KR100584190B1 - 복합 금형재 및 그의 메탈 라이징 처리공법 그리고 복합 금형 제작 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 사출 플라스틱이 닿고 금형의 기계적 성질을 유지하는 메탈 라이저를, 메탈-세라믹-폴리머의 컴파운드로 조성되는 금형의 코어 부분에 스퍼터링시켜 만들어지는 복합 금형에 관한 것이다.

본 발명의 복합 금형재는, 연성소재로서 메트릭스는 세라믹+폴리머를 사용하고, 필러는 파우더, 화이버 형태의 혼합물을 조성하여 맨드럴의 구조 재료로 하고, 맨드럴의 표면 메탈 라이징 소재로서 몰리브덴을 사용하며, 메탈 라이징 처리 방법은, 화학 기상 증착법으로부터 여기서 제공하는 메탈 라이징의 소스 가스로서 MO(CO)6를 사용하여 맨드럴 표면에 MO-메탈 라이저 층을 형성시킨다. 복합 금형의 제작 방법은, 맨드럴을 메탈을 포함하는 연성소재로 제작하고, 마스터 모델을 제작한 뒤 프레임과 히팅튜브가 있는 맨드럴을 만들고 프레임 안에 다시 쿨링/히팅라인을 설치하여 가열과 냉각을 반복하여 연성소재를 맨드럴에 캐스팅 시키고 건조작업을 거쳐 맨드럴을 제거하여 복합 금형을 만드는 것이다. 이에 따라 복합 금형이 가지는 이득은 유지하면서도 복합 금형 제작에 보다 유리하고, 필드에서는 안정된 고품위의 금형으로 사용된다.

복합 금형, 연성소재, 맨드럴, 메탈라이징, 몰리브덴

Description

복합 금형재 및 그의 메탈 라이징 처리공법 그리고 복합 금형 제작 방법 {Method of manufacturing of composite mold}

도 1은 화학 기상 증착 장비의 가스 라인 개략도

도 2는 복합 금형을 만들기 위해 화학 기상 증착 챔버에서 맨드럴에 메탈 라이징을 실시하는 히팅 방법을 나타낸 도면

도 3은 복합 금형 제작법의 각 공정을 나타낸 것으로,

(a)는 마스터 모델 제작 과정

(b)는 프레임과 맨드럴 제작 과정

(c)는 맨드럴에 부설되는 부품 설치 과정

(d)는 메탈 라이저 증착 과정

(e)는 새로운 쿨링/히팅라인 설치 과정

(f)는 캐스팅 과정

(g)는 맨드럴 제거 과정

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

1:마스터 모텔(master model) 2:프레임

3:맨드럴(mandrel) 4:히팅튜브

5:프레임 6:앵커볼트

7:메탈 라이저 8:챔버

9:쿨링/히팅라인 10:연성소재

본 발명은 사출 플라스틱이 닿고 금형의 기계적 성질을 유지하는 메탈 라이저를, 메탈-세라믹-폴리머의 컴파운드로 조성되는 금형의 코어 부분에 스퍼터링 시켜 만들어지는 복합 금형에 관한 것으로, 상세하게는 복합 금형이 가지는 이득은 유지하면서도 복합 금형 제작에 보다 유리하고, 필드에서는 안정된 고품위의 금형으로 사용될 수 있게 하기 위한 새로운 복합 금형재 및 그의 메탈 라이징 처리 공법 그리고 복합 금형 제작 방법에 관한 것이다.

주형이나 플라스틱 성형에 사용하는 금형(Metal Mold)은 보통 금속재 형틀로 만들어지며, 플라스틱 사출용 금형은 열 변형이 적고 기계적 성질이 우수한 공구강 등의 재료로 만든다.

플라스틱 사출용 금형 제작에서 주 공정은 기계 가공 공정으로서, 밀링(milling)과 연삭, 태핑 등의 절삭과 연마 가공 공정을 기초로 하고, 복잡도에 따라 더 많은 기계 가공 작업과 기계 공작이 추가되거나 보조 작업 공정이 소요된다.

