CN101945744A - 由低成本的陶瓷或聚合物制造机械要求高的工件和专用工具的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及以低成本制造高要求的工件的方法。该方法特别适合深拉模，但也适合其它类型的加工。它还非常适合大尺寸且具有高机械要求的机械部件，如风车中的转子和罩以及其它大型机械。工件或工具采用低成本陶瓷进行浇注，如高阻力混凝土(特别提及HPC或UHPC)或低水混合物的浇注料或任何其它低成本高机械阻力材料(低成本陶瓷或高阻力聚合物是特别适合的)。一旦铸造，则模具或工件的工作面用金属、金属间或高性能陶瓷涂敷。投射或沉积技术用于获得高附加值的工作面。

Description

由低成本的陶瓷或聚合物制造机械要求高的工件和专用工具的方法
技术领域
本发明涉及制造高要求的工件的方法，且特别是非常适合于工具和模具的方法，这种方法是通过将低成本高阻力基础材料(如高阻力和超高阻力混凝土[UPC，UHPC]，高阻力低水混合物可浇注的或高阻力热固性聚合物)铸造成预期形状，随后至少部分地用金属或工业陶瓷涂敷表面。通常像冷喷涂、CVD、PVD或如电弧、等离子体、激光、氧化燃料(oxi-fuel)等的热喷涂技术等的投射或沉积技术可以用来提供金属层。金属层也可以被部分或完全熔化和/或喷丸(shot blasted)。也可以投射或沉积工业陶瓷。在回转轮廓(revolution figure)的情况中，可以使用金属衬里或环。
背景技术
如今，用于构建混凝土工具的技术例如存在于US4588443中。然而，由于缺少机械阻力，这些方法不能应用于片状拉丝或其它要求高的应用，这是因为在工作区域中所采用的混凝土或金属层的阻力太低。还存在一些用于获得具有高阻力的增强型聚合物混凝土(GB2250703A)、用于构建注模的纤维增强型的混凝土(JP2003170410)的技术，或增强型高阻力的聚合物的应用(WO 03/039779 A1)。然而，在所有的这些情况中，采用这些技术用于成形高质量的薄片和其它金属至金属接触应用的可能性非常小。用来增强混凝土或聚合物的元件划伤被拉制出的薄片，并且表面微缺陷允许薄片颗粒的沉积，这又在随后将被拉拔出的薄片上产生粘附。为了避免这种影响，开发了一些技术，通过表面熔化金属层(DE69908273T2)，或者通过采用可以用作混凝土混合物的铸模的层(JP2002346663，DE202006010493U1)。在这两种情况中，金属-混凝土联合体的质量仅对于少数应用是满意的。
已知在通过金属的热投射(thermal projection)所制造的工件中将混凝土作为支撑构件而不作为主要阻力构件(如本发明中的情况)。通常，在将混凝土用作支撑构件的这些技术中，如果它被通过在另一模型上热投射来获得，那么混凝土被浇注到金属工件中(JP63309332，US3631745，JP2104424，JP2251323)。
当混凝土为阻力构件时，在混凝土上实现热投射用于保护混凝土防止腐蚀或防火也是已知的，如在US6224943、EP0669299 A2和US5879817中所描述的。在机械要求低的情况下，在制造低成本模型时在低阻力树脂上进行热投射也是已知的(JP60108122)。
存在多种技术，用于通过热投射来插入层，其与金属基板相比，特别是与陶瓷和硬质金属相比，是耐磨损或耐腐蚀的(JP2004175112)。
发明内容
在薄片处理工业中，工具成本通常占所制造的工件的成本的重要部分。由于这个原因，低成本工具的制造非常引人关注，特别是在这些工具中的一些不需要具有非常长的寿命周期时。
在多种其它工业中，大型结构或机械部件的使用代表着高成本，特别是在这些元件需求非常高以及必须采用昂贵的铸造金属或者甚至锻造的金属来承受涉及的高载荷时。这通常是能量转换机械和加工机械中的情况。
