專利名稱：玻璃模造用的模仁的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種模仁(molding core)，特別是指一種玻璃模造用的模仁。
背景技術(shù)：
參閱圖1，一般應(yīng)用在玻璃模造的模仁包含一基材11，及一形成于該基材11上的保護(hù)膜(protective film)12。該保護(hù)膜12具有一遠(yuǎn)離該基材11的一成形面121。于一高溫的模造環(huán)境下壓制與該成形面121接觸的玻璃素材13，以在該玻璃素材上成型一與該成形面121形狀互補(bǔ)的光學(xué)功能面131。
由于形成于玻璃模造用的模仁的基材上的保護(hù)膜，必須是不易與基材起反應(yīng)，且是由具備有良好的化學(xué)穩(wěn)定性(chemical stability)的組成物所制成。因此，早期形成于基材上的保護(hù)膜是由類鉆碳(Diamond-Like Carbon；簡稱DLC)膜所制成。但是，DLC在高溫下經(jīng)長時間的使用后，其表面的高溫氧化作用(oxidation)會造成保護(hù)膜表面粗化(roughen)的品質(zhì)缺陷，或者其表面與玻璃素材反應(yīng)或沉積析出物(precipitate)造成保護(hù)膜表面性質(zhì)改變，因而影響模造品質(zhì)。另外，DLC具有良好的分模性(releaseefficiency)，但是在經(jīng)過長時間且高溫使用后，將造成DLC與基材之間的附著性(adhesion)下降，而使得DLC由該基材表面剝落。
因此，由前所述，日本第9-227150號專利揭露一種制造具有保護(hù)膜的玻璃模造用的模仁的方法。
該方法包含下列步驟(1)第一步驟，在一玻璃模造用的模仁的基材上形成一以碳為主且厚度介于50nm至1000nm之間的保護(hù)膜；(2)于該步驟(1)所述的保護(hù)膜注入氮(nitrogen)離子；及(3)在一含有氮?dú)怏w氛圍(atmosphere)的環(huán)境下對該步驟(2)所述的保護(hù)膜施予一熱處理(heat-treating)，以在該保護(hù)膜內(nèi)構(gòu)成碳及氮的鍵結(jié)。
其中，該步驟(1)中所使用的基材是由碳化硅(silicon carbide；簡稱SiC)、氮化硅(silicon nitride；簡稱Si3N4)或碳化鎢(tungsten carbide；簡稱WC)等材料所制成，而形成于該基材上的DLC則是利用磁控濺鍍(magnetron sputtering)法或電漿輔助化學(xué)氣相沉積(plasma-enhanced chemical vapor deposition；簡稱PECVD)法所制成。此外，該保護(hù)膜內(nèi)含有碳及氮的鍵結(jié)，則是由利用對該保護(hù)膜施予一氮離子布植(ion implantation)后，并進(jìn)一步地對該保護(hù)膜施予熱處理所制成。
雖然該保護(hù)膜內(nèi)具有碳及氮的鍵結(jié)，可改善該保護(hù)膜于高溫模造過程中高溫化穩(wěn)性的問題，并減少該保護(hù)膜自該基材剝離的現(xiàn)象。但，由于該基材與保護(hù)膜之間的同質(zhì)性(coherence)不足，導(dǎo)致該模仁在經(jīng)過長時間且高溫使用后，仍舊避免不了該保護(hù)膜自該基材剝離等問題。此外，由于前述的保護(hù)膜只借由離子布植的方式構(gòu)成碳及氮的鍵結(jié)結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致此鍵結(jié)結(jié)構(gòu)完整度無法符合長期使用于高溫模造環(huán)境的需求。
