專利名稱：模仁及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明關(guān)于一種模仁及其制備方法。
背景技術(shù)：
模仁廣泛應(yīng)用于注射成型及模壓成型制程，如手機(jī)、數(shù)碼相機(jī)、液晶顯示器及PS(Playstation)等消費(fèi)性電子產(chǎn)品的外殼及內(nèi)部構(gòu)件，采用注射成型及直接模壓成型(Direct Press-molding)技術(shù)可直接生產(chǎn)所需的構(gòu)件，無需打磨、拋光等后續(xù)加工步驟，可大大提高生產(chǎn)效率及產(chǎn)量，且產(chǎn)品質(zhì)量好。但直接模壓成型法對于模仁穩(wěn)定性、抗熱沖擊性能、機(jī)械強(qiáng)度、表面光滑度等要求非常高。因此，注射成型及模壓成型技術(shù)的發(fā)展實(shí)際上主要取決于模仁材料及模仁制造技術(shù)的進(jìn)步。對于模壓成型的模仁一般有以下要求(1)在高溫時，具有良好的剛性、耐機(jī)械沖擊強(qiáng)度及足夠的硬度；(2)在反復(fù)及快速加熱冷卻的熱沖擊下模仁不產(chǎn)生裂紋及變形；(3)在高溫時模仁成型表面與待加工物件不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，不黏附物件；(4)不發(fā)生高溫氧化；(5)加工性能好，易加工成高精度及高表面光潔度的型面；(6)成本低。
請參閱圖1，是現(xiàn)有技術(shù)模仁結(jié)構(gòu)示意圖。該模仁10的結(jié)構(gòu)為一鎳層12位于一基底層11的表面，該鎳層12與待加工物件直接接觸，其表面還可以具有多個與導(dǎo)光板相對應(yīng)的微結(jié)構(gòu)(圖未示)。該鎳層12的材質(zhì)為鎳磷合金，該基底層11的材質(zhì)為不銹鋼。鎳磷合金具有高硬度、耐腐蝕、結(jié)合力強(qiáng)、鍍層均勻、表面光亮等特點(diǎn)。
然而，所用的模仁常需連續(xù)生產(chǎn)上萬片該待加工物件。該具有微結(jié)構(gòu)的鎳磷合金易于在微結(jié)構(gòu)處碎裂，經(jīng)過大量連續(xù)生產(chǎn)后，模仁的鎳層因與待加工物件頻繁接觸而使得表面形狀被破壞，其微結(jié)構(gòu)精度下降，壽命及耐受力降低。
有鑒于此，提供一種具有良好剛性、硬度及耐沖擊強(qiáng)度的模仁及其制備方法實(shí)為必需。

發(fā)明內(nèi)容以下，將以若干實(shí)施例說明一種具有良好剛性、硬度及耐沖擊強(qiáng)度的模仁。
以及藉由這些實(shí)施例說明一種具有良好剛性、硬度及耐沖擊強(qiáng)度的模仁的制備方法。
為實(shí)現(xiàn)上述內(nèi)容，提供一種模仁，其包括一基底層、一形成于基底層上的鎳層及一形成于該鎳層表面的保護(hù)層，該保護(hù)層材質(zhì)為類鉆碳。
可選地，為非晶質(zhì)含氫類鉆碳膜、非晶質(zhì)含氫氮類鉆碳膜或非晶質(zhì)含氫硝基類鉆碳膜。
以及，一種模仁的制備方法，其包括如下步驟提供一基底層，在該基底層表面形成一鎳層及在該鎳層表面形成一材質(zhì)為類鉆碳的保護(hù)層。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明采用的模仁是在鎳層表面沉積一層材質(zhì)為類鉆碳的保護(hù)層，因類鉆碳含有sp2及sp3混合鍵結(jié)，具有金剛石的高硬度(＞15GPa)、耐強(qiáng)酸強(qiáng)堿、高表面平滑度、摩擦系數(shù)小、膜致密度高、電絕緣性佳、高熱傳導(dǎo)性及抗磨耗性佳等。因此，其可提供良好剛性、抗磨損性及耐沖擊強(qiáng)度，使模仁在模具組裝與模壓過程中不至于損壞模仁表面結(jié)構(gòu)。

