專利名稱：具有超硬鍍膜的模具的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于模壓光學(xué)玻璃的模具，尤其涉及一種高硬度且容易脫模的模具。
背景技術(shù)：
模具廣泛應(yīng)用于模壓成型制程，特別是用于制造光學(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(Direct Press-molding)技術(shù)可直接生產(chǎn)高質(zhì)量的光學(xué)玻璃產(chǎn)品，而且無需打磨、拋光等后續(xù)加工步驟，可大大提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)量。但直接模壓成型法對(duì)于模具的化學(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。所以，模壓成型技術(shù)的發(fā)展實(shí)際上主要取決于模具的材料及模具制造技術(shù)的進(jìn)步。對(duì)于用于模壓成型的模具一般有以下要求a.在高溫時(shí)，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，模具不產(chǎn)生裂紋或變形；c.在高溫時(shí)模具成型表面與光學(xué)玻璃不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，不黏附玻璃；d.模具不發(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)模具大多采用不銹鋼或耐熱合金作為模具材料，這種模具容易發(fā)生高溫氧化，特別是在反復(fù)熱沖擊作用下，材料會(huì)發(fā)生晶粒長大，從而模具表面變粗糙，黏結(jié)玻璃。
為解決上述問題，非金屬及超硬合金被用于制造模具。據(jù)報(bào)道，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)被用于制造這種模具。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特定外形，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(shí)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具基底，其表面形成有其它材料鍍層或覆層之復(fù)合結(jié)構(gòu)模具成為新的發(fā)展方向。
美國專利第4,685,948號(hào)揭示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)模具，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具基體，并在模具的模壓面形成有銥(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。
但是，上述各種貴金屬或其合金資源匱乏，產(chǎn)量稀少，價(jià)格昂貴，使得這種模具成本大大提高；而且，碳化物或金屬陶瓷作為模具基體，一般是通過燒結(jié)而成，在燒結(jié)過程中需添加鈷(Co)、鎳(Ni)或鉬(Mo)等金屬元素作為添加劑參與燒結(jié)，這樣，當(dāng)模具長時(shí)間使用后，這些添加的金屬元素將通過上述貴金屬層，擴(kuò)散至模具的外表面，從而和欲模壓形成的玻璃材料發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，改變玻璃的顏色，影響模具的精度及模壓成型玻璃產(chǎn)品的質(zhì)量。這些缺點(diǎn)對(duì)于高精度光學(xué)玻璃產(chǎn)品而言，是不可接受的。
除上述形成貴金屬薄膜層之外，業(yè)界還有利用電漿化學(xué)氣相沉積法(Plasma CVD)或熱化學(xué)氣相沉積法(Thermal CVD)在模具基體表面形成碳化硅或氮化硅薄膜層，但是，這種薄膜層在400攝氏度高溫時(shí)容易黏著光學(xué)玻璃產(chǎn)品，使得光學(xué)玻璃產(chǎn)品不易脫模。
