专利名称：成像应用中用于工具透镜生产的惰性高硬度材料的制作方法
技术领域：
本发明是针对一种用于玻璃模制过程的致密化的惰性材料，并且更具体地是一种碳化鹤材料以及其制造方法。背景信息现代玻璃制造过程的要求对用于玻璃制造模具的材料的性能加注了更大的要求。 例如，玻璃质量的要求更高，加工的温度更高，希望更严密的尺寸公差控制，期望更长的使用寿命，并且高的生产率已经成为一种经济上的必要性。所有这些要求已经将模具材料的特性和性能的要求推向越来越高的水平。这在精密玻璃制造行业中是更这么普遍的，因为消费电子设备(例如拍照手机和数码相机)和工业光学设备中的透镜市场的增长已经将从传统的金刚石车削操作转向高体积、低成本的模制操作的透镜生产。除了改进模制材料的品质(这进而改进了模制的玻璃的品质)之外，提高模具的寿命也是所希望的。影响品质和模具寿命这两者的因素的例子是模具材料的化学惰性连同可机加工性。具体地，精密玻璃透镜的生产者报告了在模制操作过程中热模制材料与熔融玻璃的化学相互作用，这是模具失效的主要原因之一。模具中的这个污染问题不仅降低了模具的寿命而且还减小了正在生产的玻璃或透镜的光学纯度。此种污染的一个问题是镍，镍在生产过程中可以扩散到玻璃/透镜中。已经用来防止此种扩散的一个解决方案是在模具上使用涂覆层从而将模具与玻璃之间的相互作用最小化。然而，甚至在存在一个涂层时，典型地小于O. 5微米的厚度，污染物(铁/镍)仍然有可能扩散穿过玻璃并且与其发生反应。 因此，尽管有助于延迟模具-对-玻璃的相互作用，但是涂层的存在迄今为止并未成功防止污染物的扩散。除了在模具操作过程中污染物扩散穿过到达透镜或到达模具的问题之外，模制材料的尺寸准确度以及表面光洁度还可能影响模具寿命。在最终的抛光过程中显示的材料不合格以减少的工具加工产量的形式增加了制造过程的附加成本以及与返工有关的费用。模具中的非球面形状的机加工使得模具较昂贵，特别是因为总体上所要求的是非常硬的并且耐久的模具材料。行业内对于着手解决模具寿命、制造成本连同模制的玻璃的品质的问题已经考虑了一系列的解决方案。一个解决方案包括使用高化学纯度的碳化硅材料。尽管碳化硅的化学惰性和高硬度使得它是一种对于精密玻璃模具有意义的材料，但是碳化硅的脆性性质可能呈现出处理和精加工的顾虑。此外，碳化硅通常是一种昂贵的材料方案并且因此不是实际的。另一个替代方案可以是使用陶瓷。陶瓷材料(例如氮化硅)的相对惰性和高硬度对于例如玻璃模制应用是有益的。然而，最终的研磨和抛光由于获得所要求的表面光洁度而没有碎屑和/或破坏所要求的参数会是费时的并且昂贵的。更重要的是，陶瓷材料中的热膨胀系数显著地低于正在模制的玻璃的热膨胀系数并且引入了模具设计的挑战。如以上提及的，涂覆可以是另一个替代方案。对于玻璃模制模具已经提出了应用耐氧化和磨损的涂层。涂层粘附性在所有涂覆的工具加工应用中都是须考虑的事项。在其中可以对工具进行再精加工或修整的应用中，涂层的厚度也是必须考虑的。另一种选择是无粘合剂的碳化物。这个方案作为用于精密玻璃模制应用的一个良好的配合已经在业界进行了讨论，由于碳化钨的高硬度以及匹配的热膨胀系数。应理解的是，然而，在不存在粘合剂材料时实现完全的致密化提出了显著的制造挑战，导致了这种类型的材料具有微结构的缺点，这些缺点进而使其不适合于精加工以及随后模具工具加工的使用。还必须理解的是，理论上通过使材料成为“无粘合剂的”来消除的金属粘合剂的扩散仅仅是出于在模制过程中玻璃降级所提出的一个原因。模具材料对玻璃的惰性还可以取决于许多其他因素，例如总的化学组成、杂质水平、以及由于材料设计亦或加工的结果而在该材料中可以存在的第二相的化学性质和微结构。还已经报告了含金属和碳化物组分(称为夹杂物和异相)的异相有时会在材料中存在。这些相经常与孔隙率的簇相关，并且它们的存在损害了材料的可磨性和性能。这些组分的来源总体上难以追踪，并且往往需要材料设计的改进来消除这些不想要的相。