상형 및 하형의 가공 정도와 소재의 특성 등은 필드에서 결함이 적고 안정된 상태의 금형을 제공하는 기초적 요건이다. 보다 고품위의 성능을 가지는 금형의 제 작을 얻는 가장 쉬운 방법은 기계 가공 단계에서 요구하는 정도를 유지하기 위해 우수한 장비, 예를들면 수치제어 가능한 고정밀도의 자동화 NC밀링등을 이용하거나 모재를 우수한 소재, 예를들면 절삭성과 기계적 성질이 우수한 합금강 등의 원재료 부분을 사용하는 것으로 해결될 수 있다.

금형 재료의 몇가지 구비 조건은 다음과 같다.

기계 가공성과 표면 가공성이 좋아야 하고, 내마모성, 인성 등의 기계적 성질이 우수해야 하며, 열처리가 용이하고 열처리에 따른 변형이 작고, 용접성등과 같은 금형 보수가 용이해야 하는 점 등이다. 그러나 가공 정도를 무한정 높이는 것과, 더 낳은 소재 선택으로 금형을 제작하는 방법은 다음과 같은 고비용의 문제를 안고 있다.

첫째, 금형의 제작 기간이 길어진다.

둘째, 비싼 모재의 사용으로 재료비가 차지하는 비중이 커져 원가율 저감에서 한계에 이른다.

셋째, 다양한 보조 작업 공정을 반복적으로 사용하므로 작업 공수가 늘어난다.

넷째, 정규 금형의 제작을 기초 설계대로 시현하는 형태여서 양산품의 샘플링을 통한 금형 보정의 기회가 주어지지 않는다.

따라서 무한대의 고품위 금형은 비경제적인 것이다. 현실적으로는 이런 문제에 대하여 요구되는 사출품의 정도나 용도, 금형의 사용 예상 횟수 등을 고려하여 고품위에서 저품위로 낮춰가는 방법으로 원가율(재료비+작업공수)을 적당하게 조절하여 제작하고 있다.

원가율을 낮춰 얻어진 상품성이 있는 금형이라도 일반적인 기계 공작법에 의한 유사한 정도의 제품 가공과 비교하면, 제작 기간이 길고, 비용이 많이 들며, 무게가 무거워 다루기 어려운 특성을 벗어나지 않는다. 동시에 금형의 비용이 사출품의 정도와 용도에 의해서 결정되기 때문에 나머지 반복 양산 횟수에 차등을 부여하는 저비용화 기회는 상대적으로 낮다.

다른 측면은 금형 제작을 설계에 의존하여 가공하기 때문에 모니터링 기회가 없어 금형에 오차가 있으면 양산용 금형 전체를 다시 제작해야 하는 부담도 안고 있다.

금형의 제작에서는 저비용화에 관심이 집중되지만 모재의 성질과 기초적 기계 가공을 거치므로 사출품의 특성을 고려하는 비용 절감의 여유가 거의 없고, 구조적으로 무게가 무거워 제작과 운반 그리고 사용에서 편의성을 증대시키기 어려운 한계가 있다. 이는 제품의 라이프사이클이 줄어들고, 다품종 소량 생산을 위한 계획 생산에 적응되지 못하는 결과로 나타나며, 연쇄적으로 금형 비용이 제품 원가에 전가 되어 제품 원가율을 높이게 되는 원인을 제공한다.

100~1000개 정도의 소량 제품을 만든다고 가정할 때, 금형은 그대로 제품 원가에 반영되며 그 뒤 폐기되어 상품 가격만 높이는 결과를 낳는다. 이런 현상은 품종이 다양해질수록 반복적으로 나타난다.

이렇게 일반적인 사출용 금형이 가지는 문제점들을 개선하기 위하여 새로운 금형 제작방법이 시도되었다. 대표적으로 금형 재료를 이원화시켜 만든 복합 금형 의 형태이다.

미국특허 특허번호 제 5,470,651 호에는 사용되는 메트릭스나 제조 공정 등이 자세히 소개되어 있다. 상기 미국 특허에 제시된 복합 금형은 크게 연성소재를 사용한 코어 부분과 코어의 형합면에 증착되어 금형의 기계적 성질을 유지하고 사출 플라스틱이 접촉하는 메탈라이저층을 따로 만든 형태이다.

