册》由ROSATO AND ROSATO(ISBN：0-412-99381-3)，(iii)《注塑***》第三版由JOHANNABER(ISBN 3-446-17733-7)和/或(iv)《流道和浇口设计手册》由BEAUMONT(ISBN 1-446-22672-9)。
第一非限定实施例
根据第一非限定实施例，热流道***(用在注塑***中)包括(但不限于)：热流道部件。该热流道部件包括(但不限于)：纳米结构材料。该纳米结构材料包括(但不限于)：纳米粒子。根据第一实施例的一个变换，纳米粒子包括(但不限于)金属粒子和/或陶瓷粒子，等。根据第一实施例的另一个变换，纳米粒子包括(但不限于)：球化处理粒子和/或非球化处理粒子。仍根据第一实施例的另一个变换，纳米粒子包括(但不限于)：金属粒子和/或陶瓷粒子和/或球化处理粒子和/或非球化处理粒子。
第二非限定实施例
根据第二非限定实施例，热流道***(第一实施例)被改进，使得热流道部件包括(但不限于)：材料(例如，但不限于，金属合金和/或陶瓷材料)，和至少部分的同所述材料结合的纳米结构材料。“结合”的定义如下：提供或者带给或者加入一起以使得形成一个单元，和/或提供或者带给紧密的结合或者关系，和/或造成或者加入或者联合成一体，和/或达到或者造成联合，和/或产生或者混合成一体。根据第二非限定实施例的一个变换，该材料包括金属合金，且纳米结构材料被分散在金属合金内，这样金属合金和纳米结构材料被结合以形成纳米结构金属复合材料。根据第二非限定实施例的另一个变换，该材料包括陶瓷材料，且纳米结构材料被分散在陶瓷材料内，这样陶瓷材料和纳米结构材料被结合以形成纳米结构陶瓷复合材料。
第三非限定实施例
根据第三非限定实施例，热流道热流道***(第一实施例)被改进，使得热流道部件包括(但不限于)：材料，和至少部分的环绕该材料的涂层，且纳米结构材料至少部分的同涂层结合。根据第三非限定实施例的一个变换，纳米结构材料至少部分的被分散在涂层内，且涂层包括金属合金，这样纳米结构材料和涂层被结合以形成纳米结构金属涂层。根据第三非限定实施例的另一个变换，纳米结构材料至少部分的被分散在涂层内，且涂层包括陶瓷材料，这样纳米结构材料和涂层被结合以形成纳米结构陶瓷涂层。
第四非限定实施例
第四非限定实施例是第二和第三实施例的结合。根据第四非限定实施例，热流道***(第一实施例)被改进，使得：热流道部件包括(但不限于)：(A)材料，且纳米结构材料至少部分的同该材料结合，和(B)涂层，其至少部分的环绕该材料，且纳米结构材料至少部分的被结合在涂层内。
热流道部件
包括了纳米结构材料的热流道部件的实例是(但不限于)：喷嘴尖，喷嘴壳体，歧管，由歧管所限定的熔化物管道，衬，歧管衬，注入口衬，阀门茎杆，模具浇口***件，螺旋，阀门，茎杆衬，模具滑动件，活塞缸，等。下面是在选定的热流道部件在寿命和性能改进的列表：(i)较高强度(例如，但不限于，喷嘴尖，喷嘴壳体，歧管，歧管衬，注入口衬)，(ii)较高的耐磨性(例如，但不限于，喷嘴尖，歧管壳体，茎杆，浇口***物，螺旋，阀门)。纳米结构材料(NsM)
纳米结构材料(NsM)可包括，例如，(i)纳米粒子，其可为金属合金粒子或者陶瓷粒子等，在直径上小于1微米，且纳米结构材料可实现作为底层材料或者作为底层的涂层。而且，纳米结构材料可以作为纳米结晶结构来实现。纳米涂层可包括纳米粒子和/或纳米结晶结构。纳米结构材料有时可被称作“纳米粒子”或者“纳米粒子基材料”。纳米粒子基材料是一种尺寸小于1微米粒子。具有纳米结构材料的热流道部件的技术优势是，热流道部件具有好的改善的韧性的结构(作为其小的粒子尺寸)，和/或改善一致性特性(即，小圆粒子被重叠放置在一起比较大的非一致粒子要好)。相对大粒子，小粒子也具有更大的表面能量相对它们的量的比例，因此增加了粒子间的结合强度。纳米结构材料的球化处理更提供了上述的优点，且可以总体由感应等离子或者震动反应堆获得，包括其他方法。