CN1800064A - 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，其包括一模仁基体，其具有一模压面；所述模仁基体孔隙中具有的润滑剂，且所述模仁基体一部分由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的制备方法。

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：一模仁基体，其具有一与欲模压产品相对应的模压面；其中所述模仁基体孔隙中具有润滑剂，且所述模仁基体一部分由碳化钨微粒(WC)及贵金属微粒(Noble Metal)混合烧结的烧结物制成。
所述烧结物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由碳化钨微粒烧结物制成。
所述润滑剂包括矿物油及动植物油。
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。
将所述模仁基体浸于润滑剂中，使润滑剂填充于所述模仁基体的孔隙。
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。
所述润滑剂包括矿物油及动植物油。
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，制程简单且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。另，所述模仁基体的孔隙中的润滑剂可在压模时被释放出来，于模压面形成脱模剂，从而无须额外添加脱模剂，简化压模制程。
【附图说明】
图1是本发明第一实施例复合结构模仁的结构示意图；
图2是图1中复合结构模仁靠近模压面部分的放大示意图；
图3是本发明第二实施例复合结构模仁的结构示意图。
【具体实施方式】
下面将结合附图对本发明作进一步的详细说明。
请参阅图1，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，包括一模仁基体100，其具有一与欲模压产品相对应的模压面105。所述模仁基体100孔隙103中具有润滑剂(未标示)。所述模仁基体100由贵金属微粒101及碳化钨微粒102混合烧结的烧结物制成。
所述混合烧结的烧结物中混合贵金属微粒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。
所述润滑剂包括矿物油及动植物油，如机油、有机硅烷等等。
请参阅图2，模压时，如箭头所示，受压模压力及高温的影响，所述模仁基体100孔隙103中的润滑剂(未标示)可被释放出来，在模压面105形成脱模剂。
请参阅图3，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20，其包括一模仁基体200，其具有一与欲模压产品相对应的模压面205。所述模仁基体200孔隙203中具有润滑剂(未标示)。本实施例与第一实施例不同之处在于，所述模仁基体200包括第一部分210及第二部分220，其中仅第一部分210材料为贵金属微粒201及碳化钨微粒202混合烧结的烧结物制成，而第二部分220材料为碳化钨微粒202烧结而成。
本发明还提供所述复合结构模仁的制备方法。
请参阅图1，本发明提供的第一种方法包括以下步骤：
提供一烧结用模具(图未示)，其具有所需模仁10的形状；
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；
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；
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105；
将所述模仁基体100浸于润滑剂(未标示)中，使润滑剂充分填充所述模仁基体100烧结结构的孔隙103。
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。
所述润滑剂包括矿物油及动植物油，如机油、有机硅烷等等。
请参阅图3，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201及碳化钨微粒202的混合材料置于所述烧结用模具中时，仅在模仁基体200中靠近模压面205的第一部分210采用贵金属微粒201及碳化钨微粒202的混合材料，而第二部分220材料为碳化钨微粒202。
本发明的模仁，其模仁基体采用碳化钨微粒及贵金属微粒混合烧结而成，制程简单且具有高硬度，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。另，压模时，受压力及高温的影响，所述模仁基体孔隙中的润滑剂被释放出来，在模压面形成脱模剂，从而不必在压模过程中额外添加脱模剂，简化压模制程。综上所述，本发明的复合结构模仁具有高机械强度、易脱模、使用方便等优点。

Claims (15)

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，所述模仁基体孔隙中具有润滑剂，且所述模仁基体一部分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，所述润滑剂包括矿物油及动植物油。
6.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。
7.如权利要求1至6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。
8.如权利要求1至6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由碳化钨微粒烧结物制成。
9.一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；
将所述模仁基体浸于润滑剂中，使润滑剂填充于所述模仁基体的孔隙。
10.如权利要求9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％。
11.如权利要求10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％。
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，所述贵金属微粒及碳化钨微粒之粒径范围为1nm～100nm。
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。
14.如权利要求9所述的复合结构模仁制备方法，其特征在于，所述润滑剂包括矿物油及动植物油。
15.如权利要求9至14中任意一项所述的复合结构模仁制备方法，其特征在于，所述贵金属微粒仅混合于所述模仁基体中靠近模压面部分。
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