JPH06329427A - Ｗｃを主成分にする超硬合金からなる光学素子成形型材 - Google Patents
Ｗｃを主成分にする超硬合金からなる光学素子成形型材Info
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- JPH06329427A JPH06329427A JP14704093A JP14704093A JPH06329427A JP H06329427 A JPH06329427 A JP H06329427A JP 14704093 A JP14704093 A JP 14704093A JP 14704093 A JP14704093 A JP 14704093A JP H06329427 A JPH06329427 A JP H06329427A
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- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
- C03B—MANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
- C03B11/00—Pressing molten glass or performed glass reheated to equivalent low viscosity without blowing
- C03B11/06—Construction of plunger or mould
- C03B11/08—Construction of plunger or mould for making solid articles, e.g. lenses
- C03B11/084—Construction of plunger or mould for making solid articles, e.g. lenses material composition or material properties of press dies therefor
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
- C03B—MANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
- C03B2215/00—Press-moulding glass
- C03B2215/02—Press-mould materials
- C03B2215/05—Press-mould die materials
- C03B2215/07—Ceramic or cermets
Abstract
(57)【要約】
【目的】 結合相を有しないＷＣ系超硬合金から、組織
的に欠陥（ポア）がなく、面粗度の良い鏡面が得られる
こと、耐食性、耐酸化性に優れていること、高硬度、高
強度であること、ヤング率が大きいこと、熱膨張係数が
小さいこと等の要求特性を充足する光学素子成形用型の
提供。 【構成】 平均粒子が０．７μｍ以下のＷＣ粒子からな
る結合相を有しない強度を改善した超硬合金からなり、
超硬合金が、ＴａＣとＴｉＣとＴｉＮの何れかを１種以
上、０．１〜５重量％含有する場合もあり、さらには、
Ｃｒ3 Ｃ2 とＶＣとからなる粒成長抑制剤をそれぞれ
０．１〜２重量％含有することができる。これによっ
て、ＷＣ粒子を微細に維持し、優れた鏡面を有する光学
素子成形用型を得る。
的に欠陥（ポア）がなく、面粗度の良い鏡面が得られる
こと、耐食性、耐酸化性に優れていること、高硬度、高
強度であること、ヤング率が大きいこと、熱膨張係数が
小さいこと等の要求特性を充足する光学素子成形用型の
提供。 【構成】 平均粒子が０．７μｍ以下のＷＣ粒子からな
る結合相を有しない強度を改善した超硬合金からなり、
超硬合金が、ＴａＣとＴｉＣとＴｉＮの何れかを１種以
上、０．１〜５重量％含有する場合もあり、さらには、
Ｃｒ3 Ｃ2 とＶＣとからなる粒成長抑制剤をそれぞれ
０．１〜２重量％含有することができる。これによっ
て、ＷＣ粒子を微細に維持し、優れた鏡面を有する光学
素子成形用型を得る。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、ＷＣ系超硬合金を用い