为了成功地着手解决精密玻璃模具的功能要求，技术方案需要考虑平衡了惰性与可机加工性的具体设计构思的优势以及挑战两者。因此，对于用于精密玻璃模制操作的、化学上惰性的并且可以精加工到纳米级表面光洁度的一种有成本有效的材料系统存在着一种需要。发明概述一个实施方案是具有6. 06wt. %-6. 13wt. %的碳、O. 20wt. %_0. 55wt. %的晶粒生长抑制剂、小于O. 25wt. %的粘合剂、小于O. 6wt. %的杂质、并且余量是钨的一种碳化钨材料。 该碳化鹤材料可以具有小于约O. 5微米(如约O. 25至O. 4微米)的标称晶粒大小。该粘合剂可以是从O. Iwt. %至O. 15wt. %的钴。碳含量可以是从6. 09wt. %至6. IOwt. %。该碳化鹤材料可以主要由碳化一鹤(monotungsten carbide)构成。该晶粒生长抑制剂可以是碳化钒、碳化铬、碳化铌、或者它们的一种组合。该碳化钨材料可以是在精密玻璃模制中使用的一种模具。该碳化钨材料可以具有为理论密度的至少98%的密度以及小于2%的空隙体积。又另一个实施方案包括用于精密玻璃模制所制造的一种模具。该模具可以包括 6. 06wt. %-6. 13wt. %的碳、O. 20wt. %-0. 55wt. %的晶粒生长抑制剂、小于O. 25wt. %的总的粘合剂、小于O. 6wt. %的杂质、并且余量是钨。该模具可以具有小于O. 5微米的标称晶粒大小，例如O. 25至O. 4微米。该晶粒生长抑制剂可以是碳化钒、碳化铬、碳化铌、或者它们的一种组合。该粘合剂可以是从O. Iwt. %至O. 15wt. %的钴。该模具可以包括从6. 09wt. %至
6.IOwt. %的碳。该模具可以基本上是碳化一钨并且可以具有为理论密度的至少98%的密度以及小于2%的空隙体积。另一个实施方案是针对一种制造用于模制玻璃的物品的方法。该方法包括在将一种材料进行压实、将该材料脱粘合剂(debindering)并且将该材料热致密化。该材料包括 O. 20wt. %-0. 55wt. %的晶粒生长抑制剂、6. 06wt. %-6. 13wt. %的碳、小于O. 25wt. %的粘合剂、小于O. 6wt. %的杂质、并且余量是鹤。该材料可以包括从6. 09wt. %至6. IOwt. %的碳。 该材料可以包括的粘合剂是从O. Iwt. %至O. 15wt. %的钴。该方法可以进一步包括在将该材料热致密化之后对该材料进行机加工的一个步骤。该热致密化的步骤可以包括热烧结、 压力辅助的烧结(HIP)、快速全方向的压实、微波烧结、以及火花等离子体烧结。该物品可以是模具、毛坯、半光制部件或类似物。该物品可以具有为理论密度的至少98%的密度以及小于2%的空隙体积。本发明的这些以及其他方面将从下面的说明中变得更清楚。附图
简要说明图I是根据本发明的一个本发明的样品与一个对比样品的表面光度测定。图2展示了本发明的样品的显微照片以及该对比样品的显微照片。图3是本发明的样品与对比样品在惰性试验之后的顶部表面视图。图4是本发明的样品与对比样品的EDS扫描。详细说明在对本披露的方法及材料进行说明之前，应该了解的是本披露内容并不限于所描述的这些具体的方法及材料，因为这些可以改变。还应该了解的是本说明书中所用的术语仅用于说明这些具体的型式或实施方案的目的，而且并非旨在限制其范围。例如，除非上下文明确地另有说明，如在此和所附权利要求书中所使用的单数形式“一个/ 一种”和“该”包括复数的指代物。此外，如在此所用的“包括”词语旨在表示“包括但不限于”。除非另外限定，在此使用的所有技术的以及科学的术语具有与本领域普通技术人员通常理解的相同的含义。本发明是针对一种可以被机加工成纳米表面光洁度的、致密的、惰性的、硬质材料。