一种灯具壳体及其制备方法与流程

1.本发明涉及灯具壳体制造技术领域，尤其涉及一种灯具壳体及其制备方法。


背景技术：

2.近年来，绿色环保已成为各行业密切关注的话题。将行业中现有的产品采用简单高效的制程得到，是实现产业发展的重要一步。灯具产品的壳体除提供结构支撑之外，还需要具备绝缘导热性能。
3.用于灯具散热外壳的陶瓷材料是近几年兴起的一种材料，随着科技的发展，陶瓷工艺已日趋成熟。由于瓷器易碎，陶瓷灯具壳体需要具有较高的强度和抗震性能。目前市场上用于led灯具外壳的陶瓷主要为氧化铝陶瓷和滑石瓷，陶瓷材料可以有效解决led的散热问题和绝缘问题。氧化铝陶瓷材料密度高超过3.5g/cm3，原料昂贵，烧成温度为1600℃以上，烧成周期长，制造成本比较高且产品重量重。滑石瓷热导率低，虽然制作成本低，能批量生产，但是热导率太低，散热欠佳，只能制作低功率的led灯具壳体。
4.为了解决灯具壳件的轻量化问题，目前方案有单独成型的金属件和塑胶件进行组装组合成一个灯具壳体，其中壳件的外层采用金属材质，再对金属材质进行喷涂，中间层用注塑成型的塑胶件如pc材质，然后组装成壳体。
5.然而上述方法中，如铝合金喷涂之后，铝件基材与漆层之间存在绝缘不良导热界面,塑胶与喷漆件之间为组装件，两者之间也存在空气界面层，多重界面降低了灯具壳体的热传效率。


技术实现要素：

6.本发明的一个目的在于解决灯具壳体的轻量化和绝缘导热，同时兼具陶瓷质感的技术问题。
7.本发明的一个进一步的目的在于在绝缘层制作过程中减少修模和试模的次数。
8.特别地，本发明提供了一种灯具壳体的制备方法，包括如下步骤：
9.提供一轻金属壳体；
10.利用微弧氧化技术在所述轻金属壳体的表面包覆形成多孔结构的绝缘陶瓷层，从而得到中间成型件；
11.利用注塑成型工艺在所述中间成型件的内表面注塑形成绝缘层，所述绝缘层的绝缘材料在注塑成型过程中能够渗入所述绝缘陶瓷层的多孔结构中，以使所述绝缘层和所述绝缘陶瓷层嵌合连接。
12.可选地，所述利用注塑成型工艺在所述中间成型件的内表面注塑形成绝缘层，包括如下步骤：
13.将所述中间成型件置入绝缘层模具中；
14.利用电动注塑机的高速射出功能，在所述中间成型件的内表面注塑形成所述绝缘层。
15.可选地，所述绝缘层的厚度为范围在0.1-0.3mm中任一值。
16.可选地，所述将所述中间成型件置入绝缘层模具中的步骤中，所述绝缘层模具的设计方法包括如下步骤：
17.根据所述灯具壳体的产品需求进行仿真模流分析；
18.根据所述模流分析的结果确定所述绝缘层模具的结构。
19.可选地，所述根据所述灯具壳体的产品需求进行仿真模流分析，包括如下步骤：
20.运用moldex3d软件对所使用的所述绝缘材料进行仿真模流分析，以判断所述绝缘材料在模具型腔中的填充以及流动波前表现；
21.根据模流结果给出与所述绝缘层模具以及所述注塑成型工艺的工艺条件相关的建议，所述建议包括所述绝缘层模具的排气设计、3d水路设计、所述绝缘层的肉厚设计以及注塑的工艺条件。
22.可选地，所述利用注塑成型工艺在所述中间成型件的内表面注塑形成绝缘层的步骤中，利用所述注塑成型工艺的同时，结合急冷急热模温技术在所述中间成型件的内表面注塑形成所述绝缘层。
23.可选地，所述轻金属壳体中的轻金属为铝合金或镁合金；
24.可选地，所述微弧氧化技术为直流微弧氧化技术。
25.可选地，所述轻金属壳体中的轻金属为铝合金，所述微弧氧化技术中的电解液配方为：
