專利名稱：模仁及其制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是關(guān)于一種模仁及其制作方法。
背景技術(shù)：
模仁廣泛應(yīng)用于注射成型及模壓成型制程，如手機(jī)、數(shù)碼相機(jī)、液晶顯示器及PS(Playstation)等消費性電子產(chǎn)品的外殼及內(nèi)部構(gòu)件，采用注射成型及直接模壓成型(Direct Press-molding)技術(shù)可直接生產(chǎn)所需的構(gòu)件，無需打磨、拋光等后續(xù)加工步驟，可大大提高生產(chǎn)效率及產(chǎn)量，且產(chǎn)品質(zhì)量好。但直接模壓成型法對于模仁的穩(wěn)定性、抗熱沖擊性能、機(jī)械強(qiáng)度、表面光滑度等要求非常高。故，注射成型及模壓成型技術(shù)的發(fā)展實際上主要取決于模仁材料及模仁制造技術(shù)的進(jìn)步。對于模壓成型的模仁一般有以下要求(1)在高溫時，具有良好的剛性、耐機(jī)械沖擊強(qiáng)度及足夠的硬度；(2)在反復(fù)及快速加熱冷卻的熱沖擊下模仁不產(chǎn)生裂紋及變形；(3)在高溫時模仁成型表面與待加工物件不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，不黏附對象；(4)不發(fā)生高溫氧化；(5)加工性能好，易加工成高精度及高表面光潔度的型面；(6)成本低。
請參閱圖1，是常用模仁10的結(jié)構(gòu)示意圖，該模仁10僅由一基底構(gòu)成，其包括一模壓面12以及多個側(cè)面14與其相接。該模壓面12為高度拋光的光潔表面，與待加工物件直接接觸。但是，該模仁10常需連續(xù)生產(chǎn)上萬片所需產(chǎn)品，經(jīng)過大量連續(xù)生產(chǎn)后，因與待加工物件頻繁接觸，光滑的模壓面12極易磨損，尤其模壓面12與側(cè)面14相接形成的邊腳處一般磨損最嚴(yán)重。另外，模仁還用于加工腐蝕性物質(zhì)，經(jīng)過長時間使用后，該模仁10裸露于外的部分易被腐蝕，從而使得模壓面12的表面形狀被破壞，模仁精度下降，影響模仁10的使用壽命。
有鑒于此，提供一種耐腐蝕、抗磨損及延長使用壽命的模仁及其制作方法實為必需。

發(fā)明內(nèi)容以下，將以實施例說明一種耐腐蝕、抗磨損及延長使用壽命的模仁及其制作方法。
所述模仁包括一基底層，該基底層包括一中央?yún)^(qū)域及環(huán)繞該中央?yún)^(qū)域的邊緣區(qū)域，該中央?yún)^(qū)域凸出于該邊緣區(qū)域，該中央?yún)^(qū)域的表面具有一多層膜結(jié)構(gòu)，該多層膜結(jié)構(gòu)具有一位于該模仁表層的類金剛石碳層。
該邊緣區(qū)域的表面具有該多層膜結(jié)構(gòu)。
所述模仁的制作方法包括如下步驟提供一基底層，該基底層具有一中央?yún)^(qū)域及環(huán)繞于該中央?yún)^(qū)域的邊緣區(qū)域，該中央?yún)^(qū)域凸出于該邊緣區(qū)域；及于該基底層中央?yún)^(qū)域的表面形成一多層膜結(jié)構(gòu)，該多層膜結(jié)構(gòu)具有一位于該模仁表層的類金剛石碳層。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明模仁基底層的中央?yún)^(qū)域表面形成一多層膜結(jié)構(gòu)，位于該多層膜結(jié)構(gòu)表面的類金剛石碳層與待加工物件直接接觸，因類金剛石碳含有sp2及sp3混合鍵結(jié)，具有金剛石的高硬度(＞15GPa)、耐強(qiáng)酸強(qiáng)堿、高表面平滑度、摩擦系數(shù)小、膜致密度高、電絕緣性佳、高熱傳導(dǎo)性及抗磨耗性佳等。