專利名稱：陶瓷模仁的制作方法
技術領域：
本發(fā)明是關于模仁組件，特別涉及表面具有膜層的陶瓷模仁。
背景技術：
隨著世界加工制造業(yè)的不斷發(fā)展，模具業(yè)也不斷向高技術含量方向發(fā)展，并對模具提出更高要求，如要求在高溫條件下具備耐磨損、耐高壓、抗塑性變形、抗整體開裂及可機加工等性能。其中磨損是模具失效模式中一種主要失效形式，耐磨損性能對模具質量及使用周期有著直接的影響。而在玻璃加工如制造照相機攝相鏡頭的加工工藝中，其不僅要求模具(即模仁)精準，還需要具有很高耐磨性能。
為增加模仁耐磨性能，通常在模仁成型表面增加一功能膜層，例如在模仁表面沉積一層超硬TiN膜。1991年1月2日公告的美國第5,028,251號專利揭示一種制造光學精密玻璃產品的模仁，該陶瓷模仁基體材料選自Si3N4，SiO2，Al2O3，ZrO2或SiC。而模仁成型表面具有一功能膜層，該膜層組成物選自AlN，Si3N4，SiC，TiN或ZrN。其中TiN具有較好抗磨減摩性能，但是，其存在硬度不夠高及成本高等不足之處。
1993年4月3日公告的美國第5,202，156號專利揭示一種用在制作光學組件并具有硬碳膜模仁的制造方法。請參閱圖1，為該模仁模壓時工作狀態(tài)，其中，上模仁與下模仁相對而立，其間可注入待壓玻璃坯體3。通過上下模仁模壓坯體3以形成玻璃制品。上模仁與下模仁上下對稱且結構相同，上模仁包括模仁基體1及形成在基體1成型表面的碳膜涂層1a，下模仁則包括模仁基體2及碳膜涂層2a。碳膜涂層1a及2a可為非晶態(tài)a-C:H薄膜或硬碳膜。雖然該非晶態(tài)碳膜硬度較高，但在高溫高壓環(huán)境下仍不能滿足目前模仁耐磨性能的要求。
2004年1月28日公開的中國第03129543.6號專利申請揭示一種SiC/TiN超硬納米多層膜及其制作工藝。SiC/TiN超硬納米多層膜通過TiN層及SiC層交替沉積在金屬或陶瓷基體上，膜層總厚度為2～4μm。此工藝選取晶格匹配良好的氮化物與碳化物，使該種薄膜具有較高硬度。但是，對于這種不同材料多層膜結構，在模制過程的溫度壓力環(huán)境下，難以確保其層間結合緊密程度，且制程相對較為復雜。
有鑒于此，為適應目前模仁高溫高壓環(huán)境下所需的高耐磨及硬度等性能，以提供一種耐磨性能強、硬度高及使用周期長的陶瓷模仁實為必要。

發(fā)明內容為克服現(xiàn)有技術中陶瓷模仁的耐磨性能和硬度的不足以及制程復雜等缺陷，本發(fā)明的目的在于提供一種高溫高壓環(huán)境下耐磨性能強、硬度高及使用周期長的陶瓷模仁。
為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種陶瓷模仁，包括一具成型表面的模仁基體，其中，該基體的成型表面沉積有碳納米管膜。
其中，所述模仁為上模仁或下模仁；其使用周期為104～106次使用循環(huán)。所述基體材質選自WC(碳化鎢)、BNC(碳氮化硼)、SiC、Si3N4等陶瓷材料。所述碳納米管膜包括單壁碳納米管、多壁碳納米管、陣列式碳納米管或其他形式的碳納米管，膜層厚度范圍為20納米～200納米，且以50納米～100納米為佳；能耐104牛頓壓力及700℃溫度。
另外，所述碳納米管膜可通過化學氣相沉積法、電弧放電法、激光燒蝕法或反應濺射法沉積生長所得。
與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明所提供的陶瓷模仁具有一碳納米管膜層，利用其高溫高壓下的強耐磨及硬度等性能，增加陶瓷模仁的耐磨損性及硬度，從而增加其使用周期。

圖1是現(xiàn)有技術的陶瓷模仁結構示意圖；圖2是本發(fā)明模壓前的陶瓷模仁結構示意圖；圖3是本發(fā)明模壓后的陶瓷模仁結構示意圖；圖4是圖2所示的陶瓷模仁IV部分的局部放大示意圖。
具體實施方式
下面結合附圖對本發(fā)明作進一步詳細說明。