26.k2sio3：5-8g/l；
27.na2o2：4-6g/l；
28.ch3coona：2-3g/l；
29.na3vo3：1-3g/l；
30.naf：0.5-1.5g/l；
31.所述电解液的ph值为11-13；
32.可选地，所述微弧氧化技术的工艺条件为：反应温度维持在20-50℃，将电压升高至250-350v，保持5-10s后，再将电压升高至400-500v，保持5-8min。
33.可选地，所述轻金属壳体中的轻金属为镁合金，所述微弧氧化技术中的电解液配方为：
34.koh：50-60g/l；
35.kf：25-35g/l；
36.na2hpo4·
12h2o：35-45g/l；
37.naalo2：30-60g/l；
38.可选地，所述微弧氧化技术的工艺条件为：反应温度维持在10-60℃，控制电流密度为3-6a/dm2，保持15-30min。
39.特别地，本发明提供了一种灯具壳体，利用前述的制备方法制备获得，所述灯具壳体包括：
40.轻金属壳体；
41.绝缘陶瓷层，具有多孔结构，且包覆形成在所述轻金属壳体的表面，所述绝缘陶瓷层与所述轻金属壳体一起作为中间成型件；
42.绝缘层，利用注塑成型工艺形成在所述中间成型件的内表面，所述绝缘层的绝缘材料在注塑成型过程中能够渗入所述绝缘陶瓷层的多孔结构中，以使所述绝缘层和所述绝缘陶瓷层嵌合连接。
43.根据本发明的方案，通过利用微弧氧化技术在轻金属壳体的表面包覆形成绝缘陶瓷层，再利用注塑成型工艺在中间成型件的内表面注塑形成绝缘层，由于绝缘陶瓷层为多孔结构，在注塑过程中，绝缘材料可以渗入绝缘陶瓷层的多孔结构中，从而使得注塑成型的绝缘层和绝缘陶瓷层嵌合连接。由此可知，该绝缘层和绝缘陶瓷层之间是嵌合连接的，结合强度高。与在绝缘陶瓷层表面喷涂绝缘层的方法相比，本发明方法获得的产品结合强度极大提高，由此可以避免绝缘陶瓷层和喷涂的绝缘层之间存在空气界面层，从而提高了灯具壳体的热传效率。并且，利用微弧氧化技术在在轻金属壳体的表面包覆形成绝缘陶瓷层的方式，与现有技术中在金属壳体表面喷涂漆层的方式相比，避免两个界面之间存在绝缘不良导热界面，从而也可以提高灯具壳体的热传效率。因此，本发明方法，通过上述微弧氧化技术和注塑成型工艺制备具有相应结构的灯具壳体，从而解决灯具壳体的轻量化和绝缘导热，同时兼具陶瓷质感的技术问题，并且，本发明方法绿色环保，在需要高导热高效率的led等产品的光学产业应用前景广阔。
44.进一步地，在中间成型件的内表面注塑形成绝缘层之前，对注塑时用到的绝缘层模具进行设计，并且利用仿真模流分析来确定绝缘层模具的结构，同时也可以根据仿真模流分析来确定注塑成型工艺的最佳工艺条件，由此可以减少修模和试模的次数。
45.根据下文结合附图对本发明具体实施例的详细描述，本领域技术人员将会更加明了本发明的上述以及其他目的、优点和特征。
附图说明
46.后文将参照附图以示例性而非限制性的方式详细描述本发明的一些具体实施例。附图中相同的附图标记标示了相同或类似的部件或部分。本领域技术人员应该理解，这些附图未必是按比例绘制的。附图中：
47.图1示出了根据本发明一个实施例的灯具壳体的制备方法的示意性流程图；
48.图2示出了根据本发明一个实施例的绝缘陶瓷层的扫描电子显微镜图；
49.图3示出了根据本发明一个实施例的中间成型件的扫描电子显微镜截面图；
50.图4示出了根据本发明一个实施例的仿真模流分析的示意性仿真图；
51.图5示出了根据本发明一个实施例的仿真模流分析的另一示意性仿真图；
