CN1356276A - 玻璃成形模具及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明的目的在于提供一种可连续成形的玻璃成形用金属模具,它具有适当的表面粗糙度从而使被成形体在粘结时具有良好的粘合性。在以碳化钨为主要成分的硬质合金材料制造的金属模具的基体1的表面上,设置由白金40重量%－铱60重量%组成的合金形成的3μm的中间层2,再设置0.05μm的白金膜3而制成金属模具,将金属模具基体的表面粗糙度控制在0.01－0.05μm,作为最表层的面S1的白金层的表面粗糙度控制在0.2－1.2μm范围内。该白金层的表面粗糙度是在喷镀白金制膜后,在氮气保护气氛中在500℃保温1小时进行热处理使白金晶粒长大而形成。

Description

玻璃成形模具及其制造方法
技术领域
本发明涉及使用再热压制成形制造粘结使用的玻璃制品的玻璃成型用金属模具。
背景技术
至今，再热压制成形用金属模具都对金属模具基体的表面使用研磨加工来制作精密的模腔，再在其上形成作为保护层的白金—铱合金等的贵金属膜。该贵金属膜由于金属模具基体和玻璃反应而使玻璃附着于模具上，并由于成形时周围气体中的氧气的作用而使金属模具基体的性能恶化。需要完成防止出现上述问题的任务。
发明内容
但是，使用上述金属模具所制作的被成形体，若考虑到其粘结使用的情况，金属模具必须满足如下两个条件：
①希望具有坚固效果，要使金属模具贵金属膜的最表层的面具有适当的表面粗糙度，从而使所制作的制品具有良好的粘结性；
②为了在金属模具的基体上形成精密的模腔，若使用较粗的号数大的研磨工具加工表面则形成加工变质层，由于其机械强度降低，耐久性相应降低，因此，基体表面不能太粗。
但是，就现有的例如白金—铱合金膜而言，如图3的金属模具表面附近的示意图所示，金属模具基体11的表面粗糙度铱旧成为白金—铱合金膜12上的金属模具的贵金属膜的最表层的面S2的粗糙度。因此，要使被成形体具有适当的效果，金属模具基体11的表面若粗糙，由于形成如图所示的大的加工变质层11a，11a，……，金属模具的机械强度大大降低。因此，要制作满足条件①和②的金属模具是困难的。再有，所谓最表层，是指同被成形物的接触层，当设置在金属模具基体表面的贵金属层仅由一层构成时，该层则为最表层。
因此，鉴于上述问题的存在，本发明的任务在于提供一种玻璃成形用金属模具及其制造方法，它具有适当的表面粗糙度，使被成形体在粘结时的粘合性良好，而且具有长寿命可连续成形。
为了解决上述问题，本发明的一个方案是在金属模具基体的表面设置贵金属膜而形成成形面的玻璃成形用金属模具中，贵金属膜的最表层的表面粗糙度要比金属模具基体表面的表面粗糙度更大。
最好，贵金属膜的最表层的表面粗糙度在0.2-1.2μm范围内。最好，贵金属膜至少最表层为0.01-0.2μm厚度的白金膜。最好，在金属模具基体和白金膜之间设置有贵金属膜中间层，该中间层厚度在2-5μm范围内。
另外，由于本发明的发明人通过实验发现因白金的晶粒长大而形成的表面粗糙度同热处理温度及保温时间之间的关系，本发明的另一个方案是在金属模具基体的成形面设置贵金属膜的玻璃成形用金属模具的制造方法中，在金属模具基体成形面制膜而形成贵金属薄膜后，对其进行热处理使热处理温度T(℃)和在该温度的保温时间t(小时)满足如下关系式，即：
0.2＜(6.0×10-6)×(T(0.2t+0.8)-383.3)2+0.127＜12
附图说明
图1是表示本发明的实施方式的一例的金属模具的截面放大说明图。
图2是说明图1的金属模具的表面附近的状态的简图。
图3是说明现有技术的金属模具的表面附近的状态的简图。
图4是表示本发明的玻璃成形用金属模具的制造方法的一例的表面粗糙度和热处理温度的关系的曲线图。
图中：1—金属模具基体，2—中间层，3—白金层。
具体实施方式
以下参照附图详细说明使本发明具体化的实施形式。图1是表示本发明的玻璃成形用金属模具的一例的截面放大说明图，图2是为说明表面部分的状态的简图，其中1为金属模具的基体，在其成形面的表面形成中间层2及作为最表层的白金层3。
基体1用例如以碳化钨为主要成分的硬质合金材料制成，基体被加工成使其表面粗糙度为Rmax＝0.01-0.1μm，最好是Rmax＝0.01-0.05μm。在该范围以上时，加工变质层的产生变得更显著；在该范围以下时则影响贵金属膜的密合性。另外，中间层为由白金40重量％，铱60重量％组成的白金、铱合金，其厚度为3μm；白金层的厚度为0.5μm，作为该贵金属膜的最表层的白金层的表面S1的表面粗糙度为Rmax＝0.2-1.2μm。
这样的金属模具用下述的制造方可以很容易地制作，通过将作为金属模具的贵金属膜的最表层的白金层的表面粗糙度作到Rmax＝0.2-1.2μm，可以通过成形将该粗糙度复制到被成形体上，使其具有能发挥适当的紧固效果的表面粗糙度，通过粘结的使用可以很好地实现，由于金属模具基体的表面粗糙度小到Rmax＝0.01-0.05μm，很少形成大的加工变质层，可以将机械强度的降低限制到最低限度，可以延长金属模具的寿命。顺便说一下，用这种金属模具进行再热成形使用试验的结果，直到500次金属模具的模腔未被破坏。
