专利名称：成型模具及其制造方法
技术领域：
本发明是关于一种成型模具及该成型模具的制造方法。
背景技术：
模具是工业生产的基础工艺装备，被称为“工业之母”，它的生产技术水平的高低，已成为衡量一个国家产品制造水平高低的重要标志。75％的粗加工工业产品零件及50％的精加工零件皆由模具成型，并且绝大部分塑料制品也通过模具成型。作为国民经济的基础工业，模具涉及机械、汽车、轻工、电子、化工、冶金、建材等各个行业，应用范围十分广泛。
模具通常是在高温高压环境下工作，由于模具成型面与被成型原材料之间的各种物理特性和化学特性等因素，通常情况下模具成型面与被成型原材料之间的接触面会出现很多问题。如成型材料在高温下加压成型示黏着于模具的成型面上，反复冷却脱模对成型面施加较大作用力等。故，对于成型面而言，一方面要求其与被成型材料之间易于分离，即具有良好的离形性；另一方面，要求其在高温下不易与空气中的氧气发生反应。此外，由于模具使用频率高，模具成型面在多次合模/开模过程中，以及与成型产品接触的过程中极易坏损。故，成型面还需要具有高硬度，以抵抗模具合模时的锁模力及高频率作业。
通常，模具成型面会另外镀上一层薄膜镀层，其主要目的有二一是防止模具底材与被成形体间发生黏着现象(即不易脱模)；二则是防止成形时周围气体中的氧气作用而使模具底材性能恶化。因此，好的镀层不仅能增加模具使用寿命，还可强化模具表面质量，并提高产品表面性能。
通常镀层以含有贵重金属化合物为材料，该化合物的物理性能优异，可提高模具的表面性能，改善成品质量。然，使用含有贵重金属的材料作为模具镀层不但其成本高昂，且损坏后修复成本亦过高。
发明内容有鉴于此，有必要提供一种制造成本及修复成本较低的成型模具。
同理，有必要提供一种制造上述成型模具的方法。
一种成型模具，该成型模具包括一用于成型产品形状的模仁，该模仁具有一基底层及一保护层，该基底层上具有一成型面，该成型面上被覆该保护层。该模仁还包括一中介层，该中介层位于基底层与保护层之间，该保护层为类钻碳材质。
一种成型模具的制造方法，包括以下步骤将该基底层放入磁控溅射机的腔体中抽真空至10-6托以下；以中介层的原料作为靶材，通入惰性气体使腔体压力达到5～40毫托，在偏压范围0V～-50V条件下，溅射形成中间层；以碳靶作为靶材，通入惰性气体使腔体压力达到5～40毫托，在偏压范围0V～-50V条件下，溅射形成保护层。
与现有技术相比，所述的成型模具使用类钻碳保护层，降低成型模具的制造成本和修复成本。此外，采用一中介层过渡，改善了保护层与基底层之间的附着性。
图1是本发明成型模具的剖视图。
图2是本发明成型模具制造方法的示意图。
图3是模仁表面中心处经过模压测试后放大50倍后的照片。
图4是模仁表面中心处经过模压测试后放大100倍后的照片。
具体实施方式如图1所示，其为本发明的成型模具99的示意图，该成型模具99用于成型一成型胚料40。成型模具99的模仁100包括一基底层10、一中介层20及一保护层30。基底层10为模仁100的主要部分，其上的成型面12具有成型件的轮廓。中介层20被覆于基底层10的成型面12上，用于过渡基底层10与保护层30。中介层20选择与基底层10及保护层30之间均具有高附着性的材料制成。通过中介层20过渡，同时保证了基底层10与保护层30之间的附着性及模仁100的良好表面性能。中介层20的厚度可与保护层30的厚度相等或较保护层30的厚度厚，本发明的较佳实施方式中，取中介层20的厚度为50nm～200nm，保护层30的厚度为5nm～20nm。
保护层30采用类钻碳材料。类钻碳膜(Diamond-Like Carbon Films，DLC)具有非常优良的物理及化学性质，其中包括高硬度(可达3000～5000kg·mm-2)；耐强酸、强碱；高表面平滑度；摩擦系数；膜致密度高；电绝缘性佳；高热传导性；抗磨耗性佳；可透红外光及可见光；可在室温下成长等。类钻碳膜是极为优异的镀膜材料。钻石膜与类钻膜都是属于介稳状态下的物质。钻石膜的成长条件必须在高温高压下，而类钻膜则对温度要求较，因此类钻膜在制程上具有优势。
然，类钻碳膜在制程中会造成膜层内的高残余应力，使得镀膜与基材的间的附着性减弱。为克服上述残余内应力所造成的附着力降低的问题，增强类钻碳膜与模具之间的结合紧密性。本实施方式于模具基材与镀层之间先被覆一中介层20，该中介层20可增强保护层30层与基底层10之间的附着性。