具体地，本发明是一种碳化钨材料，该材料具有平衡的化学计量的碳和一种低粘合剂， 并且是致密化的、惰性的、硬质的、并且可机加工的纳米表面光洁度的。诸位发明人已经发现了一种材料组合物，该组合物将玻璃的化学反应性最小化并且增强了可机加工性以实现纳米级的平均表面粗糙度。诸位发明人还确已经定了这样一种材料，这种可以通过控制粘合剂的含量以及化学反应性的碳化学计量并且控制杂质的水平、晶粒大小以及可机加工性的硬度而获得。具体地，尽管业界利用了碳化二钨来获得耐磨损性以及致密化，但是诸位发明人已经发现此种特性可以不使用二钨材料来实现。实际上， 诸位发明人已经发现通过控制一种材料的化学性质和微结构，不使用一种碳化二钨就可以获得提供了耐磨损的特性的一种材料而同时是惰性的并且稳定的。如在此描述的这样一种材料包括具有处于或接近化学计量的碳、低粘合剂、低的杂质含量、以及小于约O. 5微米的均一标称晶粒大小。此外，该材料是致密的，表现出均匀的显微硬度并且不具有约O. 5微米或更大的可见的孔隙率。在此描述的材料是一种碳化钨材料，该材料包括碳、粘合剂、至少一种晶粒生长抑制剂，其中余量是钨和杂质。一个实施方案是针对一种材料，该材料具有按重量计 6. 06wt. %-6. 13wt. %的碳、小于O. 25wt. %的粘合剂、O. 20%-0. 55%的至少一种晶粒生长抑制剂、并且余量是钨和杂质。该材料的碳含量被控制到6. 06wt. %-6. 13wt. %。在多个实施方案中，该材料的碳含量是6. 09-6. 13wt. %。碳水平优选地是大于98. 5%的理论碳。诸位发明人已经发现将材料中的碳含量的下限控制到6. 06wt. %抑制了不稳定的碳化二钨(W2C)和η-相的形成并且低于全碳饱和度，并且由此产生了一种碳化一钨材料。此外，碳含量的上限被控制为允许所希望的单相材料，碳化一钨，而不形成碳孔隙率。例如，超过6. 13wt.%的碳含量导致了大于 25 μ m的孔隙率，这是不希望的因为它降低了表面光洁度。如所指出的，在该材料中碳化二钨是不希望的，因为它在酸性并且氧化气氛中比碳化一钨是反应性更大的。此外，碳化一钨的热膨胀系数比碳化二钨的是各向同性更大的， 从而使得它对于应用(例如玻璃模制操作)中的尺寸一致性是一种更加令人希望的相。此外，这两个相(即，WC和W2C)具有不同的硬度并且因此呈现出许多问题，如果在要求纳米表面光洁度的表面中共存的话。此处的碳化钨材料是碳化一钨，其中小于2%是具有低于化学计量的碳的一个相。这种碳化鹤组合物进一步包括小于O. 25wt. %的总的粘合剂。粘合剂促进或辅助了碳化钨材料的全致密化作用，并且对于正在模制的玻璃是相对惰性的。通过生产一种更致密的材料，材料的孔隙率减小了，由此允许更好的可机加工性，这进而允许该材料的纳米水平的表面光洁度。上限被确立为降低化学势从而消除或实质上减少，例如90%的减少，材料扩散到玻璃中。粘合剂材料的例子包括钴、铁和镍。在多个实施方案中，该粘合剂材料可以对于正在模制的玻璃是相对惰性的。在一个实施方案中，该粘合剂是小于O. 15wt. %的钴，例如O. 05wt. %_0. 15wt. %以及例如O. 05wt. %-0. IOwt. %。在多个实施方案中，该粘合剂可以是O. lwt. %-0. 15wt. %。钴比铁是化学反应性更小的，并且在碳化钨系统中提供了比铁和镍更好的润湿作用。在其他实施方案中，该粘合剂可以包括钴和铁或钴和镍。该碳化鹤组合物进一步包括0. 20wt. %-0. 55wt. %的至少一种晶粒生长抑制剂， 例如O. 30wt. %-0. 45wt. % ο这种晶粒生长抑制剂,如本领域普通技术人员所理解的,被用来控制在粉末的热处理和致密化作用过程中晶粒的生长。优选地加入这种晶粒生长抑制剂， 其量值足以将该材料的晶粒大小控制到小于约O. 5微米的标称晶粒大小。通过控制该材料的晶粒大小，材料的可机加工性可以得到改进，由此辅助一个精细的表面光洁度。