TWI643824B - 用於玻璃成形模具之塗層及包含該塗層之玻璃成形模具 - Google Patents

用於玻璃成形模具之塗層及包含該塗層之玻璃成形模具 Download PDF

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Abstract

揭示一種用於玻璃成形模具之多層塗層。該多層塗層可包括玻璃接觸層及擴散障壁層。該玻璃接觸層可在玻璃成形期間與玻璃接觸且可包括氧化鈦、氧化鋁或以上各者之組合。該擴散障壁層可定位在該玻璃接觸層與模具主體之間且可限制基底金屬自該模具主體擴散至該玻璃接觸層並限制玻璃材料自該玻璃接觸層擴散至該模具主體。

Description

用於玻璃成形模具之塗層及包含該塗層之玻璃成形模具 【相關申請案之交叉引用】
本申請案根據專利法規定主張2013年2月11日申請之美國臨時申請案第61/763170號之優先權權益，本文依賴該案之內容且該案之內容全文以引用之方式併入本文中。
本說明書大體上係關於玻璃成形模具，且更具體言之，係關於經塗覆之玻璃成形模具。
玻璃製品可藉由將玻璃加熱到黏彈性狀態並使玻璃與模具接觸而成型為3D形狀。然而，由高軟化點的玻璃組成物(諸如，鹼金屬鋁矽酸鹽玻璃組成物)成型三維形狀的玻璃製品可能具有挑戰性。例如，一些玻璃組成物具有高軟化點(有時高於800℃)，此導致精密模製製程更加困難，因為玻璃需要加熱到更高溫度以達到適合成型的黏彈性狀態。此外，一些玻璃組成物具有高鈉百分數(諸如，大於10莫耳%)。鈉可為在高溫下高度移動或反應性的。使模具表面與鈉在高溫下接觸可能降級模具表面，且隨後降級模製玻璃的品質。 此外，玻璃中之凹痕可能由顆粒污染物(諸如，來自模具的污染物)導致。凹痕亦可由黏附到模具表面的玻璃導致，其中玻璃至模具之黏結強度超過玻璃強度，從而由於所謂的「拔出(pullout)」在玻璃中形成缺塊(divot)。尤其在使用高成型溫度及較長接觸時間時，可在3D模製玻璃表面上觀察到其他外觀缺陷(諸如，污點及/或劃痕)。另外，可塗佈至模具之塗層必須在大量製程循環後定期更換。
因此，需要用於玻璃成形模具之替代塗層及包含該塗層之玻璃成形模具。
本文中所描述之實施例係關於經塗覆之玻璃成形模具及用於玻璃成形模具之多層塗層。根據一個實施例，用於玻璃成形模具之多層塗層可包含玻璃接觸層及擴散障壁層。玻璃接觸層可在玻璃成形期間與玻璃接觸且可包含氧化鈦、氧化鋁或以上各者之組合。擴散障壁層可定位在玻璃接觸層與模具主體之間。擴散障壁層可限制基底金屬自模具主體擴散至玻璃接觸層且限制玻璃材料自玻璃接觸層擴散至模具主體。
在另一實施例中，用於成形玻璃之經塗覆模具可包含模具主體及多層塗層。多層塗層可包含玻璃接觸層及擴散障壁層。玻璃接觸層可在玻璃成形期間與玻璃接觸且可包含氧化鈦、氧化鋁或以上各者之組合。擴散障壁層可定位在玻璃接觸層與模具主體之間。擴散障壁層可限制基底金屬自模具主體擴散至玻璃接觸層且限制玻璃材料自玻璃接觸層擴散 至模具主體。
在又一實施例中，可製造用於成形玻璃之經塗覆模具。經塗覆模具可藉由將多層塗層沉積於模具主體之至少一部分成型表面上得以製造。沉積多層塗層之步驟可包含以下步驟：沉積擴散障壁層；沉積玻璃接觸層及熱處理經塗覆模具。擴散障壁層可定位在玻璃接觸層與模具主體之間且可限制基底金屬自模具主體擴散至玻璃接觸層並限制玻璃材料自玻璃接觸層擴散至模具主體。玻璃接觸層可包含鈦、鋁或以上各者之組合。通過加熱一段時間及在足以氧化多層塗層之至少一部分的溫度下加熱來熱處理經塗覆模具。