たレンズ、プリズム等の光学素子の成形用の型材に関す
る。
たレンズ、プリズム等の光学素子の成形用の型材に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】超硬合金は、高硬度、高強度、高ヤング
率などの優れた特性により、切削工具や耐磨耗工具の用
途に用いられており、その用途に応じて種々の合金が開
発されて来た。一般に超硬合金はＷＣを主成分にする硬
質相と鉄系金層よりなる結合相より成っている。ＷＣ以
外の硬質相としては、耐酸化性、高温特性の向上を目的
にＴｉＣ−ＴａＣを始めとするＩＶａ〜ＶＩａ族遷移金
属の炭化物、窒化物などが用いられる。また、結合相と
しては、最も強度が優れることから強度を要求される場
合にはＣｏが用いられている。
率などの優れた特性により、切削工具や耐磨耗工具の用
途に用いられており、その用途に応じて種々の合金が開
発されて来た。一般に超硬合金はＷＣを主成分にする硬
質相と鉄系金層よりなる結合相より成っている。ＷＣ以
外の硬質相としては、耐酸化性、高温特性の向上を目的
にＴｉＣ−ＴａＣを始めとするＩＶａ〜ＶＩａ族遷移金
属の炭化物、窒化物などが用いられる。また、結合相と
しては、最も強度が優れることから強度を要求される場
合にはＣｏが用いられている。
【０００３】例えば、特公昭６２−５１２１１号公報に
は、加工後の表面がＲmax ５／１００μｍ以下の鏡面を
形成する光学素子成形用型に適した超硬合金としてＷＣ
が１００重量部に対して、コバルトを３〜１０重量部と
を熱間静圧プレスして製造することが示されている。さ
らに、この超硬合金の特性を利用した用途でも耐食性や
耐酸化性が要求されるようになり、結合相をＮｉに変更
した合金や、これにさらにＣｒ，Ｍｏを添加した合金も
種々提案されている。
は、加工後の表面がＲmax ５／１００μｍ以下の鏡面を
形成する光学素子成形用型に適した超硬合金としてＷＣ
が１００重量部に対して、コバルトを３〜１０重量部と
を熱間静圧プレスして製造することが示されている。さ
らに、この超硬合金の特性を利用した用途でも耐食性や
耐酸化性が要求されるようになり、結合相をＮｉに変更
した合金や、これにさらにＣｒ，Ｍｏを添加した合金も
種々提案されている。
【０００４】しかし、これらの結合相も炭化物相に対し
て、化学的性質には劣っているために、腐食や酸化はま
ず結合相より発生する。そこで結合相を含まない炭化物
相のみの超硬合金ができれば、これらの化学的特性の向
上が期待できる。このことから、ＷＣ−ＴｉＣ−ＴａＣ
の炭化物からなるバインダレス超硬合金が開発され、特
開平２−１２０２４４号公報に記載されているように、
光学素子成形用型に用いることが提案されている。しか
しながら、この結合相を有しないバインダレス超硬合金
は、低強度であり、その用途に制限を受けることにな
る。
て、化学的性質には劣っているために、腐食や酸化はま
ず結合相より発生する。そこで結合相を含まない炭化物
相のみの超硬合金ができれば、これらの化学的特性の向
上が期待できる。このことから、ＷＣ−ＴｉＣ−ＴａＣ
の炭化物からなるバインダレス超硬合金が開発され、特
開平２−１２０２４４号公報に記載されているように、
光学素子成形用型に用いることが提案されている。しか
しながら、この結合相を有しないバインダレス超硬合金
は、低強度であり、その用途に制限を受けることにな
る。
【０００５】一般に、超硬合金において、構成炭化物の
平均粒子径が小さくなる程、低温での焼結が可能になる
こと、高硬度、高強度となることが知られており、とく
にかかる結合相を含まないバインダレス超硬合金におい
て、平均粒子径を０．７μｍ以下の粒子を用いたＷＣ系
超硬合金が優れた硬さと抗折力を有することも、特開平
３−１１５５４１号公報に開示されている。
平均粒子径が小さくなる程、低温での焼結が可能になる
こと、高硬度、高強度となることが知られており、とく
にかかる結合相を含まないバインダレス超硬合金におい
て、平均粒子径を０．７μｍ以下の粒子を用いたＷＣ系
超硬合金が優れた硬さと抗折力を有することも、特開平
３−１１５５４１号公報に開示されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】本発明において解決す
べき課題は、かかる結合相を有しないＷＣ系超硬合金か
