專利名稱:模造玻璃的模仁及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明是關(guān)于一種模造玻璃的模仁及其制造方法,尤其是關(guān)于一種表面鍍膜的模造玻璃的模仁及其鍍膜方法。
背景技術(shù):
隨著多媒體技術(shù)的發(fā)展,數(shù)碼相機(jī)、攝影機(jī)越來越為廣大消費(fèi)者青睞,在人們對數(shù)碼相機(jī)、攝影機(jī)追求小型化的同時,對其拍攝出物體的影像質(zhì)量亦提出更高的要求,即希望拍攝物體的影像畫面清晰,而物體的成像質(zhì)量在很大程度上取決于數(shù)碼相機(jī)內(nèi)各光學(xué)組件的優(yōu)劣。
非球面鏡片為數(shù)碼相機(jī)中不可或缺的光學(xué)組件,現(xiàn)有的數(shù)碼相機(jī)非球面鏡片是通過模造法制成。由于模造玻璃需要在高溫(大約600℃)及高壓(10-30KN)下進(jìn)行,所以模造法制備非球面鏡片需要具備嚴(yán)格設(shè)計生產(chǎn)的模仁,該模仁一般需要具備以下特點(diǎn)1.良好化學(xué)穩(wěn)定性以避免與玻璃產(chǎn)生反應(yīng);2.足夠的硬度及機(jī)械強(qiáng)度以避免表面刮傷;3.高溫穩(wěn)定性以避免模造過程中發(fā)生分解;4.耐熱沖擊性以忍受模造過程的高溫沖壓;5.具有可加工性使其易用于加工成特定的光學(xué)表面;6.模仁要具有一定的壽命以降低成本。
模造玻璃的模仁上的膜的材料一般為類金剛石薄膜(Diamond Like Film,DLC)、貴金屬鍍膜或貴金屬合金鍍膜,貴金屬鍍膜如銥(Iridium,Ir)、鉑(Platinum,Pt)、釕(Ruthenium,Ru)等。類金剛石薄膜(DLC)很難達(dá)到令人滿意的模仁壽命,而貴金屬或貴金屬合金都具有很強(qiáng)的化學(xué)穩(wěn)定性、足夠的硬度及耐高溫性,但是由于貴金屬保護(hù)膜與底材之間附著性較差,使得模仁使用壽命大大減少,間接提高了模造玻璃的成本。另外,一般的濺鍍方法使膜的表面產(chǎn)生拉應(yīng)力,拉應(yīng)力會導(dǎo)致膜表面出現(xiàn)裂紋,且這種表面有拉應(yīng)力的膜附著性較差,這些都將縮短模仁的使用壽命。
有鑒于此,有必要提供一種具有較長使用壽命、膜與底材結(jié)合緊密且耐高溫的模造玻璃的模仁。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于提供一種具有較長使用壽命、膜層與底材結(jié)合緊密且耐高溫的模造玻璃的模仁。
本發(fā)明的另一目的在于提供一種制造上述模造玻璃的模仁的方法,尤指一種模仁表面的膜層的濺鍍方法。
本發(fā)明模造玻璃的模仁包括底材及離形膜,其中離形膜位于該底材上,該離形膜的材料包括碳化鎢、碳、碳化鎢與碳化合物、立方氮化硼、碳氮化硼中的任意一種或碳化硅、氮化硅、氧化鋯等絕緣材料。
該模造玻璃的模仁的制造方法包括以下步驟,提供一濺鍍系統(tǒng),該濺鍍系統(tǒng)包括真空系統(tǒng)、底材、靶材、磁控管、冷卻系統(tǒng)、氣體輸入系統(tǒng)和電源供給系統(tǒng),濺鍍系統(tǒng)主要利用真空環(huán)境和電場作用使輸入氣體電離,該離子撞擊靶材表面,靶材的原子被彈出而堆積在底材表面形成薄膜,即離形膜。