將在隨後之詳細描述中闡述本文中所描述之實施例之額外特徵及優點，並且對於熟習此項技術者而言，額外之特徵及優點將部分地自描述中顯而易見或藉由實踐本文(包括隨後的實施方式、申請專利範圍及隨附圖式)中所描述之實施例來認識到。
應瞭解，前文一般描述及下文詳細描述兩者皆描述各種實施例，且意在提供用於理解所主張標的之性質與特性的概述或框架。包括隨附圖式以提供對各種實施例之進一步理解，且隨附圖式併入本說明書中且構成本說明書的一部分。圖式圖示本文中所描述之各種實施例，且與描述一起用以解釋所主張標的的原理和操作。
100‧‧‧經塗覆模具
110‧‧‧多層塗層
112‧‧‧玻璃接觸層
114‧‧‧過渡層
116‧‧‧擴散障壁層
118‧‧‧黏著層
120‧‧‧模具主體
122‧‧‧成型表面
124‧‧‧玻璃接觸表面
第1圖示意性圖示根據本文中所圖示及描述之一或多個實施例之經塗覆模具的結構；及 第2圖示意性圖示根據本文中所圖示及描述之一或多個實施例之模具主體上的多層塗層的橫截面圖。
現將詳細地參考用於玻璃成形模具之塗層的各種實施例，隨附圖式中圖示該等實施例之實例。在可能的情況下，將在整個圖式中使用相同元件符號指示相同或相似部分。在一個實施例中，用於玻璃成形之經塗覆模具可包括定位在模具主體之至少一部分表面上的多層塗層。多層塗層通常可包括至少玻璃接觸層及擴散障壁層。玻璃接觸層定位於多層塗層之最外表面處，以接觸定位於經塗覆模具之成型表面上的經加熱玻璃。擴散障壁層定位在玻璃接觸層與模具主體之間。擴散障壁層限制基底金屬自模具主體擴散至玻璃接觸層且限制玻璃材料自玻璃接觸層擴散至模具主體。多層塗層可進一步包含其他中間層，諸如，定位在模具主體與擴散障壁層之間的黏著層及/或定位在玻璃接觸層與擴散障壁層之間的過渡層。本文中將特定參考隨附圖式更詳細描述用於玻璃成形模具之多層塗層及包含該等多層塗層之玻璃成形模具之實施例。
大體而言，多層塗層使用沉積技術(諸如，物理蒸氣沉積(PVD)沉積在模具主體上。如本文中所述，多層塗層之各種層可連續沉積，以與模具主體直接接觸之層開始，且以定位成多層塗層之最外層之玻璃接觸層結束。在沉積層之後，經塗覆模具可經受熱處理，諸如，將經塗覆模具加熱至至少約500℃之溫度。熱處理可促進多層塗層之至少一些層 的氧化。除非本文中另外規定，「經塗覆模具」或「多層塗層」分別係指「經塗覆模具」或「多層塗層」之熱處理後狀態。
參看第1圖，圖示用於玻璃成形之經塗覆模具100。經塗覆模具100可包含模具主體120，該模具主體120可包括安置於模具主體120上之成型表面122。多層塗層110可定位於模具主體120之成型表面122之至少一部分上。在第1圖中所示之實施例中，成型表面122之幾何形狀限定模具主體120中之空腔。然而，在其他實施例中，成型表面122之幾何形狀可界定其他形狀，諸如模具主體120之突出區域，該等區域可與形成之玻璃接觸。應理解，模具主體120之各種幾何形狀可用於成型不同之三維玻璃製品。在一些實施例中，不止一個模具主體可用於成型玻璃製品。例如，兩個模具主體可與玻璃主體之相反側接觸以成形玻璃主體。因此，在雙模具實施例中，每一模具主體可分別包含與玻璃接觸及塗覆有多層塗層110之成型表面。
現參看第2圖，示意性圖示一部分經塗覆模具100之橫截面視圖，其中多層塗層110定位於成型表面122處之模具主體120的至少一部分上。多層塗層110通常包括複數個堆疊之塗覆層112、114、116、118。多層塗層110至少包括玻璃接觸層112及擴散障壁層116。在模製操作期間，玻璃定位於成型表面122的區域中且與多層塗層110之玻璃接觸層112的玻璃接觸表面124接觸。多層塗層110可視情況包括其他層，諸如，黏著層118及/或過渡層114。