專利名稱：玻璃成形模及玻璃成形的方法
技術領域：
本發(fā)明涉及玻璃成形模，尤其涉及用于加壓模制諸如電視機陰極射線管(CRT)用的玻璃面板或玻錐等玻璃產(chǎn)品的玻璃成形模。
電視機用的陰極射線管是通過下述方法制造的分別制造面板、玻錐和管頸，在面板的內(nèi)表面涂布熒光物質(zhì)，接上蔭罩和電極，然后將它們組裝形成CRT。因此，需要對各種性能(如表面不平度、面板內(nèi)表面的表面粗糙度)進行極嚴格的質(zhì)量控制。


圖1是說明模制CRT玻璃面板的剖視圖。面板的模制是在一模具中對約1000℃高溫的玻璃熔體進行加壓進行的。因此，玻璃成形模必須具有一定的機械強度和耐熱性，還必須具有對高溫玻璃的化學穩(wěn)定性等性能。
為達到上述目的，一般是使用鍍鉻或鍍鎳鎢合金的不銹鋼合金成形模。由于鍍層會在使用過程中質(zhì)量逐漸變差，因此需要除去原有的涂層，重新在基底上鍍層后才能再用。適宜于模具的鍍鉻可采用幾種電鍍浴，例如薩金特(sergent)電鍍浴、混合催化劑電鍍浴或高效電鍍浴，但這些電鍍浴均含有毒性很強的六價鉻離子。
而且，如圖1所示，當加入下模13中的玻璃熔體被上模沖11進行加壓模制后，上模沖11由硬化的面板10抽出時，由于其與面板內(nèi)壁發(fā)生摩擦，在上模沖的側(cè)壁部分14上容易形成毛刺狀脆性擦痕(見圖2)。在每一次模制操作中，玻璃會流入這些在上模沖11的側(cè)壁上形成的脆性擦痕中，而當上模沖11上升時，這些脆性擦痕會擦傷已進入下模的玻璃，結(jié)果在面板10的內(nèi)表面上產(chǎn)生劃痕，從這些劃痕處可能出現(xiàn)細裂紋，這將導致面板的質(zhì)量變差。
為了防止出現(xiàn)這一情況，通常需要施加脫模劑。另外，鍍鉻層還有一個缺點，即極易受鹵素類雜質(zhì)傷害。
另一方面，鍍鎳層、鍍鈷層或主要含這些元素的合金鍍層卻具有優(yōu)異的脫模性能，而不會形成鍍鉻層會發(fā)生的脆性擦痕，它還帶有韌性擦痕，但玻璃很難進入這些傷痕。因此，它的特點是幾乎不會形成在面板內(nèi)表面產(chǎn)生卷曲紋線的劃痕。例如可以使用鎳鎢合金鍍層，這些鍍層是在所用的電鍍試劑既沒有毒性也沒有氣味的條件下生成的，制得玻璃表面沒有劃痕，可減少施加脫模劑的次數(shù)。因此，近年來這種鍍層已日益廣泛地得到應用。
然而，鍍鎳層或鍍鈷層或主要含這些元素的鍍層在高溫條件下容易與作為上模沖的基材的不銹鋼中的鐵相互擴散，且易被氧化，所以在涂層表面很難形成化學上和機械上都穩(wěn)定的氧化物薄膜。因此出現(xiàn)圖象的面板內(nèi)表面上的表面粗糙度和表面情況變差，而這對于面板的質(zhì)量是很不利的，結(jié)果在壓制操作進行10000至15000次之后就需要調(diào)換上模沖，去除鍍層并重新電鍍。該鍍層的缺點是，與上述會在面板的內(nèi)表面上形成劃痕的鍍鉻層相比，其使用壽命很短。