用于形成薄片的大多数工具通过浇注铁合金以及随后最终机加工成期望的几何形状而制成。它们也从金属块开始制造，金属块被机加工，直到它们到达期望的几何形状。然而，这通常意味着通过机加工去除大量的材料。
本发明特别有利地用于制造大型深拉模。通常，根据下述过程通过浇注钢来制造深拉模：
-获取模型(最经常采用的材料是发泡聚苯乙烯，但也可以采用其它材料，特别是在最终的机加工应当被最小化时，这是因为发泡聚苯乙烯的尺寸稳定性低)
-获取砂模，其放置在所述模型周围
-在所述砂模中浇注熔化的钢混合料(熔化物本身去除了所述模型，在不使用聚苯乙烯的情况中，可以事先取走所述模型，可以在中空的洞穴中浇注所述熔化物)
-取走所述砂模并清洗所述熔化物
-热处理所述熔化物-可选的
-最终的机加工
-最终的热处理
在一些情况中且首先，如果时间压力大以及如果期望将工具用于制造小型的系列，则模具通过碎屑去除机加工由金属块制造，所述金属块易于机加工且通常由铝合金或低合金钢制成。
最终完成的深拉模需要具有的特性是：
-尺寸稳定性，用于确保获得预期的工件。这意味着所采用的材料需要具有足够的机械阻力。为此目的经常使用的铝通常具有300MPa的阻力，通常使用的钢一般具有大于400MPa的机械阻力。
-韧性，用于确保工具不断裂。这是使用金属的通常原因。
-耐磨性，用于确保所获得的工件的几何形状在工具使用寿命期间不会明显地改变。这是为什么依赖于所要求的工具使用寿命和形成的薄片类型使用不同材料的基本原因。
-表面状况，用于确保所制造的工件具有好的表面质量。工具不应当划伤所制造的部件。划伤可以由工具材料中的非常耐磨和大的颗粒的存在而导致，所述颗粒由更易变形的或降解的基质包围。这增加了接触压力，这是因为实际接触的面积明显减小。如果在工件材料和工具之间存在亲合力，那么工件上的划伤或标记也可以由粘附物导致。或者它们可以由工具上的孔或表面缺陷引起，在其中可以沉积一些工件材料，所述工件材料又与随后处理的工件具有大的亲合力。
也可以考虑第五个要求：即获得具有提高的尺寸公差的工件的必要性。也就是说，工具需要具有高的尺寸精度和稳定性。
所有的上述要求和它们中的至少一些对许多其它应用来说都是共有的，因此可以适用于在本发明中提出的方案。这是机械中具有许多结构和主动部件的情况。在大型机械部件的情况中，采用本发明的方法的经济优势甚至更大。罩、轴、转子、辊轴、滑动接触件、电动滑车、机床工作台和许多其它工件都是本发明应用的候选物。
而且，本发明允许提供具有多种表面或表面下功能的所制造的工件：例如，在几乎任何可能的预期图案中的加热、冷却、传感、致动器、传导或感应的功能。这对无数的应用范围是极其有吸引力的，用作例子：感应器、定子、热成形冷却原型模……
考虑到工具的要求，本发明提供了获得高需求的工件的方法，特别有利的是用于像大型的深拉模之类的工具，通过用低成本的基础材料和由更昂贵的材料制成且提供前述段落中描述的必要性质的表面层构建目标工件来具有所要求的特性且成本相当低。所述层通常通过热投射或沉积技术添加。通常，添加层是金属性的，通常为钢。然而，在需要具有高耐磨性或电绝缘或绝热效果的工件的情况中，所述层也可以为工业陶瓷，最后，表面层也可以为金属间化合物或包含所描述的三种材料(金属、金属间化合物和工业陶瓷)族的任何一种的复合物。在压电、热电(piroelectric)、强磁性或其它传感器或致动器作用的情况中，通常，具有期望性质的陶瓷通常结合金属支撑层被投射。在制成的工件的表面中具有确定的热或电传导路径的情况中，通过适当的掩模处理以期望的形式投射具有不同的对应性质(主要是热或电传导性或磁导性)的材料。
因此，本发明的第一方面涉及一种工件或工具，包括具有高于60MPa的机械阻力的陶瓷或聚合体基础材料，其至少部分地用金属、金属间化合物或工业陶瓷进行涂敷。