在一個實施 例中，黏著層118直接定位於模具主體120之表面上，且擴散障壁層116定位於黏著層118頂部上。在一些實施例中，過渡層114可定位於擴散障壁層116頂部上，且玻璃接觸層112可定位在過渡層114頂部上。如本文中所使用，「頂部」或「外部」係指塗覆層背向模具主體120的表面，且「底部」或「內部」係指塗覆層面向模具主體120之表面。僅為了說明之目的，第2圖之塗覆層的厚度係均勻的且塗覆層圖示為完全平坦的。然而，在本文中揭示之經塗覆模具100之實施例中並非必須如此，因為層之厚度及形狀可為不均勻的。如本文中所使用，層之厚度為經塗覆之整個表面區域上之層的平均厚度。雖然第2圖圖示具有黏著層118、擴散障壁層116、過渡層114及玻璃接觸層112的多層塗層110，但本文中所描述之實施例可包含該等塗覆層中之一或多者之任何組合。另外，塗覆層可能未遍及其整個厚度具有均勻組成物，因為一些層可能遍及經識別層具有不同組成物或甚至在經識別層內具有不同的子層。
模具主體120可為能夠成形熔融玻璃之任何適當模具。模具之實例包括(但不限於)諸如沖模或其他製造壓機之工具。模具主體120可包含能夠經受高溫之任何金屬或其他材料，諸如，耐火金屬、耐火陶瓷等等。例如，模具主體120可包含具有高硬度之高溫合金，諸如(但不限於)鎳基合金，諸如Inconel® 718或其他類似高溫合金。一些模具主體可包含基底金屬，諸如(例如)Ni或Cr，該等基底金屬尤其在高溫下可經由擴散移動至習知塗層的各部分中。
藉由在成型表面122處與經塗覆模具100接觸模製之玻璃通常可為適用於3D成型之任何玻璃。在本文中亦設想用本文中所描述之經塗覆模具成形其他陶瓷材料及/或玻璃陶瓷材料。在一些實施例中，玻璃可為可離子交換鋁矽酸鹽玻璃。此類可離子交換鋁矽酸鹽玻璃之實例包括(但不限於)Gorilla Glass®及Gorilla Glass II®(可購自Corning公司)。此類玻璃(尤其在3D模製之後)可非常適用於許多用途，諸如(例如)作為用於手持式消費型電子裝置的蓋玻璃。在延長玻璃模製/再成型循環期間，在高溫下，玻璃與習知模具之間的緊密接觸可導致玻璃材料擴散至至少模具塗層及/或模具主體中。可進入模具材料或習知塗層之一些玻璃組分為Na2O、SiO2及Al2O3，以及其他向外擴散之玻璃組分。該等玻璃組分在未經塗覆之模具空腔之表面上積聚係不理想的，因為此舉可導致玻璃黏附至習知模具塗層。此舉可由於污點/霧狀及/或凹痕進一步導致玻璃之表面降級。此外，玻璃組分(諸如，腐蝕性鈉)可能對模具主體之材料有害。本文中所描述之塗層緩解該等問題。
多層塗層110之最外層為玻璃接觸層112。玻璃接觸層112在玻璃成形期間在玻璃接觸表面124處與經加熱玻璃接觸。在一些實施例中，玻璃接觸層112可包含金屬氧化物，諸如(但不限於)氧化鈦、氧化鋁或以上各者之組合。如本文中用以描述多層塗層之任何層，「氧化鈦」意謂處於任何氧化狀態之鈦的氧化物，諸如(但不限於)TiO2、TiO、Ti2O3或以上各者之組合。如本文中用以描述多層塗層之任何 層，「氧化鋁」意謂處於任何氧化狀態之鋁的氧化物，諸如(但不限於)Al2O3、Al2O、AlO或以上各者之組合。在一個實施例中，玻璃接觸層112可包含混合之氧化鈦及氧化鋁。混合之氧化鈦及氧化鋁可具有大於或等於約20nm之深度的鈉擴散率。在一些實施例中，混合之氧化鈦及氧化鋁層可具有大於或等於約30nm之深度的鈉擴散率。在一個實施例中，在自玻璃接觸表面124約20nm之深度處，玻璃接觸層112可包含以質量計大於或等於約1%之鈉。在另一實施例中，在自玻璃接觸表面124約10nm之深度處，玻璃接觸層112可包含以質量計大於或等於約2%之鈉。混合之氧化鈦及氧化鋁之鈉擴散率可防止鈉堆積於多層塗層110之外表面上，此舉減少模製之玻璃上的污染、劃痕及/或凹痕。