本發(fā)明者對于防止由上模沖側(cè)壁上的脆性擦痕在面板的內(nèi)表面上形成劃痕的問題以及克服上模沖涂層表面在化學和機械性能上變差，從而防止面板內(nèi)表面的表面粗糙度和表面情況的變差的問題，由此獲得具有良好質(zhì)量的面板(在面板的內(nèi)壁表面或面板的內(nèi)表面沒有缺陷)進行了廣泛的研究。結(jié)果他們證實，可以明顯減少面板的內(nèi)壁表面和其正面內(nèi)表面上形成的缺陷的辦法是選擇在不銹鋼制成的上模沖上形成的外部涂層，務使這個最外層涂層在上模沖的兩部分表面上具有性能分別適合的兩種涂層，即在上模沖的側(cè)壁上形成的涂層是一種韌性材料和在其正表面部分上的涂層是一種高硬度材料(具有耐氧化性)。另外，他們還發(fā)現(xiàn)這種辦法可廣泛應用于各種玻璃成形模。本發(fā)明是在這些發(fā)現(xiàn)的基礎上完成的。
本發(fā)明提供了一種玻璃成形模，它包括由不銹鋼制成且具有包括側(cè)壁部分和從側(cè)壁部分延伸的正面部分的模表面的模體、在側(cè)壁部分上形成的韌性材料涂層以及在正面部分形成的具有耐氧化性的高硬度材料涂層。
另外，本發(fā)明還提供了上述玻璃成形模，其中的韌性材料為鎳或鈷，或者主要含鎳或鈷的合金。
本發(fā)明更進一步提供了上述玻璃成形模，其中高硬度材料為選自氧化鉻、氧化鋁和氧化鋯中的至少一種。
圖1是模制CRT的玻璃面板的剖視圖。
圖2是圖1的A部分的放大示意圖。
圖3是作為本發(fā)明一個實施方案的上模沖的側(cè)視圖。
本發(fā)明的模具在其不銹鋼的模體上具有包括側(cè)壁部分和從側(cè)壁部分延伸的正面部分的模表面。在此，側(cè)壁部分是指在玻璃加壓模制的過程中，模具和玻璃相互磨損或可能相互磨損的部分。例如，對于形成TV(電視機)的CRT的面板的上模沖，它就是形成面板側(cè)壁或突緣部分內(nèi)表面的模表面，正面部分是指除側(cè)壁部分之外的部分，它就是形成面板的成象區(qū)域即其正面內(nèi)表面的模表面。
本發(fā)明對上模或下模，即陽?；蜿幠６歼m用，只要該模具有這樣的側(cè)壁部分和正面部分，并且預期能產(chǎn)生上述作用。然而，該作用對于上模沖是特別大的，由于在模制過程中，玻璃和上模沖之間的磨損較為劇烈。根據(jù)本發(fā)明在模表面形成的涂層或鍍層是將與玻璃直接接觸的外部涂層。然而，如果該外部涂層具有多層結(jié)構(gòu)，則是指整個多層涂層。
較好的是在模具側(cè)壁部分形成涂層的韌性材料的硬度相對較小，即使當與玻璃磨損而形成擦痕時，它們也將是韌性擦痕，玻璃不會進入這些擦痕，而幾乎不形成玻璃能進入的毛刺狀脆性擦痕。該材料的硬度較好為100至800kg/mm2，更好為200至600kg/mm2，用維氏硬度計測定。
作為模具側(cè)壁部分上涂層的具體材料，單質(zhì)鎳或鈷或其合金是有效的。為了使模具的側(cè)壁部分具有所需的性能，鎳或鈷含量至少為40重量％的合金是優(yōu)選的。作為與鎳或鈷組成合金的元素，適宜的是第6族元素，如鉻、鎢或鉬，以使在玻璃模制過程中，能有效地防止高溫氧化和晶粒長大，因此保持高溫強度。此外，還宜摻入磷和/或硼，防止在玻璃模制過程中涂層中的晶粒長大，使晶粒變細，或變成為無定形，以形成晶粒邊界不甚明顯的結(jié)構(gòu)。
