TWI230635B - Metal object forming method and mold used for the same - Google Patents

Description

1230635 玫、發明說明

C 明戶斤屬領:¾ J 1 ·發明領域 本發明關於一種製造金屬鑄件的模塑方法，該金屬鑄 件例如筆記型電腦或其他電子裝置的外殼^本發明亦關於 5用於實行此方法的模。 【先前技術3 2.相關技術之說明 例如筆記型電腦、行動電話或個人數位助理（PdA ) 等行動電子裝置的外殼需符合數項要求。舉例而言，外殼 10應足夠堅固以供安全地攜帶併合元件。再者，外殼應具有 高傳熱性以供併合元件的有效冷卻。再者，為了更經濟地 利用資源，外殼應由可容易回收的材料製成。有鑑於上述 要求’目前行動電子裝置的外殼通常係由金屬而非樹脂製 成0 15 行動電子裝置，例如筆記型電腦及個人數位助理（ PDAs)，需要重量及尺寸小以方便攜帶。製造輕量裝置需 要輕量的元件。在行動電子裝置中，金屬外殼一般占了總 重的30%，且因此為了使行動裝置的總重降低，使外殼輕 量是重要的。適於製造此一輕量外殼的材料為輕金屬，例 20如鎂（Mg)及鋁（A1)，或輕合金，其主要成分為此等輕 量材料中之一。在上述輕金屬中，鎂為非常普遍地用於製 造金屬外殼，因為其比拉伸強度高、有效的散熱本質（與 鋁相匹敵），以及低比重，其約為鋁比重的7〇%。 如習知技術領域中所知者，各種不同的製造方法，例 0續次頁（發明說明頁不敷使用時，請註記並使用續頁） 1230635

職鑛 如模-鑄造及搖變鑄造，可應用於形成電子裝置之金屬外殼 。然而，藉由此等方法，在製造薄壁外殼可發生一問題。 尤其是，為提供薄壁外殼，因而需要窄的模槽。不幸地， 模槽之窄空間可能使所供應之熔融金屬的平滑流動受到阻 5 礙。此係因為當熔融金屬在窄模槽中前進時，熔融金屬相 當快速地冷卻，且因此在所供應之金屬可充填該模槽之每 一部分之前，熔融金屬的黏度變得無法接受地高。 作為製造可攜式電子裝置的金屬外殼之材料，例如 AZ91D (9重量％鋁、1重量％鋅及9〇重量％鎂）之鎂合 10金係廣泛使用。然而，此材料的流動性相當不良，因為其 原始係為形成 >飞車之大且厚壁的部件而發展。因此，當可 攜式電子裝置的薄壁金屬外殼係由此鎂合金製成時，時常 在所得的鑄件中造成未充填之部分。對於A4及B5尺寸的 筆記型電腦而言，係期望外殼的厚度分別不超過1,〇亳米 15及0·7毫米。藉由傳統的鑄造方法，難以製造由熔融之鎂 合金製造此類薄壁外殼。 JP 2001_79645A揭露一種方法，藉此在用於抑制自熔 融金屬至鑄模之熱傳導的模槽限定表面提供一隔熱元件， 以致能改良熔融金屬的流動性。然而，此傳統隔熱元件需 20要為所欲的鑄件形狀（且因此需為模槽的形狀）特別設計 。因為如此，傳統方法耗費相當大且所得的經熔化產品相 當昂貴。

