KR20030055169A - Tungsten carbide-based ultra-hard material, producing method thereof, molding mold for molding surfaces using said material, and producing method of said mold - Google Patents
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Abstract
본 발명은 탄화텅스텐 (WC) 및 불가피적 불순물로 이루어지는 탄화텅스텐계 바인더리스 초경질재료 및 그 제조방법 그리고 그 재료를 사용한 표면성형용 성형형(成形型) 및 그 제조방법에 관한 것이다. 이 탄화텅스텐계 바인더리스 초경질재료는 입자의 평균입경이 0.3㎛ 미만인 원료 분말을 사용하여 소결되고, 소결체의 이론밀도비가 99.0% 이상이고, 카본 (C) 의 총함유량이 6.20중량%를 초과하고 6.45중량% 이하의 범위내이고, 또한 바인더 및 1탄화 2텅스텐 (W2C) 을 실질적으로 함유하지 않으며 펄스통전가압 소결법에 의해 소결된다.The present invention relates to a tungsten carbide-based binderless superhard material composed of tungsten carbide (WC) and unavoidable impurities, a method for producing the same, and a molding for forming a surface using the material, and a method for producing the same. The tungsten carbide-based binderless ultrahard material was sintered using raw material powder having an average particle diameter of less than 0.3 µm, the theoretical density ratio of the sintered body was 99.0% or more, and the total content of carbon (C) exceeded 6.20% by weight. It is in the range of 6.45 wt% or less, and is substantially free of a binder and monotungsten carbide (W 2 C) and sintered by pulse electric pressure sintering.
Description
본 발명은 탄화텅스텐계 초경질재료 및 그 제조방법 그리고 표면성형용 성형형 및 그 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 예컨대 렌즈용 금형 등의 금형, 메카니컬시일, 노즐 등의 내마모부품, 내부식부품, 내열부품 또는 절삭공구 등의 재료로 사용하기에 적합하고, 높은 경도, 내마모성, 내부식성, 고밀도, 고강도를 가진 탄화텅스텐 및 불가피적 불순물만으로 이루어지는 소위 바인더리스의 탄화텅스텐계 초경질재료 및 그와 같은 초경질재료를 펄스통전가압 소결법을 이용하여 제조하는 제조방법, 그리고 예컨대 유리렌즈, 플라스틱렌즈와 같이 CD, DVD 등의광픽업용 판독렌즈, 휴대전화용 카메라, 의료기기용 카메라 등의 작은 크기뿐만 아니라 보통 크기의 각종 광학렌즈로 사용하는 비구면을 가진 렌즈의 오목곡면, 볼록곡면, 평면 등의 표면을 성형하기에 적합한 표면성형용 성형형 및 그 성형형의 제조방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION Field of the Invention The present invention relates to a tungsten carbide-based superhard material, a method for manufacturing the same, and a mold for forming a surface, and a method for manufacturing the same. More specifically, a wear-resistant part such as a mold, a mechanical seal, a nozzle, etc. So-called binderless tungsten carbide-based ultra-hard materials, which are suitable for use in food parts, heat-resistant parts, or cutting tools, and are composed of only tungsten carbide and unavoidable impurities having high hardness, wear resistance, corrosion resistance, high density, and high strength, and Manufacturing method of manufacturing such ultra-hard materials by using pulse electric pressure sintering method, and small lenses such as optical lenses such as glass lenses, plastic lenses, optical pickups for CDs and DVDs, cameras for mobile phones, cameras for medical devices, etc. Surfaces such as concave, convex and flat surfaces of lenses with aspherical surfaces used for various optical lenses of normal size -Like forming surface suitable for forming the molding, and a method for producing the mold.
높은 경도, 내마모성, 내부식성을 갖는 탄화텅스텐계의 초경질재료는 종래부터 다양하게 개발되어 제안되고 있다. 이와 같은 탄화텅스텐계의 초경질재료 중에서 코발트 (Co) 등의 바인더를 거의 갖지 않은, 소위 바인더리스의 탄화텅스텐계 경질소결체로는, 예컨대 일본 공개특허공보 평3-115541호 (이하, 공보 (1)이라 칭함), 일본 공개특허공보 평8-208335호 (이하, 공보 (2)라 칭함) 에 나타나는 바와 같이 이미 알려진 것이 있다. 여기에서 「바인더리스」란 바인더가 되는 Co, Ni 등의 결합금속원소를 전혀 함유하지 않은 경우뿐만 아니라, 이와 같은 원소의 함유량이 바인더로 기능할 수 있는 최저 양에 미달되는 경우, 예컨대 1중량% 이하 또는 불가피적 불순물로 함유되는 경우도 포함하는 것을 말한다.Tungsten carbide-based superhard materials having high hardness, wear resistance, and corrosion resistance have been variously developed and proposed in the past. As a so-called binderless tungsten carbide-based hard sintered body having almost no binder such as cobalt (Co) among such tungsten carbide-based superhard materials, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 3-115541 ), And is already known, as shown in Japanese Unexamined Patent Application Publication No. Hei 8-208335 (hereinafter referred to as Publication (2)). Here, "binderless" means not only containing no binding metal elements such as Co and Ni as a binder, but also a content of such elements that is less than the minimum amount capable of functioning as a binder. It means including also the case contained below or unavoidable impurity.
상기 이미 알려진 탄화텅스텐계 경질소결체 중, 상기 공보 (1) 에 나타난 소결체는 진공분위기하에서 실행하는 통상의 가압 소결법에 의해 소결하는 것으로 소결시간이 길기 때문에, 소결과정에서 분말인 탄화텅스텐의 입자가 성장되어 소결체의 입자가 커져, 미세한 조직구조이며 높은 경도의 소결체를 얻을 수 없는 문제가 있을 뿐만 아니라, 탄화텅스텐 및 불가피적 불순물 외에 탄화탄탈, 탄화티탄 또는 질화티탄을 함유하는 것으로 본 발명이 의도하는 탄화텅스텐계 초경질재료와는 다르다. 또 상기 공보 (2) 에 기재된 소결체는 펄스통전가압 소결법을 이용하여소결한 탄화텅스텐 및 불가피적 불순물로 이루어지는 소결체이기는 하지만, 평균입경이 0.3㎛ 이상이고, 또 출발 원료분말중의 프리카본량 및 소결체중의 총(토탈)카본량을 제어하는 기술사상은 상기 공보 (2) 에는 개시되어 있지 않아, 본 발명이 의도하는 초경질재료는 제공할 수 없다.Among the known tungsten carbide-based hard sintered bodies, the sintered body shown in the publication (1) is sintered by a conventional pressure sintering method carried out in a vacuum atmosphere, so that the sintering time is long, so that particles of tungsten carbide, which is a powder, grow during the sintering process. In addition, the particles of the sintered body are large, and there is a problem that a fine structure and a high hardness sintered body cannot be obtained, and in addition to tungsten carbide and unavoidable impurities, it contains tantalum carbide, titanium carbide, or titanium nitride. It is different from tungsten superhard materials. Although the sintered body described in the above publication (2) is a sintered body made of tungsten carbide and inevitable impurities sintered by the pulse electric pressure sintering method, the average particle diameter is 0.3 µm or more, and the amount of free carbon in the starting raw material powder and the sintered body The technical idea of controlling the total (total) amount of carbon is not disclosed in the above publication (2), and the ultra-hard material intended for the present invention cannot be provided.
종래의 소결법과 달리 방전 플라스마 소결법에 대표되는 펄스통전가압 소결법 (방전 플라스마 소결, 방전 소결, 플라스마 활성화 소결법 등을 포함) 에서는 원리적으로 출발 원료분말의 입자표면에서의 확산이 지배적이고, 이 소결기구에 합치된 특히 원료분말의 입자표면성상, 조성의 적절한 선택이 고품위의 소결체를 얻는데에 중요한 인자가 되고 있다.Unlike the conventional sintering method, in the pulse electric pressure sintering method (including discharge plasma sintering, discharge sintering, plasma activated sintering method, etc.) represented by the discharge plasma sintering method, in principle, diffusion of the starting material powder on the particle surface is dominant. In particular, the proper choice of the particle surface properties and composition of the raw material powder is an important factor in obtaining a high quality sintered body.
시판되고 있는 바인더리스 탄화텅스텐 분말은, 그 제조공정상 WC 와 1중량% 이하의 크롬 (Cr) 과 산소 (O) 및 0.05∼0.09% 정도의 프리카본 (C) 과 ppm 오더의 각종 불가피적 불순물로서의 Al, Ca, Cu, Fe, Mg, Mn, Mo, Ni, Si 및 Sn 등을 함유하고 있다.Commercially available binderless tungsten carbide powders are WC, 1% by weight or less of chromium (Cr) and oxygen (O), and various unavoidable impurities of free carbon (C) and ppm orders of about 0.05 to 0.09%. Al, Ca, Cu, Fe, Mg, Mn, Mo, Ni, Si, Sn and the like are contained.
본 발명자는 시판되고 있는 이와 같은 원료분말을 사용한, 소위 바인더리스의 탄화텅스텐계 초경질재료의 제조방법에 대해 예의연구를 거듭한 결과, 치밀하고 건전한 고품질과 관련되는 초경질재료를 얻기 위해서는, 펄스통전가압 소결법에 의해 소결체로 만들고, 또한 총카본량 (총탄소량) 의 조정과, 특정한 최적소결조건의 조합이 매우 중요한 것을 발견하였다.As a result of intensive research on the manufacturing method of the so-called binderless tungsten carbide-based superhard material using such a commercially available raw material powder, in order to obtain a superhard material related to a dense and sound high quality, It was found that the combination of the sintered body by the energizing pressure sintering method, the adjustment of the total carbon amount (total carbon amount), and the specific optimum sintering condition was very important.
예컨대 종래부터 WC-Co계 합금의 경우, η층 (Co3W3C) 이 생성되지 않고 또한프리카본이 잔류되지 않는 건전한 상(相) 영역은, Co량 5∼25중량% 첨가에서 적정 카본량 (C) 약 5.7∼6.2중량% 정도, 최대 3.5중량%의 폭을 갖는 것으로 종래부터 알려져 있다. 낮은 Co 합금측일수록 C량의 허용값은 좁고, 예컨대 Co량이 5중량%인 경우에는 약 6.1∼6.2중량%로 허용폭이 불과 0.1%에 지나지 않는다. 또한 Co량이 0%인 경우에는 프리카본이 없고 W2C상이 생성되지 않는 건전 상영역은 6.13∼6.2% 범위로 추정되고 있다.For example, in the case of a WC-Co-based alloy, a healthy phase region in which no η layer (Co 3 W 3 C) is formed and no free carbon remains is appropriately added at a Co content of 5 to 25% by weight. Amount (C) It is conventionally known to have a width of about 5.7 to 6.2% by weight and a maximum of 3.5% by weight. The lower the Co alloy side, the smaller the allowable value of the amount of C. For example, when the amount of Co is 5% by weight, about 6.1 to 6.2% by weight is only 0.1%. In addition, when the amount of Co is 0%, the healthy phase region in which there is no free carbon and no W 2 C phase is generated is estimated to be in the range of 6.13 to 6.2%.
WC 의 화학양론조성의 탄소량은 6.13% 이지만, 격자 상수의 변화에 따라 달라지는 것으로 생각된다.Although the carbon content of the stoichiometric composition of WC is 6.13%, it is thought that it depends on the change of lattice constant.
또 미국특허 제5,681,783호에 의하면, 핫프레스법, 상압소결법으로 제작된, 0.2중량% 이하의 코발트를 함유하는 바인더리스 WC 소결체는, 밀도 97%, 98% 에서 각각 비커스경도가 2400㎏/㎟ 이상, 2500㎏/㎟ 이상을 나타내, 모두 총카본량 5.0∼6.05중량%로 되어 있다.According to U.S. Patent No. 5,681,783, the binderless WC sintered body containing 0.2 wt% or less of cobalt produced by hot press method or atmospheric pressure sintering method has a Vickers hardness of 2400 kg / mm2 or more at 97% and 98%, respectively. And 2500 kg / mm <2> or more are shown and all are made into 5.0-6.05 weight% of total carbons.
이미 알려진 종래의 탄화텅스텐계의 초경질재료는 WC의 고순도재료의 관점에서는 반드시 만족할 수 있는 것이 아니어서 개선이 더욱 요망되었다.Conventional tungsten carbide-based superhard materials that are already known are not necessarily satisfied from the viewpoint of WC high purity materials, and further improvement is required.
한편, 예컨대 유리렌즈, 플라스틱렌즈 등에서 피성형품의 표면을 비구면으로 성형하는 것이 요구되는 경우가 있다. 유리렌즈 또는 플라스틱렌즈에서 이와 같은 비구면을 성형하는 경우에는, 성형하고자 하는 비구면에 대응하는 비구면 (성형되는 면이 볼록형상인 비구면의 경우에는 오목형상 비구면이고, 오목형상인 비구면의 경우에는 볼록형상 비구면) 형상을 갖는 경면 성형형을 제조하고, 그 성형형을 사용하여 유리 또는 플라스틱 주입용의 캐비티를 획성하고, 그 캐비티내에 유리재 또는 플라스틱재를 주입ㆍ전사성형하여 유리렌즈 또는 플라스틱렌즈를 제조한다.On the other hand, in some cases, for example, glass lenses, plastic lenses, and the like may be required to form the surface of the molded article into aspherical surfaces. In the case of forming such an aspherical surface in a glass lens or a plastic lens, an aspherical surface corresponding to the aspherical surface to be molded (a convex aspherical surface in the case of an aspherical surface in which the formed surface is convex, a convex aspherical surface in the case of a concave aspherical surface) A mirror-shaped mold having a shape is produced, a cavity for injecting glass or plastic is defined using the molding, and a glass or plastic lens is manufactured by injecting and transferring a glass or plastic material into the cavity.