用于在模具正面部分上形成涂層的高硬度材料應具有良好的耐氧化性，且硬度高于上述韌性材料。其硬度通常超過800kg/mm2，用維氏硬度計測定。特別優(yōu)選的是硬度為900kg/mm2或更大的材料。具體來說，較好的是該涂層主要由選自氧化鉻、氧化鋁和氧化鋯中的至少一種制成。即使當該涂層形成時是鉻、鋁或鋯的金屬，在使用過程中至少其表面層會氧化成氧化物。因此，在本發(fā)明中，該材料用氧化物表示。基于同樣的原因，該涂層可以是鉻涂層。而且，兩種或更多種高硬度材料可以組合使用。該組合可以是多層涂層的形式或混合涂層的形式。
另外，當使用這些材料形成涂層時，為了充分確保模具正面部分的性能，較好的是在由不銹鋼制成的模體上先鍍覆一層鉻中間層。在該中間層上再形成涂層，由于使用該鍍覆的鉻中間層，就有利于通過電解剝離來剝離模具正面上的外部涂層。
韌性材料涂層和鉻中間層的鍍覆可用以下方法進行電鍍法、化學氣相沉積(CVD)法、物理氣相沉積(PVD)法或熱噴鍍鎳、鉻或鈷的方法。從成膜速度、光滑性和低成本的角度考慮，電鍍法是特別適宜的。另一方面，氧化鉻、氧化鋁或氧化鋯則容易用CVD法或PVD法制備。對于氧化鉻，作為中間層的鉻可進行適當?shù)目諝庋趸幚恚纬裳趸t。
耐氧化高硬度材料的氧化鉻、氧化鋁或氧化鋯涂層的厚度宜為0.5至15μm。若小于0.5μm，該硬涂層導致的玻璃表面性能的質(zhì)量很難充分確保。另一方面，若大于15μm，則涂層本身存在應力，當形成該涂層時可能發(fā)生破裂或剝離。
當在不銹鋼模體和外部涂層之間形成中間鍍層時，從模體表面到側(cè)壁部分的韌性材料涂層或者正面高硬度材料涂層表面的整個膜厚度較好為1至50μm。如果該厚度小于1μm，實際上難以有效地覆蓋整個表面，而如果該厚度大于50μm，則剩余應力增加，在涂層中可能發(fā)生破裂等情況。從機械強度、耐蝕性、導熱性和熱膨脹性能等角度考慮，構(gòu)成模體的不銹鋼宜為馬氏體不銹鋼。
另外，根據(jù)本發(fā)明，可使用上述模具加壓模制高質(zhì)量的玻璃制品。本發(fā)明的模具特別適用于形成CRT的玻璃面板。在此情況下，對于玻璃的組成沒有特別的限制。然而，含有氧化硅、氧化鈉、氧化鉀、氧化鍶和氧化鋇的玻璃是常用的。當使用本發(fā)明的玻璃成形模對該玻璃進行模制時，可得到面板正面的內(nèi)表面的表面性能很好的高質(zhì)量產(chǎn)品，該產(chǎn)品具有優(yōu)異的脫膜性能，且在面板表面的內(nèi)壁上沒有劃痕缺陷，甚至不用改變模制條件，也無需采取什么特殊的措施。
下面，結(jié)合一些實施例(實施例1至12)和對照實施例(實施例13和14)對本發(fā)明作進一步具體說明。在各實施例中，如圖3所示，使用馬氏體不銹鋼SUS420J2(JIS-G4303)制成的上模沖11作為模體，然后分別在該上模沖的側(cè)壁部分14和正面部分15上形成規(guī)定的涂層。當然，本發(fā)明并不限于該具體結(jié)構(gòu)。
實施例1用電鍍法在上模沖的側(cè)壁上形成厚度20μm的鎳，而在其正面形成厚度20μm的鉻。用燃氣燃燒器對正面的鍍鉻層進行氧化處理，在外部表面形成厚度1μm的氧化鉻。使用該上模沖，形成CRT面板。結(jié)果列于表1中。