本发明的第二方面涉及一种工件或工具的制造方法，包括下述步骤：
a)将具有高于60MPa的机械阻力的陶瓷或聚合体基础材料浇注成预期形状；
b)允许所述的基础材料至少部分地固化或硬化；以及
c)用金属、金属间化合物或工业陶瓷至少部分地涂敷由步骤b)获得的工件的表面。
具体实施方式
以下将仅以举例的方式描述本发明的实施例：
在本发明中，所采用的低成本基础材料通常为混凝土或低水混合物浇注料。虽然高阻力热固性聚合物有一点不合适，但也是可以使用的。可替代地，可以使用具有足够机械性能的高阻力聚合物或任何低成本陶瓷。所要求的支撑基础材料的阻力水平依赖于必须被成形的薄片(依赖于它的机械阻力、厚度和拉拔的几何形状)，并且最重要是依赖于所采用的表面层的厚度。对于用于汽车工业中的外壳制造的大型模具，使用具有约240MPa的机械阻力和约200MPa的弹性极限的用于拉拔的高性能的薄片。在图1中可以看出，对于具有相当小锐角的拉拔几何形状，可能要求大于200MPa的表面阻力，但在离表面仅0.5mm的位置处，所要求的阻力低于150MPa。存在多种具有高于100MPa的抗压力的许多低成本材料，特别是混凝土和热稳定性材料(thermo stables)。以添加有助熔剂和/或硅石的瓷料(白陶岩(porcelainates))为基材的常规混凝土可以实现140MPa的阻力。存在具有阻力大于120MPa的聚合物水泥。以低湿度水泥和纤维增强相为基材的预混合混凝土(“低水混合物浇注料”)可以到达大于250MPa的阻力。而且，具有大于300MPa的阻力的热固性聚合物可以用作基础材料或部分地代替陶瓷。这种聚合物基础材料也是非常好的候选物，用于填充在基础材料浇注期间可能保留的表面空洞，特别是如果所述空洞对金属或工业陶瓷层的涂敷是有害的。如果所采用的热投射工艺将基材暴露于高温，或者如果最终的应用在特定的温度下要求特定的阻力，则可以采用以铝酸盐为基础的耐火混凝土或以氧化铝为基础的低水混合物水泥。如果在混合工艺期间采用内部和/或外部振动器，则可以实质上改善许多的这些混凝土的特性。具有较高阻力的这些低成本材料中的一些材料需要高能量输入混合。这些材料中的一些需要老化过程，其可能要求将它们暴露至高温。可以用于特定应用的其它材料为聚合物模与金属或陶瓷增强相(另外低成本陶瓷的增强相)的合成物，或者为陶瓷模与金属或聚合物增强相的合成物。
在本发明的一些例子中，感兴趣的是低成本基础材料具有尽可能高的机械阻力。这例如是许多机械元件的情况，也是采用本发明制造用于成形非常硬的AHSS薄片的工具时的情况。在这种情况中，可以使用极高阻力的混凝土。可以采用几个诀窍来增加高阻力混凝土(HPC)的已经高的机械阻力，例如：刚刚浇注它之后向该工件施加加压步骤，以突然排出混合物中的一些水，这是在填充期间让混凝土流动所需要的，但在混凝土固化期间是不期望的(它可能要求特殊的铸模构造)，以这种方式可以达到大于400MPa的机械阻力；使用金属球或集料(也可以被涂敷)代替一部分干料(arid)，以这种方式，可以达到大于1000MPa的机械阻力；采用纳米度量的金属粉末(也可以被涂敷)部分地代替水泥，以这种方式，可以达到大于1300MPa的机械阻力，前述策略也可以组合使用。当基础材料的抗张强度也重要时，使用金属纤维(不同的性质和长度)、聚合体的纤维或纺织纤维以及其它增强相可能是非常有利的。
在本发明的一些例子中，认识到可以获得重量轻的部件。为了进一步增强这种特性，通过故意在低成本基础材料中保留空洞，或在浇注之前将一些轻质材料混合到混合料中，可以使得基础材料的重量降低。这种实践的说明性例子将是添加具有期望尺寸的成球形或块状(chunck)的发泡聚苯乙烯(polyesthirene)，在浇注陶瓷之后，这种添加材料可以被去除，以在混凝土上留下空洞(可以采用温度、酸或其它手段去除所述材料)，或简单地留在原来的位置上。如果期望有空洞，或者轻质材料将要留在基础材料中，则可以采用其它可去除材料，如球形或颗粒状的低密度聚合物、纤维素、蜡。通过在铸模填充期间吹送气体，也可以在基础材料中留下空洞。