有鑒于此，提供一種化學(xué)穩(wěn)定性佳，可防止模具基體的金屬元素向外擴(kuò)散，且脫模時(shí)不會(huì)黏著玻璃的模具實(shí)為必要。

發(fā)明內(nèi)容為解決習(xí)知技術(shù)的上述問題，本發(fā)明的目的在于提供一種防氧化、機(jī)械強(qiáng)度高、可防止金屬元素?cái)U(kuò)散且容易脫模的模具。
為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的，本發(fā)明提供一種具有超硬鍍膜的模具，其包括模具基體，其具有一與欲模壓產(chǎn)品相對(duì)應(yīng)的模壓面；及覆蓋于該模壓面的超硬膜層。
該模具基體是由陶瓷、金屬陶瓷或超硬合金材料制造，包括SiC、Si、Si3N4、ZrO2、A12O3、TiN、TiO2、TiC、B4C、WC、W或WC-Co。
超硬膜層是碳材料沉積而成，包括非晶碳基體及金剛石碳微粒分布于該非晶碳基體中。所述非晶碳基體是連續(xù)分布，金剛石碳微粒是離散或部分連續(xù)分布于其中，且金剛石碳微粒的粒徑為納米級(jí)。
上述超硬膜層可通過電漿化學(xué)氣相沉積法沉積而成。
相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明在高硬度的模具基體模壓表面形成碳材料超硬膜層，利用非晶碳潤滑性良好的特點(diǎn)，使得本發(fā)明的模具在模壓制程中，不會(huì)與光學(xué)玻璃產(chǎn)品黏著，容易脫模；而且金剛石碳微粒硬度極高，可提高模壓面的機(jī)械強(qiáng)度；另外，該超硬膜層還可防止模具基體的金屬元素?cái)U(kuò)散，從而避免對(duì)玻璃產(chǎn)品產(chǎn)生不良影響。

圖1是本發(fā)明第一實(shí)施例用于模壓非球面光學(xué)玻璃產(chǎn)品的模具的示意圖；圖2是本發(fā)明第二實(shí)施例用于模壓平面光學(xué)玻璃產(chǎn)品的模具的示意圖。
具體實(shí)施方式
下面將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。
請(qǐng)參閱圖1，本發(fā)明第一實(shí)施例提供一種用于模壓非球面光學(xué)玻璃產(chǎn)品的膜仁10，其包括一模具基體12及形成于模具基體12模壓面的薄膜層14。該模具基體12可利用以下陶瓷、金屬陶瓷或超硬合金為主要材料經(jīng)燒結(jié)制造而得SiC、Si、Si3N4、ZrO2、A12O3、TiN、TiO2、TiC、B4C、WC、W或WC-Co。模具基體12的模壓表面需與待模壓的非球面光學(xué)玻璃產(chǎn)品的形狀相對(duì)應(yīng)，即非球面形。薄膜層14覆蓋于模具基體12的模壓表面，其是由碳材料沉積而成，包括非晶碳16(Amorphous Carbon)及金剛石碳微粒17(Diamond Carbon)。非晶碳16是連續(xù)層，可作為金剛石碳微粒17分布的基體；而金剛石碳微粒17是離散或部分連續(xù)分布于整個(gè)非晶碳16形成的基體中，其含量占薄膜層14總量的10％～60％(摩爾百分比)。金剛石碳微粒17的粒徑是納米級(jí)，最好是在5～100納米范圍內(nèi)。而薄膜層14的厚度可在1微米至100微米范圍內(nèi)。
當(dāng)然，本發(fā)明不僅可用于模壓非球面光學(xué)玻璃產(chǎn)品的模具，亦可應(yīng)用于其它不同形狀、不同用途的模壓產(chǎn)品的模具。請(qǐng)參閱圖2，本發(fā)明第二實(shí)施例提供一種用于模壓平面光學(xué)玻璃產(chǎn)品的模具20，其包括一具有光滑平面的模具基體22，及覆蓋于該光滑平面的薄膜層24。該模具基體22可利用以下陶瓷、金屬陶瓷或超硬合金為主要材料經(jīng)燒結(jié)制造而得SiC、Si、Si3N4、ZrO2、Al2O3、TiN、TiO2、TiC、B4C、WC、W或WC-Co。薄膜層24是由碳材料沉積而成，包括非晶碳26(Amorphous Carbon)及金剛石碳微粒27(DiamondCarbon)。非晶碳26是連續(xù)層，可作為金剛石碳微粒27分布的基體；而金剛石碳微粒27是離散或部分連續(xù)分布于整個(gè)非晶碳26形成的基體中，其含量占薄膜層24總量的10％～60％(摩爾百分比)。金剛石碳微粒27的粒徑是納米級(jí)，最好是在5～100納米范圍內(nèi)。而薄膜層24的厚度可在1微米至100微米范圍內(nèi)。