圖1是現(xiàn)有技術(shù)模仁結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2是本實(shí)施方式模仁結(jié)構(gòu)示意圖。
圖3是本實(shí)施方式欲制作的導(dǎo)光板結(jié)構(gòu)截面示意圖。
圖4是本實(shí)施方式制作圖3所示導(dǎo)光板的導(dǎo)光板模仁示意圖。
圖5是采用本實(shí)施方式模仁制作的光學(xué)拾取器進(jìn)給機(jī)構(gòu)的傳動元件結(jié)構(gòu)示意圖。
圖6是采用本實(shí)施方式模仁制作的光盤驅(qū)動器托盤的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式請參閱圖2，是本實(shí)施方式導(dǎo)光板模仁結(jié)構(gòu)示意圖。該模仁100包括一基底層110、一保護(hù)層130及一位于兩者間的鎳層120。
該鎳層120的材質(zhì)為鎳磷(NiP)合金，其鄰近保護(hù)層130一側(cè)可為光滑平面，還可具有多個微結(jié)構(gòu)(圖未示)，該微結(jié)構(gòu)可為V型槽、也可為圓形、梯狀、柱狀、波紋狀等各種形狀，還可為依所需的形狀制作。
因鎳層120的鎳磷(NiP)合金本身是多孔結(jié)構(gòu)，因此位于其與保護(hù)層130相對表面的基底層110則需提供抗腐蝕性，該基底層110的材質(zhì)為不銹鋼，可為Ramax、Corrax或Stavax等不銹鋼的具體材料。其中優(yōu)選Stavax，它是一種純度高而均勻的優(yōu)良鋼材，耐腐蝕性好，適用于耐腐蝕及高級研磨模具。
該保護(hù)層130用于與待加工物件直接接觸，其材質(zhì)為類鉆碳(Thin Diamond Like Carbon，TDLC)。類鉆碳膜具有非常優(yōu)良的物理及化學(xué)性質(zhì)，包括高硬度(＞15GPa)、耐強(qiáng)酸強(qiáng)堿、高表面平滑度、摩擦系數(shù)小、膜致密度高、電絕緣性佳、高熱傳導(dǎo)性及抗磨耗性佳等。其作用為提供良好剛性、抗磨損性及耐沖擊強(qiáng)度，使模仁100在模壓過程中不至于損壞模仁100表面結(jié)構(gòu)。該保護(hù)層130的厚度介于5～50nm之間，優(yōu)選10～30nm。
舉凡含有sp2及sp3混合鍵結(jié)，其中sp3的比例較高，且仍具有鉆石的特性者，均可以稱之為類鉆碳膜。進(jìn)一步細(xì)分，則可分為一類為真正的類鉆碳膜，膜內(nèi)不含氫或只含極少的氫原子(含氫量原子百分比為1％以內(nèi))，稱之為非晶質(zhì)類鉆碳膜(Amorphous Diamond-Like Carbon，簡寫a-C)；另一類為含20～60％原子百分比的氫的類鉆碳膜，稱之為非晶質(zhì)含氫類鉆碳(Amorphous Hydrogenated Diamond-Like Carbon，簡寫a-CH)。該非晶質(zhì)含氫類鉆碳除含氫原子外，還可含其它原子或基團(tuán)，如氮原子或硝基等。類鉆碳皆為以立方體的sp3鍵結(jié)，平面體的sp2鍵結(jié)及局部配位的共價鍵結(jié)的隨機(jī)網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)(RandomNetwork)。
該模仁100的制作方法為首先提供一材質(zhì)為不銹鋼的基底層110，在該基底層110表面沉積一材質(zhì)為鎳磷(NiP)的鎳層120，在該鎳層120表面形成一材質(zhì)為類鉆碳的保護(hù)層130。
