CN102329081A - 用于玻璃模制用模口及工具加工的TiAlN涂层 - Google Patents

Abstract

本发明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TiAl_xN_y，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。

Description

用于玻璃模制用模口及工具加工的TiAlN涂层

技术领域

本发明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。 

背景技术

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℃)，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℃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℃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0.5μm。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。 

发明内容

一种涂层组合物包括TiAl_xN_y，其中x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TiAl_xN_y组合物，其中x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1.0μm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TiAl_xN_y，其中x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)。该涂层厚度可以小于约1.0μm，例如是约0.5μm。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0.5μm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TiAl_xN_y，其中x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1.0μm，例如是约0.5μm。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。 

本发明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1A和1B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是具有一个根据本发明的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、涂覆有一个根据本发明的涂层的基底显微照片。 

图5是与玻璃组合物B相接触的、涂覆有一个根据本发明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

在描述本发明的材料、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。 

本发明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1.0wt.％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可以包括碳化钨、钨等等。例如，该基底可以是具有不大于约1.2wt.％次要组分的一种碳化钨材料。在其他多个实施方案中，一种碳化钨基底可以具有小于约0.45wt.％的钴，例如小于约0.4wt.％的钴。然而，在其他多个实施方案中，一种碳化钨基底可以具有小于约1.0wt.％的铬，例如小于约0.95wt.％的铬。 

在多个实施方案中，该基底可以是具有等于或接近化学计量学的 碳、低的粘合剂含量、低的杂质含量、以及小于约0.5微米的均一标称晶粒大小的一种碳化钨基底。在一个实施方案中，该基底是具有约6.06wt.％-6.13wt.％的碳、约0.20wt.％-0.55wt.％的晶粒生长抑制剂、小于约0.25wt.％的粘合剂、小于约0.6wt.％的杂质、并且余量是钨的一种碳化钨材料。该碳化钨基底可以具有小于约0.5微米(如约0.25至0.4微米)的标称晶粒大小。该粘合剂成分可以是从约0.1wt.％至0.15wt.％的钴。碳含量可以是从约6.09wt.％至6.10wt.％。该碳化钨基底可以主要由碳化一钨构成。该晶粒生长抑制剂可以是碳化钒、碳化铬、碳化铌、或者它们的一种组合。该碳化钨基底可以具有的密度为至少98％的理论密度以及小于2％的空隙体积。适当的高纯度碳化钨材料包括在2009年11月10日提交的名称为“Inert High Hardness Material for Tool Lens Production in Imaging Applications”的美国专利申请号12/615,885的段落[0021]至[0040]中说明的那些，将该申请的这些部分通过引用结合在此。 

该基底可以是光制的或者半光制的，并且基底的表面粗糙度和轮廓精度可以被控制。在多个实施方案中，该基底可以具有小于约10nm(如小于约5nm)的表面粗糙度(如通过算术平均值或者均方根值所测量的)。此外，该基底的轮廓精度可以小于约0.5μm，如小于0.3μm。轮廓精度是通过如本领域普通技术人员所了解的接触型轮廓仪测量的。 

该系统进一步包括一个涂层。该系统的涂层包括一个氮化钛铝涂层。这个涂层的化学计量学是TiAl_xN_y，其中x是约0.7-1.5并且y是约2.0-3.0。在其他多个实施方案中，该涂层可以是TiAl_0.8-1.2N_2.2-3.0，例如TiAl_0.8-1.2N_2.2-2.7。在多个实施方案中，该系统可以包括多于一个的涂覆层。不受一种理论束缚，理论上是额外的氮通过钝化该表面来对抗所获取的氧而进行稳定化。 

该涂层可以被施加在该基底的至少一部分上。在多个实施方案中，该涂层可以被施加在和/或覆盖在该基底的整个表面区域。可以将该涂层施加在基底上使得以本领域普通技术人员了解的多种方式来实现一个致密的无缺陷的涂层。将该涂层涂敷到基底上的适当方法包括但不限于过 滤式电弧、磁控溅射、等离子体增强的CVD、离子电镀等、连同阴极电弧沉积。 

基底上的涂层的厚度可以是小于约1.0μm，如小于约0.7μm，并且诸如小于约0.5μm。该涂层被施加为使得实质性地维持了未涂覆的模具的这些表面条件和轮廓精度。 

在多个实施方案中，该涂覆的基底的轮廓精度可以小于约0.5μm，如小于0.3μm(例如使用一个接触型轮廓仪测得的)。处于沉积态的该涂层的表面粗糙度(如通过算术平均值或者均方根值来测量的)可以小于约5nm，如小于约3nm。 

