專利名稱：光學(xué)元件成型模具及其制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及通過壓制成型制作玻璃光學(xué)元件，譬如玻璃透鏡和棱鏡所用的光學(xué)元件成型模具，及制做這種模具的方法。
利用壓制成型制做光學(xué)元件，例如玻璃透鏡，不需要任何拋光步驟，這種制作技術(shù)不需要傳統(tǒng)制造中所需的復(fù)雜過程，使光學(xué)元件的制作既簡單又低廉。尤其是近年來，這種技術(shù)開始用在棱鏡和其它特殊玻璃光學(xué)元件以及透鏡的制作中。
用在這種玻璃光學(xué)元件壓制成型中的模具材料需要有高硬度，高抗熱性，良好的釋放應(yīng)力特性和很好的鏡面可加工性。慣常，選用金屬和陶瓷作為模具材料，在各種制作方法中，用上述的任何一種材料涂覆成型表面。
例如，日本延遲公開專利No.49-51112，52-45613，和60-246230提出分別用13Cr馬氏鋼，SiC和Si3N4以及涂一層摻有稀有金屬的碳化物粘接層的材料。日本延遲公開專利No.61-183134，61-281030和1-301864建議采用一種薄的金鋼石或類似金鋼石的碳膜層。日本延遲公開專利No.64-83529建議采用一種玻璃層的材料。同樣，日本專利公開No.2-31012提出一種方法，它是在透鏡或者成型模具上形成一層5-500nm厚的碳膜層。
遺憾的是，上述的13Cr馬氏鋼其缺點是，鋼容易氧化，鋼中的Fe擴散至玻璃中，在高溫下形成帶色的玻璃。通常，需考慮SiC和Si3N4是不容易氧化的。然而，在高溫下，這些材料會氧化，在玻璃受到融熔而在表面上形成SiO2。用稀有金屬涂層的材料不容易熔化，然而由于這種涂層是非常軟的，所以這種材料易于損傷和形變。
通常，采用類金鋼石碳膜層，a-CH膜層，或一種硬碳膜層的成型模具可改進模具與玻璃之間的脫模特性，使其與玻璃不熔化。然而，在使用軟玻璃材料時，脫模容易引起玻璃的開裂。所以，要求進一步改進脫模性能。一層薄的金剛石膜層具有高的硬度和高的熱穩(wěn)定性。而這種類金剛石碳膜層其模具與玻璃之間的脫模性能不及上述的類金剛石碳膜層，a-CH膜層，和硬碳膜層，即所謂的無定形碳膜層。所以，對膜層的脫模性能也需要提高。
另，在日本專利No.2-31012中所描述的實施例中，采用真空淀積形成碳膜層。然而，這種碳膜層通常對基襯和成形時的物件有一種弱的附著力。即，膜層在耐用性方面存在問題。
本發(fā)明已經(jīng)考慮到上述情形，其目的是提供一種光學(xué)元件成型模，它與玻璃不相熔合.，并具有高硬度，高表面平滑度和高的模具耐用性，以及制作這種模具的方法。
為了解決上述問題和取得該目的，本發(fā)明光學(xué)元件成型模具的第一個方面其特征是由下述的結(jié)構(gòu)設(shè)置所表征。
即，該光學(xué)元件成型模具是一種利用壓制成型制做玻璃光學(xué)元件用的光學(xué)元件成型模具，其中內(nèi)含鋰元素或鋰化合物的TaN薄膜層作為一個脫模層形成在至少一個模件表面上。
根據(jù)第二個方面，本發(fā)明的光學(xué)元件成型模具其特征是具有下述的配置。
即，這種光學(xué)元件成型模具是一種利用壓制成型制做玻璃光學(xué)元件的光學(xué)元件成型模具。其中，含鋰元素或鋰化合物的氮化鈦TiN薄膜層形成在至少一個模件表面上作為脫模層。
根據(jù)第三個方面，本發(fā)明的光學(xué)元件成型模具由下述配置表征。
即，這種光學(xué)元件成型模具是一種利用壓制成型制做玻璃光學(xué)元件的光學(xué)元件成型模具。其中，含鋰元素或鋰化合物的ZrN薄膜層作為脫模層形成在至少一個模件表面上。
根據(jù)第四個方面，本發(fā)明的光學(xué)元件成型模具由下述配置表征。
即，這種光學(xué)元件成型模具是一種利用壓制成型制做玻璃光學(xué)元件的光學(xué)元件成型模具。其中，含鋰元素或鋰化合物的TiC薄膜層作為脫模層形成在至少一個模件表面上。
根據(jù)第五個方面，本發(fā)明的光學(xué)元件成型模具由下述配置表征。
即，這種光學(xué)元件成型模具是一種利用壓制成型制做玻璃光學(xué)元件的光學(xué)元件成型模具。其中，含鋰元素或鋰化合物的TiCN薄膜層作為脫模層形成在至少一個模件表面上。
根據(jù)第六個方面，本發(fā)明的光學(xué)元件成型模具由下述配置表征。
即，這種光學(xué)元件成型模具是一種利用壓制成型制做玻璃光學(xué)元件的光學(xué)元件成型模具。其中，含鋰元素或鋰化合物的MoC薄膜層作為脫模層形成在至少一個模件表面上。
根據(jù)第七個方面，本發(fā)明的光學(xué)元件成型模具由下述配置表征。
即，這種光學(xué)元件成型模具是一種利用壓制成型制做玻璃光學(xué)元件的光學(xué)元件成型模具。其中，含鋰元素或鋰化合物的SiC薄膜層作為脫模層形成在至少一個模件表面上。
根據(jù)第八個方面，本發(fā)明的光學(xué)元件成型模具由下述配置表征。
即，這種光學(xué)元件成型模具是一種利用壓制成型制做玻璃光學(xué)元件的光學(xué)元件成型模具。其中，含鋰元素或鋰化合物的SiN薄膜層作為脫模層形成在至少一個模件表面上。
根據(jù)第九個方面，本發(fā)明的光學(xué)元件成型模具由下述配置表征。
即，這種光學(xué)元件成型模具是一種利用壓制成型制做玻璃光學(xué)元件的光學(xué)元件成型模具。其中，含鋰元素或鋰化合物的CrC薄膜層作為脫模層形成在至少一個模件表面上。
同樣，根據(jù)第一方面有關(guān)制做本發(fā)明光學(xué)元件成型模具的方法由下述方案表征。
即，在利用壓制成型制做玻璃光學(xué)元件的光學(xué)元件成型模具制做方法中，利用含有鋰元素或鋰化合物的金屬源材料通過電離鍍膜方法使包含鋰元素或鋰化合物的TaN薄膜層作為脫模層形成在成型模具的至少一個成型表面。
根據(jù)第二方面，制做本發(fā)明光學(xué)元件成型模具的方法由下述方案表征。
即，在利用壓制成型制做玻璃光學(xué)元件的光學(xué)元件成型模具制做方法中，利用含有鋰元素或鋰化合物的金屬源材料通過電離鍍膜方向使包含鋰元素或鋰化合物的TiN薄膜層作為脫模層形成在成型模具的至少一個成型表面上。
根據(jù)第三方面，制做本發(fā)明光學(xué)元件成型模具的方法由下述方案表征。
即，在利用壓制成型制做玻璃光學(xué)元件的光學(xué)元件成型模具制做方法中，利用含有鋰元素或鋰化合物的金屬源材料通過電離鍍膜方法使包含鋰元素或鋰化合物的ZrN薄膜層作為脫模層形成在成型模具的至少一個成型表面上。
根據(jù)第四方面，本發(fā)明制做光學(xué)元件成型模具的方法由下述方案表征。
即，在利用壓制成型制做玻璃光學(xué)元件的光學(xué)元件成型模具制做方法中，利用含有鋰元素或鋰化合物的金屬源材料通過電離鍍膜方法使包含鋰元素或鋰化合物的TiC薄膜層作為脫模層形成在成型模具的至少一個成型表面上。
根據(jù)第五方面，本發(fā)明制做光學(xué)元件成型模具的方法由下述方案表征。
即，在利用壓制成型制做玻璃光學(xué)元件的光學(xué)元件成型模具制做方法中，利用含有鋰元素或鋰化合物的金屬源材料通過電離鍍膜方法使包含鋰元素或鋰化合物的TiCN薄膜層作為脫模層形成在成型模具的至少一個成型表面上。
根據(jù)第六方面，本發(fā)明制做光學(xué)元件成型模具的方法由下述方案表征。
即，在利用壓制成型制做玻璃光學(xué)元件的光學(xué)元件成型模具制做方法中，利用含有鋰元素或鋰化合物的金屬源材料通過電離鍍膜方法使包含鋰元素或鋰化合物的MoC薄膜層作為脫模層形成在成型模具的至少一個成型表面上。
根據(jù)第七方面，本發(fā)明制做光學(xué)元件成型模具的方法由下述方案表征。
即，在利用壓制成型制做玻璃光學(xué)元件的光學(xué)元件成型模具制做方法中，利用含有鋰元素或鋰化合物的金屬源材料通過電離鍍膜方法使包含鋰元素或鋰化合物的SiC薄膜層作為脫模層形成在成型模具的至少一個成型表面上。
根據(jù)第八方面，本發(fā)明制做光學(xué)元件成型模具的方法由下述方案表征。
即，在利用壓制成型制做玻璃光學(xué)元件的光學(xué)元件成型模具制做方法中，利用含有鋰元素或鋰化合物的金屬源材料通過電離鍍膜方法使包含鋰元素或鋰化合物的SiN薄膜層作為脫模層形成在成型模具的至少一個成型表面上。
根據(jù)第九方面，本發(fā)明制做光學(xué)元件成型模具的方法由下述方案表征。
即，在利用壓制成型制做玻璃光學(xué)元件的光學(xué)元件成型模具制做方法中，利用含有鋰元素或鋰化合物的金屬源材料通過濺射鍍膜方法使包含鋰元素或鋰化合物的CrC薄膜層作為脫模層形成在成型模具的至少一個成型表面上。
根據(jù)第十方面，本發(fā)明制做光學(xué)元件成型模具的方法由下述方案表征。