이와 같은 표면성형용 성형형을 제조하는 종래의 방법으로는, 유리렌즈의 경우는 텅스텐카바이드기 초경합금에 조(粗)연삭가공, 마무리절삭가공을 실행하고, 비구면을 형성한 후 경면연마마무리를 실행하며, 추가로 유리와의 반응성, 이형성, 잔류 마이크로 포어의 충전효과 등을 고려하여, 백금계의 귀금속 함금도금 (증착) 처리 또는 실리콘카바이드 (SiC) 다이아몬드 라이크 카본 (DLC) 보호박막 등의 증착가공을 실행한다. 또 플라스틱렌즈의 경우에는, SKD61과 같은 2 ∼ 5%의 크롬을 함유하는 재료를 모재로 사용하고, 그 모재를 20 ∼ 200㎛의 오차범위에서 조(粗)가공하여 금형모재로 한다. 그 후 그 금형모재의 적어도 표면성형부 근방에 무전해 니켈-인 도금을 실행하여 그 니켈-인 도금층을 형성하고, 그 도금층을 원하는 경도로 한 후, 다이아몬드바이트에 의해 경면절삭가공을 실행하여 표면성형용 성형면으로 마무리한다.As a conventional method of manufacturing such a surface forming mold, in the case of glass lenses, tungsten carbide-based cemented carbide is subjected to rough grinding and finish cutting, and aspherical polishing is performed after aspheric surfaces are formed. In addition, in consideration of the reactivity with glass, releasability, and the filling effect of residual micropores, the plating process of platinum-based precious metal alloy plating (deposition) or silicon carbide (SiC) diamond-like carbon (DLC) protective thin film, etc. Run In the case of a plastic lens, a material containing 2 to 5% of chromium such as SKD61 is used as the base material, and the base material is roughly processed in an error range of 20 to 200 µm to form a mold base material. Thereafter, electroless nickel-phosphorus plating is carried out at least in the vicinity of the surface forming part of the mold base material to form the nickel-phosphorus plating layer, and the plating layer is made to a desired hardness, followed by mirror cutting by diamond bite. Finish with molding surface for molding.
그런데 이와 같은 종래의 예컨대 니켈-인 도금층을 실행하는 방법에서는 도금공정에 수십시간이나 걸리는 매우 번거로운 공정이기 때문에, 성형형의 제조비용이 증가되고, 또한 성형금형을 제조하는 데에 필요한 기간도 길어지는 결점이 있다. 게다가 금형모재의 무전해 니켈-인 도금층에 성형면을 형성하는 방법에서는 수율이 낮아지는 문제가 있다. 또 종래의 텅스텐ㆍ카바이드ㆍ코발트계의 초경합금에서는 코발트를 2∼10중량% 함유하는 액상소결이기 때문에 코발트 풀 부분이 유리성형시에 손상될 우려가 있고, 연마가공해도 렌즈표면용의 고품위 균질경면을 얻기 어려워 보호용 금속 도금을 필요로 한다. 또 렌즈표면을 특수한 초정밀 연삭가공기로 실행하거나, 또는 방전가공과 같은 열적제거가공법으로 제작하기 때문에 제조비용이 증가되는 결점이 있다. 상압소결법, 핫프레스법, HIP법 등의 종래법에 의한 바인더리스 초미립 초경합금 소결체에서는 출발원료의 이상입자 성장이 있고, 또 텅스텐카바이드를 치밀하게 마이크로 포어 없이 고상소결하는 것은 매우 곤란하여 원하는 렌즈용 경면을 얻는 것은 불가능하였다.However, such a conventional method of carrying out a nickel-phosphorus plating layer is a very cumbersome process that takes several tens of hours for the plating process, which increases the manufacturing cost of the mold and also increases the time required for manufacturing the mold. There is a flaw. In addition, the method of forming the molding surface on the electroless nickel-phosphorus plating layer of the mold base material has a problem of low yield. In addition, in conventional tungsten carbide carbide cobalt-based cemented carbide, since it is a liquid sinter containing 2 to 10 wt% of cobalt, the cobalt paste portion may be damaged during glass molding, and even a high-quality homogeneous mirror surface for lens surface may be produced even by grinding. It is difficult to obtain and requires protective metal plating. In addition, there is a drawback that the manufacturing cost is increased because the lens surface is produced by a special ultra-precision grinding machine or by a thermal removal method such as electric discharge machining. In binderless ultrafine cemented carbide sintered bodies by conventional methods such as atmospheric pressure sintering, hot press, and HIP, there are abnormal grain growth of starting materials, and it is very difficult to solidify sintered tungsten carbide without dense micropores. It was impossible to get a mirror.
본 발명의 목적은 탄화텅스텐 (WC) 및 불가피적 불순물만으로 이루어지고, 높은 경도, 내마모성, 내부식성, 고밀도, 고강도를 갖는 소위 바인더리스 탄화텅스텐계 초경질재료 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a so-called binderless tungsten carbide-based ultra-hard material composed of only tungsten carbide (WC) and unavoidable impurities, and having high hardness, wear resistance, corrosion resistance, high density, and high strength, and a method of manufacturing the same.
본 발명의 다른 목적은 시판되고 있는 바인더리스 탄화텅스텐의 분말을 사용하여, 높은 경도, 내마모성, 내부식성, 고밀도, 고강도를 갖는 고품질의 소위 바인더리스 탄화텅스텐계 초경질재료 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a high quality so-called binderless tungsten carbide-based ultra-hard material having high hardness, wear resistance, corrosion resistance, high density, and high strength using a powder of binderless tungsten carbide which is commercially available, and a method of manufacturing the same. will be.
본 발명의 다른 목적은 WC 및 불가피적 불순물만으로 이루어져 있고 W2C 를 함유하지 않으며, 프리카본도 없고, 미세한 조직구조로 높은 경도, 내마모성, 내부식성, 고밀도, 고강도를 갖는 소위 바인더리스 탄화텅스텐계 초경질재료 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.Another object of the present invention is a so-called binderless tungsten carbide system composed of only WC and unavoidable impurities, containing no W 2 C, free carbon, and having a fine structure and high hardness, wear resistance, corrosion resistance, high density, and high strength. It is to provide an ultra-hard material and a method of manufacturing the same.
본 발명의 다른 목적은 WC 및 불가피적 불순물만으로 이루어져 있고 W2C, 프리카본 및 바인더 원소를 전혀 함유하지 않으며, 미세한 조직구조로 높은 경도, 내마모성, 내부식성, 고밀도, 고강도를 갖는 WC 단일 상의 고순도 바인더리스 탄화텅스텐계 초경질재료 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.Another object of the present invention consists of WC and unavoidable impurities only, contains no W 2 C, free carbon and binder elements, and has a high hardness, abrasion resistance, corrosion resistance, high density, and high strength with a fine structure and high purity WC single phase The present invention provides a binderless tungsten carbide-based super hard material and a method of manufacturing the same.
본 발명의 또 다른 목적은 성형형의 성형면을 구획하는 부분에 니켈-인의 층을 성형하지 않고 모재를 직접 소결가공하여 성형면으로 한 표면성형용 성형형 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.It is still another object of the present invention to provide a molding for forming a surface and a method of manufacturing the same, wherein the base material is directly sintered without forming a layer of nickel-phosphorus on the portion partitioning the molding surface of the molding.
본 발명의 또 다른 목적은 단기간에 제조할 수 있어 비용저감을 도모하면서 초정밀연삭가공에 의한 기계적 제거가공이나 방전가공과 같은 열적파괴제거가공을 생략함으로써 고품위의 표면을 갖는 표면성형용 성형형 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.Another object of the present invention can be produced in a short time, while reducing the cost while eliminating thermal destruction such as mechanical removal processing or electrical discharge processing by ultra-precision grinding, surface forming mold having a high-quality surface and its It is to provide a manufacturing method.
본 발명의 또 다른 목적은 바인더리스의 초미립의 초경합금 또는 탄화물계 세라믹스 분말재료를, 방전 플라스마 소결법, 플라스마 활성화 소결법 또는 방전 소결법 등의 펄스통전가압 소결법에 의해 니어 네트 셰이프 (near-net-shape) 성형 소결하여 만든 성형형 및 그 제조방법을 제공함으로써 종래품보다 고경도이고 미세한 결정조직구조가 보다 치밀한 렌즈형 등을 저가로 제조할 수 있는 방법을 제공하는 것이다.It is still another object of the present invention to provide a near net shape of a binderless ultrafine cemented carbide or carbide-based ceramic powder material by pulse electric pressure sintering such as discharge plasma sintering, plasma activated sintering or discharge sintering. The present invention provides a method of manufacturing a lens mold made by molding and sintering and a method of manufacturing the same, and a lens mold having a higher hardness and finer grain structure than a conventional product at a low cost.
본 발명의 또 다른 목적은 니어 네트 셰이프 성형법으로 펄스통전가압 소결에 의해 소결함으로써 초정밀연삭가공기에 의한 표면형상부여를 위한 조연삭가공, 마무리연삭가공 공정 또는 방전가공 등에 의한 표면부여후 가공 공정을 생략하여 단기간에 표면성형셩을 제조할 수 있어, 후공정의 절삭연마공정을 대폭 삭감하여비용 저감을 도모하면서 기계적 제거가공이나 열적파괴제거가공을 생략함으로써 고품위의 표면을 갖는 표면성형용 성형형 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to sinter by pulse energizing pressure sintering by the near net shape molding method to omit the surface post-processing process by rough grinding, finish grinding process or discharge processing for imparting surface shape by ultra-precision grinding machine. The surface shaping mold can be manufactured in a short time, and the cutting and polishing step of the post-process can be greatly reduced, and the cost reduction can be achieved, and the mechanical molding and the thermal destruction removing processing are omitted, and the surface forming mold having a high quality surface It is to provide a manufacturing method.
도 1 은 소결형의 예를 나타내는 단면도이다.1 is a cross-sectional view showing an example of a sintered die.
도 2 는 펄스통전가압 소결장치의 기본구성을 설명하는 도면이다.2 is a view for explaining the basic configuration of the pulse energizing pressure sintering apparatus.
도 3 은 본 발명의 성형의 제조공정에서 사용하는 소결형의 사시도이다.3 is a perspective view of a sintered mold used in the manufacturing process of molding of the present invention.
도 4 는 도 1 의 소결형의 종단면도로서 중간에 바인더리스 초미립 초경합금 분말이 충전된 상태를 나타내는 도면이다.4 is a longitudinal cross-sectional view of the sintered mold of FIG. 1 showing a state in which a binderless ultrafine cemented carbide powder is filled in the middle.
도 5 는 본 발명에 의한 표면성형용 성형형의 일 실시형태의 사시도이다.5 is a perspective view of an embodiment of a shaping mold for forming a surface according to the present invention.
도 6 은 도 5 에 나타낸 표면성형용 성형형을 사용하여 플라스틱렌즈를 성형하는 예를 나타내는 도면이다.FIG. 6 is a diagram showing an example of molding a plastic lens using the shaping mold for surface forming shown in FIG.
도 7 은 본 발명의 실시예 1 의 설명도이다.7 is an explanatory diagram of Embodiment 1 of the present invention.
도 8 은 본 발명의 실시예 2 의 설명도이다.8 is an explanatory diagram of a second embodiment of the present invention.
도 9 는 다른 표면성형용 성형형을 사용하여 플라스틱렌즈를 성형하는 예를 나타내는 도면이다.9 is a view showing an example of molding a plastic lens by using another surface shaping mold.
도 10 은 다른 표면성형용 성형형을 사용하여 유리렌즈를 성형하는 예를 나타내는 도면이다.FIG. 10 is a diagram showing an example of molding a glass lens using another shaping mold for surface shaping.
도 11 은 다른 표면성형용 성형형을 사용하여 유리렌즈를 성형하는 예를 나타내는 도면이다.Fig. 11 is a diagram showing an example of molding a glass lens using another surface forming molding.