52.图6示出了根据本发明一个实施例的仿真模流分析的又一示意性仿真图；
53.图7示出了根据本发明一个实施例的灯具壳体的示意性结构图；
54.图中：1-轻金属壳体，2-绝缘陶瓷层，3-绝缘层。
具体实施方式
55.图1示出了根据本发明一个实施例的灯具壳体的制备方法的示意性流程图。如图1所示，该制备方法包括：
56.步骤s100，提供一轻金属壳体；
57.步骤s200，利用微弧氧化技术在轻金属壳体的表面包覆形成多孔结构的绝缘陶瓷
层，从而得到中间成型件；
58.步骤s300，利用注塑成型工艺在中间成型件的内表面注塑形成绝缘层，绝缘层的绝缘材料在注塑成型过程中能够渗入绝缘陶瓷层的多孔结构中，以使绝缘层和绝缘陶瓷层嵌合连接。
59.根据本发明的方案，通过利用微弧氧化技术在轻金属壳体的表面包覆形成绝缘陶瓷层，再利用注塑成型工艺在中间成型件的内表面注塑形成绝缘层，由于绝缘陶瓷层为多孔结构，在注塑过程中，绝缘材料可以渗入绝缘陶瓷层的多孔结构中，从而使得注塑成型的绝缘层和绝缘陶瓷层嵌合连接。由此可知，该绝缘层和绝缘陶瓷层之间是嵌合连接的，结合强度高。与在绝缘陶瓷层表面喷涂绝缘层的方法相比，本发明方法结合强度极大提高，由此可以避免绝缘陶瓷层和喷涂的绝缘层之间存在空气界面层，从而提高了灯具壳体的热传效率。并且，利用微弧氧化技术在在轻金属壳体的表面包覆形成绝缘陶瓷层的方式，与现有技术中在金属壳体表面喷涂漆层的方式相比，避免两个界面之间存在绝缘不良导热界面，从而也可以提高灯具壳体的热传效率。因此，本发明方法，通过上述微弧氧化技术和注塑成型工艺制备具有相应结构的灯具壳体，从而解决灯具壳体的轻量化和绝缘导热，同时兼具陶瓷质感的技术问题，并且，本发明方法绿色环保，在需要高导热高效率的led等产品的光学产业应用前景广阔。
60.在上述制备方法中，微弧氧化技术属于本领域的公知常识，此处不再详细赘述。本发明实施例中，可以根据轻金属壳体的材质来选择合适的微弧氧化工艺，只要可以在轻金属壳体的表面包覆形成多孔结构的绝缘陶瓷层即可。以下的微弧氧化技术为直流微弧氧化技术。
61.在一个实施例中，步骤s100中的轻金属壳体的材质为铝合金，步骤s200中的微弧氧化技术中的电解液配方为：5-8g/l的k2sio3、4-6g/l的na2o2、2-3g/l的ch3coona、1-3g/l的na3vo3和0.5-1.5g/l的naf。将上述配方溶解在水中，并使获得的电解液ph值为范围在11-13中任一值，ph值例如可以为11、12或13。微弧氧化技术的工艺条件为：反应温度维持在20-50℃，将电压升高至250-350v，保持5-10s后，再将电压升高至400-500v，保持5-8min。该反应温度例如可以维持在20℃、30℃、40℃或50℃。第一次电压升高的过程中，电压例如可以升高至250v、300v或350v，保持的时间例如可以为5s、6s、7s、8s、9s或10s。第二次电压升高的过程中，电压例如可以升高至400v、450v或500v，保持的时间例如可以为5min、6min、7min或8min。利用这样的电解液配方以及工艺条件制备获得的绝缘陶瓷层，其多孔结构的孔径为0.1-3μm，与后续制备获得的绝缘层可以较好地配合，使绝缘层和绝缘陶瓷层较好地嵌合连接。
62.在另一个实施例中，步骤s100中的轻金属壳体的材质为镁合金，步骤s200中的微弧氧化技术中的电解液配方为：50-60g/l的koh、25-35g/l的kf、35-45g/l的na2hpo4·