因只有中央?yún)^(qū)域參與模壓過程，該多層膜結(jié)構(gòu)可提供良好剛性、抗磨損性及耐腐蝕性；而該邊緣區(qū)域的存在可進(jìn)一步保護(hù)該模仁中央?yún)^(qū)域的邊腳免受磨損。因此，模仁在模具組裝與模壓過程中不至于損壞模仁表面結(jié)構(gòu)以及磨損邊腳，從而所得模仁的使用壽命延長。進(jìn)一步的，在基底層的邊緣區(qū)域也形成多層膜結(jié)構(gòu)，從而使整個基底層均處于多層膜的保護(hù)中，更加有利于模仁的抗磨損、耐腐蝕，以及延長模仁的使用壽命。

圖1是現(xiàn)有技術(shù)模仁結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2是所述模仁結(jié)構(gòu)的第一實施方式示意圖。
圖3是所述模仁結(jié)構(gòu)的第二實施方式示意圖。
具體實施方式

請參閱圖2，是所述模仁的第一實施方式示意圖。該模仁100包括一基底層110，該基底層110包括中央?yún)^(qū)域102以及環(huán)繞于該中央?yún)^(qū)域102的邊緣區(qū)域104，該邊緣區(qū)域104厚度比該中央?yún)^(qū)域102厚度薄，也就是說，該中央?yún)^(qū)域102凸出于該邊緣區(qū)域104。從而，在模造過程中，與待加工物件接觸的是模仁的中央?yún)^(qū)域102，而邊緣區(qū)域104起到保護(hù)中央?yún)^(qū)域102的作用。
該基底層110的材質(zhì)為常用模具鋼材料，可為鐵-碳-鉻、鐵-碳-鉻-鉬、鐵-碳-鉻-硅、鐵-碳-鉻-鎳-鉬、鐵-碳-鉻-鎳-鈦、鐵-碳-鉻-鎢-錳、鐵-碳-鉻-鎢-釩、鐵-碳-鉻-鉬-釩、鐵-碳-鉻-鉬-釩-硅等合金材質(zhì)。該中央?yún)^(qū)域102的表面為鏡面拋光，拋光度(Ra)小于等于10納米。
在該基底層110的中央?yún)^(qū)域102表面設(shè)置有一多層膜結(jié)構(gòu)112，該多層膜結(jié)構(gòu)112包括依次覆于該基底層110表面的一保護(hù)層120、一粘合層130、一中間過渡層140以及一類金剛石碳層150，從而形成本實施例所述的模仁100。該類金剛石碳層150位于模仁100的表層，在模造過程中與待加工物件直接接觸。
該保護(hù)層120的材質(zhì)為鎳磷(NiP)合金，其厚度為1微米～30微米，優(yōu)選5微米～20微米。該鎳磷合金是采用化學(xué)鍍(Electro-less Plating)方法沉積而成。
該粘合層130的材質(zhì)為鉻，是通過直流磁控濺射(Direct-CurrentMagnetron)或交流磁控濺射(Alternating Current Magnetron)方法濺鍍而成。其厚度為50～500納米，優(yōu)選100～300納米。因鉻化學(xué)反應(yīng)性差，不易被其它物質(zhì)腐蝕，因此該粘合層130也同時起到防腐蝕作用。
該中間過渡層140的材質(zhì)為氮化鉻(CrN)，其厚度為100～2000納米，優(yōu)選500～1500納米。它是通過直流磁控反應(yīng)濺射、交流磁控反應(yīng)濺射、射頻濺鍍等方法，在氬氣與氮氣的混合氣氛下形成，其中氮氣與氬氣的體積比為0.5～1.5。