诸位发明人已经出乎意料地发现如在此说明的一个亚微米的薄TiAlN涂层可以用于高温玻璃模制应用、并且在多个实施方案中可以消除涂覆后的加工步骤。这种行为通过使用一个高纯度基底和/或一种涂层化学计量学和/或如在此说明的厚度得以实现。不受一种特定的理论限制，诸位发明人已经发现基底中的次要组分(如钴和其他物种)的扩散受到在此说明的涂层(甚至是在高温下)的使用所限制。因此，诸位发明人已经发现，在一个高纯度基底上包括如在此说明的一个薄的氮化钛铝涂层的系统证明了意外的并且优越的特性，包括例如对于在高温下和/或使用反应性玻璃的玻璃模制应用而言的惰性。 

在其他的实施方案中，该系统可以包括一个基底和至少一个中间层以及一个涂层。该中间层可以与在此说明的基底材料或者任何其他适当的基底材料并且与在此说明的涂层一起使用。该至少一个中间层可以是一个扩散阻挡层并且位于基底与涂层之间。适当的中间层包括高纯度材料，如具有不大于1.2wt.％次要成分的碳化钨、钨、或者它们的一种组合。 

在其他多个实施方案中，本发明是针对制造一种用于精密玻璃模制的模具的一种方法。该模具可以在高温下和/或与反应性玻璃一起使用。该方法可以包括制备和/或制造一个基底。该基底可以按如本领域普通技术人员了解的任何方式来制造以便实现一种致密的和/或无缺陷的基底。在多个实施方案中，该基底可以具有的密度为至少98％的理论密度以及 小于2％的空隙体积。该基底可以是一种高纯度碳化钨基底，其中次要组分和杂质的总量大约小于1.2wt.％。这些次要组分可以包括钴、镍、钒、铬、钛等等，连同杂质如铁、钙和钾。在一个实施方案中，该基底可以主要由碳化一钨构成。在生产该基底之后，该方法可以包括一个光制步骤。例如，该基底可以通过本领域普通技术人员了解的任何方法来进行光制。该基底的表面光洁度或粗糙度可以是小于约5nm。该基底的轮廓精度偏差是小于约0.3μm。在其他的实施方案中，该方法可以包括另外的多个加工步骤，诸如用于去除研磨纹理和/或促进涂层粘附性的一种表面处理。 

然后该方法可以包括将一个涂层施加在该基底上。该涂层可以具有TiAl_0.7-1.5N_2.0-3.0的构成，如TiAl_0.7-1.5N_2.2-3.0。该涂层的厚度可以是约小于1.0μm，如小于0.7μm，并且如小于0.5μm。该涂层被施加为使得该沉积态的涂覆的基底表面保持和/或具有与未涂覆基底的基本上相同的表面光洁度以及轮廓精度。在多个实施方案中，该涂覆的基底具有小于约5nm的表面粗糙度。该涂层可以通过如本领域普通技术人员理解的任何方法沉积在该基底上。适当的方法包括过滤式电弧或磁控溅射PVD技术连同等离子体增强的CVD、离子电镀及类似方式、以及阴极电弧沉积中的任何变体。 

在其他多个实施方案中，该方法可以包括制备一个基底、施加一个中间层并且将一个涂层施加在该中间层上。该基底可以是任何材料。例如，该基底可以具有小于1.2wt.％的次要组分含量。该中间层可以是一个扩散阻挡层。适当的中间层包括在此说明的高纯度碳化钨、钨、或者它们的一种组合。该高纯度碳化钨中间层可以具有小于1.2wt.％的次要组分含量。该涂层可以具有TiAl_0.7-1.5N_2.0-3.0的构成，如TiAl_0.8-1.2N_2.2-2.7。在多个实施方案中，可以施加多个中间层和/或多个涂覆层。该方法可以任选地包括在制备基底之后、施加该中间层之后、和/或在施加该涂层之后的多个表面光制步骤。表面光制步骤包括例如表面处理。该涂覆的基底优选地具有与未涂覆的基底的表面粗糙度基本上类似的表面粗糙度。 