上面所提及的制造玻璃模造用的具有保護(hù)膜的模仁的方法，雖然可在高溫模造環(huán)境下使用，但由于該保護(hù)膜及基材兩種材料間的同質(zhì)性低，使得該保護(hù)膜及基材兩者間仍具有附著性不佳的缺點(diǎn)，此外，該保護(hù)膜中的碳及氮鍵結(jié)結(jié)構(gòu)較不完整，致使高溫化穩(wěn)性不足，使得整體模仁無法長期于高溫模造環(huán)境下使用，因此如何提升該保護(hù)膜及基材之間的附著性，并提升該保護(hù)膜的高溫化穩(wěn)性以增加模仁的使用壽命，是當(dāng)前開發(fā)玻璃模造用的模仁相關(guān)業(yè)者需發(fā)展的目標(biāo)。

發(fā)明內(nèi)容
DLC材料是由部分的sp2鍵結(jié)及部分的sp3鍵結(jié)所構(gòu)成。其中，含有少量的sp3鍵結(jié)的DLC材料，將導(dǎo)致DLC材料內(nèi)因只具有部分的共價鍵結(jié)(covalence bonding)結(jié)構(gòu)，而造成強(qiáng)度不足及高溫化穩(wěn)性差等問題。然而，為提高DLC材料的高溫化穩(wěn)性及強(qiáng)度，主要因素則是取決于增加DLC材料內(nèi)的共價鍵結(jié)或至少增加DLC材料內(nèi)的離子鍵結(jié)(ionic bonding)。
因此，本發(fā)明除了借由增加該DLC材料組成物內(nèi)部的共價鍵結(jié)或離子鍵結(jié)的機(jī)率，以改善該DLC材料組成物的高溫化穩(wěn)性，更借由在基材及DLC之間形成一同質(zhì)性高的中間膜，以降低DLC自基材剝離的現(xiàn)象。
本發(fā)明的目的在于提供一種玻璃模造用的模仁。
于是，本發(fā)明玻璃模造用的模仁，包含一基材、一形成于該基材上的中間膜(intermediate film)，及一形成于該中間膜上且具有一遠(yuǎn)離該基材并用于模造的塑形面的保護(hù)膜。
該保護(hù)膜具有一含有碳、氮、氫(H)，及至少一元素M的類鉆碳層。該元素M是選自于下列所構(gòu)成的群組硅(Si)、鈦(Ti)、鋁(Al)、鎢(W)、鉭(Ta)、鉻(Cr)、鋯(Zr)、釩(V)、鈮(Nb)、鉿(Hf)，及硼(B)。
本發(fā)明的功效在于增加該模仁整體的高溫化穩(wěn)性，并改善該保護(hù)膜及該基材之間的附著性以提升該模仁的使用壽命。
本發(fā)明玻璃模造用的模仁，包含一基材、一形成于該基材上的中間膜，及一形成于該中間膜上且具有一遠(yuǎn)離該基材并用于模造的塑形面的保護(hù)膜。
適用于本發(fā)明的該基材是由一選自于下列所構(gòu)成群組的化合物所制成碳化鎢、碳化硅，及氮化硅。在一具體例中，該基材是由碳化鎢所制成。
較佳地，該保護(hù)膜具有一含有碳、氮、氫，及至少一元素M的類鉆碳層。適用于本發(fā)明的該元素M是選自于下列所構(gòu)成的群組硅、鈦、鋁、鎢、鉭、鉻、鋯、釩、鈮、鉿，及硼。
在一具體例中，該元素M是硅，該類鉆碳層具有一類鉆碳基質(zhì)(matrix)、復(fù)數(shù)埋于該類鉆碳基質(zhì)的碳化硅(SiC)納米晶粒(nano-crystal grain)、復(fù)數(shù)埋于該類鉆碳基質(zhì)的氮化硅(Si3N4)納米晶粒，及復(fù)數(shù)埋于該類鉆碳基質(zhì)的含碳的氮化物(nitride)的納米粒子(nano-particle)。較佳地，該類鉆碳層的厚度是介于100nm至150nm之間。在一具體例中，該類鉆碳層的厚度為100nm。
較佳地，該中間膜具有一形成于該基材上的含碳及硅的組成物層(compositelayer)。較佳地，該組成物層的厚度是介于50nm至100nm之間。在一具體例中，該組成物層的厚度為50nm。
于本發(fā)明中，更佳地，該中間膜更具有一夾置于該含碳及硅的組成物層及該保護(hù)膜之間并含有碳、氮及硅的非晶碳層。在一具體例中，該非晶碳層具有一非晶質(zhì)碳基質(zhì)、復(fù)數(shù)埋于該非晶質(zhì)碳基質(zhì)的碳化硅納米晶粒、復(fù)數(shù)埋于該非晶質(zhì)碳基質(zhì)的氮化硅納米晶粒，及復(fù)數(shù)埋于該非晶質(zhì)碳基質(zhì)的含碳的氮化物納米粒子。較佳地，該非晶碳層的厚度是介于50nm至100nm之間。在一具體例中，該非晶碳層的厚度為50nm。
