1330124 六、發明說明： 【發明所屬之技術領域】. 本發明係關於一種模仁，特別係關於一種高硬度且容易脫模之模 仁。 【先前技術】 模仁廣泛應用於模壓成型製程，特別係製造光學玻璃產品，如非 球面玻璃透鏡、球透鏡、稜鏡等，採用直接模壓成型（Direct Press-molding)技術可直接生產光學玻璃產品，無需打磨、拋光等後 繽加工步驟，可大大提高生產效率及產量，且產品質量好。但直接模 壓成型法對於模仁之化學穩定性、抗熱沖擊性能、機械強度、表面光 滑度等要求非常尚。故，模壓成型技術之發展實際上主要取決於模仁 材料及模仁製造技術之進步。對於模壓成型之模仁一般有以下要求·· a. 於尚溫時，具有很好之剛性、耐機械衝擊強度及足夠之硬度； b. 於反復及快速加熱冷卻之熱衝擊下模仁不產生裂紋及變形； c. 於高溫時模仁成型表面與光學玻璃不發生化學反應，不黏附玻 璃； d. 不發生高溫氧化； e. 加工性能好，易加工成高精度及高表面光潔度之型面； f. 成本低。 傳統模仁大多採用不鏽鋼或耐熱合金作為模仁材料，這種模仁容 易發生高溫氧化，於反復熱沖擊作訂，會發生晶粒長大，從而模仁 表面變粗糙，黏結玻璃。 為解決上述問題，非金屬及超硬合金被用於模仁。據報導，碳化 石夕(Sic)，氮化石夕(S邊），碳化鈦(TiC)，碳化鶴⑽及碳化鷄-钻合金 工:破2於製造模仁。惟’上述各種碳化物喊硬度非常高，很難加 成所而要之外形’特別係高精度非球面形。而超硬合金除難以加工 之外’使用—段時間之後還可能發生高溫氡化。 '反化物或超硬合金為模仁基底，其表面形成有其他材料鍍 Θ，设層之複合結構模仁成為新的發展方向。 。美國專利第4, 685, 9魏揭示—種用於直接模壓成型光學玻璃產 咨之複。、°構妹。其採用高強度之超硬合金、碳化物陶究或金屬陶 -作為模仁基底，並於模仁之模壓面形成有銀㈤薄膜層，或卜與鉑 :銖(Re)、鐵(〇s)、姥⑽)或釕(Ru)之合金薄膜層，或此薄膜層， 4R_Pt ' Re、H合金薄膜層。 上！ 隹上述貝金屬或其合金資源稀少，價格昂貴，使得模仁成本提 ^而且’碳化物或金屬陶究作為模仁基底，其係通過燒結而成，於 几結過程中需添加_。）、細）或銦⑽等金屬元素作為添加劑，. 讀模仁長日销制後，元素將通過上㈣金屬層，擴散至齡' 外表面，從而與欲麵形成之玻璃發生反應，影響模仁之精度及模壓 成型玻璃產品之質量。 除上述形成貴金屬薄膜層之外，還有利用電滎化學氣相沈積法鲁 Plasma CVD)或熱化學氣相沈積法⑽打―cv_成碳化石夕或氮化矽 ，膜層者，惟，這種薄膜層於働度高溫時容易黏著光學玻璃產品，使 仟光學玻璃產品不易脫模。 有鑑於此’提供-種化學穩定性佳，可防止模仁基體之金屬元素 向外擴散’且麟料會轉玻叙模仁實為必要。 【發明内容】 為解決先前技術之上述問題，本發明之目的在於提供一種防氧 1330124 化、機械強度rij、可防止金屬元素擴散且容易脫模之模仁。 為戶、現本發明之目的，本發明提供一種具有超硬鏡膜之模仁，其 包括： 八 模仁基體’其具有—與欲歷產品相職之模壓面；及覆蓋於該 模壓面之超硬膜層。 該模仁基ΙΪ係由喊、金屬喊或超硬合金
超硬膜層係氮化碳材料沈積喊，包括無晶趣《(Amorphous Carbon Nitdde，a-CN)基體及立方晶氮化碳(c·❻伽ο— N血de，c-C3N4)微粒分佈於該無晶質氮化碳基體中。所述無晶質氮化 碳基體係連續分佈’立方晶氮化碳微粒係離散或部分連續分佈於其 中，且立方晶氮化碳微粒之粒徑為奈米級。 上述超硬縣可通過賴化學氣相沈積法沈積而成。 相較於先前技術，本發明於高硬度之模仁基體模絲面形成氮化 碳材料超硬膜層’ _無晶質氮化碳爾性良好之_，使得本發明 之模仁於模料’轉與光學賴產蹄著，容賊模；*立方晶氮