ら、組織的に欠陥（ポア）がなく、面粗度の良い鏡面が
得られること、耐食性、耐酸化性に優れていること、高
硬度、高強度であること、ヤング率が大きいこと、熱膨
張係数が小さいこと等の要求特性を充足する光学素子成
形用型を提供することにある。
べき課題は、かかる結合相を有しないＷＣ系超硬合金か
ら、組織的に欠陥（ポア）がなく、面粗度の良い鏡面が
得られること、耐食性、耐酸化性に優れていること、高
硬度、高強度であること、ヤング率が大きいこと、熱膨
張係数が小さいこと等の要求特性を充足する光学素子成
形用型を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明は、平均粒子が
０．７μｍ以下のＷＣ粒子からなる結合相を有しない強
度を改善した超硬合金からなる光学素子成形用型であ
る。この結合相を有しない超硬合金が、ＴａＣとＴｉＣ
とＴｉＮの何れかを１種以上、０．１〜５重量％含有せ
しめることによって、耐食性と強度をさらに改善でき
る。また、Ｃｒ3 Ｃ2 とＶＣとからなる粒成長抑制剤を
それぞれ０．１〜２重量％含有することによって、焼結
状態においてもＷＣ粒子を微細に維持し、強度と硬さを
改善することができる。
０．７μｍ以下のＷＣ粒子からなる結合相を有しない強
度を改善した超硬合金からなる光学素子成形用型であ
る。この結合相を有しない超硬合金が、ＴａＣとＴｉＣ
とＴｉＮの何れかを１種以上、０．１〜５重量％含有せ
しめることによって、耐食性と強度をさらに改善でき
る。また、Ｃｒ3 Ｃ2 とＶＣとからなる粒成長抑制剤を
それぞれ０．１〜２重量％含有することによって、焼結
状態においてもＷＣ粒子を微細に維持し、強度と硬さを
改善することができる。
【０００８】
【作用】ＷＣ粒子の平均粒子径を０．７μｍ以下に維持
することによって、低温での焼結が可能になり、得られ
た焼結体の硬度と強度は大となり、研磨後、優れた鏡面
が形成される。
することによって、低温での焼結が可能になり、得られ
た焼結体の硬度と強度は大となり、研磨後、優れた鏡面
が形成される。
【０００９】
【実施例】ＷＣ系超硬合金として、０．６μｍ粒子径の
ＷＣからなるＷＣ−ＴｉＣ−ＴａＣ超硬合金を用いて、
ＷＣ平均粒径が機械的特性に及ぼす影響と、粒成長抑制
剤としてＣｒ3 Ｃ2 ，ＶＣを選択し、その添加量が機械
的特性に及ぼす影響を調査した。次に機械的特性の優れ
ているものを化学的特性を調べるため、腐食試験、酸化
試験を行なった。また、機械加工により光学鏡面に仕上
げ、その面粗度（Ｒmax ）を調査した。
ＷＣからなるＷＣ−ＴｉＣ−ＴａＣ超硬合金を用いて、
ＷＣ平均粒径が機械的特性に及ぼす影響と、粒成長抑制
剤としてＣｒ3 Ｃ2 ，ＶＣを選択し、その添加量が機械
的特性に及ぼす影響を調査した。次に機械的特性の優れ
ているものを化学的特性を調べるため、腐食試験、酸化
試験を行なった。また、機械加工により光学鏡面に仕上
げ、その面粗度（Ｒmax ）を調査した。
【００１０】原料粉末として、平均粒径が、それぞれ、
０．６μｍ，１．５μｍ，２．８μｍ５．０μｍの市販
のＷＣと、ＷＣ−ＴｉＣ−ＴａＣが５：３：２の平均粒
径が１．０μｍの固溶体粉末を用いた。Ｃｒ3 Ｃ2 とＶ
Ｃの粒子としては、いずれも１．０〜１．２μｍのもの
を用い、表１に示すような配合組成で、ＷＣ粒子径を変
化させて試料Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄを調製した。
０．６μｍ，１．５μｍ，２．８μｍ５．０μｍの市販
のＷＣと、ＷＣ−ＴｉＣ−ＴａＣが５：３：２の平均粒
径が１．０μｍの固溶体粉末を用いた。Ｃｒ3 Ｃ2 とＶ
Ｃの粒子としては、いずれも１．０〜１．２μｍのもの
を用い、表１に示すような配合組成で、ＷＣ粒子径を変
化させて試料Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄを調製した。
【００１１】
【表１】
【００１２】さらにＷＣ粒径を微粒化するために、ＷＣ
粒子径を０．６μｍに、粒成長抑制剤としてＷＣ−Ｃｏ
系合金で実績のあるＣｒ3 Ｃ2 ，ＶＣを添加し、表２に
示すように試料Ｅ，Ｆ，Ｇ，Ｈを調製した。
粒子径を０．６μｍに、粒成長抑制剤としてＷＣ−Ｃｏ
系合金で実績のあるＣｒ3 Ｃ2 ，ＶＣを添加し、表２に