晶粒生长抑制剂的例子包括但不限于碳化钒、碳化铬和碳化铌。碳化钒、碳化铬和碳化铌有效地控制了晶粒生长并且因此在材料中使用了特定的范围。在某些实施方案中，这种组合物的晶粒生长抑制剂可以是碳化钒、碳化铬或碳化铌中之一。在其他实施方案中，这种晶粒生长抑制剂可以是碳化钒、碳化铬和碳化铌中两种或更多种的任何组合。在又另一个实施方案中，这种晶粒生长抑制剂可以是锆-铌的碳化物。在一个实施方案中，该碳化钨材料可以具有O. 28wt. %-0. 32wt. %的碳化钒，例如O. 3wt. %。在另一个实施方案中，该材料可以具有O. 2wt. %-0. 5wt. %的碳化钒以及碳化铬。在本发明的组合物中并没有使用某些晶粒生长抑制剂，因为它们表现出高的反应性(例如与玻璃)。此种不希望的晶粒生长抑制剂的例子包括碳化钛和/或碳化钽。总的杂质水平(包括例如本发明的组合物的铁)是小于O. 60wt. %，例如
O.IOwt. %-0. 60wt. %。杂质包括但不限于钛、钽、铜、钥和镍。通过控制杂质的量，可以实现均匀的相组成，并且减少导致孔隙率形成的热力学不稳定性。因为铁比钴具有更高的化学活性，所以能够引起玻璃污染的铁的量值比引起可比水平的污染的钴的量值远远更小。铁以及其他非有意的化学组分也被最小化从而预先排除了在精加工的微结构中形成另外的相。诸位发明人已经发现，如以上讨论的，控制杂质的量连同控制粘合剂的量是用来改进模具性能的可能手段。除了将该材料中的杂质控制到一个低水平之外，跨过该表面的均匀的微结构与受控的晶粒尺寸对于可机加工性是希望的。该碳化钨材料具有O. 5微米或更小的标称晶粒尺寸，例如小于O. 4微米、例如O. 28-0. 31微米,如通过线性截取法(linear intercept method)在断裂表面上以20，OOOx的放大倍率测量的。微结构的不一致性导致了抛光的表面上的表面光度测定的偏差。一个非常小的晶粒大小提供了更均匀的抛光表面以及更小的由于单个晶粒拔出而变化的机会。通过使用至少一种在此描述的晶粒生长抑制剂而将不规则的晶粒生长控制到最小值。本发明的碳化钨材料具有的维氏硬度是至少约2500(lkg载荷)。该材料的硬度优选地是高的，因为当用于玻璃模制操作中时它是实现纳米表面光洁度的一个重要因素。该材料的硬度优选地横跨该表面时是均匀的，使得材料的去除率在研磨过程中是一致的，因为例如由于组成、相或缺陷，更软的材料的局部区域将会减轻抛光。相反，当材料的移除比周围区域小时，更硬材料的局部区域可能导致在表面轮廓中的峰值。因此，材料的硬度是随组成、晶粒大小和加工而变化的。本发明的碳化钨材料可以实质上没有和/或优选地没有孔隙率以及可通过光学显微镜可见的缺陷。如在此使用的，实质上没有或没有孔隙率定义为不具有孔和/或没有孔或大于O. 5微米尺寸的不规则的微结构特征。在一个实施方案中，该碳化钨材料具有小于2%的空隙体积。在此描述的碳化钨材料具有的密度是至少约98%的理论密度，优选至少约98. 5% 的理论密度，并且更优选地至少约99%的理论密度。该碳化一钨的理论密度是15. 63g/cm3。 本发明的碳化钨材料的理论密度将会从约15. 45至约15. 61g/cm3变化，例如15. 53g/cm3。在一个实施方案中，该材料包括O. 12wt. %的钴、小于O. OOlwt. %的镍、O. 048wt. % 的铁、小于O. OOlwt. %的钛、O. 003wt. %的钽、O. 005wt. %的铬、O. 29wt. %的钒、小于
