CN1796315A - 复合结构模仁及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种用于模压玻璃产品的复合结构模仁，其包括模仁基体，其具有一与欲模压产品相对应的模压面；及一覆盖于该模压面的贵金属保护层；其中所述模仁基体材料为碳化钨微粒及贵金属微粒混合烧结的烧结物制成。本发明还提供上述复合结构模仁制备方法。

Description

复合结构模仁及其制备方法
【技术领域】
本发明涉及一种模仁，尤其涉及一种复合结构模仁及其制备方法。
【背景技术】
模仁广泛应用于模压成型制程，特别是制造光学玻璃产品，如非球面玻璃透镜、球透镜、棱镜等，采用直接模压成型(DirectPress-molding)技术可直接生产光学玻璃产品，无需打磨、抛光等后续加工步骤，可大大提高生产效率及产量，且产品质量好。但直接模压成型法对于模仁的化学稳定性、抗热冲击性能、机械强度、表面光滑度等要求非常高。因而，模压成型技术的发展实际上主要取决于模仁材料及模仁制造技术的进步。对于模压成型的模仁一般有以下要求：
a.在高温时，具有很好的刚性、耐机械冲击强度及足够的硬度；
b.在反复及快速加热冷却的热冲击下模仁不产生裂纹及变形；
c.在高温时模仁表面与光学玻璃不发生化学反应，不黏附玻璃；
d.不发生高温氧化；
e.加工性能好，易加工成高精度及高表面光洁度的型面；
f.成本低。
传统模仁大多采用不锈钢或耐热合金作为模仁材料，这种模仁容易发生高温氧化，在反复热冲击作用下，会发生晶粒长大，从而模仁表面变粗糙，黏结玻璃。
为解决上述问题，非金属及超硬合金被用于模仁。据报导，碳化硅(SiC)，氮化硅(Si3N4)，碳化钛(TiC)，碳化钨(WC)及碳化钨-钴合金已经被用于制造模仁。但是，上述各种碳化物陶瓷硬度非常高，很难加工成所需要的外形，特别是高精度非球面形。而超硬合金除难以加工之外，使用一段时间之后还可能发生高温氧化。
所以，以碳化物或超硬合金为模仁基底，其表面形成有其它材料镀层或覆层的复合结构模仁成为新的发展方向，典型的复合结构模仁如美国专利第4,685,948号。
美国专利第4,685,948号揭示一种用于直接模压成型光学玻璃产品的复合结构模仁。其采用高强度的超硬合金(Super-hard Alloy)、碳化物陶瓷或金属陶瓷(Cermet)作为模仁基底，并在模仁的模压面形成有铱(Ir)薄膜层，或Ir与铂(Pt)、铼(Re)、锇(Os)、铑(Rh)或钌(Ru)的合金薄膜层，或Ru薄膜层，或Ru与Pt、Re、Os、Rh的合金薄膜层。通过所述薄膜层可有效防止模仁基底发生高温氧化。
然而，上述复合结构模仁的模仁基底硬度很高，其模压面形状通常需要通过金刚石切削工具(Diamond Cutting Tool)加工，制程较为复杂且表面粗糙度较差，不利于脱模。
有鉴于此，提供一种制程简单且易脱模的模仁实为必要。
【发明内容】
为解决现有技术的模仁制程较为复杂且表面粗糙度较差，不利于脱模的问题，本发明的目的在于提供一种制程简单且易脱模的模仁及其制备方法。
为实现本发明的目的，本发明提供一种复合结构模仁，其包括：模仁基体，其具有一与欲模压产品相对应的模压面；其中所述模仁基体材料一部分是由碳化钨微粒(WC)及贵金属微粒(Noble Metal)混合烧结的烧结物制成。
所述烧结混合材料中混合贵金属微粒的质量百分比为1～25％，优选为1～13％。
所述贵金属微粒包括铂(Pt)、铼(Re)、铂铑合金(PtmRhn)、铼铱合金(RexIry)或铂铱合金(PtmIrn)微粒；其中，x值介于0.25与0.55之间，y值介于0.45与0.75之间，m值及n值满足关系式m+n＝100及10＜m＜90。
优选的，所述由碳化钨微粒及贵金属微粒混合烧结的烧结物制成部分位于靠近模压面部分。
所述模仁基体的另一部分也是由碳化钨微粒及贵金属微粒混合烧结的烧结物制成。
优选的，所述模仁基体的另一部分是由碳化钨微粒烧结物制成。
优选的，所述模仁基体模压面上具有一贵金属保护层。
所述贵金属保护层的厚度范围为100nm～600nm。
所述贵金属保护层材料包括铼铱合金(RexIry)或铂铱合金(PtmIrn)；其中，x值介于0.25与0.55之间，y值介于0.45与0.75之间，m值及n值满足关系式m+n＝100及10＜m＜90。
为实现本发明的另一目的，本发明提供一种复合结构模仁制备方法，其包括：
提供一烧结用模具，其具有所需模仁的形状；
