光学镜片成型模具及制造该成型模具的方法

摘要

一种光学镜片成型模具，包括成型部分和导引部分，该成型部分成型光学镜片的形状，该导引部分引导模具的开模和合模运动。该成型部分的成型表面上具有一层SiCH

说明书

【技术领域】

本发明是关于一种光学镜片成型模具及制造该模具的方法，特别是一种使用寿命长的光学镜片成型模具，以及制造该光学镜片模具的溅射方法。

【背景技术】

光学镜片是许多光学系统中不可或缺的关键零组件，其应用层面极其广泛。光学镜片的表面质量对于光学镜片的整体性能好坏具有关键性的影响作用。

由于生产规模及其生产重复性，光学镜片的生产多采用模具制造。光学镜片的模具中最为核心的部分为模具的型芯部分，型芯部分用于成型光学镜片，故型芯部分的好坏直接影响光学镜片的表面性能。

由于生产光学镜片的模具使用频率高，模具型芯成型表面在多次合模/开模过程中，以及与成型产品接触的过程中极易坏损。而坏损的模具型芯若不及时更换，则会影响成型的光学镜片的质量。然而，模具制造成本高昂，经常更换模具型芯无疑会增加产品成本。

【发明内容】

有鉴于此，有必要提供一种使用寿命长的光学镜片成型模具。

同理，有必要提供一种制造上述光学镜片成型模具的制造方法。

一种光学镜片成型模具，包括成型部分和导引部分，该成型部分成型光学镜片的形状，该导引部分引导模具的开模和合模运动，该成型部分的成型表面上具有一层薄膜。该薄膜为SiCH_xN_y材质制成，其中x的摩尔百分比为2％～10％，y的摩尔百分比为5％～30％。

一种光学镜片成型模具的制造方法，包括以下步骤：将SiC靶材和作为基材的模具成型部分分别接于高频放电电场两端，并固定于密封腔体内；对该密封腔体抽气，使其真空度达到5×10^-7托以上；向密封腔体内输入溅射气体及反应气体；开启高频放电电场对使SiC靶材和模具成型部分以13.56兆赫兹的频率放电。

与现有技术相比，由于射频溅射工艺的溅射速率高，且溅射后形成的薄膜膜层致密、附着能力强。故，通过上述溅射工艺制造SiCH_xN_y薄膜的生产效率高，制成的SiCH_xN_y薄膜膜层致密，且与作为基材52的模具型芯之间附着紧密。

【附图说明】

图1是光学镜片成型模具的剖视图。

图2是溅射装置的示意图。

【具体实施方式】

为了延长光学镜片成型模具的使用寿命、节约其制造成本，并改善光学镜片的产品性能，通常光学镜片模具型芯表面会另外镀上一层薄膜。好的镀膜不仅能增加模具的使用寿命，还可强化模具表面质量，并提高产品表面性能。

镀膜材料的选择条件较为苛刻，镀膜材料至少需满足两个条件：第一，镀膜材料需与型芯材料之间具有良好的粘着性，防止薄膜与型芯脱离；第二，镀膜材料与待成型的光学镜片之间易于分离，即离形性好，避免薄膜与成型后的光学镜片粘着，从而损坏光学镜片表面或破坏型芯上的薄膜。

图1所示为用于成型光学镜片20的成型模具99。该成型模具99包括成型部分(未标示)和导引部分40，成型部分用于塑造光学镜片20的外形，而导引部分40主要用于引导模具的开模/合模运动。在本实施方式中，成型部分指模具的型芯10。为了增强型芯10的性能和使用寿命，型芯10成型表面(未标示)上镀有一层薄膜30，该薄膜30的外表面32具有与光学镜片20的表面22相反的外形。薄膜30是模具中直接与光学镜片20接触的部分，也是直接影响光学镜片20的性能的主要因素。

众所周知，大部分光学镜片20成型模具99的型芯10为硬质碳化钨(WC)材质制成，而光学镜片20则由玻璃(SiO₂)材质制成。所以，光学镜片20模具型芯10的镀膜30材料需与碳化钨之间具有良好的粘着性，且易于与玻璃分离。

SiCH_xN_y(其中x的摩尔百分比为2％～10％，y的摩尔百分比为5％～30％)为一种与WC具有近似热延展系数的硬质绝缘材料，且SiCH_xN_y与SiO₂的热延展系数相差较大，容易与之分离。所以，SiCH_xN_y时一种很好的光学镜片模具型芯10的镀膜材料。另外，SiCH_xN_y也是一种硬度高的耐磨材料，这也可达到提到模具型芯10的使用寿命的目的。其相关参数参见下表：

              SiCH_xN_y、WC及SiO₂的热延展参数

基于对加工产品的要求，模具镀膜技术成为改善模具品质的重要制程。由于SiCH_xN_y为绝缘材料，不易制备，故需采用射频反应溅射工艺来沉积SiCH_xN_y薄膜30于模具型芯10上。

如图2所示，溅射装置100具有一高频放电电场1，该高频放电电场1的一高频电源11的一端通过一匹配网络12与置于密封腔体3内的靶极4相连，密封腔体3内与该靶极4相对的基体5和高频电源11的另一端同时接地。

密封腔体3具有一抽气系统6和一进气系统7。抽气系统6用于抽取密封腔体3内的空气或其他杂质气体，使密封腔体3内成为真空。进气系统7用于向密封腔体3内充入溅射气体和反应气体，该溅射气体在电场作用下易产生电离，且不易与靶极4或基体5发生化学反应。通常，进气系统7充入密封腔体3内的溅射气体为惰性气体，惰性气体在电场作用下易发生电离且化学特性稳定，不易与靶极4或基体5发生反应。通常采用氩气(Ar)作为溅射气体。

在实际制造SiCH_xN_y薄膜30的工艺中，采用SiC作为溅射靶极4的靶材42并将其固定于与匹配网络12相连的背衬44上。同时，将模具型芯作为基体5的基材52并将其固定于接地的夹座54上。进气系统7除通入惰性气体外，还加入反应气体H₂(或者CH₄或C₂H₆)和N₂。为降低靶极4的温度，在背衬44处可设置一冷却系统8抑制靶极4过热。

SiCH_xN_y薄膜的溅射工艺主要包括以下几个步骤：

(1)将SiC靶材42和作为基材52的模具型芯分别固定于背衬44和夹座54上；

(2)打开抽气系统6，待密封腔体3内的真空度达到5×10-7托(Torr)後后关闭抽气系统6；

(3)打开进气系统7向密封腔体3内输入溅射气体及反应气体；

(4)开启高频放电电场1，以13.56兆赫兹(MHz)的频率放电，使SiC靶材42发生溅射，并与从进气系统7进入的反应气体发生化学反应生成SiCH_xN_y并沉积于作为基材52的模具型芯表面；

(5)当基材52表面沉积的SiCH_xN_y厚度达到100～1000纳米(nm)后，关闭高频放电电场1。

由于射频溅射工艺的溅射速率高，且溅射后形成的薄膜膜层致密、附着能力强。故，通过上述溅射工艺制造SiCHxNy薄膜的生产效率高，制成的SiCHxNy薄膜膜层致密，且与作为基材52的模具型芯之间附着紧密。