若需微結(jié)構(gòu)，還可在基底層110表面沉積鎳層120之后，在該鎳層120表面形成所需的微結(jié)構(gòu)，該微結(jié)構(gòu)預(yù)先經(jīng)光學(xué)設(shè)計(jì)而成。形成微結(jié)構(gòu)后最好清潔該表面。
其中，該鎳層120的厚度為50μm～2mm，優(yōu)選100μm～500μm，該鎳層120通過化學(xué)鍍方式形成。該保護(hù)層130的厚度為5～50nm，優(yōu)選10～30nm，它是采用濺鍍沉積而成，即采用反應(yīng)式直流(Direct Current)濺鍍、反應(yīng)式交流(Alternating Current)濺鍍或反應(yīng)式射頻(Radio Frequency)濺鍍方式。該濺鍍是在惰性氣體(如氬或氪)與氮?dú)浠旌蠚怏w、甲烷、乙炔或乙烷混合氣體中進(jìn)行。
通過濺鍍沉積的保護(hù)層130可為非晶質(zhì)含氫類鉆碳膜(Amorphous Hydrogenated Carbon，簡寫a-CH)，其中含氫量的原子百分比為5～20％，優(yōu)選5～10％。
該保護(hù)層130可為非晶質(zhì)含氫氮類鉆碳膜(a-CN)，其中含氫量的原子百分比為3～20％，含氮量原子百分比為5～10％。
該保護(hù)層130還可為非晶質(zhì)含氫硝基類鉆碳膜(a-CH)，其中含氫量的原子百分比為5～10％，含氮量原子百分比為3～15％。
該模仁100可以用于制作各種形狀的手機(jī)、數(shù)碼相機(jī)、液晶顯示器及PS等消費(fèi)性電子產(chǎn)品的所有可采用模壓成型或注射成型技術(shù)制作的外殼及內(nèi)部構(gòu)件，如顯示產(chǎn)品的導(dǎo)光板、DVD或PS的托盤、光學(xué)讀取頭等?，F(xiàn)舉例說明如下
請參閱圖3，是本實(shí)施方式欲制作的顯示產(chǎn)品用的導(dǎo)光板結(jié)構(gòu)切面示意圖。該導(dǎo)光板200包括一光入射面210、一光出射面220及一底面230。該光出射面220具有多個連續(xù)的第一微結(jié)構(gòu)240，該底面230具有多個非連續(xù)的第二微結(jié)構(gòu)250。該第一微結(jié)構(gòu)240與該第二微結(jié)構(gòu)250均為V型凸起。該第一微結(jié)構(gòu)240的V型凸起寬度w1為10～40μm，優(yōu)選10～20μm，夾角α為80～130度，深度d1為1～8μm。該第二微結(jié)構(gòu)250的V型凸起寬度w2為10～20μm，夾角β為70～150度，深度d2為1～8μm，螺距p為10～80μm。
請參閱圖4，是本實(shí)施方式制作圖3所示導(dǎo)光板的模仁示意圖。其中(a)為制作導(dǎo)光板200的光出射面220的第一模仁300，(b)為制作導(dǎo)光板200的底面230的第二模仁400。
該第一模仁300依次具有一基底層310、一鎳層320及一保護(hù)層330。該鎳層320與保護(hù)層330接觸的一側(cè)具有多個連續(xù)的與第一微結(jié)構(gòu)240相對應(yīng)的V型槽。該保護(hù)層330的材質(zhì)為類鉆碳，其厚度為5～50nm，優(yōu)選10～30nm。該鎳層320的材質(zhì)為鎳磷合金。該基底層310的材質(zhì)為不銹鋼。
該第二模仁400依次具有一基底層410、一鎳層420及一保護(hù)層430。該鎳層420與保護(hù)層430接觸的一側(cè)具有多個連續(xù)的與第二微結(jié)構(gòu)250相對應(yīng)的V型槽。該保護(hù)層430的材質(zhì)為類鉆碳，其厚度為5～50nm，優(yōu)選10～30nm。該鎳層420的材質(zhì)為鎳磷合金。該基底層410的材質(zhì)為不銹鋼。
