[发明专利]一种光学模具用硬质合金材料及其制备方法

说明书

本发明提供一种非球面玻璃基光学元件精密模压成型模具用硬质合金材料及其制备方法，以及由其制备得到的光学元件精密成型模具。所述硬质合金材料由WC+A+B粉末混合物经SPS烧结制备得到，基于100wt.％的粉末混合物的总重量，A+B粉末的总含量为0.3wt.％～3.0wt.％，WC粉末的含量为97.0wt.％～99.7wt.％，A为Cr₃C₂，B为TiC。该硬质合金材料密度高、硬度高、强度大且具有良好的加工性能，能够用于制备高端的光学元件精密成型模具。

技术领域

本发明属于粉末冶金领域，涉及一种硬质合金材料及其制备方法，以及其用途，更具体而言，涉及一种光学模具用硬质合金材料及其制备方法，以及由其制备的光学模具。

背景技术

非球面光学元件应用于军用激光装置、热成像装置、微光夜视头盔、红外扫描装置、数码相机、照相手机、车用摄像装置、显微及望远镜以及数码摄像镜头等光学器件。非球面玻璃基光学元件的大批量生产主要依靠精密玻璃模压技术。为了达到非球面玻璃镜片的高质量要求，需要光学模具材料具有高硬度、高强度、高密度、良好的耐热冲击性能以及优异的加工性能等，碳化钨(WC)基硬质合金材料因其硬度高、强度大、熔点高、耐磨耐压性能优异且化学稳定性好等优势成为目前制造光学模具最理想的材料。而传统的硬质合金材料为了降低烧结温度、提高材料强度在WC基体中添加了一定量的钴(Co)、镍(Ni)、铁(Fe)等金属作为粘结剂，但同时粘结剂的加入降低了材料整体的耐磨性和耐腐蚀性，在作为光学模具使用过程中会对镜片造成不良影响且寿命大幅降低。

目前国内高端光学模具材料仍依靠进口，主要是日本NJS(牌号M78)和日本富士(牌号JF03和牌号J05)的材料，其性能如下表所示。其中M78材料中，因为未添加钴等烧结助剂，而具有更高的硬度和更细的晶粒度而被认为是目前理想的光学模具材料。但仍然存在密度偏低、断裂韧性小、成本高等问题。

表1：进口高端光学模具材料性能一览表

上述均为进口产品，价格高昂，供货周期长，并且性能有待进一步提升。

发明内容

本发明的目的在于弥补上述现有技术的不足，提供一种非球面玻璃基光学元件精密模压成型模具(简称光学模具)用硬质合金材料及其制备方法，该硬质合金材料密度高、硬度高、强度大且具有良好的加工性能，可用于制备高端光学模具。

根据本发明的第一方面，提供了一种光学模具用硬质合金材料，所述硬质合金材料由WC+A+B粉末混合物经SPS烧结制备得到，基于100wt.％的粉末混合物的总重量，所述粉末混合物中包含：97.0wt.％～99.7wt.％，优选98.0wt.％～99.6wt.％，更优选98.2wt.％～99.6wt.％的WC粉末；0.3wt.％～3.0wt.％，优选0.4wt.％～2.0wt.％，更优选0.4wt.％～1.8wt.％的A+B粉末，A为Cr₃C₂，B为TiC。

优选地，所述粉末混合物由上述范围的A粉末、B粉末和WC粉末组成。

优选地，A粉末的含量为0wt.％～3.0wt.％，更优选0wt.％～2.0wt.％。

优选地，B粉末的含量为0wt.％～3.0wt.％，更优选0wt.％～2.0wt.％。

需要说明的是，这里A+B粉末表示选自A粉末和B粉末中的一种或两种的混合物。

优选地，所述硬质合金材料的密度不低于15.60g/cm³。

优选地，所述硬质合金材料中，除主相外不含其它杂相。