CN1313398C - 模造玻璃的模仁及其再生方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种易于加工再生的模造玻璃的模仁及其再生方法，上述模仁包含：底材；第一贵金属层，其位于上述底材上；第二贵金属层，其位于上述第一贵金属层上；含碳的第三贵金属层，其位于上述第二贵金属层上；类金刚石碳保护膜，其位于上述第三贵金属层上。通过含碳的贵金属层连接类金刚石碳保护膜，可提升保护膜与底材之间的附着力；中间层中的碳原子可抑制贵金属膜的晶粒成长；贵金属层致密的结构，可防止底材的成分扩散至保护膜。使用含碳的贵金属层作为类金刚石碳保护膜与模仁底材之间的中间层，可提升模仁的可再生性。

Description

模造玻璃的模仁及其再生方法
技术领域
本发明涉及一种模造玻璃的模仁(die)，特别是涉及一种易于加工再生的模造玻璃的模仁及其再生方法。
背景技术
由日本松下公司的一系列贵金属模仁专利可知，在高化学钝性的贵金属内添加第三元素，可抑制晶粒成长，将其应用在高温模造上，可使模仁具有优异的模造寿命。例如日本专利公开号63-103836所公开的，是使用Ir-Re-C直接做为碳化钨底材的保护膜，而在保护膜与底材之间的贵金属没有设计中间层的模仁，在800℃的模造温度下，可达2000次以上的模造寿命。但贵金属膜层不易退镀，只能通过研磨方式除去，在回收、再生模仁时，需耗费大量时间。
类金刚石碳薄膜(diamond-like carbon；DLC)，在模造玻璃时，能提供极佳的脱模性，且再生时只要通过氧气等离子体(O2plasma)即可将其完全蚀刻干净，模仁只要稍微抛光即可镀膜重新使用，再生的程序简单。例如日本专利公开号01-320233所公开的，是使用DLC做为底材的保护膜，中间层则使用SiC或Si3N4；日本专利公开号06-191864，是使用溅镀的DLC做为底材的保护膜，中间层有二层，分别为SiC与离子植入的DLC。当类金刚石碳薄膜厚度太厚时，会产生内应力，薄膜易剥离；厚度太薄时，容易使基材的元素扩散至保护膜表层，导致类金刚石碳薄膜变色而与玻璃起反应，丧失其脱模性。虽然，上述文献提出解决方案；但，本发明另外提出与上述文献不同的手段。
而日本专利公开号11-079760，是使用DLC做为底材的保护膜，中间层为可研削的β-SiC，厚度为3-50mm，再生时利用氧气等离子体将DLC蚀刻干净，再将β-SiC重新研削至所需的精密形状，可再生的次数依β-SiC的厚度而定。其可再生性虽佳，但因中间层厚度太厚，在第一次镀膜的时间需耗时数百小时，太耗时且对生产成本亦造成不良影响。
发明内容
本发明的主要目的是提供一种模造玻璃的模仁及其再生方法，具有优良的可再生性、再生时间短的特性，亦具有防止基材的元素扩散至保护膜表层的特性，并增加类金刚石碳膜与模仁底材间的附着力及类金刚石碳膜的耐热性，从而提升模仁的可再生性与使用寿命。
本发明的技术方案是一种模造玻璃的模仁，包括：底材；第一贵金属层，其位于上述底材上；第二贵金属层，其位于上述第一贵金属层上；含碳的第三贵金属层，其位于上述第二贵金属层上；类金刚石碳保护膜，其位于上述第三贵金属层上；其中所述底材为碳化钨，所述第一贵金属层为含镍的铱铼合金，所述第一贵金属层的厚度为0.3-0.6μm，所述第二贵金属层为铱铼合金，所述第二贵金属层的厚度为0.3-0.6μm，所述第三贵金属层为含碳的铱铼合金，且其中的碳、铱、铼原子成超晶格排列，所述第三贵金属层的厚度为0.01-0.05μm，所述第三贵金属层的碳原子百分比浓度为20at％-50at％，所述第三贵金属层为表面渗碳的铱铼合金层，所述第三贵金属层的表面碳原子百分比浓度为20at％-50at％，所述保护膜具有模造面，当类金刚石碳保护膜恶化后，可利用氧气等离子体去除类金刚石碳保护膜与该第三贵金属层，并再于第二贵金属层上依序形成与上述第三贵金属层相同的第四贵金属层及与上述类金刚石碳保护膜相同的第二保护层。通过含碳的贵金属层作为类金刚石碳保护膜与模仁底材之间的中间层，如此通过含碳中间层的碳成分接触类金刚石碳保护膜，可提升保护膜与底材之间的附着力；另外，中间层中碳原子的存在可抑制贵金属膜的晶粒成长，而提高贵金属合金薄膜的耐热性；而更通过贵金属层致密的结构，可防止底材的成分扩散至保护膜，而防止保护膜变性，从而提升模仁的使用寿命。
