超硬非球面模具材料-碳化鎢

非球面光學元件具是製造微小型光電子系統的關鍵元件，軍用鐳射裝置、熱成像裝置、微光夜視頭盔、紅外掃描裝置，數碼相機、照相手機、車用攝像裝置、顯微及望遠鏡以及數碼攝像鏡頭等都需要用個非球面光學元件。

目前，高精度的非球面玻璃基光學元件的大批量生產主要依靠精密玻璃模壓技術。其中，超硬非球面模具的超精密加工對最終產品的性能和成本起著決定性的作用。為了能夠延長模具的使用壽命，此類模具材料逐漸由模具鋼向硬質合金和精密陶瓷發展。碳化鎢是生產非球面光學器件模具的最理想原材料。

與精密陶瓷模具相比，碳化鎢不但具有的硬度、高耐磨性和高化學穩定性，同時還具有較大的斷裂韌性，其機械加工性更好；此外，還有一種無結合劑的碳化鎢，其硬度更大，更耐磨損，同時還可以有效地避免由Co 或 Ni 等結合劑與硬質合金顆粒的熱擴散係數不同而引起的模具表面品質下降現象。

受非球面光學元件需求的驅動，國內外許多科研單位都相繼開展了超硬非球面光學模具的加工研究。但不管如何，碳化鎢或無結合劑碳化鎢都是這非球面光學模具的主要材料。

非球面光學模具超精密磨削加工主要採用平行磨削法和斜軸磨削法，例如日本的 SAEKI 等使用平行磨削法，對直徑 2mm 的非球面模具進行了磨削加工試驗，試驗中採用了球頭砂輪，磨削後的碳化鎢模具面形精度可達98 nm，表面粗糙度 Ry 為 52 nm。新加坡的 CHEN等對非球面平行磨削進行了工藝參數優化，優化後碳化鎢模具的面形誤差 PV 值小於 0.4 μm，表面粗糙度 Ra 小於 10 nm，湖南大學的尹韶輝等對非球面模具法向磨削過程中的誤差補償技術進行了研究，補償後的非球面模具面形誤差 PV 值小於0.2 μm。

生產非球面光學元件的廠家有很多，但毋庸置疑的是，碳化鎢是非球面光學元件最理想的超硬模具材料，碳化鎢高硬度、高強度、高化學穩定性、耐高溫和抗氧化等優點使得碳化鎢模具更易實現塑性域磨削，耐磨削，無裂紋，這都是其它模具材料所不具備的優點。

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