該類金剛石碳層150是含氫類金剛石碳，厚度為100～3000納米，優(yōu)選300～1000納米。它是采用直流反應(yīng)濺射、交流反應(yīng)濺鍍、射頻反應(yīng)濺射方法形成。在濺鍍過程中，濺鍍氣體由A和B兩類氣體組成，其中A類氣體為惰性氣體，如氬氣、氪氣等，B類氣體為氫氣或含氫氣體，如氫氣、甲烷、乙烷等。例如，該濺鍍氣體可為氬氣與氫氣的混合氣體、氬氣與乙烷的混合氣體、氪氣與甲烷的混合氣體、氪氣與乙烷的混合氣體、氬氣與氫氣的混合氣體或者氪氣與氫氣的混合氣體等。在該濺鍍氣體中，B類氣體與A類氣體的體積比為3％～40％，優(yōu)選5％～20％。當(dāng)采用交流反應(yīng)濺射時，交流頻率為20～600kHz，優(yōu)選40～400kHz。當(dāng)采用射頻反應(yīng)濺射時，頻率為13.56MHz，且射頻濺射的靶材(陰極)與相匹配的系統(tǒng)連接，該系統(tǒng)包含一感應(yīng)器(Inductor)或電容器(Capacitor)，可將輸入的射頻被調(diào)整或優(yōu)化，從而使反應(yīng)能量最低。
該模仁100的制作方法為首先，提供一模仁基底層110，其具有一凸出的中央?yún)^(qū)域102以及一環(huán)繞該中央?yún)^(qū)域102的邊緣區(qū)域104；其次，在該中央?yún)^(qū)域102形成所需的多層膜結(jié)構(gòu)112。形成該多層膜結(jié)構(gòu)112的具體步驟為在該基底層110的表面形成一材質(zhì)為鎳磷合金的保護(hù)層120，它是采用化學(xué)鍍方法沉積而成；再在該保護(hù)層120的表面形成一材質(zhì)為鉻的粘合層130，它是采用直流磁控濺射或交流濺射方法形成；然后，在該粘合層130的表面形成一材質(zhì)為氮化鉻(CrN)的中間過渡層140，它是采用直流磁控濺射、交流反應(yīng)濺射、射頻反應(yīng)濺鍍方法形成；最后，在該中間過渡層140的表面形成一類金剛石碳層150。
優(yōu)選的，為獲得均勻的各膜層厚度，在形成該多層膜結(jié)構(gòu)112的各膜層過程中可將基板以轉(zhuǎn)速為每分鐘10～200轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn)，優(yōu)選為每分鐘20～80轉(zhuǎn)。
為獲得如圖2所示的模仁，在濺鍍過程中，優(yōu)選采用一與邊緣區(qū)域104相配合的遮罩將該邊緣區(qū)域104預(yù)先遮起來，然后再形成各膜層。
形成的模仁100中，該類金剛石碳層150與待加工物件直接接觸，其具有優(yōu)良的物理及化學(xué)性質(zhì)，包括高硬度(＞15GPa)、耐強(qiáng)酸強(qiáng)堿、高表面平滑度、摩擦系數(shù)小、膜致密度高、電絕緣性佳、高熱傳導(dǎo)性及抗磨耗性佳等，因而其可提供良好剛性、抗磨損性及耐沖擊強(qiáng)度，使模仁100在模壓過程中不至于損壞表面結(jié)構(gòu)。
請參閱圖3，是所述模仁的第二實施方式示意圖。該模仁200具有一基底層210，該基底層210具有一凸出的中間區(qū)域202以及一環(huán)繞于該中間區(qū)域202周圍的邊緣區(qū)域204。該模仁200的表面為鏡面拋光，拋光度(Ra)小于等于10納米。