示すように試料Ｅ，Ｆ，Ｇ，Ｈを調製した。
【００１３】
【表２】
【００１４】これらをボール・ミルにより粉砕混合し、
乾燥プレス成形後、１６７３〜２９２３Ｋ×３．６ｋｓ
の真空中での焼結を行なった。その後、１７２３Ｋ×１
ｈｒ、１８００気圧Ａｒ中での熱間静水圧処理（ＨＩ
Ｐ）を行い試料とした。各試料をダイヤモンドホイール
（＃１８０）にて研削し、ＪＩＳ試験方法に従って、
４．０×８．０×２４ｍｍの形状の加工し、硬度、抵抗
力の測定や組織観察を行なった。
乾燥プレス成形後、１６７３〜２９２３Ｋ×３．６ｋｓ
の真空中での焼結を行なった。その後、１７２３Ｋ×１
ｈｒ、１８００気圧Ａｒ中での熱間静水圧処理（ＨＩ
Ｐ）を行い試料とした。各試料をダイヤモンドホイール
（＃１８０）にて研削し、ＪＩＳ試験方法に従って、
４．０×８．０×２４ｍｍの形状の加工し、硬度、抵抗
力の測定や組織観察を行なった。
【００１５】試料Ｎｏ．ＣとＦに関しては、通常のＷＣ
−６．５％Ｃｏ超硬合金、ＷＣ−８％Ｎｉ−０．３％Ｃ
ｒ3 Ｃ2 合金を比較材とし、化学的特性を評価した。腐
食試験として３２３Ｋの５％ＨＣｌ，５％Ｈ2 ＳＯ4 ，
５％ＨＮＯ3 ，５％Ｈ2 Ｏ2 溶液に試料（４×８×２４
ｍｍ）を８６．４ｋｓ浸漬し、その腐食原料を測定し、
表面積で割った値を腐食速度（ｇ／ｍ2 ・ｄａｙ）とし
て評価した。酸化試験は、各試料（４×８×１０ｍｍ）
を面粗度（Ｒmax ）０．１μｍ以下まで研削加工したも
のを７７３Ｋの大気雰囲気中で酸化させ、１０．８ｋｓ
後の面粗度を測定した。ダイヤモンドホイールで＃２０
００まで仕上げ、その後ボリッシュした。面粗度の測定
はランクテーラーホブソン社のタリステップを用い、Ｒ
max （最大面粗さ）を測定し、評価した。
−６．５％Ｃｏ超硬合金、ＷＣ−８％Ｎｉ−０．３％Ｃ
ｒ3 Ｃ2 合金を比較材とし、化学的特性を評価した。腐
食試験として３２３Ｋの５％ＨＣｌ，５％Ｈ2 ＳＯ4 ，
５％ＨＮＯ3 ，５％Ｈ2 Ｏ2 溶液に試料（４×８×２４
ｍｍ）を８６．４ｋｓ浸漬し、その腐食原料を測定し、
表面積で割った値を腐食速度（ｇ／ｍ2 ・ｄａｙ）とし
て評価した。酸化試験は、各試料（４×８×１０ｍｍ）
を面粗度（Ｒmax ）０．１μｍ以下まで研削加工したも
のを７７３Ｋの大気雰囲気中で酸化させ、１０．８ｋｓ
後の面粗度を測定した。ダイヤモンドホイールで＃２０
００まで仕上げ、その後ボリッシュした。面粗度の測定
はランクテーラーホブソン社のタリステップを用い、Ｒ
max （最大面粗さ）を測定し、評価した。
【００１６】まずはじめに焼結性を検討した。図１は、
ＷＣの粒子径ｄが０．６μｍの試料ＡとＷＣの粒子径ｄ
が２．８μｍの試料Ｃにおける、焼結温度と相対密度
（ρ／ρo ）の関係を示す。試料ＡはＣにくらべ、約５
０Ｋ程低温側のシフトしている。これは平均粒子径が小
さくなるほど比表面積が増え、表面エネルギーの増加し
これが焼結駆動力になるためだと考えられる。
ＷＣの粒子径ｄが０．６μｍの試料ＡとＷＣの粒子径ｄ
が２．８μｍの試料Ｃにおける、焼結温度と相対密度
（ρ／ρo ）の関係を示す。試料ＡはＣにくらべ、約５
０Ｋ程低温側のシフトしている。これは平均粒子径が小
さくなるほど比表面積が増え、表面エネルギーの増加し
これが焼結駆動力になるためだと考えられる。
【００１７】図２には、ｄが０．６μｍの試料Ａと、ｄ
が１．５μｍの試料Ｂと、ｄが２．８μｍの試料Ｃと、
５．０μｍのＤの光学顕微鏡組織写真を示す。原材料に
微細なＷＣ粉末を用いる程、組織的にも微細な焼結体が
得られている事がわかる。なお、一部には粒成長した粗
大粒子も見られる。
が１．５μｍの試料Ｂと、ｄが２．８μｍの試料Ｃと、
５．０μｍのＤの光学顕微鏡組織写真を示す。原材料に
微細なＷＣ粉末を用いる程、組織的にも微細な焼結体が
得られている事がわかる。なお、一部には粒成長した粗
大粒子も見られる。
【００１８】図３には、ＷＣ平均粒子径が硬度（ＨＲ
Ａ）に及ぼす影響を示す。原料粒子径が細かくなるほ
ど、硬さは増していることがわかる。この結果は、図２
に示すように、組織の微細化によるものと考えられる。
Ａ）に及ぼす影響を示す。原料粒子径が細かくなるほ
ど、硬さは増していることがわかる。この結果は、図２
に示すように、組織の微細化によるものと考えられる。
【００１９】図４にはＷＣ平均粒子径（ｄ）が抗析力の
