本发明专利技术涉及用于玻璃模制用模口及工具加工的TiAlN涂层。一种用于进行精密玻璃模制的系统，包括一个基底和一个涂层。该个基底具有小于1.2wt.％的次要组分。该涂层包括TiAlxNy，其中x是约0.7-1.5并且y是约2.0-3.0。该涂层被涂覆在该基底的至少一部分上。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术是针对在玻璃模制过程中使用的一种系统，并且更具体地是针对在玻璃模制过程中使用的一种包括氮化钛铝(TiAlN)涂层的系统。
技术介绍
精密玻璃模制广阔地用于由玻璃来制造用于多种应用(包括例如照相机、显微镜、以及准直仪)中的光学透镜。在制造玻璃的过程中常使用两种方法来生产透镜。一种方法包括由玻璃而精密研磨一种透镜，而另一种方法包括制备一种用于模制玻璃透镜的高精度模具。由于相关联的时间以及成本节省，第二种方法被广泛地用于高体积的透镜。在这种方法中，由于低反应性的玻璃连同低的模制温度(即小于600°C )，所使用的典型的模具材料是WC-Co。在一些实例中，该模具材料可以包括或可以不包括一个涂层，如一个类金刚石碳(DLC)涂层。然而，透镜生产商正转向包含反应性元素(如氟、钾、钠、铝、磷、锗)的玻璃组合物并且因此要求在更高的模制温下进行加工。这样做的过程中，他们已发现目前的WC-Co模具材料和/或其上的涂层在更高的温度条件下并不表现得令人满意，这是由于该模具材料和/或涂层在高温下是不稳定的和/或由于该模具材料和/或涂层与玻璃发生了反应。典型地，硅酸盐和非硅酸盐玻璃由于它们的宽范围的光学特性(这进而有助于创造用于各种各样应用的透镜)已经得到使用。然而，这些玻璃中的一些具有较高的软化温度和/或呈现出较高的反应性。因此，尽管目前使用基于WC-Co模具和/或涂层的精密玻璃模制方法对于在较低软化温度下和/或用较小反应性的玻璃进行模制可能是成功的，但是这些材料在高于600°C的温度下并且关于更大反应性的玻璃仍然会失效。此外，已经考虑了多种涂层，如TiN、Ti-B-C-N、Ni-Al-N、Mo_M (其中M是Re、Hf、 Tc或Os)以及Pt-Ir。然而，对这些涂层中的一些的测试已经显示它们不能在高于600°C的温度下处理反应性玻璃。此外，基于Pt或贵族金属的涂层是高不可及的昂贵。除了该涂层对反应性玻璃呈现出惰性之外，同样重要的是该涂层不使模具的轮廓精度改变大于一个关键量，同时还保持必要的表面光洁度。该轮廓精度是指形成的模具在该模具上的任何一点处与公式确定的几何表面的偏差。典型地，所允许的轮廓精度偏差小于0.5 μ m。此外，一个涂覆的模具的表面光洁度典型地小于5nm。如果轮廓精度或者表面光洁度偏离了这些可接受的范围，那么这些透镜的光学性能可能受损。用来实现所希望的轮廓精度和表面光洁度的一种方式是将涂层限制在某个厚度并且使用例如一个薄的涂层。然而，关于薄涂层的一个问题(尤其是在较高温度下)是基底中的粘合剂和其他物种穿过该涂层的显著扩散。这些扩散的物种进而与玻璃发生反应并且导致模具的失效。可替代地，可以将一个更厚的涂层沉积在基底上以避免此类问题。然而，更厚的涂层经常要求涂覆后的操作，例如抛光，以便实现所要求的轮廓和/或表面光洁度。然而，此类涂覆后操作对模具增加附加成本并且增加了这些模具的生产时间。因此，对于用于精密玻璃模制操作的、在高的模制温度下为化学上惰性的一种有成本效益的材料系统存在着一种需要。
技术实现思路
一种涂层组合物包括TiAlxNy，其中χ是约0. 7-1. 5，如0. 8-1. 2，并且y是约 2. 0-3. 0，如2. 2-3. 0，并且如2. 2-2. 7。在多个实施方案中，一个基底涂覆有一种TiAlxNy组合物，其中χ是约0. 7-1. 5，如0. 8-1. 2，并且y是约2. 0-3. 0，如2. 2-3. 0，并且如2. 2-2. 7。 该基底可以具有小于约1. 0 μ m的涂层厚度。其他实施方案是针对用于精密玻璃模制的一种系统。该系统包括一个基底以及在其至少一部分上的一个涂层。