本發(fā)明的該類鉆碳層是一碳源(carbon source)、一氮源(nitrogen source)、一氫源(hydrogen source)及一鍵結(jié)促進(jìn)源(bonding accelerating source)的一裂解反應(yīng)產(chǎn)物。
適用于本發(fā)明的該碳源是一含C1至C7的碳?xì)浠衔锏臍怏w或一含碳的固態(tài)物質(zhì)。較佳地，該碳源是一含C1至C7的碳?xì)浠衔锏臍怏w。更佳地，該含C1至C7的碳?xì)浠衔锏臍怏w是一選自于下列所構(gòu)成的群組苯(benzene；化學(xué)式為C6H6)、六甲基二硅氮烷(hexamethyldisilazane；簡稱HMDS；化學(xué)式為C6H19Si2N)、甲烷(CH4)、乙炔(C2H2)、甲苯(C7H8)，及此等的一組合。在一具體例中，該碳源是苯及六甲基二硅氮烷。另外，該氫源是一含氫的氣體。其中，該碳源和該氫源是可為同一物質(zhì)，例如前述的苯。
適用于本發(fā)明的該鍵結(jié)促進(jìn)源含有至少一選自于下列所構(gòu)成的群組中的元素硅、鈦、鋁、鎢、鉭、鉻、鋯、釩、鈮、鉿，及硼。較佳地，該鍵結(jié)促進(jìn)源是一含硅的氣體分子或一含硅的固態(tài)物質(zhì)。更佳地，該鍵結(jié)促進(jìn)源是一含硅的氣體分子。適用于本發(fā)明的該含硅的氣體分子是一選自于下列所構(gòu)成的群組硅烷類(silanes)、硅氮烷類(silazanes)，及此等的一組合。適用于本發(fā)明的該硅烷類可以是一選自于下列所構(gòu)成的群組硅烷(SiH4)、四甲基硅烷(tetramethylsilane；簡稱TMS；化學(xué)式為(CH3)4Si)、三甲基硅烷(trimethylsilane；簡稱3MS；化學(xué)式為(CH3)3SiH)、二甲基硅烷(dimethylsilane；簡稱DMS；化學(xué)式為(CH3)2SiH2)、四乙基硅烷(tetraethylsilane；簡稱TES；化學(xué)式為(C2H5)4Si)、三乙基硅烷(Triethylsilane；簡稱3ES；化學(xué)式為(C2H5)3SiH)、二乙基硅烷(diethylsilane；簡稱DES；化學(xué)式為(C2H5)2SiH2)，及此等的一組合。較佳地，該含硅的氣體分子是一硅氮烷類。在一具體例中，該硅氮烷類是六甲基二硅氮烷。另外，該氮源是一含氮的氣體分子。其中，該氮源和該鍵結(jié)促進(jìn)源是可為同一物質(zhì)，例如前述的六甲基二硅氮烷。
值得一提的是，當(dāng)該鍵結(jié)促進(jìn)源是含硼的氣體分子或含鋁的氣體分子等時，則可使用雙硼烷(diborane；化學(xué)式為B2H6)或三丁基鋁(化學(xué)式為(C4H9)3Al)等做為本發(fā)明的鍵結(jié)促進(jìn)源。


下面結(jié)合附圖及實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明圖1是一側(cè)視示意圖，說明一種傳統(tǒng)玻璃模造用的模仁。
圖2是一側(cè)視示意圖，說明本發(fā)明玻璃模造用的模仁的一具體實(shí)施例。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例參閱圖2，本發(fā)明的玻璃模造用的模仁的一具體實(shí)施例，包含一碳化鎢基材2、一形成于該基材2上的中間膜3，及一形成于該中間膜3上的保護(hù)膜4。該中間膜3由該基材2向該保護(hù)膜4的方向依序具有一含碳及硅的組成物層31和一含有碳、氮及硅的非晶碳層32。
該非晶碳層32具有一非晶質(zhì)碳基質(zhì)、復(fù)數(shù)埋于該非晶質(zhì)碳基質(zhì)的碳化硅納米晶粒、復(fù)數(shù)埋于該非晶質(zhì)碳基質(zhì)的氮化硅納米晶粒，及復(fù)數(shù)埋于該非晶質(zhì)碳基質(zhì)的含碳的氮化物納米粒子。
