TWI518200B - 玻璃構成用機具及方法 - Google Patents

Description

玻璃構成用機具及方法

相關申請案的交互參照

本申請案主張按照美國35 U.S.C.§120於2010年8月24日申審之美國專利申請案第12/862014號的權利，茲依據該案內容並以其整體而如參考方式併入本案。

技術領域

本揭示是有關自高軟化點矽酸鹽玻璃的玻璃物項生產作業，並且尤其是關於一種用以在高溫處構成此等玻璃的耐固機具。

由於欲成功地進行玻璃塑形所必要的高構成溫度之故，因此自高軟化點矽玻璃構成具有複雜形狀的玻璃物項會是一項挑戰。這種用於先進消費性電子應用項目的技術性玻璃，特別是包含用於製作運用在資訊顯示器(電視、電腦監視器和像是行動電話的行動電子裝置，以及用於大型與小型資訊顯示器的觸控螢幕，包含白板、平板電腦及先進的手持式裝置在內)之覆蓋玻璃片產品的耐火性矽酸鋁玻璃，可具有800oC或更高的軟化點及/或構成溫度。在這些溫度處，像是鑄模和模具的傳統玻璃構成機具會因為表面氧化、機械磨損、化學侵蝕，及/或在鑄模表面組成或微結構中因溫度所引生的變化，而快速地受損。這些變化會在當鑄模於使用過程中自低溫至高溫重複地循環而逐漸益形嚴重。

尤其對於含有顯著濃度(即如重量上為5%或更多)之鹼金屬組成物，像是鈉，的耐火性玻璃更是一大問題。鹼金屬在高玻璃構成溫度處具有高度的游移性和反應性，並且會導致鑄模表面的劣化而無法令人接受地降低所鑄造玻璃產品的表面品質。

消費性電子裝置製造商要求對於運用在資訊顯示器所供應的玻璃片產品必須是以具有光學表面拋光的方式而交運。消費性電子裝置製造商的經濟成本並無法容允吸納後構成拋光成本，而在需具備三維曲率之薄片產品的項目裡此等拋光處理亦甚不切實際。

耐固性玻璃構成機具的成本又是對顯示器覆蓋玻璃製造之經濟性造成影響的另一項因素。這種維持密切的維度容忍度和模鑄顯示器產品中光學表面品質之需要意味著確需可提供延長服務壽命的機具以利低成本製造作業。例如自鐵、鋼或者含有鐵、鎳、鉻或銅質之金屬合金所製造的金屬玻璃構成機具可在高溫處提供適當的維度穩定性，然確承受到像是在低如600oC溫度處的表面氧化以及在趨近800oC溫度處經由與反應性玻璃組成物之侵蝕反應所致生的玻璃黏附等問題。這些問題都會對所鑄造的玻璃產品中光學表面品質產生無法令人接受的劣化結果。

像是二氧化矽、氧化鋁、WC、TiC、TiN、SiC、SiN之陶瓷材料，或者像是Sialon的氮化矽合金，所構成的耐火性非金屬鑄模可提供良好的高溫維度穩定性，然在成本上確遠高於金屬鑄模。此外，該等鑄模在高構成溫度處會與含鹼玻璃發生反應，如此導致玻璃黏附而獲得不良的鑄造玻璃表面拋光結果。此外，像是TiAlN、TiAlN/ZrN、Al₂O₃(氧化鋁)、GaN、貴金屬、貴金屬合金和貴金屬-稀土合金而既予施用於此等鑄模俾改善玻璃釋出特徵或侵蝕阻抗度的表面鍍層會進一步提高成本，同時亦尚未在高於約700oC的使用溫度處展現出有效於強化鑄造效能。

從而，確仍存在一種對於可依低成本而獲用之經濟性玻璃構成機具的需要，此機具在高溫處維度穩定性，並且併有能夠針對延長服務時段在800oC或更高的構成溫度處提供具備光學拋光表面之經塑形產品的構成表面。