本发明又提供上述模仁的再生方法，包括：以氧气等离子体蚀刻上述保护膜与上述第三贵金属层；对上述模仁加以研磨抛光，以完全除去上述第三贵金属层；清洗上述已完成研磨抛光的模仁；在上述第二贵金属层上形成含碳的第四贵金属层；以及形成材质与上述类金刚石碳保护膜相同第二保护膜，其在与前述第三贵金属层相同的第四贵金属层上，其中所述底材为碳化钨，所述第一贵金属层为含镍的铱铼合金，所述第一贵金属层的厚度为0.3-0.6μm，所述第二贵金属层为铱铼合金，所述第二贵金属层的厚度为0.3-0.6μm，所述第三贵金属层为含碳的铱铼合金，且其中的碳、铱、铼原子成超晶格排列，所述第三贵金属层的厚度为0.01-0.05μm，所述第三贵金属层为表面渗碳的铱铼合金层，所述第三贵金属层的碳原子百分比浓度为20at％-50at％，所述第四贵金属层的材质与所述第三贵金属层相同，形成所述第四贵金属层时，包括使用多靶材共溅镀的方法，所述第四贵金属层为表面渗碳的铱铼合金层，形成与上述第三贵金属层相同的第四贵金属层还包括：以多靶材共溅镀的方法形成铱铼合金层于所述第二贵金属层上；以及以碳离子植入的方式，将碳渗入所述铱铼合金层的表面，所述第四贵金属层的表面碳原子百分比浓度为20at％-50at％，所述第二保护膜具有第二模造面，所述第二保护膜的厚度为0.01-0.3μm。使用类金刚石碳作为模仁底材的保护膜，并使用含碳的贵金属层作为类金刚石碳保护膜与模仁底材之间的中间层，对本发明的模仁作再生处理时，可使用氧气等离子体便简单地移除上述类金刚石碳保护膜与含碳中间层，而具有优良的可再生性，可简化再生的程序。
即，本发明提供一种模造玻璃的模仁，其特征在于包括：底材；第一贵金属层，其为含镍的铱铼合金，其位于底材上；第二贵金属层，其为铱铼合金，其位于第一贵金属层上；含碳的第三贵金属层，其为含碳的铱铼合金，其位于第二贵金属层上；以及类钻碳类金刚石碳保护膜，其位于第三贵金属层上。
本发明还提供一种模造玻璃的模仁的再生方法，其特征在于包括：
提供使用过的模造玻璃的模仁，具有底材；第一贵金属层，其为含镍的铱铼合金，其位于底材上；第二贵金属层，其为铱铼合金，其位于第一贵金属层上；第三贵金属层，其为含碳的铱铼合金，其位于第二贵金属层上；保护膜，其位于第三贵金属层上，该保护膜为类金刚石碳保护膜DLC；
以氧气等离子体蚀刻该保护膜与该第三贵金属层；
对该模仁施以研磨抛光，以完全除去该第三贵金属层；
清洗该已完成研磨抛光的模仁；
形成材质与上述第三贵金属层相同的第四贵金属层，其位于第二贵金属层上；
形成材质与上述保护膜相同的第二保护膜，其位于该新的第四贵金属层上，为类金刚石碳。
本发明的技术效果在于：模造玻璃的模仁，其第一贵金属层、第二贵金属层、与第三贵金属层分别为含镍的铱铼合金、铱铼合金、与含碳的铱铼合金时，当第一贵金属层含有镍，可增加第一贵金属层与底材之间的附着力。而含镍的第一贵金属层与含碳的第三贵金属层之间，具有仅为铱铼合金的第二贵金属层，可以有效地调和第一贵金属层与第三贵金属层之间的成分差异，而增加三者之间的附着力；而在第三贵金属层方面，选用碳元素加入贵金属合金中做为中间层，可加强其贵金属薄膜与类金刚石碳薄膜界面的附着性，同时碳原子的存在可抑制贵金属膜的晶粒成长，而提高贵金属合金薄膜的耐热性；而本发明模造玻璃的模仁以三个贵金属层作为底材与保护层之间的中间层，贵金属的结构亦可以有效地阻挡扩散自底材的元素，而能够更加提升保护层的使用寿命，从而提升本发明的模造玻璃的模仁的模造寿命。
