KR20020042434A - 유리 프레스용 금형 및 그 제조 방법 - Google Patents

유리 프레스용 금형 및 그 제조 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 피성형체를 접착할 때 밀착성을 양호하게 하도록 알맞은 표면 조도를 가지며, 나아가 연속 성형이 가능한 유리 프레스용 금형을 제공하는 것을 목적으로 한다.
금형을, 텅스텐 카바이트를 주성분으로 하는 초경합금재로 형성한 금형 모재(1)의 표면에, 백금 40 중량%-이리듐 60 중량%로 이루어진 합금으로 형성한 3 μm 두께의 중간층(2)을 마련하고, 0.05 pm 두께의 백금막(3)을 더 마련하여 형성하며, 금형 모재의 표면 조도를 0.01∼0.05 μm, 최표층의 면(S1)인 백금층의 표면 조도를 0.2∼1.21 μm로 하였다. 이 백금층의 표면 조도는 스퍼터링법으로 백금막을 형성한 후, 질소 분위기 속에서 500℃, 1시간 열처리하여 백금을 입자 성장시킴으로써 형성하였다.

Description

유리 프레스용 금형 및 그 제조 방법{A GLASS-FORMING MOLD AND A MANUFACTURING METHOD THEREOF}
본 발명은 접착하여 사용하는 유리 제품을 재열(再熱) 프레스 성형에 의해 제조하는 유리 프레스용 금형에 관한 것이다.
종래, 재열 프레스 성형용 금형은 금형 모재의 표면을 연삭 가공으로써 정밀패턴을 제작하고, 그 위에 보호층으로서 백금-이리듐 합금 등의 귀금속막을 형성하였다. 이 귀금속막은 금형 모재와 유리가 반응하여 유리가 부착되거나, 성형 분위기 속의 산소에 의해 금형 모재가 열화하는 것을 막는 역할을 하고 있다.
그런데, 상기 금형에 의해 제작된 피성형체가 접착하여 사용되는 것을 생각하면, 금형은 다음 2개의 조건을 만족할 필요가 있다.
① 제작된 제품이 양호한 접착성을 갖도록 금형 귀금속막의 최표층 표면은 앵커 효과(anchoring effect)를 기대하여 알맞은 표면 조도를 가져야 한다.
② 금형 모재에는 정밀한 패턴이 형성되기 때문에, 그리고 표면을 거칠게 하는 번호수가 큰 숫돌을 사용하여 가공하면 가공 변질층이 커지고, 기계적 강도가 저하하게 되어 내구성이 낮아지기 때문에, 모재 표면은 가능한 한 거칠게 하지 않아야 한다.
그러나, 종래의 예컨대 백금-이리듐 합금막에서는, 도 3의 금형 표면 부근의 개념도에 도시한 바와 같이, 금형 모재(11)의 표면 조도는 그대로 백금-이리듐 합금막(12)상의 금형 귀금속막의 최표층 면(S2)의 조도가 된다. 그 때문에, 피성형체에 알맞은 앵커 효과를 갖게 하려고 금형 모재(11) 표면을 거칠게 하면, 도시하는 바와 같은 큰 가공 변질층(11a, 11a··)이 형성되게 되고, 금형의 기계적 강도가 열화해 버린다. 따라서, ① 및 ②를 만족하는 금형을 만드는 것은 곤란하였다. 또, 최표층이란 피성형물과 접촉하는 층을 말하며, 금형 모재의 표면에 마련된 금속층이 하나의 층만으로 이루어진 경우에는, 그 층이 최표층이 된다.
그래서, 본 발명은 상기 문제점을 감안하여 피성형체의 접착시의 밀착성을 양호하게 하는 알맞은 표면 조도를 가지며, 게다가 수명이 길어 연속 성형이 가능한 유리 프레스용 금형 및 그 제조 방법을 제공하는 것을 과제로 한다.
도 1은 본 발명의 실시 형태의 일례를 도시한 금형의 단면 확대 설명도.
도 2는 도 1의 금형의 표면 부근의 상태를 설명한 개념도.
