複合結構模仁及其製備方法

2023-10-07 19:44:34 2

專利名稱：複合結構模仁及其製備方法
技術領域：
本發明涉及一種模仁，尤其涉及一種複合結構模仁及其製備方法。
背景技術：
模仁廣泛應用於模壓成型製程，特別是製造光學玻璃產品，如非球面玻璃透鏡、球透鏡、稜鏡等，採用直接模壓成型(DirectPress-molding)技術可直接生產光學玻璃產品，無需打磨、拋光等後續加工步驟，可大大提高生產效率及產量，且產品質量好。但直接模壓成型法對於模仁的化學穩定性、抗熱衝擊性能、機械強度、表面光滑度等要求非常高。因而，模壓成型技術的發展實際上主要取決於模仁材料及模仁製造技術的進步。對於模壓成型的模仁一般有以下要求a.在高溫時，具有很好的剛性、耐機械衝擊強度及足夠的硬度；b.在反覆及快速加熱冷卻的熱衝擊下模仁不產生裂紋及變形；c.在高溫時模仁表面與光學玻璃不發生化學反應，不黏附玻璃；d.不發生高溫氧化；e.加工性能好，易加工成高精度及高表面光潔度的型面；f.成本低。
傳統模仁大多採用不鏽鋼或耐熱合金作為模仁材料，這種模仁容易發生高溫氧化，在反覆熱衝擊作用下，會發生晶粒長大，從而模仁表面變粗糙，黏結玻璃。
為解決上述問題，非金屬及超硬合金被用於模仁。據報導，碳化矽(SiC)，氮化矽(Si3N4)，碳化鈦(TiC)，碳化鎢(WC)及碳化鎢-鈷合金已經被用於製造模仁。但是，上述各種碳化物陶瓷硬度非常高，很難加工成所需要的外形，特別是高精度非球面形。而超硬合金除難以加工之外，使用一段時間之後還可能發生高溫氧化。
所以，以碳化物或超硬合金為模仁基底，其表面形成有其它材料鍍層或覆層的複合結構模仁成為新的發展方向，典型的複合結構模仁如美國專利第4,685,948號。
美國專利第4,685,948號揭示一種用於直接模壓成型光學玻璃產品的複合結構模仁。其採用高強度的超硬合金(Super-hard Alloy)、碳化物陶瓷或金屬陶瓷(Cermet)作為模仁基底，並在模仁的模壓面形成有銥(Ir)薄膜層，或Ir與鉑(Pt)、錸(Re)、鋨(Os)、銠(Rh)或釕(Ru)的合金薄膜層，或Ru薄膜層，或Ru與Pt、Re、Os、Rh的合金薄膜層。通過所述薄膜層可有效防止模仁基底發生高溫氧化。
然而，上述複合結構模仁的模仁基底硬度很高，其模壓面形狀通常需要通過金剛石切削工具(Diamond Cutting Tool)加工，製程較為複雜且表面粗糙度較差，不利於脫模。
有鑑於此，提供一種製程簡單且易脫模的模仁實為必要。

發明內容為解決現有技術的模仁製程較為複雜且表面粗糙度較差，不利於脫模的問題，本發明的目的在於提供一種製程簡單且易脫模的模仁及其製備方法。
為實現本發明的目的，本發明提供一種複合結構模仁，其包括模仁基體，其具有一與欲模壓產品相對應的模壓面；其中所述模仁基體材料一部分是由碳化鎢微粒(WC)及貴金屬微粒(Noble Metal)混合燒結的燒結物製成。
所述燒結混合材料中混合貴金屬微粒的質量百分比為1～25％，優選為1～13％。
所述貴金屬微粒包括鉑(Pt)、錸(Re)、鉑銠合金(PtmRhn)、錸銥合金(RexIry)或鉑銥合金(PtmIrn)微粒；其中，x值介於0.25與0.55之間，y值介於0.45與0.75之間，m值及n值滿足關係式m+n＝100及10＜m＜90。
