超硬非球面模具材料-碳化钨

非球面光学元件具是制造微小型光电子系统的关键元件，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都需要用个非球面光学元件。

目前，高精度的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。其中，超硬非球面模具的超精密加工对最终产品的性能和成本起着决定性的作用。为了能够延长模具的使用寿命，此类模具材料逐渐由模具钢向硬质合金和精密陶瓷发展。碳化钨是生产非球面光学器件模具的最理想原材料。

与精密陶瓷模具相比，碳化钨不但具有的硬度、高耐磨性和高化学稳定性，同时还具有较大的断裂韧性，其机械加工性更好；此外，还有一种无结合剂的碳化钨，其硬度更大，更耐磨损，同时还可以有效地避免由Co 或 Ni 等结合剂与硬质合金颗粒的热扩散系数不同而引起的模具表面质量下降现象。

受非球面光学元件需求的驱动，国内外许多科研单位都相继开展了超硬非球面光学模具的加工研究。但不管如何，碳化钨或无结合剂碳化钨都是这非球面光学模具的主要材料。

非球面光学模具超精密磨削加工主要采用平行磨削法和斜轴磨削法，例如日本的 SAEKI 等使用平行磨削法，对直径 2mm 的非球面模具进行了磨削加工试验，试验中采用了球头砂轮，磨削后的碳化钨模具面形精度可达98 nm，表面粗糙度 Ry 为 52 nm。新加坡的 CHEN等对非球面平行磨削进行了工艺参数优化，优化后碳化钨模具的面形误差 PV 值小于 0.4 μm，表面粗糙度 Ra 小于 10 nm，湖南大学的尹韶辉等对非球面模具法向磨削过程中的误差补偿技术进行了研究，补偿后的非球面模具面形误差 PV 值小于0.2 μm。

生产非球面光学元件的厂家有很多，但毋庸置疑的是，碳化钨是非球面光学元件最理想的超硬模具材料，碳化钨高硬度、高强度、高化学稳定性、耐高温和抗氧化等优点使得碳化钨模具更易实现塑性域磨削，耐磨削，无裂纹，这都是其它模具材料所不具备的优点。

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