故而在第一特點中，本揭示涵蓋一種用於玻璃構成或類似者的耐火性機具，其中包含併有具備保護性表面鍍層之玻璃構成或塑形表面的機具本體。該機具本體或至少該機具的玻璃塑形表面主要含有自包含下列項目之群組中所選定的金屬，即鐵、鎳、鉻、銅、其等的混合物以及其等的合金，並且該保護性表面鍍層為在達800oC之使用溫度處可抗防於機械性、侵蝕性和氧化性表面損傷的金屬氮化物鍍層。

根據本揭示之特點所提供的耐火性機具包含玻璃構成模具及鑄模。對於高溫玻璃鑄造可提供特定優點的示範性具體實施例包含玻璃構成鑄模，此者含有金屬鑄造表面；耐火性金屬氮化物表面鍍層，此者係經設置在該鑄造表面的至少一局部上；以及擴散阻障層，此者含有非晶態氧化鋁且設置在該鑄造表面與該表面鍍層之間。

本揭示的另一特點是關於用以製造所揭示機具的方法。多項具體實施例包含用以製作玻璃構成鑄模的方法，包含下列步驟：(i)選定具有金屬鑄造表面的鑄模本體，此表面主要含有自包含下列項目之群組中所選定的金屬，即鐵、鉻、鎳、銅、其等的混合物以及其等的合金；(ii)將可抗防過渡金屬或鹼金屬擴散的氧化物擴散阻障層沉積於該鑄造表面的至少一局部上；以及(iii)將金屬氮化物表面鍍層沉積在該擴散阻障層上。

本揭示的又進一步特點是關於用以鑄造具備光學表面拋光之玻璃物項的方法。特定具體實施例包含一種含有下列步驟的方法，即提供軟化矽酸鹽玻璃的進料，並且利用鑄模以將該進料塑形為具有光學表面拋光的玻璃物項，其中該矽酸鹽玻璃為具有超過重量百分比5之鹼金屬氧化物內含物的矽酸鋁玻璃，並且其中該鑄模包含經設置有金屬氮化物表面鍍層的金屬鑄造表面，此鍍層可抗防達至少800oC溫度的鹼性侵蝕及氧化損傷。

本揭示涵蓋併有耐火性保護性鍍層的玻璃構成機具以及用於製作且運用該等的方法。該等保護性鍍層在長期的熱循環時段上具有熱穩定性，能夠阻抗於因接觸到侵蝕性高軟化點玻璃所導致的損傷，並且在高達800oC的構成溫度處能夠直接地鑄造經光學拋光的玻璃表面。額外地利用可抗防於遷移性金屬污染的選定擴散阻障讓該等鍍層能夠運用在保護性耐火性金屬鑄模材料，若非如此則不適用於直接地構成自高軟化點玻璃所製成的光學拋光玻璃物項。
故而在第一特點中，本揭示涵蓋一種用於玻璃構成或類似者的耐火性機具，其中包含併有具備保護性表面鍍層之玻璃構成或塑形表面的機具本體。該機具本體或至少該機具的玻璃塑形表面主要含有自包含下列項目之群組中所選定的金屬，即鐵、鎳、鉻、銅、其等的混合物以及其等的合金，並且該保護性表面鍍層為在達800oC之使用溫度處可抗防於機械性、侵蝕性和氧化性表面損傷的金屬氮化物鍍層。

根據本揭示之特點所提供的耐火性機具包含玻璃構成模具及鑄模。對於高溫玻璃鑄造可提供特定優點的示範性具體實施例包含玻璃構成鑄模，此者含有金屬鑄造表面；耐火性金屬氮化物表面鍍層，此者係經設置在該鑄造表面的至少一局部上；以及擴散阻障層，此者含有非晶態氧化鋁且設置在該鑄造表面與該表面鍍層之間。