纳米结构材料可以通过纳米尺寸的粒子获得，但也可通过大粒子被机械和热冲击以形成纳米尺寸结构获得。在最近的20年，具有纳米尺寸的微观结构材料已经被合成和研究。这些材料通过纳米尺寸构造块来结合，多数为结晶。构造块在它们的原子结构，结晶组织方向或者化学成分上是不同的。在构造块是结晶的情况下，不连贯的或者连贯的界面将在它们之间形成，依赖于：(i)原子结构，(ii)结晶组织方向，和/或(iii)临近结晶的化学成分。换句话说，纳米尺寸构造块的结合的材料是微结构的不均一，包括构造块(即结晶)和临近构造块之间的区域(即粒子边界)。正是这个固有的在纳米级上的不均一结构，成为它们的多个特性和区别的关键，相对于具有微结构一致性的玻璃，凝聚体等。晶界在纳米级上弥补了材料的主要部分，且强有力的影响了性能和处理。NsM的性能同那些单晶(或者粗糙粒子多晶)和具有相同均匀化学成分的玻璃相背离不同。该背离不同缘于减小的尺寸和纳米尺寸晶体的维度，也缘于毗邻晶体间的大量的界面。同大尺寸粉末相比，在金属合金的纳米粉末中已经发现了增加的展延性。纳米尺寸粒子，纳米尺寸球化处理粒子，纳米尺寸金属粉末
根据非限定实施例，纳米结构材料(Nsm)包括纳米尺寸粒子，纳米尺寸球化处理粒子和/或纳米尺寸金属粉末，和/或纳米尺寸陶瓷粉末，用于改善热流道部件的机械性能。
纳米基涂层
根据非限定实施例，纳米结构材料包括纳米基涂层。纳米基涂层趋于更加一致且具有改善的粘着，由于在粒子和底层间增加表面结合。
用于成长或者沉积纳米结构材料的技术是：如下(但不仅限于)：(i)MBE(分子束取向附生)，(ii)MOCVD(金属组织化学气相淀积)，(iii)PECVD(等离子增强化学气相淀积)，(iv)HVPE(卤化物气相取向附生)，(v)PLD(脉冲激光沉积)，(vi)ALD(原子层沉积)，(vii)反应溅射法。热流道部件可被涂层上纳米粒子基材料和/或可以由纳米粒子基材料制成。
纳米基金属合金
纳米结构材料还包括金属合金(例如铜合金，镍合金，钢合金(包括不锈钢)，钛合金，铝合金)，陶瓷和/或陶瓷复合材料。纳米结构材料可由可用的呈粉末形态或者被转化成纳米粒子尺寸的金属合金来制造。
制造工艺
纳米结构材料，其包括粒子或者“纳米粒子”，可以通过如下工艺制造：(i)烧结，(ii)3D印刷或者(iii)粉末注塑，和/或(iv)其他的转换细粉末成接近纯形状，原材料形成例如棒料，杆或者盘状，或者最终的纯形状。可以实现从传统材料通过严格塑性变形形成纳米晶体材料，其是一种获得那些小粒子尺寸的机械方法。
功能梯度
根据非限定实施例，纳米结构材料是通过热流道部件功能梯度，这样热流道部件的性能在通过热流道部件是变化的。根据上面的实施例的变换，热流道部件包括(但不限于)：涂层，至少部分的被分散在涂层内的纳米结构材料，至少部分的环绕热流道部件的涂层，通过涂层被功能梯度的纳米结构材料，这样热流道部件的性能在通过热流道部件是变化的。根据上述实施例的另一个变换(其是上面实施例和变换的结合)，热流道部件包括(但不限于)：(A)涂层，其中纳米结构材料至少部分的被分散在涂层内，和至少部分的环绕热流道部件的涂层，且通过涂层被功能梯度的纳米结构材料，这样热流道部件的性能在通过热流道部件是变化的，且(B)纳米结构材料在通过热流道部件是被功能梯度，这样热流道的另一个性能在通过热流道部件是变化的。
非限定实施例的描述提供了本发明的非限定的例子；这些非限定例子没有限制本发明权利要求的范围。被描述的非限定实施例属于本发明权利要求范围内。上面描述的非限定实施例可以：(i)调整，改进和/或提升，如本领域人员所期望那样，特定的条件和/或功能，没有偏离本发明权利要求的范围，和/或(ii)还可以延伸到其他适用的变换，没有偏离权利要求的范围。可以理解的是，非限定实施例显示了本发明的方面。详细和描述非限定实施例的参考不是限制本发明权利要求的范围。其他的非限定实施例，可能没有在上述中描述，也属于权利要求的范围之内。可以理解的是(i)本发明的范围由权利要求所界定，(ii)权利要求自身列举了关于本发明的本质特征，和(iii)本发明的优选实施例被从属权利要所界定。因此，发明的保护方式是仅通过后附的权利要求范围界定。