O.OOlwt. % 的铜、O. 02wt. % 的银、6. Ilwt. % 的碳、O. 12wt. % 的氮、O. 04wt. % 的氧，并且余量是钨。在此种实施方案中，该粘合剂是钴，这些晶粒生长抑制剂是钒、铬和铌，并且杂质包括铁、钛、钽和铜。在另一个实施方案中，本发明的材料具有总合并量值为O. 5wt. %的粘合剂和一种或多种晶粒生长抑制剂。该材料的余量是碳化一钨。在此讨论的碳化钨材料是惰性的，如通过惰性测试和表面活性的观察测量到的。 此外，当通过光学金相学观察时，惰性碳化钨材料具有小于两次出现的低于化学计量的碳化钨，例如以IOOOx的放大率每一视场的WC2。此外，如通过X射线衍射测量的，该材料具有不大于2%的低于化学计量的碳化钨。该碳化钨材料的可机加工性在机加工后通过金相检验和表面光度测定法来测量。在此描述的该钨材料的表面光度测定导致了例如最大值为两个的缺陷或跨过样品IOmm的直径的异常情况。此外，该碳化钨材料的表面光度测定曲线具有一个Ra和小于2nm土 10%的RMS以及约2的RMS。该碳化钨材料可以用于许多应用中。应用的一个实例是使用碳化钨材料作为用于模制精密玻璃透镜的工具加工。玻璃模制的温度例如可以随着正在模制的玻璃的类型改变。该碳化钨材料具有经受至少650° C的工作温度的能力并且可以在此温度下提供在真
8空或惰性气体的模制条件下的耐氧化性。在一个实施方案中，该碳化钨模具可以进一步包括在一个内表面上的涂层。此种涂覆层的例子包括但不限于类金刚石碳、TiCN, NiAl、以及类似物。另一个实施方案是针对一种在受控的加工参数下制造一种碳化钨物材料物品的方法。该方法包括如本领域普通技术人员所理解的步骤，例如压实、脱粘合剂以及致密化。 另外的步骤可以包括，例如机加工、涂覆、研磨、和抛光。在一个步骤中，制备了一种粉末，该粉末包括O. 20wt. %-0. 55wt. %的至少一种晶粒生长抑制剂、小于O. 25wt. %的粘合剂、小于O. 6wt. %的杂质、并且余量是钨。该粉末可以具有约O. 4微米的标称晶粒大小。然后将该粉末固结或压实成预成型物,接近净成型(net shape)、块形式(slug form)、或类似物。压实可以通过使用直接、间接和/或超高压的压制方法进行。压实的其他实例可以包括单轴压制、多台板压制、干袋压制、冷等静压制和/或超高压(SHP)压实。去除粘合剂或脱粘合剂的一个步骤可以包括微波粘结和火花等离子体烧结以除去有机粘合剂并且将材料致密化。粘合剂的去除通常要求将该压实的产物从环境温度加热到足以热解该最高分子量组分的温度。如果过使用例如一种聚烯烃作为该粘合剂配方的一部分，则足以热解最高分子量组分的化合物的温度通常在从500° C至约600° C发生。烧尽步骤的一个尤其适当的温度可以是约750° C至约900° C。该温度是通过氧化物还原碳的温度可以发生并且可以放出一氧化碳和/或二氧化碳的温度。粘合剂烧尽的过程可以在真空或任何惰性环境下进行。还可以使用一种还原气氛，例如CO或H2，但是碳吸收器将必须相应地进行调节以产生所希望的结果。作为替代方案或在粘合剂烧尽后，这种压实的产品可以使用化学方法进行脱粘合剂。脱粘合剂操作之后，使脱粘合剂的压实的产品经受一个热致密化的步骤。该步骤可以包括预烧结、生坯机加工、再等静压(reisopressing)、以及类似过程。例如，可以将这个压实的产品在升高的温度下通过压力辅助或无压力的技术进行烧结。典型的对于碳化钨的烧结温度是从约1400° C至约1850° C，更典型地，从约1600° C至约1700° C。在脱粘合剂步骤亦或烧结步骤中保持在800° C与1200° C之间的温度是优选的，以允许在一氧化碳和/或二氧化碳通过致密化作用捕获在该材料中之前将其释放。本发明的最大获益是以无压烧结技术实现的，这些技术是在或低于大气压下进行的烧结技术。烧结环境可以是例如惰性气体，例如氩气。取决于所使用的添加剂以及烧结温度，该烧结可以是液相烧结或非液相烧结。液相烧结是在或高于正在致密化的材料或任何附加的材料(例如“烧结助剂”)(其加入是为了增强可烧结性)的液相线温度下发生的烧结。非液相烧结是在低于正在致密化的材料的所有组分的液相线的温度下的温度所进行的烧结。