用于模制陶瓷生坯的模制工具和所述模制工具的用途制造技术

本发明专利技术涉及一种用于在制造至少一个由光学陶瓷制成的光学透镜中模制陶瓷生坯的模制工具。常规透镜制造工艺不适合于低成本高效率地制造具有优良光学性能的透明陶瓷透镜。本发明专利技术提供在制造至少一个由光学陶瓷组成的旋转对称透镜中用于模制陶瓷生坯的模制工具，其中至少一个待模制的表面可通过以上等式描述，其中ｋ在－２００到＋２００的范围内，优选介于约－５０到＋５０之间，尤其优选介于约－１０到＋１０之间，更尤其优选介于约－２到＋２之间；ｃ＝１／Ｒ且为约＜１＊１０↑［－２］ｍｍ↑［－１］，优选约＜１＊１０↑［－３］ｍｍ↑［－１］，尤其优选约＜４＊１０↑［－６］ｍｍ↑［－１］，更尤其优选约＜１＊１０↑［－６］ｍｍ↑［－１］；Ｒ是曲线半径；系数ａ↓［１，２，３，４…］为约＜１０↑［－１］，优选约＜１０↑［－２］，尤其优选约＜１０↑［－３］，且其中所述模制工具包含至少一个透镜的至少一个待模制区域的功能区域的近净形阴模，其可如下等式描述，其中ｂ是大于零的常数，优选值小于０．３ｍｍ，小于０．１ｍｍ，且最优选小于０．０５ｍｍ；ｂ描述所述模制工具的所述阴模与所述至少一个透镜的所述至少一个待模制区域的偏差。