該保護(hù)膜4具有一含有碳、氮、氫及硅的類鉆碳層41。該類鉆碳層41具有一類鉆碳基質(zhì)、復(fù)數(shù)埋于該類鉆碳基質(zhì)的碳化硅納米晶粒、復(fù)數(shù)埋于該類鉆碳基質(zhì)的氮化硅納米晶粒，及復(fù)數(shù)埋于該類鉆碳基質(zhì)的含碳的氮化物的納米粒子。
該含碳及硅的組成物層31的厚度為50nm，并以濺鍍(sputtering)方式制成。其制備方法是借由一真空鍍膜系統(tǒng)，在350℃的鍍膜溫度和5×10-4Pa的背景壓力(basepressure)下，通入氬氣(Ar)并達(dá)3×10-1Pa的工作壓力(working pressure)后，以500W的射頻功率(RF Power)轟擊碳化硅靶材(target)以進(jìn)行沉積。
該非晶碳層32的厚度為50nm。其制備方法為，在同一真空鍍膜系統(tǒng)中，通入HMDS反應(yīng)氣體并達(dá)2×10-1Pa的工作壓力后，以基板偏壓為2.5kV、鍍膜溫度為250℃及鍍膜時間為30分鐘的條件下進(jìn)行離子鍍(ion plating)該保護(hù)膜4的類鉆碳層41的厚度為100nm，其制備方法為，以流量比為1∶2的HMDS與C6H6，在鍍膜溫度為250℃、工作壓力為5×10-1Pa、基板偏壓為2.5kV的條件下，進(jìn)行60分鐘的離子鍍沉積。
由于該保護(hù)膜4中的該等碳化硅納米晶粒、該等氮化硅納米晶粒，及該等含碳的氮化物的納米粒子皆為高溫相物質(zhì)，因此，其埋于該類鉆碳基質(zhì)中有助于提升該保護(hù)膜4的耐高溫氧化特性。
值得一提的是，由于在沉積完該非晶碳層32后，該保護(hù)膜4可借由調(diào)節(jié)通入該鍍膜系統(tǒng)中的HMDS與C6H6的流量比，使其流量比維持在4∶1～1∶4之間，以控制構(gòu)成該保護(hù)膜4中組成物的碳、氮及硅等含量比。因此，在本發(fā)明中，可視其模仁在模造過程中的需求，改變構(gòu)成該保護(hù)膜4中組成物的含量比。其中，HMDS流量愈高，則該保護(hù)膜4具有較高的熱穩(wěn)定性與較低的硬度；反之C6H6流量愈高，則該保護(hù)膜4具有較低的熱穩(wěn)定性與較高的硬度。
在一以日商OHARA公司產(chǎn)品編號L-BAL42的玻璃素材的測驗(yàn)中，傳統(tǒng)的模仁在模造溫度為580℃時，因其隨著使用次數(shù)的增加，該成形面121(見圖1)將逐漸氧化、粗化，甚至出現(xiàn)剝離的現(xiàn)象，使其使用壽命只維持在500次以內(nèi)。與傳統(tǒng)的模仁相比較，本發(fā)明的模仁提供了優(yōu)良的高溫化穩(wěn)性，使得本發(fā)明的模仁在經(jīng)過3000次以上的使用次數(shù)后，仍符合玻璃于模造后的光學(xué)品質(zhì)的要求，所以確實(shí)能達(dá)到本發(fā)明的目的。
權(quán)利要求
1.一種玻璃模造用的模仁，其特征在于其包含一基材；一形成在該基材上的中間膜；及一形成于該中間膜上的保護(hù)膜，該保護(hù)膜具有一含有碳、氮、氫，及至少一元素M的類鉆碳層，該元素M是選自于下列所構(gòu)成的群組硅、鈦、鋁、鎢、鉭、鉻、鋯、釩、鈮、鉿，及硼，該保護(hù)膜更具有一遠(yuǎn)離該基材且用于模造的塑形面。
2.如權(quán)利要求1所述的玻璃模造用的模仁，其特征在于該元素M是硅。
3.如權(quán)利要求2所述的玻璃模造用的模仁，其特征在于該類鉆碳層具有一類鉆碳基質(zhì)、復(fù)數(shù)埋于該類鉆碳基質(zhì)的碳化硅納米晶粒、復(fù)數(shù)埋于該類鉆碳基質(zhì)的氮化硅納米晶粒，及復(fù)數(shù)埋于該類鉆碳基質(zhì)的含碳的氮化物的納米粒子。
4.如權(quán)利要求1所述的玻璃模造用的模仁，其特征在于該類鉆碳層的厚度是介于100nm至150nm之間。