實施例2用電鍍法在上模沖的側(cè)壁上形成厚度20μm的鎳。在其正面，先用電鍍法形成厚度20μm的鉻，然后再用PVD法氣相沉積厚度為2μm的氧化鉻。使用該上模沖，形成CRT面板。結(jié)果列于表1中。
實施例3用電鍍法在上模沖的側(cè)壁上形成厚度20μm的鎳-鎢(鎳∶鎢的重量比為72∶28)。在其正面，先用電鍍法形成厚度為15μm的鉻，然后再用PVD法氣相沉積厚度為2μm的氧化鉻。使用該上模沖，形成CRT面板。結(jié)果列于表1中。
實施例4用電鍍法在上模沖的側(cè)壁上形成厚度20μm的鎳-鎢-鉬(鎳∶鎢∶鉬的重量比為70∶20∶10)。在其正面，先用電鍍法形成厚度為15μm的鉻，然后再用PVD法氣相沉積厚度為2μm的氧化鉻。使用該上模沖，形成CRT面板。結(jié)果列于表1中。
實施例5用電鍍法在上模沖的側(cè)壁上形成厚度35μm的鎳-鎢(鎳∶鎢的重量比為72∶28)。在其正面，先用電鍍法形成厚度為20μm的鉻，然后再用PVD法，依次氣相沉積厚度為2μm的氧化鉻和厚度為3μm的氧化鋁。使用該上模沖，形成CRT面板。結(jié)果列于表1中。
實施例6用電鍍法在上模沖的側(cè)壁上形成厚度40μm的鎳。在其正面，先用電鍍法形成厚度20μm的鉻，然后再用PVD法，依次氣相沉積厚度分別為2μm、1.5μm和2μm的氧化鉻、氧化鋁和氧化鋯。使用該上模沖，形成CRT面板。結(jié)果列于表1中。
實施例7用電鍍法在上模沖的側(cè)壁上形成厚度為20μm的鎳-鎢(鎳∶鎢的重量比為68∶32)。在其正面先用電鍍法形成厚度15μm的鉻，然后用PVD法氣相沉積厚度為2μm的氧化鉻。使用該上模沖，形成CRT面板。結(jié)果列于表1中。
實施例8用電鍍法在上模沖的側(cè)壁上形成厚度20μm的鎳-鎢(鎳∶鎢的重量比為70∶30)。在其正面，先用電鍍法形成厚度15μm的鉻，然后用PVD法氣相沉積厚度為2μm的氧化鋯。使用該上模沖，形成CRT面板。結(jié)果列于表1中。
實施例9用電鍍法在上模沖的側(cè)壁上形成厚度20μm的鎳-鎢(鎳∶鎢的重量比為68∶32)。在其正面，先用電鍍法形成厚度15μm的鉻，然后用PVD法氣相沉積厚度為2μm的氧化鋁。使用該上模沖，形成CRT面板。結(jié)果列于表1中。
實施例10用電鍍法在上模沖的側(cè)壁上形成厚度40μm的鎳。在其正面，先用電鍍法形成厚度25μm的鉻，然后用PVD法分別氣相沉積厚度為4μm、4μm和4μm的氧化鉻、氧化鋁和氧化鋯。使用該上模沖，形成CRT面板。結(jié)果列于表1中。
實施例11用電鍍法在上模沖的側(cè)壁上形成厚度40μm的鎳。在其正面，先用電鍍法形成厚度25μm的鉻，然后用PVD法氣相沉積厚度分別為0.1μm和0.1μm的氧化鋁和氧化鋯。使用該上模沖，形成CRT面板。結(jié)果列于表1中。
實施例12用電鍍法在上模沖的側(cè)壁上形成厚度25μm的鎳。在其正面，先用電鍍法形成厚度為20μm的鉻，然后通過熱處理形成厚度為0.2μm的氧化鉻。使用該上模沖，形成CRT面板。結(jié)果列于表1中。
實施例13用電鍍法在上模沖的側(cè)壁和正面上都沉積厚度為20μm的鉻。使用該上模沖，形成CRT面板。結(jié)果列于表1中。