再有，金属模具的贵金属膜的最表层的表面S1的表面粗糙度Rmax若比0.2μm小，则被成形体的玻璃表面的表面粗糙度小，不能发挥紧固效果；若其比1.2μm大，则由于压制成形后的被成形体的雕型变得很困难，以0.2-1.2μm为最好。
下面，说明上述金属模具的制作过程。首先，将由硬质合金构成的金属模具基体1用金钢石磨具及例如#4000金属磨具进行研削加工使其表面粗糙度达到Rmax＝0.01-0.05μm。
其后，使用例如喷镀法将镍薄膜(图中未表示)形成在基体表面上后，再形成白金铱合金膜2，随后再在其上形成白金膜3。镍薄膜层可以沉积0.1μm左右，其作用是使金属模具基体1和中间层2的结合更良好。
另外，中间层2也可以不是白金、铱合金，既可以使用例如白金、铑合金，也可以使用除铱以外的其它贵金属和铱的合金。
再有，中间层2的厚度若不足2μm，则易于产生白金层3的剥离，但即使完全没有而直接形成白金层来作为金属模具使用也是可以的。另外，若中间层2的厚度大于5μm，由于要对形成金属模具的模腔形状造成影响，作为中间层2的厚度仍以2-5μm为好。
再有，关于白金层3的厚度，若不足0.01μm由于其经后述的热处理也难于引起晶粒长大，而不能使贵金属膜的最表层的表面粗糙度达到适当的值；若大于2μm，则白金晶粒长大变得显著，使被成形体的雕型出现困难。因此，以0.01-2μm为好，可以形成稳定的白金层，可以制作具有所希望的表面粗糙度的被成形品并使其性能稳定。
随后，在形成白金膜后进行热处理，使白金晶粒长大而形成适当的表面粗糙度。热处理，例如将热处理时间定为1小时的情况下，表面粗糙度Rmax(μm)和热处理温度T(℃)的关系根据实验证实存在图4的曲线所示的关系，由该曲线可以知道，为了得到0.2-1.2μm的表面粗糙度，可将热处理温度设定为300-750℃(热处理时间1小时)。
另外，根据实验可以发现，热处理的处理温度T(℃)及其保温时间t(小时)和表面粗糙度Rmax(μm)之间的关系大致存在如下的关系式：
Rmax＝(6.0×10-6)×(T(0.2t+0.8)-383.3)2+0.127
由这个关系式，通过设定热处理温度及其保温时间，就可以将作为目的的白金晶粒成长的大小控制在使其满足如下关系式的范围内：
0.2＜(6.0×10-6)×(T(0.2t+0.8)-383.3)2+0.127＜1.2
例如，在氮气保护气氛中通过50℃/小时的升温速度和降温速度在500℃进行1小时热处理，可以得到具有白金层的表面粗糙度，即最表层的表面粗糙度Rmax＝0.2-0.4的金属模具。上述关系式若在热处理温度为450-750℃，保温时间为0.5-2小时，能够得到精度良好的应用。但是，若在该范围以外虽然精度有所降低，若保温时间仍为0.5-2小时，热处理温度在300-750℃范围内仍可得到作为目标的表面粗糙度。
另外，升温速度、降温速度可以为10--100℃。
这样，即使金属模具基体的表面粗糙度原来较小，根据上述热处理温度和保温时间的关系式，可以制作最表面层具有所要求的表面粗糙度的金属模具，从而无须使金属模具基体表面达到使被成形体能良好粘结的那种表面粗糙度，而可使金属模具具有长的寿命。另外，制作使最表层具有所要求的表面粗糙度的方法也不限定于此法。
如上所述，若使用本发明的玻璃成形用金属模具，即使要使成形面形成粗的表面从而使其具有适当的粗糙度以便被成形体的表面粘结良好，也可以将金属模具基体表面的粗糙度降得很低。因此，金属模具基体的加工变质层不会增大，可以将强度降低限制在最小限度，从而可延长金属模具的使用寿命。
在本发明的优选方案中，除了上述效果外，还可分别实现以下效果。即：可以保持良好的表面，实现金属模具的长寿命；
可以形成稳定的白金层，可以稳定地制作具有所要求的表面粗糙度的被成形体。
若使用本发明的玻璃成形用金属模具的制造方法，可以通过控制贵金属膜的晶粒长大来控制表面粗糙度，从而可通过使在金属模具基体表面形成的保护膜的表面粗糙度增大的办法以良好的精度实现金属模具基体表面粗糙度的提高。因此，金属模具基体的加工变质层可以很小，可将金属模具的机械强度的降低抑制到最小限度。

Claims (5)

1、一种玻璃成形用金属模具，是在金属模具的基体表面设置贵金属膜形成成形面的玻璃成形用金属模具，其特征在于：贵金属膜的最表层的表面粗糙度比金属模具基体表面的表面粗糙度要大。
2、根据权利要求1记载的一种玻璃成形用金属模具，其特征在于：贵金属膜的最表层的表面粗糙度为0.2-1.2μm。
3、根据权利要求1或2记载的一种玻璃成形用金属模具，其特征在于：贵金属膜至少最表层为0.01-2μm。
4、根据权利要求3记载的一种玻璃成形用金属模具，其特征在于：在金属模具基体和白金层之间设置贵金属中间层，该中间层的厚度为2-5μm。
5、一种玻璃成形用金属模具的制造方法，是在金属模具的成形面设置贵金属膜的玻璃成形用金属模具的制造方法，其特征在于：在金属模具基体表面形成贵金属膜后，对其进行热处理，使热处理温度T(℃)及在该温度的保温时间t(小时)的关系在满足下式的范围内；
0.2＜(6.0×10-6)×(T(0.2t+0.8)-383.3)2+0.127＜1.2
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