C 明内容；J 發明概述 0續次頁（發明說明頁不敷使用時，請註記並使用續頁) 1230635

有鑑於上述的情況，本發明已被提出。因此，木發明 之一目的為提供一種方法，薄壁金屬鑄件係藉由此方法來 適當地製造。本發明之另一目的為提供使用於實行此方法 的鑄模。 5 根據本發明之第一方面，提供一種形成一金屬物件之 方法。此方法包含下述步驟：製備一鑄模，該鑄模設置有 一模槽限定表面，其中至少部分之該模槽限定表面係由隔 熱層所覆蓋，該隔熱層係由包括陶瓷粉末及耐熱樹脂之材 料所製成，以及將熔融金屬注射入鑄模中。 1〇 利用上述方法，藉由模-鑄造技術可適當地形成一薄 壁金屬物件。根據此方法，鑄模之一部分或整個模槽限定 表面係由一層或一薄膜所覆蓋，該層或薄膜係由含有陶瓷 粉末之耐熱樹脂製成。由於包含陶瓷粉末（其熱傳導性比 由例如鐵合金製成的一般鑄模為低），形成在模槽限定表 15面上形的層係作為呈現低熱傳導性的隔熱層。因此，可防 止來自注射入鑄模之熔融金屬的熱傳導所造成的不欲結果 0 再者，因為上述塗覆層含有樹脂成分，熔融金屬比未 設置此塗覆層時可更平滑地流入模槽，因此容許暴露铸模 20 的金屬表面。 另外，由於樹脂成分，塗覆層是耐熱的。因此，即使 當注射入經加熱的、溶融金屬時鑄模進行熱膨脹，在鑄模上 形成的塗覆層也不會破裂。此一耐用的隔熱層係適用於金 屬物件的大量生產。 0續次頁（發明說明頁不敷使用時，請註記並使用續頁） 1230635

\、發明說明 根據本多月之有利方法，可容易地且低成本地製造薄 壁金屬物件。 較佳地，陶究粉末可選自於碳化石夕粉末、氧化銘粉末 及氧化料末所組成之組群。除了此三種物質之外，此組 群亦可包含氧化料末及氮切粉末。㈣粉末材料的平 均顆粒JUk la圍較佳為0」微米至5G微米。碳化石夕粉末， 其為耐研磨材料’係適用於使此耐熱層高度财用。為了獲 得低製造成本’較佳係使用氧化㈣末，其比其他粉末便 宜0 10 較佳地，耐熱樹脂可選自於下述物質組成之組群：氟 化塑料、聚苯并咪嗤樹脂（PBI樹脂）、耐熱盼系樹脂、 聚醯亞胺樹脂，以及聚（醚_醚_酮）樹脂（PEEK樹脂）。 為了獲得低摩擦阻力，可使用氟化塑料。舉例而言氟化塑 料之另一優點為較便宜且比PBI樹脂更容易加工。PBI樹 15 脂呈現絕佳的耐熱性。 較佳地，隔熱層可含有0.1重量％至3〇重量％陶瓷粉 末。再者’隔熱層的厚度範圍可為5微米至1〇〇微米。 根據本發明的第二方面，提供一種用於形成金屬物件 的鑄模。此鑄模包含：一模槽限定表面；以及一隔熱層， 20該隔熱層覆蓋該模槽限定表面以及含有陶瓷粉末及耐熱樹 本發明之其他特徵及優點將由下文中配合後附圖式的 詳細說明而顯現出來。 【圖式簡單說明】 0續次頁（發明說明頁不敷使用時，請註記並使用續頁） 1230635 ..............................51.........··、·.·.、.、 *\、W , t · .....'々水你杯細婉 第1圖為顯示一模槽或流動路徑之平面圖，其係藉由 用於較佳實施例及比較例之流動性評估的桿形流鑄模所界 定； 第2圖顯示一應用本發明方法製造之筆記型電腦的金 5 屬外殼；以及 第3圖為根據本發明之一鑄模的截面圖。

【實方包方式；J 較佳具體實施例之詳細說明 參考後附圖式，在下文中將根據本發明之較佳實施例 10 (實施例1-2)及比較例（實施例3-5)描述本發明。 〔實施例1〕 <流動性之評估> 為了進行評估，使用界定螺旋形模槽或流動路徑之桿 形流鑄模’如第1圖所示。流動路徑的總長為1650亳米， 15寬度為10毫米，以及厚度或高度為0.7毫米。鑄模1具有 一入口 2及出口 3。鑄模丨之模槽限定表面係完全由隔熱 層所覆蓋。在壓力（模-鑄造）下，將熔融鎂合金（AZ91D )注射入鑄模1中。流動性之評估係以所供應之金屬之注 射壓力及流動長度的測量為基礎。 20 上述隔熱層係由含有90重量％氟化塑料（商品名為 Λ^να/⑽，由OKITSUM〇 Inc購得）以及1〇重量％氧化紹 粉末（平均顆粒直徑為〇·2微米）的材料製成。層厚度為 20微米。隔熱層係藉由將隔熱材料之溶液喷灑至鑄模1之 模槽限定表面來形成，以及接著在預定溫度下乾燥所施用 0續次頁（翻麵頁不雖騰，請註記赚臓頁） 1230635