本揭示的另一特點是關於用以製造所揭示機具的方法。多項具體實施例包含用以製作玻璃構成鑄模的方法，包含下列步驟：(i)選定具有金屬鑄造表面的鑄模本體，此表面主要含有自包含下列項目之群組中所選定的金屬，即鐵、鉻、鎳、銅、其等的混合物以及其等的合金；(ii)將可抗防過渡金屬或鹼金屬擴散的氧化物擴散阻障層沉積於該鑄造表面的至少一局部上；以及(iii)將金屬氮化物表面鍍層沉積在該擴散阻障層上。

本揭示的又進一步特點是關於用以鑄造具備光學表面拋光之玻璃物項的方法。特定具體實施例包含一種含有下列步驟的方法，即提供軟化矽酸鹽玻璃的進料，並且利用鑄模以將該進料塑形為具有光學表面拋光的玻璃物項，其中該矽酸鹽玻璃為具有超過重量百分比5之鹼金屬氧化物內含物的矽酸鋁玻璃，並且其中該鑄模包含經設置有金屬氮化物表面鍍層的金屬鑄造表面，此鍍層可抗防達至少800oC溫度的鹼性侵蝕及氧化損傷。

本揭玻璃構成機具及方法雖可廣泛地適用於玻璃製造領域，然特別有利的具體實施例包含，藉由直接鑄造，用於生產具備經光學拋光表面之玻璃片產品，尤其是包含由含有5%或更多鹼金屬氧化物之高軟化點鹼矽酸鋁玻璃所製作的產品，的玻璃構成鑄模。從而，後文說明包含對於該等鑄模及方法的特定參照，然本揭示之範疇實非侷限於此。

製造與運用於資訊顯示器應用項目之所構成玻璃片相關聯的中心問題是在於需依鑄造方式以直接地鑄造出具有經光學拋光表面的相當大型玻璃片區段。利用陶瓷玻璃構成鑄模雖實用於自較低耐火性、非矽酸鹽玻璃生產像是非球面相機透鏡的較小光學元件，然對於大型薄片再構形製程而言，利用陶瓷鑄模並無經濟性。本揭示的保護性金屬氮化物鍍層施用可供利用所選定硬耐火性金屬之經整體性構形，或是至少併有由該等所選定硬耐火性金屬所構成之鑄造或塑形表面，的鑄模。換言之，所揭示氮化物鍍層可供運用耐火性金屬，其中該等鍍層雖概視為擁有高硬度和高氧化阻抗性，然對於在為以構成耐火性覆蓋片玻璃組成成分所必要的玻璃接觸溫度處鑄造此等成分，並非獨自地提供對於氧化及/或鑄模侵蝕的適當阻抗。其中該金屬氮化物保護性鍍層的具體實施例是由TiAlN組成成分所構成，此成分可展現出優質的氧化阻抗性、良好的玻璃釋出特徵以及對於良好磨損阻抗性所需要的高硬度。

適合併同於本揭阻障層和保護性鍍層所運用的鑄模包含併有至少主要含有自如下群組中所選定之金屬的鑄造表面者，即鐵、鎳、鉻、銅、其等的混合物與其等的合金。該「主要含有」語詞是表示一種金屬、金屬混合物或金屬合金，而其中自前述群組裡所選定之金屬組成超過該金屬、混合物或合金重量的50%。此等金屬的示範性範例包含鑄鐵；像是H13、S7及P20的鋼材或鋼材合金；309、310及420的不銹鋼；以及像是HastelloyR與InconelR的鎳合金。鎳合金，尤以InconelR 718合金為特定範例，係以其等的高溫硬度和氧化阻抗性所眾知。

在用於玻璃構成的鑄造表面裡硬度為重要特徵，因為這會降低在時間上鑄模受到玻璃所磨損或刮傷的可能性。在玻璃接觸表面內的高溫氧化阻抗性對於避免在高溫玻璃構成過程中出現氧化物成長為關鍵重點。鑄模表面上的廣泛氧化物成長會提高鑄模的表面粗糙度，並且最終地導致對所按壓玻璃表面的損傷，使得難以於所塑形玻璃產品中將所鑄造的表面粗糙度維持在低於25nm RMS。