平均値（σm ）に及ぼす影響を示す。微粒になるに従っ
て、σm は高くなり、０．６μｍ平均粒子径のＷＣでは
１．６ＧＰａが得られた。また、σm のばらつきを図５
に示すが、０．６μｍの平均粒子径を有する試料Ａでは
平均σm １．６ＧＰａに対し、最高値は１．８ＧＰａが
得られた。これらの試料はＨＩＰ処理された合金である
ため、ポアはほとんど見られず、破壊の起源となる欠陥
の多くは粗大なＷＣ粒子となっていた。この欠陥が小さ
くなったことにより、強度が向上した。さらに欠陥とな
り得るＷＣを小さくすることが可能であればさらに強度
の向上が期待できる。
平均値（σm ）に及ぼす影響を示す。微粒になるに従っ
て、σm は高くなり、０．６μｍ平均粒子径のＷＣでは
１．６ＧＰａが得られた。また、σm のばらつきを図５
に示すが、０．６μｍの平均粒子径を有する試料Ａでは
平均σm １．６ＧＰａに対し、最高値は１．８ＧＰａが
得られた。これらの試料はＨＩＰ処理された合金である
ため、ポアはほとんど見られず、破壊の起源となる欠陥
の多くは粗大なＷＣ粒子となっていた。この欠陥が小さ
くなったことにより、強度が向上した。さらに欠陥とな
り得るＷＣを小さくすることが可能であればさらに強度
の向上が期待できる。
【００２０】粒成長抑制剤として、Ｃｒ3 Ｃ2 ，ＶＣの
添加の場合、その結果、ＷＣ粒径はＣｒ3 Ｃ2 ，ＶＣ添
加量の増加と共に小になった。図６は、その例として無
添加合金（試料Ａ）と添加合金（試料Ｆ）のＳＥＭ組織
を示す。Ｃｒ3 Ｃ2 ，ＶＣの添加により著しく微粒化
し、平均粒径０．６μｍになっていることが分かる。な
お、粗大ＷＣ粒もほとんど認められない。以上の粒成長
抑制効果は、ＷＣ−Ｃｏ合金で認められている現象と同
様である。また微粒Ｗを炭化する際に、Ｃｒ，Ｖなどを
ドーブしておけば、より微粒のＷＣを得られる。
添加の場合、その結果、ＷＣ粒径はＣｒ3 Ｃ2 ，ＶＣ添
加量の増加と共に小になった。図６は、その例として無
添加合金（試料Ａ）と添加合金（試料Ｆ）のＳＥＭ組織
を示す。Ｃｒ3 Ｃ2 ，ＶＣの添加により著しく微粒化
し、平均粒径０．６μｍになっていることが分かる。な
お、粗大ＷＣ粒もほとんど認められない。以上の粒成長
抑制効果は、ＷＣ−Ｃｏ合金で認められている現象と同
様である。また微粒Ｗを炭化する際に、Ｃｒ，Ｖなどを
ドーブしておけば、より微粒のＷＣを得られる。
【００２１】図７は、粒成長抑制剤添加量の硬度に及ぼ
す影響を示す。添加量が増加するに従って、硬度も上昇
している。これは既述のようにそのような合金ほど組織
が微細化するためである。
す影響を示す。添加量が増加するに従って、硬度も上昇
している。これは既述のようにそのような合金ほど組織
が微細化するためである。
【００２２】図８は、粒成長抑制剤添加量の抗析力（σ
m ）に及ぼす添加効果を示す。σmは粒成長抑制剤の添
加により、無添加０％より増加し、０．４％付近で最高
値１．８ＧＰａを示し、さらに添加量の増加に従って低
下している。添加量０．４％までは粒成長抑制効果によ
り、破壊の起点となる粗大ＷＣが微細化されたためにσ
m が増加したと考えられる。一方、それ以上の添加量に
なると、固溶体相β相中にＣｒ3 Ｃ2 ，ＶＣが固溶さ
れ、脆いβ相が増えたためにσm が低下したと考えられ
る。詳細は検討が必要である。
m ）に及ぼす添加効果を示す。σmは粒成長抑制剤の添
加により、無添加０％より増加し、０．４％付近で最高
値１．８ＧＰａを示し、さらに添加量の増加に従って低
下している。添加量０．４％までは粒成長抑制効果によ
り、破壊の起点となる粗大ＷＣが微細化されたためにσ
m が増加したと考えられる。一方、それ以上の添加量に
なると、固溶体相β相中にＣｒ3 Ｃ2 ，ＶＣが固溶さ
れ、脆いβ相が増えたためにσm が低下したと考えられ
る。詳細は検討が必要である。
【００２３】図９は最高強度を示した試料Ｆの分布曲線
を示す。最高値は２．１ＧＰａに達している。このよう
に本合金は、結合相がない超硬合金すなわち、一種のセ
ラミック材であるにもかかわらず、結合相のある普通の
超硬合金に近い強度を示した。これは、非常に注目すべ
きことである。表３は、腐食試験の結果を示す。ＷＣ−
ＴｉＣ−ＴａＣ超硬における耐食性におよぼ粒子径の影
響は、ここではほとんど出ていないが、試料Ｃ，Ｆとと