玫，發囑 的材料。自入口 2朝向出口 3注射熔融金屬。所供應之熔 融金屬的溫度為650°C，其比鎂合金（AZ91D)的液化溫 度高10-30°C。鑄模1的溫度係保持在250°C且注射速率為 8〇米/秒。測量結果如下文中表1所示。 5 <樣品的形成> 金屬板的樣品係藉由模-鑄造形成。利用界定預定模槽 之鑄模，其長度為150亳米，寬度為1〇〇毫米，以及厚度 為〇·6亳米。鑄模之模槽限定表面係整個藉由隔熱層來覆 蓋，該隔熱層的材料與上述者相同。該層的厚度為2()微米 1〇 。將熔融鎂合金（AZ91D)注入模槽中以產生樣品板。第 3圖為顯示所使用之鑄模的截面圖。鑄模5係由下部元件 5a，其為靜止的，以及上部元件5b，其可相對於上部元件 5a移動所組成。鑄模5之模槽限定表面5e係由根據本發 明之隔熱層6所覆蓋。熔融金屬之注入速率係選定為5〇 15米/秒。在此條件下，測量熔融金屬之注入壓力。再者， 對所獲得之樣品板進行外觀檢查，以測定例如收縮痕、皺 紋、鋸齒痕及未充填所供應之金屬的空隙部分。注入速率 及注入壓力的測量及外觀檢查的結果係顯示於下文表2中 2〇 〔實施例2〕 在與實施例1相同的條件下評估流動性，但實施例2 之20微求厚的隔熱層係由含有9〇重量％聚苯井味唑（pBi )樹脂（商品名/^細，由NIPp〇N p〇LYpENC〇製造 )以及1G重s%碳切粉末（平均顆粒直㈣微米） 0獻頁（觀說類不敷使用時，麵己並使麵頁） 1230635

的材料製成。再者，樣品板係以與實施例工相同的方式形 成。實施例2之隔熱層係藉由將鑄模之模槽限^表面浸入 隔熱材料之溶液，並接著在預定溫度下乾燥經塗覆之材料 來製備。實施例2之測量及檢查結果係顯示表中。 〔實施例3〕 在與實施例1相同的條件下評估流動性，但實施例3 未形成隔熱層。再者，樣品板係以與實施例工相同的方式 形成，但熔融金屬之注入速率係選定為8〇米〆秒。實施例 3之測量及檢查結果係顯示表1及2中。 1〇 〔實施例4〕 在與實施例1相同的條件下評估流動性，但隔熱層係 ώΤίΑΙΝ製成（厚度為5微求）。再者，樣品板係以與實 施例1相同的方式形成’但使用TiA1N隔熱層及熔融金屬 之注入速率為80米/秒。TiA1N層係藉由電漿cvd，利 15用TiC14、A1C13及N2作為源極氣體來形成。實施例4之 測量及檢查結果係顯示表1及2中。 〔實施例5〕 在與實施例1相同的條件下評估流動性，但所使用之 5微米厚的複合物隔熱係由下部TiAiN層（2微米厚）及 20上口p SiG2層（3微米厚）組成。再者’樣品板係以與實施 例1相IS]的方式形$，但使用上述之複合物隔熱層以及溶 融金屬的注入速率為80米/秒^ TiA1N層係藉由電漿 CVD，利用TiC14、A1C13及N2作為源極氣體來形成。 si〇2層係藉由喷麗無熱玻璃（可取自〇hashi cHEmical 0續次頁（翻麵頁不敷使用時，請註記並使臓頁） 1230635

INDUSTRIES LTD·)在TiAIN層上並接著在140〇C下乾燥 30分鐘來形成。實施例5之測量及檢查結果係顯示表1及 2中。 表1 層組成 注入壓力 (Mpa ) 流動長度 (mm ) 實施例1 鋁+氟化塑料 9.8 601.2 實施例2 碳化碎+ PBI 10.3 621 實施例3 15.4 360.7 實施例4 TiAIN 14.3 412.4 實施例5 Si02/TiAlN 13.5 478.8 表2 \ 層組成 注入速率 (m/s) 注入壓力 (Mpa) 收縮皺 紋 鋸齒痕 空隙 實施例1 紹+氟化塑料 50 5.6 無 無 無 實施例2 碳化碎+PBI 50 4.9 無 無 無 實施例3 80 8.2 有一些 有一些 有一些 實施例4 TiAIN 80 7.7 有一些 有一些 無 實施例5 Si02/TiAlN 80 5.6 有一些 有一些 無

