專利名稱：模仁及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種模仁，尤其涉及一種具有保護(hù)層的模仁及其制備方法。
背景技術(shù)：
模仁廣泛應(yīng)用于模壓成型制程，特別是制造光學(xué)玻璃產(chǎn)品，如非球面玻璃透鏡、球透鏡、棱鏡等，采用直接模壓成型(DirectPress-molding)技術(shù)可直接生產(chǎn)光學(xué)玻璃產(chǎn)品，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化學(xué)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。因而，模壓成型技術(shù)的發(fā)展實(shí)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a.在高溫時，具有很好的剛性、耐機(jī)械沖擊強(qiáng)度及足夠的硬度；b.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；c.在高溫時模仁表面與光學(xué)玻璃不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，不黏附玻璃；d.不發(fā)生高溫氧化；e.加工性能好，易加工成高精度及高表面光潔度的型面；f.成本低。
傳統(tǒng)模仁大多采用不銹鋼或耐熱合金作為模仁材料，這種模仁容易發(fā)生高溫氧化，在反復(fù)熱沖擊作用下，會發(fā)生晶粒長大，從而模仁表面變粗糙，黏結(jié)玻璃。
為解決上述問題，非金屬及超硬合金(Super-hard Alloy)被用于模仁。例如，碳化硅(SiC)，氮化硅(Si3N4)，碳化鈦(TiC)，碳化鎢(WC)及碳化鎢-鈷合金已經(jīng)被用于制造模仁。但是，上述各種碳化物陶瓷硬度非常高，很難加工成所需要的外形，特別是高精度非球面形。而超硬合金除難以加工之外，使用一段時間之后還可能發(fā)生高溫氧化。
所以，以碳化物或超硬合金為模仁基底，其表面形成有其它材料鍍層或覆層的復(fù)合結(jié)構(gòu)模仁成為新的發(fā)展方向。
現(xiàn)有技術(shù)中提供一種用于直接模壓成型光學(xué)玻璃產(chǎn)品的復(fù)合結(jié)構(gòu)模仁。其采用高強(qiáng)度的超硬合金、碳化物陶瓷或金屬陶瓷作為模仁基底，并在模仁的模壓面形成有銥(Ir)薄膜層，或Ir與鉑(Pt)、錸(Re)、鋨(Os)、銠(Rh)或釕(Ru)的合金薄膜層，或Ru薄膜層，或Ru與Pt、Re、Os、Rh的合金薄膜層。
現(xiàn)有技術(shù)中還提供一種制備用于光學(xué)玻璃產(chǎn)品的復(fù)合結(jié)構(gòu)模仁的方法。其采用高強(qiáng)度的超硬合金、碳化物陶瓷或金屬陶瓷作為模仁基底，并于模仁的模壓面形成一層類金剛石膜(DLC，DiamondLike Carbon)保護(hù)層。
上述復(fù)合結(jié)構(gòu)模仁的貴金屬或其合金薄膜層作為保護(hù)層雖然能起到防止模仁基底與被成形體間發(fā)生粘著現(xiàn)象，以及防止成形時周圍氣體中的氧氣作用而使模仁基體性能惡化的作用。但是，所述貴金屬或其合金薄膜層成本過高，而所述類金剛石膜保護(hù)層熱穩(wěn)定性較差，于高溫時結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定，導(dǎo)致模仁使用壽命較短。
有鑒于此，提供一種能降低成本，且使用壽命長的模仁及其制備方法實(shí)為必要。

發(fā)明內(nèi)容以下，將以實(shí)施例說明一種模仁。
以及通過實(shí)施例說明一種模仁制備方法。
為實(shí)現(xiàn)上述內(nèi)容，提供一種模仁，其包括一模仁基體，其具有一模壓面；一形成于所述模壓面的粘著層；一形成于所述粘著層的擴(kuò)散障層(Diffusion Barrier)；及一形成于所述擴(kuò)散障層的保護(hù)層，所述保護(hù)層的材料為摻硅類金剛石(Si-doped DLC)。
優(yōu)選，所述模仁進(jìn)一步包括一形成于所述保護(hù)層的第二粘著層，以及一形成于所述第二粘著層的第二保護(hù)層。
優(yōu)選，所述模仁基體模壓面的表面粗糙度小于0.05μm。
所述模仁基體是由陶瓷、金屬陶瓷或超硬合金材料制造，包括SiC、Si、Si3N4、ZrO2、Al2O3、TiN、TiO2、TiC、B4C、WC、W或WC-Co。