도 3은 종래의 금형의 표면 부근의 상태를 설명한 개념도.
도 4는 본 발명의 유리 프레스용 금형의 제조 방법의 일례를 보여주는 표면 조도와 열처리 온도의 관계를 도시한 그래프.
〈도면의 주요부분에 대한 부호의 설명〉
1 : 금형 모재
2 : 중간층
3 : 백금층
상기 과제를 해결하기 위해서, 청구항 1의 발명은 금형 모재의 표면에 귀금속막을 마련하여 프레스면을 형성한 유리 프레스용 금형으로서, 귀금속막의 최표층의 표면 조도가 금형 모재 표면의 조도보다 큰 것을 특징으로 한다.
청구항 2의 발명은 청구항 1의 발명에 있어서, 귀금속막 최표층의 표면 조도가 0.2∼1.2 μm인 것을 특징으로 한다.
청구항 3의 발명은 청구항 1 또는 2의 발명에 있어서, 귀금속막의 적어도 최표층이 0.01∼1.2 μm 두께의 백금막인 것을 특징으로 한다.
청구항 4의 발명은 청구항 3의 발명에 있어서, 금형 모재와 백금막 사이에 귀금속 중간층을 마련하며, 그 중간층 두께가 2∼5 μm인 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 발명자는 백금의 입자 성장에 따른 표면 조도와, 열처리 온도 및 그 계속 시간과의 관계를 실험에 의해 발견한 것으로, 청구항 5의 발명은 금형 모재의 프레스면에 귀금속막을 형성한 유리 프레스용 금형의 제조 방법으로서, 금형 모재 프레스면에 귀금속막을 형성한 후에, 열처리 온도 T(℃)와 그 온도의 유지 시간 t(hr)와의 관계가 다음 식을 만족하는 범위가 되도록 열처리하는 것을 특징으로 한다.
0.2＜(6.0×10－6)×{T(0.2 t＋0.8)－383.3}2＋0.127＜1.2
이하, 본 발명을 구체화한 실시 형태를 도면을 기초로 상세히 설명한다. 도 1은 본 발명의 유리 프레스용 금형의 일례를 도시한 단면 확대 설명도, 도 2는 그 표면부의 상태를 설명하기 위한 개념도로서, 1은 금형 모재이고, 그 프레스면인 표면에 중간층(2) 및 최표층으로서 백금층(3)이 형성되어 있다.
모재(1)는 예컨대 텅스텐 카바이트를 주성분으로 하는 초경합금재로 형성되고, 모재의 표면 조도는 Rmax＝0.01∼0.1 μm, 보다 적합하게는 Rmax＝0.01∼0.05 μm가 되도록 가공되어 있다. 이 범위를 상회하는 경우는 가공 변질층의 발생이 보다 현저하게 되고, 이 범위를 하회하는 경우에는 귀금속막의 밀착성에 영향을 준다. 또한 중간층은 백금 40 중량%, 이리듐 60 중량%로 이루어진 백금·이리듐 합금이 3 μm의 두께로 형성되고, 백금층은 0.05 μm의 두께로 형성되며, 이 귀금속막의 최표층인 백금층 표면(S1)의 조도는 Rmax＝0.2∼1.2 μm로 되어 있다.
이러한 금형은 후술하는 제조 방법에 의해 용이하게 제작할 수 있고, 금형의 귀금속막의 최표층인 백금층의 표면 조도를 Rmax＝0.2∼1.2 μm로 함으로써, 피성형체는 성형에 의해 이 조도가 전사되며, 이 피성형체에는 알맞은 앵커 효과를 발휘하는 표면 조도를 갖도록 형성될 수 있고, 접착에 의한 사용을 양호하게 행할 수 있으며, 금형 모재 표면의 조도는 Rmax＝0.01∼0.05 μm로 작기 때문에 큰 가공 변질층이 형성되는 경우가 적고, 기계적 강도의 저하를 최소한으로 한정시킬 수 있어 금형의 수명을 늘릴 수 있다. 덧붙여서, 이 금형으로 재열 프레스 성형의 런닝 테스트를 행한 결과, 500 사이클까지 금형 패턴이 파괴되는 일은 없었다.