本发明的模造玻璃的模仁的再生方法，优点在于第三贵金属层与保护层的含碳材质，易于以等离子体去除而为再生的处理，与已知技术比较，本发明模造玻璃的模仁的再生方法实施时，再生每一个模仁所需时间，较已知技术平均可节省最少0.5小时的再生时间，而具有优良的可再生性、再生时间短的特性。
附图说明
图1为一剖面图，是显示本发明模造玻璃的模仁1的结构。
图2A-2C为一系列的剖面图，是显示本发明模造玻璃的模仁1的再生方法的流程。
符号说明：
1：模仁              100：底材
101：第一贵金属层    102：第二贵金属层
103：第三贵金属层    103’：第四贵金属层
104：保护膜          104’：第二保护膜
120：模造面          120’：第二模造面
200：氧气等离子体
为了让本发明的上述和其它目的、特征、和优点能更明显易懂，下文特举二较佳实施例，并配合所附图示，作详细说明如下：
具体实施方式
实施例一
请参考图1，为一个剖面图，是显示本发明的模造玻璃的模仁1的构造。其中，模仁1的结构包括依序堆积的底材100、第一贵金属层101、第二贵金属层102、第三贵金属层103、与保护膜104。其中保护膜104为类金刚石碳(diamond-like carbon；DLC)。另外，保护膜104上具有模造面120。
底材100，通常是使用碳化钨，其内通常含有镍的成分，因此第一贵金属层101的材质优选为使用含镍的铱铼合金，以增加第一贵金属层101与底材100之间的附着力。在第一贵金属层101的形成方面，先将底材100的表面研磨、抛光，以多靶材共溅镀(co-sputtering)的方式，溅镀一层含镍的铱铼合金作为第一贵金属层101，其膜厚范围优选为0.3-0.6μm，而铱铼合金中铱与铼的原子百分比的范围优选为99∶1-70∶30、更优选为99∶1-90∶10，镍原子百分比含量优选为20at％-30at％。
因此，在使用多靶材共溅镀的方式形成第一贵金属层101时，将底材100置入镀膜反应室(未绘示)内，并提供铱靶材、铼靶材、镍或镍合金靶材，在各靶材(target)依所需成份比例选定镀膜功率，并依照所需膜厚选定镀膜时间，来镀制第一贵金属层101。
接下来，以多靶材共溅镀的方式形成第二贵金属层102于第一贵金属层101上。在完成第一贵金属层101的镀制后，在铱靶材、铼靶材仍维持固定镀膜功率不变之下，而关掉镍或镍合金靶材上的镀膜功率，从而镀制第二贵金属层102，其膜厚范围优选为0.3-0.6μm，而铱铼合金中铱与铼的原子百分比的范围优选为99∶1-70∶30、更优选为99∶1-90∶10。
接下来，当选择镀制含碳的铱铼合金作为第三贵金属层103时，且其中的碳、铱、铼原子成超晶格排列时，优选以多靶材共溅镀的方式形成第三贵金属层103于第二贵金属层102上。在完成第二贵金属层102的镀制后，在铱靶材、铼靶材仍维持固定镀膜功率不变之下，再提供一个碳靶材，依所需成份比例选定镀膜功率，从而镀制第三贵金属层103，其膜厚范围优选为0.01-0.05μm，而铱铼合金中铱与铼的原子百分比的范围优选为99∶1-70∶30、更优选为99∶1-90∶10，碳原子百分比含量的范围优选为20at％-50at％，以使第三贵金属层103后续的保护层104有较佳的附着力。
当选择镀制表面作渗碳处理的铱铼合金层作为第三贵金属层103时，优选以多靶材共溅镀的方式先形成材质与第二贵金属层102相同的贵金属层，为铱铼合金层，其膜厚范围优选为0.01-0.05μm，而铱铼合金中铱与铼的原子百分比的范围优选为99∶1-70∶30、更优选为99∶1-90∶10。之后再以碳离子植入的方式，对上述铱铼合金层作渗碳处理，从而完成第三贵金属层103的制作，此时第三贵金属层103的表面碳原子百分比含量的范围优选为20at％-50at％，以使第三贵金属层103后续的保护层104有较佳的附着力。