所述粘著層的材料包括鈦或鉻。
所述粘著層的厚度范圍為0.05μm～0.1μm。
所述擴(kuò)散障層的材料為氮化鈦。
所述擴(kuò)散障層的厚度范圍為0.05μm～0.1μm。
所述保護(hù)層的厚度范圍為0.5μm～3μm。
所述保護(hù)層的表面粗糙度為0.2μm～1.2μm。
以及提供一種模仁制備方法，其包括提供一模仁基體，其具有一模壓面；在所述模仁基體的模壓面形成一粘著層；在所述粘著層表面形成一擴(kuò)散障層；以摻硅類金剛石為材料在所述擴(kuò)散障層表面形成一保護(hù)層。
優(yōu)選，所述模仁制備方法進(jìn)一步包括在所述保護(hù)層表面形成一第二粘著層；以及以摻硅類金剛石為材料在所述第二粘著層表面形成一保護(hù)層。
優(yōu)選，在形成所述粘著層之前，對所述模壓面進(jìn)行研磨。
優(yōu)選，在所述模仁基體模壓面經(jīng)研磨后，對其進(jìn)行清洗。
所述粘著層、擴(kuò)散障層及保護(hù)層采用濺射法或化學(xué)氣相沉積法形成。
優(yōu)選，所述模仁制備方法進(jìn)一步包括對所述模仁進(jìn)行退火處理。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)施例提供的模仁中，所述保護(hù)層采用摻硅類金剛石為材料，且由于硅的摻入，使得類金剛石材料于較高溫度下仍可保持其結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，可有效防止保護(hù)層因高溫時結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定導(dǎo)致影響模仁的使用壽命。另，由于本實(shí)施例提供的模仁還可具有第二保護(hù)層，即使該第二保護(hù)層損壞，還可通過研磨去除所述第二保護(hù)層及第二粘著層，而繼續(xù)使用，從而兼具低成本及使用壽命長的優(yōu)點(diǎn)。此外，所述模仁基體模壓面的表面粗糙度小于0.05μm，加工變質(zhì)層厚度較小，因此模仁使用壽命也隨之提高。

圖1是本發(fā)明第一實(shí)施例用于模壓光學(xué)玻璃產(chǎn)品的模仁的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2是本發(fā)明第二實(shí)施例用于模壓光學(xué)玻璃產(chǎn)品的模仁的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。
請參閱圖1，本發(fā)明的第一實(shí)施例提供一種用于模壓光學(xué)玻璃產(chǎn)品的模仁100，其包括一模仁基體10，其具有一模壓面11；一形成于所述模壓面11的粘著層12；一形成于所述粘著層12的擴(kuò)散障層13；以及一形成于所述擴(kuò)散障層13的保護(hù)層15，所述保護(hù)層15的材料為摻硅類金剛石。
優(yōu)選，所述模壓面11的表面粗糙度小于0.05μm。
所述模仁基體10是由陶瓷、金屬陶瓷或超硬合金材料制造，包括SiC、Si、Si3N4、ZrO2、A12O3、TiN、TiO2、TiC、B4C、WC、W或WC-Co。
所述粘著層12的材料包括鈦或鉻。
所述擴(kuò)散障層13的材料為氮化鈦。
本實(shí)施例中，模壓面11的表面粗糙度為小于0.05μm，故模壓面11的加工變質(zhì)層很小，且能與鈦粘著層致密結(jié)合，故，能延長模仁的使用壽命。保護(hù)層15具有較高的硬度值及較低的摩擦系數(shù)，能滿足模仁對材料的要求。而所述保護(hù)層15的表面粗糙度為0.2～1.2μm，使得模仁具有較佳性能。若粗糙度小于0.2μm，則成形體不易脫膜，而粗糙度大于1.2μm，則容易影響欲模壓產(chǎn)品設(shè)計的形狀。
本實(shí)施例的粘著層12及擴(kuò)散障層13的厚度范圍均為0.05μm～0.1μm；保護(hù)層15的厚度范圍為0.5～3μm。所述粘著層12主要用于增加擴(kuò)散障層13、保護(hù)層15與模仁基體10之間的附著性。所述擴(kuò)散障層13用于防止活性原子與后續(xù)濺鍍的保護(hù)層15產(chǎn)生反應(yīng)，而影響保護(hù)層15的性能。