〔分析〕 如表1所示，關於藉由銲形流動鑄模的流動長度，實 0續次頁（發明說明頁不敷使用時，請註記並使用續頁） 13

施例1及實施例2分別優於實施例3 (在模槽限定表面上 無隔熱層）達1.67倍及1.72倍。另一方面，實施例4及 實施例5分別僅優於實施例3達1.14倍及1.33倍。關於注 入壓力，實施例1及實施例2分別僅需實施例3之注入壓 力的64%及67%，而實施例4及5之注入壓力需要不小於 實施例3之注入壓力的93%及88%。 上述數據明顯地顯示出當鑄模之模槽限定表面利用由 包含陶瓷粉末之耐熱樹脂製成之隔熱層來塗覆時，與使用 習知的TiAIN層或SiC^/TiAlN層相較，熔融金屬的流動長 度可增加且注入壓力可降低。此暗示熔融金屬的流動物已 獲改良。 現在參考表2，在實施例1及2的例子中，可以低於 實施例3至5的注入速率，適當地製備0·6亳米厚的樣品 板（亦即未造成收縮、皺紋、鋸齒痕及未充填的部分）。 此一有利用的鑄造方法係可應用至如第2圖所示之筆記型 電腦外殼的製造。 本發明已藉由上述内容描述，顯見地，上述内容可以 許多方式加以改變。此等變化不應視為偏離本發明的精神 及範疇，以及欲將所有此類對熟習該項技術而言為顯而易 見的改良包括在下述申請專利範圍的範疇中。 【圖式簡單說明】 第1圖為顯示一模槽或流動路徑之平面圖，其係藉由 用於較佳實施例及比較例之流動性評估的桿形流鑄模所界 定； Ε續次頁（翻ta明頁不敷使騰，纖記嫌臓頁） 1230635

玖:增麵輕猶釋,寧轉猜， - 51 ' 、 ， " -V / s --* ΐν 〇- - 、'->、、V、\、、 S， <. h、\，：， W, s"\^ ' 、、、、、 第2圖顯示一應用本發明方法製造之筆記型電腦的 金屬外殼；以及 第3圖為根據本發明之一鑄模的截面圖。 5 【圖式之主要元件代表符號表】 1 鑄模 5a 下部元件 2 入口 5b 上部元件 3 出π 5c 模槽限定表面 5 鑄模 6 隔熱層 15

Claims (1)

1230635 、——一 拾、申請專利範圍 !^ρ' 第921()〇817號專利申請帛_請專利範圍修正本93抓15 1. -種形成-金屬物件之方法，該方法包含下述步驟： —製備有模才曹之鎮才莫，料模裝設有一模槽限 。亥核才曰限定表面係部分地覆蓋一隔熱層，該 5 議係由包括陶究粉末及耐熱樹脂之材料所製成； 以及 ο 11 2· 3. 煩請#示’本荧修正後是否變更原實質内容 5 11 ο 2 4. 5. 6. ’ 射人該鑄模中，而使該炼融金 屬流入該鑄模模槽之内，而接觸到該隔埶層。 如申請專利範圍第β之方法，其中該陶竟粉末係選 自於碳切料、氧化㈣末及氧切粉末組成之組 群。 如申請專利範圍第丨項之 / /、中該耐熱樹脂包含 氟化塑料及聚苯并咪唑樹脂中之一者。 如申請專利範圍第丨項 、万法，其中該隔熱層含有 0.1重量％至30重量％之陶究粉末。 如申請專利範圍第丨項 、 万法其中該隔熱層的厚度為5微米至1〇〇微米。 一種用於形成金屬物件 ，该鑄模包含： 一模槽； 一模槽限定表面；以及 -隔熱層，其覆蓋該模槽 末及财熱樹脂，而用來接心及3有陶免粉 用來接觸流入該模槽之熔融金屬。 16