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玻璃模具材料选用碳化硅的原因

作者:创通石英 来源: 日期:2022/2/19 12:12:57 人气:10 标签:

玻璃是一类应用非常广的材料,一般而言都呈透明、不透气、并具备一定硬度。玻璃品种多样,一般根据功能的不同工艺上也会有所区分,比如说玻璃硬盘基板和玻璃透镜这样的玻璃光学元件就是将软化的光学玻璃放入高精度的模具中,在加温加压和保护性气氛下,一次性直接模压成型出所希望的形状,进而根据需要进行表面研磨来生产的。


由于玻璃光学元件要求具有很高的精度,因此为了能够通过加压成型稳定地得到玻璃光学元件,要求成型模具加工性优良,能够研磨成无气孔、光滑的光学表面质量;此外,模具与玻璃接触的地方高温高压、腐蚀性气体并存,因此还需要具有耐氧化性或者耐腐蚀性、对玻璃呈现惰性、并且脱模性优良。


模具材质的选择


由于模具的表面光学质量、精度和使用寿命直接关系到玻璃光学元件的合格率和与制造成本,因此模具厂在挑选材料上也是煞费心思。尤其是用于模具中心部位、与玻璃最先接触的模仁,更是需要用最优秀的材料去制作。


目前行业使用的加工模具以石墨为主,但是石墨模具自身存在缺陷,比如硬度低、容易氧化、重复使用率低、增加生产成本等。至于模仁材料则主要分为不锈钢和碳化钨两大类,但多少都具有硬度不高,耐高温性能差,使用寿命不高等问题,因此业界为了提高基材的性能,逐步开始发展高性能陶瓷材料,如碳化硅陶瓷材料。


碳化硅陶瓷的优势


碳化硅陶瓷是近二十年才发展起来的新型材料,由于其高强度、高硬度、耐腐蚀、优越的高温性能(强度、抗氧化性、低蠕变),因此与其他陶瓷材料相比,在一些高温、摩擦等恶劣环境下会更加耐操,被广泛应用于航空、航天、冶金、微电子、电力等领域。


特别是无压烧结碳化硅陶瓷,它具有高热导率,低热膨胀系数,优异的抗氧化和抗热震性能,能够显著提高玻璃模造工艺中模具的升温和冷却速度,降低高温热循环下尺寸精度和表面质量变化,被认为最具潜力的模仁基材,主要有以下优势:


①高硬度:碳化硅的硬度比碳化钨的硬度高许多,即便在极端高温和压力下,也具有超强的耐磨性和完全的不渗透性,高硬度同样意味着在高纯应用中不会污染介质;


②高致密性和低气孔率:制品密度大,可加工成理想的镜面效果;


③优秀的抗热震性:极佳的热导率和始终如一的低热膨胀系数,最小化内在的温度梯度使碳化硅具有非常优秀的抗热震性,因此相比其他材料更能适应快速的热循环-升温和降温;


④高温稳定性:可以在其它材料不能满足的高温条件下运行,而且高温不变形;


⑤无比的高温抗蠕变性能:可以最小化模具的变形;


⑥优异的抗氧化性能:可以实现长的服务寿命。


总而言之,因碳化硅材料优异的综合性性能,由其制造的玻璃模压模具,具有以下优点:优异的表面加工质量,表面无气孔、光滑的光学镜面;在高温环境条件下具有优秀的耐氧化性能,而且结构不发生变化,表面质量稳定;不与玻璃起反应、发生粘连现象,脱模性能好;即便在高温条件下其硬度和强度不变。解决钨钢的抗氧化性差,导热系数低,效率低的问题。


来源:粉体应用技术


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