以下这些实例旨在阐释本发明并且不应解释为以任何方式限制本 发明。 

实施例

第一个试验检验了在670℃的模制环境下(流动的氮气)没有玻璃存在时本发明的涂层与常规的涂层(DCL以及TiN)相比的稳定性。所使用的基底是一种具有小于0.5wt.％的总次要组分(具有小于0.2wt.％的钴)的碳化钨基底。将三个基底涂覆上三个不同的涂层，并且然后测试稳定性。第一基底涂覆有DLC(类金刚石碳)，第二基底涂覆有TiN(Ti₅₀N₅₀)，并且第三基底涂覆有具有化学计量学Ti₂₂Al₂₂N₅₅的本发明的涂层。这些对比涂料DLC和TiN是从商贩那获得的。然后对这些已涂覆的基底测试高温度下的稳定性。 

对这些样品单独地在一个带有流动的超高纯氮气(UHP N₂)的管式炉(模拟了模制玻璃的条件)中进行测试。将各个样品引入该炉的热区并且在约670℃的温度下保持4分钟并且然后冷却下来。 

图1、图2以及图3分别是碳化钨基底上的DLC、TiN、以及本发明的TiAlN涂层在670℃下的热处理之前和之后的SEM显微照片。图1A示出了在热处理之前的涂覆态的DLC碳化钨基底并且图1B示出了在热处理之后的相同材料。如图1A中所示的热处理之前DLC涂覆的碳化物材料的测得的表面粗糙度(RMS)是2±1nm并且在如1B中所示的热处理之后的是大于200 nm。处理之前与之后表面粗糙度的急剧变化清楚地展示了该涂层的广泛降解以及因此DLC涂层在高温下的不稳定性。 

图2A展示了在热处理之前涂覆态的TiN涂覆的碳化钨基底并且图2B示出了在热处理之后的相同材料。如图2A中所示的TiN涂覆的基底的测得的表面粗糙度(RMS)是7±1nm，并且如图2B中所示的热处理后的是62±1nm。该TiN涂覆的基底的表面粗糙度上的差异还证明了该涂层的不稳定性，如由该涂层的至少部分的降解所证明的。 

图3A展示了在热处理之前涂覆态的本发明的Ti₂₂Al₂₂N₅₅(TiAl₁N_2.5)涂覆的碳化钨基底并且图3B示出了在热处理之后的相同材料。如图3A中所示的TiAlN涂覆的基底的测得的表面粗糙度(RMS)是1±1nm， 并且如图3B中所示在热处理后的为2±1nm，由此证明了本发明的涂层在高温下的极小的变化或者反应性和/或降解。具体地讲，图3B展示了热处理之后该涂层的极小的降解(若有的话)。此外，本发明的涂层证实了显著低于DLC和TiN涂层的反应性和/或涂层降解。 

进行了第二个试验来测试具有两种反应性玻璃组合物的本发明的涂层的惰性。玻璃组合物A是在550℃的最大温度下模制成的一种非硅酸盐玻璃，并且玻璃组合物B是在650℃的最大温度下模制成的一种含氟和钾的硅酸盐玻璃。在这两种反应性玻璃组合物中，玻璃组合物B比玻璃组合物A更具反应性，因为它具有更高的软化点并且因为另外的元素氟和钾的存在。这些玻璃的组成是通过能量分散X射线光谱法(EDS)来测定的并且在表1中列出。 

表1 

在本试验中，对高纯度基底上的本发明的涂层(当与各种玻璃组合物相接触时)测试高温下的稳定性以及惰性。所使用的本发明的涂层是如在表2中所展示的Ti₂₂Al₂₂N₅₅。将一个0.3μm的涂层施加在一个碳化钨基底上，该碳化钨基底具有小于0.5wt.％的次要成分，该次要成分具有小于0.2wt.％的钴。 

在一个带有流动的UHP N₂的管式炉(模拟了玻璃模制的条件)中进行高温稳定性以及惰性试验。将各个已涂覆的碳化钨基底引入该炉的热区并且在约650℃的温度下保持4分钟并且然后冷却下来。为了测试惰性，在试验过程中将每种组合物的一块玻璃分别置于在已涂覆的基底上。 对于具有这两种不同玻璃组合物的各个已涂覆的基底将这个周期重复5次。通过对表面的肉眼观察、扫描电子显微镜术、以及EDAX构成分析来确定玻璃与涂层的反应。在测试之前以及之后，通过基于非接触型激光的光学轮廓仪测量结果来确定该涂覆的基底上这些涂层的表面粗糙度。例如，通过光学轮廓仪测量了引起样品表面粗糙度变化的任何表面反应。结果示出在表2中。 