즉, 도 1 및 도 2와 같은 C V D(Chemical Vaper Deposition) 장비를 통해 메탈 라이징 처리를 거쳐 도 3의 (a)~(g)와 같은 순서로 복합 금형을 만든다.

C V D 장비는, 캐리어 가스(11), 소스 가스(12), 필터(13) 및 라인 레귤레이터(14), 챔버(10)를 각각 별도로 가지며, 소스 가스 라인에는 버블러(16), 캐리어 가스 라인에는 브루동 게이지(17)가 있는 우회라인(15)을 따로 갖는다.

상기 복합 금형 제작의 각 과정을 도 3을 통해 살펴본다.

먼저, 도 3의 (a)에 도시된 바와 같이, 마스터 모델(1)을 프로토 타입으로 제작한다. 우드(wood), 캐스트 에폭시 레진(cast epoxy resin), 플라스터(plaster), 크래이(clay), 기포수지(syntactic epoxy form), 폴리우레탄 폼(polyurethane form), 메탈(metal) 등의 소재를 사용하여 마스터 모델(1)을 만들 수 있고 표면 코팅을 실시한다.

그리고 마스터 모델(1)을 만든 뒤에는 도 3의 (b)에 도시된 바와 같이, 프레임(2)과 맨드럴(mandrel)을 제작하는데 이 과정에서 맨드럴(3)에는 히팅 튜브(4)와 서모커플(thermocouple)을 설치한다. 프레임(2)은 스틸이나 플라스틱 재료를 선택하여 사용하고, 맨드럴(3)은 세라믹 + 에폭시 + 메탈 컴파운드를 사용하여 만든다.

그리고, 도 3의 (c)에 도시된 바와 같이, 만들어진 맨드럴(3)을 바로 놓은 상태에서 수직 방향으로 프레임(5)과 캐스팅 소재와 메탈 라이저(7)의 접착을 위해 앵커볼트(6)를 설치한다. 프레임(5)은 메탈을 사용한다.

그리고 도 3의 (d)에 도시된 바와 같이, 프레임(5) 그리고 앵커 볼트(6)가 설치된 맨드럴(3)을 준비된 화학 기상 증착 챔버로 이동시켜 화학 기상 증착법으로 맨드럴(3)의 표면에 메탈 라이저(7)를 증착시킨다.

그리고 도 3의 (e)에 도시된 바와 같이, 맨드럴(3)에 메탈 라이저(7) 증착이 완료되면 메탈 라이저의(7) 표면 크리닝을 실시하고, 캐스트 메트리얼과 접합성이 양호하도록 하기 위해 표면을 샌드 블러스터링 처리한다. 그리고 쿨링/히팅라인(9)을 새롭게 설치한다.

그리고 도 3의 (f)에 도시된 바와 같이,쿨링/히팅라인(9) 그리고 프레임(5)이 설치된 맨들럴(3)에 연성소재(10)를 넣어 캐스팅을 실시하고 건조 작업을 병행한다.

그리고 도 3의 (g)에 도시된 바와 같이,연성소재(10)의 건조가 완료되면 맨드럴(3)을 제거한다.

도 3의 (a)~(g)의 과정을 차례로 거치면 세라믹 + 에폭시 + 메탈 컴파운드로 이루어진 연성소재(10) 표면에 메탈 라이저(7)가 증착된 하나의 복합 금형이 완성된다.

여기서 연성소재(10) 표면에 층을 형성하는 메탈 라이저(7)의 증착 방법은 니켈(Ni)-화학기상증착법을 사용하고, 따라서 메탈 라이저(7)는 Ni 필름을 구비하 게 된다. 이렇게 메탈 라이저(7)를 맨드럴(3) 표면에서 조성하는 Ni-CVD 방법에서 소스 가스는 Ni(CO)4 이고, 증착 온도는 110~200℃로 설정되며, 증착 압력은 대기압이고, 증착된 Ni필름 순도는 99.9%에 가까우며, Ni 증착율은 0.8mm/hr로 나타나는 특성을 갖으며, 메탈 라이저 Ni 필름(Bulk-Ni)의 기계적 성질은, 20℃에서의 밀도 8.9g/㎤, 멜팅 포인트 1455℃, 열전도율 88.5(W/m-k), 열팽창계수 13.3×10-6 K, 인장강도 317(MPa), 항복강도 59(MPa), 경도 64(HV), 연신율 30% in 50mm를 나타냈다.