優選的，所述由碳化鎢微粒及貴金屬微粒混合燒結的燒結物製成部分位於靠近模壓面部分。
所述模仁基體的另一部分也是由碳化鎢微粒及貴金屬微粒混合燒結的燒結物製成。
優選的，所述模仁基體的另一部分是由碳化鎢微粒燒結物製成。
優選的，所述模仁基體模壓面上具有一貴金屬保護層。
所述貴金屬保護層的厚度範圍為100nm～600nm。
所述貴金屬保護層材料包括錸銥合金(RexIry)或鉑銥合金(PtmIrn)；其中，x值介於0.25與0.55之間，y值介於0.45與0.75之間，m值及n值滿足關係式m+n＝100及10＜m＜90。
為實現本發明的另一目的，本發明提供一種複合結構模仁製備方法，其包括提供一燒結用模具，其具有所需模仁的形狀；將碳化鎢微粒及貴金屬微粒的混合材料置於所述燒結用模具中，並進行燒結形成一模仁基體，其具有一與欲模壓產品相對應的模壓面。
所述混合材料中貴金屬微粒的質量百分比為1～25％，優選為1～13％。
所述貴金屬微粒及碳化鎢微粒的粒徑範圍為1nm～100nm。
所述貴金屬微粒包括鉑(Pt)、錸(Re)、鉑銠合金(PtmRhn)、錸銥合金(RexIry)或鉑銥合金(PtmIrn)；其中，x值介於0.25與0.55之間，y值介於0.45與0.75之間，m值及n值滿足關係式m+n＝100及10＜m＜90。
優選的，所述貴金屬微粒僅混合於所述模仁基體中靠近模壓面部分。
優選的，在所述模仁基體的模壓面上形成一貴金屬保護層。
所述貴金屬保護層的厚度範圍為100nm～600nm。
所述貴金屬保護層材料包括錸銥合金(RexIry)或鉑銥合金(PtmIrn)；其中，x值介於0.25與0.55之間，y值介於0.45與0.75之間，m值及n值滿足關係式m+n＝100及10＜m＜90。
與現有技術相比，本發明的模仁基體採用碳化鎢微粒及貴金屬微粒混合燒結而成，使得該燒結複合結構在具有高強度的同時，可獲得表面粗糙度良好的模壓面。且由於混有貴金屬微粒，使所述模壓面與模壓面上形成的貴金屬保護層具有良好的黏附性，可有效防止保護層剝離或脫落導致模仁基底發生高溫氧化的情況。


圖1是本發明第一實施例複合結構模仁結構示意圖；圖2是本發明第二實施例複合結構模仁結構示意圖。
具體實施方式
請參閱第一圖，本發明的第一實施例提供一種用於模壓光學玻璃產品的複合結構模仁10，其包括一模仁基體100及形成在模仁基體100模壓面上的貴金屬保護層200。所述模仁基體100材料為貴金屬微粒101及碳化鎢微粒102混合燒結的燒結物製成。
所述燒結混合材料中混合貴金屬微粒101的質量百分比為1～25％，優選為1～13％。
所述貴金屬微粒101包括鉑(Pt)、錸(Re)、鉑銠合金(PtmRhn)、錸銥合金(RexIry)或鉑銥合金(PtmIrn)微粒；其中，x值介於0.25與0.55之間，y值介於0.45與0.75之間，m值及n值滿足關係式m+n＝100及10＜m＜90。
所述貴金屬保護層200的厚度範圍為100nm～600nm。
所述貴金屬保護層200材料包括錸銥合金(RexIry)或鉑銥合金(PtmIrn)；其中，x值介於0.25與0.55之間，y值介於0.45與0.75之間，m值及n值滿足關係式m+n＝100及10＜m＜90。