即，在利用壓制成型制做玻璃光學(xué)元件的光學(xué)元件成型模具制做方法中，利用含有鋰元素或鋰化合物的金屬源材料通過濺射鍍膜方法使包含鋰元素或鋰化合物的SiC薄膜層作為脫模層形成在成型模具的至少一個成型表面上。
根據(jù)第十一方面，本發(fā)明制做光學(xué)元件成型模具的方法由下述方案表征。
即，在利用壓制成型制做玻璃光學(xué)元件的光學(xué)元件成型模具制做方法中，利用含有鋰元素或鋰化合物的金屬源材料通過濺射鍍膜方法使包含鋰元素或鋰化合物的TiN薄膜層作為脫模層形成在成型模具的至少一個成型表面上。
根據(jù)第十二方面，本發(fā)明制做光學(xué)元件成型模具的方法由下述方案表征。
即，在利用壓制成型制做玻璃光學(xué)元件的光學(xué)元件成型模具制做方法中，利用含有鋰元素或鋰化合物的金屬源材料通過濺射鍍膜方法使包含鋰元素或鋰化合物的TaN薄膜層作為脫模層形成在成型模具的至少一個成型表面上。
根據(jù)第十三方面，本發(fā)明制做光學(xué)元件成型模具的方法由下述方案表征。
即，在利用壓制成型制做玻璃光學(xué)元件的光學(xué)元件成型模具制做方法中，利用含有鋰元素或鋰化合物的金屬源材料通過濺射鍍膜方法使包含鋰元素或鋰化合物的ZrN薄膜層作為脫模層形成在成型模具的至少一個成型表面上。
根據(jù)第十四方面，本發(fā)明制做光學(xué)元件成型模具的方法由下述方案表征。
即，在利用壓制成型制做玻璃光學(xué)元件的光學(xué)元件成型模具制做方法中，利用含有鋰元素或鋰化合物的金屬源材料通過濺射鍍膜方法使包含鋰元素或鋰化合物的TiC薄膜層作為脫模層形成在成型模具的至少一個成型表面上。
根據(jù)第十五方面，本發(fā)明制做光學(xué)元件成型模具的方法由下述方案表征。
即，在利用壓制成型制做玻璃光學(xué)元件的光學(xué)元件成型模具制做方法中，利用含有鋰元素或鋰化合物的金屬源材料通過濺射鍍膜方法使包含鋰元素或鋰化合物的TiCN薄膜層作為脫模層形成在成型模具的至少一個成型表面上。
根據(jù)第十六方面，本發(fā)明制做光學(xué)元件成型模具的方法由下述方案表征。
即，在利用壓制成型制做玻璃光學(xué)元件的光學(xué)元件成型模具制做方法中，利用含有鋰元素或鋰化合物的金屬源材料通過濺射鍍膜方法使包含鋰元素或鋰化合物的MoC薄膜層作為脫模層形成在成型模具的至少一個成型表面上。
根據(jù)第十七方面，本發(fā)明制做光學(xué)元件成型模具的方法由下述方案表征。
即，在利用壓制成型制做玻璃光學(xué)元件的光學(xué)元件成型模具制做方法中，利用含有鋰元素或鋰化合物的金屬源材料通過濺射鍍膜方法使包含鋰元素或鋰化合物的SiN薄膜層作為脫模層形成在成型模具的至少一個成型表面上。
根據(jù)第十八方面，本發(fā)明制做光學(xué)元件成型模具的方法由下述方案表征。
即，一種在成型表面上包含至少一類堿金屬脫模層的制做光學(xué)元件成型模具的方法，其中脫模層由一種濺射方法，即使用二個或多個靶的濺射方法，至少其中一個靶包含一種堿金屬，至少另一靶是由形成一種金屬碳化物，一種金屬氮化物，或一種金屬氮碳化合物的靶所形成。
根據(jù)第十九方面，本發(fā)明制做光學(xué)元件成型模具的方法由下述方案表征。
即，一種在成型表面上包含至少一類堿金屬脫模層的制做光學(xué)元件成型模具的方法，其中脫模層由一種濺射方法形成，即該濺射方法利用二個或多個靶，至少其中一個靶包含一種堿金屬，至少另一靶是用于形成金屬碳化物，金屬氮化物，或金屬氮碳化合物，和一種堿金屬和金屬碳化物，金屬氮化物或金屬氮碳化合物的混合層利用同時濺射含有堿金屬的靶和用于形成金屬碳化物，金屬氮化物或金屬氮碳化合物的靶形成在至少距光學(xué)元件成型表面為100mm或100mm以上的范圍內(nèi)。
本發(fā)明者由下述的研究取得了上述的發(fā)明。即，在考慮傳統(tǒng)的光學(xué)元件成型模具存在的諸問題中，本發(fā)明者對添加物影響作為成型表面的表面層的脫模層的成型性能關(guān)系進行了全面的實驗。由此，本發(fā)明者就有可能闡明堿金屬，尤其是鋰對成型性能的影響。
傳統(tǒng)的成型模具的表面，任何一種金屬碳化物，金屬氮化物和金屬氮碳化合物的薄燒結(jié)膜層對玻璃具有相當強的附著力，于是存在脫模性能方面的問題。因此，對于軟玻璃，大透鏡直徑的光學(xué)元件和小曲率半徑的光學(xué)元件進行模制時，玻璃會開裂并附著于模具。對此，本發(fā)明作出許多研究，通過把不同的元素加到脫模層中來取得較好的脫模性能。由此，本發(fā)明者發(fā)現(xiàn)，在鋰元素或鋰化合物加入脫模層時，將使模具與玻璃之間的附著作用大大地下降。
即，盡管鋰元素可以包含在許多種類的玻璃中，但是這種元素具有很高的活性。通常，從來沒有提議在模具的表面上形成包含這種元素的膜層，也沒有使用這種膜層作為脫模層。然而，由本發(fā)明者所作的上述廣泛的研究揭示，在模具的表面存在微量的鋰元素或它的化合物將有助于提高模具和玻璃之間的脫模性能。雖然其原因至今還不甚清楚，但是可推斷出鋰元素和其化合物，例如氧化物，具有低的熔點和在玻璃模壓溫度時容易氣化的特性，所以該元素或化合物在玻璃和模具之間界面內(nèi)具有作為脫模層(在這種情形下是一種氣層)的功能。
于是，本發(fā)明以此為基礎(chǔ)來實現(xiàn)光學(xué)元件成型模具，這種模具不與玻璃熔融，具有高的硬度、高的表面光滑度和高的模制耐用性。
同樣，在制做成型表面上具有至少內(nèi)含一種類型的堿金屬的脫模層的光學(xué)元件成型模具方法中，該脫模層由濺射方法形成，該濺射方法使用二個或多個靶，至少一個靶含有堿金屬，至少其余的一個靶是一個用于形成金屬碳化物，金屬氮化物或金屬氮碳化物的靶。這種方法用于形成一種光學(xué)元件成型模具，它不與玻璃熔融，具有高的硬度，高的表面平滑度和高的模具耐用性。
另，在本發(fā)明中，內(nèi)含至少一種堿金屬的脫模層是利用濺射方法形成在成型表面上，該濺射方法利用二個或多個靶，至少一個靶含有堿金屬，至少其余的一個靶是用于形成金屬碳化物，金屬氮化物或金屬氮碳化物的靶。由此，可以將堿金屬高度可控地添加到金屬碳化物，金屬氮化物或金屬氮碳化物中。
除上述討論之外的目的和優(yōu)點，對本領(lǐng)域技術(shù)人員來說可由下述的優(yōu)選實施例的描述得知，說明書尚需參見附圖，附圖是說明書的一部分，它是本發(fā)明的舉例。然而，這樣的例子不是包羅本發(fā)明的所有實施例，所以還需參見權(quán)利要求，它位于說明書之后用于確定發(fā)明的范圍。
圖1A和1B表示本發(fā)明光學(xué)元件成型模具的截面示意圖；圖2表示按第一實施例采用電離鍍層方法形成脫模層的裝置示意圖；圖3表示按第一實施例采用濺射方法形成脫模層的裝置示意圖；圖4表示采用按本發(fā)明的光學(xué)元件成型模具的透鏡成型裝置截面圖；圖5表示第一實施例中例2至例5和比較例1至例4的結(jié)果表；圖6表示第一實施例中例6至例10和比較例5和例6的結(jié)果表；圖7表示第一實施例中例11至例16和比較例7和例8的結(jié)果表；圖8表示第一實施例中例19至例21的結(jié)果表；圖9表示第一實施例中例22至例24的結(jié)果表；圖10表示采用第二實施例的濺射方法的脫模層形成裝置的示意圖；圖11表示第二實施例中例2至例5和比較例1至例4的結(jié)果表；圖12表示第二實施例中例6至例11和比較例5和例6的結(jié)果表；圖13表示第一實施例中例12至例15和比較例7和例8的結(jié)果表；圖14表示第二實施例中例16至例20和比較例9和例10的結(jié)果表。
第一實施例下面將參見


本發(fā)明制做光學(xué)元件成型模具的方法。圖1A和1B是成型模具.的示意截面圖。在圖1A和1B中，引用數(shù)字1表示模具基底金屬，2為由任一種金屬碳化物，金屬氮化物和金屬氮碳化物所制成的薄膜層，這些金屬物中含有一種或多種鋰，鉀和鈉元素，或者這些元素的一種或多種化合物。參見圖1B，中間層3形成在模具基底金屬1和金屬碳化物，金屬氮化物或金屬氮碳化物的薄膜層2之間。
雖然該實施例表示一種凹透鏡成型模具，但本發(fā)明并不限于凹透鏡成型模具。即，本發(fā)明同樣可應(yīng)用于凸透鏡成型模具，球面透鏡成型模具，柱面透鏡成型模具等光學(xué)元件成型模具。
在本發(fā)明中，含有一種或多種鋰，鉀和鈉元素，或者一種或多種這些元素的化合物的脫模層，用作成型模具的成型表面上的薄膜層，這種脫模層采用內(nèi)含一種或多種鋰，鉀和鈉元素，或者這些元素的化合物作為金屬源，或者采用選自一種金屬碳化物，金屬氮化物和金屬氮碳化物的材料，通過電離鍍層方法或濺射方法予以形成。其結(jié)果是，在模具的至少一個成型表面上形成任一層內(nèi)含一種或多種鋰、鉀和鈉元素，或者一種或多種這些元素的化合物的薄膜層。
