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。該超硬薄膜由非晶質(zhì)硼碳氮材料基體 及分布于其中的立方晶氮化硼納米微粒及金剛石碳 納米微粒構(gòu)成。因非晶質(zhì)硼碳氮材料具有潤滑性， 故有利于脫模;而立方晶氮化硼納米微粒及金剛石 碳納米微粒之粒徑是納米級，且硬度極高，可提高 模壓面的機械強度。該超硬薄膜還可防止模仁基體的金屬元素擴散。

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 非晶質(zhì)硼碳氮材料連續(xù)基體、立方晶氮化硼微粒及金剛石碳微粒分布于 該非晶質(zhì)硼碳氮材料基體中。

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、Zr02、A1203、TiN、Ti02、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，其特征在于該立方晶氮化硼微 粒及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，其特征在于該立方晶氮化硼微 粒及金剛石碳微粒的粒後為納米級。

8.如權(quán)利要求7所述的具有超硬鍍膜的模具，其特征在于該立方晶氮化硼微 粒及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。

具有超硬鍍膜的模具

【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，釆用直接模壓成型(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于模具的化學(xué)穩(wěn)定性、抗 熱沖擊性能、機械強度、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。對于用于模壓成 型的模具一般有以下要求：

a.在高溫時，具有很好的剛性、耐機械沖擊強度及足夠的硬度;

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)、 鎊(Rh)或4了(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)模具長時間使用后，這些添加的金屬元素將通過 上述貴金屬層，擴散至模具的外表面，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 些缺點對于高精度光學(xué)玻璃產(chǎn)品而言，是不可接受的。

除上述形成責(zé)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 散，且脫模時不會黏著玻璃的模具實為必要。

【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、機械 強度高、可防止金屬元素擴散且容易脫模的模具。

為實現(xiàn)本發(fā)明之目的，本發(fā)明提供一種具有超硬鍍膜之模仁，其包括：

模仁基體，其具有一與欲模壓產(chǎn)品相對應(yīng)之模壓面;及覆蓋于該模壓面 之超硬膜層。

該模仁基體是由陶瓷、金屬陶瓷或超硬合金材料制造，包括SiC、Si、 Si3N4、Zr02、A1203、TiN、Ti02、TiC、B4C、WC、W或WC-Co。

所述超硬膜層包括非晶質(zhì)硼碳氮材料基體及分布于基體內(nèi)的立方晶氮化 硼微粒及金剛石碳微粒。所述非晶質(zhì)硼碳氮材料基體是連續(xù)分布，而立方晶 氮化硼微粒及金剛石碳微粒是離散或部分連續(xù)分布于其中，且立方晶氮化硼 微粒及金剛石碳微粒的粒徑為1-100納米范圍內(nèi)。

上述超硬膜層可通過電漿化學(xué)氣相沉積法沉積或濺鍍法而形成。

相對于現(xiàn)有技術(shù),本發(fā)明于高硬度之模仁基體模壓表面形成一超硬膜層， 利用非晶質(zhì)硼碳氮材料基體潤滑性良好的特點，使得本發(fā)明的模仁在模壓時， 不會與光學(xué)玻璃產(chǎn)品黏著，容易脫模;而立方晶氮化硼微粒及金剛石碳微粒 硬度極高，所以可提高模壓面的機械強度;另外，該超硬膜層還可防止模仁 基體的金屬元素擴散，從而避免對玻璃產(chǎn)品產(chǎn)生不良影響。

【附圖說明】

圖1是本發(fā)明第一實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)明第一實施例提供一種用于模壓非球面光學(xué)玻璃產(chǎn)品的 模仁10,其包括一模仁基體12及形成于模仁基體12模壓面的薄膜層14。該模 仁基體12可通過以下陶免、金屬陶資或超硬合金為主要材料經(jīng)燒結(jié)制造而得： SiC、Si、Si3N4、Zr02、A1203、TiN、Ti02、TiC、B4C、WC、W或WC-Co。 模仁基體12的模壓表面需與待模壓的非球面光學(xué)玻璃產(chǎn)品的形狀相對應(yīng)，即 非球面形。薄膜層14覆蓋于模仁基體12的模壓表面，其包括非晶質(zhì)硼碳氮材 料 16(Amorphous Boron Carbon Nitride,即 a-BCN)、立方晶氮化棚微粒 17(Cubic Boron Nitride)及金剛石碳微粒18。非晶質(zhì)硼碳氮材料16為連續(xù)層， 可作為立方晶氮化硼微粒17及金剛石碳微粒18分布的基體;而立方晶氮化硼 微粒17及金剛石碳微粒18是離散或部分連續(xù)分布于整個非晶質(zhì)硼碳氮材料16 基體中，其含量占薄膜層14總量10%~60%(摩爾百分比)。立方晶氮化硼微粒 17及金剛石碳微粒18的粒徑在1-100納米范圍內(nèi)，優(yōu)選在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)品之模仁，還可應(yīng)用于 其它不同形狀、不同用途的模壓產(chǎn)品之模仁。請參閱圖2，本發(fā)明第二實施例 提供一種用于模壓平面光學(xué)玻璃產(chǎn)品的模仁20，其包括一具有光滑平面的模 仁基體22，及覆蓋于該光滑平面的薄膜層24。該模仁基體22可通過以下陶瓷、 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、Zr02、 A1203、TiN、Ti02、TiC、B4C、WC、W或WC-Co。薄膜層24是包括非晶質(zhì)硼碳氮材料26、立方晶氮化硼微粒27及金剛石碳微粒28。非晶質(zhì)硼碳氮材料 26是連續(xù)層，可作為立方晶氮化硼微粒27及金剛石碳微粒28分布的基體;而 立方晶氮化硼微粒27及金剛石碳微粒28是離散或部分連續(xù)分布于整個非晶質(zhì) 硼碳氮材料26基體中，其含量占薄膜層24總量10%?60%(摩爾百分比)。立方 晶氮化硼微粒27及金剛石碳微粒28的粒徑在1-100納米范圍內(nèi),最好在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)。

上述二實施例中，模仁基體12及22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 Vapor Deposition) 或濺鏡法形成，紅括微波電裝化學(xué)氣相沉積法(Microwave Plasma Chemical Vapor Deposition)，共被法(Co-Sputtering)或反應(yīng)式濺鍛法(Reactive Sputtering) o

本發(fā)明之模仁10(20),其模仁基體12(22)具有高硬度，高機械強度的優(yōu)點， 可承受高溫模壓時產(chǎn)生的壓力及應(yīng)力。模壓面被薄膜層14(24)覆蓋，其由不 易被氧化的非金屬材料組成，包括較軟的非晶質(zhì)硼碳氮材料16(26)及高硬度 的立方晶氮化硼微粒17(27)與金剛石碳微粒18(28),由于非晶質(zhì)硼碳氮材料 16(26)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 立方晶氮化硼微粒17(27)及金剛石碳微粒18(28)的硬度高、粒徑小，既可增強 模仁表面的機械強度，也使模壓面的精度提高。另外，該薄膜層14(24)還可 阻止模仁基體12(22)的金屬元素于使用時滲透、擴散至薄膜層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 超硬鍍膜的模仁具有高機械強度、抗氧化、化學(xué)穩(wěn)定性優(yōu)良且容易脫模的特點。