該第一模仁300的制作方法為在基底層310表面沉積一鎳層320，在該鎳層320表面形成多個連續(xù)的與第一微結(jié)構(gòu)240相對應(yīng)的V型槽，在該V型槽表面形成保護(hù)層330。因該保護(hù)層330由濺鍍沉積而成，因此其表面也會形成與鎳層320表面相對應(yīng)的V型槽。
該第二模仁400的制作方法與上述方法相似。
請參閱圖5所示，是應(yīng)用本實(shí)施方式模仁制作的光學(xué)拾取器進(jìn)給機(jī)構(gòu)的傳動元件結(jié)構(gòu)示意圖。該傳動元件500是一體成型，其包括一底板541、一沿底板541一側(cè)垂直向上延伸的側(cè)板542及二沿底板541上另兩平行側(cè)邊垂直向上延伸并與側(cè)板542垂直相鄰的擋板543、544。底板541一端開設(shè)一狹長形缺546，從而在底板541一端形成一細(xì)長形緩沖梁547，其具有彈性且可發(fā)生形變。緩沖梁547中部向外延伸一凸塊545。凸塊545呈半圓柱狀，當(dāng)其受到一特定方向上的外力時，緩沖梁547由于中間受力而向缺546彎曲，而可緩沖外力。底板541設(shè)置若干定位柱548及安裝孔549，側(cè)板542遠(yuǎn)離緩沖梁547的末端設(shè)置一指示鍵540，側(cè)板542與底板541相背的側(cè)面向外延伸一接觸臂56，接觸臂56大致呈L狀，其具有一與側(cè)板542相對設(shè)置的自由末端561。
上述光學(xué)拾取器進(jìn)給機(jī)構(gòu)的傳動元件是采用本實(shí)施方式模仁以注射成型或模壓成型方式制作而成。該模仁包括一基底層、一位于基底層上的鎳層及一位于鎳層表面的材質(zhì)為類鉆碳的保護(hù)層。在該鎳層制作與上述光學(xué)拾取器進(jìn)給機(jī)構(gòu)的傳動元件形狀相應(yīng)的微結(jié)構(gòu)，最好將該具有微結(jié)構(gòu)的鎳層表面清除干凈，然后在該鎳層表面相應(yīng)沉積材質(zhì)為類鉆碳的保護(hù)層。
請參閱圖6，是采用本實(shí)施方式模仁制作的光盤驅(qū)動器托盤結(jié)構(gòu)示意圖。該托盤600包括一大體呈長方形的主體610，主體610的前端設(shè)有一擋板620。該主體610中部向下凹陷形成一光盤容置區(qū)630，而使該光盤容置區(qū)630與主體610的主體面間形成垂直于光盤容置區(qū)630的一第一側(cè)壁621，光盤容置區(qū)630具有第一光盤容納部631及一第二光盤容納部632，二者基本成同心圓環(huán)并呈階梯狀，第二光盤容納部632為第一光盤容納部631中心進(jìn)一步向下凹陷而成。其中第一光盤容納部631用以容納直徑為120mm的光盤，此種光盤為目前常用的光盤，第二光盤容納部632用以容納直徑為80mm的光盤。該第一光盤容納部631的兩側(cè)緣分別對稱地設(shè)有二開6310，將第一光盤容納部631與主體610形成的第一側(cè)壁621被切成二非連續(xù)壁。主體610具一中心通孔640，主要為其后半部份縱向的一條形通孔部641及一半圓形開孔部642所構(gòu)成，該條形通孔部641與半圓形開孔部642相連。該第一側(cè)壁621與主體610的主體面相接處向光盤容置區(qū)630內(nèi)部分別垂直延伸形成四個分別對稱的止擋部650。
上述光盤驅(qū)動器托盤是采用本實(shí)施方式模仁以注射成型或模壓成型方式制作而成。該模仁包括一基底層、一位于基底層上的鎳層及一位于鎳層表面的材質(zhì)為類鉆碳的保護(hù)層。在該鎳層制作與上述光盤驅(qū)動器托盤的形狀相應(yīng)的微結(jié)構(gòu)，最好將該具有微結(jié)構(gòu)的鎳層表面清除干凈，然后在該鎳層表面相應(yīng)沉積材質(zhì)為類鉆碳的保護(hù)層。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明模仁是在鎳層表面沉積一層材質(zhì)為類鉆碳的保護(hù)層，因類鉆碳含有sp2及sp3混合鍵結(jié)，具有金剛石的高硬度(＞15GPa)、耐強(qiáng)酸強(qiáng)堿、高表面平滑度、摩擦系數(shù)小、膜致密度高、電絕緣性佳、高熱傳導(dǎo)性及抗磨耗性佳等。因此，其可提供良好剛性、抗磨損性及耐沖擊強(qiáng)度，使模仁在模具組裝與模壓過程中不至于損壞模仁表面結(jié)構(gòu)。