복합 금형에서 맨드럴(3) 재료의 구비 조건은, 열팽창계수가 메탈 라이저(7)와 비슷해야 하고, 열전도도가 우수해야 하며, C V D 고온 처리 중 메탈 라이저 증착 온도에서 변형이 없어야 한다. 그리고 C V D 도중에 가스 배출이 일어나지 않아야 하며, CO 가스에 대하여 낮은 표면 흡착력을 가져야 하고, 화학적으로 활발하지 못하고 안정되어야 한다. 알려진 맨드럴(3)의 재료는 메트릭스 + 필러로 구분하여 메트릭스 부분을 세라믹 + 폴리머로 하고, 필러 부분은 메탈,세라믹,우드,글래스 등의 재료를 선택하는 것이었다.

이러한 재료의 선정은 화학 기상 증착법으로 맨드럴(3)에 메탈 라이저(7)를 증착시킬 때 고열에 견딜 수 있고 열 팽창계수나 열전도도, 변형율, 가스에 대한 재료의 반응 등을 고려한 것이다. 그러나 알려진 맨드럴(3)의 재료는 C V D 챔버에 넣어 Ni 메탈 라이징을 조성할 때 위와 같은 다양한 조건을 충분히 만족시키지 못했다. 원인은 맨드럴(3)의 재료가 가지는 인성에 있지만 어쩌면 Ni-CVD 도중 Ni와 메트릭스/필러간 부적절한 반응에 의한 것이다. 맨드럴 재료인 메트릭스 + 필러는 CVD 공정 중 더 정확히는 Ni-CVD 공정에서 메탈 라이징에 영향을 주면서 메탈 라이저 증착에서는 서로 간섭한다.

Ni 메탈 라이저 그리고 이를 만드는 Ni-CVD는 맨드럴에 비교적 양호한 상태로 Ni를 증착시킬 수 있으나 공정에서 불안정하다. 예를들면 스퍼터링을 위해 소스 가스를 Ni(CO)4를 쓰게 되나 Ni(CO)4는 유독성 가스에 속하고, 폭발의 위험성도 있어 유독 가스 처리에 드는 설비 및 안전장치 등을 필요로 한다.

< N F P A 등급에서의 Ni(CO)4의 위험/유해성 = 보건 4, 화재 3, 반응성 3로 표시된다.>

Ni-CVD로 만들어지는 맨드럴은 샌더(Sender), 왁스(Wax), SLS 등의 마스터 모델에는 사용할 수 없으며, 기능적으로 단순한 기계작업으로 만들 수 있는 작은 부품 제작을 위한 금형 요소로는 이점이 적다. 그리고 Ni-CVD 증착 속도가 빠르고 Ni막 두께가 균일하며, 정밀한 표면 복제가 가능하고 표면 경도의 조절도 가능하다. 내열성,내부식성이 좋으며, 용접성이 좋아 금형의 보수도 용이하다.. 또한 기공이 적어 전해 도금에 비해 Ni의 밀도가 높으며, 불순물의 양이 적다. 따라서 몇가지 단점에도 불구하고 금형 재료의 구비 조건들을 대부분 갖추고 있다.

이러한 복합 금형은 금형 제작에서 나타나는 다양한 문제들을 해결하여 특히 다품종 소량 생산을 위한 용도로서 저비용으로 제작하여 쓰일 수 있도록 하였고, 특히 적은 개수의 사출품을 사출하는 용도로서 사용할 때 기계 가공 금형을 대체할 수 있었으며, 제품의 디자인 개발에 사용되는 목합(mock up)용 금형의 제작 가능성을 제시하였다.

그러나, 복합 금형을 만들기 위해 사용하는 Ni-CVD 방법은 여전히 공정상의 위험성과 유해성 그리고 이를 통해 만든 복합 금형으로 생산된 사출품의 2차적 유해성 소지가 남아 있고, 제조 공정중 맨드럴 그리고 메탈 라이저가 이루는 열전달 및 수축/팽창/변형 등에 의한 불안정성 등은 여전히 있으며, 마스터 모델에는 사용할 수 없다.