圖2表示在電離鍍層方法中所用的膜層形成裝置示意圖。在圖2中，數(shù)字21表示真空容器；22表示連接至油擴散泵，旋轉(zhuǎn)泵和真空泵(均未圖示)的排氣口；23表示供氣口；24表示連接至氣體鋼瓶，壓力調(diào)節(jié)器和閥(未圖示)的氣流速率控制器。
數(shù)字25表示射頻RF電源；26表示匹配器；27表示RF線圈；28表示基襯座；29表示基襯。由DC電源210將負的直流偏壓加至基襯和基襯座，211表示電子源；212表示電子源211的電源。采用電子源211發(fā)射的電子束可以熱熔化和氣化金屬源，或金屬碳化物，金屬氮化物和金屬氮碳化物材料(下文稱為蒸發(fā)源)。
上述電離鍍層方法的步驟如下(1)至少將含有碳和氮之一，或者兩者的氣體加入真空容器。
(2)由電子束將蒸發(fā)源213熔化和蒸發(fā)。
(3)將含有碳和氮中之一種，或兩者的氣體和蒸發(fā)源物質(zhì)在射頻條件下變成一種等離子體、然后成離子。
(4)通過對基襯施加負偏壓將離子輻射至基襯上。
(5)含有碳和氮中之一種，或兩者的氣體和蒸發(fā)源物質(zhì)允許在等離子體內(nèi)，或在基襯的表面上互相作用。
(6)在基襯表面上形成任一種金屬碳化物，金屬氮化物，和金屬氮碳化物的薄膜層。
本發(fā)明的電離鍍層方法完全不局限于上述的裝置和系統(tǒng)。例如，在這種方法中，也可以采用電能來熱熔化和氣化蒸發(fā)源，或者利用直流電弧放電來熔化和氣化蒸發(fā)源。DC放電也可用于形成一種氣體和氣化的金屬的等離子體。另，可以采用施加射頻的方法來對基襯加偏壓。
圖3表示用在濺射方法中的膜層形成裝置的示意圖。在圖3中，數(shù)字31表示真空容器；32表示連接至油擴散泵，旋轉(zhuǎn)泵和真空泵(均未圖示)的排氣口；33表示基襯座；34表示基襯；35表示連接至氣體鋼瓶，壓力調(diào)節(jié)器和閥(均未圖示)的供氣口。
數(shù)字36表示一種選用的金屬碳化物，金屬氮化物，和金屬氮碳化物材料(下面稱為靶材料)；37表示RF電源；38表示匹配器。
在上述裝置中采用這種濺射方法時，成型模具的成型表面由下述步驟形成。
(1)至少將含有碳和氮之一，或者兩者的氣體供入真空容器。
(2)通過對靶材料加射頻，將至少含有碳和氮之一，或兩者的氣體和蒸發(fā)源物質(zhì)轉(zhuǎn)變成等離子體、然后成為離子。
(3)靶材料受到濺射。
(4)在等離子體內(nèi)，或在基襯表面上的含有碳和氮之一，或兩者的氣體和靶材料可以互相作用。
(5)在基襯表面上形成任一種金屬碳化物，金屬氮化物和金屬氮碳化物的薄膜層。
本發(fā)明的濺射方法完全不局限于上述的裝置和系統(tǒng)。例如，也可使用一種直流能源的裝置或系統(tǒng)來替代射頻能源。也可以使用磁控管濺射方法，其中靠近靶材料設(shè)置一磁鐵，或者采用靶材料互相對向的對向濺射方法。
在上述的電離鍍層方法和濺射方法中，形成任一種金屬碳化物，金屬氮化物和金屬氮碳化物的薄膜層需要下述的方法。
(1)利用熔化或濺射使基襯表面上的選自一種金屬碳化物，金屬氮化物和金屬氮碳化物的金屬材料源得到氣化。
(2)使至少含有碳和氮之一，或兩者的氣體變成一種等離子體。
(3)在等離子體內(nèi)，或者在基襯表面上的含有碳和氮之一，或兩者的氣體，蒸發(fā)源的氣體或靶材可以互相作用。
(4)在基襯表面上形成任一種金屬碳化物，金屬氮化物和金屬氮碳化物的薄膜層。
一種金屬碳化物可以通過將含碳的氣體，例如，氣態(tài)烴，如甲烷，乙烷，乙烯，或乙炔，一氧化碳，或鹵代碳，加入至膜層形成氣體中，并使氣體與金屬作用。一種金屬氮化物，可以將例如，氮氣，氨，或鹵代氮等含氮氣體加入至膜層形成氣體中，并使氣體與金屬作用來形成。一種金屬氮碳化物可以通過將含碳氣體和含氮氣體兩者加入至膜層形成氣體中，并使這些氣體與金屬作用來形成。
在這種形成方式中，可以適當?shù)貙⒑瑲涞臍怏w，或一種惰性氣體(如，氦，氬，氖)加入至膜層形成氣體中。尤其，在濺射方法中，需要添加具有明顯濺射效果的惰性氣體，例如氬氣。
在本發(fā)明中，當薄膜層是由電離鍍層方法，利用任一種金屬碳化物，金屬氮化物和金屬氮碳化物形成時，可以通過將選自鋰、鉀和鈉元素中的一個或多個，或者這些元素的一個或多個化合物添加至選自金屬碳化物，金屬氮化物和金屬氮碳化物的金屬源或金屬材料中，將鋰，鉀和鈉中的一種或多種元素加入至任一種金屬碳化物，氮化物和金屬氮碳化物所形成的薄膜層中。
在本發(fā)明中，在薄膜層是利用任一種金屬碳化物，金屬氮化物和金屬氮碳化物，通過濺射方法形成時，可以通過將選自鋰，鉀和鈉元素中的一個或多個元素，或者這些元素的一種或多種化合物加入至靶材料，或者通過將含有一種或多種鋰，鉀和鈉的元素，或這些元素的一種或多種化合物的小顆粒放置在靶材料上，來將鋰，鉀和鈉的一種或多種元素加入至任一種金屬碳化物，金屬氮化物和金屬氮碳化物所形成的薄膜層中。
在任一種金屬碳化物，金屬氮化物和金屬氮碳化物的薄膜層中的鋰，鉀和鈉的一種或多種元素的含量是0.05-5原子％，選用0.1-2原子％，尤其選用0.5-1原子％。在這里所述的含量(原子％)是指在薄膜層中只含有一種鋰，鉀和鈉元素時一種元素的含量，以及在包含二種或兩種以上元素時這些元素的總含量。
如果這種含量小于0.05原子％，則一種或多種鋰，鉀和鈉元素的添加不產(chǎn)生效果。如果含量超過5原子％，則任一種金屬碳化物，金屬氮化物，和金屬氮碳化物的薄膜層會使膜層的質(zhì)量變壞，盡管相對于它的脫模性能是好的。
對于玻璃來說鋰、鉀和鈉均具有良好的脫模性能。尤其，鋰具有好的脫模性能和高的模制耐用性。
在模制大直徑透鏡或彎月面透鏡時，加入鋰的效果是十分顯著的。在模制大直徑透鏡(例如30φ或以上)時，通常在模具內(nèi)會出現(xiàn)一種大的應(yīng)力，顯然這將對脫膜造成不利。同樣，在模制彎月面透鏡(尤其是凹面彎月透鏡)時，在透鏡的外緣會出現(xiàn)應(yīng)力，它會使其外周緣裂開，或者不利于脫膜層。相反，根據(jù)本發(fā)明的光學(xué)元件成型模具，具有含鋰的任一種金屬碳化物，金屬氮化物，和金屬氮碳化物的薄膜層作為脫模層，這種模具具有優(yōu)良的脫模性能，并抑制脫模層的劣化和玻璃的開裂。這種光學(xué)元件成型模具作為模制大直徑透鏡或彎月面透鏡的模具是最佳的。
添加一種或多種鋰，鉀和鈉元素的方法的例子是，一種將鋰，鉀和鈉元素加入至蒸發(fā)源或靶材料的方法，和一種將這些元素以不同化合物的形式，例如氧化物，鹵化物，碳酸鹽，硫酸鹽，硝酸鹽的形式加入至蒸發(fā)源或靶材料的方法。也可以將鋰，鉀和鈉元素，或這些元素的化合物采用蒸發(fā)或濺射使元素或化合物氣化的方式引入至膜形成氣氛中。由此，可將這些元素加入至任一種金屬碳化物，金屬氮化物和金屬氮碳化物的成形的薄膜層中。
然而，需指出，應(yīng)謹慎，由于加入至蒸發(fā)源或靶材料中的一種或多種鋰，鉀和鈉元素.的比例在許多情況下是不等于包含在任一種金屬碳化物，金屬氮化物和金屬氮碳化物的成型薄膜層中的一種或多種鋰，鉀和鈉元素的比例。這是因為，蒸發(fā)源或靶材料的蒸氣壓或濺射速率不同于每種鋰，鉀和鈉元素，或這些元素的化合物的蒸氣壓和濺射速率。
所以，在本發(fā)明中，一種或多種鋰，鉀和鈉元素在任一種金屬碳化物，金屬氮化物和金屬氮碳化物中的添加量不同于一種或多種鋰，鉀和鈉元素在蒸發(fā)源或靶材料中的添加量，它們必需設(shè)定在上述范圍內(nèi)。
根據(jù)本發(fā)明，任一種金屬碳化物，金屬氮化物，金屬氮碳化物的薄膜層可以按照玻璃的種類，模制溫度，和模制氣氛的不同選用不同的薄膜層。然而，在考慮到厚度和耐熱特性時，最好使用元素周期表中4A、5A、6A組元素和硅的碳化物，氮化物和氮碳化物。在本實施例中，周期表的4A組元素是Ti、Zr和Hr，周期表的5A組元素是V、Nb和Ta，周期表的6A組元素是Cr、Mo和W。
通常，硅不作為金屬分類。然而，本發(fā)明中將把硅的碳化物，氮化物和氮碳化物分別稱為一種金屬碳化物，金屬氮化物和金屬氮碳化物，這是一種廣義的表示。
周期表4A、5A和6A組元素和硅的碳化物，氮化物和氮碳化物具有高的硬度(1000或以上的Vickers厚度，典型的為2000或以上)，并且在模制時形變小。此外，這些元素的碳化物，氮化物和氮碳化物具有高的熔點(1500℃或以上，代表性的是2000℃或以上)，由此在高溫時具有高的穩(wěn)定性。所以，這些化合物與玻璃作用小，并且具有高的模制耐久性。
如上所述，一種具有良好脫模性能和高的模制耐久性的光學(xué)元件模件的脫模層可以通過將一種或多種鋰，鉀和鈉元素加入至周期表的4A、5A、6A組元素和硅的任一種碳化物，氮化物或氮碳化物的薄膜層中來獲取?？墒牵诎岩环N或多種選自鋰、鉀和鈉的元素加入至不是本發(fā)明范圍內(nèi)的任何金屬或合金的薄膜層內(nèi)時，其脫模性能就不如屬于本發(fā)明范圍內(nèi)的在周期表的4A、5A、6A組元素的任一種的，或硅的碳化物，氮化物和氮碳化物的薄膜層那種情形下所取得的提高。雖然對其原因尚不清楚，但是顯然在薄金屬膜或薄合金膜中所形成的鋰、鉀和鈉的合金將使膜層穩(wěn)定，從而這種膜層將不起脫模層的作用。同樣，通常金屬或合金的薄膜層具有低的熔點，并在高溫下不穩(wěn)定。另，這樣一種薄膜層易于與玻璃起作用，以及變形，磨損和損壞，所以膜的成型穩(wěn)定性低。
