CN103132062B - 模仁及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
一种模仁制造方法，其包括以下步骤：形成具有成型面的模仁基体；在模仁基体的成型面上形成氧化铱预型层；还原氧化铱预型层表层的氧化铱，使氧化铱预型层转变为氧化铱膜层及形成于氧化铱膜层上的铱膜层。本发明还提供一种采用上述制造方法制得的模仁。采用上述模仁制造方法时，由于先形成氧化铱预型层，然后将氧化铱预型层表层的氧化铱还原而形成铱膜层，从而可避免采用直接形成铱膜层时所需的成本较高的铱靶材，降低模仁的制造成本。
Description
技术领域
本发明涉及一种模仁及其制造方法，尤其涉及一种用于成型玻璃的模仁及其制造方法。
背景技术
用于成型玻璃的模仁一般要求较好的离型性、机械强度及化学稳定性，因此一般的模仁基体表面形成有保护膜。其中，模仁基体一般由不锈钢、碳化钨或碳化硅等材料制成，保护膜一般为贵金属镀膜，如铂铱合金、铱合金或钌合金等。保护膜一般采用物理气相沉积（Physical
Vapor Deposition，PVD）方法形成于模仁基体表面。然而，上述贵金属的靶材成本较高，导致模仁的制造成本较高。
发明内容
鉴于上述状况，有必要提供一种制造成本较低的模仁；
另外，还有必要提供一种制造成本较低的模仁制造方法。
一种模仁，其包括模仁基体，模仁基体形成有成型面。模仁还包括形成于模仁基体的成型面上的氧化铱膜层及形成于该氧化铱膜层上的铱膜层。
一种模仁制造方法，其包括以下步骤：形成具有成型面的模仁基体；在模仁基体的成型面上形成氧化铱预型层；还原氧化铱预型层表层的氧化铱，使氧化铱预型层转变为氧化铱膜层及形成于氧化铱膜层上的铱膜层。
采用上述模仁制造方法时，由于先形成氧化铱预型层，然后将氧化铱预型层表层的氧化铱还原而形成铱膜层，从而可避免采用直接形成铱膜层时所需的成本较高的铱靶材，降低模仁的制造成本。
附图说明
图1是本发明实施方式的模仁的剖视图。
图2是本发明实施方式的模仁的制造方法的流程图。
图3是本发明实施方式的模仁的预型体的剖视图。
图4是本发明实施方式一的模仁表面的光电子能谱图。
图5是本发明实施方式二的模仁表面的光电子能谱图。
图6是本发明实施方式三的模仁表面的光电子能谱图。
主要元件符号说明
| 模仁 | 100 |
| 模仁基体 | 10 |
| 成型面 | 11 |
| 碳化钨膜层 | 20 |
| 钛膜层 | 30 |
| 氧化铱膜层 | 40 |
| 铱膜层 | 50 |
| 氧化铱预型层 | 41 |
| 预型体 | 101 |
如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本发明。
具体实施方式
请参阅图1，本发明实施方式的模仁100用于成型玻璃，其包括模仁基体10，及碳化钨（WC）膜层20、钛（Ti）膜层30、氧化铱（IrO2）膜层40及铱（Ir）膜层50。模仁基体10包括成型面11，WC膜层20形成于成型面11上，Ti膜层30形成于WC膜层20上，IrO2膜层40形成于Ti膜层30上，Ir膜层50形成于IrO2膜层40上。在本实施方式中，模仁基体10由不锈钢制成。WC膜层20、Ti膜层30及IrO2膜层40可以采用PVD方法或等离子体增强化学气相沉积(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition，PECVD)方法形成。Ir膜层50由还原IrO2而形成。优选地，WC膜层20的厚度大致为100奈米（nm）-500nm，Ti膜层30的厚度大致为100nm-500nm，IrO2膜层40的厚度大致为100nm-500nm，Ir膜层50的厚度大致为100nm-500nm。
可以理解，模仁基体10的材料也可以为耐高温陶瓷材料，如碳化钨或碳化硅，或为耐高温的石墨材料。模仁100的各膜层的厚度也可以根据待成型的玻璃材料或实际制造条件而改变。可以理解，如IrO2膜层40与模仁基体10间的结合力能够满足模仁100的使用要求，本实施方式的WC膜层20、Ti膜层30均可以省略，而IrO2膜层40直接形成于模仁基体10的表面。