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명** Description of the symbols for the main parts of the drawings *
1 소결형2 중공 원통형 형본체1 Sintered type 2 Hollow cylindrical body
3 구멍4 하펀치3 hole 4 lower punch
5 상펀치p 원료분말5 Punch-p raw powder
10 소결장치11 하통전전극10 Sintering apparatus 11 Lower conducting electrode
12 상통전전극13 수냉진공챔버12 Phase conducting electrode 13 Water-cooled vacuum chamber
15 특수가압기구16 제어장치15 Special pressure mechanism 16 Controller
본원의 하나의 발명은 탄화텅스텐 (WC) 및 불가피적 불순물로 이루어지는 탄화텅스텐계 바인더리스 초경질재료이고, 입자의 평균입경이 바람직하게는 0.3㎛ 미만인 원료분말을 사용하여 소결되고, 소결체의 이론밀도비가 99.0% 이상이고, 카본 (C) 의 총함유량이 바람직하게는 6.20중량%를 초과하고 6.45중량% 이하의 범위내이고, 또한 바인더 및 1탄화 2텅스텐 (W2C) 을 실질적으로 함유하지 않는, 방전플라스마 소결법으로 대표되는 펄스통전가압 소결법에 의해 소결되는 점에 특징을 갖는다.One invention of the present application is a tungsten carbide-based binderless ultra-hard material composed of tungsten carbide (WC) and unavoidable impurities, and is sintered using a raw powder having an average particle diameter of preferably less than 0.3 µm, and the theoretical density of the sintered body. The ratio is at least 99.0%, the total content of carbon (C) is preferably in the range of more than 6.20% by weight and less than or equal to 6.45% by weight, and substantially free of the binder and monotungsten carbide (W 2 C). It is characterized by being sintered by the pulse energizing pressure sintering method represented by the discharge plasma sintering method.
상기 하나의 발명에 있어서, 원료분말의 평균입경을 보다 바람직하게는 0.3㎛ 미만 0.1㎛ 이상으로 하고, 카본 (C) 의 총함유량을 보다 바람직하게는 6.25중량%를 초과하여 6.40중량%의 범위내로 해도 된다.In one of the above inventions, the average particle diameter of the raw material powder is more preferably less than 0.3 µm and 0.1 µm or more, and the total content of carbon (C) is more preferably in the range of 6.40% by weight over 6.25% by weight. You may also
여기에서 바인더를 실질적으로 함유하지 않는다는 것은, 바인더로서의 기능을 갖는 원소, 예컨대 코발트 (Co), 니켈 (Ni) 등을 그 기능을 발휘할 수 있는 양만큼 함유하고 있지 않은 것을 말하고, 구체적으로는 불가피적 불순물로 함유되는 경우 또는 1중량% 미만의 경우를 말한다. W2C 를 실질적으로 함유하지 않는다고 한 것은 불가피적 불순물로 함유되는 경우가 있기 때문이다. 또한 탄화텅스텐의 이론밀도 폭은 15.5 ∼ 15.7이나, 본 발명에서는 15.55 (실시예 1 ∼ 5) 및15.45 (실시예 6) 의 값을 채택하여 이론밀도비를 정한다. 이것은 탄화텅스텐의 탄소의 고용영역에는 폭이 있고, 본 발명의 실시예 1 ∼ 5 의 소결체에서는 고탄소 고용영역이 되므로 15.55를 이론밀도로 하고, 실시예 6 의 소결체에서는 Co 를 함유하고 있으므로 15.45 로 하였다.The term "substantially free of binder" herein means that it does not contain an element having a function as a binder, such as cobalt (Co), nickel (Ni), or the like in an amount capable of exhibiting its function. When contained as an impurity or less than 1% by weight. It is a do not contain substantially a W 2 C is because, in some cases, be included in an amount of inevitable impurities. In addition, although the theoretical density width of tungsten carbide is 15.5-15.7, in this invention, the value of 15.55 (Examples 1-5) and 15.45 (Example 6) is taken and the theoretical density ratio is determined. This is because the solid solution region of carbon of tungsten carbide has a wide range, and in the sintered bodies of Examples 1 to 5 of the present invention, it becomes a high carbon solid solution region, so that the theoretical density is 15.55. It was.
통상 시판되고 있는 바인더리스 초경 WC 소결체에서는 총카본량은 6.0∼6.2중량% 정도 함유되어 있지만, 방전 플라스마 소결법으로 치밀하고 건전한 WC 단일 상의 소결체 (프리카본, W2C 를 함유하지 않음) 를 얻기 위해서는, 6.20∼6.45%가 되어, 전술한 허용값폭 0.1%에서 보면 크고, 총카본량을 증가시킴으로써 고품질의 소결체가 얻어진다. 상기 미국특허의 내용과 비교하면, 최대값 1.45% 의 대폭적인 차이로 된다.In the commercially available binderless cemented carbide WC sintered body, the total amount of carbon is contained in the range of about 6.0 to 6.2% by weight.However, in order to obtain a compact and sound WC single phase sintered body (free carbon, containing no W 2 C) by the discharge plasma sintering method, , 6.20 to 6.45%, which is large in view of the allowable value range of 0.1%, and a high quality sintered compact is obtained by increasing the total amount of carbon. Compared with the contents of the above-mentioned US patent, there is a significant difference of the maximum value of 1.45%.
이와 같은 미량의 카본량 조정은 그래파이트형내에서 단시간 신속소결을 실행하는 방전 플라스마 소결에서는, 소결 도중에 그래파이트 (카본) 형의 내벽면 및/또는 형내벽면에 도포한 이형제와의 접촉면, WC 원료분말에 함유되어 있는 아주 미량의 프리카본, 크롬, 흡착산소, 필요에 따라 적절히 사용되는 이형제 등과 WC 원료분말중의 WC 를 반응시키면서 소결을 진행시켜 가기 때문에, WC 단일 상 소결체를 얻는 데에 펄스통전소결조건 (통전시간, 펄스폭, 주파수, 가압력, 온도, 냉각방법, 형 구조, 형 재질 등) 과의 적합성에 따라 변화되는 중요한 요소이다.Such a small amount of carbon is adjusted in the discharge plasma sintering which performs rapid sintering in the graphite mold in the contact surface with the release agent coated on the inner wall surface of the graphite (carbon) type and / or the mold inner wall surface during the sintering, and in the WC raw material powder. Since the sintering is carried out while reacting the WC in the WC raw material powder with a very small amount of free carbon, chromium, adsorbed oxygen, and a release agent suitably used as necessary, the pulse conduction sintering conditions for obtaining the WC single phase sintered body ( It is an important factor that changes depending on the suitability of energization time, pulse width, frequency, pressing force, temperature, cooling method, mold structure, mold material, etc.).
방전 플라스마 소결법에서는 온ㆍ오프 펄스통전에 의한 입계에서의 급속가열, 방전 플라스마, 방전충격압력, 주울(joule) 열 등의 열확산효과와 전자장에 의한 전계확산효과 등을 발생시키기 때문에, 종래의 프로세스와는 다른 소결 메카니즘으로 WC 입자끼리가 결합되어 간다. 소결조건의 적정한 선택을 도모함으로써 밀도 99.0% 이상의 치밀도로 마이크로 포어가 전혀 없는 건전한 WC 단일 상 소결체를 안정적으로 재현성높게 얻을 수 있게 되었다.The discharge plasma sintering method generates thermal diffusion effects such as rapid heating at the grain boundary by on / off pulse energization, discharge plasma, discharge impact pressure, joule heat, and electric field diffusion effect by the electromagnetic field. WC particles are bonded to each other by another sintering mechanism. By appropriately selecting the sintering conditions, it is possible to stably and reproducibly obtain a healthy WC single phase sintered body having no micropores at a density of 99.0% or more.
소결중, 출발 원료분말 내부의 카본량이 과소하면 반응소결한 결과 W2C (1탄화 2텅스텐) 를 생성하여 물성이 열화된다. 카본량이 과다하면 프리카본이 잔류되어 물성이 저하된다. 따라서 출발 원료분말중의 프리카본량을 적정 제어하여 반응소결을 진행시키면서 입자표면의 흡착가스, CO, CO2가스가 되어 소실되는 정도를 고려하여 연구한 결과, 최종 소결체 단계에서는 W2C 의 생성도 없고, 프리카본도 발생하지 않는 방법을 발견하였다. 본 소결조건하에서 소결전 분말중의 적정 프리카본량은 0.14∼0.18 중량%의 범위가 바람직하다. 시판되고 있는 원료분말상태에서의 프리카본량의 0.05∼0.09중량%에서는 부족해진다. 따라서 최종적으로 WC 소결체의 총카본량을 6.2∼6.45중량%가 되는 원료분말조성으로 하는 것이 필요한 것을 알 수 있었다.During sintering, when the amount of carbon in the starting raw material powder is too small, reaction sintering results in the formation of W 2 C (ditungsten carbide), resulting in deterioration of physical properties. When the amount of carbon is excessive, free carbon remains and the physical properties decrease. Therefore, generation of the results by while proceeding the reaction sintering by titration control the South bonryang of the starting material powder consideration the degree to which is a suction gas, CO, CO 2 gas in the particle surface disappearance study, the final sinter step W 2 C Fig. And a method in which no free carbon occurs. The amount of suitable free carbon in the powder before sintering under this sintering condition is preferably in the range of 0.14 to 0.18% by weight. It becomes insufficient at 0.05-0.09 weight% of the free carbon amount in the raw material powder state marketed. Therefore, it turned out that it is necessary to make the raw material powder composition which finally makes the total carbon amount of a WC sintered compact 6.2-6.45 weight%.
상기 탄화텅스텐계 바인더리스 초경질재료에 있어서, 입자의 평균입경을 바람직하게는 0.3μ미만으로 한 것은, 평균입경이 그 값을 초과하면, 방전 플라스마 소결법으로 입성장을 억제한 소결을 실행하여 초미세한 조직구조의 WC 단일 상 소결체를 얻을 수 있는 데다, 시판품으로 입수가능한 범위, 즉 비용적으로 유리한 보다 입도가 미세한 것을 선택할 필요가 있기 때문이다. 또 보다 바람직하게는0.3㎛ 미만 0.1㎛ 이상인 것으로 한 것은 0.1㎛ 미만인 분말재료의 가격이 매우 고가로 되어 비용적으로 실용에 적합하지 않기 때문이다. 카본의 총함유량을 바람직하게는 6.20중량%를 초과하고 6.45중량% 이하의 범위내로 한 것은, 총함유량이 6.20중량% 이하에서는 카본량 부족으로 W2C 가 발생해 단일 상으로 되지 않아 편차 없이 균질하게 안정적으로 소결할 수 없게 되기 때문이고, 6.45중량% 이하로 한 것은 총함유량이 6.45중량%를 초과하면 소결체중에 프리카본이 발생해 경질재료의 특성에 악영향을 주기 때문이다. 또한 이론밀도비를 99.0% 이상으로 한 것은, 이론밀도비가 그 값 미만에서는 소결체로서 경도가 저하되고, 마이크로 포어가 잔류되거나 하여 양호한 경질재료가 되지 않고, 또 편차 없이 균질하게 안정적으로 소결할 수 없기 때문이다. 그리고 또 바인더 및 W2C 를 실질적으로 함유하지 않는다고 한 것은, 이들 함유량이 많아지면 경도, 인성, 항절력 등의 기계적 성질이 저하되어 경질재료로서의 특성이 열화되기 때문이다.In the tungsten carbide-based binderless ultra-hard material, the average particle size of the particles is preferably less than 0.3 μm. When the average particle diameter exceeds the value, the sintering that suppresses the grain growth by the discharge plasma sintering method is performed. This is because it is possible to obtain a WC single phase sintered body having a fine structure structure, and to select a range that is available as a commercially available product, that is, a finer particle size which is advantageous in terms of cost. More preferably, it is less than 0.3 µm and 0.1 µm or more because the price of the powder material which is less than 0.1 µm becomes very expensive and is not suitable for practical use in terms of cost. The total content of carbon is preferably in the range of more than 6.20% by weight but not more than 6.45% by weight. If the total content is 6.20% by weight or less, W 2 C is generated due to lack of carbon and does not become a single phase. The reason for this is that the sintering process cannot be stably formed, and the content of 6.45 wt% or less is that when the total content exceeds 6.45 wt%, free carbon is generated in the sintered body, which adversely affects the properties of the hard material. The theoretical density ratio of 99.0% or more means that when the theoretical density ratio is less than that value, the hardness decreases as a sintered body, micropores remain, which does not become a good hard material, and cannot sinter homogeneously and stably without variation. Because. The reason why the binder and W 2 C are not substantially contained is that when these contents increase, mechanical properties such as hardness, toughness, and cut strength decrease, resulting in deterioration of the characteristics as a hard material.
상기 탄화텅스텐계 바인더리스 초경질재료에 있어서, 상기 바인더의 함유량이 0 (0으로 간주할 수 있는 양도 포함) 이어도 되고, 또 W2C 의 함유량이 0이어도 된다.In the tungsten carbide binderless superhard material, the content of the binder may be 0 (including an amount that can be regarded as 0), or the content of W 2 C may be 0.
이와 같이 함으로써, 탄화텅스텐계 초경질재료의 순도를 높여, 경도, 내부식성, 내마모성 등의 향상을 도모할 수 있고, 예컨대 본 발명의 초경질재료를 비구면뿐만 아니라 구면렌즈용 렌즈금형에 응용해도 에치 핏 등을 발생시키지 않아, 내식성, 내마모성 및 내열성이 있는 매우 고품위의 경면을 갖는 성형면이 얻어지기 때문이다.In this way, the purity of the tungsten carbide-based super hard material can be increased, and the hardness, corrosion resistance, and wear resistance can be improved. For example, the super hard material of the present invention can be applied not only to aspherical surfaces but also to lens lenses for spherical lenses. This is because a molded surface having a very high quality mirror surface having corrosion resistance, abrasion resistance, and heat resistance is obtained without generating a fit or the like.
