TWI299324B - - Google Patents

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1299324 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明是有關於一種模仁(molding core)，#別是指一 種玻璃模造用之模仁。 【先前技術】 夢閱圖1 一般應用在玻璃模造的模仁包含一基材u， 及形成於°亥基材11上的保護臈（protective fnm)12。該保 護膜12具有—遠離該基材u的—成形自i2i。於—高溫的 模造環境下遷製與該成形面121接觸的玻璃素材13，以在 該玻璃素材上成形成—與該成形自121形狀互補之光學功 能面131。 θ由於形成於玻璃模造用之模仁的基材上之保護膜，必 須疋不易與基材起反應，且是由具備有良好的化學穩定性 (chemical stability)之組成物所製成。因此，早期形成於基 材上的保遵膜是由類鑽碳（Diam〇nd-Like Carbon ;簡稱 DLC)膜所製成。雖然，DLC具有良好的分模性 efficiency)，但是在經過長時間且高溫使用後，其表面的高 溫氧化作用（oxidation)會造成保護膜表面粗化（r〇ughen)的品 質缺陷，或者其表面與玻璃素材反應或沈積析出物 (precipitate)造成保護膜表面性質改變’因而影響模造品質 。另外，將造成DLC與基材之間的附著性（adhesi〇n)下降， 而使得DLC由該基材表面剝落。 因此，由前所述，日本第9-227150號專利揭露一種製 造玻璃模造用之具有保護膜之模仁的方法。 1299324 該方法包含下列步驟： (1) 第一步驟，在一玻璃模造用之模仁的基材上形成一 以碳為主且厚度介於50 nm至1000 nm之間的保護 膜； (2) 於該步驟（1)所述之保護膜注入氮（nitrogen)離子；及 (3) 在一含有氮氣體氛圍（atmosphere)的環境下對該步驟 (2)所述之保護膜施予一熱處理（heat-treating)，以在 該保護膜内構成碳及氮的鍵結。 其中，該步驟（1)中所使用的基材是由碳化石夕（silicon carbide ;簡稱 SiC)、氮化石夕（silicon nitride ;簡稱 Si3N4)或 碳化鶴（tungsten carbide;簡稱WC)等材料所製成，而形成 於該基材上的DLC則是利用磁控錢鍍（magnetron sputtering) 法或電漿輔助化學氣相沉積（plasma-enhanced chemical vapor deposition ;簡稱PECVD)法所製成。此外，該保護膜内含 有碳及氮的鍵結，則是由利用對該保護膜施予一氮離子佈 植（ion implantation)之後’並進一步地對該保護膜施予熱處 理所製成。 雖然該保護膜内具有碳及氮的鍵結，可改善該保護膜 於高溫模造過程中高溫化穩性的問題’並減少該保護膜自 該基材剝離的現象。但，由於該基材與保護膜之間的同質 性（coherence)不足，導致該模仁在經過長時間且南溫使用後 ，仍舊避免不了該保護膜自該基材剝離等問題。此外，由 於前述之保護膜僅藉由離子佈植的方式構成碳及氮的鍵結 結構，導致此鍵結結構完整度無法符合長期使用於高温模 1299324 造環境的需求。 上面所提及的製造玻璃模造用之具有保護膜之模仁的 方法，雖然可在高溫模造環境下使用，但由於該保護膜及 基材兩種材料間的同質性低，使得該保護膜及基材兩者間 仍具有附著性不㈣缺點’此外，該保制中的碳及氮鍵 結結構較不完整，致使高溫化穩性不足，使得整體模仁無 法長期於高溫模造環境下使用，因此如何提昇該保護膜及 基材之間的附著性，並提昇該保護膜的高溫化穩性以增加 权仁的使用哥命，是當前開發玻璃模造用之模仁相關業者 需發展的目標。 【發明内容】 發明概要 DLC材料是由部分的sp2鍵結及部分的sp3鍵結所構成 。其中，含有少量的sp3鍵結的DLC材料，將導致dlc材 料内因僅具有部分的共價鍵結（c〇valence b〇nding)結構，而 造成強度不足及高溫化穩性差等問題。然而，為提高咖

