具有超硬镀膜的模仁制造技术

本发明专利技术是关于一种用于模压玻璃产品的模具，其包括一具有模压面的模具基体及覆盖在该模压面的超硬薄膜。该超硬薄膜由非晶质硼碳氮材料基体及分布于其中的立方晶氮化硼纳米微粒及金刚石碳纳米微粒构成。因非晶质硼碳氮材料具有润滑性，故有利于脱模；而立方晶氮化硼纳米微粒及金刚石碳纳米微粒之粒径是纳米级，且硬度极高，可提高模压面的机械强度。该超硬薄膜还可防止模仁基体的金属元素扩散。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种用于模压光学玻璃的模具，尤其涉及一种高硬度且容易脱模的模具。
技术介绍
模具广泛应用于模压成型制程，特别是用于制造光学玻璃产品，如非球面玻璃透镜、球透镜、棱镜等，采用直接模压成型(Direct Press-molding)技术可直接生产高质量的光学玻璃产品，而且无需打磨、抛光等后续加工步骤，可大大提高生产效率和产量。但直接模压成型法对于模具的化学稳定性、抗热冲击性能、机械强度、表面光滑度等要求非常高。所以，模压成型技术的发展实际上主要取决于模具的材料及模具制造技术的进步。对于用于模压成型的模具一般有以下要求a.在高温时，具有很好的刚性、耐机械冲击强度及足够的硬度；b.在反复及快速加热冷却的热冲击下，模具不产生裂纹或变形；c.在高温时模具成型表面与光学玻璃不发生化学反应，不黏附玻璃；d.模具不发生高温氧化；e.加工性能好，易加工成高精度及高表面光洁度的型面；f.成本低。传统模具大多采用不锈钢或耐热合金作为模具材料，这种模具容易发生高温氧化，特别是在反复热冲击作用下，材料会发生晶粒长大，从而模具表面变粗糙，黏结玻璃。为解决上述问题，非金属及超硬合金被用于制造模具。据报道，碳化硅(SiC)，氮化硅(Si3N4)，碳化钛(TiC)，碳化钨(WC)及碳化钨-钴合金已经被用于制造这种模具。但是，上述各种碳化物陶瓷硬度非常高，很难加工成所需要的特定外形，特别是高精度非球面形。而超硬合金除难以加工之外，使用一段时间之后还可能发生高温氧化。所以，以碳化物或超硬合金为模具基底，其表面形成有其它材料镀层或覆层之复合结构模具成为新的发展方向。美国专利第4,685,948号揭示一种用于直接模压成型光学玻璃产品的复合结构模具，其采用高强度的超硬合金、碳化物陶瓷或金属陶瓷作为模具基体，并在模具的模压面形成有铱(Ir)薄膜层，或Ir与铂(Pt)、铼(Re)、锇(Os)、铑(Rh)或钌(Ru)的合金薄膜层，或Ru薄膜层，或Ru与Pt、Re、Os、Rh的合金薄膜层。但是，上述各种贵金属或其合金资源匮乏，产量稀少，价格昂贵，使得这种模具成本大大提高；而且，碳化物或金属陶瓷作为模具基体，一般是通过烧结而成，在烧结过程中需添加钴(Co)、镍(Ni)或钼(Mo)等金属元素作为添加剂参与烧结，这样，当模具长时间使用后，这些添加的金属元素将通过上述贵金属层，扩散至模具的外表面，从而和欲模压形成的玻璃材料发生化学反应，改变玻璃的颜色，影响模具的精度及模压成型玻璃产品的质量。这些缺点对于高精度光学玻璃产品而言，是不可接受的。除上述形成贵金属薄膜层之外，业界还有利用电浆化学气相沉积法(Plasma CVD)或热化学气相沉积法(Thermal CVD)在模具基体表面形成碳化硅或氮化硅薄膜层，但是，这种薄膜层在400摄氏度高温时容易黏着光学玻璃产品，使得光学玻璃产品不易脱模。有鉴于此，提供一种化学稳定性佳，可防止模具基体的金属元素向外扩散，且脱模时不会黏着玻璃的模具实为必要。
技术实现思路
为解决习知技术的上述问题，本专利技术的目的在于提供一种防氧化、机械强度高、可防止金属元素扩散且容易脱模的模具。为实现本专利技术之目的，本专利技术提供一种具有超硬镀膜之模仁，其包括模仁基体，其具有一与欲模压产品相对应之模压面；及覆盖于该模压面之超硬膜层。该模仁基体是由陶瓷、金属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。所述超硬膜层包括非晶质硼碳氮材料基体及分布于基体内的立方晶氮化硼微粒及金刚石碳微粒。所述非晶质硼碳氮材料基体是连续分布，而立方晶氮化硼微粒及金刚石碳微粒是离散或部分连续分布于其中，且立方晶氮化硼微粒及金刚石碳微粒的粒径为1-100纳米范围内。