또한 상기 탄화텅스텐계 바인더리스 초경질재료에 있어서, 프리카본을 실질적으로 함유하지 않도록 해도 된다. 이와 같이 함으로써 탄화텅스텐계 초경질재료의 순도를 높이고, 상기와 동일하게 탄화텅스텐계 초경질재료의 순도를 높여, 경도, 내부식성, 내마모성 등의 향상을 도모할 수 있기 때문이다.The tungsten carbide-based binderless ultrahard material may be substantially free of free carbon. This is because it is possible to increase the purity of the tungsten carbide-based superhard material and to increase the purity of the tungsten carbide-based superhard material as described above, thereby improving the hardness, corrosion resistance, and wear resistance.
본원의 다른 발명은 탄화텅스텐 (WC) 및 불가피적 불순물로 이루어지는 탄화텅스텐계 바인더리스 초경질재료의 제조방법에 있어서,Another invention of the present invention is a method for producing a tungsten carbide-based binderless ultra-hard material composed of tungsten carbide (WC) and unavoidable impurities,
탄화텅스텐 분말 및 불가피적 불순물로 이루어지고, 평균입경이 0.3㎛ 미만이며, 바인더를 실질적으로 함유하지 않은 원료분말을 준비하고,A raw material powder comprising tungsten carbide powder and unavoidable impurities, having an average particle diameter of less than 0.3 m, and substantially free of a binder, is prepared.
상기 원료분말에 소결 후의 경질재료 중의 카본 총함유량이 6.20중량%를 초과하고 6.45중량% 이하의 범위내로 되도록 원료분말중의 카본량을 조정하고.The amount of carbon in the raw material powder is adjusted so that the total carbon content in the hard material after sintering in the raw material powder exceeds 6.20% by weight and falls within the range of 6.45% by weight or less.
상기 원료분말의 소정량을 그래파이트제의 소결형내에 충전하고,A predetermined amount of the raw material powder is filled into a sintered mold made of graphite,
상기 소결형을 진공 또는 불활성 분위기 중에 놓고, 원하는 펄스통전가압 소결조건으로 소결하는 것에 특징을 갖는다.The sintered mold is placed in a vacuum or inert atmosphere, and sintered under a desired pulse energizing pressure sintering condition.
입자의 평균입경을 바람직하게는 0.3μ미만으로 하고, 보다 바람직하게는 0.3㎛ 미만 0.1㎛ 이상으로 한 이유, 카본의 총함유량이 바람직하게는 6.20중량%를 초과하고 6.45중량% 이하의 범위내로 되도록 분말의 카본량을 조정하는 이유는 상기 하나의 발명이유와 동일하다. 또, 소결을 실시하는 소결형을 그래파이트로 한 것은, 현시점에서는 비용면에서 유리하며 통전성이 있고 또한 고온에 견딜 수 있는 소결형재가 달리 발견되지 않기 때문이다. 또한, 펄스통전가압 소결법에의해 소결하는 것으로 한 것은, 종래의 다른 소결법에서는 소결시간이 길어지고 입자성장과 결정의 조대화에 의해 경도, 항절력, 인성 등의 기계적 성질이 저하되기 때문이다. 또 펄스통전가압법에 의한 특유의 효과, 즉 입계에서의 급속가열, 방전플라즈마, 방전충격압력 및 줄 열 등의 열확산효과와 전자장에 의한 전계확산효과 등 단시간에 고상 확산소결할 수 있고, 치밀화속도, 확산속도를 변화시켜 WC 의 격자정수를 변화시키는 현상을 초래하여 화학량론 조성과 다른 토털카본량을 갖는 단일 상의 WC 를 얻는 효과를 종래의 다른 소결법에서는 기대할 수 없기 때문이다.The average particle diameter of the particles is preferably less than 0.3 µm, more preferably less than 0.3 µm and 0.1 µm or more, so that the total content of carbon is preferably greater than 6.20 wt% and within the range of 6.45 wt% or less. The reason for adjusting the carbon amount of the powder is the same as the reason for the invention described above. The reason why the sintered mold for sintering is made of graphite is that at present, no sintered mold member which is advantageous in terms of cost, is electrically conductive and can withstand high temperatures is not found otherwise. In addition, the sintering is performed by the pulse electric pressure sintering method because the sintering time is long in other conventional sintering methods, and the mechanical properties such as hardness, cut strength, and toughness decrease due to grain growth and coarsening of crystals. In addition, the solid phase diffusion and sintering can be performed in a short time such as the unique effects of the pulse energizing method, that is, the thermal diffusion effect such as rapid heating at the grain boundary, the discharge plasma, the discharge impact pressure and Joule heat, and the electric field diffusion effect by the electromagnetic field. This is because the effect of obtaining a single phase WC having a total carbon content different from the stoichiometric composition by changing the diffusion rate and changing the lattice constant of WC is not expected in other conventional sintering methods.
상기 탄화텅스텐계 바인더리스 초경질재료의 제조방법에 있어서, 상기 첨가하는 카본량 (중량%) 을 소결에 의해 형성되는 소결체의 표면적 및 용적의 적어도 한쪽을 고려하여 결정해도 된다. 이와 같이 함으로써 그래파이트제 소결형으로부터 소결체로 이행하는 카본량을 예측할 수 있어 카본의 총함유량의 제어를 정확하게 할 수 있기 때문이다.In the method for producing a tungsten carbide-based binderless superhard material, the amount of carbon added (% by weight) may be determined in consideration of at least one of the surface area and the volume of the sintered body formed by sintering. This is because the amount of carbon to be transferred from the graphite sintered die to the sintered body can be predicted and the total content of carbon can be precisely controlled.
또, 상기 탄화텅스텐계 바인더리스 초경질재료의 제조방법에 있어서, 상기 펄스통전가압 소결의 소결조건을 바람직하게는 소결온도 1600∼1900℃, 가압력 10∼100㎫, 승온속도 30∼150℃/분, 유지시간 0∼5 분으로 해도 되고, 보다 바람직하게는 소결온도 1600∼1800℃, 가압력 30∼50㎫, 승온속도 30∼70℃/분, 유지시간 0∼3 분으로 해도 된다.In the method for producing the tungsten carbide-based binderless ultra-hard material, the sintering conditions of the pulse energizing pressure sintering are preferably at a sintering temperature of 1600 to 1900 ° C, a pressing force of 10 to 100 MPa, and a heating rate of 30 to 150 ° C / min. The holding time may be 0 to 5 minutes, more preferably the sintering temperature of 1600 to 1800 ° C, the pressing force of 30 to 50 MPa, the temperature increase rate of 30 to 70 ° C / minute, and the holding time of 0 to 3 minutes.
또한, 상기 소결조건에 추가로 소결전압이 20V 이하, 소결전류가 2000∼8000A (직류 펄스전류) 및 전류밀도가 70∼280A/㎠ 등의 조건을 부가해도 된다.In addition to the above sintering conditions, conditions such as sintering voltage of 20 V or less, sintering current of 2000 to 8000 A (direct current pulse current), and current density of 70 to 280 A / cm 2 may be added.
본원의 다른 발명은 유리재료 또는 수지재료로 이루어지는 성형품 표면을 성형하기 위한 성형형에 있어서, 상기 성형형의 적어도 상기 표면을 성형하는 부분에 바인더리스의 초미립 초경합금 분말재료가 사용되어 펄스통전가압 소결법에 의해 소결하여 원하는 형상으로 형성되고, 상기 표면을 성형하기 위한 성형면이 경면형상으로 소결되어 구성되어 있다.Another invention of the present application is a molding mold for molding a surface of a molded article made of a glass material or a resin material, wherein a binderless ultrafine cemented carbide powder material is used for forming at least the surface of the molding die, and a pulse electric pressure sintering method is used. It is formed by sintering by a desired shape, and a molding surface for molding the surface is sintered into a mirror surface shape.
본원의 또 다른 발명은 유리재료 또는 수지재료로 이루어지는 성형품 표면을 성형하기 위한 성형형에 있어서, 상기 성형형의 적어도 선단부의 상기 표면을 성형하는 부분에 바인더리스의 탄화물계 세라믹스 분말재료가 사용되어 펄스통전가압 소결법에 의해 소결하여 원하는 형상으로 형성되고, 상기 표면을 성형하기 위한 성형면이 경면형상으로 소결되어 구성되어 있다.In still another aspect of the present invention, in a molding for molding a surface of a molded article made of a glass material or a resin material, a binderless carbide-based ceramic powder material is used to form at least a portion of the surface of the molding die at the tip. It is sintered by the energization pressurization sintering method and formed into a desired shape, and the shaping | molding surface for shape | molding the said surface is sintered in mirror shape, and is comprised.
상기 구성의 표면성형용 성형형에 있어서, 상기 바인더리스의 초미립 초경합금 분말재료는 코발트함유량이 0 중량% ∼ 1 중량% 이하인 텅스텐카바이드기 초경합금이어도 되고, 또 바인더리스의 초미립 초경합금 분말재료의 텅스텡카바이드 입자의 평균입경이 0.5㎛ 이하여도 된다.In the surface forming shaping | molding die of the said structure, the binderless ultrafine cemented carbide powder material may be a tungsten carbide-based cemented carbide having a cobalt content of 0 wt% to 1 wt% or less, and a tongue of a binderless ultrafine cemented carbide powder material. The average particle diameter of the swab carbide particles may be 0.5 µm or less.
또한, 상기 표면성형용 성형형에 있어서, 연마가공 이전에 상기 성형형의 적어도 소결된 적어도 성형면이 Ra 가 0.2㎛ ∼ 0.7㎛ 인 경면형상의 매끄러운 표면에 니어 네트 셰이프 소결되어 있어도 되고, 또 상기 성형형 전체가 바인더리스의 초미립 초경합금 분말재료로 이루어져 있고, Ra가 0.2㎛ ∼ 0.7㎛ 인 경면형상의 매끄러운 니어 네트 셰이프 소결되어 있어도 된다.In the above-mentioned shaping mold for forming the surface, at least the sintered at least the sintered surface of the shaping mold may be near net shape sintered on a smooth surface having a Ra surface of 0.2 µm to 0.7 µm before polishing. The whole shaping | molding die | dye consists of the binderless ultrafine cemented carbide powder material, and Ra may be sintered the smooth near net shape of mirror shape of 0.2 micrometer-0.7 micrometer.
또한, 상기 표면성형용 성형형에 있어서, 연마한 상기 성형형이 유리렌즈 또는 플라스틱렌즈의 비구면 렌즈의 성형에 사용되는 것이어도 된다.In the above-mentioned shaping mold for surface shaping, the shaping polished mold may be used for shaping an aspherical lens of a glass lens or a plastic lens.
상기 다른 발명에 의한 표면성형용 성형형에 있어서, 연마가공전에 상기 성형형의 상기 성형면의 부분이 바인더리스의 탄화물계 세라믹스 분말재료로 이루어져 있고, 소결된 적어도 성형면이 Ra 가 0.2㎛ ∼ 0.7㎛ 인 경면형상의 매끄러운 표면에 니어 네트 셰이프 소결되어 있어도 되고, 또 상기 성형형 전체가 바인더리스의 탄화물계 세라믹스 분말재료로 이루어져 있고, 성형형의 상기 성형면이 Ra 가 0.2㎛ ∼ 0.7㎛ 인 경면형상의 매끄러운 표면에 니어 네트 셰이프 소결되어 있어도 된다.In the surface forming molding according to the other invention, the part of the molding surface of the molding is made of a binderless carbide-based ceramic powder material before polishing, and at least the sintered molding surface has a Ra of 0.2 µm to 0.7. The near net shape may be sintered on the smooth surface of the mirror-shaped mirror, and the entire mold may be made of a binderless carbide-based ceramic powder material, and the molding surface of the mold may be 0.2 µm to 0.7 µm. The near net shape may be sintered on the smooth surface of a shape.
또한, 상기 표면성형용 성형형에 있어서, 연마한 상기 성형형이 유리렌즈 또는 플라스틱렌즈의 비구면 렌즈의 성형에 사용되는 것이어도 된다.In the above-mentioned shaping mold for surface shaping, the shaping polished mold may be used for shaping an aspherical lens of a glass lens or a plastic lens.
본원의 또 다른 발명은 유리재료 또는 수지재료로 이루어지는 성형품 표면을 성형하기 위한 성형형의 제조방법에 있어서,In still another aspect of the present invention, in the manufacturing method of the molding die for molding the surface of the molded article made of a glass material or a resin material,
바인더리스의 초미립 초경합금 분말재료를 준비하고,Prepare a binderless ultra fine cemented carbide powder material,
상기 바인더리스의 초미립 초경합금 분말재료를 적어도 상기 표면을 성형하는 성형형의 부분에 사용하여 펄스통전가압 소결법에 의해 상기 성형형을 니어 네트 셰이프 성형에 의해 렌즈 성형형을 소결하고,The binderless ultrafine cemented carbide powder material is used for at least a part of a molding mold for forming the surface, and the lens mold is sintered by near net shape molding by pulse electric pressure sintering.