材料的高溫化穩性及強度’主要因素則是取決於增加DM 材料内的共價鍵結或至少增加dlc材料㈣離子鍵結（i〇nic bonding) ° 因此，本發明除了藉由增加該DLC材料組成物内部之 ，價鍵結或離子鍵結的機率，以改善該DLC材料組成物的 向溫化穩性’更藉由在基材& DLC之間形成—同質性高的 中間膜，崎低DLC自基材剝離的現象。 本發明之目的在於提供一種玻璃模造用之模仁。 1299324 於是’本發明玻璃模造用之模仁，包含一基材、一形 成於該基材上的中間膜（intermediate film)，及一形成於該中 門膜上且具有一遠離該基材並用於模造之塑形面的保護膜 〇 該保護膜具有一含有碳、氧、氫（H)，及至少一元素M 的類鑽碳層。該元素M是選自於下列所構成之群組：砍例 、鈦（Ti)、銘(A1)、鎮（w)、钽（Ta)、鉻（Cr)、錘（Zr)、訊(v) 、鈮(Nb)、铪（Hf)，及硼（B)。 、本發明之功效在於增加該模仁整體之高溫化穩性，並 ^善該保護膜及該基材之間的附著性以提昇該模仁的使用 寿'命"。 登j月之詳細銳明 本發明玻璃模造用之模仁，包含一基材、一形成於該 基材上的中間膜，及—形成於該中間膜上且具有—遠離該 基材並用於模造之塑形面的保護膜。 適用於本發明之該基材是由一選自於下列所構成群組 之化合物所製成：碳化鎢、碳化矽，及氮化矽。在一具體 例中，該基材是由碳化鎢所製成。 _較佳地，該保護膜具有—含有碳、氧、氫，及至少一 凡素Μ的_碳層。適用於本發明之該元素M是選自於下 列所構成之群組：石夕、鈦、紹、鶴、组、鉻、錯、釩、銳 、铪，及硼。 山在具體例中’該元素M是矽，該類鑽礙層具有一類 人土貝（matnx)、複數埋於該類鑽碳基質的碳化矽（yc)奈 1299324 米晶粒（nano-crystal grain)、複數埋於該類鑽碳基質的氧化 矽（Si02)奈米晶粒，及複數埋於該類鑽碳基質的碳化矽晶粒 鍵結氧化石夕晶粒的奈米粒子（nano-particle)。較佳地，該類 鑽碳層的厚度是介於100 nm至150 nm之間。在一具體例 中，該類鑽碳層的厚度為100 nm。 較佳地，該中間膜具有一形成於該基材上的含碳及矽 的組成物層（composite layer)。較佳地，該組成物層的厚度 是介於50 nm至100 nm之間。在一具體例中，該組成物層 的厚度為50 nm 〇 於本發明中，更佳地，該中間膜更具有一夾置於該含 碳及矽的組成物層及該保護膜之間並含有碳、氧及矽的非 晶碳層。在一具體例中，該非晶碳層具有一非晶質碳基質 、複數埋於該非晶質碳基質的碳化矽奈米晶粒、複數埋於 該非晶質碳基質的氧化矽奈米晶粒，及複數埋於該非晶質 碳基質之碳化矽晶粒鍵結氧化矽晶粒的奈米粒子。較佳地 ，該非晶碳層的厚度是介於50 nm至100 nm之間。在一具 體例中，該非晶破層的厚度為5 0 nm。 本發明之該類鑽碳層是一礙源（carbon source)、一氧源 (oxygen source)、一氫源（hydrogen source)及一鍵結促進源 (bonding accelerating source)之一裂解反應產物。 適用於本發明之該碳源是一含q至C7之碳氫化合物的 氣體或一含碳的固態物質。較佳地，該碳源是一含C 1至C 7 之碳氫化合物的氣體。更佳地，該含（^至c7之碳氫化合物 之氣體是一選自於下列所構成之群組：苯（benzene ;化學 1299324 式為C^H6 )、六曱烏一片 … 土—石夕氣烧（hexamethyldisiloxane ;簡稱 HMDSO ;化學式為 L ^ 〜C6Hl8〇Si2)、曱烷（CH4)、乙炔（C2H2)， 及此等之一組合。大 一具體例中，該碳源是苯及六甲基二 矽氧烷。另外，該氫 卜 u原疋一含虱之氣體。其中，該碳源和 該氫源是可為同一物暂 物為，例如：前述的苯。 適用於本發明 5亥鍵結促進源含有至少一選自於下列 所構成之群組中的开喜. 70素·矽、鈦、鋁、鎢、鈕、鉻、鍅、 叙 ' 給及侧。較佳地，該鍵結促進源是-含石夕的氣 體刀子或a矽的固態物質。