一種或多種鋰，鉀和鈉的元素不需要加入至任一種金屬碳化物，金屬氮化物和金屬氮碳化物的整個薄膜層中。即，只需要將這些元素加入至任一種金屬碳化物，金屬氮化物和金屬氮碳化物的鄰近薄膜層的表面處。任一種金屬碳化物，金屬氮化物和金屬氮碳化物的薄膜層的表面鄰近處是指相距膜表面約為幾百毫微米的區(qū)域。尤其，在距膜表面100mm或不至100mm范圍內(nèi)，一種或多種鋰，鉀和鈉元素的濃度的大小將對模制特性有極大的貢獻。所以，在形成任一種金屬碳化物，金屬氮化物和金屬氮碳化物的薄膜層的初始階段，需減少一種或多種鋰，鉀和鈉元素的加入量，或者任一種均不加入。只有在膜層形成的最后階段，即層厚度在幾百毫微米或以下的區(qū)域內(nèi)，對一種或多種選自鋰，鉀和鈉的元素建立由本發(fā)明所限定的濃度(0.05-5原子％)。
用于本發(fā)明的基襯的例子是氧化物為基材的陶瓷，例如氧化鋁陶瓷和氧化鋯陶瓷；碳化物和氮化物為基材的陶瓷，例如碳化硅，氮化硅，碳化鈦，氧化鈦，以及碳化鎢；WC-基材的硬質(zhì)合金；金屬，例如鉬，鎢和鉭金屬。
在本實施例中，可以按照膜層形成裝置，或者需模制的透鏡形狀來合適地確定基襯的形狀。例如，在需模制透鏡時，按照透鏡直徑的曲率半徑來使成型表面成曲面形?？梢岳脷庀嗪铣煞椒ㄔ趶澢谋砻嫔闲纬扇魏我环N金屬碳化物，金屬氮化物和金屬氮碳化物的薄膜層。
例子本發(fā)明將借助下面例子予以詳述。(例1)在本例子中，由氮化鉭制成的脫模層是由圖2中所示的實施例，即利用電離鍍層的方法形成。所用的模具底基金屬是用將SiC燒結(jié)制品加工成預(yù)定的形狀制成的，用CVD方法形成一層多晶SiC膜層，再拋光模制表面為Rmax＝0.04μm的鏡面。
對該成型模具很好地清洗，再放入圖2所示的電離鍍膜裝置中。鉭粉(100目)用作金屬源，將0.1原子％的氯化鋰(LiCl)混入鋰粉中。將真空容器21抽真空到預(yù)定的真空度之后，從供氣口23，以每分鐘20m1的流速供給氮氣和氬氣。
壓力是2.7×10-2巴(Pa)。利用RF電源25(頻率為13.56MHz)施加500W的射頻輸出，在近RF線圈27處形成等離子體。另，使用DC電源210將-150V的偏壓加到基襯29和基襯座28。同樣，利用電子源211將鉭源熔化。通過上述的操作，在模具底基金屬的成型表面上形成一層1.5μm厚的氮化鈦膜層。利用次級離子質(zhì)譜圖(SIMS)測量依據(jù)相同于上述薄的氮化鉭膜層的綜合條件所形成的分析試樣。于是，測得在鄰近薄的氮化鉭膜層的表面處(在離表面約20nm的區(qū)域內(nèi))的鋰含量約為1.0原子％。
下面將介紹使用本例子的光學(xué)元件成型模具進行壓制玻璃透鏡的結(jié)果。在圖4所示的玻璃透鏡壓制裝置中，數(shù)字41表示真空容器；42表示模制光學(xué)元件的上模；43表示底模；44表示對上模加壓用的上模加壓件；45表示圓型心軸；46表示模支撐件；47表示加熱體；48表示推動底模用的推桿；49表示操作推桿用的氣缸；410表示旋轉(zhuǎn)油泵；411、412和413表示閥；414表示惰性氣體供給閥；415表示閥；416表示氣漏閥；417表示閥；418表示溫度傳感器。
欲模制的玻璃是一種火石光學(xué)玻璃SF14(軟化點Sp＝586℃，轉(zhuǎn)變點Tg＝485℃)，由這種玻璃來模制直徑為30mm，與厚度比為4的凸透鏡。模制條件是在氮氣氛中，加壓溫度為588℃。在進行模制成型時，成型模具與模制的光學(xué)元件之間的脫模性能是好的。利用聚光燈的光照明成型模具，并對表面進行觀視，以此檢查模具的表面。如果膜層剝落或開裂，或者出現(xiàn)玻璃熔化，則用上述檢查方法可看到在有關(guān)部分會有清晰的痕記。然而，對本例子形成的光學(xué)元件成型模具用這種檢查方法進行觀察時，觀察到鏡面性能非常好，并且沒有由于膜層的剝落或開裂，或者玻璃的熔化而形成的痕記。則可確信，再用掃描電子顯微鏡，在500×至5000×倍率對上述的光學(xué)元件成型模具的表面進行觀察。由此，可發(fā)現(xiàn)既沒有膜層的剝離，也沒有膜層的開裂，并且也沒有玻璃受到熔化。同樣，模制的玻璃透鏡的表面情能也類似于直視的檢查。總之，在透鏡的表面上觀察不到云狀物，痕記和微小的不平度。
一種光學(xué)元.件成型模具，除了在氮化鉭中沒添加鋰之外其它的條件與上述的相同。由上，雖然利用相同于上述的玻璃材料和相同的形狀來進行玻璃的模制成型，但是模具與玻璃之間的膜模力是非常強的。于是，可觀察到玻璃的開裂，和對模具的部分熔化。(例子2-5，比較例為1-4)
例子2-5和相比的例子1-4將在下面描述。在這些例子和相比的例子中，把各種不同的元素加入至氮化鈦膜層中，并對他們的效果作出評價。薄的氮化鈦膜層由電離鍍膜方法合成。將模具底基金屬，一種WC基材的硬質(zhì)合金加工成預(yù)定的形狀。將最后的成型模具很好地清潔并放置在圖2所示的裝置中，再進行氮化鈦的合成。鈦粉(100目)用作金屬源，0.2原子％的每一種不同的添加加入。其它的合成條件是，氮和氬氣每一種以每分鐘25ml的流速供給，偏壓是-120V，RF輸出為400W，氣壓為3.3×10-2巴。在此條件下，形成膜厚約為1.2μm的氮化鈦膜層。
順次，使用這種光學(xué)元件成型模具進行玻璃透鏡的制成型。模壓是采用連續(xù)模制裝置實施的(未圖示)，火石基材的光學(xué)玻璃SF14(軟化點Sp＝586℃，轉(zhuǎn)變溫度Tg＝485℃)用作欲模制的玻璃材料。在氮氣氛下，加壓溫度為588℃時可進行5000次壓制成型。透鏡形狀類似于例1所示的形狀。各種結(jié)果表示在圖5中。
在圖5中，通過對評測樣品的測量得到在氮化鈦膜層中各種元素的濃度，這些樣品是在同一模具利用SIMS在相同的合成條件下分別獲得的。
模制產(chǎn)品表面性能是采用將聚光燈的光照射模制的透鏡，并觀視其表面性能(表面上的云霧，痕記和細微的不平度)來評估。評估的標準是依據(jù)，與所謂“最低限度的樣品”相比模制的透鏡是否能作為產(chǎn)品使用的這一依據(jù)來確定。所述的“最低限度的樣品”需滿足的條件是，表面粗糙度或者表面變形線(與所希望的透鏡形狀的差別)約為一個牛頓環(huán)，最大的表面不平度(P-V值)約為30nm，平均表面不平度(RMS)約為5nm，大至約10μm的痕跡數(shù)目在整個透鏡中是2，并且這些痕跡互相不是靠在一起的。表面性能比“最低限度樣品”差的模制產(chǎn)品不能作為產(chǎn)品使用。在評估標準中，X表示表面性能比“最低限度樣品”的差，這種模制產(chǎn)品不能作為產(chǎn)品?！鞅硎颈砻嫘阅転椤白畹拖薅犬a(chǎn)品”相比是同一水準，或者通過簡單的擦干凈可以得到類同于“最低限度產(chǎn)品”的表面性能。○表示表面性能優(yōu)于“最低限度樣品”?！虮硎颈砻嫘阅苁亲詈玫模瑳]有云霧等現(xiàn)象出現(xiàn)。模件耐久性其評估是依據(jù)產(chǎn)品的規(guī)定模制數(shù)目相比于通常模制的“最低限度樣品”的數(shù)目是相同還是優(yōu)于。X表示由于玻璃的熔化或開裂不可能使規(guī)定的產(chǎn)品數(shù)目得到模制?！鞅硎究梢阅Ｖ撇畈欢嘁?guī)定的產(chǎn)品數(shù)目?！鸨硎灸Ｖ飘a(chǎn)品的數(shù)目可以超過規(guī)定的數(shù)目1.5倍或以上?！虮硎灸Ｖ飘a(chǎn)品的數(shù)目超過規(guī)定數(shù)目的2倍或以上。
在例2至5中，把一種或多種鋰，鉀和鈉元素加入到氮化鈦膜層中，作為光學(xué)元件成型模具可以取得滿意的模制產(chǎn)品表面性能和模制耐久性。相比之下，在例1至4中，模制產(chǎn)品的表面性能和模制的耐久性降低，這是因為加入的元素在上述的范圍之外。尤其在相比的例1至3中，形成模具與玻璃之間的附著力高到使模具與玻璃之間的脫模性能下降，并使一些模制玻璃產(chǎn)品開裂。另，由于玻璃開裂和粘著到模具上，所以就要在模制試驗過程中對模具進行清潔。同樣，在相比的例4中，氮化鈦膜層明顯地受損和起皮。由此，模制玻璃的表面性能降低，這將使模制的玻璃不適合實際的使用。
在上述的本發(fā)明中，在氮化鈦膜層中加入一種或多種鋰、鉀和鈉元素，就可以由所得的光學(xué)元件成型模具取得滿意的模制產(chǎn)品表面性能和模制的耐久性。(例6-10，相比例5和6)例6-10和相比例6和將由下面描述。在這些例子和比較例子中，將對添加到氮化鈦薄膜層內(nèi)的元素濃度作出評估。由類同于例2中所述的步驟采用電離鍍膜方法來形成氮化鈦膜層。同樣，首先把模座基底金屬加工成預(yù)定的形狀。把加工好的成型模具清潔，并放在如圖2所示的裝置中，形成一層氮化鈦薄膜層。在膜層形成過程中，到金屬鈦料的氮化鋰的量來改變加到氮化鈦的鋰的量。其它的合成條件是，源氣體流動速率是氮氣20ml/min，氬氣30ml/min，偏壓是-100V，RF輸出是400W，壓力是3.5×10-2Pa。由此，形成膜層厚度約為1nm的氮化鈦膜層。