最后，以溅镀(sputtering)、离子镀(ion plating)、或等离子体增益化学气相沉积(plasma enhance chemical vapourdeposition PECVD)的方式于第三贵金属层103上形成DLC膜作为保护膜104，其膜厚优选为0.01-0.3μm。
实施例二
请参考图2A-2C，为一系列的剖面图，是显示本发明模造玻璃的模仁1的再生方法的流程。
由于图1所示的本发明模造玻璃的模仁1的保护膜104、第三贵金属层103其中的碳，可以以氧气等离子体将其蚀刻、除去。因此，当模仁1的使用将届或到达其模造寿命时，会被从生产线换下来作再生的处理。首先，在图2A中，以氧气等离子体200蚀刻、除去保护膜104与第三贵金属层103，其中，无论第三贵金属层103为碳原子与贵金属原子成超晶格排列、或是表面经渗碳处理的贵金属层，其碳原子被氧气等离子体200蚀刻而移除时，剩余的贵金属原子会因碳原子的消失而结构松散甚至崩解。尽管如此，仍有可能会留下少数残留的第三贵金属层103。
接下来，请参考图2B，再以研磨、抛光的方式去除残留的第三贵金属层103，并将第二贵金属层102的表面抛光。然后，清洗模仁1，特别是第二贵金属层102的表面，以去除可能残留于其上的第三贵金属层103的粒子与抛光剂的粒子。清洗模仁1时可使用碱性脱脂剂、异丙醇等清洗，再加上超音波震荡而除去上述粒子。
最后，请参考图2C，依序形成第四贵金属层103’、第二保护层104’其材质与图1所示的保护层104相同的，第四贵金属层103’其材质优选为与第1图所示的第三贵金属层103相同，更优选为其厚度亦与第三贵金属层103相同，而第二保护层104’的厚度优选为与保护层104相同。其中与前述第三贵金属层相同的第四贵金属层103’优选含碳的铱铼合金，例如为碳、铱、铼原子成超晶格排列的铱铼合金；与前述类金刚石碳保护膜相同的第二保护层104’则为DLC。另外，前述类金刚石碳保护膜相同的第二保护层104’上具有第二模造面120’。
当选择镀制含碳的铱铼合金作为第四贵金属层103’，且其中的碳、铱、铼成超晶格排列时，优选以多靶材共溅镀的方式形成第四贵金属层103’于第二贵金属层102上。优选为铱靶材、铼靶材、与碳靶材的镀膜功率和时间与第一实施例中镀制第三贵金属层103时所使用的镀膜功率和时间相同，使第四贵金属层103’的成分与膜厚范围与第一实施例中镀制第三贵金属层103相同。
当选择镀制表面作渗碳处理的铱铼合金层作为第四贵金属层103’时，优选以多靶材共溅镀的方式先形成材质与第二贵金属层102相同的贵金属层，例如为铱铼合金层，其膜厚范围优选为0.01-0.05μm，而铱铼合金中铱与铼的原子百分比的范围优选为99∶1-70∶30、更优选为99∶1-90∶10。之后再以碳离子植入的方式，对上述铱铼合金层作渗碳处理，从而完成第四贵金属层103’的制作，此时第四贵金属层103’的表面碳原子百分比含量的范围优选为20at％-50at％，以使第四贵金属层103’与后续的保护层104有较佳的附着力。
最后，以溅镀(sputtering)、离子镀(ion plating)、或等离子体增益化学气相沉积(PECVD)的方式于第四贵金属层103’上形成DLC膜作为第二保护膜104’，其膜厚优选为0.01-0.3μm。
虽然本发明已经以较佳实施例公开如上，然其并非用以限定本发明，任何熟悉此项技术的人，在不脱离本发明的精神和范围内，可作些许的更动与润饰，因此本发明的保护范围以权利要求书所界定的范围为准。

Claims (27)

1.一种模造玻璃的模仁，其特征在于包括：底材；第一贵金属层，其为含镍的铱铼合金，其位于底材上；第二贵金属层，其为铱铼合金，其位于第一贵金属层上；第三贵金属层，其为含碳的铱铼合金，其位于第二贵金属层上；以及类金刚石碳保护膜，其位于第三贵金属层上。
2.如权利要求1所述的模造玻璃的模仁，其特征在于其中所述底材为碳化钨。
3.如权利要求1所述的模造玻璃的模仁，其特征在于其中所述第一贵金属层的厚度为0.3-0.6μm。