在一些實施例中，玻璃接觸層112可包含大於或等於約0.3：1且小於或等於約3：1之Ti與Al的莫耳比(Ti：Al)。在示例性實施例中，玻璃接觸層112可包含大於或等於約0.5：1且小於或等於約2：1之Ti與Al的莫耳比(Ti：Al)。在另一示例性實施例中，玻璃接觸層112可包含大於或等於約0.6：1且小於或等於約1.5：1之Ti與Al的莫耳比(Ti：Al)。如本文中所使用，Ti與Al之莫耳比係指分別處於未結合原子形式或與其他原子結合形成分子的Ti及Al之所有原子的莫耳比。
在一個實施例中，玻璃接觸層112之最外部分可包含板晶狀氧化鈦，諸如金紅石相晶體結構之氧化鈦(本文中有時稱為「金紅石」)。金紅石相氧化鈦可具有併入其結構 中之氧化鋁缺陷。金紅石可分散在氧化鈦與氧化鋁混合氧化物層中。在不受理論約束的情況下，咸信富氧化鈦外層(諸如，形成於玻璃接觸層112之外表面處之金紅石)可具有不與Na2O-Al2O3-SiO2形成低液相之優點。氧化鈦亦不為玻璃成型物，故降低玻璃黏附至塗層的可能性。另外，塗層之板晶狀氧化鈦形態具有潤滑特性，該等特性可最小化經塗覆模具100之玻璃劃痕，以及污染及凹痕。富氧化鈦表面可延長塗層之使用壽命，從而改良多層塗層110之耐久性。如本文中所使用，「富」層包含百分數比任何其他化學物種高之所選化學物種。例如，「富氧化鈦」層可具有氧化鈦作為該層之最豐富化學物種。在一些實施例中，玻璃接觸層112可包含元素氮或氮化物，諸如，TiAlN、TiAlSiN或以上各者之組合。然而，玻璃接觸層112通常可具有小於約30%之莫耳氮含量。如本文中所使用，莫耳氮含量係指層中之氮的莫耳百分數，其中氮可為未結合原子形式或與其他原子結合形成分子，諸如，氮化物。
在另一實施例中，玻璃接觸層112之外部分可包含在玻璃接觸層112之外部分(最靠近玻璃接觸表面)處之氧化鋁與氧化鈦混合層，且可包含在玻璃接觸層112之內部分(最靠近擴散障壁層116)處之富氧化鈦層。在又一實施例中，玻璃接觸層112之外部分可包含在玻璃接觸層112之外部分(最靠近玻璃接觸表面124)處之富氧化鈦層，且可包含在玻璃接觸層112之內部分(最靠近擴散障壁層116)處之富氧化鋁層。在又一實施例中，玻璃接觸層112之外部分可包 含在玻璃接觸層112之外部分(最靠近玻璃接觸表面124)處之富氧化鋁層，且可包含在玻璃接觸層112之內部分(最靠近擴散障壁層116)處之富氧化鈦層。
大體而言，玻璃接觸層112之組分(諸如(但不限於)鈦、鋁或以上各者之組合)可以非氧化形式沉積，且可藉由熱處理氧化以形成氧化鈦、氧化鋁或以上各者之組合，如本文中所述。如此，在一些實施例中，玻璃接觸層112之厚度在熱處理之後可比熱處理之前大。在一個實施例中，在熱處理之前，玻璃接觸層112可具有大於或等於約25nm且小於或等於約2000nm之厚度。在示例性實施例中，在熱處理之前，玻璃接觸層112可具有大於或等於約100nm且小於或等於約1000nm之厚度。在另一示例性實施例中，在熱處理之前，玻璃接觸層112可具有大於或等於約200nm且小於或等於約400nm之厚度。在一個實施例中，在熱處理之後，玻璃接觸層112可具有大於或等於約25nm且小於或等於約2000nm之厚度。在示例性實施例中，在熱處理之後，玻璃接觸層112可具有大於或等於約100nm且小於或等於約1000nm之厚度。在另一示例性實施例中，在熱處理之後，玻璃接觸層112可具有大於或等於約300nm且小於或等於約500nm之厚度。