将碳化钨微粒及贵金属微粒的混合材料置于所述烧结用模具中，并进行烧结形成一模仁基体，其具有一与欲模压产品相对应的模压面。
所述混合材料中贵金属微粒的质量百分比为1～25％，优选为1～13％。
所述贵金属微粒及碳化钨微粒的粒径范围为1nm～100nm。
所述贵金属微粒包括铂(Pt)、铼(Re)、铂铑合金(PtmRhn)、铼铱合金(RexIry)或铂铱合金(PtmIrn)；其中，x值介于0.25与0.55之间，y值介于0.45与0.75之间，m值及n值满足关系式m+n＝100及10＜m＜90。
优选的，所述贵金属微粒仅混合于所述模仁基体中靠近模压面部分。
优选的，在所述模仁基体的模压面上形成一贵金属保护层。
所述贵金属保护层的厚度范围为100nm～600nm。
所述贵金属保护层材料包括铼铱合金(RexIry)或铂铱合金(PtmIrn)；其中，x值介于0.25与0.55之间，y值介于0.45与0.75之间，m值及n值满足关系式m+n＝100及10＜m＜90。
与现有技术相比，本发明的模仁基体采用碳化钨微粒及贵金属微粒混合烧结而成，使得该烧结复合结构在具有高强度的同时，可获得表面粗糙度良好的模压面。且由于混有贵金属微粒，使所述模压面与模压面上形成的贵金属保护层具有良好的黏附性，可有效防止保护层剥离或脱落导致模仁基底发生高温氧化的情况。
【附图说明】
图1是本发明第一实施例复合结构模仁结构示意图；
图2是本发明第二实施例复合结构模仁结构示意图。
【具体实施方式】
请参阅第一图，本发明的第一实施例提供一种用于模压光学玻璃产品的复合结构模仁10，其包括一模仁基体100及形成在模仁基体100模压面上的贵金属保护层200。所述模仁基体100材料为贵金属微粒101及碳化钨微粒102混合烧结的烧结物制成。
所述烧结混合材料中混合贵金属微粒101的质量百分比为1～25％，优选为1～13％。
所述贵金属微粒101包括铂(Pt)、铼(Re)、铂铑合金(PtmRhn)、铼铱合金(RexIry)或铂铱合金(PtmIrn)微粒；其中，x值介于0.25与0.55之间，y值介于0.45与0.75之间，m值及n值满足关系式m+n＝100及10＜m＜90。
所述贵金属保护层200的厚度范围为100nm～600nm。
所述贵金属保护层200材料包括铼铱合金(RexIry)或铂铱合金(PtmIrn)；其中，x值介于0.25与0.55之间，y值介于0.45与0.75之间，m值及n值满足关系式m+n＝100及10＜m＜90。
请参阅第二图，本发明的第二实施例提供一种用于模压光学玻璃产品的复合结构模仁10′，其包括一模仁基体100′及形成在模仁基体100′模压面上的贵金属保护层200′。本实施例与第一实施例不同之处在于，所述模仁基体100′包括第一部分110及第二部分120，其中仅第一部分110材料为贵金属微粒101′及碳化钨微粒102′混合烧结的烧结物制成，而第二部分120材料为碳化钨微粒102′烧结而成。
本发明还提供所述复合结构模仁制备方法。
请参阅第一图，本发明提供的第一种方法包括以下步骤：
1)提供一烧结用模具(图未示)，其具有所需模仁10的形状；
2)将贵金属微粒101及碳化钨微粒102的混合材料置于所述烧结用模具中；
3)通过施加压应力使所述贵金属微粒101及碳化钨微粒102之间紧密冷连接；
4)烧结所述紧密冷连接的贵金属微粒101及碳化钨微粒102形成一模仁基体100，其具有一与欲模压产品相对应的模压面；
5)通过溅射法或化学气相沉积法(CVD，Chemical Vapor Deposition)在所述模仁基体100的模压面上形成一贵金属保护层200。
所述混合材料中贵金属微粒101的质量百分比为1～25％，优选为1～13％。
所述贵金属微粒101及碳化钨微粒102的粒径范围为1nm～100nm。
所述贵金属微粒101材料包括铂(Pt)、铼(Re)、铂铑合金(PtmRhn)、铼铱合金(RexIry)或铂铱合金(PtmIrn)；其中，x值介于0.25与0.55之间，y值介于0.45与0.75之间，m值及n值满足关系式m+n＝100及10＜m＜90。
所述贵金属保护层200的厚度范围为100nm～600nm。
所述贵金属保护层200材料包括铼铱合金(RexIry)或铂铱合金(PtmIrn)；其中，x值介于0.25与0.55之间，y值介于0.45与0.75之间，m值及n值满足关系式m+n＝100及10＜m＜90。