따라서 본 발명의 목적은 연성소재와 메탈 라이저, 이 연성소재가 메트릭스와 필러로 이루어지는 맨드럴의 경우 새로운 재료의 선정과 조성에 의해 화학적 기상 증착에서 메탈 라이징을 안정시키는 구조 재료를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 복합 금형의 모체로서 기계적 성질을 유지하고 사출품이 닿는 부위를 메탈층으로 조성하기 위해 맨드럴의 표면을 메탈 라이징 하는데 사용되는 화학적 기상 증착법에서 소스 가스를 변경하여 복합 금형 제작의 위험도와 유해성을 낮추는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 복합 금형을 제작하기 위한 새로운 제작 공정을 제시하는 것이다.

이러한 목적들을 달성하기 위하여,

본 발명의 복합 금형은, 연성소재로서 메트릭스는 세라믹 + 폴리머를 사용하고, 필러는 파우더, 화이버 형태의 혼합물을 조성하여 맨드럴의 구조 재료로 하고, 맨드럴의 표면 메탈 라이징 소재로서 몰리브덴을 사용하여 형합면이 형성된 것을 특징으로 하고,

본 발명의 복합 금형 제조를 위한 메탈 라이징 처리 방법은,

화학 기상 증착법으로부터 여기서 제공하는 메탈 라이징의 소스 가스로서 MO(CO)6를 사용하여 맨드럴 표면에 MO-메탈 라이저층을 형성시키는 것을 특징으로 하고,

본 발명의 복합 금형의 제조 방법은,

맨드럴을 메탈을 포함하는 연성소재로 제작하고, 맨드럴의 기계적 성질을 유지시키기 위해 표면을 메탈 라이저로 처리하여 이루어지는 복합 금형을 제작 하기 위하여 마스터 모델을 제작한 뒤 프레임과 히팅튜브가 있는 맨드럴을 만들고 프레임 안에 다시 쿨링 히팅 라인을 설치하여 가열과 냉각을 반복하여 연성소재를 맨드럴에 캐스팅시키고 건조작업을 거쳐 맨드럴을 제거하여 복합 금형을 만드는 것을 특징으로 한다.

이렇게 복합 금형재 및 화학 기상 증착에 의한 메탈 라이징 처리 공정상에서 사용되는 소스 가스의 변경 그리고 이들을 이용하는 새로운 금형 제작 방법을 적용하면, Ni-CVD 방법에 의한 공정상의 위험성과 유해성 그리고 이를 통해 만든 복합 금형으로 생산된 사출품의 2차적 유해성 문제를 해결할 수 있고, 복합 금형 제조 공정 중 맨드럴 그리고 메탈 라이저가 이루는 불안정성을 완화시킬 수 있으며, 마스터 모델에도 사용할 수 있는 이득을 얻는다.

본 발명의 복합 금형을 만드는 맨드럴의 재료로는, 연성소재를 사용한다.

메트릭스 부분은 세라믹 + 폴리머를 사용하고, 필러 부분은 파우더, 화이버 형태의 혼합물로 조성한다. 그리고 맨드럴(3)의 표면 메탈 라이징 소재로서 몰리브덴(Mo)을 사용한다.

복합 금형 제조를 위한 본 발명의 메탈 라이징 처리 방법은, 화학 기상 증착법으로부터 여기서 제공하는 메탈 라이징의 소스 가스로서 MO(CO)6를 사용하여 맨드럴(3) 표면에 MO-메탈 라이저층을 형성시키는 것이다.

복합 금형의 제조 방법은, 맨드럴(3)을 메탈을 포함하는 연성소재로 제작하고, 맨드럴의 기계적 성질을 유지시키기 위해 표면을 메탈 라이저(7)로 처리하여 이루어지는 복합 금형을 제작하기 위하여 마스터 모델(1)을 제작한 뒤 프레임(2)과 히팅튜브(4)가 있는 맨드럴(3)을 만들고 프레임 안에 다시 쿨링/히팅라인(9)을 설치하여 가열과 냉각을 반복하여 연성소재(10)를 맨드럴(3)에 캐스팅 시키고 건조작업을 거쳐 맨드럴(3)을 제거하여 연성소재(10)를 통해 복합 금형을 만든다.