更佳地，該鍵結促進源是一 含石夕的氣體分子。適用於本發明之該含⑦的氣體分子是一 k自於下列所構成之群組：石夕烧類、⑪氧㈣，及此等之 -組合。較佳地，該含矽的氣體分子是一矽氧烷類。在一 具體例中，該魏燒類是六甲基二石夕氧烧。另外，該氧源 是一含氧之氣體分子。其中，該氧源和該鍵結促進源是可 為同一物質，例如：前述的六甲基二矽氧烷。 值得一提的是，當該鍵結促進源是含硼的氣體分子或 含鋁的氣體分子等時，則可使用雙硼烷（diborane;化學式為 Β#6)或二丁基鋁（化學式為（c^9)3 A1)等做為本發明之鍵結 促進源。 【實施方式】 有關本發明之前述及其他技術内容、特點與功效，在 以下配合參考圖式之一具體實施例的詳細說明中，將可清 楚的明白。 <具體實施例> 1299324 2’本發明之玻璃模造用之模仁之—具體實 包^碳化鶴基材2、一形成於該基材2上的中間膜3, 2、二成於該中間膜3上的保護膜4。該中間膜3由該基材 2向該保護膜4的方向依序具有—含碳及料組成物層31 和一含有碳、氧及矽的非晶碳層32。 折該非晶碳層32具有一非晶質碳基質、複數埋於該非晶 f碳基質的碳切奈米晶粒、複數埋於該非晶質碳基質的 氧化石夕奈米晶粒，及複數埋於該非晶f碳基f之碳化石夕晶 粒鍵結氧化矽晶粒的奈米粒子。 該保護膜4具有―含有碳、氧、氫及㈣朗碳層41 。該類鑽碳層41具有—類鑽碳基質、複數埋於該類鑽碳基 質的礙化⑦奈米晶纟、複數埋於該類鑽碳基質的氧化石夕奈 米晶粒，及複數埋於該類鑽碳基質的碳化矽晶粒鍵結氧化 砍晶粒的奈米粒子。 該含碳及矽的組成物層31的厚度為5〇 nm，並以濺鍍 (sputtering)方式製成。其製備方法是藉由一真空鍍膜系統， 在350°C的鍍膜溫度和5xl0-4 Pa的背景壓力（base卩代“虹幻 下，通入氬氣（Ar)並達3 x1ο·1 Pa之工作壓力（卿也吨 pressure)後，以5〇OW的射頻功率（RF p〇wer)轟擊碳化矽靶 材（target)以進行沈積。 該非晶碳層32的厚度為50 nm。其製備方法為，在同 一真空鍍膜系統中，通入HMDSO反應氣體並達2x1ο-1 pa 之工作壓力後，以基板偏壓為2.5 kV、鍍膜溫度為250 °C 及鍍膜時間為30分鐘的條件下進行離子鍍（i〇n plating)。 11 1299324 該保護膜4的類鑽碳層41的厚 予度馮100 nm，其製備方

法為，以>瓜量比為丨：2的H 〇sn〇r 共C6H6，在鍍膜溫度為 250 C、工作壓力為$ν1Λ·ι D ， q 、一 刀為5x10 Pa、基板偏壓為2.5kV的條件下 ’進行60分鐘的離子鍍沈積。 由於該保相4中的該等碳切奈米晶粒、該等氧化 石夕奈米晶粒，及該等碳切晶粒鍵結氧切晶粒的奈米粒 ^皆為々溫相物f，因此’其埋於該_碳基質中有助於 提升該保護膜4之耐高溫氧化特性。 』值得-提的是，由於在沉積完該非晶碳層32之後，該 保濩膜4可藉由調節通入該鍍膜系統中的HMDSO與咖 的流量比，使其流量比維持在4:1〜1:4之間，以控制構成該6 保護膜4中組成物的碳、氧及石夕等含量比。因此，在本發 明中，可視其模仁在模造過程中的需求，？文變構成該保護 膜4中組成物的含量比。其中，HMDS〇流量愈高，則該保 濩膜4具有較高的熱穩定性與較低的硬度；反之C6jj6流量 愈高，則該保護膜4具有較低的熱穩定性與較高的硬度。 在一以編號L-BAL42的玻璃素材的測驗中，傳統的模 仁在模造溫度為58〇l時，因其隨著使用次數的增加，該成 开y面121(見圖1)將逐漸氧化、粗化（r〇u的如），甚至出現剝 離的覌象，使其使用壽命僅維持在5〇0次以内。與傳統的 模仁相比較，本發明的模仁提供了優良的高溫化穩性，使 得本發明之模仁在經過2〇〇〇次以上的使用次數後，仍符合 玻璃於模造後之光學品質的要求，故確實能達到本發明之 目的。 12 1299324 惟以上所述者，僅為本發明之較佳實施例而已，當不 能以此限定本發明實施之範圍，即大凡依本發明申請專利 範圍及發明說明内容所作之簡單的等效變化與修飾，皆仍 屬本發明專利涵蓋之範圍内。 【圖式簡單說明】 圖1是一側視示意圖，說明一種習知玻璃模造用之模 仁；及 、 圖2是一側視不意圖，說明本發明玻璃模造用之模仁 的—具體實施例。、 13 1299324 【主要元件符號說明】 11....... ••基材 12……· ••保護膜 m ··… ••成形面 13 "…*· 玻璃素材 131…·…光學功能面 3··………中間膜 31·*.......組成物層 32,………非晶碳層 4.........保護膜 41.......類鑽碳層 2•…·……基材 14

