專利名稱：模造玻璃的金屬模仁的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是一種模造玻璃的金屬模仁，特指一種模造玻璃的模仁是于碳化鎢的底材上方以濺鍍鉭鎢(Ta-W)合金為主的保護(hù)膜，以價(jià)格較低的金屬取代貴金屬，而達(dá)到較高的模造次數(shù)，且適用于高溫材料，因而具有較大的材料選用范圍。
而模仁的適用性必須考慮到下列幾點(diǎn)1、離型性，以避免與玻璃產(chǎn)生反應(yīng)、粘附現(xiàn)象；2、足夠的硬度與機(jī)械強(qiáng)度，以成形玻璃，并避免表面刮傷；3、高溫穩(wěn)定性，以避免在模造氣氛中發(fā)生分解現(xiàn)象，或與氣氛反應(yīng)；4、耐熱沖擊性，以忍受模造過程中的熱循環(huán)；5、可加工性，以加工形成特定光學(xué)面，并考慮加工時(shí)間與成本；6、模仁壽命，延長(zhǎng)模仁壽命，可降低成本。
又制造玻璃的模仁至少包括單一材質(zhì)，或底材與保護(hù)膜的組合結(jié)構(gòu)，或者是包括底材、中介層(Buffer Layer)與保護(hù)層的組合結(jié)構(gòu)；其中底材的材質(zhì)包括不銹鋼、碳化硅和碳化鎢(Tungsten Carbide；WC)等；增加中介層結(jié)構(gòu)的目的是用以增加附著性，或加工容易，或?yàn)榍笠子诔尚味Ｗo(hù)膜的材質(zhì)若以非晶質(zhì)碳而言，雖然具有良好的離型性，但是因?yàn)槠浣Y(jié)構(gòu)性差、容易損傷、易氧化、易破裂、沖擊強(qiáng)度低與熱導(dǎo)性不佳等缺點(diǎn)，所以在使用上有困難；因此，隨后發(fā)展出碳化硅、氮化硅等硬質(zhì)陶瓷，然而硬質(zhì)陶瓷也具有加工困難的缺點(diǎn)，因而降低其適用性，此外制程中的燒結(jié)助劑如氧化鋁(Aluminium Oxide，AlOx)、氧化硼(Boric Oxide，B2O3)等容易與玻璃反應(yīng)，而降低了模仁的離型性。
為了改善模仁加工耗時(shí)的問題以及增長(zhǎng)模仁壽命，因而有各種系列的鍍膜開發(fā)，如貴金屬系列模仁的開發(fā)，而貴金屬鍍膜膜仁第一階段的發(fā)展包括以鉑(Platinum；Pt)合金為主的硬膜模仁；此種模仁受限于使用溫度，只能用于模造溫度500-520℃以下的玻璃，于模造應(yīng)用上，是以SF玻璃為主；由于貴金屬的化學(xué)鈍性良好，因此對(duì)SF玻璃的模造次數(shù)可達(dá)10000次，但是仍然需要配合適當(dāng)?shù)闹薪閷右约疤峁┮种凭Я３砷L(zhǎng)的機(jī)制。
在第二階段的發(fā)展中，為了將貴金屬模仁應(yīng)用于模造高溫玻璃，如LF、sK或BK等系列玻璃，因而采用以銥(Iridium；Ir)或釕(Ruthenium；Ru)為合金成分的貴金屬合金，使得模造次數(shù)可以達(dá)到上萬次。其主要缺陷在于由于此種模造玻璃的模仁是由材質(zhì)為碳化鎢的底材與保護(hù)膜組合而成；首先，將碳化鎢底材的表面研磨拋光之后，接著以濺鍍法(Sputtering)濺鍍銥錸合金(Ir-Re)、銥釕合金(Ir-Ru)，或以電漿化學(xué)氣相沉積法(PlasmaEnhanced Chemical Vapor Deposition；PECVD)沉積碳化硅、類鉆石薄膜、碳化鈦(TiC)及氮化鈦(TiN)其中之一，或以離子束沉積法(Ion BeamDeposition；IBD)沉積類鉆石薄膜，覆蓋于底材之上，形成厚度約為1um的保護(hù)膜；其中保護(hù)膜上具有模造面(Molding Surface)，由此模造面定義出模造凹槽(Mold Cavity)，以作為模造玻璃之用。
傳統(tǒng)技藝中曾經(jīng)對(duì)材質(zhì)鍍膜的模仁進(jìn)行保護(hù)膜的脫模性測(cè)試；脫模性測(cè)試是使用氮?dú)鉃闅夥湛刂?，而測(cè)試的玻璃材料包括BK7、SK5及LaK13等，測(cè)試的溫度分別為580℃、640℃及700℃，僅略高于玻璃轉(zhuǎn)換溫度(GlassTransition Temperature)，高溫反應(yīng)測(cè)試時(shí)間如以1000次壽命為評(píng)估，即以模仁處于模造溫度時(shí)的80秒乘以1000次，約等于22.2小時(shí)。