这个涂层包括TiAlxNy，其中χ是约0.7-1. 5，如0.8-1. 2 ；并且y是约2. 0-3.0，如2. 2-2. 7。该基底可以包括小于该基底总重量1. 2%的次要组分。这些次要组分可以包括例如钴、铬、或镍中的至少一种。该基底可以包括具有小于1.2wt. % 次要组分的碳化一钨(monotungsten carbide) 0该涂层厚度可以小于约1. 0 μ m，例如是约 0.5μπι。该涂覆的基底的表面粗糙度(RMS)可以大于是小于约5nm。该涂覆的基底可以具有小于约0. 5 μ m的轮廓精度。该系统还可以包括在该基底与该涂层之间的一个中间层。该中间层可以包括具有小于约1. 2wt. %次要组分的碳化钨、钨、或者它们的一种组合。其他实施方案是针对涂覆一个基底的一种方法。该基底可以包括小于1. 2wt. % 的次要组分并且该涂层可以包括TiAlxNy,其中χ是约0. 7-1. 5，如0. 8-1. 2 ；并且y是约 2.0-3.0，如2. 2-2. 7。该涂层厚度可以小于约1. 0 μ m，例如是约0. 5 μ m。该方法可以进一步包括对该涂覆的基底进行表面处理。该方法可以进一步包括在涂覆该基底之前施加一个中间层。该中间层可以包括碳化钨、钨、或者它们的一个组合。本专利技术的这些以及其他方面将在下面的说明中变得更清楚。附图说明图IA和IB是具有一个DLC涂层的基底分别在热处理之前和热处理之后的显微照片。图2A和2B是具有一个TiN涂层的基底分别在热处理之前和热处理之后的显微照片。图3A和;3B是具有一个根据本专利技术的TiAlN涂层的基底分别在热处理之前和热处理之后的显微照片。图4是与玻璃组合物A相接触的、涂覆有一个根据本专利技术的涂层的基底显微照片。图5是与玻璃组合物B相接触的、涂覆有一个根据本专利技术的涂层的基底显微照片。图6A和6B是与玻璃组合物B的玻璃相接触的、涂覆有Ti16Al27N57的基底分别在暴露于高温之前和之后的显微照片。图7A和7B是与玻璃组合物B的玻璃相接触的、涂覆有DLC的基底分别在暴露于高温之前和之后的显微照片。图8A和8B是与玻璃组合物B的玻璃相接触的、涂覆有TiN的基底分别在暴露于高温之前和之后的显微照片。具体实施方式在描述本专利技术的材料、方法、以及系统之前，应当理解本披露不受限于所描述的具体方法以及材料，因为这些可以改变。还应该理解本说明书中所使用的术语只是为了描述这些特定的形式或实施方案的目的、而不是旨在限制该范围。例如，除非上下文明确地另有说明，如在此和所附权利要求书中所使用的单数形式“一个”、“一种”和“该”包括复数的指代物。例如，尽管在此提及的是“一个”模具、“一个”涂层、“一种”玻璃等等，但是可以使用这些或任何其他部件中的一个或多个。此外，如在此使用的词语“包括”旨在表示“包含但不限于”。除非另外限定，在此使用的所有技术的或科学的术语具有与本领域普通技术人员通常理解的相同的含义。本专利技术总体上是针对在精密玻璃模制过程中使用的化学上惰性的材料系统。该系统包括一个基底以及一个涂层。在多个实施方案中，该系统可以包括在该基底与该涂层之间的一个中间层。该基底可以是任何模具、毛坯、半光制的或光制(finished)的物品。在多个实施方案，该基底是模具或模口。该系统的适当基底包括高纯度的材料。在多个实施方案中，该高纯度基底材料具有小于该基底总重约1. 2wt. %的次要组分，如小于约1. Owt. %的次要组分。次要组分可以包括例如镍、钒、铬、钛、钴等，连同杂质如铁、钙、钾等。用于基底的合适材料本文档来自技高网...
【技术保护点】
１．一种包括ＴｉＡｌｘＮｙ的涂层组合物，其中，ｘ是约０．７－１．５并且ｙ是约２．２－３．０。
【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：S·布拉曼达姆，I·斯皮特斯伯格，M·J·沃提，
申请(专利权)人：钴碳化钨硬质合金公司，
类型：发明
国别省市：US
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