상기 표면을 성형하기 위한 성형형의 성형면을 상기 성형면에 맞닿는 맞닿음면이 경면형상을 갖는 펀치를 사용하고, 그 맞닿음면을 전사하여 Ra 0.5㎛ 이하의 경면형상으로 경면 소결하도록 구성되어 있다.The contact surface which contacts the shaping | molding surface of the shaping | molding die for shaping the said surface uses the punch which has a mirror shape, It is comprised so that a mirror surface sintering may be carried out to the mirror surface shape of Ra 0.5 micrometer or less by transferring the contact surface. have.
본원의 또 다른 발명은 유리재료 또는 수지재료로 이루어지는 성형품 표면을 성형하기 위한 성형형의 제조방법에 있어서,In still another aspect of the present invention, in the manufacturing method of the molding die for molding the surface of the molded article made of a glass material or a resin material,
바인더리스의 탄화물계 세라믹스 분말재료를 준비하고,Preparing a binderless carbide ceramic powder material,
상기 바인더리스의 탄화물계 세라믹스을 적어도 상기 표면을 성형하는 성형형의 부분에 사용하여 펄스통전 소결법에 의해 상기 니어 네트 셰이프 성형에 의해 렌즈 성형형을 소결하고,The binderless carbide-based ceramics are used for at least a part of a molding mold for forming the surface, and the lens molding mold is sintered by the near net shape molding by a pulse current sintering method,
상기 표면을 성형하기 위한 성형형의 성형면을 상기 성형면에 맞닿는 맞닿음면이 경면형상을 갖는 펀치를 사용하고, 그 맞닿음면을 전사하여 Ra 가 0.2㎛ ∼ 0.7㎛ 인 경면형상으로 경면 소결하도록 구성되어 있다.The contact surface which contacts the shaping | molding surface of the shaping | molding die for shaping the said surface is used the mirror which has a mirror shape, The contact surface is transferred, and mirror-surface sintering in the mirror surface shape of Ra is 0.2 micrometer-0.7 micrometer. It is configured to.
상기 표면성형용 성형형의 제조방법에 있어서, 상기 바인더리스의 초미립 초경합금 분말재료는 코발트함유량이 0 중량% ∼ 1 중량% 의 텅스텐카바이드기 초경합금이어도 되고, 또 바인더리스의 초미립 초경합금 분말재료의 텅스텐카바이드 입자의 평균입경이 0.5㎛ 이하여도 된다.In the manufacturing method of the surface forming molding die, the binderless ultrafine cemented carbide powder material may be a tungsten carbide group cemented carbide having a cobalt content of 0 wt% to 1 wt%, and a binderless ultrafine cemented carbide powder material. The average particle diameter of the tungsten carbide particles may be 0.5 µm or less.
또, 상기 표면성형용 성형형의 제조방법에 있어서, 상기 성형면에 맞닿는 맞닿음면이 경면형상을 갖는 그래파이트제 펀치를 사용하고, 상기 성형형의 적어도 성형면을 충실히 경면 전사시켜 Ra 가 0.2㎛ ∼ 0.7㎛ 인 경면형상의 매끄러운 표면에 소결가공해도 된다.In the manufacturing method of the above-mentioned shaping mold, a graphite punch having a contact surface in contact with the shaping surface having a mirror surface shape is used, and at least the shaping surface of the shaping mold is faithfully mirror-finished so that Ra is 0.2 µm. You may sinter to the smooth surface of the mirror surface shape of-0.7 micrometer.
상기 또 다른 발명에 의한 표면성형용 성형형의 제조방법에 있어서, 바인더리스의 탄화물계 세라믹스 분말재료입자의 평균입경이 0.5㎛ 이하여도 되고, 또 상기 성형형의 적어도 니어 네트 셰이프 성형면을 Ra 가 0.2㎛ ∼ 0.7㎛ 인 경면형상의 매끄러운 표면에 소결가공해도 된다.In the manufacturing method of the surface forming shaping | molding die by another said invention, the average particle diameter of the binderless carbide-type ceramics ceramic powder particle | grains may be 0.5 micrometer or less, and at least the near net shape shaping surface of the said shaping | molding die is Ra You may sinter on the smooth surface of the mirror surface shape of 0.2 micrometer-0.7 micrometer.
또한, 상기 펄스통전가압 소결법이 방전플라즈마 소결법, 플라즈마활성화 소결법 또는 방전 소결법이어도 된다.The pulse energizing pressure sintering method may be a discharge plasma sintering method, a plasma activated sintering method, or a discharge sintering method.
실시의 형태Embodiment of embodiment
다음에, 본 발명의 실시예에 대해 설명한다.Next, the Example of this invention is described.
본원에 의한 탄화텅스텐 (WC) 및 불가피 불순물로 이루어지는 탄화텅스텐계 바인더리스 초경질재료를 제조하는 경우, 전술한 바와 같이 우선 탄화텅스텐분말 및 불가피 불순물로 이루어지는 원료분말을 예컨대 시판되고 있는 것을 구입하여 준비한다. 이 경우, 원료분말입자의 평균입경은 소결 후의 소결체 (초경질재료) 입자의 평균입경을 1.0㎛ 이하가 초미세 조직구조로 하는 것을 고려하여 0.3㎛ 미만으로 한다. 그리고, 원료분말에는 바인더가 실질적으로 포함되지 않도록 한다. 이와 같이 준비한 원료분말에는 소결 후의 초경질재료 중 카본의 총함유량이 6.20 중량% 초과 6.45 중량% 이하의 범위내가 되도록 단체 카본을 첨가하여 원료분말중의 카본량을 조정한다.In the case of producing a tungsten carbide-based binderless ultrahard material composed of tungsten carbide (WC) and unavoidable impurities according to the present application, first, a commercially available raw material powder composed of tungsten carbide powder and unavoidable impurities is purchased, for example, prepared. do. In this case, the average particle diameter of the raw material powder particles is less than 0.3 μm in consideration of the fact that the average particle diameter of the sintered body (ultra hard material) particles after sintering is 1.0 micrometer or less as an ultrafine structure. In addition, the binder is not substantially contained in the raw material powder. The raw material powder prepared in this way is added with a single carbon so that the total content of carbon in the super-hard material after sintering is in the range of more than 6.20% by weight to 6.45% by weight or less to adjust the amount of carbon in the raw material powder.
상기 원료분말 (p) 을 원하는 양, 예컨대 도 1 에 나타내는 바와 같은 소결형 (1) 내에 충전한다. 이 소결형 (1) 은 관통하는 구멍 (3) 을 구획하는 중공 원통형 형본체 (2) 와, 구멍의 하부에 삽입되는 하펀치 (4) 와, 구멍의 상부에 삽입되는 상펀치 (5) 를 구비하고, 형본체 (2) 및 상, 하펀치 (4, 5) 는 그래파이트로 만들어져 있다. 그리고 원료분말 (p) 은 구멍 (3) 내에서 하펀치 (4) 와 상펀치 (5) 사이에 장입되어 소결형으로의 장입이 완료된다.The raw material powder p is filled in a desired amount, for example, in the sintered mold 1 as shown in FIG. The sintered die 1 includes a hollow cylindrical body 2 for partitioning the through-hole 3, a lower punch 4 inserted into the lower portion of the hole, and an upper punch 5 inserted into the upper portion of the hole. The mold body 2 and the upper and lower punches 4 and 5 are made of graphite. And the raw material powder p is charged between the lower punch 4 and the upper punch 5 in the hole 3, and charging to a sintering type is completed.
상기와 같이 장입이 완료된 소결형을 도 2 에서 원리구성이 나타나 있는 펄스통전가압 소결장치로서의 방전플라즈마 소결기 (10) 에 세트한다. 도 2 에서 11 은 하통전전극, 12 는 상통전전극, 13 은 소결영역을 진공분위기로 하는 수냉가능한 진공챔버, 14 는 하 및 상통전전극 (11, 12) 에 접속된 소결전원, 15 는 하통전전극 (11) 및/또는 상통전전극 (12) 에 가압력을 작용시키는 가압기구, 16 은 제어장치이다. 소결전원을 공급할 수 있는 전력은 전압이 20V 이하이며 전류가 예컨대 1000∼30000A 이다. 하통전전극 (11) 과 상통전전극 (12) 사이에 소결형 (1) 을 끼우고 진공챔버 (13) 내에서 하기와 같은 소결조건으로 소결한다. 또한, 하기의 소결온도란, 소결형 표면을 비접촉으로 측정하여 얻은 온도이다.The sintered die, which has been charged as described above, is set in a discharge plasma sintering machine 10 as a pulse energizing pressure sintering apparatus whose principle configuration is shown in FIG. 2, 11 is a lower conducting electrode, 12 is an upper conducting electrode, 13 is a water-cooled vacuum chamber in which the sintered area is a vacuum atmosphere, 14 is a sintering power source connected to the lower and upper conducting electrodes 11 and 12, and 15 is a lower conducting electrode. The pressurizing mechanism 16 which applies a pressing force to the energizing electrode 11 and / or the upper energizing electrode 12, 16 is a control apparatus. The electric power that can supply a sintered power source has a voltage of 20 V or less and a current of, for example, 1000 to 30000 A. The sintering die 1 is sandwiched between the lower conducting electrode 11 and the upper conducting electrode 12 and sintered in the vacuum chamber 13 under the sintering conditions as follows. In addition, the following sintering temperature is the temperature obtained by measuring a sintering type surface by non-contact.
소결온도: 1600∼1900℃Sintering Temperature: 1600 ~ 1900 ℃
가압력: 10∼100㎫Press force: 10 to 100 MPa
승온속도: 30∼150℃/분Temperature rise rate: 30 to 150 ° C / min
유지시간: 0∼5 분Holding time: 0 to 5 minutes
소결전압: 20V 이하Sintering Voltage: Below 20V
소결전류: 2000∼8000A (직류 펄스전류)Sintering Current: 2000 ~ 8000A (DC Pulse Current)
전류밀도: 70∼280A/㎠Current Density: 70 ~ 280A / ㎠
소결분위기: 진공 또는 불활성 가스Sintering atmosphere: vacuum or inert gas
(실시예 1)(Example 1)
원료분말로서 평균입경이 0.2㎛ 이며 BET 법에 의해 측정한 표면적이 3.23㎡/g 인, 다음 표 1 에 나타내는 조성으로 이루어지는 시판되고 있는 탄화텅스텐 소결용 원료분말을 220g 준비하였다.As a raw material powder, 220g of commercially available tungsten carbide sintering raw material powders which consist of the composition shown in following Table 1 whose average particle diameter is 0.2 micrometer and the surface area measured by BET method is 3.23 m <2> / g were prepared.
상기 표 중에서 FC 프리카본을 나타내고, CC 는 WC 분말에 고용된 카본을 나타낸다.FC free carbon is shown in the said table | surface, and CC shows the carbon dissolved in WC powder.
상기 원료에 단체 카본을 0.13g (0.006 중량%) 첨가하여 잘 혼합시켰다. 이 단체 카본은 상기 공보 (2) 에서 개시된 첨가카본량 (0.1 ∼ 0.3 중량%) 보다 분명히 적다.0.13 g (0.006% by weight) of single carbon was added to the raw material and mixed well. This single carbon is clearly less than the amount of added carbon (0.1 to 0.3% by weight) disclosed in the publication (2).
상기와 같이 카본량을 엄밀하게 조정한 원료분말을 도 1 에 나타내는 바와 같은 소결형에 충전하고, 도 2 에 나타내는 바와 같은 기본구성을 갖는 펄스통전가압 소결장치에 세트하여 진공분위기하에서 다음 소결조건으로 소결하였다.The raw material powder in which the carbon amount is precisely adjusted as described above is filled into a sintering mold as shown in FIG. 1, and placed in a pulse energizing pressure sintering apparatus having a basic configuration as shown in FIG. Sintered.
소결온도: 1870℃Sintering Temperature: 1870 ℃
가압력: 30㎫Press force: 30 MPa
승온속도: 55℃/분Temperature rise rate: 55 ℃ / min
유지시간: 1 분Retention time: 1 minute
소결전압: 5.5VSintering Voltage: 5.5V
소결전류: 6500A (직류 펄스전류)Sintering Current: 6500A (DC Pulse Current)
전류밀도: 230A/㎠Current Density: 230A / ㎠
통전시간: 35 분Current duration: 35 minutes
상기와 같이 소결하여 얻어진 탄화텅스텐계 바인더리스 초경질재료를 주사형 전자현미경 및 X 선 마이크로애널라이저 (EPMA) 에 의해 분석한 결과는 표 5 에 나타내는 바와 같고, 그 기계적 및 물리적 특성은 표 6 에 나타내는 바와 같다.The results of analysis of the tungsten carbide-based binderless ultrahard material obtained by sintering as described above using a scanning electron microscope and an X-ray microanalyzer (EPMA) are as shown in Table 5, and the mechanical and physical properties thereof are shown in Table 6. As shown.