通常，关于碳化钨和无压力烧结技术，使用非液相烧结。实现致密化的其他实例包括多种热工艺，例如真空烧结、过程气体烧结(process gas sintering)、压力烧结、快速全方向的压实、微波烧结、和/或火花等离子体烧结。在其中碳化钨材料利用碳化钒作为晶粒生长抑制剂的实施方案中，使用高压制压力可以进行均匀的致密化或显著地改变热致密化的周期。该方法可以进一步包括热等静压(HIP)的步骤。在替代实施方案中，研磨可以在半光制以及光制操作之前在毛坯上进行。此种操作之后，可以使用表面光度测定来评估将压实的产品研磨并且抛光之后的表面粗糙度。该压实的产品可以是模具、毛坯、半光制的或光制的物品。另一个实施方案包括一种用于形成毛坯、半光制的或光制的碳化钨模具的方法。其他实施方案包括单空腔或多空腔的安排。下列实例旨在展示本发明并且不应以任何方式被解释为限制本发明。实例表I
对比的 \VC-0.30% C 0-0.3% VC本发明的 VVC-0.12% Co-0.3% VC硬6.02%6.11%杂质< 0.7% (0.20% Fe)<0.6% (< 0.10% Fe)表I列出了一种对比碳化钨样品以及一种本发明的碳化钨样品的组成(以wt. % 计)。两个样品均是通过脱粘合剂和快速全方向压实接着通过粗研磨操作以便将毛坯精加工到应有尺寸而制备的。这些样品的研磨加工参数包括以下各项轮尺寸1400，轮直径 18. 0，速度30，OOOrpm和工件速度M04S180，使用F O. 5的进给速率持续I. 5小时。如机加工之后通过金相检验和表面光度测定而测量的，获得了每个样品的微结构的均匀性。图I是经机加工的本发明的样品和经机加工的对比样品的表面光度测定的图。该表面光度测定包括跨过每个样品的表面300微米长度的扫描。如在图I中可见，该对比样品的表面光度测定包括在图中的一个大峰，该峰指示了在该样品表面上存在缺陷。相比之下，本发明的样品的表面光度测定包括不大的峰并且是是跨过样品表面的最小偏差的一个扫描。图2分别是对比样品与本发明的样品的显微照片。图2中的对比样品的表面不规则对应于图I中的对比样品的表面光度测定扫描的偏差或大峰。相反地，本发明样品的照片显微图展示了没有大的结构而是展示了均匀的表面结构。本发明和对比样品经受了进一步地用来观察该材料组成的稳定性的试验。所进行的测试是如在业界使用的惰性试验。该试验包括将具有玻璃材料的每个样品(其中玻璃材料与到其上的一个表面相邻)置于具有流动氮气的一个石英管中。该玻璃组成是63%的氧、 7%氟、22%的硅和8%的钾。每个样品在加热炉中在约650° C下保持5分钟，冷却并且对玻璃与该模具之间反应进行观察。在图3中提供了测试的对比样品的表面与本发明的样品的表面的图象。基于样品的视觉观察，对比样品清楚地展示了在其表面上的一个表面反应，包括在试验过程中其上的玻璃片的清楚的轮廓。该表面反应证明了对比样品与玻璃材料的高度反应性。相反地， 本发明的样品展示了在其表面上最小的可见标记，由此展示了本发明的材料对玻璃材料的惰性或稳定性。本发明样品和对比样品的反应表面区域通过能量色散X射线光谱仪(EDS)进行评估。在图4中提供了本发明的样品以及对比样品的EDS光谱。如可见的，对比样品的EDS 扫描示出了在相关区域内比本发明的样品表面更高水平的氧和钾含量。更高水平的氧和钾进一步证明了样品与玻璃材料之间的反应性，确切地说，氧和钾从玻璃材料扩散到样品材料中。如在对比样品的表面上看到的这种高水平的反应性进而增加了表面缺陷并且例如将模具寿命最小化。相反地，本发明样品的EDS扫描展示了最小量的从玻璃到模具的元素扩散。尽管在此预料了碳化钨材料可以用于对模制用于图像应用的精密玻璃透镜进行工具加工，但是它并不限于此类应用。该材料的另外的用途包括但不限于激光准直仪透镜的模制，要求完全致密的、高硬度碳化钨的其他物品以及镜子的模制。虽然，出于展示目的已经在上面说明了本发明的多个具体实施方式