もに５％Ｈ2 Ｏ2 以外では腐食速度も１（ｇ／ｍ2 ｄａ
ｙ）以下と、ＷＣ−Ｃｏ，ＷＣ−Ｎｉ超硬合金に比べ、
優れた耐食性を示している。これは、耐食性に劣る結合
相金層がないことに起因する。
を示す。最高値は２．１ＧＰａに達している。このよう
に本合金は、結合相がない超硬合金すなわち、一種のセ
ラミック材であるにもかかわらず、結合相のある普通の
超硬合金に近い強度を示した。これは、非常に注目すべ
きことである。表３は、腐食試験の結果を示す。ＷＣ−
ＴｉＣ−ＴａＣ超硬における耐食性におよぼ粒子径の影
響は、ここではほとんど出ていないが、試料Ｃ，Ｆとと
もに５％Ｈ2 Ｏ2 以外では腐食速度も１（ｇ／ｍ2 ｄａ
ｙ）以下と、ＷＣ−Ｃｏ，ＷＣ−Ｎｉ超硬合金に比べ、
優れた耐食性を示している。これは、耐食性に劣る結合
相金層がないことに起因する。
【００２４】
【表３】
【００２５】図１０は、各超硬合金の酸化試験の結果を
示す。ＷＣ−ＴｉＣ−ＴａＣ超硬合金の平均粒子径が
０．６μｍの微粒ＷＣを用いた。試料Ｆが最も面粗度
（Ｒｔｍ）の変化は小さく耐酸化性に優れることがわか
った。結合相であるＣｏ，Ｎｉを有する超硬合金では、
Ｃｏ，Ｎｉがこの温度では大きく酸化する温度であり、
ＷＣ粒界に存在する結合相金層が酸化し、ミクロ的な体
積変化を生じることにより、面粗度が悪化するものと考
えられる。ＷＣ−ＴｉＣ−ＴａＣ系で、面粗度の変化
に、ＷＣ粒子系での差が生じた理由は、ＷＣ粒子の結晶
方位に酸化の差が有り、表面に存在する粒子径の大きさ
の差が面粗度の変化の差になったものと考えられる。
示す。ＷＣ−ＴｉＣ−ＴａＣ超硬合金の平均粒子径が
０．６μｍの微粒ＷＣを用いた。試料Ｆが最も面粗度
（Ｒｔｍ）の変化は小さく耐酸化性に優れることがわか
った。結合相であるＣｏ，Ｎｉを有する超硬合金では、
Ｃｏ，Ｎｉがこの温度では大きく酸化する温度であり、
ＷＣ粒界に存在する結合相金層が酸化し、ミクロ的な体
積変化を生じることにより、面粗度が悪化するものと考
えられる。ＷＣ−ＴｉＣ−ＴａＣ系で、面粗度の変化
に、ＷＣ粒子系での差が生じた理由は、ＷＣ粒子の結晶
方位に酸化の差が有り、表面に存在する粒子径の大きさ
の差が面粗度の変化の差になったものと考えられる。
【００２６】図１１は、研磨仕上げした試料ＣとＦおよ
び比較用に通常のＷＣ−Ｃｏ超硬合金の面粗さのプロフ
ァイルを示す。通常のＷＣ−Ｃｏ超硬合金Ｖは、Ｒmax
≒７０ｍｍであるが、試料ＣではＲmax ≒２０ｍｍと良
くなり、さらに試料ＦではＲmax ≒８ｍｍにまで達して
いる。ここでＲmax ≦１２ｍｍは、光学的鏡面と言える
が、試料Ｆはこれをクリアーしている。通常超硬質に比
べ、バインダーレスのＣ，Ｆ合金の面粗さが小さくなっ
たのは、後者では軟らかい結合相がなくなったため、硬
度差により生じていた凹凸の発生が抑止されたためであ
る。Ｆ合金の方がＣ合金よりも面粗さが小さいのはより
微粒であるためである。これは、光学レンズの成形型材
として高寿命を得ることができるものである。
び比較用に通常のＷＣ−Ｃｏ超硬合金の面粗さのプロフ
ァイルを示す。通常のＷＣ−Ｃｏ超硬合金Ｖは、Ｒmax
≒７０ｍｍであるが、試料ＣではＲmax ≒２０ｍｍと良
くなり、さらに試料ＦではＲmax ≒８ｍｍにまで達して
いる。ここでＲmax ≦１２ｍｍは、光学的鏡面と言える
が、試料Ｆはこれをクリアーしている。通常超硬質に比
べ、バインダーレスのＣ，Ｆ合金の面粗さが小さくなっ
たのは、後者では軟らかい結合相がなくなったため、硬
度差により生じていた凹凸の発生が抑止されたためであ
る。Ｆ合金の方がＣ合金よりも面粗さが小さいのはより
微粒であるためである。これは、光学レンズの成形型材
として高寿命を得ることができるものである。
【００２７】このように、ＷＣ−３％ＴｉＣ−２％Ｔａ
Ｃのバインダレス超硬合金のＷＣ平均粒子径を０．６μ
ｍから５μｍまで変化させ粒子径が機械的特性に及ぼす
影響と、粒成長抑制剤としてＣｒ3 Ｃ2 ，ＶＣの添加を
検討し、得られた合金について機械的特性として硬さ
（ＨR Ａ）、抗析力（σm ）を化学的特性として耐食
性、耐酸化性の評価を行なった。さらに、ポリッシング
加工による面粗さの検討を行い以下の結果を得た。
Ｃのバインダレス超硬合金のＷＣ平均粒子径を０．６μ
ｍから５μｍまで変化させ粒子径が機械的特性に及ぼす