請參閱圖2，本發(fā)明的第二實(shí)施例提供一種用于模壓光學(xué)玻璃產(chǎn)品的模仁100′，本實(shí)施例與本技術(shù)方案的第一實(shí)施例不同之處在于，所述模仁基體100′不僅包括所述第一實(shí)施例提供的模仁100，還進(jìn)一步包括一形成于所述保護(hù)層15的第二粘著層16，以及一形成于所述第二粘著層16的第二保護(hù)層18。本實(shí)施例提供的模仁100′，即使所述第二保護(hù)層18在使用過程中損壞，還可通過研磨去除所述第二保護(hù)層18及第二粘著層16，而繼續(xù)使用，使用壽命較長。
本實(shí)施例還提供所述模仁的制備方法。
請參閱圖1，本實(shí)施例提供的第一種方法包括以下步驟提供一模仁基體10，其具有一模壓面11；在所述模仁基體10的模壓面11形成一粘著層12；在所述粘著層12表面形成一擴(kuò)散障層13；以摻硅類金剛石為材料在所述擴(kuò)散障層13表面形成一保護(hù)層15，形成模仁100。
以下，本技術(shù)方案結(jié)合實(shí)施例對各步驟進(jìn)行詳細(xì)說明。
步驟(1)，提供一模仁基體10，其具有一模壓面11。提供一模仁基體10，并通過研磨將所述模壓面11的表面粗糙度降至0.05μm以下，研磨完畢后對所述模仁基體10進(jìn)行清洗，清洗方式可包括超音波震蕩清洗或?yàn)R射清洗。所述模仁基體10是由陶瓷、金屬陶瓷或超硬合金材料制造，包括SiC、Si、Si3N4、ZrO2、Al2O3、TiN、TiO2、TiC、B4C、WC、W或WC-Co。本實(shí)施例中，通過采用較小號數(shù)的研磨工具將該模壓面11研磨至0.03μm的表面粗糙度。然后，將所述模仁基體10放入丙酮溶液中以超音波震蕩清洗20分鐘，再放入乙醇溶液中以超音波震蕩清洗10分鐘；然后，采用氮?dú)鈽寚姼稍撃Ｈ驶w10；接著將該模仁基體10放進(jìn)磁控濺鍍機(jī)(圖未示)中，于2～7×10-3torr的氬氣環(huán)境下，以300V的偏壓利用等離子進(jìn)行濺射清洗10分鐘。
步驟(2)，在所述模仁基體10的模壓面11形成一粘著層12。所述粘著層12可采用濺射法或化學(xué)氣相沉積法形成，所述濺射法包括偏壓反應(yīng)濺射、射頻濺射及共濺射。所述粘著層12的材料包括鈦或鉻，其厚度范圍為0.05μm～0.1μm。本實(shí)施例中采用偏壓反應(yīng)濺射法形成所述粘著層12，偏壓范圍為-20V～-60V。以鈦金屬為靶材，于2～7×10-3torr的氬氣環(huán)境下，于所述模壓面11表面形成厚度為0.06μm的粘著層12。
步驟(3)，在所述粘著層12表面形成一擴(kuò)散障層13。本步驟與步驟(2)大致相同，其不同之處在于，本步驟中所述擴(kuò)散障層13是在2～7×10-3torr的氬氣與氮?dú)饣旌蠚怏w環(huán)境下形成。故通過本步驟于所述粘著層12表面形成的擴(kuò)散障層13為一氮化鈦層。
步驟(4)，以摻硅類金剛石為材料在所述擴(kuò)散障層13表面形成一保護(hù)層15，形成模仁100。所述保護(hù)層15也可采用濺射法或化學(xué)氣相沉積法形成，所述濺射法包括偏壓反應(yīng)濺射、射頻濺射及共濺射。所述保護(hù)層15的材料包括類金剛石及硅，其厚度范圍為0.5μm～3μm。本實(shí)施例中采用共濺射形成所述保護(hù)層15，偏壓范圍為-50V～-100V。為形成所述摻硅類金剛石材料，采用純石墨及硅作為共濺射的兩靶材，于2～10×10-3torr的氬氣環(huán)境下，于所述擴(kuò)散障層13表面形成厚度為2μm的保護(hù)層15。
本技術(shù)方案還可進(jìn)一步對所述模仁100進(jìn)行退火處理，退火溫度的范圍為200～300℃。本實(shí)施例中將所述模仁100置于一加熱腔中，以氬氣為保護(hù)氣體，保持0.5～2小時250℃的高溫進(jìn)行退火，使所述保護(hù)層15的表面粗糙度控制于0.2～1.2μm范圍內(nèi)。
請參閱圖2，本實(shí)施例提供的第二種方法與第一種方法不同之處在于，于前述步驟(4)之后，本實(shí)施例提供的第二種方法還進(jìn)一步包括步驟(5)，在所述保護(hù)層15表面形成一第二粘著層16；以及步驟(6)，以摻硅類金剛石為材料在所述第二粘著層16表面形成一第二保護(hù)層18。
所述第二粘著層16及第二保護(hù)層18的形成步驟(5)及步驟(6)可分別參照所述粘著層12及保護(hù)層15的形成步驟(2)及步驟(4)。