相較現(xiàn)有技術(shù),本發(fā)明的模造玻璃的模仁表面的離形膜不同于現(xiàn)有的類鉆模和金屬模,該離形膜硬度較大、耐磨損、韌性較好、附著性較好,表面無裂紋,因此其與底材結(jié)合緊密且耐高溫,使模造玻璃的模仁具有較長使用壽命。
圖1是本發(fā)明模造玻璃的模仁的結(jié)構(gòu)示意圖;圖2是本發(fā)明模造玻璃的模仁制造系統(tǒng)第一實(shí)施例的示意圖;圖3是本發(fā)明模造玻璃的模仁制造系統(tǒng)第二實(shí)施例的示意圖。
具體實(shí)施方式
參照圖1所示,本發(fā)明中的模仁包括底材11及離形膜111,其中離形膜111位于該底材11上,該底材11的材料為碳化鎢(WC),離形膜111的材料可為碳化鎢(WC)、碳(C)、碳化鎢與碳的混合物(WC+C)、立方氮化硼(cBN)、碳氮化硼(BCN)和其他一些絕緣材料,如碳化硅(SiC)、氮化硅(Si3N4)、氧化鋯(ZrO2)等。
本發(fā)明的模造玻璃的模仁制造方法第一實(shí)施例,參照圖2所示,包括以下步驟提供一直流偏壓濺鍍系統(tǒng)(DC Bias Sputtering System),該系統(tǒng)包括真空系統(tǒng)10、底材11、底材支座12、靶材13、磁控管(Magnetron)14、冷卻系統(tǒng)(圖未示)、氣體輸入系統(tǒng)16和直流電源供應(yīng)系統(tǒng)18。
真空系統(tǒng)10包括第一泵101和第二泵102,以及閥103、105、106和濺鍍室104。濺鍍室104為一封閉空腔,容納有底材11、底材支座12、靶材13和磁控管14,其在直流電源供應(yīng)系統(tǒng)18的作用下形成一等離子區(qū)(未標(biāo)示)。第一泵101和第二泵102均與濺鍍室104相通,第一泵101為機(jī)械泵,第二泵102為渦輪泵(Turbo Pump)或冷凍泵(Cryo Pump),第一泵101與第二泵102相通,閥103、105、106分別位于第二泵102與濺鍍室104、第一泵101與濺鍍室104及第一泵101與第二泵102之間,用來控制氣體的通斷和流量。其工作時,閥105打開,第一泵101將濺鍍室104內(nèi)氣體抽出,使其壓力降低至一定程度,達(dá)到小于2×10-6托(Torr)的真空度,然后關(guān)閉閥105,并打開閥103和閥106,用第二泵102抽出濺鍍室104內(nèi)的氣體,如此反復(fù),從而使濺鍍室104內(nèi)的壓力達(dá)到小于2×10-6托(Torr)的真空度。
底材11為位于濺鍍室104內(nèi)的下部,置于底材支座12上,其材料為陶瓷材料,如碳化鎢(WC),在其上鍍上一層離形膜111后就成了模仁,因此其形狀與所需模造玻璃透鏡形狀相對應(yīng)。
底材支座12為板狀,用于放置底材11。
靶材13為板狀,位于濺鍍室104內(nèi)的上部,位于底材11上面,與底材11相對放置,其材料包括碳化鎢(WC)、碳(C)、碳化鎢與碳的混合物(WC+C)、立方氮化硼(cBN)和碳氮化硼(BCN)中的任意一種,靶材原子被等離子區(qū)的氣體離子撞擊而彈出,并沉積在底材11表面,形成離形膜111。