該中間區(qū)域202以及該邊緣區(qū)域204的表面均具有一多層膜結(jié)構(gòu)212。該多層膜結(jié)構(gòu)212包括依次覆于該基底層210表面的一保護(hù)層220、一粘合層230、一中間過渡層240以及一類金剛石碳層250，從而形成本實施例所述的模仁200。該類金剛石碳層250位于模仁200的表層，在模造過程中與待加工物件直接接觸。該多層膜結(jié)構(gòu)212的各膜層材質(zhì)與第一實施方式相同。其制作方法為首先，提供一基底層210；然后，在該基底層210的中央?yún)^(qū)域202以及邊緣區(qū)域204表面同時形成該多層膜結(jié)構(gòu)212的各膜層，各層膜可同時沉積，如首先在基底層210上形成一保護(hù)層220，然后再于該保護(hù)層220上形成一粘合層230，......以此類推，最后形成整個多層膜結(jié)構(gòu)212。
另外，該模仁還可采用下列方法制作而成首先，提供一基底層210；然后，用一與邊緣區(qū)域204形狀相配合的第一遮罩將該邊緣區(qū)域204遮起來，然后再于該中央?yún)^(qū)域202表面形成一多層膜結(jié)構(gòu)212；最后，再用一與中央?yún)^(qū)域202形狀相配合的第二遮罩將該中央?yún)^(qū)域遮起來，然后再于該邊緣區(qū)域204表面形成一多層膜結(jié)構(gòu)212。
或者，該制作方法還可為先將中央?yún)^(qū)域202遮起來，在邊緣區(qū)域204形成多層膜結(jié)構(gòu)212，然后再將邊緣區(qū)域204遮起來，在中央?yún)^(qū)域202形成多層膜結(jié)構(gòu)212。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明模仁基底層的中央?yún)^(qū)域表面形成一多層膜結(jié)構(gòu)，位于該多層膜結(jié)構(gòu)表面的類金剛石碳層與待加工物件直接接觸，因類金剛石碳含有sp2及sp3混合鍵結(jié)，具有金剛石的高硬度(＞15GPa)、耐強(qiáng)酸強(qiáng)堿、高表面平滑度、摩擦系數(shù)小、膜致密度高、電絕緣性佳、高熱傳導(dǎo)性及抗磨耗性佳等。因只有中央?yún)^(qū)域參與模壓過程，該多層膜結(jié)構(gòu)可提供良好剛性、抗磨損性及耐腐蝕性；而該邊緣區(qū)域的存在可進(jìn)一步保護(hù)該模仁中央?yún)^(qū)域的邊腳免受磨損。因此，模仁在模具組裝與模壓過程中不至于損壞模仁表面結(jié)構(gòu)以及磨損邊腳，從而所得模仁的使用壽命延長。
進(jìn)一步的，在基底層的邊緣區(qū)域也形成多層膜結(jié)構(gòu)，從而使整個基底層均處于多層膜的保護(hù)中，更加有利于模仁的抗磨損、耐腐蝕，以及延長模仁的使用壽命。
本實施方式的模仁及其制作方法可適用于所有模壓成型或注射成型的物件的生產(chǎn)。
權(quán)利要求
1.一種模仁，其包括一基底層，該基底層包括一中央?yún)^(qū)域及環(huán)繞該中央?yún)^(qū)域的邊緣區(qū)域，該中央?yún)^(qū)域凸出于該邊緣區(qū)域，該中央?yún)^(qū)域的表面具有一多層膜結(jié)構(gòu)，該多層膜結(jié)構(gòu)具有一位于該模仁表層的類金剛石碳層。
2.如權(quán)利要求1所述的模仁，其特征在于所述基底層的材質(zhì)選自合金鐵-碳-鉻、鐵-碳-鉻-鉬、鐵-碳-鉻-硅、鐵-碳-鉻-鎳-鉬、鐵-碳-鉻-鎳-鈦、鐵-碳-鉻-鎢-錳、鐵-碳-鉻-鎢-釩、鐵-碳-鉻-鉬-釩和鐵-碳-鉻-鉬-釩-硅之一。
3.如權(quán)利要求1所述的模仁，其特征在于所述邊緣區(qū)域的表面具有該多層膜結(jié)構(gòu)。
4.如權(quán)利要求1或3所述的模仁，其特征在于所述類金剛石碳層的厚度為100～3000納米。