測(cè)試結(jié)果，銥錸合金(Ir-Re)、銥釕合金(Ir-Ru)等硬膜模仁都能于溫度520℃時(shí)，通過20次壓模測(cè)試及高溫反應(yīng)測(cè)試，在壓模之后，鍍膜并未產(chǎn)生剝離(Peel-off)現(xiàn)象，表示其附著性良好，此外鍍膜亦未氧化變色；又類鉆石薄膜、碳化鈦及氮化鈦等鍍膜，因?yàn)楦邷匮趸斐慑兡ぷ兩c剝離；而碳化硅鍍膜則是由于與玻璃產(chǎn)生反應(yīng)而導(dǎo)致破壞。
在傳統(tǒng)技藝的發(fā)展中，就貴金屬鍍膜而言，是以鉑銥合金(Pt-Ir)系列的貴金屬模仁為主，應(yīng)用于SF玻璃，但是也只能限制在溫度520℃-550℃使用，以確保能有上千次的模造壽命；在后續(xù)所發(fā)展出的銥錸合金、銥釕合金系列貴金屬模仁，則可以適用于較高溫玻璃，但是也只能限制在使用溫度580℃以內(nèi)使用；再繼續(xù)提高使用溫度時(shí)，將會(huì)因?yàn)閲?yán)重的熱腐蝕(ThermalEtching)作用，導(dǎo)致模仁表面急速劣化，而無法使用。
傳統(tǒng)以鉑銥合金(Pt-Ir)系列的貴金屬模仁所使用的貴金屬價(jià)格較昂貴，因而提高制造成本，而降低市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)性。
本發(fā)明人有感于傳統(tǒng)模造玻璃的貴金屬模仁所使用的鉑銥合金(Pt-Ir)系列的保護(hù)膜有上述的缺點(diǎn)，因而著手構(gòu)思，終創(chuàng)造出本發(fā)明的技術(shù)方案。
本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的一種模造玻璃的金屬模仁，其特征是它設(shè)有底材及保護(hù)膜，該保護(hù)膜是以濺鍍法濺鍍?cè)谠摰撞纳戏?，該保護(hù)膜主要為鉭鎢合金。
該底材為碳化鎢為主的超硬合金。該保護(hù)膜中的鉭占有重量15-85％。該保護(hù)膜的厚度為0.7-1.2um。該底材與保護(hù)膜之間存在有中介層，該中介層的材質(zhì)為鉭或鎢。該中介層的厚度為0.2-0.3um。
本發(fā)明還提供另一種模造玻璃的金屬模仁，其特征是它設(shè)有底材及保護(hù)膜，該保護(hù)膜是以濺鍍法濺鍍?cè)谠摰撞纳戏?，該保護(hù)膜主要為鉭鉬合金。
該底材為碳化鎢為主的超硬合金。該保護(hù)膜中的鉭占有重量25-75％。該保護(hù)膜的厚度為0.7-1.2um。該底材與保護(hù)膜之間存在有中介層，該中介層的材質(zhì)為鉭或鉬。該中介層的厚度為0.2-0.3um。
下面結(jié)合較佳實(shí)施例和附圖
進(jìn)一步說明。
圖2是本發(fā)明具有中介層的模仁剖面示意圖。
根據(jù)上述，該底材10是為碳化鎢(WC)為主的超硬合金，其表面經(jīng)過拋光后，接著以濺鍍法濺鍍鉭鎢9Ta-W)合金等金屬的保護(hù)膜20，而在底材10上形成厚度為0.7-1.2um的保護(hù)膜20，且該保護(hù)膜中的鉭(Ta)占有15-85％，其中該保護(hù)膜20具有模造面201，由此模造面201定義出模造凹槽202，以作為模造玻璃之用。
本發(fā)明的測(cè)試評(píng)估方式，是采用每次熱循環(huán)于所定的溫度維持約130秒后降溫視為一次，并以BK7玻璃為試材；測(cè)試的溫度分別為610℃和640℃，其結(jié)果如下表1所示表1

由上表1所示可知，以鉭鎢(Ta-W)合金為主要成分的保護(hù)膜20可得到良好的使用結(jié)果，且鉭鎢(Ta-WO合金較傳統(tǒng)所使用的金屬價(jià)格便宜，因而降低制造成本，以提高市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)性。
又該保護(hù)膜20以鉭鉬(Ta-Mo)合金為主要成分，并以上述的測(cè)試評(píng)估方式得到如下表2的結(jié)果 表2

而以鉭鉬(Ta-Mo)合金為主要成分的保護(hù)膜20同樣得以達(dá)到良好的使用結(jié)果，并且鉭鉬(Ta-Mo)合金同樣較傳統(tǒng)所使用的金屬價(jià)格便宜，而可降低制造成本以提高市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)性的目的。
參閱圖2所示，以碳化鎢(WC)為主的底材10與鉭鎢(Ta-W)合金為主的保護(hù)膜20之間存在一以鉭(Ta)或鉬9Mo)為主的中介層30，且該中介層30的厚度為0.2-0.3um，通過該中介層30以增加保護(hù)膜20的附著性。再以上述的測(cè)試評(píng)估方式得到如下表3的結(jié)果 表3