(실시예 2)(Example 2)
원료분말로서 평균입경이 0.2㎛ 이며 BET 법에 의해 측정한 표면적이 3.30㎡/g 인, 다음 표 2 에 나타내는 조성으로 이루어지는 시판되고 있는 탄화텅스텐소결용 원료분말을 55g 준비하였다.As a raw material powder, 55g of commercially available tungsten carbide sintering powder which consists of the composition shown in following Table 2 which has an average particle diameter of 0.2 micrometer and the surface area measured by BET method is 3.30 m <2> / g was prepared.
상기 표에서 FC 및 CC 는 상기 표 1 의 설명과 동일하다.In the table, FC and CC are the same as the description of Table 1.
상기 원료에 단체 카본을 0.03g (0.05 중량%) 첨가하여 잘 혼합시켰다. 이 단체 카본은 상기 공보 (2) 에서 개시된 첨가카본량 (0.1 ∼ 0.3 중량%) 보다 분명히 적다.0.03g (0.05% by weight) of single carbon was added to the raw material and mixed well. This single carbon is clearly less than the amount of added carbon (0.1 to 0.3% by weight) disclosed in the publication (2).
상기와 같이 카본량을 엄밀하게 조정한 원료분말을 도 1 에 나타내는 바와 같은 소결형에 충전하고, 도 2 에 나타내는 바와 같은 기본구성을 갖는 펄스통전가압 소결장치에 세트하여 진공분위기하에서 다음 소결조건으로 소결하였다.The raw material powder in which the carbon amount is precisely adjusted as described above is filled into a sintering mold as shown in FIG. 1, and placed in a pulse energizing pressure sintering apparatus having a basic configuration as shown in FIG. Sintered.
소결온도: 1850℃Sintering Temperature: 1850 ℃
가압력: 20㎫Press force: 20 MPa
승온속도: 60℃/분Temperature rise rate: 60 ℃ / min
유지시간: 2 분Retention time: 2 minutes
소결전압: 4.8VSintering Voltage: 4.8V
소결전류: 4000A (직류 펄스전류)Sintering current: 4000A (DC pulse current)
전류밀도: 320A/㎠Current density: 320A / ㎠
통전시간: 33 분Current Duration: 33 minutes
상기와 같이 소결하여 얻어진 탄화텅스텐계 바인더리스 초경질재료를 주사형 전자현미경 및 X 선 마이크로애널라이저 (EPMA) 에 의해 분석한 결과는 표 5 에 나타내는 바와 같고, 그 기계적 및 물리적 특성은 표 6 에 나타내는 바와 같다.The results of analysis of the tungsten carbide-based binderless ultrahard material obtained by sintering as described above using a scanning electron microscope and an X-ray microanalyzer (EPMA) are as shown in Table 5, and the mechanical and physical properties thereof are shown in Table 6. As shown.
(실시예 3)(Example 3)
원료분말로서 평균입경이 0.2㎛ 이며 BET 법에 의해 측정한 표면적이 3.23㎡/g 인, 다음 표 3 에 나타내는 조성으로 이루어지는 시판되고 있는 탄화텅스텐소결용 원료분말을 440g 준비하였다.As the raw material powder, 440 g of a commercially available tungsten carbide sintered raw material powder having a composition shown in Table 3 below having an average particle diameter of 0.2 m and a surface area of 3.23 m 2 / g measured by the BET method was prepared.
상기 표에서 FC 및 CC 는 상기 표 1 의 설명과 동일하다.In the table, FC and CC are the same as the description of Table 1.
상기 원료에 단체 카본을 0.27g (0.06 중량%) 첨가하여 잘 혼합시켰다. 이 단체 카본은 상기 공보 (2) 에서 개시된 첨가카본량 (0.1 ∼ 0.3 중량%) 보다 분명히 적다.0.27 g (0.06% by weight) of single carbon was added to the raw material and mixed well. This single carbon is clearly less than the amount of added carbon (0.1 to 0.3% by weight) disclosed in the publication (2).
상기와 같이 카본량을 엄밀하게 조정한 원료분말을 도 1 에 나타내는 바와 같은 소결형에 충전하고, 도 2 에 나타내는 바와 같은 기본구성을 갖는 펄스통전가압 소결장치에 세트하여 진공분위기하에서 다음 소결조건으로 소결하였다.The raw material powder in which the carbon amount is precisely adjusted as described above is filled into a sintering mold as shown in FIG. 1, and placed in a pulse energizing pressure sintering apparatus having a basic configuration as shown in FIG. Sintered.
소결온도: 1750℃Sintering Temperature: 1750 ℃
가압력: 40㎫Press force: 40 MPa
승온속도: 50℃/분Temperature rise rate: 50 ℃ / min
유지시간: 5 분Retention time: 5 minutes
소결전압: 5.2VSintering Voltage: 5.2V
소결전류: 7800A (직류 펄스전류)Sintering Current: 7800A (DC Pulse Current)
전류밀도: 275A/㎠Current density: 275A / ㎠
통전시간: 38 분Current Duration: 38 minutes
상기와 같이 소결하여 얻어진 탄화텅스텐계 바인더리스 초경질재료를 주사형전자현미경 및 X 선 마이크로애널라이저 (EPMA) 에 의해 분석한 결과는 표 5 에 나타내는 바와 같고, 그 기계적 및 물리적 특성은 표 6 에 나타내는 바와 같다.The results of analysis of the tungsten carbide-based binderless ultrahard material obtained by sintering as described above using a scanning electron microscope and an X-ray microanalyzer (EPMA) are as shown in Table 5, and the mechanical and physical properties thereof are shown in Table 6. As shown.
표 5 및 표 6 에서 참고예 1 및 2 에 의한 탄화텅스텐계 초경질재료의 기계적 및 물리적 성질만을 나타내고, 실시예 1 ∼ 3 에 관한 상기 기재와 동일한 상세한 설명은 여기에서는 생략한다.In Table 5 and Table 6, only the mechanical and physical properties of the tungsten carbide-based superhard materials according to Reference Examples 1 and 2 are shown, and the same detailed description as in the above description about Examples 1 to 3 is omitted here.
(실시예 4)(Example 4)
원료분말로서 평균입경이 0.2㎛ 이며 BET 법에 의해 측정한 표면적이 3.35㎡/g 인, 다음 표 4 에 나타내는 조성으로 이루어지는 시판되고 있는 탄화텅스텐소결 원료분말을 400g 준비하였다.As a raw material powder, 400g of commercially available tungsten carbide raw material powders which consist of the composition shown in following Table 4 whose average particle diameter is 0.2 micrometer and the surface area measured by BET method is 3.35 m <2> / g were prepared.
상기 표에서 FC 및 CC 는 상기 표 1 의 설명과 동일하다.In the table, FC and CC are the same as the description of Table 1.
상기 원료에 단체 카본을 0.20g (0.05 중량%) 첨가하여 잘 혼합시켰다. 이 단체 카본은 상기 공보 (2) 에서 개시된 첨가카본량 (0.1 ∼ 0.3 중량%) 보다 분명히 적다.0.20 g (0.05% by weight) of simple carbon was added to the raw material and mixed well. This single carbon is clearly less than the amount of added carbon (0.1 to 0.3% by weight) disclosed in the publication (2).
상기와 같이 카본량을 엄밀하게 조정한 원료분말을 도 1 에 나타내는 바와 같은 소결형에 충전하고, 도 2 에 나타내는 바와 같은 기본구성을 갖는 펄스통전가압 소결장치에 세트하여 진공분위기하에서 다음 소결조건으로 소결하였다.The raw material powder in which the carbon amount is precisely adjusted as described above is filled into a sintering mold as shown in FIG. 1, and placed in a pulse energizing pressure sintering apparatus having a basic configuration as shown in FIG. Sintered.
소결온도: 1630℃Sintering Temperature: 1630 ℃
가압력: 50㎫Press force: 50 MPa
승온속도: 55℃/분Temperature rise rate: 55 ℃ / min
유지시간: 5 분Retention time: 5 minutes
소결전압: 4.2VSintering Voltage: 4.2V
소결전류: 10000A (직류 펄스전류)Sintering Current: 10000A (DC Pulse Current)
전류밀도: 200A/㎠Current Density: 200A / ㎠
통전시간: 35분Current duration: 35 minutes
상기와 같이 소결하여 얻은 탄화텅스텐계 바인더리스 초경질재료를 주사형 전자현미경 및 X 선 마이크로 어낼라이저 (EPMA) 로 분석한 결과는 표 5 에 나타내는 바와 같고, 그 기계적 및 물리적 특성은 표 6 에 나타내는 바와 같다.The results of analysis of the tungsten carbide-based binderless ultra-hard material obtained by sintering as described above using a scanning electron microscope and an X-ray microanalyzer (EPMA) are shown in Table 5, and the mechanical and physical properties thereof are shown in Table 6. As shown.
다음으로, 도 3∼도 6 을 참조하여 본 발명에 의한 표면성형품 성형형의 제조방법의 실시형태를 유리렌즈나 플라스틱렌즈의 곡면형상 비구면을 성형할 때에 사용하는 표면성형용 성형형에 대해서 설명한다.Next, with reference to FIGS. 3-6, the shaping | molding die for surface shaping | molding used for shape | molding the curved aspherical surface of a glass lens or a plastic lens is described. .
본 실시형태의 제조방법을 실시할 때에, 먼저 코발트 함유량이 1% 이하 (0%도 포함함) 의 텅스텐카바이드로 이루어진 이른바 바인더리스의 초미립 초경합금 분말재료를 준비한다. 이 초미립 초경합금 분말재료의 분말의 텅스텐카바이드 입자의 평균입경은 니어 네트 셰이프 성형법으로 소결하기 위해서 0.1㎛∼0.5㎛ 범위 내에 있는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는 탄화텅스텐 분말 및 불가피 불순물로 이루어지고, 평균입경이 0.3㎛ 미만이며, 바인더를 실질적으로 함유하지 않은 원료분말에 소결 후의 경질재료 중의 카본의 총함유량이 6.20 중량% 를 초과하고 6.45 중량% 이하의 범위 내가 되도록 원료분말 중의 카본량을 조정한 분말재료를 사용한다. 그 이유는 입경이 이 범위보다 커지면, 소결되어 성형형 모재를 형성하고 연마하여 성형면으로 마무리해도 원하는 경면 상태로 할 수 없기 때문이다. 또, 입경이 너무 작으면, 원료분말이 응집되어 취급도 번잡해지므로 펄스통전가압 소결에 의해 소결되는 이점을 얻을 수 없기 때문이다. 또, 원료분말 비용이 비싸져 경제적 효과를 손해보기 때문이다. 여기서 니어 네트 셰이프 성형법이란 이 소결형의 다이 및 펀치가 피가공 분말과 접촉하는 면에 원하는 형상을 형성하고, 압축 펄스통전가압 소결하는 과정에서 최종 단계에서 성형체 (소결체) 에 그 소결형이 갖는 형상을 전사시켜 거의 플러스 치수에 가까운 근사적인 형상 (니어 네트 셰이프) 을 성형체 (소결체) 에 부여하는 가공법을 말한다.In carrying out the production method of the present embodiment, first, a so-called binderless ultrafine cemented carbide powder material composed of tungsten carbide having a cobalt content of 1% or less (including 0%) is prepared. The average particle diameter of the tungsten carbide particles of the powder of the ultrafine cemented carbide powder material is preferably in the range of 0.1 µm to 0.5 µm in order to sinter by the near net shape molding method. More preferably, the total content of carbon in the hard material after sintering in the raw material powder consisting of tungsten carbide powder and unavoidable impurities, and having an average particle diameter of less than 0.3 µm and substantially free of binder, exceeds 6.20% by weight and 6.45% by weight. A powder material in which the amount of carbon in the raw material powder is adjusted to fall within the range of% or less is used. The reason for this is that when the particle size is larger than this range, the desired mirror surface state cannot be obtained even if it is sintered to form a molded base material and polished to finish the molded surface. This is because, if the particle size is too small, the raw material powder is agglomerated and the handling is complicated, so that the advantage of sintering by pulse energizing pressure sintering cannot be obtained. In addition, the cost of the raw material powder is expensive, and the economic effect is lost. Here, the near net shape forming method is a shape that the sintered die has on the molded body (sintered body) in the final step in the process of forming the desired shape on the surface where the die and punch of the sintered die are in contact with the workpiece powder and performing compression pulse energization sintering. It is a processing method of transferring an approximate shape (near net shape) close to a plus dimension to a molded body (sintered body) by transferring the.
통상 텅스텐카바이드ㆍ코발트 합금의 소결에서는 코발트가 액상를 생성하고 텅스텐카바이드 입자간에 분산되어 각 입자를 결합시키는 역할을 한다.Usually, in the sintering of tungsten carbide / cobalt alloy, cobalt forms a liquid phase and is dispersed between tungsten carbide particles to serve to bond each particle.