擴散障壁層116定位在玻璃接觸層112與模具主體120之間。在一個實施例中，擴散障壁層116可包含氮化物，諸如，TiAlN、TiAlSiN或以上各者之組合。擴散障壁層116通常可具有大於約30%之莫耳氮含量。擴散障壁層116可限 制基底金屬自模具主體120擴散至玻璃接觸層112。如本文中所述，來自模具主體120之基底金屬(諸如，Ni或Cr)在高溫下可為移動的，且該等基底金屬存在於玻璃接觸層112中可導致缺陷，諸如，凹痕。另外，擴散障壁層116亦可限制玻璃材料自玻璃接觸層112擴散至模具主體120。一些玻璃材料(諸如，鈉)可導致模具主體120之材料的腐蝕。由於擴散障壁層116防止該等物種之擴散，故擴散障壁層116防止由該等物種導致之缺陷。
擴散障壁層116亦可防止在模具主體120中形成空隙，該等空隙係由於基底金屬向外擴散至多層塗層110中產生。具體言之，擴散障壁層116防止基底金屬擴散至多層塗層110之玻璃接觸部分中，且因此，緩解在模具主體120中形成由向外擴散之金屬留下之空隙。由於對於擴散障壁層116而言，空隙形成的嚴重性及/或頻率較低，故擴散障壁層116可能能夠重複剝離及再塗覆模具且延長模具的使用壽命。
在一些實施例中，在暴露於熱處理後，擴散障壁層之厚度可大體上不改變。在一個實施例中，在熱處理之前或之後，擴散障壁層116可具有大於或等於約25nm且小於或等於約2000nm之厚度。在示例性實施例中，在熱處理之前或之後，擴散障壁層116可具有大於或等於約100nm且小於或等於約600nm之厚度。在另一示例性實施例中，在熱處理之前或之後，擴散障壁層116可具有大於或等於約300nm且小於或等於約500nm之厚度。
在一些實施例中，多層塗層110可視情況包含黏著 層118，如第2圖中所示。黏著層118可與模具主體120接觸且定位在擴散障壁層116與模具主體120之間。黏著層118通常可為非氧化金屬。例如，在實施例中，黏著層118可包含TiAl、Al、Ti或以上各者之組合。黏著層118可在模具主體120與擴散障壁層116之間提供增強黏著力。另外，黏著層118通常可使模具主體120之表面光滑，從而填平凹點及可干擾至少擴散障壁層116之沉積的其他缺陷。應理解，黏著層118係可選的，且在一些實施例中，多層塗層110可在無黏著層118的情況下形成。
大體而言，黏著層118之組分(諸如(但不限於)鈦、鋁或以上各者之組合)可以非氧化形式沉積，且在熱處理期間，來自模具主體120之材料可擴散至黏著層118中。如此，在一些實施例中，黏著層118之厚度在熱處理之後可比熱處理之前大。在一個實施例中，在熱處理之前，黏著層118可具有大於或等於約10nm且小於或等於約2000nm之厚度。在示例性實施例中，在熱處理之前，黏著層118可具有大於或等於約30nm且小於或等於約300nm之厚度。在另一示例性實施例中，在熱處理之前，黏著層118可具有大於或等於約100nm且小於或等於約200nm之厚度。在一個實施例中，在熱處理之後，黏著層118可具有大於或等於約10nm且小於或等於約1000nm之厚度。在示例性實施例中，在熱處理之後，黏著層118可具有大於或等於約30nm且小於或等於約300nm之厚度。在另一示例性實施例中，在熱處理之後，黏著層118可具有大於或等於約100nm且小於或等於約 200nm之厚度。