而在以碳化鎢(WC)為主的底材10與鉭鎢(Ta-W)合金為主的保護(hù)膜20之間，加入以鉭(Ta)或鉬(Mo)為主的中介層30，使該保護(hù)膜20得有較佳的附著性，并得有上述的良好使用結(jié)果，且鉭(Ta)或鉬(Mo)的價(jià)格便宜，因而降低制造成本。以提高市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)性。
又以碳化鎢(WC)為主的底材10與鉭鉬(Ta-Mo)合金為主的保護(hù)膜20之間存在一以鉭(Ta)或鉬(Mo)為主的中介層30，并以上述的測(cè)試評(píng)估方式得到如下表4的結(jié)果 表4

在以碳化鎢(WC)為主的底材10與鉭鉬(Ta-Mo)合金為主的保護(hù)膜20之間，加入以鉭(Ta)或鉬(Mo)為主的中介層30，使該保護(hù)膜20得有較佳的附著性，并得有上述的良好使用結(jié)果，且鉭(Ta)或鉬(Mo)的價(jià)格便宜，因而得降低制造成本，以提高市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)性。
綜以上所述，本發(fā)明所揭露的制造方法是往昔所無，且確實(shí)能達(dá)成上述的效果，具有新穎性、創(chuàng)造性和實(shí)用性。
權(quán)利要求
1.一種模造玻璃的金屬模仁，其特征是它設(shè)有底材及保護(hù)膜，該保護(hù)膜是以濺鍍法濺鍍?cè)谠摰撞纳戏?，該保護(hù)膜主要為鉭鎢合金。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的模造玻璃的金屬模仁，其特征是該底材為碳化鎢為主的超硬合金。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的模造玻璃的金屬模仁，其特征是該保護(hù)膜中的鉭占有重量15-85％。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的模造玻璃的金屬模仁，其特征是該保護(hù)膜的厚度為0.7-1.2um。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的模造玻璃的金屬模仁，其特征是該底材與保護(hù)膜之間存在有中介層，該中介層的材質(zhì)為鉭或鎢。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的模造玻璃的金屬模仁，其特征是該中介層的厚度為0.2-0.3um。
7.一種模造玻璃的金屬模仁，其特征是它設(shè)有底材及保護(hù)膜，該保護(hù)膜是以濺鍍法濺鍍?cè)谠摰撞纳戏?，該保護(hù)膜主要為鉭鉬合金。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的模造玻璃的金屬模仁，其特征是該底材為碳化鎢為主的超硬合金。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的模造玻璃的金屬模仁，其特征是該保護(hù)膜中的鉭占有重量25-75％。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的模造玻璃的金屬模仁，其特征是該保護(hù)膜的厚度為0.7-1.2um。
11.根據(jù)權(quán)利要求7所述的模造玻璃的金屬模仁，其特征是該底材與保護(hù)膜之間存在有中介層，該中介層的材質(zhì)為鉭或鉬。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的模造玻璃的金屬模仁，其特征是該中介層的厚度為0.2-0.3um。
全文摘要
一種模造玻璃的金屬模仁，主要是由底材及保護(hù)膜組成，其中底材為碳化鎢，于底材上方以濺鍍法濺鍍以鉭鎢合金為主的保護(hù)膜，以價(jià)格較低的金屬取代貴金屬，而達(dá)到較高的模造次數(shù)，且適用于高溫材料，因而具有較大的材料適用范圍。
文檔編號(hào)C03B11/06GK1467165SQ0214064
公開日2004年1月14日 申請(qǐng)日期2002年7月11日 優(yōu)先權(quán)日2002年7月11日
發(fā)明者陳永逸, 彭佩君 申請(qǐng)人:一品光學(xué)工業(yè)股份有限公司