12h2o以及30-60g/l的naalo2。该微弧氧化技术的工艺条件为：反应温度维持在10-60℃，控制电流密度为3-6a/dm2，保持15-30min。该反应温度例如可以维持在10℃、20℃、30℃、40℃、50℃或60℃，该控制电流密度为3a/dm2、4a/dm2、5a/dm2或6a/dm2，例如可以保持15min、20min、25min或30min。利用这样的电解液配方以及工艺条件制备获得的绝缘陶瓷层，其多孔结构的孔径为0.1-3μm，与后续制备获得的绝缘层也可以较好地配合，使绝缘层和绝缘陶瓷层较好地嵌合连接。
63.图2示出了根据本发明一个实施例的绝缘陶瓷层的扫描电子显微镜图。由图2可知，该绝缘陶瓷层为多孔结构，该多孔结构的孔径为0.1-3μm。图3示出了根据本发明一个实施例的中间成型件的扫描电子显微镜截面图。由图3可知，该轻金属壳体与绝缘陶瓷层紧密结合在一起。
64.在一个实施例中，步骤s300包括如下步骤：将中间成型件置入绝缘层模具中；利用电动注塑机的高速射出功能，在中间成型件的内表面注塑形成绝缘层。该绝缘层的厚度为范围在0.1-0.3mm中任一值，例如可以为0.1mm、0.2mm或0.3mm。该绝缘层的厚度相对较薄，具有较好的导热绝缘性。该绝缘层的绝缘材料例如可以为lcp塑胶原料(liquid crystal polymer)，材料型号为d5506，制造商为celanese/塞拉尼斯。绝缘层模具可以根据中间成型件的结构形状来制造，具体制造过程可以利用现有技术的方案制备获得，即后续可能需要进行多次修模和试模。本发明实施例也提供了相比于现有的注塑成型工艺具有进一步效果的技术方案，以下详细阐述。
65.在一个实施例中，上述绝缘层模具会首先经过仿真模流分析，再根据模流分析结果来设计绝缘层模具，这样就可以避免修模和试模次数。该绝缘层模具的设计方法具体包括如下步骤：根据灯具壳体的产品需求进行仿真模流分析；根据模流分析的结果确定绝缘层模具的结构。
66.在一个实施例中，根据灯具壳体的产品需求进行仿真模流分析，包括如下步骤：选用合适绝缘材料先进行cae(computer aided engineering)数据包测试，然后将测试过的材料.mtr数据导入moldex3d软件，对所使用的绝缘材料进行仿真模流分析，以判断绝缘材料在模具型腔中的填充以及流动波前表现；根据模流结果给出与绝缘层模具以及注塑成型工艺的工艺条件相关的建议，该建议包括绝缘层模具的排气设计、3d水路设计、绝缘层的肉厚设计以及注塑的工艺条件。绝缘材料例如为塞拉尼斯d5506绝缘材料。仿真模流分析采用的注塑的机台参数已经做过机台鉴定，用实际机台的响应参数和实际测试材料数据进行模拟。该实际测试材料数据为塑胶cae类比需求材料数据测试。利用实际机台的响应参数和实际测试材料数据进行模拟为模流分析任务的准确性提供了基本保障。可以根据该建议确定绝缘层模具的结构，该绝缘层模具的可以包括水路设计、模具材料选择以及绝缘材料在模具型腔充填过程中可能出现短射、收缩等问题的设计元素，比如减胶设计等。绝缘层根据需求可以做一些减薄截断设计，适合金属和绝缘材料的不同线性热膨胀系数需求。
67.可以根据模流结果给出绝缘层的肉厚设计的建议。图4示出了根据本发明一个实施例的仿真模流分析的仿真结果示意图。由图4可知，模流分析后显示有轻微的缩水风险，产品肉厚可以进行局部减肉设计。