根據本揭示提供極佳氧化阻抗性和硬度之TiAlN的特別具體實施例為豐富鋁質鍍層，亦即具有低於1之Ti/Al原子比例的鍍層。鋁內含物不超過該鍍層之總Al+Ti內含物的重量70%，即如不超過總內含物之重量67%的鋁內含物，之TiAlN鍍層具體實施例可適用於壓制氮化鋁的形成。這些鍍層事實上雖在800oC範圍的溫度處會受到一些表面氧化作用，然此氧化結果具有自我限制性，同時不會導致該等所施用鍍層之光學表面拋光的損失。

TiAlN保護性鍍層的氧化阻抗性、硬度與玻璃釋出特徵雖良好適合於高溫玻璃構成，然而在當直接地沉積於金屬鑄模表面上，這些鍍層在長期使用過程中並無法完全穩定地阻抗劣化。觀察到的鍍層劣化結果目前是歸因於在高溫處金屬遷移至這些鍍層內，這包含鹼金屬自玻璃遷移至鍍層內以及過渡金屬自該金屬鑄造表面遷移至鍍層內兩者。

從經沉積在InconelR鎳合金基板上之TiAlN鍍層在經450oC及800oC的重複熱循環後所收集到的解析資料顯示，鹼金屬(鈉)在500次熱循環後會自該玻璃擴散進入該等鍍層達400nm的深度，並且過渡金屬(即如Fe、Cr、Ni、Nb等等)在100次熱循環後會自該合金基板擴散進入該等鍍層達500nm的深度。在後者情況下，該等基板的表面性質以及該氮化物保護性鍍層的性質都會遭受損傷。

利用氧化鋁來作為防阻金屬離子擴散的阻障物擁有多項優點，包含氧化物可承受高溫的能力以及在這些溫度處阻抗或延緩像是鉻之過渡金屬的擴散。然對於鑄模而言，單獨只有氧化鋁不是一種適用鍍層，原因在於該者不具備良好的玻璃釋出特徵，並由於低表面粗糙度而難以沉積。在沉積於金屬鑄造表面上的氧化鋁阻障層上沉積該氮化物保護性鍍層即可解決這兩項缺點。

用於製造光學拋光玻璃物項之保護性鍍層鑄模的特定具體實施例包含其中在該鑄模之鑄造表面上的金屬氮化物保護性鍍層主要含有具備光學表面拋光的氮化鈦鋁，並且其中在該鑄造表面與該金屬氮化物保護性表面鍍層之間提供含氧化鋁的擴散阻障層。為本案說明之目的，光學表面拋光或光學拋光鍍層或鑄造玻璃物項為擁有不超過25nm之RMS表面粗糙度的物項、鍍層或表面拋光。

位在氧化鋁擴散阻障層上之氮化鈦鋁保護性鍍層的這種鍍層組合可將高度熱穩定性傳授至經鍍層的金屬鑄造表面。氧化鋁，並且特別是非晶態氧化鋁，可作為防阻擴散進入像是Fe、Cr、Ni、Nb及Mo之金屬鑄模物種的鍍層內之高效率阻障，而這種擴散可能會造成TiAlN鍍層對於機械性、侵蝕性及氧化表面損傷之阻抗性的劣化。為本說明之目的，鍍層若能在800oC玻璃接觸溫度處抗阻於矽酸鋁玻璃而經100或更多次鑄造循環之後仍維持如前定義的光學表面拋光結果，則可將其視為是阻抗此項損傷。

附圖中的圖1及2比較汽相沉積TiAlN保護性鍍層(圖1)與汽相沉積非晶態氧化鋁阻障層(圖2)的高溫過渡金屬擴散特徵。各種材料係經沉積為一鎳合金基板(InconelR 718鎳合金)上的鍍層，並且各者在沉積之後並在初始濃度廓型調整之後承受於450oC與800oC間的重複熱循環處理，藉以評估自該等合金基板進入到該等鍍層內之金屬擴散的效果。該TiAlN鍍層具有約1.5μm的厚度並且該氧化鋁層具有約2μm的厚度。