化=微粒硬度極问’故’可提高模壓面之機械強度；另外，該超硬膜 層還可防她仁基體之金屬元素擴散，從㈣免對玻璃產品產生不良 影響。 【實施方式】 下面將結合附圖對本發明作進一步之詳細說明。 -月參閱第-圖’本發明第—實施例提供一種用於模壓非球面光學 玻璃產品之膜仁1G ’其包括_模仁基體及形成於模仁基體12模壓面 之溥膜層14。該模仁基體12可藉由以下喊、金屬或超硬合金為 5 結製造而得:SiC、Si、Si.、Zr〇2、^^ 面RW(H：Q。模仁基體12之模縣面需與待模壓之非球 體^卵/之職相軸，即非球面形。薄賺4彳1蓋於模仁基 1 fir 面’其係由氮化碳材料沈積而成，包括無晶質氮化碳 了 ^ 方晶氮化碳微粒17(C_C3N4)。無晶質氮化碳16係連續層， :乍=方晶氮化碳微粒17分佈的基體；而立方晶氮化碳微粒Η係離 2名連_分佈於整個無晶質氮化碳職體中，其含量佔薄膜層14 =里1〇%〜_摩爾百分比）。立方晶氮化碳微粒17之減係奈米級， 瑕好係在5〜1G0奈米範圍内。而薄膜層14之厚度可在丨微米至剛微 圍内。 當然’本發明不僅可用於健非球面光學玻璃產品之模仁，亦可 應用於其他不同形狀、不_途之模壓產品之模仁。請參閱第二圖， 本發明第二實施例提供—觀於模壓平面光學玻璃產品之模仁Μ，其 包括-具有統平面之模仁細22，及覆蓋於該光滑平面之細層 24。該模仁基體22可藉由以下陶曼、金屬陶竞或超硬合金為主要材料 經燒結製造而得：SiC、Si、Si3N4、Zr〇2、Al2〇3、TiN、Ti〇2、TiC、Ββ、 WC、W或WC-Co。薄膜層％係由氮化碳材料沈積而成，包括無晶質氮化鲁 飯26(&.)及立方晶氮化碳微粒抓—㈤。無晶質氮化破26係連續 層，可作為立方晶氮化碳微粒27分佈的基體；而立方晶氮化碳微粒27 係離散或部分連續分佈於整個無晶質氮化碳26基體中，其含量佔薄膜 層24總里10%〜60%(摩爾百分比）。立方晶氮化碳微粒2?之粒徑係奈米 級，最好係在5〜1〇〇奈米範圍内。而薄膜層24之厚度可在丨微米至1〇〇 微米範圍内。 上述二實施例中’模仁基體12及22係通過燒結或其他加工方法製 6 1330124 備而成’薄膜層14及24可通過電衆化學氣相沈積法(plasma Chemical Vapor Deposition)沈積形成，例如微波電漿化學氣相沈積法 (Microwave Plasma Chemical Vap0r Deposition)，或者可通過濺鍍 法（Sputtering)沈積而成。 本發明之模仁10(20)，其模仁基體12(22)具有高硬度，高機械強 度之優點，可承受高溫模壓時產生的壓力及應力。模壓面被薄膜層 · 14(24)覆蓋，其係由不易被氧化的氮化碳材料組成，包括較軟之無晶· 質氮化碳16(26)及高硬度之立方晶氮化碳微粒17(27)，由於無晶質氮 化碳16(26)之碳原子含有印2鍵結，使得其潤滑性良好，故，模壓玻璃鲁 產品容易脫模；而立方晶氮化碳微粒17(27)之硬度高、粒徑小，既可 增強模仁表面之機械強度’亦使模壓面之精度提高。另外，該薄膜層 14(24)還可阻止模仁基體12(22)之金屬元素於使用時滲透 '擴散至薄 膜層14(24)外面，避免這些金屬元素使玻璃變色，影響光學玻璃質量。· 综上所述，本發明之科超硬賴之模仁具有高賴強度、抗氧化、 化學穩定性優良且容易脫模之特點。 综上所述，本發明確已符合發明專利之要件，遂依法 提出專利申請。惟’以上所述者僅為本發明之較佳實施例，魯 自不能以此限制本案之申請專利範圍。舉凡熟悉本案技藝 之人士援依本發明之精神所作之等效修飾或變化，皆應涵 盍於以下申凊專利範圍内。 7 1330124 【圖式簡單說明】 第一圖係本發明第一實施例用於模壓非球面光學玻璃產品之模仁 之不意圖， 第二圖係本發明第二實施例用於模壓平面光學玻璃產品之模仁之 不意圖。 【元件符號說明】 模仁 1〇 ’ 20模仁基體 12，22 薄膜層 14, 24無晶質氮化碳16, 26 立方晶氮化碳微粒17, 27