Claims (19)
1.一种用于注塑***的热流道***，所述热流道***包括：
热流道部件，包括：
纳米结构材料，包括：
纳米粒子。
2.如权利要求1所述的热流道***，其特征在于：
所述纳米粒子包括：
金属粒子。
3.如权利要求1所述的热流道***，其特征在于：
所述纳米粒子包括：
陶瓷粒子。
4.如权利要求1所述的热流道***，其特征在于：
所述纳米粒子包括：
金属粒子；和
同所述金属粒子结合的陶瓷粒子。
5.如权利要求1所述的热流道***，其特征在于：
所述纳米粒子包括：
球化处理粒子。
6.如权利要求1所述的热流道***，其特征在于：
所述纳米粒子包括：
非球化处理粒子。
7.如权利要求1所述的热流道***，其特征在于：
所述纳米粒子包括：
球化处理粒子；和
同所述球化处理粒子结合的非球化处理粒子。
8.如权利要求1所述的热流道***，其特征在于：
所述热流道部件包括：
材料，和至少部分的同所述材料结合的所述纳米结构材料。
9.如权利要求8所述的热流道***，其特征在于：
所述材料包括金属合金；和
所述纳米结构材料被分散在所述金属合金内，以使得所述金属合金和所述纳米结构材料相结合形成纳米结构金属复合材料。
10.如权利要求8所述的热流道***，其特征在于：
所述材料包括陶瓷材料；和
所述纳米结构材料被分散在所述陶瓷材料内，以使得所述陶瓷材料和所述纳米结构材料相结合形成纳米结构陶瓷复合材料。
11.如权利要求1所述的热流道***，其特征在于：
所述热流道部件包括：
材料；和
至少部分环绕所述材料的涂层，且所述纳米结构材料至少部分的被结合在所述涂层内。
12.如权利要求11所述的热流道***，其特征在于：
所述纳米结构材料至少部分的被分散在所述涂层内，且所述涂层包括金属合金，以使得所述纳米结构材料和所涂层被结合以形成纳米结构金属涂层。
13.如权利要求11所述的热流道***，其特征在于：
所述纳米结构材料至少部分的被分散在所述涂层内，且所述涂层包括陶瓷材料，以使得所述纳米结构材料和所述涂层被结合以形成纳米结构陶瓷涂层。
14.如权利要求1所述的热流道***，其特征在于：
所述热流道部件包括：
材料，和所述纳米结构材料至少部分的同所述材料结合；且
至少部分环绕所述材料的涂层，且所述纳米结构材料至少部分的被结合在所述涂层内。
15.如权利要求1所述的热流道***，其特征在于：
所述纳米结构材料功能梯度通过所述热流道部件，以使得所述热流道部件的特性在通过所述热流道部件变化。
16.如权利要求1所述的热流道***，其特征在于：
所述热流道部件包括：
涂层，所述纳米结构材料至少部分的被分散在所述涂层内，所述涂层至少部分的环绕所述热流道部件，所述纳米结构材料功能梯度通过所述涂层，以使得所述热流道部件的特性在通过所述热流道部件变化。
17.如权利要求1所述的热流道***，其特征在于：所述热流道部件包括：
涂层，所述纳米结构材料被至少部分的分散在所述涂层内，所述涂层至少部分的环绕所述热流道部件，所述纳米结构材料功能梯度通过所述涂层，以使得所述热流道部件的一个特性在通过所述热流道部件变化，且
所述纳米结构材料功能梯度通过所述热流道部件，以使得所述热流道部件的另一个特性在通过所述热流道部件变化。
18.如权利要求1所述的热流道***，其特征在于：
所述热流道部件至少包括其中之一：
喷嘴尖，
喷嘴壳体，
歧管，
由所述歧管所限定的熔化物管道，
衬，
歧管衬，
注入口衬
阀门茎杆，
模具浇口***件，
阀门，
茎杆衬，
模具滑动件，和
活塞缸。
19.一种注塑***，包括：
热流道***，包括：
热流道部件，包括：
纳米结构材料，包括：
纳米粒子。
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