Claims (1)

129932E^ 、申請專利範圍： 包含： 一種玻璃模造用之模仁 一基材； 一形成在該基材上的中間膜；及 一形成於該中間膜上的保護膜，該保護膜具有一含 有奴、氧、氫，及至少一元素M的類鑽碳層，該元素M 疋選自於下列所構成之群組：矽、鈦、鋁、鎢、鈕、鉻 、鍅、釩、鈮、铪，及硼，該保護膜更具有一遠離該基 材且用於模造之塑形面。 2·依據申請專利範圍第i項所述之玻璃模造用之模仁，其 中，該元素Μ是石夕D 3·依據申請專利範圍第2項所述之玻璃模造用之模仁，其 中，該類鑽碳層具有一類鑽碳基質、複數埋於該類鑽碳 基質的碳化矽奈米晶粒、複數埋於該類鑽碳基質的氧化 矽奈米晶粒，及複數埋於該類鑽碳基質的碳化矽晶粒鍵 結氧化石夕晶粒的奈米粒子。 4·依據申請專利範圍第1項所述之玻璃模造用之模仁，其 中’該類鑽碳層的厚度是介於100 nm至150 nm之間。 5 ·依據申凊專利範圍第2項所述之玻璃模造用之模仁，其 中’該中間膜具有一形成於該基材上的含碳及矽的組成 物層0 6·依據申請專利範圍第5項所述之玻璃模造用之模仁，其 中’禮含碳及石夕的組成物層的厚度是介於5〇 nm至100 nm之間。 15 1299324 7·依據申請專利範圍第5項所述之玻璃模造用之模仁，其 中"亥中間膜更具有—夾置於該含碳及石夕的組成物層及 該保護膜之間並含有碳、氧及矽的非晶碳層。 8·依據申請專利範圍第7項所述之玻璃模造用之模仁，其 巾，該非晶碳層具有-非晶質碳基質、複數埋於該非晶 質碳基質的碳化矽奈米晶粒、複數埋於該非晶質碳基質 的氧化矽奈米晶粒，及複數埋於該非晶質碳基質之碳化 石夕晶粒鍵結氧化矽晶粒的奈米粒子。 9·依據申請專利範圍第7項所述之玻璃模造用之模仁，其 中’該非晶碳層的厚度是介於5〇 nm至100 nm之間… 1〇·依據申請專利範圍第1項所述之玻璃模造用之模仁，其 中，該基材是由一選自於下列所構成之群組的化合物所 製成·碳化嫣、碳化硬，及氮化石夕。 11 ·依據申請專利範圍第i項所述之玻璃模造用之模仁，其 中，該類鑽碳層是一碳源、一氧源、一氫源及一鍵結促 進源之一裂解反應產物。 12.依據申請專利範圍第u項所述之玻璃模造用之模仁， 其中，該鍵結促進源含有至少一選自於下列所構成之群 組中的元素··矽、鈦、鋁、鎢、鈕、鉻、锆、釩、鈮、 铪，以及调。 、 /3.依據申請專利範圍第12項所述之玻璃模造用之模仁， 其中，該鍵結促進源是一含矽的氣體分子或一含矽的固 態物質。 14.依據申請專利範圍第13項所述之玻璃模造用之模仁， 16 1299324 其e ’该鍵結促進源是-含㈣氣體分子。 依讓申明專利範圍第14項所述之玻璃模造用之模仁， 其卜，該含石夕的氣體分子是一選自於下列所構成之群組 :#烧類、石夕氧燒類，及此等之一組合。 16.依$申請專利範圍第15項所述之玻璃模造用之模仁， 其中"，该含矽的氣體分子是一矽氧烷類。 ^依4家申請專利範圍第16項所述之玻璃模造用之模仁， 其中’該矽氧烷類是六甲基二矽氧烷。 18·依據申請專利範圍第u項所述之玻璃模造用之模仁， 其中’該碳源是一含C!至C7之碳氳化合物之氣體或一 含碳之固態物質。 19·依據申請專利範圍第18項所述之玻璃模造用之模仁， 其中’該碳源是一含Ci至c7之碳氫化合物之氣體。 20·依據申請專利範圍第19項所述之玻璃模造用之模仁， 其中’該含C〗至c7之碳氫化合物之氣體是一選自於下 列所構成之群組：苯、六甲基二矽氧烷、甲烷、乙炔， 及此專之一組合。 21·依據申請專利範圍第20項所述之玻璃模造用之模仁， 其中，該含C〗至C7之碳氫化合物之氣體是苯及六曱基 二矽氧烷。 17