請參閱圖2，是本發(fā)明模壓前的陶瓷模仁結構示意圖。鑒于陶瓷模仁通常成對使用，因此圖2中展示本發(fā)明的模壓前陶瓷模仁分為下模仁10及與之對稱的上模仁10′，其間可注入待模壓的坯體13。其中下模仁10與上模仁10′結構相同，下模仁10包括一基體11，該基體11具有成型表面110。在該基體11的成型表面110上均勻沉積有碳納米管膜12，沉積后，碳納米管膜12表面仍保持成型表面110的原型。同樣，上模仁10′也包括一具有成型表面110′的基體11′，以及沉積在成型表面110′上的碳納米管膜12′。根據(jù)實際需要，基體11的成型表面110與基體11′的成型表面110′的形狀可以相同也可不相同，并可為球面或非球面形狀，例如模制光學組件時一般為非球面形狀，本實施方式采用相同且為非球面形狀的成型表面110及成型表面110′，用來制造光學組件。其中，基體11、11′材質選自WC、BNC、SiC、Si3N4等陶瓷材料。
請參閱圖3，是本發(fā)明模壓后的陶瓷模仁結構示意圖。此時，坯體13(如圖2所示)經上模仁10′與下模仁10模壓后，即成為所需光學組件14。由于模壓作用，光學組件14的外表面即分別具有與下模仁10的成型表面110及上模仁10′的成型表面110′相對應形狀。因而為獲得特定形狀的光學組件14，只要使用具相應成型表面的上下模仁10′、10即可。
請參閱圖4，是圖2所示的陶瓷模仁IV部分的局部放大示意圖。其中，該碳納米管膜12是直接形成在基體11的成型表面110上，其形成方法選自選自化學氣相沉積法、電弧放電法、激光燒蝕法或反應濺射法等。碳納米管膜12可包括單壁碳納米管、多壁碳納米管、陣列式碳納米管或其他形式的碳納米管。碳納米管膜12厚度范圍為20納米～200納米，且以50納米～100納米為佳。由于碳納米管膜12的存在，使得模仁10使用周期至少可達104次循環(huán)，而通過優(yōu)化膜層沉積方法所得碳納米管膜12，含該碳納米管膜12的模仁10使用周期可達105～106次循環(huán)(如用于模制棱鏡)，并且至少能耐10000牛頓壓力及700℃溫度，而在玻璃成型中模制溫度一般處于400～600℃之間，模壓為2000～7000牛頓。同理，碳納米管膜12′具有與碳納米管膜12相同結構及性能，亦即模仁10′具有與模仁10相同結構及性能。
權利要求
1.一種陶瓷模仁，包括一具成型表面的模仁基體，其特征在于所述基體的成型表面沉積有碳納米管膜。
2.如權利要求1所述的陶瓷模仁，其特征在于所述模仁為上模仁或下模仁。
3.如權利要求1所述的陶瓷模仁，其特征在于所述基體材質選自WC、BNC、SiC、Si3N4等陶瓷材料。
4.如權利要求1所述的陶瓷模仁，其特征在于所述碳納米管膜厚度范圍為20納米～200納米。
5.如權利要求1所述的陶瓷模仁，其特征在于所述模仁的使用周期范圍為104～106次使用循環(huán)，且能耐104牛頓壓力及700℃溫度。
6.如權利要求1至5中任一項所述的陶瓷模仁，其特征在于所述碳納米管膜包括單壁碳納米管、多壁碳納米管、陣列式碳納米管或其他形式的碳納米管。
7.如權利要求6所述的陶瓷模仁，其特征在于所述碳納米管膜是通過化學氣相沉積法、電弧放電法、激光燒蝕法或反應濺射法沉積而形成的。
全文摘要
本發(fā)明提供一種陶瓷模仁，其包括一具成型表面的陶瓷基體及形成在成型表面的功能膜層。其中，該功能膜層是通過在成型表面沉積碳納米管而形成的。本發(fā)明所提供的陶瓷模仁具有碳納米管，因而在高溫高壓環(huán)境下仍有高耐磨性、高硬度及使用周期長等特點，適合于模制光學組件及其類似產品。
文檔編號C23C16/26GK1730418SQ200410051009
公開日2006年2月8日 申請日期2004年8月4日 優(yōu)先權日2004年8月4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