在一些實施例中，多層塗層110可視情況包含過渡層114。過渡層114可定位在玻璃接觸層112與擴散障壁層116之間。過渡層114可包含梯度遞減之氮。具體言之，在過渡層114之最靠近擴散障壁層116之部分中可存在較高莫耳氮含量，且在過渡層114之最靠近玻璃接觸層112之部分中可存在較低莫耳氮含量或無莫耳氮含量。例如，過渡層114之最靠近擴散障壁層116之部分可包含氮化物，諸如，TiAlN。過渡層114中之氮化物可為含在擴散障壁層116中之同一氮化物。在過渡層114之最靠近玻璃接觸層112之側上，存在較少氮或不存在氮。例如，在最靠近玻璃接觸層112處，過渡層114可主要包含TiAl或TiAl之氧化物，且在最靠近擴散障壁層116處，過渡層114可主要包含TiAlN。在一個實施例中，過渡層114之接觸擴散障壁層116之部分可包含至少約20%之莫耳氮含量，且過渡層114之最靠近玻璃接觸層112之部分可不含氮。在不受理論約束的情況下，鹹信過渡層114可降低多層塗層110中之機械應力，尤其是與具有直接接觸之氮化物及非氮化物層之塗層相比。由於多層塗層110中之不同化學物種可具有不同熱膨脹係數，多層塗層110之層之間的機械應力可藉由形成利用化學物種之梯度的層以降低加熱及冷卻期間之機械應力而得以降低。在一個實施例中，過渡層114在其最靠近擴散障壁層116之表面處可包含大於約30%的莫耳氮含量，且在其最靠近玻璃接觸層112之表面處可包含小於約30%的莫耳氮含量。在另一實施例中，過渡層114 在其最靠近擴散障壁層116之表面處可包含大於約35%的氮組成物，且在其最靠近玻璃接觸層112之表面處可包含小於約25%的氮組成物。在另一實施例中，過渡層114在其最靠近擴散障壁層116之表面處可包含大於約40%的氮組成物，且在其最靠近玻璃接觸層112之表面處可包含小於約20%的氮組成物。應理解，過渡層114係可選的，且在一些實施例中，多層塗層110可在無過渡層114的情況下形成。
大體而言，過渡層114之組分(諸如(但不限於)鈦、鋁或以上各者之組合)可以非氧化形式沉積，且可藉由熱處理氧化以形成氧化鈦、氧化鋁或以上各者之組合，如本文中所述。如此，在一些實施例中，過渡層114之厚度在熱處理之後可比熱處理之前大。在一個實施例中，在熱處理之前，過渡層114可具有大於或等於約25nm且小於或等於約2000nm之厚度。在示例性實施例中，在熱處理之前，過渡層114可具有大於或等於約100nm且小於或等於約800nm之厚度。在另一示例性實施例中，在熱處理之前，過渡層114可具有大於或等於約200nm且小於或等於約500nm之厚度。在一個實施例中，在熱處理之後，過渡層114可具有大於或等於約25nm且小於或等於約2000nm之厚度。在示例性實施例中，在熱處理之後，過渡層114可具有大於或等於約50nm且小於或等於約700nm之厚度。在另一示例性實施例中，在熱處理之後，過渡層114可具有大於或等於約100nm且小於或等於約400nm之厚度。
在一些實施例中，可藉由將其他非玻璃成型組分併 入塗層之結構中以增強塗層之抗黏特性來實現塗層改良。該等化學組分例如包括Zr、Ni、Y及/或Hf。該等非玻璃成型組分可存在於玻璃接觸層112、擴散障壁層116、過渡層114及黏著層118中之任一者或所有中。
大體而言，可藉由使用沉積技術(諸如，物理蒸氣沉積(PVD)將各種塗覆層沈積於模具主體120上來製備經塗覆模具100。然而，可使用其他已知沉積技術。為製備經塗覆模具100，至少將擴散障壁層116沈積於成型表面122上，且至少將玻璃接觸層112沉積於擴散障壁層116上方。如本文中所述，多層塗層110之各種層可連續沉積，以與模具主體120直接接觸的層開始，且以定位成多層塗層110之最外層的玻璃接觸層112結束。例如，在一個實施例中，PVD製備製程可包含：在高溫(大於250℃或甚至大於450℃)下以高目標功率(大於2kW)及基板偏壓(80V至150V)PVD濺射多層塗層110之層。