请参阅第二图，本发明提供的第二种方法与第一种方法不同之处在于，将贵金属微粒101′及碳化钨微粒102′的混合材料置于所述烧结用模具中时，仅在模仁基体100′中靠近贵金属保护层200′的第一部分110采用贵金属微粒101′及碳化钨微粒102′的混合材料，而第二部分120材料为碳化钨微粒102′。
本发明的模仁，其模仁基体具有高硬度，高机械强度的优点，可承受高温模压时产生的压力及应力。模仁基体混有贵金属材料，模压面表面粗糙度好，易于脱模，且由奈米级贵金属保护层覆盖，模压面与保护层之间具有良好的黏附性，可有效防止保护层剥离或脱落导致模仁基底发生高温氧化的情况。从而避免影响光学玻璃质量，从而大幅延长模仁的使用寿命。综上所述，本发明的复合结构模仁具有高机械强度、易脱模等优点。

Claims (20)

1.一种复合结构模仁，其包括：一模仁基体，其具有一模压面；其特征在于，所述模仁基体一部分是由碳化钨微粒及贵金属微粒混合烧结的烧结物制成。
2.如权利要求1所述的复合结构模仁，其特征在于，所述烧结物中贵金属微粒的质量百分比为1～25％。
3.如权利要求2所述的复合结构模仁，其特征在于，所述烧结物中贵金属微粒的质量百分比为1～13％。
4.如权利要求3所述的复合结构模仁，其特征在于，所述贵金属材料包括铂(Pt)、铼(Re)、铂铑合金(PtmRhn)、铼铱合金(RexIry)或铂铱合金(PtmIrn)；其中，x值介于0.25与0.55之间，y值介于0.45与0.75之间，m值及n值满足关系式m+n＝100及10＜m＜90。
5.如权利要求1所述的复合结构模仁，其特征在于，所述模仁基体模压面上具有一贵金属保护层。
6.如权利要求5所述的复合结构模仁，其特征在于，所述贵金属保护层的厚度范围为100nm～600nm。
7.如权利要求6所述的复合结构模仁，其特征在于，所述贵金属保护层材料包括铼铱合金(RexIry)或铂铱合金(PtmIrn)；其中，x值介于0.25与0.55之间，y值介于0.45与0.75之间，m值及n值满足关系式m+n＝100及10＜m＜90。
8.如权利要求1所述的复合结构模仁，其特征在于，所述模仁基体中，由碳化钨微粒及贵金属微粒混合烧结的烧结物制成部分位于靠近模压面部分。
9.如权利要求1至8中任意一项所述的复合结构模仁，其特征在于，所述模仁基体的另一部分也是由碳化钨微粒及贵金属微粒混合烧结的烧结物制成。
10.如权利要求1至8中任意一项所述的复合结构模仁，其特征在于，所述模仁基体的另一部分是由碳化钨微粒烧结物制成。
11.一种复合结构模仁制备方法，其包括：
提供一烧结用模具，其具有所需模仁的形状；
将碳化钨微粒及贵金属微粒的混合材料置于所述烧结用模具中，并烧结形成一模仁基体，其具有一与欲模压产品相对应的模压面。
12.如权利要求11所述的复合结构模仁制备方法，其特征在于，在所述模仁基体的模压面上形成一贵金属保护层。
13.如权利要求12所述的复合结构模仁制备方法，其特征在于，所述混合材料中贵金属微粒的质量百分比为1～25％。
14.如权利要求13所述的复合结构模仁制备方法，其特征在于，所述混合材料中贵金属微粒的质量百分比为1～25％。
15.如权利要求14所述的复合结构模仁制备方法，其特征在于，所述贵金属微粒及碳化钨微粒的粒径范围为1nm～100nm。
16.如权利要求15所述的复合结构模仁制备方法，其特征在于，所述贵金属微粒包括铂(Pt)、铼(Re)、铂铑合金(PtmRhn)、铼铱合金(RexIry)或铂铱合金(PtmIrn)；其中，x值介于0.25与0.55之间，y值介于0.45与0.75之间，m值及n值满足关系式m+n＝100及10＜m＜90。
17.如权利要求12所述的复合结构模仁制备方法，其特征在于，所述贵金属保护层的厚度范围为100nm～600nm。
18.如权利要求17所述的复合结构模仁制备方法，其特征在于，所述贵金属保护层材料包括铼铱合金(RexIry)或铂铱合金(PtmIrn)；其中，x值介于0.25与0.55之间，y值介于0.45与0.75之间，m值及n值满足关系式m+n＝100及10＜m＜90。
19.如权利要求18所述的复合结构模仁制备方法，其特征在于，所述贵金属保护层通过溅射法或化学气相沉积法形成。
20.如权利要求10至19中任意一项所述的复合结构模仁仁制备方法，其特征在于，所述贵金属微粒仅混合于所述模仁基体中靠近模压面部分。
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