为了制造包括极高阻力的混凝土或其它具有极高阻力的低成本材料以使它具有预期几何形状的模具，通常使用发泡的聚苯乙烯。对于要求大的精度以避免机械加工或能够进行陶瓷涂敷的应用，通常使用具有大的尺寸稳定性的材料，如高密度的聚丙烯或木材成分。如果可以利用，也可以使用具有期望形状的薄片。在这种情况中，采用油灰，以具有容易去除的且将在之后被热投射层替换的厚的隔离物。可以使用许多种材料和工艺，以获得这种模型。
与金属相比，陶瓷和高阻力聚合物的较大脆性是个问题。如果应当获得具有与可能的敲击或脱落相关的大的公差的模具，则应当对基础材料进行铠装防护(armour)。在低湿度水泥(“低水混合物浇注料”)的情况中，应当使用具有与基础材料类似的线性热膨胀系数的金属，以避免老化过程期间模具破裂。即使在暴露至相当大的温度变化的模具的情况中，采用具有与基础材料本身类似的线性热膨胀系数的金属是便利的：铁或镍(或具有作为基体合金化成分的这些材料中的一种的任何合金)用于以瓷料为基础的混凝土，聚合物混凝土、不胀钢、康铜、钨或钼(或具有作为基体合金化成分的这些材料中的一种的任何合金)，用于具有高含量的氧化铝和/或硅石的水泥。
混凝土是抗高压负载的，但它们的阻力在抗张应力下低。几乎所有的陶瓷和许多高阻力聚合物的抗张强度都差。这是本发明的工件经常被铠装防护的主要原因。确保工件不遭受抗张应力的另一种形式是采用箍或外部金属压缩环或框架。所述箍或环也可以用来对铠装的杆预加应力。以这种方式，可以在所有的工件区域中获得更加压缩的张力状态，这允许制造更复杂的几何形状。但是，对于一些应用，低成本基础材料的抗张机械阻力是足够的。特别是在工作层通过金属的投射或沉积涂敷时，允许铠装的杆仅仅伸出位于将要被投射的表面上的低成本基础材料通常也是有利的，以为投射的或沉积的涂层提供额外的锚定点。
通常令人感兴趣的是为工件提供金属基底、板、框架或浇铸件，它们可以仅仅用于运输或装配/锚定手段，但在意外情况中也可以提供弹性，如果在浇注或刚浇注完时，金属板、浇铸件或框架设置有销钉(spike)和接合至低成本材料。
在本发明中，通常为钢或(以Fe、Ni、Co、Al、Mo、W或其它金属为基体的)其它金属合金的金属膜将放置在表面上，以增强工作区中的韧性，承受表面上的负载，便于加工，并且最重要的是允许对制造的工件进行好的表面精加工。除了可以用作表面工作层外，提供所要求的功能性的其它材料为金属间化合物和工业陶瓷(或任何包含它们的合成物，如是硬质金属的情况)。投射和沉积方法是获得这种金属、金属间化合物或工业陶瓷表面层的最佳候选方法，但可以采用浸渍在熔化物或浆或包含高粘性颗粒的涂料(如溶胶凝胶)中，特别是在已经存在第一投射/沉积中间层时。热投射的变形中的一种(不管：投射材料的加速/输送的速度和方式，加热投射材料和输送流体的方式，投射材料[粉末、其它颗粒、杆……]的形状和尺寸，投射的材料是否软化或部分熔化，以及它是否可以考虑冷或热喷涂)则是非常适合获得表面层的工艺，以及冷喷涂投射、等离子投射(“等离子体喷涂”)、HVOF投射(“高速氧燃料喷涂”)、HFPD投射(“高频脉冲爆燃”)、氧乙炔投射(“火焰喷涂”)、电弧投射(“电弧喷涂”)或任何其它方式。通过沉积流体或汽化(CVD-化学汽相沉积、PVD-物理汽相沉积，EB-电子束轰击、离子注入、等离子汽相沉积……)，也可以进行表面涂敷。如果它们在受控气氛腔(在大气压力以及负压/低气压下)中实现，则这些工艺中的一些可以增强投射/沉积层的一些特性和接合质量。可以使用任何其它允许插入足够厚的层和在层或基础材料之间提供好的结合性的工艺，如阴极敷层，或浸渍到期望材料的熔化物或包含期望材料的浆中，其随后被干燥、刻蚀或燃烧，以去除载体。在每种情况中，所选择的技术依赖于与基底低成本陶瓷和加工面的界面处所要求的性质，这又取决于许多工艺参数和几何条件作用。一个将要考虑的很重要的方面是投射/沉积层上的残余抗张应力，这是由不同的可行的技术留下的，且经常又依赖于层的厚度。