圖中呈現二次離子質譜儀(SIMS)深度廓型，顯示出對於該等所鍍基板各者按如測量深度之函數的相對鎳濃度(依照每秒的信號計數)，兩者係按所沉積(A)以及100次(C100)或200次(C200)熱循環的熱循環之後。在各個情況下，於熱循環之前，該金屬離子深度廓型當評估時在合金鍍層表面處會相當地陡峭。

而在熱循環之後，TiAlN鍍層基板的C100廓型顯示自該合金基板進入到該鍍層內的顯著鎳遷移。相比而言，鋁鍍層基板的C100及C200廓型則顯示出大致上並未出現鎳遷移。對於其中SIMS分析追蹤Fe、Cr、Mo或Nb自InconelR合金基板進入到這些鍍層內之擴散情況的廓型處理，亦可觀察到類似效果。

即如前述，適用於藉由直接鑄造以製造經光學拋光玻璃產品之玻璃構成鑄模的製作作業包含一初始步驟，即在該鑄模之金屬鑄造表面的至少一局部上沉積氧化物擴散阻障層，即如含有非晶態氧化鋁的覆層。然後再將保護性金屬氮化物表面鍍層，像是主要或大致含有氮化鈦鋁的鍍層，沉積在該擴散阻障層上。

根據對於沉積該氧化鋁阻障層及TiAlN保護性鍍層所運用的特定方法而定，在一些實例中可利用多項步驟以改善該鑄造表面與該阻障層之間，以及該阻障層與該保護性鍍層之間，的連附性。根據一些具體實施例，可藉由在氧化鋁沉積作業之前先將無電式鎳電塗層施用於該鑄造表面以改善鑄模/氧化鋁阻障層連附性和相容性。

用於改善該阻障層與該保護性氮化物鍍層間之黏附性的適當方式包含在該阻障層上提供氮氧化鋁、氮氧化鋁鈦或是其他的金屬氮氧化物過渡層。此過渡層可在該製程中的氣體大氣裡透過汽相沉積，即如藉由物理汽相沉積，的方式簡易地設置，且該製程中在該汽相沉積步驟裡大氣內的氧氣內含物減少而氮氣內含物則增加。

根據此項程序所產生的玻璃構成鑄模包含設置在，並為良好連附於，該阻障層與該表面鍍層之間的氮氧化鋁或氮氧化鋁鈦過渡層。在典型的具體實施例裡，此鑄模內的保護性TiAlN表面鍍層通常具有至少1μm的厚度，該氮氧化物過渡層具有至少10nm的厚度，即如10-300nm，並且該阻障層具有至少200nm的厚度，即如200-1500nm。

圖式中的圖3呈現根據本項具體實施例所提供之玻璃構成鑄模的末端表面之升高略視圖，然未依真實比例或刻度而繪。圖3所示之鑄模10的構件包含金屬鑄造表面10a；非晶態氧化鋁阻障層12，此者設置在該鑄造表面上；以及TiAlN保護性鍍層14，此者設置在該阻障層上並接觸於位在該阻障層與該TiAlN保護性鍍層之間的梯度Al₂O₃-AlN過渡層12a。

對於高溫、高磨耗的應用項目來說，在電性偏壓下沉積該保護性TiAlN鍍層以改善該等鍍層的密度與所獲硬度可為有利。適用於該目的之本揭方法具體實施例包含其中該保護性表面鍍層是自一Ti-Al來源藉由反應性濺鍍所沉積，且執行該濺鍍處理並同時在該來源與該阻障層之間維持電性偏壓。反應性濺鍍可在反應室之內簡易地進行，其中在既已大致自反應室移除空氣後會將氮氣的反應性氣體(亦即含有氮氣原子或離子的反應性氣體)與Ar的工作氣體引入至反應室內。