表2 

可以看到，本发明的涂层证明了在高温下连同当与两种反应性玻璃组合物相接触时的惰性以及稳定性。在暴露于高温之后，与玻璃组合物A相接触的本发明的涂层的化学组成(如通过EDAX测定的)是Ti₂₃Al₂₃N₅₄。化学上极小的变化证明了高纯度基底上的本发明的涂层在高温下的相对稳定性。此外，在暴露于高温之前这个样品的测得的表面粗糙度(RMS)是约1nm，并且在暴露之后是约2nm。图4是在暴露于550℃之后与玻璃组合物A相接触的本发明的涂层的SEM显微照片。如图4中所示的，在热处理之后表面粗糙度的变化是极小的(与展示了热处理之前的涂覆的基底的图3A相比)，进一步证明了该涂层在高温下的稳定性。再者，这个样品的表面粗糙度以及化学组成上的极小变化证明了本发明的组合物即使在与一种反应性玻璃相接触时并且在高温下的稳定性以及惰性。 

图5是在暴露于650℃之后与玻璃组合物B相接触的本发明的涂层的SEM显微照片。在暴露于高温之前这个样品的测得的表面粗糙度是约2nm，并且在暴露之后是约3nm。在暴露之后该涂层的组成(如通过EDAX所测得的)是Ti_22-Al₂₂N₅₆。再者，这个样品的表面粗糙度以及化学组成上的极小变化证明了本发明的组合物即使在与一种高反应性玻璃相接触时并且在高温下的稳定性以及惰性。 

以下试验将本发明的涂层与表3中示出的三种对比涂层在更具反应性的玻璃组合物(玻璃组合物B)存在下的稳定性以及惰性进行了比较。所使用的本发明的涂层是Ti₂₂Al₂₂N₅₅。将这些涂层施加在具有小于约0.5wt.％次要组分的一个碳化钨基底上，其中次要成分具有小于0.2wt.％的钴。各个基底上这些涂层的厚度是约0.3μm。 

对于具有表2中列出的这些组合物的对比涂层A-C，进行了如以上说明的一个对于稳定性和惰性的类似测试。确切地说，使本发明的样品以及多个对比样品与玻璃组合物B(该更具反应性的玻璃)在氮气气氛下在650℃的温度下接触4分钟并然后冷却下来。对于每个样品将这个周期重复五次。 

表3 

对比A样品是具有一个Ti₁₆Al₂₇N₅₇涂层的基底。图6A是对比A样品在暴露于高温之前的SEM显微照片，并且图6B展示了暴露于高温之后的该样品。对比A样品的初始表面粗糙度是2nm并且在暴露于高温之后是大于200nm。在暴露于高温之后对比A的涂层的组成(如通过EDAX所测得)是Ti₁₁Al₂₀Si₃K₂N₁₇O₄₇。富含铝的涂层易于氧化并且与该反应性玻璃组合物发生反应、并且因此具有减小的惰性。 

对比B样品是一个涂覆有DLC的基底。图7A是在暴露于高温之前具有2±1nm表面粗糙度的对比B样品的SEM显微照片。图7B是在高温暴露之后并且具有大于200nm表面粗糙度的该相同样品的SEM显微照片。此外，在热处理之后通过EDAX所测得的组成包括对该基底的一种分析，因为该涂层是处于这样一种降解过的状态。 

对比C样品是一个涂覆有TiN的基底。图8A是在暴露于高温之前 并且具有5±1nm表面粗糙度的对比C样品的SEM显微照片。图8B是在暴露于高温之后并且具有69±1nm表面粗糙度的对比C样品的SEM显微照片。热处理之后测得的EDAX组成证明了化学组成上相当显著的变化。因此，存在该涂层在高温下的较高程度的不稳定性以及与反应性玻璃的反应性。 