当构造具有圆柱对称性的工件时，表面层可以作为固体涂敷。对于如任何类型的轴和卷轴的情形的外部圆柱对称性，金属环或套可以用作工作面，可以通过下述方式对它进行加箍，即对它进行加热并因此使它膨胀，在压力的帮助下插入它并让它冷却，因此相对于基础低成本材料收缩，改善锚定。对于如电机滑块中的圆筒形孔或许多其它形状的情形的内部圆柱对称性，金属衬里可以用作工作面(它可以是加压安装的并深度冻结的，低成本材料被加热以改善锚定)。
当每种应用中工具表面上所期望的功能性不同时，存在数不尽的可用用作表面层的材料。特别地，可以投射或沉积具有期望硬度且具有增强机械性的钢、具有滑润剂或防粘剂粒子的钢、具有优化的摩擦行为的材料和/或具有极佳的耐磨性的材料，以及前述具有特定的热、磁、电、压电或热电(piro-electric)或任何其它特定性质的材料。原则上，可以插入每种类型的金属、金属合金、金属间化合物或陶瓷或者甚至它们的合成物。
当用金属涂敷时，附着力对整个性能具有非常显著的影响，因此改善界面处的附着力是很重要的。为了这样做，可以采用金属纤维。通常所述纤维与低成本基础材料以及浇注料混合在一起，除非在低成本基础材料的主体中也期望有所述纤维，用于增加抗张应力状态下的阻力，则这种纤维可以引导至表面，优选垂直它定向，以具有最大的纤维拔出阻力。这可以通过施加电场或磁场来定向所述纤维而实现。例如一些永磁铁可以粘合至成型铸模，使得当填充一定体积百分比的铁磁纤维已经结合到其中的低成本材料时，以及在混合料的振动期间，纤维可以流向与大致垂直于表面的力线对齐的磁体。为了进一步增加投射表面上的金属的量，所述工件可以被喷丸强化(shot penned)或喷砂清理(shot blasted)，以使金属纤维在所述表面上扩展。投射的金属非常好地粘附至基础材料的金属上，更多地在其可以塑性变形时，并且如果在投射期间或在后期处理中温度足够高，还可以获得一些扩散结合。
当在陶瓷或聚合物上投射金属时，结合主要是机械结合，因此在表面有点粗糙(提供了良好的锚定点)时较好。当基础材料具有金属纤维时，如果这些纤维在热投射或沉积之前被激活(激活理解为去除所有的表面氧化物，以具有尽可能为金属性的纤维表面)，则也极大地改善了锚定性。为此目的，特别指出采用喷砂处理(金刚砂、玻璃球或微粒……)或喷丸强化(特别是采用金属球)来激活金属纤维和低成本基础材料表面，但可以采用任何其它方法(研磨、抛光、粗糙处理……)。
可以考虑应用中间层，以增强表面工作层的附着力。这种层例如可以为热稳定层，其是防湿的，且耐碱成分(以避免对中间相中使用的金属层的侵蚀)。在JP4107251中描述了这种方法。
为了增强机械投射层的附着力，通过采用利用腐蚀冲击等去除空气的模型，可以在基础材料中产生表面孔隙率。金属栅格可以放在模型表面上。混凝土将填入模型中，使得栅格最终位于混凝土工具的表面上。而且特别地，如果将要用作表面工作材料的材料，或与陶瓷或聚合体相比，支撑中间层更好地粘附到金属基底上，则铠装的金属杆可以以下述方式固定在铸模中，即它们在将实现热投射/沉积的每一侧上都突出到混凝土物件之外。
用所描述的热投射技术中的一些，特别是在受控气氛中进行的技术，则可以获得大于99％的密度。如果要求较高的表面密度，则可以通过局部熔化实现表面致密处理。应当施加足够集中的能量源，如激光或集中的红外线(HDIR-“高密度红外线”)，用于局部熔化。可以采用任何其它用来增加密度或者甚至仅增加表面应力状态的方法，无论它们是否包括熔化(如焊接)，或者仅仅是纯机械作用(如喷丸强化)。