實施例14用電鍍法在上模沖的側(cè)壁和正面上都沉積厚度為20μm的鎳。使用該上模沖，形成CRT面板。結(jié)果列于表1中。
表 1
本發(fā)明的模具表面具有選擇性組合的適宜于模表面各具體部分或位置的涂層，由此提高了對模制產(chǎn)品質(zhì)量具有很大影響的成型性能，或者提高了模具的壽命。如果將該模具用于成形CRT面板，則可長期連續(xù)使用，即使減少使用脫模劑的次數(shù)也無妨。并且，可以防止由模具的側(cè)壁上形成的脆性擦痕而導致在面板的內(nèi)表面上產(chǎn)生劃痕，從而減緩金屬模具正面涂層表面在化學和機械性能上變差，從而可防止在面板內(nèi)表面上形成缺陷，得到質(zhì)量良好的面板。
權(quán)利要求
1.一種玻璃成形模，它包括由不銹鋼制成且具有包括側(cè)壁部分和從側(cè)壁部分延伸的正面部分的模表面的模體、在側(cè)壁部分上形成的韌性材料涂層以及在正面部分上形成的具有耐氧化性的高硬度材料涂層。
2.如權(quán)利要求1所述的玻璃成形模，其特征在于所述的韌性材料為鎳或鈷，或者主要含鎳或鈷的合金。
3.如權(quán)利要求1所述的玻璃成形模，其特征在于用維氏硬度計測定所述韌性材料的硬度為100至800kg/mm2。
4.如權(quán)利要求1所述的玻璃成形模，其特征在于所述高硬度材料為選自氧化鉻、氧化鋁和氧化鋯中的至少一種。
5.如權(quán)利要求4所述的玻璃成形模，其特征在于所述高硬度材料涂層的厚度為0.5至15μm。
6.如權(quán)利要求4所述的玻璃成形模，其特征在于用維氏硬度計測定所述高硬度材料涂層的硬度大于800kg/mm2。
7.如權(quán)利要求1所述的玻璃成形模，其特征在于所述不銹鋼為馬氏體不銹鋼。
8.如權(quán)利要求1所述的玻璃成形模，其特征在于將鉻中間層置于不銹鋼模體和至少在模具正面部分的外部層涂層之間。
9.如權(quán)利要求8所述的玻璃成形模，其特征在于從不銹鋼模體表面到外部涂層表面的整個涂層的厚度為1至50μm。
10.如權(quán)利要求1所述的玻璃成形模，其特征在于所述模具用于成形電視機陰極射線管用的玻璃面板或玻錐。
11.一種成形玻璃的方法，該方法包括用權(quán)利要求1所述的玻璃成形模來成形玻璃產(chǎn)品。
12.如權(quán)利要求11所述的玻璃成形的方法，其特征在于所述玻璃產(chǎn)品為電視機陰極射線管用的玻璃面板或玻錐。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種玻璃成形模,它包括由不銹鋼制成且具有包括側(cè)壁部分和從側(cè)壁部分延伸的正面部分和模表面的模體、在側(cè)壁部分上形成的韌性材料涂層以及在正面部分上形成的具有耐氧化性的高硬度材料涂層。
文檔編號C03B40/00GK1200358SQ9810952
公開日1998年12月2日 申請日期1998年5月25日 優(yōu)先權(quán)日1997年5月27日
發(fā)明者瀨川優(yōu), 大橋俊寬 申請人:旭硝子株式會社