请参阅图2，以下将对本实施方式的模仁100的制造方法进行详细描述。
在步骤S101中，形成具有成型面11的模仁基体10。模仁基体10可以由不锈钢、耐高温陶瓷或耐高温石墨材料制成。在本实施方式中，模仁基体10为不锈钢制成，采用不锈钢制成的模仁基体10机械强度较佳，使用寿命较长。
在步骤S102中，在模仁基体10的成型面11形成WC膜层20。WC膜层20可以采用PVD方法或PECVD方法形成。在本实施方式中，WC膜层20采用PVD方法形成，其厚度为100nm-500nm。可以理解，WC膜层20的厚度也可以依制造方法或待成型玻璃的材料而改变。
在步骤S103中，在WC膜层20的表面形成Ti膜层30。Ti膜层30可以采用PVD方法或PECVD方法形成。在本实施方式中，Ti膜层30采用PVD方法形成，其厚度大致为100nm-500nm。可以理解，Ti膜层30的厚度也可以依制造方法或待成型玻璃的材料而改变。
在步骤S104中，在Ti膜层30的表面形成IrO2预型层41，得到预型体101。IrO2预型层41可以采用PVD方法或PECVD方法形成。在本实施方式中，IrO2预型层41采用PVD方法形成，其厚度大致为500nm-1000nm。可以理解，IrO2预型层41的厚度也可以依制造方法或待成型玻璃的材料而改变。
在步骤S105中，还原IrO2预型层41表层的IrO2，使IrO2预型层41转变为IrO2膜层40及形成于IrO2膜层40上的Ir膜层50。在本实施方式中，采用加热分解方法，优选地，保持真空度小于或等于1.33×10-4帕（Pa）,将预型体101加热至大于或等于500℃，并保持30min-120min，使IrO2预型层41表层的IrO2分解为Ir及氧气（O2），从而得到IrO2膜层40及Ir膜层50。其中IrO2膜层40的厚度大致为100nm-500nm，Ir膜层50的厚度大致为100nm-500nm。可以理解，也可以采用其它方法还原IrO2预型层41表层的IrO2，如采用氢气（H2）还原。
采用本实施方式的制造方法形成模仁100，由于先形成IrO2预型层41，然后将IrO2预型层41表层的IrO2还原而形成Ir膜层50，从而可以避免采用直接形成Ir膜层时所需的成本较高的Ir靶材，降低了制造成本，同时使Ir膜层50与IrO2膜层40的结合力也较强，从而提高了模仁100的使用寿命。另，由于WC膜层20与Ti膜层30与模仁基体10及IrO2膜层40的晶格均较相似，因此将其形成于IrO2膜层40与模仁基体10之间有利于提高各膜层与模仁基体10间的结合力，进一步提高了模仁100的使用寿命。
可以理解，在本实施方式中，如IrO2膜层40与模仁基体10间的结合力能够满足模仁100的使用要求，形成WC膜层20与Ti膜层30的步骤均可以省略，而将IrO2预型层41直接形成于模仁基体10的表面。
实施方式一
形成具有成型面的模仁基体，在本实施方式中模仁基体由不锈钢制成。
采用溅射镀膜方法在模仁基体的成型面形成WC膜层。在本实施方式中，溅射镀膜的具体参数为：采用W靶材，并通入乙炔(C2H2)，C2H2气流速度为60标况毫升每分钟（Standard-state Cubic Centimeter per Minute，sccm），射频功率为200瓦，保持真空度小于或等于1.33Pa，溅镀时间400秒左右。WC膜层的厚度大致为100nm。
采用溅射镀膜方法形成在WC膜层的表面形成Ti膜层。在本实施方式中，溅射镀膜的具体参数为：采用Ti靶材，并通入氩气(Ar)，Ar气流速度为30sccm，射频功率为200瓦，保持真空度小于或等于1.33帕，溅镀时间150秒左右。Ti膜层的厚度大致为200nm。