然后，利用這種光學(xué)元件成型模具來壓制玻璃透鏡。這種模制是采用一種連續(xù)成型裝置進行，火石基料的光學(xué)玻璃SF14(軟化點Sp＝586℃，轉(zhuǎn)變點Tg＝485℃)用作為欲模制的玻璃。在氮氣氛中，壓制模件在壓制溫度588℃時，可使用5000次。透鏡的形狀類似于例1所述的，其結(jié)果是圖6所示。
在圖6中，通過對各樣品的評測獲得氮化鈦中的鋰濃度值，這些樣品是采用SIMS方法在相同的成型模具合成條件下分別形成的。
在例610中，作為光學(xué)元件成型模具的滿意的模制品表面性能和模件耐久性其取得可以通過設(shè)定鋰元素的濃度為0.05-5原子％，相反，在比較例5和6中，由于鋰元素濃度不在上述范圍內(nèi)，因此模制的表面性能和模制耐久性減低。另，在比較例5中，模具和玻璃之間的附著力是大的，因為鋰元素的濃度低。于是，在模制過程中，模件和玻璃之間的脫模性能下降，有一些模制玻璃產(chǎn)品會開裂。還有，由于玻璃開裂和粘著到模具上，所以就需要在進行模件測試時對模件清潔。同樣，在比較例6中，鋰元素濃度是高的，所以在進行模制時，氮化鈦膜層受損壞，膜層磨損和起層。由此，模制玻璃的表面性能降低，所模制的玻璃件不適合實際使用。如上所述，當添加元素濃度低于0.05原子％，模具與玻璃之間的脫膜性能在模制時是不令人滿意的。當添加元素濃度大于5原子％時，薄氮化鈦膜層的成膜性能下降。這將引起膜層的磨損或起層。
在上述發(fā)明中，將一種或多種選自鋰、鉀和鈉的元素加至脫模層中，加入元素的濃度是0.05至5原子％，作為光學(xué)元件成型模具可以獲得滿意的模制品表面性能和模件耐用性。(例11-16，比較例7和8)下面將描述例11-16和比較例7和8。在這些例子和比較例中，形成不同的膜模層并對他們測評。用上述電離鍍膜方法相同的下述步驟形成這些脫模層。同樣，首先把模具基底金屬加工成預(yù)定的形狀。將所加工好的模具很好地清潔并放在圖2所示的裝置內(nèi)，形成脫模層(薄膜)。在薄膜形成過程中，使用不同的金屬源，所選用的氣體如下(1)在形成金屬氮化物時，氮氣是20ml/min，氬氣是20ml/min。
(2)在形成金屬碳化物時，甲烷是20ml/min、氬氣是20ml/min。
(3)在形成金屬氮碳化物時，氮氣是10ml/min、甲烷是10ml/min、氬氣是20ml/min。
而，將氯化鋰加入金屬源、鋰加至脫模層中。其它合成條件是，偏壓-100V，RF輸出400W，壓力3.5×10-2Pa，膜層厚度是1μm左右。
然后，用這種光學(xué)元件成型模具進行玻璃透鏡的壓制成型。這種壓制成型是利用一個連續(xù)的模壓裝置進行，使用火石基料的光學(xué)玻璃SF14(軟化點Sp＝586°點轉(zhuǎn)變溫度Tg＝485℃)作為欲壓制的玻璃。在氮氣氛中，在壓制溫度588℃情況下可進行5000次壓制成型。透鏡形狀類似于例1所示的。結(jié)果見圖7所示。
在圖7中，由測量待測試樣得到脫模層中鋰的濃度，這些試樣分別在與成型模具相同的合成條件下，用SIMS形成。發(fā)現(xiàn)，在所有這些試樣中，鋰濃度是0.5-1.2原子％。
在例11-16中，利用周期表中4A、5A和6A組任一組的元素以及硅元素的碳化物，氮化物和氮碳化物的薄膜層，可以獲得作為光學(xué)元件模具滿意的模制產(chǎn)品表面性能和模制耐用性。反之，在比較例7和8中，由于添加的元素超出上述范圍，使模制件的表面性能和模制耐久性下降。
尤其在比較例7中，由于膜層與玻璃具有大的作用性，所以模具與玻璃之間的粘著力強。于是，在模制時模具與玻璃之間的脫模性能下降，某些模制玻璃產(chǎn)品開裂。還有，由于玻璃開裂和粘附于模具，所以需要在模制試驗時清潔模具。
同樣，在比較例7和8中，可能由于膜層的硬度低，所以膜層損壞，在進行壓模時，膜層磨損和起層。于是，模制玻璃制品的表面性能下降，使這種玻璃制品不能實用。(例17)
例17在下面介紹。在該例中，利用濺射方法形成一層由薄碳化鉻制成的脫模層。使用圖3所示的濺射裝置形成這種碳化鉻膜層。在該例中，使用含有1原子％的氧化鋰的鉻作為靶。同時，將由陶瓷碳化物制成的模具基底加工成預(yù)定的形狀，將它放入圖3所示的濺射裝置中，形成一層碳化鉻薄膜層。形成條件是氣流速率是，甲烷20ml/min，氬氣10ml/min，基襯溫度是室溫，RF輸出400W，壓力5×10-1Pa。在該條件下，形成厚度約為800nm的碳化鉻膜層。
在相同于上述成型模具的合成條件下分別形成的待測試樣用SIMS予以測量。于是，測得碳化鉻中的鋰元素濃度為2.1原子％。
模制的耐久性測試是用這種模具進行的。利用一個連續(xù)的模制裝置進行壓模成型，欲模壓的玻璃是冕牌光學(xué)玻璃SK12(軟化點Sp＝672℃，轉(zhuǎn)變點Tg＝550℃)。模制直徑35mm，直徑厚度比為4的凸透鏡。在氮氣氛下，在壓制溫度620℃時，進行5000次壓制成型。
結(jié)果，在整個模制過程中，模具與模制光學(xué)元件之間的脫模性能是好的。在壓制后用掃描電子顯微鏡觀察模具表面，既沒發(fā)現(xiàn)膜層的起層也沒有發(fā)現(xiàn)開裂，也沒有玻璃被熔化，這表示好的模具表面性能。同樣，模制的玻璃透鏡具有實用的表面平面度。
一個光學(xué)元件成型模具，除了沒有鋰加入至碳化鉻膜層之外其余條件均與上述的相同，并且用與上述相同的玻璃材料和相同的形狀進行玻璃的模制。由此，模具與玻璃之間的脫模作用力是強的，玻璃開裂，并部分熔到模具上。(例18)例18介紹如下。在該列中，薄的碳化硅膜層利用濺射方法形成一層脫模層。利用圖3所示的濺射裝置形成這種碳化硅膜層。在該例中，碳化硅用作靶，硼化鋰(LiB2)的小顆粒放置在靶的表面上，從而將鋰加入至碳化硅薄膜層中。
由陶瓷碳化物料加工成一定的形狀的模具金屬基底放入圖3所示裝置中，并形成一層碳化硅薄膜層。形成條件是，氣流速率甲烷是10ml/min，氬氣是30ml/min，基襯溫度是200℃，RF輸出是400W，壓力是5×10-1Pa。在這種條件下，在模件表面上形成厚度約為1.2μm的碳化硅膜層。
對在相同于上述成型模具的合成條件下分別形成的待測試樣利用SIMS進行測量。于是，測得在碳化硅膜層中鋰元素的濃度約為2.1原子％。
用這種模具進行模制耐久性試驗。這種壓制成型是由一種連續(xù)成型裝置進行的，欲模制的玻璃是冕牌光學(xué)玻璃SK12(軟化點Sp＝672℃，轉(zhuǎn)變點Tg＝550℃)。模制的凸透鏡直徑為35mm，直徑與厚度比為4。在氮氣氛中，壓力溫度為620℃時，模壓成型進行5000次。
結(jié)果，在模制過程中，模具和模制光學(xué)元件之間的脫模性能是好的。對經(jīng)模制后用掃描電子顯微鏡觀察模具的表面，沒有觀察到膜層的起層和開裂，也沒有玻璃熔化，這表明良好的模具表面性能。同樣，模制的玻璃透鏡具有實用滿意的表面粗糙度。
一種光學(xué)元件成型模具是由相同于上述的條件，除了碳化硅膜層中沒有加入鋰之外，形成，并且采用與上述相同的玻璃材料和形狀進行玻璃的模制成型。于是，模具與玻璃之間的脫模力是強的，所以玻璃開裂并部分地熔于模具。(例19-20)在例19-20中，由濺射方法形成用氮化鈦薄膜層制得的脫模層。這些氮化鈦膜層是利用圖3所示的濺射裝置形成。在這些例子中，鈦用作濺射靶，如圖8所示的鋰顆粒放在靶的表面上，于是將鋰加入至氮化鈦薄膜層中。
將由陶瓷碳化物料加工成一定形狀的模具金屬基底放入圖3所示裝置中，并形成碳化鈦薄膜層。形成條件是，氣流速率氮氣是10ml/min，氬氣是15ml/min，基襯溫度是180℃，RF輸出是420W，壓力是4×10-1Pa。在該條件下，所形成的碳化鈦薄膜層約1.5μm厚。利用在相同于上述成型模具的合成條件下分別形成的待測試樣，采用SIMS測量氮化鈦中的鋰濃度。所得結(jié)果見圖8。
利用這種模.具進行模制耐久性測試。利用一個連續(xù)壓制裝置進行這種壓制成型，欲壓制的玻璃是冕牌光學(xué)玻璃SK12(軟化點Sp＝672℃，轉(zhuǎn)變點Tg＝550℃)。所模制的凸彎月透鏡直徑為35mm。在氮氣氛下，在壓制溫度620℃時，進行5000次壓制成型。
如圖8所示，在壓制過程中，模具與模制光學(xué)元件之間的脫膜性能是好的。在壓制后用掃描電子顯微鏡觀察模具表面時，沒有發(fā)現(xiàn)膜層的起層和開裂，也沒有玻璃熔化，表明良好的模具表面性能。同樣，所模制的玻璃透鏡具有實用滿意的表面粗糙度。一種光學(xué)元件成型模具在類似于上述的，除了在氮化鈦中沒有加入鋰之外，相同的條件下形成，并且利用上述相同的玻璃材料和相同的形狀進行玻璃壓制。結(jié)果，模具和玻璃之間的脫模力增加，所以玻璃開裂，并且部分熔化于模具。(例22-24)在例22-24中，模制凸彎月玻璃透鏡(等效于SF8)。利用與例19-21中相同的濺射方法形成由氮化鈦制作的脫模層。在例22-24中，鈦用作靶，如圖9所示的小顆粒放置在靶的表面上，于是將堿金屬元素加入至氮化鈦薄膜層。