68.可以根据模流结果给出绝缘层模具的排气设计的建议。图5示出了根据本发明一个实施例的仿真模流分析的另一仿真结果示意图。由图5可知，模流分析后显示困气位置，可以根据该困气位置给出绝缘层模具的排气设计的建议。
69.可以根据模流结果给出绝缘层模具的3d水路设计的建议。图6示出了根据本发明一个实施例的仿真模流分析的又一示意性仿真图。由图6可知，模流分析结果可以给出3d水路设计的建议，3d水路使得导热均匀，塑料流动更加顺畅，可以让获得的绝缘层导热均匀。
70.在以上利用注塑成型工艺在所述中间成型件的内表面注塑形成绝缘层的步骤中，利用注塑成型工艺的同时，结合rhcm急冷急热模温技术在中间成型件的内表面注塑形成所
述绝缘层。利用该急冷急热模温技术可以极大提升流动性并避免产品翘曲变形。
71.根据本发明实施例的方案，在中间成型件的内表面注塑形成绝缘层之前，对注塑时用到的绝缘层模具进行设计，并且利用仿真模流分析来确定绝缘层模具的结构，同时也可以根据仿真模流分析来确定注塑成型工艺的最佳工艺条件。其中，成型温度范围：第一段t1：290-300℃；第二段t2：310-320℃；第三段t2：320-330℃；第四段：t2:340-350℃(靠近射嘴)，模温110-130℃，射出压力：1000-1400bar)由此可以减少修模和试模的次数。
72.图7示出了根据本发明一个实施例的灯具壳体的示意性结构图。该灯具壳体由以上制备方法制备获得，如图7所示，该灯具壳体包括轻金属壳体1、绝缘陶瓷层2和绝缘层3。绝缘陶瓷层2具有多孔结构，且包覆形成在轻金属壳体1的表面，绝缘陶瓷层2与轻金属壳体1一起作为中间成型件。绝缘层3利用注塑成型工艺形成在中间成型件的内表面，绝缘层3的绝缘材料在注塑成型过程中能够渗入绝缘陶瓷层2的多孔结构中，以使绝缘层3和绝缘陶瓷层2嵌合连接。
73.该灯具壳体的其他特征与前述灯具壳体的制备方法中的特征一致，此处不再一一赘述。
74.至此，本领域技术人员应认识到，虽然本文已详尽示出和描述了本发明的多个示例性实施例，但是，在不脱离本发明精神和范围的情况下，仍可根据本发明公开的内容直接确定或推导出符号本发明常用理的许多其他变型或修改。因此，本发明的范围应被理解和认定为覆盖了所有这些其他变型或修改。

技术特征：
1.一种灯具壳体的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：提供一轻金属壳体；利用微弧氧化技术在所述轻金属壳体的表面包覆形成多孔结构的绝缘陶瓷层，从而得到中间成型件；利用注塑成型工艺在所述中间成型件的内表面注塑形成绝缘层，所述绝缘层的绝缘材料在注塑成型过程中能够渗入所述绝缘陶瓷层的多孔结构中，以使所述绝缘层和所述绝缘陶瓷层嵌合连接。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述利用注塑成型工艺在所述中间成型件的内表面注塑形成绝缘层，包括如下步骤：将所述中间成型件置入绝缘层模具中；利用电动注塑机的高速射出功能，在所述中间成型件的内表面注塑形成所述绝缘层。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述绝缘层的厚度为范围在0.1-0.3mm中任一值。4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述将所述中间成型件置入绝缘层模具中的步骤中，所述绝缘层模具的设计方法包括如下步骤：根据所述灯具壳体的产品需求进行仿真模流分析；根据所述模流分析的结果确定所述绝缘层模具的结构。