本发明的较佳实施方式中，采用SiC(碳化硅)为中介层20材料。通常模具成型系在高温高压环境下完成，故模仁100的基底层10需采用高强度、高硬度及高温抗氧化的材料制成，而WC(碳化钨)为陶金材料，同时具有陶瓷和金属的特性，是普遍采用的模仁基材。一方面，由于SiC与WC材料的热延展性相似，在高温下热延展程度相似，故SiC中介层20与WC基底层10之间具有良好附着性。另一方面，SiC中介层20中Si与C同为四价键，具有较好的键结能力，Si与C亦为同族元素，故SiC中介层20与WC基底层10之间具有良好的附着能力。采用SiC中介层20不仅良好过渡基底层10与保护层30之间的附着性能，同时也维持DLC保护层30的表面性能，使模具模仁100具有优越的表面性能。此外，保护层30采用DLC材质制成作为可降低其制造成本。
如图2所示，上述模具模仁100可采用以下的制程实现。
首先，步骤1中，将基底层10放入丙酮溶液中以超声波震荡20分钟。然后，进入步骤2，将基底层10放入乙醇溶液中以超声波震荡10分钟。步骤2完成后，步骤3以氮气枪喷干基底层10。随后，步骤4将基底层10放入磁控溅射机的腔体中抽真空至10-6托(torr)以下。向磁控溅射机的腔体内通入Ar使腔体压力达到2～7毫托(mtorr)后，步骤5以100～300V的偏压利用等离子清洗基底层10的成型面12达3分钟以上，去除成型面12发生变化的表层。之后进行步骤6，以SiC作为靶材，通入Ar气体使腔体压力达到5～40mtorr，在偏压范围0V～-50V条件下，实施中间层20溅射，溅射至50nm～200nm的镀层厚度。最后，步骤7以C靶作为靶材，通入Ar气体使腔体压力达到5～40mtorr，在偏压范围0V～-50V条件下，实施保护层30溅射，溅射至5nm～20nm的镀层厚度。
经由上述制程处理后的基底层10的成型面12即覆盖一层SiC中介层20及一层DLC保护层20。上述工艺中的Ar气体主要利用其化学稳定性，即不易于与周围物质发生反应。故，Ar气体可用其它惰性气体代替，如He气体等。
通过上述步骤制成的模仁100，其表面质量如图3及图4所示。图3及图4分别展示通过上述方法制成的模仁100表面中心处经过模压测试后放大50倍和100倍后的状态。模仁100中心处具有良好的表面性能，高表面平滑度且膜致密度高。经由模造机实际测试后发现其表面粗糙度Ra仍在20nm以下并未出现无脱模或成型件黏着的现象。
本发明的较佳实施方式中所采用的DLC保护层20在成本上远比贵金属保护层低，降低成型模具的制造成本和修复成本。
权利要求
1.一种成型模具，该成型模具包括一用于成型产品形状的模仁，该模仁具有一基底层及一保护层，该基底层上具有一成型面，该成型面上被覆该保护层，其改良在于该模仁还包括一中介层，该中介层位于该基底层与该保护层之间，该保护层为类钻碳材质。
2.如权利要求1所述的成型模具，其特征在于该保护层的厚度为5nm～20nm。
3.如权利要求1所述的成型模具，其特征在于该中介层的厚度为50nm～200nm。
4.如权利要求1至3中任一项所述的成型模具，其特征在于该中介层为碳化硅材质。
5.如权利要求4所述的成型模具，其特征在于该基底层为碳化钨材质。
6.一种制造如权利要求1所述的成型模具的制造方法，该方法包括以下步骤将该基底层放入磁控溅射机的腔体中抽真空至10-6托以下；以中介层的原料作为靶材，通入惰性气体使腔体压力达到5～40毫托，在偏压范围0V～-50V条件下，溅射形成中间层；以碳靶作为靶材，通入惰性气体使腔体压力达到5～40毫托，在偏压范围0V～-50V条件下，溅射形成保护层。
7.如权利要求6所述的成型模具制造方法，其特征在于该保护层的厚度为5nm～20nm。
8.如权利要求6所述的成型模具制造方法，其特征在于该中间层的厚度为50nm～200nm。
9.如权利要求6至8中任一项所述的成型模具制造方法，其特征在于该中介层为碳化硅材质。
10.如权利要求9所述的成型模具制造方法，该方法还包括以下步骤将基底层放入丙酮溶液中以超声波震荡20分钟；将基底层放入乙醇溶液中以超声波震荡10分钟；向该磁控溅射机的腔体内通入惰性气体使腔体压力达到2～7毫托后，以100～300V的偏压利用等离子清洗该基底层的成型面表面3分钟以上。
全文摘要
一种成型模具，该成型模具包括一用于成型产品形状的模仁，该模仁具有一基底层及一保护层，该基底层上具有一成型面，该成型面上被覆该保护层。该模仁还包括一中介层，该中介层位于基底层与保护层之间，该保护层为类钻碳材质。本发明同时提供一种制造上述成型模具之方法。所述的成型模具使用类钻碳保护层，降低成型模具的制造成本和修复成本。此外，采用一中介层过渡，改善了保护层与基底层之间的附着性。
文档编号B29C33/76GK1919568SQ20051003692
公开日2007年2月28日 申请日期2005年8月26日 优先权日2005年8月26日
发明者陈杰良, 简士哲, 颜士杰 申请人:鸿富锦精密工业(深圳)有限公司, 鸿海精密工业股份有限公司