上述兩個(gè)具體實(shí)施例中，模具基體12及22是通過燒結(jié)或其它加工方法制備而成，薄膜層14及24可通過電漿化學(xué)氣相沉積法(Plasma Chemical VaporDeposition)沉積形成，例如微波電漿化學(xué)氣相沉積法(Microwave PlasmaChemical Vapor Deposition)。
本發(fā)明之模具10(20)，其模具基體12(22)具有高硬度，高機(jī)械強(qiáng)度的優(yōu)點(diǎn)，可承受高溫模壓時(shí)產(chǎn)生的壓力及應(yīng)力。模壓面被薄膜層14(24)覆蓋，其是由不易被氧化的碳材料組成，包括較軟的非晶碳16(26)及高硬度的金剛石碳微粒17(27)，由于非晶碳16(26)的碳原子含有sp2鍵結(jié)，使得其潤滑性良好，所以，模壓玻璃產(chǎn)品容易脫模；而金剛石碳微粒17(27)的硬度高、粒徑小，既可增強(qiáng)模具表面的機(jī)械強(qiáng)度，亦使模壓面的精度提高。另外，該薄膜層14(24)還可阻止模具基體12(22)的金屬元素滲透、擴(kuò)散至薄膜層14(24)外面，避免這些金屬元素使玻璃變色，影響光學(xué)玻璃質(zhì)量。綜上所述，本發(fā)明的具有超硬鍍膜的模具具有高機(jī)械強(qiáng)度、抗氧化、化學(xué)穩(wěn)定性優(yōu)良且容易脫模的特點(diǎn)。
權(quán)利要求
1.一種具有超硬鍍膜的模具，其包括一模具基體，其具有一模壓面；及一超硬膜層覆蓋于該模具基體的模壓面；其特征在于該超硬膜層包括非晶碳基體及金剛石碳微粒分布于該非晶碳基體中。
2.如權(quán)利要求1所述的具有超硬鍍膜的模具，其特征在于該模具基體是由SiC、Si、Si3N4、ZrO2、Al2O3、TiN、TiO2、TiC、B4C、WC、W或WC-Co制成。
3.如權(quán)利要求2所述的具有超硬鍍膜的模具，其特征在于該模具基體是經(jīng)燒結(jié)而成。
4.如權(quán)利要求1所述的具有超硬鍍膜的模具，其特征在于該超硬膜層是通過電漿化學(xué)氣相沉積法沉積而成。
5.如權(quán)利要求1所述的具有超硬鍍膜的模具，其特征在于該超硬膜層厚度為1微米至100微米范圍內(nèi)。
6.如權(quán)利要求1所述的具有超硬鍍膜的模具，其特征在于該金剛石碳微粒的摩爾百分比為10％～60％。
7.如權(quán)利要求1所述的具有超硬鍍膜的模具，其特征在于該金剛石碳微粒的粒徑為納米級(jí)。
8.如權(quán)利要求7所述的具有超硬鍍膜的模具，其特征在于該金剛石碳微粒的粒徑為5～100納米范圍內(nèi)。
9.如權(quán)利要求1所述的具有超硬鍍膜的模具，其特征在于該模具的模壓面為非球面。
10.如權(quán)利要求1所述的具有超硬鍍膜的模具，其特征在于該模具的模壓面為平面。
全文摘要
本發(fā)明是關(guān)于一種用于模壓玻璃產(chǎn)品的模具，其包括一具有模壓面的模具基體及覆蓋在該模壓面的超硬薄膜。該超硬薄膜是由非晶碳基體及分布于其中的金剛石碳微粒構(gòu)成。本發(fā)明的特點(diǎn)在于非晶碳具有潤滑性，有利于脫模；而金剛石碳微粒的粒徑為納米級(jí)，硬度極高，提高機(jī)械強(qiáng)度以及硬度。另外，該超硬薄膜還可以防止模具基體的金屬元素向外擴(kuò)散。
文檔編號(hào)C23C16/513GK1670245SQ20041002660
公開日2005年9月21日 申請(qǐng)日期2004年3月20日 優(yōu)先權(quán)日2004年3月20日
發(fā)明者簡士哲 申請(qǐng)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