同樣，本實(shí)施例還可進(jìn)一步對所述模仁100′進(jìn)行退火處理，其退火處理也可參照所述模仁100的退火處理。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)施例提供的模仁中，所述保護(hù)層采用摻硅類金剛石為材料，且由于硅的摻入，使得類金剛石材料于較高溫度下仍可保持其結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，可有效防止保護(hù)層因高溫時結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定導(dǎo)致影響模仁的使用壽命。另，由于本實(shí)施例提供的模仁還可具有第二保護(hù)層，即使該第二保護(hù)層損壞，還可通過研磨去除所述第二保護(hù)層及第二粘著層，而繼續(xù)使用，從而兼具低成本及使用壽命長的優(yōu)點(diǎn)。所述模仁基體模壓面的表面粗糙度小于0.05μm，加工變質(zhì)層厚度較小，因此模仁使用壽命也隨之提高。此外，經(jīng)過退火處理后，所述模仁保護(hù)層的表面粗糙度控制于0.2～1.2μm范圍內(nèi)，使得模仁具有良好脫膜性。
權(quán)利要求
1.一種模仁，其包括一模仁基體，其具有一模壓面；一形成于所述模壓面的粘著層；一形成于所述粘著層的擴(kuò)散障層；以及一形成于所述擴(kuò)散障層的保護(hù)層；其特征在于，所述保護(hù)層的材料為摻硅類金剛石。
2.如權(quán)利要求1所述的模仁，其特征在于，所述模仁進(jìn)一步包括一形成于所述保護(hù)層的第二粘著層，以及一形成于所述第二粘著層的第二保護(hù)層。
3.如權(quán)利要求1或2所述的模仁，其特征在于，所述模壓面的表面粗糙度小于0.05μm。
4.如權(quán)利要求1或2所述的模仁，其特征在于，所述模仁基體是由SiC、Si、Si3N4、ZrO2、Al2O3、TiN、TiO2、TiC、B4C、WC、W或WC-Co制成。
5.如權(quán)利要求1或2所述的模仁，其特征在于，所述粘著層的材料包括鈦或鉻。
6.如權(quán)利要求5所述的模仁，其特征在于，所述粘著層的厚度范圍為0.05μm～0.1μm。
7.如權(quán)利要求1或2所述的模仁，其特征在于，所述擴(kuò)散障層的材料為氮化鈦。
8.如權(quán)利要求7所述的模仁，其特征在于，所述擴(kuò)散障層的厚度范圍為0.05μm～0.1μm。
9.如權(quán)利要求1或2所述的模仁，其特征在于，所述保護(hù)層的厚度范圍為0.5μm～3μm。
10.如權(quán)利要求1或2所述的模仁，其特征在于，所述保護(hù)層的表面粗糙度為0.2μm～1.2μm。
11.一種模仁制備方法，其包括提供一模仁基體，其具有一模壓面；在所述模仁基體的模壓面形成一粘著層；在所述粘著層表面形成一擴(kuò)散障層；以摻硅類金剛石為材料在所述擴(kuò)散障層表面形成一保護(hù)層。
12.如權(quán)利要求11所述的模仁制備方法，其特征在于，所述模仁制備方法進(jìn)一步包括在所述保護(hù)層表面形成一第二粘著層；以及以摻硅類金剛石為材料在所述第二粘著層表面形成一保護(hù)層。
13.如權(quán)利要求11項(xiàng)或第12所述的模仁制備方法，其特征在于，在形成所述粘著層之前，對所述模壓面進(jìn)行研磨。
14.如權(quán)利要求13所述的模仁制備方法，其特征在于，在所述模壓面經(jīng)研磨后，對其進(jìn)行清洗。
15.如權(quán)利要求14所述的模仁制備方法，其特征在于，所述清洗包括超音波震蕩清洗及濺射清洗。
16.如權(quán)利要求11項(xiàng)或第12所述的模仁制備方法，其特征在于，所述粘著層、擴(kuò)散障層及保護(hù)層采用濺射法或化學(xué)氣相沉積法形成。
17.如權(quán)利要求16所述的模仁制備方法，其特征在于，所述濺射法包括偏壓反應(yīng)濺射、射頻濺射及共濺射。
18.如權(quán)利要求11項(xiàng)或第12所述的模仁制備方法，其特征在于，所述模仁制備方法進(jìn)一步包括對所述模仁進(jìn)行退火處理。
全文摘要
本發(fā)明提供一種具有保護(hù)層的模仁，其包括一模仁基體，其具有一模壓面；一形成于所述模壓面的粘著層；一形成于所述粘著層的擴(kuò)散障層；及一形成于所述擴(kuò)散障層的保護(hù)層，所述保護(hù)層的材料為摻硅類金剛石。本發(fā)明還提供所述模仁的制備方法。
文檔編號C03B11/08GK1899992SQ20051003611
公開日2007年1月24日 申請日期2005年7月19日 優(yōu)先權(quán)日2005年7月19日
發(fā)明者顏士杰 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