影響と、粒成長抑制剤としてＣｒ3 Ｃ2 ，ＶＣの添加を
検討し、得られた合金について機械的特性として硬さ
（ＨR Ａ）、抗析力（σm ）を化学的特性として耐食
性、耐酸化性の評価を行なった。さらに、ポリッシング
加工による面粗さの検討を行い以下の結果を得た。
【００２８】（１）ＷＣ−３％ＴｉＣ−２％ＴａＣ超硬
合金において、ＷＣ平均粒子径を微細にするほど、低温
での焼結が可能となった。また、粒子径が小になるほど
高硬質となり、また抗析力も向上することがわかった。
これは微粒化することにより破壊の起点となるＷＣ粒が
小さくなったためと考えられた。 （２）０．６μｍのＷＣを使った合金に粒成長抑制剤と
してＣｒ3 Ｃ2 ，ＶＣを添加したものでは、さらに粒子
は微細化し、硬度では最高ＨR Ａ９５．５抗析力σm 平
均で１．８ＧＰａ（最高２．１ＧＰａ）に達し、これは
結合相のないＷＣ系超硬合金として最高値に示した。 （３）微粒ＷＣを用いた合金では、耐食性や耐酸化性な
どの化学的特性に優れることがわかった。 （４）ポリッシング加工により、面粗度（Ｒmax ）８ｍ
ｍの極めて均一で平坦な面が得られた。これにより、作
られた鏡面は、光学素子の成形用型として最適のもので
ある。 （５）Ｃｒ3 Ｃ2 およびＶＣ添加量の増加と共に硬度は
高くなった。強度はある添加量でピークを取った。この
時ＨR Ａ＝９５．５、抵抗力＝１．８ＧＰａであり、こ
れは極めて優れた性質と言える。
合金において、ＷＣ平均粒子径を微細にするほど、低温
での焼結が可能となった。また、粒子径が小になるほど
高硬質となり、また抗析力も向上することがわかった。
これは微粒化することにより破壊の起点となるＷＣ粒が
小さくなったためと考えられた。 （２）０．６μｍのＷＣを使った合金に粒成長抑制剤と
してＣｒ3 Ｃ2 ，ＶＣを添加したものでは、さらに粒子
は微細化し、硬度では最高ＨR Ａ９５．５抗析力σm 平
均で１．８ＧＰａ（最高２．１ＧＰａ）に達し、これは
結合相のないＷＣ系超硬合金として最高値に示した。 （３）微粒ＷＣを用いた合金では、耐食性や耐酸化性な
どの化学的特性に優れることがわかった。 （４）ポリッシング加工により、面粗度（Ｒmax ）８ｍ
ｍの極めて均一で平坦な面が得られた。これにより、作
られた鏡面は、光学素子の成形用型として最適のもので
ある。 （５）Ｃｒ3 Ｃ2 およびＶＣ添加量の増加と共に硬度は
高くなった。強度はある添加量でピークを取った。この
時ＨR Ａ＝９５．５、抵抗力＝１．８ＧＰａであり、こ
れは極めて優れた性質と言える。
【００２９】
【発明の効果】本発明により以下の効果を奏する。 （１）ＷＣ系結合相なしの超硬合金から、ポリッシング
加工により、面粗度が微細で、且つ均一で平坦な面を有
する優れた光学素子の製造用型を得ることができる。 （２）ＷＣ系結合相なしの超硬合金は、ＷＣ平均粒子を
０．７μｍ以下に微細化することにより、高硬度，高強
度となり、光学素子の製造型として充分使用できる強度
を有する。 （３）化学的特性に劣る結合相金属を含有しないことに
より、耐食性，耐酸化性に優れ、また、高温での使用で
も面粗さへの劣化が少なく、初期の優れた面を長期間維
持でき、光学素子型寿命を大幅に向上できる。
加工により、面粗度が微細で、且つ均一で平坦な面を有
する優れた光学素子の製造用型を得ることができる。 （２）ＷＣ系結合相なしの超硬合金は、ＷＣ平均粒子を
０．７μｍ以下に微細化することにより、高硬度，高強
度となり、光学素子の製造型として充分使用できる強度
を有する。 （３）化学的特性に劣る結合相金属を含有しないことに
より、耐食性，耐酸化性に優れ、また、高温での使用で
も面粗さへの劣化が少なく、初期の優れた面を長期間維
持でき、光学素子型寿命を大幅に向上できる。
【図１】 ＷＣの粒子径が０．６μｍの試料とＷＣの粒
子径が２．８μｍの試料の焼結温度と相対密度の関係を
示す。
子径が２．８μｍの試料の焼結温度と相対密度の関係を
示す。
【図２】 試料の金属組織の光学顕微鏡写真を示す。
【図３】 ＷＣ平均粒子径が硬度（ＨＲＡ）に及ぼす影
響を示す。
響を示す。
【図４】 ＷＣ平均粒子径が抗析力の平均値に及ぼす影
響を示す。
響を示す。
【図５】 抗析力の平均値のばらつきを示す。
【図６】 粒成長抑制剤無添加合金と添加合金のＳＥＭ
金属組織を示す。
金属組織を示す。