本實(shí)施方式的模仁及其制備方法可適用于所有模壓成型或注射成型的物件的生產(chǎn)。
權(quán)利要求
1.一種模仁，其包括一基底層，一形成于基底層上的鎳層及一形成于該鎳層表面的保護(hù)層，其特征在于該保護(hù)層的材質(zhì)為類鉆碳。
2.如權(quán)利要求1所述的模仁，其特征在于該保護(hù)層為非晶質(zhì)含氫類鉆碳膜。
3.如權(quán)利要求2所述的模仁，其特征在于該非晶質(zhì)含氫類鉆碳膜含氫量的原子百分比為5～20％。
4.如權(quán)利要求1所述的模仁，其特征在于該保護(hù)層為非晶質(zhì)含氫氮類鉆碳膜。
5.如權(quán)利要求4所述的模仁，其特征在于該非晶質(zhì)含氫氮類鉆碳膜含氫量的原子百分比為3～20％。
6.如權(quán)利要求4所述的模仁，其特征在于該非晶質(zhì)含氫氮類鉆碳膜含氮量原子百分比為5～10％。
7.如權(quán)利要求1所述的模仁，其特征在于該保護(hù)層為非晶質(zhì)含氫硝基類鉆碳膜。
8.如權(quán)利要求7所述的模仁，其特征在于該非晶質(zhì)含氫硝基類鉆碳膜含氫量的原子百分比為5～10％。
9.如權(quán)利要求7所述的模仁，其特征在于該非晶質(zhì)含氫硝基類鉆碳膜含氮量原子百分比為3～15％。
10.如權(quán)利要求1所述的模仁，其特征在于該保護(hù)層的厚度為5～50nm。
11.如權(quán)利要求1所述的模仁，其特征在于該鎳層的材質(zhì)為鎳磷合金。
12.如權(quán)利要求1所述的模仁，其特征在于該鎳層的厚度為50μm～2mm。
13.如權(quán)利要求1所述的模仁，其特征在于該鎳層鄰近保護(hù)層一側(cè)具有多個微結(jié)構(gòu)。
14.如權(quán)利要求1所述的模仁，其特征在于該基底層的材質(zhì)為不銹鋼。
15.一種模仁的制備方法，其包括如下步驟提供一基底層；在該基底層表面形成一鎳層；在該鎳層表面形成一材質(zhì)為類鉆碳的保護(hù)層。
16.如權(quán)利要求15所述的模仁的制備方法，其特征在于在基底層表面形成一鎳層后，在該鎳層表面形成所需微結(jié)構(gòu)。
17.如權(quán)利要求15所述的模仁的制備方法，其特征在于該鎳層通過化學(xué)鍍方式形成。
18.如權(quán)利要求15所述的模仁的制備方法，其特征在于該保護(hù)層采用反應(yīng)式直流濺鍍、反應(yīng)式交流濺鍍或反應(yīng)式射頻濺鍍沉積而成。
19.如權(quán)利要求18所述的模仁的制備方法，其特征在于該濺鍍是在惰性氣體與氮?dú)浠旌蠚怏w、甲烷、乙炔或乙烷混合氣體中進(jìn)行。
全文摘要
本發(fā)明提供一種模仁，其包括一基底層、一形成于基底層上的鎳層以及一形成于該鎳層表面的保護(hù)層，該保護(hù)層材質(zhì)為類鉆碳。本發(fā)明還提供一種模仁的制備方法，其包括如下步驟提供一基底層，在該基底層表面形成一鎳層及在該鎳層表面形成一材質(zhì)為類鉆碳的保護(hù)層。
文檔編號B29C43/36GK1883911SQ20051003554
公開日2006年12月27日 申請日期2005年6月24日 優(yōu)先權(quán)日2005年6月24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