投射/沉积表面材料可以要求集成或表面热处理，例如一种或几种退火工艺，或表面处理，如碳氮共渗或磺化(sulfonizing)、表面回火(通过感应、激光、火焰等)。并不是低成本基础材料和表面材料的每一种组合都允许进行每一种处理。如果表面处理要求高温，则必须考虑线性热膨胀系数的相容性，以及基础材料承受所要求的处理温度的能力。
为了进行输送，且特别地，为了将工具固定在机械上，通常令人感兴趣的是在工具或工件的固定侧具有容易加工的区域。在本发明中，如果如前述那样要求，则为此目的安装铁板框架或熔化物(melt)。当低成本基础材料被浇注时，金属轮廓也放在引导区中，使得它们保持嵌入到结构中，但随后容易加工。如果使用锚板或引导区，它们通常在浇注基础材料之前插入铸模中，或者插入新形成的陶瓷/聚合物中。通常，这种板或轮廓具有一些焊接的金属杆或销钉，以增加至低成本基础材料的锚定。
虽然本发明特别适合于制造大型拉模，但它也可以用于制造多种工具类型，且具有相当大的优势。这些工具中的一些可以为：用于塑性注射的铸模，用于塑料热成型的铸模，用于轻质金属注射的铸模，锻造模，用于无型(自由)锻造的模具、弯曲模、冲裁模等。在工作温度较高的这些情况中，当线性热膨胀系数必须相容时，对用于热投射的材料和基础材料的选择是有限制的。
本发明还非常适合制造机械部件，无论可移动的、致动器的、传感的或结构的。在许多例子中它允许降低重量，当采用本发明时降低成本的潜力大，并且一些功能性，特别是包括具有特定功能性的复杂图案的那些功能性难以在任何其它制造方式中获得。事实上，几乎任何高需求工件或要求复杂功能性的部件都容易从本发明中获利。
在随附的从属权利要求中描述本发明的其它实施例。
例子：
例子1
在图2中可以看到本发明应用的例子。它是拉模的示意图。通常，这些模具明显更加复杂，具有坯料支架和侧部凸轮。图2a)中的示意图对应于根据本发明实现的拉模。该图仅集中在熔化支撑板和加箍的高阻力混凝土物件上，该物件通过热投射HVOF(它也已经在HVOF投射的金属的第一薄层的顶部上用冷喷涂来实现，具有相同的满意的结果，甚至可获得更厚的厚度)涂敷有能够被容易地加工的添加剂和热加工工具钢。原则上，在机加工之后，这一模具和通过常规方法制造的模具之间的工作区域的差异不容易被看到。仅具有预应力杆的压缩框架区域揭示混凝土的存在。这一铸模通过遵循下述步骤获得：
-发泡聚苯乙烯中的铸模制造。箱体和工具的负片形成在其内部下侧。
-铠装在铸模中的放置，在工件的之后金属将通过热投射而被投射其中的区域中，杆插入聚苯乙烯铸模中0.5mm。一些平行于工作区域的铠装杆在每一侧插入聚苯乙烯箱体中0.5mm，以能够随后将它们固定在压缩框架中。
-用具有非常高的机械阻力(老化后250MPa)和低湿度的主要以铝和硅石氧化物(“难熔低水混合物浇注料”)为基础的混凝土填充洞穴。在填充过程期间通过振动台的方式实现外部振动，通过针实现内部振动。
-在24小时期间内用塑料固化整个铸模
-抽出聚苯乙烯模型铸模
-混凝土干燥和烧结，以去除湿气，在受控气氛炉中在高温下反应
-用具有用于长杆的孔的可拆卸钢箱体给混凝土模加箍
-给杆预加应力
-从混凝土模去除表面灰尘，采用金刚砂喷砂处理激活表面。
-热投射能够容易地加工的热加工钢层
-最终的机加工
图2b)示出了示意性的横切面，以证明与常规模具的差异。在图中可以看出基本输送板和具有用于混凝土的铠装的杆的模具固定装置(22)。也可以看见铠装杆(20)。它们中的一些(20A)在箍(23)的帮助下被预加应力。所采用的高阻力混凝土(25)是以在受控气氛炉中被烧结的氧化铝为基础的“低水混合物浇注料”。铠装杆进入热投射层(26)。最后，该图示出了已经经受通过局部激光熔化进行的致密处理的层(30)。