，但是对于本领域那些普通技术人员而言明显的是可以进行对本发明的细节的多种变更而并不背离如所附权利要求书中限定的本发明。
权利要求
1.一种碳化鹤材料，包括6. 06wt. %-6. 13wt. % 的碳；O. 20wt. %-0· 55wt. %的晶粒生长抑制剂；小于O. 25wt. %的粘合剂；小于O. 6%wt. %的杂质；并且余量是鹤，其中该碳化钨材料具有小于O. 5微米的标称晶粒大小。
2.如权利要求I所述的碳化鹤材料，其中该粘合剂包括从O.Iwt. %至O. 15wt. %的钴。
3.如权利要求I所述的碳化鹤材料，其中该碳化鹤材料包括从6.09wt. %至6. IOwt. % 的碳。
4.如权利要求I所述的碳化钨材料,其中该碳化钨材料主要由碳化一钨组成。
5.如权利要求I所述的碳化钨材料，其中该碳化钨材料具有从O.25至O. 4微米的标称晶粒大小。
6.如权利要求I所述的碳化钨材料，其中该晶粒生长抑制剂是碳化钒、碳化铬、碳化铌、或者它们的一种组合。
7.如权利要求I所述的碳化钨材料，其中该碳化钨材料是在精密玻璃模制中使用的一种模具。
8.如权利要求I所述的碳化钨材料，其中该碳化钨材料具有为理论密度的至少98%的密度以及小于2%的空隙体积。
9.一种被制造用于精密玻璃模制的模具，包括6. 06wt. %-6. 13wt. % 的碳；O. 20wt. %-0· 55wt. %的晶粒生长抑制剂；小于O. 25wt. %的总计粘合剂；小于O. 6%wt. %的杂质；并且余量是鹤，其中该模具具有小于O. 5微米的标称晶粒大小。
10.如权利要求9所述的模具，其中该晶粒生长抑制剂是碳化钒、碳化铬、碳化铌、或者它们的一种组合。
11.如权利要求9所述的模具，其中该模具具有从O.25至O. 4微米的标称晶粒大小。
12.如权利要求9所述的模具，其中该粘合剂包括从O.Iwt. %至O. 15wt. %的钴。
13.如权利要求9所述的模具,其中该模具包括从6.09wt. %至6. IOwt. %的碳。
14.如权利要求9所述的模具，其中该模具具有为理论密度的至少98%的密度以及小于 2%的空隙体积。
15.一种制造用于模制玻璃的物品的方法，包括压实一种材料；将该材料脱粘合剂；并且将该材料热致密化，其中，该材料包括O. 20wt. %-0· 55wt. %的晶粒生长抑制剂、6. 06wt. %_6. 13wt. %的碳、 小于O. 25wt. %的粘合剂、小于O. 6wt. %的杂质、并且余量是钨。
16.如权利要求15所述的方法，进一步包括在将该材料热致密化之后对该材料进行机加工。
17.如权利要求15所述的方法，其中该材料包括从6.09wt. %至6. IOwt. %的碳。
18.如权利要求15所述的方法，其中该粘合剂包括从O.Iwt. %至O. 15wt. %的钴。
19.如权利要求15所述的方法，其中该热致密化的步骤包括热烧结、压力辅助的烧结 (HIP)、快速全方向压实、微波烧结、以及火花等离子体烧结。
20.如权利要求18所述的方法，其中该物品是选自下组，该组由以下各项组成模具、 毛坯、或半光制部件。
全文摘要
在此披露了一种用于精密玻璃模制应用的碳化钨材料，具有6.06wt.%-6.13wt.%的碳、0.20wt.%-0.55wt.%的晶粒生长抑制剂、小于0.25wt.%的粘合剂、小于0.6wt.%的杂质、并且余量是钨。这种碳化钨材料具有小于0.5微米的标称晶粒大小。
文档编号C03B11/06GK102612502SQ201080050797
公开日2012年7月25日 申请日期2010年11月10日 优先权日2009年11月10日
发明者E·A·B·彼得森, I·斯皮特斯伯格, M·J·沃蒂, S·布拉曼达姆, W·R·哈斯顿 申请人:钴碳化钨硬质合金公司