5.如權(quán)利要求1或3所述的模仁，其中由該基底層至該類金剛石碳層，該多層膜結(jié)構(gòu)依次包括一保護(hù)層、一粘合層及一中間過渡層。
6.如權(quán)利要求5所述的模仁，其特征在于所述保護(hù)層的材質(zhì)為鎳磷合金。
7.如權(quán)利要求5所述的模仁，其特征在于所述保護(hù)層的厚度為1微米～30微米。
8.如權(quán)利要求5所述的模仁，其特征在于所述粘合層的材質(zhì)為鉻。
9.如權(quán)利要求5所述的模仁，其特征在于所述粘合層的厚度為50～500納米。
10.如權(quán)利要求5所述的模仁，其特征在于所述中間過渡層的材質(zhì)為氮化鉻。
11.如權(quán)利要求5所述的模仁，其特征在于所述中間過渡層的厚度為100～2000納米。
12.一種模仁的制作方法，其包括如下步驟提供一基底層，該基底層具有一中央?yún)^(qū)域及環(huán)繞于該中央?yún)^(qū)域的邊緣區(qū)域，該中央?yún)^(qū)域凸出于該邊緣區(qū)域；及于該基底層中央?yún)^(qū)域的表面形成一多層膜結(jié)構(gòu)，該多層膜結(jié)構(gòu)具有一位于該模仁表層的類金剛石碳層。
13.如權(quán)利要求12所述模仁的制作方法，其特征在于所述邊緣區(qū)域形成該多層膜結(jié)構(gòu)。
14.如權(quán)利要求13所述模仁的制作方法，其特征在于所述邊緣區(qū)域以及該中央?yún)^(qū)域的多層膜結(jié)構(gòu)是同時形成。
15.如權(quán)利要求13所述模仁的制作方法，其特征在于所述邊緣區(qū)域以及該中央?yún)^(qū)域的多層膜結(jié)構(gòu)是預(yù)先采用一與兩區(qū)域中任一區(qū)域相配合的遮罩將該對應(yīng)區(qū)域遮起來，再于另一區(qū)域形成該多層膜結(jié)構(gòu)，然后采用相同方法形成剩余區(qū)域表面的多層膜結(jié)構(gòu)。
16.如權(quán)利要求13所述模仁的制作方法，其特征在于所述類金剛石碳層是采用直流反應(yīng)濺射、交流反應(yīng)濺射或射頻反應(yīng)濺射方法形成。
17.如權(quán)利要求12或13所述模仁的制作方法，其中于該基底層至該類金剛石碳層之間依次形成一保護(hù)層、一粘合層及一中間過渡層。
18.如權(quán)利要求17所述模仁的制作方法，其特征在于所述保護(hù)層是采用化學(xué)鍍方法形成。
19.如權(quán)利要求17所述模仁的制作方法，其特征在于所述粘合層是采用直流磁控濺射或交流磁控濺射方法形成。
20.如權(quán)利要求17所述模仁的制作方法，其特征在于所述中間過渡層是采用直流磁控濺射、交流反應(yīng)濺射、射頻反應(yīng)濺鍍方法，在氬氣與氮氣的氣氛下形成。
全文摘要
本發(fā)明提供一種模仁，其包括一基底層，該基底層包括一中央?yún)^(qū)域及環(huán)繞該中央?yún)^(qū)域的邊緣區(qū)域，該中央?yún)^(qū)域凸出于該邊緣區(qū)域，該中央?yún)^(qū)域及該邊緣區(qū)域的表面具有一多層膜結(jié)構(gòu)，該多層膜結(jié)構(gòu)具有一位于該模仁表層的類金剛石碳層。本發(fā)明還提供該種模仁的制作方法。
文檔編號B32B7/02GK1982020SQ200510120
公開日2007年6月20日 申請日期2005年12月16日 優(yōu)先權(quán)日2005年12月16日
發(fā)明者陳杰良 申請人:鴻富錦精密工業(yè)(深圳)有限公司, 鴻海精密工業(yè)股份有限公司