例子2
采用本发明获得选择性加热压型辊。该辊在其工作面上已经嵌入导热图案。所述压型辊通过遵循下述步骤来获得：
-发泡聚苯乙烯中的铸模制造。制造出具有压型轮廓的负片的空圆筒形罩(cage)。
-采用10％金属纤维增强的高机械阻力混凝土(HPC)填充洞穴。在填充过程期间通过振动台实现外部振动，通过针实现内部振动。
-在24小时期间内采用塑料加湿固化整个铸模
-抽出聚苯乙烯模型铸模
-混凝土干燥，以去除湿气并实现机械阻力。
-从混凝土模上去除表面灰尘，采用金刚砂喷砂处理激活表面和纤维。
-冷喷涂低导电性钛中间层。
-TiN的PVD沉积，以进一步增强隔离。
-进行掩模处理，以仅露出必须具有导热能力的轮廓。
-Cu热投射。
-去除掩模
-从投射层上机加工导热轮廓的边缘。
-进行掩模处理，以在Cu轮廓附近获得薄隔离层
-氧化铝的热投射。
-去除掩模。
-对已经进行Cu和Al2O3投射的区域进行掩模处理。
-低热导率、高阻力的Ni-Fe-Mn合金的冷喷涂。
-去除掩模。
-最终的机加工。
例子3
获得具有一体冷却的热冲压原型模具。模具具有一些用于在制造的部件上实现高强度的高传导性的区域，以及其中传导性低以便于部件的后续切割的区域。这一冲模通过遵循下述步骤来获得：
-发泡聚苯乙烯中的铸模制造。箱体和工具的负片形成在其内部下侧。
-在对应于加工面的铸模表面上具有销钉的管子的放置，管子凹入聚苯乙烯中0.5mm，销钉突进到远离铸模的空洞中。使用两个独立的电路，一个用于其中期望具有高热提取率且因此将进行冷却的区域，一个用于其中期望具有低热提取率且因此将进行回火的区域。
-铠装在铸模中的放置，在工件的随后金属将通过热投射而被投射其中的区域中，杆插入聚苯乙烯铸模中0.5mm。一些平行于加工区域的铠装杆在每一侧插入聚苯乙烯箱体中0.5mm，以能够随后将它们固定在压缩框架中。
-采用10％金属纤维增强的高机械阻力混凝土(HPC)填充洞穴。在填充过程期间通过振动台实现外部振动，通过针实现内部振动。
-在24小时期间内采用塑料加湿固化整个铸模(可替换地，通过在模型去除之后浸入水中进行固化)
-抽出聚苯乙烯模型铸模
-混凝土干燥，以去除湿气并实现机械阻力。
-从混凝土模上去除表面灰尘，采用金刚砂喷砂处理激活表面、管子和纤维。
-用具有用于长杆的孔的可拆卸钢箱体给混凝土冲模加箍
-给杆预加应力
-HVOF热喷涂0.5mm厚的钼或铝层。
-对其中期望高热提取率的区域进行掩模处理。
-用厚(20mm)Ti低热导率的合金对对应于将要被切割的部件的区域进行冷喷涂，或对其中期望在加工中部件必须具有高变形性且因此具有低热提取率的区域(回火线路区域)进行冷喷涂。
-去除掩模。
-对已经投射的低传导区域进行掩模处理。
-能够容易机加工的高导电钼合金或铝厚(20mm)层的冷喷涂。
-去除掩模。
-最终的机加工。

Claims (21)

1.工件或工具，包括具有高于60MPa的机械阻力的陶瓷或聚合体基础材料，其至少部分地用金属、金属间化合物或工业陶瓷进行涂敷。
2.根据权利要求1所述的工件或工具，其中所述基础材料还包括用于改善所述涂层的附着力的任何形状或尺寸的金属颗粒。
3.根据权利要求1或2所述的工件或工具，其中所述基础材料是由下述材料组成的组中选择的：
以瓷料水泥为基础的混凝土，且具有高于200MPa的机械阻力；
以氧化铝为基础的低水混合物浇注料，具有或不具有纤维增强相，且具有高于200MPa的机械阻力；和
高阻力或超高阻力混凝土(HPC或UHPC)，具有高于150MPa的机械阻力。
4.根据权利要求3所述的工件或工具，其中高阻力或超高阻力混凝土(HPC或UHPC)的干料的一部分至少部分地由金属颗粒代替。