복합 금형에서 구조 재료의 인성이나 열적 특성 등은 중요하다. 맨드럴(3)의 구조 재료로서 메트릭스 부분과 필러 부분을 이런 점들을 고려하여 다른 재료로 선택할 수 있다.

맨드럴(3) 재료의 조건은 열팽창 계수가 나중에 화학 기상 증착법으로 메탈 라이징 처리되는 메탈 라이저의 재료와 비슷해야 한다. 열팽창 계수의 차가 크면 메탈 라이징 처리가 안될 수 있고, 들뜸 등의 불완전한 막을 형성하는 원인이 된다. 무엇보다 고온에서 변형이 일어나면 않된다.

메탈 라이징 처리 온도는 몰리브덴의 멜팅 포인트가 2000℃에 이르는 등 고온에 가까워 메탈 라이저 증착 온도에서 변형이 없어야 한다. 그리고 CO 가스에 대하여 낮은 표면 흡착력을 가져야 하고 화학적으로 안정되어야 한다.

실험적으로 세라믹 + 폴리머 그리고 메탈 및 다른 첨가물 등 혼합체의 조성비를 조절하면 열 팽창이나 고온의 온도에서 견디는 능력을 향상시킬 수 있고, 우수한 열전도도와 CO 가스에 대하여 낮은 표면 흡착율을 나타내고 화학적으로 안정된 상태의 맨드럴(3)로 제작 될 수 있다.

메탈 라이징 처리는, 화학 기상 증착법으로부터 여기서 제공하는 메탈 라이징의 소스 가스로서 MO(CO)6를 사용하여 맨드럴 표면에 MO-메탈 라이저 층을 형성시킨다. 이를 위해 Ni-CVD 방법을 MO-CVD 방법으로 변경하여 실시한다. Ni-CVD 방법과 MO-CVD 방법은 상기 비교표 1과 같은 차이점이 있다.

위 표 1은 Ni-CVD 방법과 MO-CVD 방법의 단순 비교이기 때문에 우월이 없다. 다만 소스 가스로서 Mo(CO)6를 사용하는데 따라 폭발의 위험성과 유해성의 소지를 줄일 수 있음을 예상할 수 있다.

메탈 라이징 처리 공정에 의해 맨드럴에 증착되는 메탈 라이저(Ni/Mo) 재료적 차이를 알기 위해 이들의 기계적 성질을 비교하면 표 2와 같다.

MO 메탈 라이저는 Ni 메탈 라이저와 위 표2와 같은 차이가 난다.

위 기계적 성질 비교에서 멜팅 포인트는 Mo가 더 높다. 따라서 Mo 메탈 라이징 처리 조건은 Ni 보다 고열 조건을 요구한다. 다른 인성들은 별 차이가 없다. 오히려 Ni는 Ni-CVD에서 증착 속도가 빠르고 막 두께가 균일하며, 정밀한 표면 복제가 가능하고 표면 경도의 조절도 가능한 장점을 갖는다. 이 밖에 내열성,내부식성이 좋으며, 용접성이 좋아 금형의 보수도 쉽게 한다. 또한 기공이 적어 전해 도금에 비해 Ni의 밀도가 높으며, 불순물의 양이 적다. 이런 기계적 성질들은 Mo 에서도 대부분 대등하게 나타난다.

Ni(CO)4 를 소스 가스로 쓰는 Ni 메탈 라이징 그리고 이를 만드는 Ni-CVD 에서 Ni는 맨드럴에 비교적 양호한 상태로 증착 되지만 Ni-CVD 공정에서 불안정 하다. 소스 가스를 Ni(CO)4를 쓰게 되는데 유독성 가스에 속하고, 폭발의 위험성도 있어 유독 가스 처리에 드는 설비 및 안전장치 등을 필요로 한다. NFPA 등급에서의 Ni(CO)4의 위험/유해성은, 보건 4, 화재 3, 반응성 3로 표시된다.