상기와 같이 준비한 초미립 초경합금 분말재료 (이하, 단순히 분말재료라고 함: p) 를, 도 3 및 도 4에 나타내는 바와 같은 성형형 모재의 외측 형상을 갖는 성형 공동 (2) 을 구획하는 소결형 다이 (2') 의 그 성형 공동 (3') 내에 충전한다. 소결형 다이 (2') 는 예컨대 그래파이트와 같은 재료로 제조된다. 이 분말재료 (p) 를 충전할 때에, 소결형 성형 공동 (2) 의 하부에는 소결형 하부 펀치 (4') 가 삽입되고, 위에는 소결형 상부 펀치 (5') 가 삽입되며, 분말재료 (p) 는 하부 펀치 (4') 와 상부 펀치 (5') 사이에 있는 상태에서 충전된다. 하부 펀치 (4') 의 하면 (41') 및 상면 (42') 은 평탄면으로 형성되어 있다. 상면 (42') 은 상부 펀치의 성형형면을 형성한다. 그러나, 상부 펀치 (5') 의 하면 즉 성형형면 (51') 은 성형형의 성형면을 형성하므로, 그 성형형면의 형상은 성형면과 실질적으로 동일한 표면 (이 실시형태에서는 볼록형상의 비구면형상 곡면) 으로 또한 경면에 가까운 상태의 표면상태로 마무리된다. 상부 펀치 (5') 의 상면 (52') 은 평탄면으로 형성되어 있다. 하부 펀치 및 상부 펀치는 고밀도 그래파이트로 제조된다.The sintered die which partitions the molding cavity 2 which has the outer shape of the shaping | molding base material as shown to FIG. 3 and FIG. 4 from the ultrafine cemented carbide powder material (henceforth simply a powder material) prepared as mentioned above. It is filled in the shaping cavity 3 'of (2'). The sintered die 2 'is made of a material such as graphite, for example. When filling this powder material p, the sinter type lower punch 4 'is inserted in the lower part of the sinter type molding cavity 2, and the sinter type upper punch 5' is inserted in the top, and the powder material p ) Is filled in the state between the lower punch 4 'and the upper punch 5'. The lower surface 41 'and the upper surface 42' of the lower punch 4 'are formed in a flat surface. The upper surface 42 'forms the shaped surface of the upper punch. However, since the lower surface of the upper punch 5 ', that is, the shaping surface 51' forms a shaping surface, the shape of the shaping surface is substantially the same as the shaping surface (in this embodiment, a convex aspherical curved surface). ) Is also finished to the surface state near the mirror surface. The upper surface 52 'of the upper punch 5' is formed into a flat surface. The lower punch and the upper punch are made of high density graphite.
이 분말재료가 충전된 소결형 (1') 을 도 1에 나타내는 펄스통전가압 소결장치 (방전 플라스마 소결, 플라스마 활성화 소결 또는 방전 소결 등을 실행할 수 있는 장치: 10) 내에 세팅한다. 이 소결장치는 상기 기술한 바와 같은 이미 알려진 것이어도 되고, 구체적으로는 예컨대 스미토모 석탄광업㈜에서 시판되고 있는 방전 플라스마 소결기 SPS3.20MK-Ⅳ (이하, SPS 소결기라고 함) 여도 되므로, 그 구조 및 동작의 상세한 설명은 생략한다. 펄스통전가압 소결장치로의 세팅은 진공챔버 (13) 내에서 하부 펀치 (4') 의 하면 (41') 이 하통전전극 (11) 의 상단면 상에 탑재되고 상부 펀치 (5') 의 상면 (52') 이 상통전전극 (12) 의 하단면에 접하도록 하여 소결형 (1') 을 양 통전전극 사이에 설치하여 이루어진다. 세팅 후 하부 및 상부 펀치를 소결장치 (10) 의 하통전전극 (11) 및 상통전전극 (12) 사이에 있는 상태에서 양 통전전극에 의해 원하는 압력으로 가압한다. 이 압력은 분말재료의 종류, 입자도 등에 따라 다르지만, 30 메가패스컬 (MPa) ∼100 메가패스컬 (MPa) 범위의 크기의 압력이 바람직하다. 그 이후 또는 그와 동시에 제어장치(전원도 포함:16) 에서 통전전극을 통해 직류 펄스전류인 소결전류를 원하는 시간 흐름 분말재료의 소결을 실시한다. 이 소결전류는 소결되는 성형형의 크기 및 재료에 따라 다르고, 이 실시예의 바인더리스의 초미립 초경합금 분말재료의 경우에는 2000 암페어 (A)∼5000 암페어 범위가 바람직하다. 또한, 통전시간도 성형형의 크기에 따라 다르지만, 본 실시예의 플라스틱렌즈 또는 유리렌즈 성형용 성형형의 경우에는 10분∼30분 범위가 바람직하다. 또, 양산용으로는 재료의자동 반송 로보트를 구비한 자동화된 펄스통전가압 소결장치여도 된다. 또한, 동시에 복수개 형성하는 경우에는, 소결 총가압력이 수압 면적에 비례하여 증가하거나 총펄스 전류량도 비례적으로 증가하여 5000 암페어 이상에서 20000 암페어로 할 수도 있다.The sintered die 1 'filled with this powder material is set in a pulse electric pressure applying sintering apparatus (apparatus 10 capable of performing discharge plasma sintering, plasma activated sintering or discharge sintering, etc.) shown in FIG. This sintering apparatus may be already known as described above, or specifically, may be a discharge plasma sintering machine SPS3.20MK-IV (hereinafter referred to as an SPS sintering machine) commercially available from Sumitomo Coal Mining Co., Ltd. Detailed description of the operation will be omitted. The setting of the pulse energizing pressure sintering apparatus is carried out in the vacuum chamber 13 in which the lower surface 41 'of the lower punch 4' is mounted on the upper surface of the lower conducting electrode 11 and the upper surface of the upper punch 5 '. The sintered mold 1 'is provided between both conducting electrodes so that the 52' is in contact with the lower surface of the upper conducting electrode 12. After setting, the lower and upper punches are pressed to the desired pressure by both conducting electrodes in a state between the lower conducting electrode 11 and the upper conducting electrode 12 of the sintering apparatus 10. This pressure varies depending on the type of powder material, the particle size, and the like, but a pressure having a size in the range of 30 Mega Pascal (MPa) to 100 Mega Pascal (MPa) is preferable. Subsequently or at the same time, the sintering current, which is a DC pulse current, is sintered through the energizing electrode in the control device (including the power supply: 16). This sintering current varies depending on the size and material of the mold to be sintered, and in the case of the binderless ultrafine cemented carbide powder material of this embodiment, the range of 2000 amps (A) to 5000 amps is preferable. In addition, although the energization time also varies depending on the size of the shaping mold, in the case of the plastic lens or the shaping mold for forming the glass lens of the present embodiment, the range of 10 minutes to 30 minutes is preferable. Further, for mass production, an automated pulse energizing pressurizing apparatus equipped with an automatic conveying robot of materials may be used. In the case where a plurality of sinters are formed at the same time, the sintered total pressing force may increase in proportion to the hydraulic pressure area or the total pulse current amount may increase in proportion to 50000 amps or more.
이와 같이 해서 소결에 의해 제조된 성형형 (100) 은 전체적으로 도 5에 나타내는 바와 같은 형상을 갖고 있다. 그리고, 렌즈의 볼록형상, 오목형상 또는 평탄형상 (도면에서는 오목형상) 의 성형면 (102) 을 갖고 있다. 이 성형면은 니어 네트 셰이프 성형법으로 소결되기 때문에, 그 자체 그래파이트제 펀치 (4) 의 표면조도를 충실히 전사하여 Ra가 0.2∼0.7㎛인 경면형상의 매끄러운 표면을 갖고 있지만, 추가로 성형면 (102) 을 렌즈용 경면상태까지 즉 옹스트롬의 오더까지 연마하여 최종 형상의 렌즈 성형형으로 마무리된다. 연마는 공지된 기계적 또는 화학적 연마법으로 실시하면 된다.Thus, the shaping | molding die 100 manufactured by sintering has the shape as shown in FIG. And it has the shaping | molding surface 102 of the convex shape, concave shape, or flat shape (recess shape in drawing) of a lens. Since this molding surface is sintered by the near net shape molding method, it faithfully transfers the surface roughness of the graphite punch 4 itself, and has a mirror-shaped smooth surface having a Ra of 0.2 to 0.7 µm, but additionally, the molding surface (102). ) Is polished up to the specular state for the lens, that is, to the order of the angstrom, and is finished in the lens molding of the final shape. Polishing may be performed by a known mechanical or chemical polishing method.
상기와 같이 마무리된 성형형 (100) 을 유리렌즈 또는 플라스틱렌즈의 성형에 사용하는 경우에는, 도 6에 나타내는 바와 같이 제조되는 렌즈 종류에 따라 형성된 표면을 갖는 오목형상의 성형면을 갖는 성형형과 그것과는 곡률이 다른 볼록형상, 오목형상 또는 평탄형상 (도면에서는 볼록형상) 의 성형면을 구비한 성형형 (110) 을 이들 성형면 (102 및 112) 이 서로 대향하도록 성형장치 (도시 생략) 의 지지구 (200) 내에 배치 고정하고, 이들 성형면 사이에 공동 (g) 이 형성되도록 하며, 이 공동 내에 유리재료 또는 플라스틱재료를 충전하여 유리렌즈 또는 플라스틱렌즈를 형성한다.When the molded mold 100 finished as described above is used for molding a glass lens or a plastic lens, the molded mold having a concave shaped surface having a surface formed according to the type of lens manufactured as shown in Fig. 6 and A molding apparatus (not shown) having a molding surface 110 having a convex shape, a concave shape, or a flat surface (convex shape in the drawing) different from the curvature so that these molding surfaces 102 and 112 face each other. It is arranged and fixed in the support (200) of the, so that the cavity (g) is formed between these molding surfaces, and filled with glass or plastic material in the cavity to form a glass lens or a plastic lens.
(실시예 5)(Example 5)
도 7에 나타내는 바와 같이 소경부의 직경 (dl) 이 10㎜, 대경부의 직경 (D1) 이 14㎜, 길이 (L1) 가 25㎜인 비구면 렌즈 성형형 (120) 을 제조하였다.Diameter (D1), the diameter (dl) the 10㎜, the large-diameter portion of the small diameter portion as shown in Figure 7 was prepared in the 14㎜, the length (L 1) is 25㎜ an aspherical lens mold 120. The
소결형으로는, 성형형 (120) 의 비구면형상의 성형면 (122) 을 성형하는 부분에 경면으로 된 성형형면 (본 예에서는 오목면) 을 갖는 그래파이트제 소결형 (다이 및 펀치) 을 구비하고, 텅스텐카바이드 입자의 평균입경이 0.5㎛인 바인더리스 초미립 초경합금 분말재료를 사용하며 SPS 소결기로 소결하였다. SPS 소결온도는 1973∼2073K, 가압력은 30∼40MPa, 진공분위기 내에서 방전 플라스마 소결법으로 소결하였다. 이 때, 승온온도는 15∼30분, 유지시간 2∼3분이었다. 그 결과, 상대밀도 15.4g/㎤의 거의 밀도 100%의 소결체를 얻었다. 이 소결체를 절단하여 각 부분의 경도를 측정한 결과, 마이크로 비커스 경도는 거의 불규칙하지 않고 평균값으로 HV2800∼2850을 나타내고, 광학현미경에 의한 조직 관찰에서는 마이크로 포어가 적은 치밀한 조직이었다. 또, 표면조도 (Ra) 는 0.3∼0.5㎛이고, 이 니어 네트 셰이프 성형 소결체는 종래법의 1/5∼1/8 시간으로 연마 마무리한 후, 유리렌즈나 플라스틱렌즈용 성형형으로서 충분히 실제 사용할 수 있음을 알 수 있었다.The sintered mold is provided with a graphite sintered die (die and punch) having a shaping surface (concave in this example), which is a mirror surface, in a portion for forming the aspherical shaping surface 122 of the shaping die 120. And tungsten carbide particles were sintered with an SPS sintering machine using a binderless ultrafine cemented carbide powder material having an average particle diameter of 0.5 µm. The SPS sintering temperature was 1973 to 2073 K, the pressing force was 30 to 40 MPa, and the sintering was performed by discharge plasma sintering in a vacuum atmosphere. At this time, the temperature rising temperature was 15 to 30 minutes, and the holding time was 2 to 3 minutes. As a result, a sintered compact having a density of almost 100% having a relative density of 15.4 g / cm 3 was obtained. As a result of cutting this sintered compact and measuring the hardness of each part, the micro-Vickers hardness was hardly irregular and showed HV2800-2850 as an average value, and was a dense structure with few micropores in the structure observation by an optical microscope. Moreover, surface roughness Ra is 0.3-0.5 micrometer, and this near net shape shaping | molding sintered compact is finished for 1/5 to 1/8 hours of the conventional method, and is fully used as a shaping | molding die for glass lenses or plastic lenses. I could see that.