由預(yù)加工成一定形狀的WC-基料的燒結(jié)碳化物制做的模具基底金屬被放入圖3所示的裝置中，并形成氮化鈦膜層。形成條件是，氣流速率是氮氣是8ml/min，氬氣是13ml/min，基襯溫度是100℃，RF輸出是1000W，壓力是0.35Pa。在該條件下，所形成的碳化硅膜層厚為0.8μm左右。利用分別由與上述成型模具所用的相同合成條件形成的待測試樣，用SIMS測量膜層中的堿金屬濃度，所測結(jié)果見圖9。
利用這種成型模具，以及一種連續(xù)模制裝置進行模制耐久性測試。欲模制的玻璃是SF8，模制的凸彎月透鏡直徑為25mm。模制成型條件是采用氮氣氛和壓制溫度為590℃。
如圖9所示，模具與模制的光學(xué)元件之間的脫模性能在實用上是滿意的。尤其，使用含鋰的氮化鈦膜層作為脫模層(例22)時，模制產(chǎn)品的表面性能是好的。在利用掃描電子顯微鏡觀察模制后的模具表面時，沒有發(fā)現(xiàn)模層的起層和玻璃的熔化，這表示良好的模具表示性能。
一種光學(xué)元件成型模具采用類同于上述條件，除了在氮化鈦膜層中沒有加入堿金屬元素這一點外的條件下形成，并且玻璃元件的成型是采用與上述相同的玻璃材料和形狀進行。于是，被模制玻璃元件的外周緣部分開裂，部分玻璃熔于模具。(第二實施例)在該實施例中，光學(xué)元件成型模具的結(jié)構(gòu)相同于圖1中所示的，僅僅模具的制造方法不同。
圖10表示利用濺射方法的膜層形成裝置的示意圖。
在圖10中，數(shù)字121表示真空容器；122表示連接至油擴散泵，旋轉(zhuǎn)泵和真空閥(未圖示)的排氣口；123表示基襯支座；124表示基襯；125表示連接至氣流速率控制器，氣體鋼瓶，壓力調(diào)節(jié)器，閥門等(未圖示)的進氣口。126表示金屬源或任何一種金屬碳化物的靶，一種金屬氮化物和一種金屬氮碳化物；127表示一個靶(下文描的是堿金屬靶材)，內(nèi)含堿金屬或堿金屬化合物；128表示RF射頻源；129表示匹配的器件。數(shù)字310表示旋轉(zhuǎn)基襯支座123的基襯旋轉(zhuǎn)機構(gòu)。
例如，上述裝置的操作如下(1)將內(nèi)含一種或兩種的碳和氮，以及一種或多種類型的惰性氣體的膜層形成氣氛供入真空容器。
(2)將射頻加至金屬源，或任一種金屬碳化物，金屬氮化物和金屬氮碳化物的靶，和加至堿金屬靶材料上。
(3)將膜層形成氣氛氣體變成一種等離子體，從而對靶材進行濺射。
(4)任一種含有堿金屬的金屬碳化物，金屬氮化物和金屬氮碳化物膜層形成在基襯的表面上。
本發(fā)明的濺射方法完全不限于上述裝置和系統(tǒng)。例如，可以使用DC電源的裝置或系統(tǒng)代替RF電源。也可以使用磁控管濺射方法，該方法是將磁鐵靠近靶材布置；或者相向濺射方法，它是將靶材互相相對設(shè)置。
采用金屬靶時，通過將含有一種或兩種碳和氮的氣體加至膜層形成氣氛氣體中來形成任一種金屬碳化物，金屬氮化物和金屬氮碳化物的薄膜層。在使用任一種金屬碳化物，金屬氮化物，金屬氮碳化物的靶時，只有使用不包含一種或兩種碳和氮的惰性氣體才可形成任一種金屬碳化物，金屬氮化物和金屬氮碳化物的薄膜層。為了提高金屬的滲碳和滲氮作用，可以適當?shù)靥砑觾?nèi)含一種或兩種碳和氮的氣體。
即，金屬碳化物可以通過將一種含碳氣體，例如，烴類氣體譬如甲烷，乙烷，乙烯或乙炔，一氧化碳或鹵化碳，加至膜層形成氣氛中，并使氣體與金屬反應(yīng)來形成。金屬氮化物可以通過將含氮氣體，例如，氮氣，氨，或鹵化氮加入至膜層形成氣氛中，并使氣體與金屬反應(yīng)來形成。金屬氮碳化物可以通過將含碳氣體和含氮氣體兩者加入至膜層形成氣氛中，并使這些氣體與金屬反應(yīng)來形成。同樣，可以適當?shù)貙⒑瑲浠蚨栊詺怏w(如，氦，氬，氖)的氣體加入至膜層形成氣氛中。尤其是在濺射方法中，希望添加具有明顯濺射效果的惰性氣體，如氬氣。
在任一種金屬碳化物，金屬氮化物和金屬氮碳化物中一種或多種鋰，鉀和鈉元素的含量是0.05-5原子％，選用0.1-2原子％，最好選用0.5-1原子％。這里提到的含量(原子％)是薄膜層中所含的只是一種鋰，鉀和鈉時一種元素的含量，在膜層中含兩種或多種元素時，是指元素的總含量。如果這種含量小于0.05原子％，則一種或多種鋰、鉀和鈉元素的加入沒有效果。如果含量大于5原子％，則任一種金屬碳化物，金屬氮化物和金屬氮碳化物的薄膜層明顯地性能變壞。
可以利用形成這些元素的靶，或這些元素的化合物，譬如氧化物，鹵化物，碳化物，硫酸鹽，硝酸鹽的靶來添加一種或多種鋰，鉀和鈉元素，這種靶與任一種金屬碳化物，金屬氮化物和金屬氮碳化物的靶無關(guān)，并對上述形成的靶進行濺射。利用濺射，使鋰，鉀和鈉元素，或者這些元素的化合物氣化，并導(dǎo)入膜層形成氣氛中。從而使這些元素加入至所形成的任一種金屬碳化物，金屬氮化物和金屬氮碳化物的薄膜層中。
按照氣體的種類，模制溫度和模制氣氛，從不同薄膜層中選擇任一種金屬碳化物，金屬氮化物和金屬氮碳化物的薄膜層。然而，在考慮到硬度和熱阻時，希望使用碳化物，氮化物以及周期表中4A、5A和6A組元素和硅元素的碳化物。在本實施例中，周期表的4A組元素是Ti，Zr和Hf，5A組元素是V，Nb和Ta，6A組的元素是Cr，Mo和W。硅通常不是分類成金屬。然而，在本發(fā)明中，硅的碳化物，氮化物和氮碳化物在廣義上分別被稱為金屬氮化物，金屬碳化物和金屬氮碳化物。周期表中的4A、5A和6A組元素和硅的碳化物，氮化物和氮碳化物具有高的硬度(1000或以上的維氏硬度，典型的是2000或以上的硬度)，在模制時變型很小。另，這些元素的碳化物，氮化物和氮碳化物具有高的熔點(1500℃或以上，典型的是2000℃或以上)，因此在高溫下具有高穩(wěn)定性。所以，這些化合物很少與玻璃作用，并且具有高的模制耐久性。
一種或多種鋰，鉀和鈉元素不需要加到任一種金屬碳化物，金屬氮化物和金屬氮碳化物的整個薄膜層中。即，只需要將這些元素加入至鄰近任何一種金屬碳化物，金屬氮化物和金屬氮碳化物的表面處。任何一種金屬碳化物，金屬氮化物和金屬氮碳化物薄膜層的鄰近表面處是指，距膜層的表面約為幾百毫微米的區(qū)域。尤其，在距表面100nm或不到該值的區(qū)域內(nèi)，一種或多種鋰，鉀和鈉元素的濃度對模制特性具有很大的貢獻。所以，在形成任一種金屬碳化物、金屬氮化物和金屬氮碳化物薄膜層的初始階段，一種或多種鋰，鉀和鈉元素的添加量可降低，或者不需要添加。只是在膜層形成的最后階段，即，在具有幾百毫微米或以上的膜層厚度范圍內(nèi)，對一種或多種鋰，鉀和鈉元素加入由本發(fā)明所限定的濃度(0.05-5原子％)。
在本發(fā)明中所用的基襯的例子是，采用氧化物基料的陶瓷，例如氧化鉛和氧化鋯；碳化物和氮化物基料的陶瓷，例如碳化硅，氮化硅，碳化鈦，氮化鈦和碳化鎢；WC基料的陶瓷；以及金屬，例如鉬、鎢和鉭?？梢砸罁?jù)膜層形成裝置，或者欲模制的透鏡形狀，相應(yīng)地確定基襯的形狀。例如，在模制透鏡時，根據(jù)透鏡的曲率使模制表面呈曲面的。利用氣相合成方法可以在曲面上形成任一種金屬碳化物，金屬氮化物和金屬氮碳化物的薄膜層。
下面通過舉例詳細描述該實施例。(例1)在例1中，采用圖10所示的濺射方法形成由氮化鉭制成的脫模層。
所用的模具基體金屬是通過將SiC燒結(jié)制品加工成一定的形狀，再用CVD形成多晶SiC膜層，并把模制表面拋光至Rmax＝0.04μm的鏡面形成。這種成型模具予以很好地清潔，并放置在用10所示的濺射裝置中。鉭用作為金屬靶，氯化鋰(LiCl)用作堿金屬源靶。在將真空容器抽至預(yù)定的真空度之后，從氣源進口125，以每分鐘20m1的流速注入氮氣和氬氣。壓力是5×10-1Pa。RF源125(頻率為13.56MHz)用于對鉭靶加上800W的RF輸出，對氯化鋰靶加上25W的RF輸出。因此，基襯支座123以每分鐘10轉(zhuǎn)的速度旋轉(zhuǎn)。利用上述操作，在模具基體的模制表面上表成一層1.5μm厚的氮化鈦膜層。用次級離子質(zhì)譜儀(SIMS)測量類似于上述氮化鉭薄膜層合成條件下形成的分析試樣。于是，在鄰近氮化鉭薄膜層的表面處(距表面約20nm范圍內(nèi))的鋰含量約為2.0原子％。
利用本例的光學(xué)元件成型模具進行玻璃透鏡的壓制成型。使用第一實施例中所用的如圖4所示的裝置作為玻璃透鏡模制裝置。
欲模制的玻璃是火石料的光學(xué)玻璃SF14(軟化點Sp＝586℃，轉(zhuǎn)變溫度Tg＝485℃)，模制凸透鏡直徑為30mm，直徑為厚度比為4。模制成型條件是，一種氮氣氛，模壓溫度為588℃。在進行模制過程中，成型模具與模制的光學(xué)元件之間的脫模性能是好的。在模制后用掃描電子顯微鏡對模具表面進行觀察。結(jié)果，沒有發(fā)現(xiàn)膜層的起層或開裂，以及在玻璃作為氧化鉛還原沉積的鉛，或者玻璃本身也沒有被熔化。即，模具具有好的表面性能。同樣，模制的玻璃透鏡具有滿意的表面粗糙度。一種在相同于上述條件，除了在氮化鉭膜層不加鋰這一點之外所制成的光學(xué)元件成型模具，并用與上述相同的玻璃材料和相同的形狀進行玻璃模制成型。結(jié)果，模具與玻璃之間的脫模力是大的，從而造成玻璃的開裂和部分熔于成型模具。(例2-5，比較例1-4)在這些例子和比較例中，不同的元素加至氮化鈦薄膜中，并對他們的效果進行評價。