在層沉積之後，經塗覆模具可經熱處理一段時間且在足以氧化至少一部分多層塗層之溫度下熱處理，諸如(例如)，加熱至至少約500℃、至少約600℃、至少約700℃或甚至至少約750℃之溫度。例如，可藉由以2℃/min之速率自20℃加熱至750℃、在750℃下保持30min及以爐速率冷卻至室溫(亦即，約25℃)來熱處理塗層。然而，本文中設想其他溫度上升速率及最大加熱溫度。在一個實施例中，藉由暴露至加熱裝置(諸如，烘箱或窯)中之高溫來熱處理多層塗層。在另一實施例中，可藉由直接暴露至高溫下的玻璃(諸 如，直接接觸正模製之玻璃)來熱處理多層塗層。然而，可執行任何適當之加熱製程。
實例
用於本文中所述描述之玻璃成形模具之塗層的實施例將進一步由以下實例闡明。實例本質上為說明性的，且不應理解為限制本揭示案之標的。
實例1
TiAlN之緻密超晶格使用具有約1：1之Ti：Al比的3個靶材及具有小於約1：1之Ti：Al比之一個靶材沉積於模具上，此舉形成擴散障壁層，該擴散障壁層具有交替之富Ti層及富Al層的結構，該結構具有超高溫度耐性及硬度。超晶格塗層厚度為約300nm至約2000nm。在沉積結束時，停止沉積富Al靶材，且沉積50nm至500nm厚之富Ti層，從而具有約50nm至約300nm之厚度。該頂層之Ti/Al原子比在約0.7與1.2之間。接著，藉由以2℃/min之速率自20℃加熱至750℃、在750℃下保持30min及以爐速率冷卻至室溫來熱處理模具。熱處理促進在與玻璃反應之前的更深度氧化且穩定模具發射率。
實例2
使用具有約1：1之Ti：Al比之3個靶材及具有小於約1：1之Ti：Al比之一個靶材沉積TiAlN之緻密超晶格以形成擴散障壁層。超晶格塗層厚度為約300nm至約2000nm。在沉積結束時，在TiAlN之最後階段期間逐漸切斷N2以形成分級TiAlN/TiAl過渡層。分級層為約30nm至約150 nm厚。分級層導致含非化學計量N之TiAlN塗層。與在氧化後，形成均勻混合之氧化鈦及氧化鋁之TiAl合金相比，N之存在促進氧化物頂部上方之氧化鋁顯性積垢形成。故藉由降低N，促進形成富氧化鈦層或均勻混合之氧化鈦與氧化鋁頂部層。將氮併入過渡層中降低塗層之應力且改良塗層之高溫穩定性。額外TiAl層以0nm至2000nm之間的厚度濺射於分級層之頂部上，以增加Na2O可滲透之氧化層的厚度。接著，藉由以2℃/min之速率自20℃加熱至750℃、在750℃下保持30min及以爐速率冷卻至室溫來熱處理模具。熱處理促進在與玻璃反應之前的更深度氧化且穩定模具發射率。
實例3
30nm至300nm厚之TiAl塗層沉積於基底金屬模具上以形成黏著層。具有100nm至3000nm之厚度之TiAlN層沉積在該塗層之頂部上。接著，具有厚度為30nm至300nm之分級氮的TiAl層經沉積以形成過渡層，然後沉積30nm至2000nm厚之TiAl層作為玻璃接觸層。接著，藉由以2℃/min之速率自20℃加熱至750℃、在750℃下保持30min及以爐速率冷卻至室溫來熱處理模具。熱處理促進在與玻璃反應之前的更深度氧化且穩定模具發射率。
現應理解，本文中所揭示之塗層可提供以下優點：模具與玻璃之間的黏附性降低，從而降低或完全消除經模製之玻璃中的外觀缺陷(諸如，污點、凹痕及劃痕)。本文中所描述之塗層亦可具有增強之耐久性，且可允許將模具壽命延長至在塗層必須經剝下且再次塗佈至模具之前具有至少 500個循環。
應注意，本文中可利用術語「大體上」及「大約」來表示不確定之固有程度，該固有程度可歸因於任何定量比較、定量值、定量量測或其他定量表示。本文中亦利用該等術語來表示定量表示在不改變所論述標的的基本功能的情況下可不同於規定之參考的程度。