采用溅射镀膜方法在Ti膜层的表面形成IrO2预型层，得到预型体。在本实施方式中，溅射镀膜的具体参数为：采用IrO2靶材，并通入Ar及O2，Ar气流速度为20sccm，O2气流速度为80sccm，直流电流功率为200瓦，保持真空度小于或等于0.9帕，温度为200℃左右，溅镀时间300秒左右。IrO2预型层41的厚度大致为600nm。
保持真空度小于或等于1.33×10-4Pa,将上述预型体加热至550℃并保持60min，以100sccm的气流速率通入氮气(N2)，使IrO2预型层转变为IrO2膜层及Ir膜层，从而得到模仁。在本实施方式一中，IrO2膜层的厚度大致为150nm，Ir膜层的厚度大致为450nm。
请参阅图4，为证实IrO2预型层分解为IrO2膜层及Ir膜层，对预型体表面作X射线光电子能谱（X-Ray Photoelectron spectroscopy）分析，图4显示有峰A1，峰B1，峰C1及峰D1，其中，峰A1对应Ir 4f7/2轨道的结合能为60.5电子伏特（eV），峰B1对应Ir 4f7/2轨道的结合能为61.7 eV，峰C1对应Ir 4f5/2轨道的结合能为63.5 eV，峰D1对应Ir 4f5/2轨道的结合能为64.7 eV。峰A1与峰C1处的结合能与Ir0的结合能相对应，峰B1与峰D1处的结合能与Ir4+的结合能相对应，可以推知IrO2预型层分解为IrO2膜层及Ir膜层由峰A1，峰B1，峰C1及峰D1处的结合能可以推知IrO2预型层分解为IrO2膜层及Ir膜层。
实施方式二
实施方式二与实施方式一的步骤大致相同，其不同在于，将预型体加热至550℃时并保持90min，使IrO2预型层转变为IrO2膜层及Ir膜层。在本实施方式中，IrO2膜层的厚度大致为100nm，Ir膜层的厚度大致为500nm。请参阅图5，其仅显示Ir4+的特征峰A2及峰C2，Ir4+的特征峰较不明显，可以推知Ir0的含量较实施方式一更高。
实施方式三
实施方式三与实施方式一的步骤大致相同，其不同在于，将预型体加热至600℃并保持60min，使IrO2预型层转变为IrO2膜层及Ir膜层。在本实施方式三中，IrO2膜层的厚度大致为150nm，Ir膜层的厚度大致为450nm。请参阅图6，由峰A3，峰B3，峰C3及峰D3处的结合能可以推知IrO2预型层分解为IrO2膜层及Ir膜层。
另外，本领域技术人员还可以在本发明精神内做其它变化，当然而，这些依据本发明精神所做的变化，都应包含在本发明所要求保护的范围内。
Claims (10)
1.一种模仁，其包括模仁基体，该模仁基体形成有成型面，其特征在于：该模仁还包括形成于该模仁基体的成型面上的氧化铱膜层及结合于该氧化铱膜层远离该成型面一侧上的铱膜层。
2.如权利要求1所述的模仁，其特征在于：该成型面与该氧化铱膜层间还形成有碳化钨膜层或钛膜层。
3.如权利要求1所述的模仁，其特征在于：该模仁基体由不锈钢、耐高温陶瓷或耐高温石墨材料制成。
4.一种模仁制造方法，其包括以下步骤：形成具有成型面的模仁基体；在该模仁基体的成型面上形成氧化铱预型层，得到预型体；还原该氧化铱预型层远离该成型面一侧的表层的氧化铱，使该氧化铱预型层转变为氧化铱膜层及结合于该氧化铱膜层上的铱膜层。
5.如权利要求4所述的模仁制造方法，其特征在于：该模仁制造方法采用加热分解方法还原该氧化铱预型层表层的氧化铱。
6.如权利要求5所述的模仁制造方法，其特征在于：在该加热分解方法中，将该预型体加热至大于或等于500℃，并保持30-120分钟。
7.如权利要求6所述的模仁制造方法，其特征在于：在该加热分解方法中，将该预型体加热至550℃，并保持60-90分钟。
8.如权利要求6所述的模仁制造方法，其特征在于：在该加热分解方法中，将该预型体加热至600℃，并保持60分钟。
9.如权利要求4所述的模仁制造方法，其特征在于：在该模仁基体的成型面与该氧化铱预型层之间形成碳化钨膜层和/或钛膜层。
10.如权利要求4所述的模仁制造方法，其特征在于：该模仁制造方法采用氢气还原方法还原该氧化铱预型层表层的氧化铱。
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