이에 대하여 Mo(CO)6 를 소스 가스로 쓰는 Mo-CVD 는,

NFPA 등급에서 MO(CO)6의 위험/유해성이, 보건 1, 화재 1, 반응성 0로 표시된다. 따라서 위험 유해성에 대한 안정성이 Ni(CO)4 에 비해 휠씬 우월하다. 즉 소스 가스에 대한 위험성이 훨씬 적기 때문에, 유독 가스 처리에 드는 설비 및 유지 비용을 절감할 수 있으며, Ni에 비해 우수한 기계적 성질(항복강도, 내식성, 내열성, 내마모성)을 보인다. 그리고 CVD에서 증착 속도가 빠르고, 증착 되는 Mo막 두께가 균일하며, 정밀한 표면복제도 가능하고, 표면 경도의 조절이 가능하며, 용접성이 좋아 금형의 보수도 쉽다.

반면에 Ni-CVD에 비해 증착 온도가 높고, 잔존하는 불순물의 양이 클 수 있으며, 내부 응력이 클 수 있다. 그러나 높은 증착 온도는 맨드럴의 소재를 고온에 견디는 소재를 사용하고, 불순물의 양은 별도의 여과 장치를 사용하면 쉽게 낮출 수 있다.

위와 같은 실시예에 따르면, 연성소재와 메탈 라이저, 이 연성소재가 메트릭스와 필러로 이루어지는 맨드럴의 경우 새로운 재료의 선정과 조성에 의해 화학적 기상 증착에서 메탈 라이징을 안정시킬 수 있고, 복합 금형의 모체로서 기계적 성질을 유지하고 사출품이 닿는 부위를 메탈층으로 조성하기 위해 맨드럴의 표면을 메탈 라이징하는데 사용되는 화학적 기상 증착법에서 소스 가스로서 Mo(CO)6 를 사용함으로서 복합 금형 제작의 위험도와 유해성을 낮출 수 있으며, 복합 금형을 제작하기 위한 새로운 제작 공정을 통해 다양한 제품의 디자인 개발에 사용되는 목합용 금형이나 다양한 모델과 제품을 저가로 1000개 이상 사출할 수 있는 플라스틱 사출용 금형 제작이 가능하다.

이와 같이 본 발명은 낮은 비용과 짧은 제작기간에 저비용. 고효율의 금형 제작이 가능하고, 소량 다품종 생산에 적합한 금형을 제공할 수 있으며, 제품의 디자인 개발에 사용되는 목합용 금형 또는 다양한 모델과 제품을 소량으로 사출하는데 사용되는 프라스틱 사출용 금형을 효과적으로 제작할 수 있다. 또한 복합 금형 제작에서 메탈 라이징 처리를 Mo-CVD로 처리 함으로서 기존 복합 금형 제작에서 노출되는 폭발의 위험과 유해성의 문제를 해결하고, 샌더, 왁스 등의 마스터 모델에 사용 가능하면서도 Ni 메탈 라이징 복합 금형에 비해 우수한 기계적 성질을 내는 효과가 있다.

Claims (3)

1. 연성소재로서 메트릭스는 세라믹 + 폴리머를 사용하고, 필러는 파우더, 화이버 형태의 혼합물을 조성하여 맨드럴의 구조 재료로 하고, 맨드럴의 표면 메탈 라이징 소재로서 몰리브덴을 사용한 것을 특징으로 하는 복합 금형재.
2. 화학 기상 증착법으로부터 여기서 제공하는 메탈 라이징의 소스 가스로서 MO(CO)6를 사용하여 맨드럴 표면에 MO-메탈 라이저 층을 형성시키는 것을 특징으로 하는 복합 금형재의 메탈 라이징 처리 방법.
3. 맨드럴을 메탈을 포함하는 연성소재로 제작하고, 맨드럴의 기계적 성질을 유지시키기 위해 표면을 몰리브덴을 메탈 라이저로 처리하여 이루어지는 복합 금형재를 제작하기 위하여 마스터 모델을 제작한 뒤 프레임과 히팅튜브가 있는 맨드럴을 만들고 프레임 안에 다시 쿨링/히팅라인을 설치하여 가열과 냉각을 반복하여 연성소재를 맨드럴에 캐스팅시키고 건조작업을 거쳐 맨드럴을 제거하여 복합 금형을 제작하는 것을 특징으로 하는 복합 금형 제작 방법.

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