磁控管14置于靶材13上,由于磁控管14的作用,等離子區(qū)的離子間撞擊靶材13的機(jī)率增加,因此可將濺鍍速率提高2-3倍,且二次電子被磁控管14吸向靶材13,降低底材11由于濺鍍撞擊而導(dǎo)致的溫度的升高。
冷卻系統(tǒng)包括液冷管15,通過其內(nèi)所裝的液體對流對靶材13降溫,冷卻液優(yōu)選水。
氣體輸入系統(tǒng)16包括四閥161及三流量控制器166。氬氣(Ar)、氮?dú)?N2)和含氫氣體(如氫氣(H2)、甲烷(CH4)或乙炔(C2H6))通過輸氣管道(圖未標(biāo))輸送,這三種氣體的流量和開合分別由該三流量控制器166及三個閥161控制,三種氣體匯合后,通入濺鍍室104內(nèi),該混合氣體由一閥161控制。三種氣體中,氮?dú)?N2)占2%~20%,含氫氣體占5%~15%,氬氣(Ar)用來得到氬(Ar)離子,氮?dú)?N2)和含氫氣體主要用來使膜層形成環(huán)境與底材相似。
直流電源供應(yīng)系統(tǒng)18有兩個直流電源分別與靶材端的磁控管(Magnetron)14和底材端的底材支座12連接。底材11為濺鍍陽極,靶材13為濺鍍陰極,底材支座12與電源負(fù)極相連,并保持一個負(fù)的偏壓,該偏壓允許變化范圍為-10V~-150V,優(yōu)選-40V~-100V。
該濺鍍系統(tǒng)工作時,首先通過泵101將濺鍍室104內(nèi)空氣抽出,然后將用來控制泵101的閥關(guān)閉,打開用來控制泵102的閥,使濺鍍室104內(nèi)壓力達(dá)到小于2×10-6托(Torr)的真空度;打開四個閥161,將濺鍍氣體氬氣(Ar)、氮?dú)?N2)和氫氣(H2)、甲烷(CH4)或乙炔(C2H6)通入濺鍍室104,濺鍍氣體在低壓及電場的作用下在形成離子,濺鍍室104內(nèi)的氣體離子撞擊靶材13表面,濺鍍室104內(nèi)的陽離子加速沖向底材11,這個沖擊使靶材13的物質(zhì)飛出而沉積在底材11上形成薄膜,即離形膜111。
本發(fā)明的第二實(shí)施例,參照圖3所示,本發(fā)明模造玻璃的模仁制造方法的第二實(shí)施例包括以下步驟提供一射頻偏壓濺鍍系統(tǒng)(RF Bias Sputtering System),該系統(tǒng)包括真空系統(tǒng)10、底材11、底材支座12、靶材23、磁控管(Magnetron)24、冷卻系統(tǒng)(圖未示)、氣體輸入系統(tǒng)16、支板27和射頻電源供應(yīng)系統(tǒng)28。
真空系統(tǒng)10、底材11、底材支座12、冷卻系統(tǒng)和氣體輸入系統(tǒng)16的結(jié)構(gòu)和所處位置均與上述真空系統(tǒng)10、底材11、底材支座12、冷卻系統(tǒng)和氣體輸入系統(tǒng)16相同。
靶材23的材料包括碳化鎢(WC),離形膜的材料包括碳化鎢(WC)、碳(C)、碳化鎢與碳的混合物(WC+C)、立方氮化硼(cBN)和碳氮化硼(BCN)以及其他和其他一些絕緣材料,如碳化硅(SiC)、氮化硅(Si3N4)、氧化鋯(ZrO2)等。支板27的材料為銅(Cu)和銅鉬合金(Cu-MO)等。靶材23位于濺鍍室104內(nèi)的上部,與底材11相對放置,支板27位于靶材23上,磁控管(Magnetron)24位于支板27上。