Use green ceramic molded molding tool and the molding tool

The invention relates to a method for manufacturing molding tool in at least a molded ceramic optical lens made of optical ceramic green body. The conventional lens fabrication process is not suitable for the fabrication of transparent ceramic lenses with excellent optical properties at low cost and high efficiency. The present invention provides in the manufacture of at least one composed of optical rotation symmetric lens used in ceramic molding tool ceramic molded, wherein at least one surface to be molded by the above equation description, in which K - 200 to 200 range, preferably between about 50 to + 50, especially preferably between about 10 to + 10, more particularly between about - 2 to + 2; C = 1 / R and < 1 * 10 = about 2 - \mm =\ 1, preferably about < 1 * 10 = - 3, mm = \1, particularly about < 4 * 10 = - 6, mm = 1, and more particularly about < 1 * 10 = 6, mm = 1, R; curve radius; coefficient of a: 1, 2, 3, 4... For about 10 - 1 =, < < 10, preferably about 2 increase, especially, preferably about 3, < 10 arrows, and the functional area of at least one region to be molded by the mold tool comprising at least one lens near net shape die, the following equation description, where B is a constant greater than zero, the optimal value is less than 0.3mm, less than 0.1mm, and most preferably less than 0.05mm; the B description of the molding tool the female die and the at least one lens of the at least one region to be molded deviation.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种用于在制造至少一个由光学陶瓷制成的光学透镜中模制陶瓷生坯的 模制工具。本专利技术还提出一种用于制造上文所提及的透镜的工艺。本专利技术又针对模制工 具用于制造光学陶瓷透镜的用途。技术背景适合作为透镜材料的透明陶瓷在下文称为光学陶瓷。所述材料具有极其合宜的性质 (折射指数、分散)且有助于改良光学成像系统。在特殊情况下，新成像创意仅可利用所 述新备选光学材料来实现。特别地，本文提及例如数字摄像机或者改良或简单化色彩校 正(色度或复消色差)的更致密结构的可能性。可用根据本专利技术的模制工具且通过使用本文中要求的新且有利的工艺制造的透镜由 光学陶瓷组成。所述材料以后规定。术语"由...组成"在本专利技术的意义上并不排除除单 相聚结晶物质(参见下文)外存在于最终透镜中的残余粘合剂或其它添加剂的存在。所 述化合物可能存在，这视使用什么简洁工艺制造各个透镜而定。光学陶瓷大体上是基于氧化物且具有高透明度的单相聚结晶材料。因此光学陶瓷是陶瓷的分支。因此在特定应用中，由光学陶瓷制成的透镜相对于由玻璃制成的常规透镜 是优选的。成功出售的先决条件是供应足够量的具有良好再现性和可接受的价格的高品 质透镜。使价格适合由玻璃制成的常规透镜的价格。提供来由光学陶瓷的节省成本的透镜的另一方面在于这些透镜应不仅包含折射功能 并且也起反射、透射和衍射作用。另外，仅次于光学功能，经常需要例如支撑区域、在侧面圆形地邻接透镜和由此使 透镜定位于载体中的机械性质。可能需要置于透镜之局部上的甚至更复杂的模具凹槽以 使整合为光学系统成为可能(整体光学元件)。现在由光学陶瓷制造的透镜通常如下制造。首先，制造基础材料(主要是氧化物) 的粉末(第一步骤粉末制造)。所用粉末经常具有高纯度且就关注其尺寸来说为纳米 级。接着调节粉末(第二步骤粉末调节)。这步骤包含碾磨粉末、均质化粉末混合物 和干燥批料。在这步骤后是第三步骤，其为模制步骤，其中形成生坯，已决定透镜的最 终形状，且必要时视所应用的模制方法而添加特定添加剂。随后必要时将所述生坯干燥和/或脱脂(必要时第四步骤干燥和/或脱脂)。在第 五步骤烧结中，模制且必要时干燥和/或脱脂后彼此不紧密接触的晶粒通过质量转移和/ 或扩散形式固定接触点。同时达成晶粒尺寸增大且从坯体除去开口孔隙率。在随后热等 静压(HIP)的第六步骤中，从烧结坯体中压出晶界内的闭合孔隙率。由此获得的坯体必 要时可在另一步骤(第七步骤热后加工)，呈进一步退火步骤和/或轮廓的形式的后加工步骤中进一步加工，以除去通过HIP过程产生的氧气空穴或石墨杂质或降低粒间细孔隙率。