在其中TiAlN的電性偏壓沉積為所選定之保護性鍍層沉積方法的情況下，欲於該來源與該阻障層間維持適當偏壓會因該氧化鋁阻障層的絕緣性質之故而為複雜。根據本揭示，可藉由修改或補充該阻障層的組成成分或結構以提供設置在該阻障層之上或之內的導電範圍來解決其難處。

本揭方法中用以達到此一結果的具體實施例包含其中沉積該阻障層之步驟包含將非反應性濺鍍於阻障層的鑄造表面上，其中該阻障層含有非晶態氧化鋁及金屬鋁的導電混合物。然後再將金屬Al或AlTi連附層沉積於該導電阻障層上。如此所提供的鋁/氧化鋁阻障層據信在氧化鋁矩陣中含有經互連的鋁奈米粒子。該Al或AlTi連附層可改善該阻障層與該保護性TiAlN鍍層之間的黏附性。利用本方法所獲致的鑄模為其中含鋁金屬連附層係經設置在該阻障層與該保護性表面鍍層之間，並且其中該導電範圍含有包含互連鋁金屬相段的阻障層或其一局部。

圖式中的圖4呈現根據本項具體實施例所提供具有導電阻障層之玻璃構成鑄模的末端表面之升高略視圖，然未依真實比例或刻度而繪。即如圖4所示，該鑄模的結構包含鑄模本體10a；導電Al-Al₂O₃阻障層22，此者設置在鑄造表面10a上；AlTi連附層22a，此者位於該阻障層上；以及TiAlN保護性鍍層14，此者設置在該連附層上。這種建構方式之鑄模的典型覆層厚度對於Al/Al₂O₃複合阻障層為200-1500nm，對於TiAlN保護性鍍層為1000-1500nm，並且對於Al或AlTi連附層為1-2nm。

一種用以提供對於經電性偏壓TiAlN沉積之類似結果的替代方法是包含一種方法，其中沉積該阻障層之步驟包含在該鑄模表面上汽相沉積經摻質以ZnO的非晶態氧化鋁導電層。所獲鑄模為其中該導電範圍為該阻障層的整體或其一局部含有ZnO摻質物，並且其中在該阻障層與該表面鍍層之間設置有氮氧化鋁鈦過渡層。

圖式中的圖5呈現根據本項具體實施例具有導電ZnO摻質的氧化鋁阻障層之玻璃構成鑄模的末端表面之一局部的升高略視圖，然未依真實比例或刻度而繪。圖5鑄模內包含鑄模本體10，此者具有金屬鑄造表面10a；導電ZnO摻質的氧化鋁阻障層32，此者設置在該鑄造表面上；梯度Al2O3-AlN過渡層12a，此者設置在該阻障層上；以及TiAlN保護性鍍層14，此者設置在該過渡層上。此建構方式之鑄模的適當覆層厚度對於ZnO-Al₂O₃阻障層為200-1500nm，對於梯度Al2O3-AlN過渡層為10-300nm，並且對於TiAlN保護性鍍層為1000-1500nm。

又另一種用以進行經電性偏壓之TiAlN鍍層沉積的方法包含一步驟，即在沉積該TiAlN保護性表面鍍層之前先在該阻障層上並在該鑄造表面的至少一局部上沉積導體金屬中介層。一種用以構成此一結構的方法為在沉積該氧化鋁阻障層之前先遮蔽該鑄造表面的邊緣局部，然後在將該導體金屬中介層沉積於該阻障層和該鑄造表面的至少一局部上之前先移除該遮罩。適用於這些具體實施例的導體金屬層包含含有TiAl合金的金屬層。自本方法實作所獲得的鑄模為其中該導電範圍含有設置在該阻障層上的導體金屬層並且電性接觸於該鑄造表面。