射頻電源供應(yīng)系統(tǒng)28通過與底材支座12和支板27的連接,供給穩(wěn)定的射頻能量給底材11和靶材23,并將70%~98%的能量供給靶材23,2%~30%的能量供給底材11,射頻頻率為13.56MHZ。底材11端為濺鍍陽極,靶材23為濺鍍陰極,底材11上保持一偏壓,該偏壓允許變化范圍為-10V~-150V,優(yōu)選-40V~-100V。
該射頻偏壓濺鍍系統(tǒng)(RF Bias Sputtering System)直流偏壓濺鍍系統(tǒng)(DCBias Sputtering System)的工作原理和過程相同。
可以理解,底材11與靶材13或23在濺鍍室中的位置不限于以上所述,底材11與靶材13或23的位置可以互換;磁控管14不限于磁控管,可為其他磁性體,只需其本身具磁性或在電場中具磁性即可;磁控管24不限于磁控管,可為射頻二極管等;該氣體輸入系統(tǒng)16輸入的氣體不限于氬氣(Ar)、氮?dú)?N2)和含氫氣體(如氫氣(H2)、甲烷(CH4)或乙炔(C2H6))的混合氣體,也可僅包括其中的一種或兩種。
權(quán)利要求
1.一種模造玻璃的模仁,其包括底材,其特征在于該模造玻璃的模仁還包括離形膜,該離形膜位于底材的表面,該離形膜的材料可為碳化鎢(WC)、碳(C)、碳化鎢與碳的混合物(WC+C)、立方氮化硼(cBN)、碳氮化硼(BCN)、碳化硅(SiC)、氮化硅(Si3N4)和氧化鋯(ZrO2)中的任意一種。
2.一種模造玻璃的模仁的制造方法,其特征在于該方法包括以下步驟提供一真空系統(tǒng),其包括一第一泵及一濺鍍室,第一泵用于抽出濺鍍室內(nèi)的氣體;一底材,位于濺鍍室內(nèi)的一端;一靶材,其材料可為碳化鎢(WC)、碳(C)、碳化鎢與碳的混合物(WC+C)、立方氮化硼(cBN)和碳氮化硼(BCN),其位于濺鍍室內(nèi)底材所處端的相對端;一磁控管(Magnetron),位于靶材上遠(yuǎn)離底材的一側(cè),且與靶材直接接觸;一冷卻系統(tǒng),用于冷卻靶材;一氣體輸入系統(tǒng),用于將濺鍍氣體輸入濺鍍室中;一直流電源供給系統(tǒng),提供電場,并給底材提供一特定偏壓;利用第一泵得到真空的濺鍍室,濺鍍氣體通過氣體輸入系統(tǒng)輸入到濺鍍室內(nèi),同時電源供給系統(tǒng)供電,使濺鍍氣體電離,氣體離子撞擊靶材表面,陽離子加速沖向底材,這個沖擊使靶材的物質(zhì)飛出而沉積在底材上形成薄膜。
3.如權(quán)利要求2所述的模造玻璃的模仁的制造方法,其特征在于該真空系統(tǒng)還包括三閥和一第二泵,該第二泵用來使濺鍍室內(nèi)的壓力為小于2×10-6托(Torr)的真空度,第一泵與第二泵相通,第一泵使第二泵能回到初始位置,三閥分別位于第一泵與濺鍍室、第二泵與濺鍍室及第一泵與第二泵之間。
4.如權(quán)利要求3所述的模造玻璃的模仁的制造方法,其特征在于該方法進(jìn)一步提供一底材支座,其位于底材之遠(yuǎn)離靶材的一側(cè),用于支撐底材,該冷卻系統(tǒng)包括一液冷管,其內(nèi)裝有冷卻液,冷卻液對流對靶材降溫。
5.如權(quán)利要求4所述的模造玻璃的模仁的制造方法,其特征在于該濺鍍氣體可為氬氣、氮?dú)夂蜌錃饣蚣淄榛蛞彝榈幕旌蠚怏w。