在不脫離主張之標的之範疇的情況下，可對本文中所述之實施例進行各種修改及變化。因此，若本文中所描述之各種實施例的修改及變化在附加申請專利範圍及附加申請專利範圍之等效物的範疇內，則本說明書旨在涵蓋該等修改及變化。

Claims (10)

  1. 一種用於一玻璃成形模具之多層塗層，該多層塗層包含：一玻璃接觸層，該玻璃接觸層在玻璃成形期間與玻璃接觸，該玻璃接觸層包含氧化鈦、氧化鋁或以上各者之組合，且該玻璃接觸層之一最外部分包含金紅石相晶體結構之氧化鈦；及一擴散障壁層，該擴散障壁層定位在該玻璃接觸層與一模具主體之間，其中該擴散障壁層限制基底金屬自該模具主體擴散至該玻璃接觸層且限制玻璃材料自該玻璃接觸層擴散至該模具主體。
  2. 如請求項1所述之多層塗層，其中該玻璃接觸層包含混合之氧化鈦及氧化鋁。
  3. 如請求項1所述之多層塗層，其中該擴散障壁層包含TiAlN、TiAlSiN或以上各者之組合。
  4. 如請求項1所述之多層塗層，該多層塗層進一步包含：一黏著層，該黏著層與該模具主體接觸且定位在該擴散障壁層與該模具主體之間，其中該黏著層包含TiAl、Al、Ti或以上各者之組合。
  5. 如請求項1所述之多層塗層，該多層塗層進一步包含一 過渡層，該過渡層定位在該玻璃接觸層與該擴散障壁層之間，該過渡層包含梯度遞減氮，該梯度遞減氮在該過渡層之最靠近該擴散障壁層之一部分中具有一較高莫耳氮含量且在該過渡層之最接近該玻璃接觸層之一部分中具有一較低莫耳氮含量或無莫耳氮含量，其中該過渡層在其最靠近該擴散障壁層之表面處包含大於約30%的一莫耳氮含量及在其最靠近該玻璃接觸層之表面處包含小於約30%的一莫耳氮含量。
  6. 一種用於成形玻璃之經塗覆模具，該經塗覆模具包含一模具主體及一多層塗層，且其中該多層塗層包含：一玻璃接觸層，該玻璃接觸層在玻璃成形期間與玻璃接觸，該玻璃接觸層包含氧化鈦、氧化鋁或以上各者之組合，且該玻璃接觸層之一最外部分包含金紅石相晶體結構之氧化鈦；及一擴散障壁層，該擴散障壁層定位在該玻璃接觸層與該模具主體之間，其中該擴散障壁層限制基底金屬自該模具主體擴散至該玻璃接觸層且限制玻璃材料自該玻璃接觸層擴散至該模具主體。
  7. 如請求項6所述之經塗覆模具，其中該多層塗層進一步包含：一黏著層，該黏著層與該模具主體接觸且定位在該擴散障壁層與該模具主體之間；及 一過渡層，該過渡層定位在該玻璃接觸層與該擴散障壁層之間，該過渡層包含梯度遞減氮，該梯度遞減氮在該過渡層之最靠近該擴散障壁層之一部分中具有一較高莫耳氮含量且在該過渡層之最靠近該玻璃接觸層之一部分中具有一較低莫耳氮含量或無莫耳氮含量。
  8. 如請求項6所述之經塗覆模具，其中：該玻璃接觸層包含混合之氧化鈦及氧化鋁；及該擴散障壁層包含一氮化物。
  9. 一種製造用於成形玻璃之一經塗覆模具的方法，該方法包含以下步驟：將一多層塗層沉積於一模具主體之一成型表面的至少一部分上，其中沉積該多層塗層之步驟包含以下步驟：沉積一擴散障壁層，其中該擴散障壁層定位在一玻璃接觸層與該模具主體之間，且其中該擴散障壁層限制基底金屬自該模具主體擴散至該玻璃接觸層且限制玻璃材料自該玻璃接觸層擴散至該模具主體；沉積該玻璃接觸層，其中該玻璃接觸層包含鈦、鋁或以上各者之組合，且該玻璃接觸層之一最外部分包含金紅石相晶體結構之氧化鈦；及通過加熱一段時間及在足以氧化該多層塗層之至少一部分的一溫度下加熱來熱處理該經塗覆模具。
  10. 如請求項9所述之方法，其中在該熱處理之後，該玻璃接觸層包含氧化鈦、氧化鋁或以上各者之組合。
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