請參閱第二圖，本發明的第二實施例提供一種用於模壓光學玻璃產品的複合結構模仁10′，其包括一模仁基體100′及形成在模仁基體100′模壓面上的貴金屬保護層200′。本實施例與第一實施例不同之處在於，所述模仁基體100′包括第一部分110及第二部分120，其中僅第一部分110材料為貴金屬微粒101′及碳化鎢微粒102′混合燒結的燒結物製成，而第二部分120材料為碳化鎢微粒102′燒結而成。
本發明還提供所述複合結構模仁製備方法。
請參閱第一圖，本發明提供的第一種方法包括以下步驟1)提供一燒結用模具(圖未示)，其具有所需模仁10的形狀；2)將貴金屬微粒101及碳化鎢微粒102的混合材料置於所述燒結用模具中；3)通過施加壓應力使所述貴金屬微粒101及碳化鎢微粒102之間緊密冷連接；
4)燒結所述緊密冷連接的貴金屬微粒101及碳化鎢微粒102形成一模仁基體100，其具有一與欲模壓產品相對應的模壓面；5)通過濺射法或化學氣相沉積法(CVD，Chemical Vapor Deposition)在所述模仁基體100的模壓面上形成一貴金屬保護層200。
所述混合材料中貴金屬微粒101的質量百分比為1～25％，優選為1～13％。
所述貴金屬微粒101及碳化鎢微粒102的粒徑範圍為1nm～100nm。
所述貴金屬微粒101材料包括鉑(Pt)、錸(Re)、鉑銠合金(PtmRhn)、錸銥合金(RexIry)或鉑銥合金(PtmIrn)；其中，x值介於0.25與0.55之間，y值介於0.45與0.75之間，m值及n值滿足關係式m+n＝100及10＜m＜90。
所述貴金屬保護層200的厚度範圍為100nm～600nm。
所述貴金屬保護層200材料包括錸銥合金(RexIry)或鉑銥合金(PtmIrn)；其中，x值介於0.25與0.55之間，y值介於0.45與0.75之間，m值及n值滿足關係式m+n＝100及10＜m＜90。
請參閱第二圖，本發明提供的第二種方法與第一種方法不同之處在於，將貴金屬微粒101′及碳化鎢微粒102′的混合材料置於所述燒結用模具中時，僅在模仁基體100′中靠近貴金屬保護層200′的第一部分110採用貴金屬微粒101′及碳化鎢微粒102′的混合材料，而第二部分120材料為碳化鎢微粒102′。
本發明的模仁，其模仁基體具有高硬度，高機械強度的優點，可承受高溫模壓時產生的壓力及應力。模仁基體混有貴金屬材料，模壓面表面粗糙度好，易於脫模，且由奈米級貴金屬保護層覆蓋，模壓面與保護層之間具有良好的黏附性，可有效防止保護層剝離或脫落導致模仁基底發生高溫氧化的情況。從而避免影響光學玻璃質量，從而大幅延長模仁的使用壽命。綜上所述，本發明的複合結構模仁具有高機械強度、易脫模等優點。
權利要求
1.一種複合結構模仁，其包括一模仁基體，其具有一模壓面；其特徵在於，所述模仁基體一部分是由碳化鎢微粒及貴金屬微粒混合燒結的燒結物製成。
2.如權利要求1所述的複合結構模仁，其特徵在於，所述燒結物中貴金屬微粒的質量百分比為1～25％。
3.如權利要求2所述的複合結構模仁，其特徵在於，所述燒結物中貴金屬微粒的質量百分比為1～13％。
4.如權利要求3所述的複合結構模仁，其特徵在於，所述貴金屬材料包括鉑(Pt)、錸(Re)、鉑銠合金(PtmRhn)、錸銥合金(RexIry)或鉑銥合金(PtmIrn)；其中，x值介於0.25與0.55之間，y值介於0.45與0.75之間，m值及n值滿足關係式m+n＝100及10＜m＜90。
5.如權利要求1所述的複合結構模仁，其特徵在於，所述模仁基體模壓面上具有一貴金屬保護層。