5.如權(quán)利要求2所述的玻璃模造用的模仁，其特征在于該中間膜具有一形成于該基材上的含碳及硅的組成物層。
6.如權(quán)利要求5所述的玻璃模造用的模仁，其特征在于該含碳及硅的組成物層的厚度是介于50nm至100nm之間。
7.如權(quán)利要求5所述的玻璃模造用的模仁，其特征在于該中間膜更具有一夾置于該含碳及硅的組成物層及該保護(hù)膜之間并含有碳、氮及硅的非晶碳層。
8.如權(quán)利要求7所述的玻璃模造用的模仁，其特征在于該非晶碳層具有一非晶質(zhì)碳基質(zhì)、復(fù)數(shù)埋于該非晶質(zhì)碳基質(zhì)的碳化硅納米晶粒、復(fù)數(shù)埋于該非晶質(zhì)碳基質(zhì)的氮化硅納米晶粒，及復(fù)數(shù)埋于該非晶質(zhì)碳基質(zhì)的含碳的氮化物納米粒子。
9.如權(quán)利要求7所述玻璃模造用的模仁，其特征在于該含有碳、氮及硅的非晶碳層的厚度是介于50nm至100nm之間。
10.如權(quán)利要求1所述的玻璃模造用的模仁，其特征在于該基材是由一選自于下列所構(gòu)成的群組的化合物所制成碳化鎢、碳化硅，及氮化硅。
11.如權(quán)利要求1所述的玻璃模造用的模仁，其特征在于該類鉆碳層是一碳源、一氮源、一氫源及一鍵結(jié)促進(jìn)源的一裂解反應(yīng)產(chǎn)物。
12.如權(quán)利要求11所述的玻璃模造用的模仁，其特征在于該鍵結(jié)促進(jìn)源含有至少一選自于下列所構(gòu)成的群組中的元素硅、鈦、鋁、鎢、鉭、鉻、鋯、釩、鈮、鉿，及硼。
13.如權(quán)利要求12所述的玻璃模造用的模仁，其特征在于該鍵結(jié)促進(jìn)源是一含硅的氣體分子或一含硅的固態(tài)物質(zhì)。
14.如權(quán)利要求13所述的玻璃模造用的模仁，其特征在于該鍵結(jié)促進(jìn)源是一含硅的氣體分子。
15.如權(quán)利要求14所述的玻璃模造用的模仁，其特征在于該含硅的氣體分子是一選自于下列所構(gòu)成的群組硅烷類、硅氮烷類，及此等的一組合。
16.如權(quán)利要求15所述的玻璃模造用的模仁，其特征在于該含硅的氣體分子是一硅氮烷類。
17.如權(quán)利要求16所述的玻璃模造用的模仁，其特征在于該硅氮烷類是六甲基二硅氮烷。
18.如權(quán)利要求11所述的玻璃模造用的模仁，其特征在于該碳源是一含C1至C7的碳?xì)浠衔锏臍怏w或一含碳的固態(tài)物質(zhì)。
19.如權(quán)利要求18所述的玻璃模造用的模仁，其特征在于該碳源是一含C1至C7的碳?xì)浠衔锏臍怏w。
20.如權(quán)利要求19所述的玻璃模造用的模仁，其特征在于該含C1至C7的碳?xì)浠衔锏臍怏w是一選自于下列所構(gòu)成的群組苯、六甲基二硅氮烷、甲烷、乙炔、甲苯，及此等的一組合。
21.如權(quán)利要求20所述的玻璃模造用的模仁，其特征在于該含C1至C7的碳?xì)浠衔锏臍怏w是苯及六甲基二硅氮烷。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種玻璃模造用的模仁，包含一基材、一形成于基材上的中間膜，及一形成于中間膜上的保護(hù)膜；保護(hù)膜具有一遠(yuǎn)離該基材且用于模造的塑形面；保護(hù)膜更具有一含有碳、氮、氫，及至少一元素M的類鉆碳層，元素M是選自于下列所構(gòu)成的群組硅、鈦、鋁、鎢、鉭、鉻、鋯、釩、鈮、鉿，及硼；類鉆碳層具有一類鉆碳基質(zhì)、復(fù)數(shù)埋于類鉆碳基質(zhì)的碳化硅納米晶粒、復(fù)數(shù)埋于類鉆碳基質(zhì)的氮化硅納米晶粒，及復(fù)數(shù)埋于類鉆碳基質(zhì)的含碳的氮化物的納米粒子。
文檔編號C03B11/00GK1772667SQ200410090909
公開日2006年5月17日 申請日期2004年11月10日 優(yōu)先權(quán)日2004年11月10日
發(fā)明者王坤池 申請人:亞洲光學(xué)股份有限公司