또한, 금형의 귀금속막 최표층 표면(S1)의 표면 조도 Rmax는 0.2보다 작으면피성형체의 유리 표면의 조도는 작고, 앵커 효과를 발휘할 수 없게 되며, 1.2보다 크면 프레스 성형 후에 피성형체를 금형으로부터 분리하는 것이 곤란해지기 때문에, 0.2∼1.2가 바람직하다.
다음에, 상기 금형의 제작 순서를 설명한다. 우선, 초경합금으로 이루어진 금형 모재(1)를 다이아몬드 숫돌 및 예컨대 #4000의 메탈 숫돌로써 연삭 가공하여 표면 조도를 Rmax＝0.01∼0.05 μm로 한다.
그 후, 예컨대 스퍼터링법에 의해 니켈 박막(도시하지 않음)을 모재 표면에 형성한 후, 백금·이리듐 합금막(2)을 형성하고, 그 위에 백금막(3)을 더 형성한다. 니켈 박막은 금형 모재(1)와 중간층(2)과의 밀착을 양호하게 하기 위한 층으로서, 0.1 μm 정도 퇴적시키면 좋다.
또한, 중간층(2)은 백금·이리듐 합금이 아니어도 좋고, 예컨대 백금·로듐 합금을 사용할 수도 있으며, 이리듐을 제외한 다른 귀금속과 이리듐의 합금에 의해 형성하여도 좋다.
또한, 중간층(2)의 두께가 2 μm 미만에서는, 백금층(3)의 박리가 발생하기 쉬워지지만, 중간층을 완전히 제거하여 직접 백금층을 형성하여도 금형으로서의 사용은 가능하다. 또한, 5 μm보다 크면 금형에 형성되는 패턴 형상에 영향을 주게 되기 때문에, 중간층(2)의 두께는 2∼5 μm가 바람직하다.
더욱이, 백금층(3)의 두께 0.01 μm 미만에서는 후술하는 열처리를 하여도 입자 성장이 발생하기 어렵기 때문에, 귀금속막의 최표층의 표면 조도를 적정치로 할 수 없게 되고, 2 μm보다 크면 백금 입자의 성장이 현저해져서 피성형체를 금형으로부터 분리하는 것이 곤란하게 된다. 그 때문에, 0.01∼2 μm가 바람직하고, 안정된 백금층을 형성할 수 있으며, 원하는 표면 조도를 가진 피성형품을 안정되게 제작할 수 있다.
그리고, 백금막 형성 후에 열처리를 행하고, 백금 입자를 성장시켜 알맞은 표면 조도를 형성한다. 열처리는 예컨대 열처리 시간 t를 1시간으로 한 경우, 표면 조도 Rmax(μm)와 열처리 온도 T(℃)의 관계는 도 4의 그래프에 나타낸 관계에 있는 것이 실험에 의해 확인되어 있고, 이 그래프로부터 0.2∼1.2 μm의 표면 조도 Rmax를 얻기 위해서는 열처리 온도를 300∼750℃(열처리 시간 t＝1 hr)로 하면 되는 것을 알 수 있다.
또한, 실험에 의해 열처리의 처리 온도 T(℃) 및 그 계속 시간 t(hr)와 표면 조도 Rmax(μm)와의 관계는 거의 다음 식의 관계에 있다고 볼 수 있다.
Rmax＝(6.0×10－6)×{T(0.2 t＋0.8)－383.3}2＋0.127
이 관계식으로부터 하기 식을 만족하도록 열처리 온도와 그 계속 시간을 설정함으로써, 목적으로 하는 크기로 백금은 입자 성장한다. 예컨대, 질소 분위기 속에서 온도 상승 속도 및 온도 하강 속도를 50℃/hr로 500℃, 1시간 열처리함으로써 백금층의 표면 조도, 즉, 최표층의 표면 조도 Rmax＝0.2∼0.4를 가진 금형을 얻을 수 있다. 상기 관계식은 열처리 온도가 450∼750℃이고, 그 계속 시간이 0.5∼2 시간이라면 양호한 정밀도로 적용될 수 있다. 그러나, 그 이외의 범위에 대해서는 약간 정밀도는 떨어지지만, 계속 시간이 0.5∼2시간이라면 열처리 온도가 300∼750℃의 범위에서 목표로 하는 표면 조도를 얻는 것이 가능하다.