6.如權利要求5所述的複合結構模仁，其特徵在於，所述貴金屬保護層的厚度範圍為100nm～600nm。
7.如權利要求6所述的複合結構模仁，其特徵在於，所述貴金屬保護層材料包括錸銥合金(RexIry)或鉑銥合金(PtmIrn)；其中，x值介於0.25與0.55之間，y值介於0.45與0.75之間，m值及n值滿足關係式m+n＝100及10＜m＜90。
8.如權利要求1所述的複合結構模仁，其特徵在於，所述模仁基體中，由碳化鎢微粒及貴金屬微粒混合燒結的燒結物製成部分位於靠近模壓面部分。
9.如權利要求1至8中任意一項所述的複合結構模仁，其特徵在於，所述模仁基體的另一部分也是由碳化鎢微粒及貴金屬微粒混合燒結的燒結物製成。
10.如權利要求1至8中任意一項所述的複合結構模仁，其特徵在於，所述模仁基體的另一部分是由碳化鎢微粒燒結物製成。
11.一種複合結構模仁製備方法，其包括提供一燒結用模具，其具有所需模仁的形狀；將碳化鎢微粒及貴金屬微粒的混合材料置於所述燒結用模具中，並燒結形成一模仁基體，其具有一與欲模壓產品相對應的模壓面。
12.如權利要求11所述的複合結構模仁製備方法，其特徵在於，在所述模仁基體的模壓面上形成一貴金屬保護層。
13.如權利要求12所述的複合結構模仁製備方法，其特徵在於，所述混合材料中貴金屬微粒的質量百分比為1～25％。
14.如權利要求13所述的複合結構模仁製備方法，其特徵在於，所述混合材料中貴金屬微粒的質量百分比為1～25％。
15.如權利要求14所述的複合結構模仁製備方法，其特徵在於，所述貴金屬微粒及碳化鎢微粒的粒徑範圍為1nm～100nm。
16.如權利要求15所述的複合結構模仁製備方法，其特徵在於，所述貴金屬微粒包括鉑(Pt)、錸(Re)、鉑銠合金(PtmRhn)、錸銥合金(RexIry)或鉑銥合金(PtmIrn)；其中，x值介於0.25與0.55之間，y值介於0.45與0.75之間，m值及n值滿足關係式m+n＝100及10＜m＜90。
17.如權利要求12所述的複合結構模仁製備方法，其特徵在於，所述貴金屬保護層的厚度範圍為100nm～600nm。
18.如權利要求17所述的複合結構模仁製備方法，其特徵在於，所述貴金屬保護層材料包括錸銥合金(RexIry)或鉑銥合金(PtmIrn)；其中，x值介於0.25與0.55之間，y值介於0.45與0.75之間，m值及n值滿足關係式m+n＝100及10＜m＜90。
19.如權利要求18所述的複合結構模仁製備方法，其特徵在於，所述貴金屬保護層通過濺射法或化學氣相沉積法形成。
20.如權利要求10至19中任意一項所述的複合結構模仁仁製備方法，其特徵在於，所述貴金屬微粒僅混合於所述模仁基體中靠近模壓面部分。
全文摘要
本發明提供一種用於模壓玻璃產品的複合結構模仁，其包括模仁基體，其具有一與欲模壓產品相對應的模壓面；及一覆蓋於該模壓面的貴金屬保護層；其中所述模仁基體材料為碳化鎢微粒及貴金屬微粒混合燒結的燒結物製成。本發明還提供上述複合結構模仁製備方法。
文檔編號C22C29/06GK1796315SQ20041009187
公開日2006年7月5日 申請日期2004年12月23日 優先權日2004年12月23日
發明者呂昌嶽 申請人:鴻富錦精密工業(深圳)有限公司, 鴻海精密工業股份有限公司