上述超硬膜层可通过电浆化学气相沉积法沉积或溅镀法而形成。相对于现有技术，本专利技术于高硬度之模仁基体模压表面形成一超硬膜层，利用非晶质硼碳氮材料基体润滑性良好的特点，使得本专利技术的模仁在模压时，不会与光学玻璃产品黏着，容易脱模；而立方晶氮化硼微粒及金刚石碳微粒硬度极高，所以可提高模压面的机械强度；另外，该超硬膜层还可防止模仁基体的金属元素扩散，从而避免对玻璃产品产生不良影响。附图说明图1是本专利技术第一实施例用于模压非球面光学玻璃产品的模具的示意图；图2是本专利技术第二实施例用于模压平面光学玻璃产品的模具的示意图。具体实施方式下面将结合附图对本专利技术作进一步的详细说明。请参阅图1，本专利技术第一实施例提供一种用于模压非球面光学玻璃产品的模仁10，其包括一模仁基体12及形成于模仁基体12模压面的薄膜层14。该模仁基体12可通过以下陶瓷、金属陶瓷或超硬合金为主要材料经烧结制造而得SiC、Si、Si3N4、ZrO2、Al2O3、TiN、TiO2、TiC、B4C、WC、W或WC-Co。模仁基体12的模压表面需与待模压的非球面光学玻璃产品的形状相对应，即非球面形。薄膜层14覆盖于模仁基体12的模压表面，其包括非晶质硼碳氮材料16(Amorphous Boron Carbon Nitride，即a-BCN)、立方晶氮化硼微粒17(Cubic Boron Nitride)及金刚石碳微粒18。非晶质硼碳氮材料16为连续层，可作为立方晶氮化硼微粒17及金刚石碳微粒18分布的基体；而立方晶氮化硼微粒17及金刚石碳微粒18是离散或部分连续分布于整个非晶质硼碳氮材料16基体中，其含量占薄膜层14总量10％～60％(摩尔百分比)。立方晶氮化硼微粒17及金刚石碳微粒18的粒径在1-100纳米范围内，优选在5～100纳米范围内。而薄膜层14的厚度可在1微米至100微米范围内。当然，本专利技术不仅可用于模压非球面光学玻璃产品之模仁，还可应用于其它不同形状、不同用途的模压产品之模仁。请参阅图2，本专利技术第二实施例提供一种用于模压平面光学玻璃产品的模仁20，其包括一具有光滑平面的模仁基体22，及覆盖于该光滑平面的薄膜层24。该模仁基体22可通过以下陶瓷、金属陶瓷或超硬合金为主要材料经烧结制造而得SiC、Si、Si3N4、ZrO2、Al2O3、TiN、TiO2、TiC、B4C、WC、W或WC-Co。薄膜层24是包括非晶质硼碳氮材料26、立方晶氮化硼微粒27及金刚石碳微粒28。非晶质硼碳氮材料26是连续层，可作为立方晶氮化硼微粒27及金刚石碳微粒28分布的基体；而立方晶氮化硼微粒27及金刚石碳微粒28是离散或部分连续分布于整个非晶质硼碳氮材料26基体中，其含量占薄膜层24总量10％～60％(摩尔百分比)。立方晶氮化硼微粒27及金刚石碳微粒28的粒径在1-100纳米范围内，最好在5～100纳米范围内。而薄膜层24的厚度可在1微米至100微米范围内。上述二实施例中，模仁基体12及22通过烧结或其它加工方法制备而成，薄膜层14及24可通过电浆化学气相沉积法(Plasma Chemical Vapor Deposition)或溅镀法形成，包括微波电浆化学气相沉积法(Microwave Plasma ChemicalVapor Deposition)，共镀法(Co-Sputtering)或反应式溅镀法(ReactiveSputtering)。本专利技术之模仁10(20)，其模仁基体12(22)具有高本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种具有超硬镀膜的模具，其包括：一模具基体，其具有一模压面；及一超硬膜层覆盖于该模具基体的模压面；其特征在于：该超硬膜层包括非晶质硼碳氮材料连续基体、立方晶氮化硼微粒及金刚石碳微粒分布于该非晶质硼碳氮材料基体中。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：简士哲，
申请(专利权)人：鸿富锦精密工业深圳有限公司，鸿海精密工业股份有限公司，
类型：发明
国别省市：94[中国|深圳]