5.根据权利要求3所述的工件或工具，其中高阻力或超高阻力的混凝土(HPC或UHPC)的水泥的一部分至少部分地由金属纳米粉末代替。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的工件或工具，其中所述基础材料包括具有高于150Mpa的机械阻力的热固性聚合物。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的工件或工具，其中所述表面涂层包括具有高于500MPa的机械阻力的耐磨金属。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的工件或工具，其中所述基础材料由金属杆从内部进行铠装保护，并通过压缩环的方式进行加箍，以改善所获得的工件的抗张应力阻力。
9.根据权利要求1至7中任一项所述的工件或工具，其中所述基础材料包括具有比所述基础材料低的密度的空洞或颗粒，从而使所获得的工件的总重量降低。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的工件或工具，其中表面涂层为热投射涂层。
11.根据权利要求1至10中任一项所述的工件或工具，还包括具有不同性质的表面层，以获得特定的功能性，如特定表面或表面下图案中的较高的负载能力、加热、冷却、传感或致动器功能。
12.根据权利要求1至11中任一项所述的工件或工具，包括放置在所述基础材料的表面或表面下的管子，在流体通过所述管子循环时使所述工件或工具具有冷却/加热功能。
13.根据权利要求1至12中任一项所述的工件或工具，其是用于塑料成型、片材成型或合金压铸的工具。
14.一种工件或工具的制造方法，包括下述步骤：
a)将具有高于60MPa的机械阻力的陶瓷或聚合体的基础材料浇注成预期形状；
b)允许所述的基础材料至少部分地固化或硬化；以及
c)用金属、金属间化合物或工业陶瓷至少部分地涂敷由步骤b)所获得的工件的表面。
15.根据权利要求14所述的制造方法，其中所述基础材料包括用于改善所述涂层的附着力的任何形状或尺寸的金属颗粒，并且所述金属颗粒被驱动到所述表面的预期区域，并通过磁场或电场适当地定向。
16.根据权利要求14-15中任一项所述的制造方法，其中，所述基础材料的表面，以及当存在金属颗粒时还包括所述金属颗粒的基础材料的表面在步骤c)之前通过喷砂处理、喷丸强化或刻蚀的方式被激活。
17.根据权利要求14-16中任一项所述的制造方法，其中，在步骤c)中，由步骤b)所获得的所述工件的表面的涂层通过下述方式制造：在工件具有内部圆柱对称性的情况下，采用金属衬里从内部涂敷所述工件，或者在工件具有外部圆柱对称性的情况下，采用环或套从外部涂敷所述工件。
18.根据权利要求14-17中任一项所述的制造方法，还包括在基础材料的表面上放置用于增强所述涂层附着力的金属销钉或陶瓷杆的步骤，所述放置步骤或者通过将所述金属销钉或陶瓷杆部分地沉入其中浇注基础材料的铸模的表面中来进行，或者通过将所述金属销钉或陶瓷杆直接沉入新形成的基础材料的表面中来进行。
19.根据权利要求14-18中任一项所述的制造方法，其中步骤c)的表面涂层通过热投射的方式或者通过流体或蒸汽的沉积进行。
20.根据权利要求14-19中任一项所述的制造方法，还包括通过掩模和投射、沉积或直接焊接/局部浇注的方式，将具有不同性质的表面层附加到所获得的工件上、以获得特定功能性的另一步骤，所述特定功能性例如是特定表面或表面下图案中的较高负载能力、加热、冷却、传感或致动器功能。
21.根据权利要求13-20中任一项所述的制造方法，还包括用于调整孔隙率的另一表面致密化处理，如通过局部激光熔化或HDIR-高密度红外局部熔化的方式。
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