6.如權(quán)利要求5所述的模造玻璃的模仁的制造方法,其特征在于該電源供給系統(tǒng)包括直流電源,電源連到底材支座和磁控管上,并使底材端為濺鍍陽極,靶材端為濺鍍陰極,底材端與電源負(fù)極相連,保持一負(fù)的偏壓,該偏壓可為-10V~-150V。
7.一種模造玻璃的模仁的制造方法,其特征在于該方法包括以下步驟提供一真空系統(tǒng),其包括一第一泵及一濺鍍室,第一泵用于抽出濺鍍室內(nèi)的氣體;一底材,位于濺鍍室內(nèi)的一端;一靶材,其材料可為碳化鎢(WC)、碳(C)、碳化鎢與碳的混合物(WC+C)、立方氮化硼(cBN)、碳氮化硼(BCN)、碳化硅(SiC)、氮化硅(Si3N4)和氧化鋯(ZrO2)中的任意一種,其位于濺鍍室內(nèi)底材所處端的相對端;一磁控管(Magnetron),位于靶材上遠(yuǎn)離底材的一側(cè);一支板,該支板位于磁控管與靶材之間,與磁控管和靶材均接觸;一冷卻系統(tǒng),用于冷卻靶材;一氣體輸入系統(tǒng),用于將濺鍍氣體輸入濺鍍室中;一射頻電源供給系統(tǒng),提供電場,并給底材提供一特定偏壓;利用第一泵得到真空的濺鍍室,濺鍍氣體通過氣體輸入系統(tǒng)輸入到濺鍍室內(nèi),同時電源供給系統(tǒng)供電,使濺鍍氣體電離,氣體離子撞擊靶材表面,陽離子加速沖向底材,這個沖擊使靶材的物質(zhì)飛出而沉積在底材上形成薄膜。
8.如權(quán)利要求7所述的模造玻璃的模仁的制造方法,其特征在于該真空系統(tǒng)還包括三閥和一第二泵,該第二泵用來使濺鍍室內(nèi)的壓力為小于2×10-6托(Torr)的真空度,第一泵與第二泵相通,第一泵使第二泵能回到初始位置,三閥分別位于第一泵與濺鍍室、第二泵與濺鍍室及第一泵與第二泵之間。
9.如權(quán)利要求8所述的模造玻璃的模仁的制造方法,其特征在于該方法進(jìn)一步提供一底材支座,其位于底材之遠(yuǎn)離靶材的一側(cè),用于支撐底材,該冷凍系統(tǒng)包括一液冷管,其內(nèi)裝有冷卻液,冷卻液對流對靶材降溫,該濺鍍氣體可為氬氣、氮?dú)夂蜌錃饣蚣淄榛蛞彝榈幕旌蠚怏w。
10.如權(quán)利要求9所述的模造玻璃的模仁的制造方法,其特征在于該電源供給系統(tǒng)包括射頻電源,電源連到底材支座和支板上,并使底材端為濺鍍陽極,靶材端為濺鍍陰極,底材端電壓可為-10V~-150V,該射頻電源的頻率為13.56MHz。
全文摘要
本發(fā)明是關(guān)于一種模造玻璃的模仁及其制造方法,該模仁包括底材及離形膜,該離形膜位于該底材上,該離形膜的材料為碳化鎢、碳、碳化鎢與碳化合物、立方氮化硼、碳氮化硼、碳化硅、氮化硅和氧化鋯等中任意一種。該模造玻璃的模仁的制造方法包括以下步驟,提供一濺鍍系統(tǒng),其包括真空系統(tǒng)、底材、靶材、磁控管、冷卻系統(tǒng)、氣體輸入系統(tǒng)和電源供給系統(tǒng),濺鍍系統(tǒng)主要利用真空環(huán)境和電場作用使輸入氣體電離,靶材表面的原子被氣體離子撞擊而彈出,并堆積在底材表面形成薄膜,即離形膜。本發(fā)明模仁的離形膜附著性好,表面無裂紋,因此其使用壽命較長。
文檔編號C23C14/34GK1721346SQ20041002818
公開日2006年1月18日 申請日期2004年7月16日 優(yōu)先權(quán)日2004年7月16日
發(fā)明者陳杰良 申請人:鴻富錦精密工業(yè)(深圳)有限公司, 鴻海精密工業(yè)股份有限公司