(실시예 6)(Example 6)
도 8[A]에 나타내는 바와 같이 직경 (d2) 이 20㎜, 두께 (w) 가 8㎜, 성형면 (132) 을 구성하는 곡면부의 직경 (d3) 이 18㎜인 형상을 갖는 렌즈용 성형형의 선단부분 (131) 을 평균입경이 0.5㎛인 바인더리스 초미립 초경합금 분말재료를 사용하여 상기 실시예와 동일하게 방전 플라스마 소결법으로 소결하여 얻었다. 한편, 소경부의 직경 (d3) 이 20㎜, 대경부의 직경 (D2) 이 24㎜, 길이 (L2) 가 32㎜를 갖는 도 8[B]에 나타내는 바와 같은 텅스텐카바이드ㆍ코발트 초경합금 블록 (135) 을 준비해 두었다. 상기 선단부분 (131) 을 블록 (135) 위에 탑재하고, 이것들에 SPS 접합 처리를 8분간 실시하여 이것들을 일체적으로 접합하여 성형형을 얻었다. 선단 부분의 곡면부 즉 성형면 (132) 을 연마 마무리한 후 렌즈를 성형한 결과, 양질의 실용 제품을 얻었다. 렌즈 곡면용 성형면 (132) 은 니어 네트 셰이프 성형되어 있어 전체 공정 비용의 약 1/2∼1/3로 제조할 수 있다.As shown in Fig. 8A, the molding die for lens having a shape in which the diameter d2 is 20 mm, the thickness w is 8 mm, and the diameter d3 of the curved portion constituting the molding surface 132 is 18 mm. The tip portion 131 of was obtained by sintering by the discharge plasma sintering method in the same manner as in the above example using a binderless ultrafine cemented carbide powder material having an average particle diameter of 0.5 µm. On the other hand, tungsten carbide cobalt cemented carbide blocks 135 as shown in Fig. 8B having a diameter d3 of the small diameter portion 20 mm, a diameter D2 of the large diameter portion 24 mm and a length L 2 32 mm. ) Prepared. The tip portion 131 was mounted on the block 135, and these were subjected to an SPS bonding process for 8 minutes, and these were integrally bonded to obtain a mold. The lens was molded after polishing the curved portion of the tip portion, that is, the forming surface 132, and as a result, a good practical product was obtained. The molded surface 132 for lens curved surface is near net shape-molded and can be manufactured at about 1/2-1/3 of the total process cost.
또, 상기 실시형태의 설명에서는 성형형 전체를 바인더리스의 초미립 초경합금 분말을 이용하여 소결하였으나, 성형형의 성형면을 구성하는 부분에만 상기 바인더리스의 초미립 초경합금 분말을 사용하고, 그 이외에는 이와 일체적으로 소결할 수 있는 임의의 분말재료를 사용할 수도 있다. 또한, 실시예 6과 같이 곡면 성형에 직접 관계하는 선단부만 초미립 초경합금 분말재료를 사용하여 성형하고, 다이 시트 부분을 텅스텐카바이드ㆍ코발트 초경합금 또는 다른 합금제 블록으로 미리 제조하고, 이것들을 방전 플라스마 접합법 (펄스통전가압 접합법) 으로 접할 수도 있다.In the description of the above embodiment, the entire molding die was sintered using binderless ultrafine cemented carbide powder. However, the binderless ultrafine cemented carbide powder was used only for the portion constituting the molding die. Any powder material that can be sintered integrally may be used. In addition, as in Example 6, only the tip portion directly related to the surface shaping was molded using an ultrafine cemented carbide powder material, and the die sheet portion was prepared in advance using a tungsten carbide / cobalt cemented carbide or another alloy block, and these were discharge plasma joined. It can also be contacted by (pulse energizing pressure bonding method).
(실시예 7)(Example 7)
상기 두 실시예에서는 성형형의 초미립 초경합금 분말재료로서 텅스텐카바이드 입자를 사용한 경우에 대해서 설명했는데, 그 이외에도 탄화물계 세라믹스를 사용해도 형성하기 때문에 여기서는 그 예에 대해서 설명한다. 성형형의 형상 및 크기, 그리고 소결형의 형상 및 크기는 (실시예 5) 경우와 동일하다. 이 실시예에서는 바인더리스의 탄화물계 세라믹스로서 평균입경이 0.03㎛인 고순도 초미립 실리콘카바이드 (SiC) 를 사용하며 SPS 소결기로 소결하였다. SPS 소결온도는 2673∼2723K, 가압력은 30∼50MPa, 진공분위기 내에서 방전 플라스마 소결법으로 소결하였다. 이 때, 승온시간은 10∼20분, 유지시간 2∼3분이었다. 그 결과, 상대밀도 3.22g/㎤의 거의 밀도 100%의 소결체를 얻었다. 이 소결체를 절단하여 각 부분의 경도를 측정한 결과, 마이크로 비커스 경도는 거의 불규칙하지 않고 평균값으로 HV2800∼2850을 나타내고, 광학현미경에 의한 조직 관찰에서는 마이크로 포어가 없는 치밀한 조직이었다.In the above two embodiments, the case where tungsten carbide particles are used as the molded ultra-fine cemented carbide powder material is described. However, since carbide carbide-based ceramics are also used, the example will be described here. The shape and size of the mold and the shape and size of the sintered mold are the same as in the case (Example 5). In this example, high purity ultrafine silicon carbide (SiC) having an average particle diameter of 0.03 µm was used as binderless carbide ceramics and sintered with an SPS sintering machine. The SPS sintering temperature was 2673 to 2723 K, the pressing force was 30 to 50 MPa, and the sintering was performed by discharge plasma sintering in a vacuum atmosphere. At this time, the temperature rising time was 10 to 20 minutes, and the holding time was 2-3 minutes. As a result, a sintered compact having an almost density of 100% having a relative density of 3.22 g / cm 3 was obtained. As a result of cutting this sintered compact and measuring the hardness of each part, the micro-Vickers hardness was hardly irregular and showed HV2800-2850 as an average value, and was a dense structure without a micropore in the structure observation by an optical microscope.
또, 상기 실시형태에서는 유리렌즈 또는 플라스틱렌즈용 성형형 및 그 제조방법에 대해서 설명했는데, 본 발명은 이것에 한정되지 않고, 합성수지 성형에서 곡면을 정밀하게 형성하기 위한 성형형 및 그 제조방법에도 적용할 수 있다.Moreover, although the said embodiment demonstrated the shaping | molding die for glass lenses or the plastic lens, and its manufacturing method, this invention is not limited to this, It applies to the shaping | molding die for precisely forming a curved surface in synthetic resin shaping | molding, and its manufacturing method. can do.
상기 실시형태 및 실시예에서는 성형형의 성형면 주위에 고리형 테두리면 (103,123 및 133) 이 형성되어 있는 예를 나타내고 있는데, 이와 같은 테두리면을 갖지 않는 경우여도 된다. 이와 같은 경우의 사용예로는 도 9에서 부호 100', 110'으로 나타내는 바와 같이 성형장치의 형지지구 (200) 내에 배치될 수 있다.Although the said embodiment and Example show the example in which the annular edge surfaces 103,123, and 133 are formed around the shaping | molding surface of a shaping | molding die, it may be a case where it does not have such an edge surface. As a use example in this case, it may be arranged in the mold support 200 of the molding apparatus, as shown by the reference numeral 100 ', 110' in FIG.
도 6 및 도 9는 주로 플라스틱렌즈를 성형하는 경우의 성형형의 배치이지만, 유리렌즈를 성형하는 경우에는 도 10[A]에 나타내는 바와 같이 성형장치의 중공의형지지구 (201) 내에 하측 성형형 (100) 을 삽입하고, 그 성형형의 성형면 (102) 내에 상온 또는 원하는 온도로 가열된 성형할 유리재료 (통상 덩어리형상으로 되어 있음: m) 를 탑재한다. 그 다음에, 도 10[B]에 나타내는 바와 같이 형지지구 (201) 의 상측에서부터 상측 성형형 (110) 을 삽입하고 약 550∼700℃로 가열하면서 상측 성형형 (110) 을 하측 성형형에 접근시켜 두 성형형에서 유리재료 (m) 를 가압 성형하여 렌즈로 만든다. 이 경우, 상하측 성형형을 가장 접근시켰을 때의 캐비티 (g) 의 용적과 유리재의 덩어리 부피와 동일하거나 또는 약간 적게 해 두면 유리재가 외부로 비어져 나가는 경우가 없게 된다. 이 경우에는, 테두리가 없는 두 볼록렌즈가 형성된다. 상하측 성형형의 곡면형상은 용도, 목적 (굴절률 등) 에 따라 다른 경우도 있다. 성형형으로 도 5에 나타내는 바와 같이 테두리면 (103) 을 갖는 것을 사용하여 유리재의 양을 캐비티 (g) 의 양보다 많게 하면 테두리가 있는 렌즈가 된다. 또한, 도 11에 나타내는 바와 같이 하측 성형형 (140) 의 성형면 (142) 을 평탄면으로 하고, 상측 성형형 (150) 의 성형면 (152) 을 볼록면으로 할 수도 있다. 이 경우에는 평탄 오목형 렌즈가 된다.6 and 9 are mainly arrangements of a molding die in the case of molding a plastic lens, but in the case of molding a glass lens, as shown in FIG. 10A, the lower molding die is formed in the hollow mold support 201 of the molding apparatus. 100 is inserted, and a glass material to be molded (usually in a lump form: m) heated to normal or desired temperature is mounted in the molding surface 102 of the molding die. Next, as shown in FIG. 10B, the upper mold 110 is inserted from the upper side of the mold support 201 and the upper mold 110 approaches the lower mold while heating to about 550 to 700 ° C. The glass material (m) is press-molded in both molds to form a lens. In this case, if the volume of the cavity g and the lump volume of the glass material at the time of approaching the upper and lower molding dies are the same or slightly smaller, the glass material does not protrude to the outside. In this case, two convex lenses without borders are formed. The curved shape of the upper and lower forming dies may vary depending on the use and purpose (refractive index, etc.). As a shaping | molding die, as shown in FIG. 5, when the quantity of glass material is made larger than the quantity of the cavity g using what has the edge surface 103, it becomes a lens with an edge. In addition, as shown in FIG. 11, the shaping surface 142 of the lower shaping | molding die 140 can be made into a flat surface, and the shaping surface 152 of the upper shaping | molding die 150 can be made into a convex surface. In this case, it becomes a flat concave lens.
본 발명에 따르면 다음과 같은 효과를 발휘할 수 있다.According to the present invention, the following effects can be obtained.
(가) 미세 조직 구조로 순도가 높고 경질이며 내마모성, 내부식성, 내열성이 우수한 탄화텅스텐계 초경질재료를 얻을 수 있다.(A) Tungsten carbide-based ultra-hard material having high purity and hardness and excellent wear resistance, corrosion resistance, and heat resistance can be obtained with a microstructure structure.
(나) 에치 핏이 발생하지 않아 우수한 경면 마무리를 할 수 있고, 유리렌즈 등 고온 성형에 적합한 고정밀도의 금형재료를 얻을 수 있다.(B) Since no etch fit is generated, excellent mirror finish can be obtained, and a highly accurate mold material suitable for high temperature molding such as glass lens can be obtained.
(다) 출발 원료분말입자경의 입자 성장이 억제되고 또한 포어 프리가 치밀하고 균질한 소결층을 얻을 수 있고, 따라서 성형형에서, 고품질이고 경도가 종래의 소결정보다 단단하며 내구성이 높은 옹스트롬 오더의 렌즈용 경면이 얻을 수 있다.(C) Particle growth of the starting raw powder particle size is suppressed, and a pore-free compact and homogeneous sintered layer can be obtained. Therefore, in the shaping type, the angstrom order of high quality and hardness that is harder than the conventional small crystal and has high durability A mirror surface for the lens can be obtained.
(라) 니어 네트 셰이프 가공으로 성형형의 렌즈 성형면 및 외측면부가 경면형상으로 고정밀도로 할 수 있기 때문에, 렌즈 성형면의 조연삭가공, 마무리 연삭가공 및 외주부의 후가공 공정을 생략할 수 있다.(D) Since the lens forming surface and the outer surface portion of the shaping mold can be made highly accurate in the mirror form by the near net shape processing, the rough machining, the finish grinding processing and the post-processing of the outer peripheral portion of the lens forming surface can be omitted.
(마) 성형 표면부의 형상 부여의 초정밀 연삭가공이나 방전가공 공정을 불필요로 할 수 있기 때문에, 예컨대 방전가공 후의 요철면(미소한 크레이터)이 없이 최종 연마마무리가 쉬워 공정을 대폭 단축할 수 있다.(E) Since the ultra-precise grinding or discharging processing of the shape surface forming part can be unnecessary, for example, the final polishing finish is easy without the uneven surface (fine crater) after discharge processing, and the process can be greatly shortened.
(바) 플라스틱렌즈용 성형형의 경우, 무전해 니켈-인 도금 공정을 불필요로 할 수 있다.(F) In the case of a molded lens for a plastic lens, an electroless nickel-phosphorus plating process may be unnecessary.
(사) 성형형의 1개당 제조시간을 대폭 단축할 수 있다.(G) The manufacturing time per mold can be greatly shortened.
(아) 후가공 공정의 간략화 및 디자인 변경에도 신속하게 대응할 수 있게 되고 납기기간을 단축시킬 수 있으며, 따라서 표면성형형의 총제조비용을 대폭 삭감할 수 있다.(H) It is possible to quickly cope with the simplification of the post-processing process and to change the design, and to shorten the delivery period, thus greatly reducing the total manufacturing cost of surface forming.
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