【図７】 粒成長抑制剤添加量の硬度に及ぼす影響を示
す。
す。
【図８】 粒成長抑制剤添加量の抗析力に及ぼす影響を
示す。
示す。
【図９】 最高強度を示した試料の分布曲線を示す。
【図１０】 各超硬合金の酸化試験の結果を示す。
【図１１】 研磨状態の面粗さプロファイルを示す。
Claims (4)
- 【請求項１】 ＷＣを主成分にする結合相を有しない超
硬合金からなり、且つ、ＷＣの粒子径が０．７μｍ以下
である光学素子成形型材。 - 【請求項２】 ＷＣを主成分にする結合相を有しない超
硬合金からなり、且つ、ＷＣの粒子が０．７μｍ以下で
あり、且つ、粒成長抑制剤を含有した光学素子成形型
材。 - 【請求項３】 請求項１または２の記載において、ＷＣ
を主成分にする結合相を有しない超硬合金が、ＴａＣと
ＴｉＣの何れかを１種以上、０．１〜５重量％含有する
固溶体組織を含む光学素子成形型材。 - 【請求項４】 請求項２の記載において、粒成長抑制剤
が炭化クロムと炭化バナジウムの中の少なくとも一種で
あって、その含有量がそれぞれ０．１〜２重量％である
光学素子成形型材。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14704093A JPH06329427A (ja) | 1993-05-25 | 1993-05-25 | Ｗｃを主成分にする超硬合金からなる光学素子成形型材 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14704093A JPH06329427A (ja) | 1993-05-25 | 1993-05-25 | Ｗｃを主成分にする超硬合金からなる光学素子成形型材 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06329427A true JPH06329427A (ja) | 1994-11-29 |
Family
ID=15421163
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP14704093A Withdrawn JPH06329427A (ja) | 1993-05-25 | 1993-05-25 | Ｗｃを主成分にする超硬合金からなる光学素子成形型材 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06329427A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006089296A (ja) * | 2004-09-21 | 2006-04-06 | Olympus Corp | 光学素子の成形用金型およびこれを備える成形機 |
| CN114517269A (zh) * | 2021-12-29 | 2022-05-20 | 蓬莱市超硬复合材料有限公司 | 一种碳化钨合金材料、制备方法以及设备 |
-
1993
- 1993-05-25 JP JP14704093A patent/JPH06329427A/ja not_active Withdrawn
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006089296A (ja) * | 2004-09-21 | 2006-04-06 | Olympus Corp | 光学素子の成形用金型およびこれを備える成形機 |
| CN114517269A (zh) * | 2021-12-29 | 2022-05-20 | 蓬莱市超硬复合材料有限公司 | 一种碳化钨合金材料、制备方法以及设备 |
| CN114517269B (zh) * | 2021-12-29 | 2024-03-19 | 蓬莱市超硬复合材料有限公司 | 一种碳化钨合金材料、制备方法以及设备 |
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Legal Events
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|---|---|---|---|
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