5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述根据所述灯具壳体的产品需求进行仿真模流分析，包括如下步骤：运用moldex3d软件对所使用的所述绝缘材料进行仿真模流分析，以判断所述绝缘材料在模具型腔中的填充以及流动波前表现；根据模流结果给出与所述绝缘层模具以及所述注塑成型工艺的工艺条件相关的建议，所述建议包括所述绝缘层模具的排气设计、3d水路设计、所述绝缘层的肉厚设计以及注塑的工艺条件。6.根据权利要求1-5中任一项所述的制备方法，其特征在于，所述利用注塑成型工艺在所述中间成型件的内表面注塑形成绝缘层的步骤中，利用所述注塑成型工艺的同时，结合急冷急热模温技术在所述中间成型件的内表面注塑形成所述绝缘层。7.根据权利要求1-5中任一项所述的制备方法，其特征在于，所述轻金属壳体中的轻金属为铝合金或镁合金；可选地，所述微弧氧化技术为直流微弧氧化技术。8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述轻金属壳体中的轻金属为铝合金，所述微弧氧化技术中的电解液配方为：k2sio3：5-8g/l；na2o2：4-6g/l；ch3coona：2-3g/l；na3vo3：1-3g/l；naf：0.5-1.5g/l；所述电解液的ph值为11-13；可选地，所述微弧氧化技术的工艺条件为：反应温度维持在20-50℃，将电压升高至
250-350v，保持5-10s后，再将电压升高至400-500v，保持5-8min。9.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述轻金属壳体中的轻金属为镁合金，所述微弧氧化技术中的电解液配方为：koh：50-60g/l；kf：25-35g/l；na2hpo4·
12h2o：35-45g/l；naalo2：30-60g/l；可选地，所述微弧氧化技术的工艺条件为：反应温度维持在10-60℃，控制电流密度为3-6a/dm2，保持15-30min。10.一种灯具壳体，其特征在于，利用权利要求1-9中任一项所述的制备方法制备获得，所述灯具壳体包括：轻金属壳体；绝缘陶瓷层，具有多孔结构，且包覆形成在所述轻金属壳体的表面，所述绝缘陶瓷层与所述轻金属壳体一起作为中间成型件；绝缘层，利用注塑成型工艺形成在所述中间成型件的内表面，所述绝缘层的绝缘材料在注塑成型过程中能够渗入所述绝缘陶瓷层的多孔结构中，以使所述绝缘层和所述绝缘陶瓷层嵌合连接。

技术总结
本发明提供了一种灯具壳体及其制备方法。该制备方法包括如下步骤：提供一轻金属壳体；利用微弧氧化技术在所述轻金属壳体的表面包覆形成多孔结构的绝缘陶瓷层，从而得到中间成型件；利用注塑成型工艺在所述中间成型件的内表面注塑形成绝缘层，所述绝缘层的绝缘材料在注塑成型过程中能够渗入所述绝缘陶瓷层的多孔结构中，以使所述绝缘层和所述绝缘陶瓷层嵌合连接。本发明方案绝缘陶瓷层是直接利用微弧氧化技术原位包覆形成在轻金属壳体的表面，且绝缘层和绝缘陶瓷层之间是嵌合连接的，从而极大提高了灯具壳体的热传效率。大提高了灯具壳体的热传效率。大提高了灯具壳体的热传效率。


技术研发人员：郭雪梅
受保护的技术使用者：苏州诚模精密科技有限公司
技术研发日：2022.03.14
技术公布日：2023/9/22