采用圖10所示的濺射方法對這些氮化鈦薄膜層合成。把作為模具基體金屬，以WC基材燒結(jié)的碳化物加工成預(yù)定的形狀。對最終的成型模具很好地清潔，并放置在圖10所示的裝置中，進行氮化鈦的合成。使用鈦作為金屬靶，并制備各種堿金屬化合物靶，使他們與鈦靶一起濺射，因此將這些化合物加入至氮化鈦中。其它的合成條件是，以每分鐘25ml的氣流速度加入氮氣和氬氣，對鈦靶的射頻RF輸出是750W，對堿金屬化合物靶的RF輸出是20W，壓力是6×10-1Pa。在該條件下，形成厚度約為1.2μm的氮化鈦膜層。于是，用這種光學(xué)元件成型模具進行玻璃透鏡的壓制成型。這種模制是利用一種連續(xù)模制裝置(未圖示)實施的，火石料的光學(xué)玻璃SF14(軟化點Sp＝586℃，轉(zhuǎn)變溫度Sg＝485℃)用作欲模制的玻璃。在氮氣氛中，在壓制溫度588℃時，進行5000次的模壓成型。透鏡形狀類似于例1所述的。結(jié)果表示在圖11中。
在圖11中，通過對評估試樣的測量得到不同元素在氮化鈦中的濃度，這些試樣是在相同于成型模具的合成條件下，用SIMS分別形成的。
在例2-5中，將一種或多種鋰，鉀和鈉元素加至氮化鈦膜層中，可以取得滿足于光學(xué)元件成型模具的模制產(chǎn)品表面性能和模制耐久性。相對照，在比較例1-4中，由于添加元素超出上述的范圍，模制產(chǎn)品的表面性能和模制耐久性降低。在比較例1-3中，模具與玻璃之間的附著力高到使模具與玻璃之間的脫模性能在模制時降低，并使一些模制產(chǎn)品開裂。另，由于玻璃的開裂和粘著到成型模具上，就需要在進行模制試驗時對模具進行清潔。在比較例4中，氮化鈦膜層明顯地受損和起層。由此，模制玻璃的表面性能變壞，這將使模制的玻璃不適于實際使用。如上所述，通過將一種或多種鋰，鉀和鈉元素加到氮化鈦膜層中，可以得到作為光學(xué)元件成型模具滿意的模制的產(chǎn)品表面性能和模制耐久性。(例6-11，比較例5和6)在這些例子和比較例中，形成各種不同的脫膜層，并對他們作出評價。
采用例2所述的濺射方法形成這些脫模層。
把模具基體金屬首先加工成預(yù)定的形狀。最終的模具予以很好地清潔，并放置在圖10所示的裝置中，形成薄的脫模層。在膜層形成時，使用不同的金屬靶所選用的氣體如下。
(1)在金屬氮化物形成時，氮氣是20ml/min，氬氣是20ml/min。
(2)在金屬碳化物形成時，甲烷是20ml/min，氬氣是20ml/min。
(3)在金屬氮碳化物形成時，氮氣是10ml/min，甲烷是10ml/min，氬氣是20ml/min。
(4)在金屬膜層形成時，氬氣是30ml/min。
同樣，為將鋰加入脫膜層，使用氟化鋰作為堿金屬源靶。
其它合成條件是，對金屬靶的RF輸出是800W，對堿金屬源靶的RF輸出是25W，壓力是3.5×10-2Pa，膜層厚度約為1.2μm。于是，用這種光學(xué)元件成型模具進行玻璃透鏡的壓制成型。這種成型是由一個連續(xù)成型裝置進行的，火石基料光學(xué)玻璃SF14(軟化點Sp＝586℃，轉(zhuǎn)變溫度Tg＝485℃)用作為欲模制的玻璃。在氮氣氛中，在壓制溫度為588℃時，壓制成型進行5000次。透鏡的形狀類似于例1的形狀。結(jié)果見圖12所示。
對利用在相同于成型模具的合成條件下分別形成的待測試樣，用SIMS譜儀測量脫模層中的鋰濃度。結(jié)果，在所有這些試樣中鋰濃度是0.5-1.2原子％。
在例6-11中，利用周期表的任一組4A、5A和6A的元素和硅的碳化物，氮化物或氮碳化物的薄膜層，可以取得作為光學(xué)元件模具的滿意的模制產(chǎn)品表面特性和模制耐久性。反之，在比較例5和6中，因為鋰的濃度在上述范圍之外，所以模制產(chǎn)品的表面性能和模制耐久性降低。在比較例5中，由于與玻璃的作用很強，所以模具與玻璃之間的附著力很大。于是，在模制時模具與玻璃之間的脫模性能下降，一些模制玻璃產(chǎn)生開裂。另，由于玻璃開裂和粘著至模具，就需要在模制試驗時對模具很好地清潔。在比較例5和6中，可能由于膜層的硬度低，在模制進行時膜層受到損壞。于是，模制玻璃的表面性能下降，由這種模制玻璃制成的產(chǎn)品不適合實際使用。(例12-15，比較例7和8)在這些例子和比較例中，用濺射方法形成由碳化硅薄膜層做成的脫模層。
利用圖10所示的濺射裝置形成這些碳化硅膜層。
在這些例子和比較例中，碳化硅被用作金屬氮化物靶，硼化鋰(LiB2)用作堿金屬源靶，于是把鋰加入碳化硅薄膜層中。在這些例子和比較例中，在膜層形成的中間將射頻加至硼化鋰靶，由此只把鋰加入至每個碳化硅薄膜層的表面附近處。
由燒結(jié)被加.工成預(yù)定形狀的碳化物材料制成的模具金屬基座被放置在圖10所示的裝置中，并形成碳化硅薄膜層。形成條件是，氣流速度是甲烷10ml/min，氬氣30ml/min，基襯溫度200℃，對碳化硅靶的RF輸出是800W，對硼化鋰的RF輸出是25W，壓力是5×10-1Pa。在膜層形成的中間將射頻加至硼化鋰靶，利用改變工作時間來形成具有不同厚度的加入鋰的碳化硅膜層。指出，不加鋰的碳化硅膜層和加鋰碳化硅膜層的總厚度設(shè)定為1.2μm。
利用與上述成型模具相同的合成條件，分別形成的待測試樣，由SIMS譜測量加入鋰的碳化硅膜層的鋰元素濃度，其濃度約為2.1原子％。
利用這種成型模具進行模制成型耐久性的測試。采用一個連續(xù)模制裝置進行模制，欲模制的玻璃是冕牌基料的光學(xué)玻璃SK12(軟化點Sp＝672℃，轉(zhuǎn)變點Tg＝550℃)。被模制的凸透鏡具有直徑為35mm，直徑與厚度比為4。在氮氣氛中，在壓制溫度620℃時，進行5000次壓制成型。結(jié)果見圖13。
在例12-15中，在模制時模具與模制光學(xué)元件之間的脫模性能是好的。在模制后，用掃描電子顯微鏡觀察模具表面時，沒有發(fā)現(xiàn)膜層的起層或開裂，也沒有玻璃受到熔化。同樣，被模制的玻璃透鏡具有一個滿足于實用的表面粗糙度。在比較例7和8中，在碳化硅膜層中鋰的含量小于0.1μm，模.具與玻璃之間的脫模力是強的，所以玻璃開裂，部分玻璃熔于模具。(例16-20，比較例9和10)在這些例子和比較例中，對添加至氮化鈦薄膜層中的元素濃度進行估測。
利用圖2所示的濺射方法形成氮化鈦。
將模具金屬基底加工成預(yù)定的形狀。將最終的模具很好地清潔，并放置在圖10所示裝置中，形成氮化鈦薄膜層。金屬鈦和氟化鋰用作靶，在膜層形成過程中、通過改變加至氟化鋰上的RF功率來改變加入氮化鈦中的鋰的量。合成條件是，氣流速度是氮氣是20ml/min，氬氣是30ml/min，對鈦靶的RF輸出是750W，壓力是4×10-1Pa。在這種條件下，形成氮化鈦膜層的厚度約為1μm。利用這種光學(xué)元件成型模具進行玻璃透鏡的壓制成型。采用一種連續(xù)模制裝置進行模制，欲模制的玻璃是火石基料的光學(xué)玻璃SF14(軟化點Sp＝586℃，轉(zhuǎn)變點Tg＝485℃)。在氮氣氛中，在壓制溫度588℃時，進行5000次模制成型。透鏡形狀類似于例1中的結(jié)果見圖14所示。
在圖14中，通過測量待測試樣獲得在氮化鈦膜層中的鋰元素濃度，這些試樣是在與上述的成型模具相同的合成條件下分別形成的，并用SIMS譜測得的。
在例16-20中，由設(shè)定0.05至5原子％的鋰元素濃度來獲取作為光學(xué)元件成型模具的的模制產(chǎn)品表面性能和模制耐久性。反之，在比較例9和10中，由于鋰元素的濃度不在上述范圍內(nèi)，所以模制產(chǎn)品表面性能和模制耐久性均下降。在比較例9中，由于低的鋰元素濃度，造成成型模具與玻璃之間的附著力變大，從而在模制時模具與玻璃之間的脫模性能下降，一些模制玻璃產(chǎn)品開裂。另，由于玻璃開裂，并附著到成型模具上，所以需要在模制試驗過程中清潔模具。在比較例10中，由于高的鋰元素濃度，使氮化鈦膜層損壞。這在進行模制時會造成膜層的磨損和起層。于是，模制玻璃的表面性能下降，所得到的模制玻璃不適合實際使用。即，在添加元素的濃度低于0.05原子％時，在模制時模具與玻璃之間的脫模性能是不滿意的。當添加元素的濃度高于5原子％時，氮化鈦薄膜層的膜質(zhì)量變差，造成膜層的磨損或起層。如上所述，把一種或多種選自鋰，鉀和鈉元素的添加濃度設(shè)定在0.05-5原子％時，作為光學(xué)元件成型模具可以獲得滿意的模制產(chǎn)品表面性能和模制耐久性。
如上詳細所述，根據(jù)本發(fā)明的成型模具用來模制玻璃光學(xué)元件時，玻璃和模具之間的脫模性能是相當好的。由此，有可能獲得具有高的表面平面度和表面精度，高透光性，高形狀精度的模制產(chǎn)品。此外，即使用這種模具反復(fù)進行長時間的壓制成型，也不會產(chǎn)生諸如膜層的起層或開裂，以及損壞。這就提高了模具的耐久性。