如至少通过暴露于高温之后表面粗糙度的实质性增加所看到的，对比A-C样品的涂层在高温下具有显著的不稳定性连同与反应性玻璃的相互作用和/或反应性。 

此外，如以上所讨论的并且在图5中所见的，具有1∶1∶2.5原子比的本发明的TiAlN涂层(Ti₂₂Al₂₂N₅₅)保持了其表面光洁度以及组成。此外，热处理之后的EDAX分析证明了在成上的极小变化。因此，本发明的涂层在高温下是高度稳定的并且惰性的。相比之下，如图6B中所示，具有的原子比为1∶1.7∶3.6的TiAlN涂层、连同图7B和图8B(分别是DLC和TiN涂层)显示了在暴露于高温之后与玻璃组合物B的玻璃的相互作用。由TiN、TiAlN、以及富含Al的TiAlN涂层上的试验，已确定当Ti∶Al原子比明显偏离1∶1时，该涂层的反应性增大。这些试验结果进一步证明，在高纯度WC基底(具有小于约5nm的表面光洁度、以及一个精密玻璃模制用磨具的小于约0.5μm的轮廓公差)上的、如在此说明的一个薄的(例如小于0.5μm)TiAlN涂层在模制操作过程中保持了对较高温度反应性玻璃的惰性。 

因此，本发明的涂层有效地提供了更高的玻璃产品质量以及生产率、有可能的更高玻璃模制工艺温度而没有模口疲劳或者失效、玻璃产品的尺寸公差的更严密的控制、更长的模口及工具使用寿命、以及更低的模口制造成本(因为在该系统中使用的这些更便宜的元素)。 

在此说明的系统产生了在高温下抗氧化并且耐磨损的成型工具、并且进一步提供了玻璃不会粘到其上的表面。工具中的这些特性允许无中断和材料损失地生产玻璃部件，并且因此将显著扩大工具的寿命以及玻璃产品的质量和生产率。这种新的涂层构造和设计特别适合用于精密玻璃模制或者成型过程，并且同时在此预期该涂层和/或系统可以在用于模 制精密玻璃透镜(用于成像应用)的工具加工(例如模制反应性玻璃和/或在高温下模制玻璃)中使用，它不限于此类应用。该涂层和/或系统的另外的用途包括但不限于激光准直仪透镜的模制、要求完全致密的、高硬度碳化钨的其他物品以及镜子的模制。 

虽然，出于解说目的已经在上面说明了本发明的多个具体实施方式，但是对于本领域那些普通技术人员而言明显的是可以进行对本发明的细节的多种变更而并不背离如所附权利要求书中限定的本发明。 

Claims (20)

1.一种包括TiAl_xN_y的涂层组合物，其中，x是约0.7-1.5并且y是约2.2-3.0。

2.根据权利要求1所述的涂层组合物，其中，x是约0.8-1.2。

3.根据权利要求1所述的涂层组合物，其中，y是约2.2-2.7。

4.一种涂覆有权利要求1所述的涂层组合物的基底。

5.根据权利要求4所述的基底，具有小于约1.0μm的涂层厚度。

6.一种用于进行精密玻璃模制的系统，包括：

一个基底；以及

在该基底的至少一部分上的一个涂层，其中该涂层包括TiAl_xN_y，其中，x是约0.7-1.5并且y是约2.0-3.0。

7.根据权利要求6所述的系统，其中，x是约0.8-1.2。

8.根据权利要求6所述的系统，其中，y是约2.2-2.7。

9.根据权利要求6所述的系统，其中，该基底具有小于约1.0μm的涂层厚度。

10.根据权利要求9所述的系统，其中，该涂层厚度是约0.5μm。

11.根据权利要求6所述的系统，其中，该涂覆的基底的表面粗糙度(RMS)是大约小于约5nm。

12.根据权利要求6所述的系统，其中，该涂覆的基底具有小于约0.5μm的轮廓精度。

13.根据权利要求6所述的系统，其中，该基底包括具有小于1.2％的次要组分的碳化钨、钨、或者它们的一种组合。

14.根据权利要求13所述的系统，其中，这些次要组分包括钴、铬、或镍中的至少一种。

15.根据权利要求6所述的系统，其中，该基底包括具有小于1.2wt.％的次要成分的碳化一钨。

16.一种方法，包括：

将一个涂层施加到一个基底上，其中该基底包括具有小于1.2wt.％次要成分的碳化钨、钨、或者它们的一种组合，并且其中，该涂层包括TiAl_xN_y，其中x是约0.7-1.5并且y是约2.2-3.0。

17.根据权利要求16所述的方法，其中，x是约0.8-1.2并且y是约2.2-2.7。

18.根据权利要求16所述的方法，其中，该涂层厚度小于约1.0μm。

19.根据权利要求16所述的方法，其中，这些次要组分包括钴、铬、或镍中的至少一种。

20.根据权利要求16所述的方法，进一步包括在涂覆该基底之前施加一个中间层，其中该中间层包括碳化钨、钨、或者它们的一种组合。

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