0.2＜(0.0×10－6)×{T(0.2 t＋0.8)－383.3}2＋0.127＜1.2
또한, 승온 속도, 강온 속도는 10∼100℃/hr로 하면 좋다.
이와 같이, 금형 모재의 표면 조도가 작은 상태라도, 상기 열처리 온도와 그 계속 시간의 관계식으로부터, 원하는 최표층의 표면 조도를 갖는 금형을 제작할 수 있고, 금형 모재 표면을 피성형체와 양호하게 접착하는 표면 조도로 할 필요가 없으며, 금형의 장기 수명화를 도모할 수 있다. 또한, 원하는 최표층의 표면 조도를 갖는 금형을 제작하는 방법은 이것에 한정되지 않는다.
이상 상세히 설명한 바와 같이, 청구항 1, 2의 발명에 관한 유리 프레스용 금형에 따르면 피성형체 표면의 접착이 양호하게 되도록 알맞은 조도를 갖게 프레스면을 거칠게 형성하여도, 금형 모재 표면의 조도를 작게 억제할 수 있다. 따라서, 금형 모재의 가공 변질층이 커지는 일이 없고, 강도 저하를 최소한으로 한정시킬 수 있으며, 금형의 수명을 연장시킬 수 있다.
청구항 3의 발명에 따르면, 청구항 1 또는 2의 효과에 아울러 양호한 표면을 유지할 수 있고, 금형의 장기 수명화를 도모할 수 있다.
청구항 4의 발명에 따르면, 청구항 3의 효과에 아울러 안정된 백금층을 형성할 수 있고, 원하는 표면 조도를 가진 피성형품을 안정하게 제작할 수 있다.
청구항 5의 발명에 관한 유리 프레스용 금형의 제조 방법에 따르면, 귀금속막의 입자 성장에 의한 표면 조도의 제어가 가능하고, 금형 모재 표면보다 그 표면에 형성한 보호막의 표면 조도를 크게 하는 것을 양호한 정밀도로 행할 수 있다.그 때문에, 금형 모재의 가공 변질층을 작게 할 수 있고, 금형의 기계적 강도의 저하를 최소한으로 억제할 수 있다.

Claims (5)

  1. 금형 모재의 표면에 귀금속막을 마련하여 프레스면을 형성한 유리 프레스용 금형으로서, 귀금속막 최표층의 표면 조도가 금형 모재 표면의 조도보다 큰 것을 특징으로 하는 유리 프레스용 금형.
  2. 제1항에 있어서, 귀금속막의 최표층의 표면 조도가 0.2∼1.2 μm인 것을 특징으로 하는 유리 프레스용 금형.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 귀금속막의 적어도 최표층이 0.01∼2 μm 두께의 백금막인 것을 특징으로 하는 유리 프레스용 금형.
  4. 제3항에 있어서, 금형 모재와 백금막 사이에 귀금속 중간층을 마련하고, 그 중간층 두께가 2∼5 μm인 것을 특징으로 하는 유리 프레스용 금형.
  5. 금형 모재의 프레스면에 귀금속막을 형성한 유리 프레스용 금형의 제조 방법으로서,
    금형 모재 표면에 귀금속막을 형성한 후에, 열처리 온도 T(℃)와 그 온도의 유지 시간 t(hr)와의 관계가 식, 0.2＜(6.0×10－6)×{T(0.2 t＋0.8)－383.3}2＋ 0.127 ＜ 1.2을 만족하는 범위가 되도록 열처리하는 것을 특징으로 하는 유리 프레스 금형의 제조 방법.
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