在用上述成型模具制做玻璃光學(xué)元件的光學(xué)元件成型模具的制做方法中，有可能以低的成本制做既不使膜層損壞，也不使模制玻璃的表面不平面度下降的光學(xué)元件成型模具。這將提高生產(chǎn)率和降低成本。
本發(fā)明不局限于上述的實施例、可以在本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)作出各種改變和改進。所以，下面的權(quán)利要求在于向公眾告示本發(fā)明的范圍。
權(quán)利要求
1.一種用模壓成型制做玻璃光學(xué)元件的光學(xué)元件成型模具，其特征是，在至少一個模制表面上形成一層含有鋰元素或鋰化合物的TaN薄膜層作為脫膜層。
2.一種用模壓成型制做玻璃光學(xué)元件的光學(xué)元件成型模具，其特征是，在至少一個.模制表面上形成一層含有鋰元素或鋰化合物的TiN薄膜層作為脫膜層。
3.一種用模壓成型制做玻璃光學(xué)元件的光學(xué)元件成型模具，其特征是，在至少一個模制表面上形成一層含有鋰元素或鋰化合物的ZrN薄膜層作為脫膜層。
4.一種用模壓成型制做玻璃光學(xué)元件的光學(xué)元件成型模具，其特征是，在至少一個模制表面上形成一層含有鋰元素或鋰化合物的TiC薄膜層作為脫膜層。
5.一種用模壓成型制做玻璃光學(xué)元件的光學(xué)元件成型模具，其特征是，在至少一個模制表面上形成一層含有鋰元素或鋰化合物的TiN薄膜層作為脫膜層。
6.一種用模壓成型制做玻璃光學(xué)元件的光學(xué)元件成型模具，其特征是，在至少一個模制表面上形成一層含有鋰元素或鋰化合物的MoC薄膜層作為脫膜層。
7.一種用模壓成型制做玻璃光學(xué)元件的光學(xué)元件成型模具，其特征是，在至少一個模制表面上形成一層含有鋰元素或鋰化合物的SiC薄膜層作為脫膜層。
8.一種用模壓成型制做玻璃光學(xué)元件的光學(xué)元件成型模具，其特征是，在至少一個模制表面上形成一層含有鋰元素或鋰化合物的SiN薄膜層作為脫膜層。
9.一種用模壓成型制做玻璃光學(xué)元件的光學(xué)元件成型模具，其特征是，在至少一個模制表面上形成一層含有鋰元素或鋰化合物的CrC薄膜層作為脫膜層。
10.一種用壓制成型制做玻璃光學(xué)元件的光學(xué)元件成型模具的制造方法，其特征是，利用含有鋰元素或鋰化合物的金屬源材料，通過電離鍍層方法在所述成型模具的至少一個模制表面上形成一層含有鋰元素或鋰化合物的TiN薄膜層作為脫模層。
11.一種用壓制成型制做玻璃光學(xué)元件的光學(xué)元件成型模具的制造方法，其特征是，利用含有鋰元素或鋰化合物的金屬源材料，通過電離鍍層方法在所述成型模具的至少一個模制表面上形成一層含有鋰元素或鋰化合物的ZrN薄膜層作為脫模層。
12.一種用壓制成型制做玻璃光學(xué)元件的光學(xué)元件成型模具的制造方法，其特征是，利用含有鋰元素或鋰化合物的金屬源材料，通過電離鍍層方法在所述成型模具的至少一個模制表面上形成一層含有鋰元素或鋰化合物的TiC薄膜層作為脫模層。
13.一種用壓制成型制做玻璃光學(xué)元件的光學(xué)元件成型模具的制造方法，其特征是，利用含有鋰元素或鋰化合物的金屬源材料，通過電離鍍層方法在所述成型模具的至少一個模制表面上形成一層含有鋰元素或鋰化合物的TiCN薄膜層作為脫模層。
14.一種用壓制成型制做玻璃光學(xué)元件的光學(xué)元件成型模具的制造方法，其特征是，利用含有鋰元素或鋰化合物的金屬源材料，通過電離鍍層方法在所述成型模具的至少一個模制表面上形成一層含有鋰元素或鋰化合物的MoC薄膜層作為脫模層。
15.一種用壓制成型制做玻璃光學(xué)元件的光學(xué)元件成型模具的制造方法，其特征是，利用含有鋰元素或鋰化合物的金屬源材料，通過電離鍍層方法在所述成型模具的至少一個模制表面上形成一層含有鋰元素或鋰化合物的SiC薄膜層作為脫模層。
16.一種用壓制成型制做玻璃光學(xué)元件的光學(xué)元件成型模具的制造方法，其特征是，利用含有鋰元素或鋰化合物的金屬源材料，通過電離鍍層方法在所述成型模具的至少一個模制表面上形成一層含有鋰元素或鋰化合物的SiN薄膜層作為脫模層。
17.一種用壓制成型制做玻璃光學(xué)元件的光學(xué)元件成型模具的制造方法，其特征是，利用含有鋰元素或鋰化合物的金屬源材料，通過濺射鍍層方法在所述成型模具的至少一個模制表面上形成一層含有鋰元素或鋰化合物的CrC薄膜層作為脫模層。
18.一種用壓制成型制做玻璃光學(xué)元件的光學(xué)元件成型模具的制造方法，其特征是，利用含有鋰元素或鋰化合物的金屬源材料，通過濺射鍍層方法在所述成型模具的至少一個模制表面上形成一層含有鋰元素或鋰化合物的SiC薄膜層作為脫模層。
19.一種用壓制成型制做玻璃光學(xué)元件的光學(xué)元件成型模具的制造方法，其特征是，利用含有鋰元素或鋰化合物的金屬源材料，通過濺射鍍層方法在所述成型模具的至少一個模制表面上形成一層含有鋰元素或鋰化合物的TiN薄膜層作為脫模層。
20.一種用壓制成型制做玻璃光學(xué)元件的光學(xué)元件成型模具的制造方法，其特征是，利用含有鋰元素或鋰化合物的金屬源材料，通過濺射鍍層方法在所述成型模具的至少一個模制表面上形成一層含有鋰元素或鋰化合物的TaN薄膜層作為脫模層。
21.一種用壓制成型制做玻璃光學(xué)元件的光學(xué)元件成型模具的制造方法，其特征是，利用含有鋰元素或鋰化合物的金屬源材料，通過濺射鍍層方法在所述成型模具的至少一個模制表面上形成一層含有鋰元素或鋰化合物的ZrN薄膜層作為脫模層。
22.一種用壓制成型制做玻璃光學(xué)元件的光學(xué)元件成型模具的制造方法，其特征是，利用含有鋰元素或鋰化合物的金屬源材料，通過濺射鍍層方法在所述成型模具的至少一個模制表面上形成一層含有鋰元素或鋰化合物的TiC薄膜層作為脫模層。
23.一種用壓制成型制做玻璃光學(xué)元件的光學(xué)元件成型模具的制造方法，其特征是，利用含有鋰元素或鋰化合物的金屬源材料，通過濺射鍍層方法在所述成型模具的至少一個模制表面上形成一層含有鋰元素或鋰化合物的TiCN薄膜層作為脫模層。
24.一種用壓制成型制做玻璃光學(xué)元件的光學(xué)元件成型模具的制造方法，其特征是，利用含有鋰元素或鋰化合物的金屬源材料，通過濺射鍍層方法在所述成型模具的至少一個模制表面上形成一層含有鋰元素或鋰化合物的MoC薄膜層作為脫模層。
25.一種用壓制成型制做玻璃光學(xué)元件的光學(xué)元件成型模具的制造方法，其特征是，利用含有鋰元素或鋰化合物的金屬源材料，通過濺射鍍層方法在所述成型模具的至少一個模制表面上形成一層含有鋰元素或鋰化合物的SiN薄膜層作為脫模層。
26.一種在模制表面上至少含有一種類型的堿金屬的具有脫模層的光學(xué)元件成型模.具制做方法，其特征是，所述的脫模層由濺射方法形成，濺射方法使用二個以上的靶，至少一個靶含有堿金屬，至少一個靶是一個用于形成金屬碳化物，金屬氮化物，或金屬氮碳化物。
27.根據(jù)權(quán)利要求26的方法，其特征是，在構(gòu)成所述脫模層的任一種金屬碳化物，金屬氮化物和金屬氮碳化物薄膜層中不少于一個由鋰、鉀和鈉組成的元素在模制表面上的含量是0.05-5原子％。
28.一種在模制表面上至少含有一種類型的堿金屬的具有脫模層的光學(xué)元件成型模具制做方法，其特征是，所述的脫模層由濺射方法形成，濺射方法使用二個以上的靶，至少一個靶含有堿金屬，至少另一個靶是一個用于形成金屬碳化物，金屬氮化物，或金屬氮碳化物，通過同時濺射含有堿金屬的靶和用于形成金屬碳化物，金屬氮化物或金屬氮碳化物的靶，至少在距光學(xué)元件成型表面≥100nm的區(qū)域內(nèi)形成一層堿金屬和金屬碳化物，金屬氮化物，或金屬氮碳化物的混合層。
29.根據(jù)權(quán)利要求28的方法，其特征是，在構(gòu)成所述脫模層的任一種金屬碳化物，金屬氮化物和金屬氮碳化物的薄膜層中不少于一個由鋰、鉀和鈉 組成的元素在模制表面上的含量是0.05-5原子％。
30.一種由權(quán)利要求26的方法制做的光學(xué)元件成型模具。
31.一種由權(quán)利要求28的方法制做的光學(xué)元件成型模具。
全文摘要
本發(fā)明提供一種光學(xué)元件成型模具，它不熔于玻璃，并具有高的硬度，高的表面平滑度和高的模具耐久性。為此，本發(fā)明的光學(xué)元件成型模具采用模壓成型來制造玻璃光學(xué)元件，其中在至少一個模制表面上形成一層含有鋰元素或鋰化合物的TaN薄膜層作為脫模層。
文檔編號C03B40/02GK1168355SQ9710952
公開日1997年12月24日 申請日期1997年2月14日 優(yōu)先權(quán)日1996年2月16日
發(fā)明者平林敬二, 宮崎直, 大森正樹 申請人:佳能株式會社