4.如权利要求1所述的模造玻璃的模仁，其特征在于其中所述第二贵金属层的厚度为0.3-0.6μm。
5.如权利要求1所述的模造玻璃的模仁，其特征在于其中所述第三贵金属层的厚度为0.01-0.05μm。
6.如权利要求1所述的模造玻璃的模仁，其特征在于其中所述第三贵金属层的碳、铱、铼原子成超晶格排列。
7.如权利要求6所述的模造玻璃的模仁，其特征在于其中所述第三贵金属层的碳原子百分比浓度为20％-50％。
8.如权利要求1所述的模造玻璃的模仁，其特征在于其中所述第三贵金属层为表面渗碳的铱铼合金层。
9.如权利要求8所述的模造玻璃的模仁，其特征在于其中所述第三贵金属层的表面碳原子百分比浓度为20％-50％。
10.如权利要求1所述的模造玻璃的模仁，其特征在于其中所述保护膜的厚度为0.01-0.3μm。
11.如权利要求1所述的模造玻璃的模仁，其特征在于其中所述保护膜具有模造面。
12.如权利要求1所述的模造玻璃的模仁，其特征在于其中当类金刚石碳保护膜恶化后，利用氧气等离子体去除类金刚石碳保护膜与该第三贵金属层，并再于第二贵金属层上依序形成与上述第三贵金属层相同的第四贵金属层及与上述类金刚石碳保护膜相同的第二保护层。
13.一种模造玻璃的模仁的再生方法，其特征在于包括：
提供使用过的模造玻璃的模仁，具有底材；第一贵金属层，其为含镍的铱铼合金，其位于底材上；第二贵金属层，其为铱铼合金，其位于第一贵金属层上；第三贵金属层，其为含碳的铱铼合金，其位于第二贵金属层上；保护膜，其位于第三贵金属层上，该保护膜为类金刚石碳保护膜DLC；
以氧气等离子体蚀刻该保护膜与该第三贵金属层；
对该模仁施以研磨抛光，以完全除去该第三贵金属层；
清洗该已完成研磨抛光的模仁；
形成材质与上述第三贵金属层相同的第四贵金属层，其位于第二贵金属层上；
形成材质与上述保护膜相同的第二保护膜，其位于该新的第四贵金属层上，为类金刚石碳。
14.如权利要求13所述的模造玻璃的模仁的再生方法，其特征在于其中所述底材为碳化钨。
15.如权利要求13所述的模造玻璃的模仁的再生方法，其特征在于其中所述第一贵金属层的厚度为0.3-0.6μm。
16.如权利要求13所述的模造玻璃的模仁的再生方法，其特征在于其中所述第二贵金属层的厚度为0.3-0.6μm。
17.如权利要求13所述的模造玻璃的模仁的再生方法，其特征在于其中所述第三贵金属层的厚度为0.01-0.05μm。
18.如权利要求13所述的模造玻璃的模仁的再生方法，其特征在于其中所述第三贵金属层的碳、铱、铼原子成超晶格排列。
19.如权利要求13所述的模造玻璃的模仁的再生方法，其特征在于其中所述第三贵金属层为表面渗碳的铱铼合金层。
20.如权利要求13所述的模造玻璃的模仁的再生方法，其特征在于其中所述第四贵金属层为含碳的铱铼合金层。
21.如权利要求20所述的模造玻璃的模仁的再生方法，其特征在于其中形成所述第四贵金属层时，包括使用多靶材共溅镀的方法。
22.如权利要求20所述的模造玻璃的模仁的再生方法，其特征在于其中所述第三贵金属层的碳原子百分比浓度为20％-50％。
23.如权利要求13所述的模造玻璃的模仁的再生方法，其特征在于其中所述第四贵金属层为表面渗碳的铱铼合金层。
24.如权利要求23所述的模造玻璃的模仁的再生方法，其特征在于其中形成与上述第三贵金属层相同的第四贵金属层还包括：以多靶材共溅镀的方法形成铱铼合金层于所述第二贵金属层上；以及以碳离子植入的方式，将碳渗入所述铱铼合金层的表面。
25.如权利要求23所述的模造玻璃的模仁的再生方法，其特征在于其中所述第四贵金属层的表面碳原子百分比浓度为20％-50％。
26.如权利要求13所述的模造玻璃的模仁的再生方法，其特征在于其中所述第二保护膜的厚度为0.01-0.3μm。
27.如权利要求13所述的模造玻璃的模仁的再生方法，其特征在于其中所述第二保护膜具有第二模造面。
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