优选地通过使用上文所提及的制造工艺由以下光学陶瓷制造透镜a) 通用化学计量的立方石榴石 (l-m) ,)3+z3 (M2)5-z3012} m {A}其中z3具有在-l到+l的范围内的值，m具有接近零到小于0.05的值、优选小于0.03且更优选接近零或等于零。Ml是选自Y、 La、 Gd、 Lu、 Yb、 Ce、 Pr、 Nd、 Pm、 Sm、 Eu、 Tb、 Dy、 Ho、 Er、 Tm或这些元素的一种或一种以上的混合物，其中活性镧系元素Ce、 Pr、 Nd、 Pm、 Sm、 Eu、 Tb、 Dy、 Ho、 Er和Tm以共同高达100 wtppm或相对于这些氧化物的量至少 15 mol呢的量存在光学陶瓷中；M2是选自元素周期表的III或IIIa族的元素的一种或一种以上，优选选自A1、 Ga、 In、 Sc或这些元素的两种或两种以上的混合物；A是额外组分的一种或一种以上，特别是选自Si02、 Na20、 MgO、 CaO或Ti02。b) 以下通式的氧化锆、优选立方稳定氧化锆 (l-m) {zl z2 (l-zl-z2) } m 或 (1-m) {zl z2 (l-zl-z2) } m 其中zl + z2小于或等于0.92且优选更小或等于0.90，其中zl和z2大于或等于零， m小于0.10且优选小于0.06、更优选小于0.03且最优选m是零；X是选自Y、 Sc、 La、 Ce、 Pr、 Nd、 Pm、 Sm、 Eu、 Gd、 Tb、 Dy、 Ho、 Er、 Tm、 Yb、 Lu或这些元素的一种或一种以上的混合物，优选选自Y、 Yb和Lu或这些元素的两 种或所有三种的混合物且尤其优选X是Y。 M是选自Ca和Mg;禾口A是额外组分的一种或一种以上，特别是选自Si02、 Na20、 MgO、 CaO或Ti02。c) 如Y203、 Lu203、 Yb203、 ln203、 Sc203的立方倍半氧化物和/或以上氧化物与如 Gd203、 La203、 Zr02、 HfQ2等的其它氧化物的同型立方混合晶体相。d) 近似式MgAl204的Mg-Al尖晶石和e) 以下通式的Al-氧氮化物A123.1/3X 027+x N5.x，其中0.429 < X < 2，例如A123 0 27N5f) 钙钛矿。从用于由光学陶瓷制造的透镜的制造工艺的上述说明可见，模制的第三步骤对于透 镜的最终形式是决定性的，因为在这工艺步骤中获得的形状在随后工艺步骤期间并不显 著变化。随后步骤仅引起通过模制步骤获得的生坯的縮减和收縮。此外，就关注光学性质来说，所用的模制方法和因此还有所应用的模具决定性地决 定光学陶瓷的稍后性质，因为模制步骤决定性地影响随后烧结和/或干燥/脱脂的进行。作为模制方法，使用主要其水分含量不同的不同方法。浇铸(25-40%水分)包含粉 浆浇铸、真空压力浇铸、压力粉浆浇铸或电泳以及离心粉浆浇铸的方法。术语塑料模制(15-25%水分)的意思是挤出、挤压、切削和自由成形的方法。通过振动湿压、干压、重击和压实的方法属于压制技术(0-15%水分)。作为不根据 模制材料的水分含量分类的其它方法，可使用热铸(又称为低压模铸)或模铸的模制方 法。从现有技术已知由透明陶瓷制成的透镜可通过压制模制而获得。举例来说，DE 101 95 586T1描述具有钙钛矿结构的光学陶瓷的制造。其中(参见第15页起)"...用粘合剂 将陶瓷粉末材料加工成预定形状以致获得陶瓷压坯..."。在随后燃烧步骤中，优选将所 述压坯嵌入特殊粉末中。使用粘合剂进行将陶瓷粉末材料加工成预定几何形状。根据示 范性实施例7，特别通过于2000 kg/cm2 (196 MPa)下压制以获得具有30 mm的直径和 1.8 mm的厚度的方格状压坯来进行模制。EP 1 701 179 Al公开用于光学元件的立方石榴石在〈200nm的波长区域中在微刻方 面的用途。确切地说，这文献公开单晶体的制造。未提及模制工具或工艺。此外，US 2004/0159984 Al描述通过如粉浆浇铸或模铸的模制方法制造透明Y203 陶瓷。所述文献提及复杂几何形状的制造，然而未详细说明模制工具的形状。特别是， 未提及具有弯曲表面的组件的制造。用于制造用于激光应用的基于方格状试样的透明陶瓷的粉浆浇铸的工艺由Ueda ('Scalable Ceramic Lasers for IFE Driver'. Institute for Laser Science, Univ. of Electro-Communications, Japan-US Workshop本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种在制造至少一个由光学陶瓷组成的旋转对称透镜中用于模制陶瓷生坯的模制工具，其中至少一个待模制的表面可通过以下等式描述：　　　　ｙ＝ｃｘ↑［２］／＊＊＊＋ａ↓［１］ｘ↑［２］＋ａ↓［２］ｘ↑［４］＋ａ↓［３］ｘ↑［６］＋ａ↓［４］ｘ↑［８］＋…　　（等式Ａ）　　　　其中常数具有以下值：　　　　ｋ在－２００到＋２００的范围内，优选介于约－５０到＋５０之间，尤其优选介于约－１０到＋１０之间，更尤其优选介于约－２到＋２之间，　　　　ｃ＝１／Ｒ且为约＜１＊１０↑［－２］ｍｍ↑［－１］，优选约＜１＊１０↑［－３］ｍｍ↑［－１］，尤其优选约＜４＊１０↑［－６］ｍｍ↑［－１］，更尤其优选约＜１＊１０↑［－６］ｍｍ↑［－１］，其中Ｒ是曲线半径，　　　　系数ａ↓［１，２，３，４…］为约＜１０↑［－１］，优选约＜１０↑［－２］，尤其优选约＜１０↑［－３］，　　　　其中所述模制工具包含至少一个透镜的至少一个待模制区域的功能区域的近净形阴模，其可如下描述　　　　ｙ１＝ｃ（｜ｘ｜＋ｂ）□／＊＊＊＋ａ↓［１］（｜ｘ｜＋ｂ）□＋ａ↓［２］（｜ｘ｜＋ｂ）↑［４］＋ａ↓［３］（｜ｘ｜＋ｂ）↑［６］＋ａ↓［４］（｜ｘ｜＋ｂ）↑［８］＋…　　（等式Ｂ）　　　　其中ｂ是大于零的常数，优选值小于０．３ｍｍ，小于０．１ｍｍ，且最优选小于０．０５ｍｍ；ｂ描述所述模制工具的所述阴模与所述至少一个透镜的所述至少一个待模制区域的偏差。...

【技术特征摘要】
...

【专利技术属性】
技术研发人员：伊冯娜门克，乌尔里希波伊切尔特，冈野吉雄，斯特芬赖歇尔，
申请(专利权)人：史考特公司，
类型：发明
国别省市：DE[德国]