圖式中的圖6呈現根據本項具體實施例在該阻障層上併入導體金屬層之玻璃構成鑄模的末端表面之一局部的升高略視圖，然未依真實比例或刻度而繪。圖6的鑄模含有鑄模本體10，此者具有金屬鑄造表面10a；氧化鋁阻障層12，此者設置在該鑄造表面上；導電TiAl合金中介層42，此者設置在該阻障層上然與該鑄造表面10a相接觸；以及TiAlN保護性鍍層14，此者設置在該導體中介層上。這種鑄模建構方式的適當覆層厚度對於Al₂O₃阻障層為200- 1500nm，對於導體金屬中介層為20-100nm，並且對於TiAlN保護性鍍層為1000-1500nm。即如前述，根據本揭示所提供的方法包含用以自本揭耐火性鑄造機具製作擁有直接鑄造光學拋光表面之玻璃物項的方法。此等方法包含提供軟化鹼矽酸鋁玻璃的進料，並且利用具有保護性抗氧化及抗侵蝕金屬氮化物，像是TiAlN，表面鍍層的鑄模以將該軟化進料塑形為玻璃物項。對於消費性電子應用項目而言，該軟化玻璃進料通常是按玻璃片的形式，並且塑形該進料包含將該玻璃片再構形為用於顯示器覆蓋玻璃而具有光學表面拋光的塑形薄片。

在特性具體實施例裡，塑形該進料以提供具有光學表面拋光之玻璃產品的步驟包含在10¹⁰至10^7.5poises的玻璃黏度範圍內將該玻璃進料及該鑄模按壓合一。要在鹼矽酸鋁顯示器玻璃裡達到此等黏度通常牽涉到在待予鑄造玻璃中維持高於750oC的溫度。

在根據尤其適用於顯示器玻璃應用項目之本揭鑄造方法的具體實施例裡，該矽酸鹽玻璃進料是由具有至少重量百分比10且至少800oC軟化點溫度之鹼金屬氧化物內含物的矽酸鋁玻璃所組成。對於經濟性實作，用以將該玻璃片或其他進料塑形成光學拋光玻璃物項的鑄模包含具有鑄造表面的鑄模本體，此表面主要含有自包含如下項目之群組所選定的金屬，即鐵、鎳、鉻、銅，其等的混合物及其等的合金，該鑄模表面係經設置有主要含有氮化鈦鋁的保護性表面鍍層。

根據本揭示之光學拋光玻璃片產品的經濟性生產要求用於製造的鑄模提供能夠具有延長的服務壽命。為此目的，本揭鑄造方法的具體實施例是以一種鑄模所實作，其中在該鑄造表面與該保護性表面鍍層之間設置含有非晶態氧化物的擴散阻障層，該阻障層係用以穩定該鍍層阻抗於可能因金屬在高溫處自該金屬鑄造表面進入到該保護性鍍層內之擴散所導致的劣化結果。

即如前述，根據本揭示的玻璃片製造是以一種鑄模所最佳實作，其中該等鑄模上的保護性表面鍍層擁有不超過25nm的RMS表面粗糙度。此等鍍層可有效地供以製造具有類似或較低表面粗糙度，亦即大致不含光學瑕疵的玻璃表面，的光學拋光玻璃片。

本揭方法及機具雖既已按照適用於其等實際應用項目之材料、產品及製程的特定範例所說明，然將能瞭解該等範例僅為示範目的所呈現，並且確可調適該等所揭示方法及機具的各式修改以供運用在類似或其他應用項目而仍歸屬於後載申請專利範圍的範疇內。

10．．．鑄模

10a．．．金屬鑄造表面

12．．．非晶態氧化鋁阻障層

12a．．．梯度Al₂O₃-AlN過渡層

14．．．TiAlN保護性鍍層

22．．．導電Al-Al₂O₃阻障層

22a．．．AlTi連附層

32．．．導電ZnO摻質氧化鋁阻障層

42．．．導電TiAl合金中介層

後文中將參照於隨附圖式以詳細說明根據本發明所提供之機具與方法的示範性具體實施例，其中：

圖1為在氮化物保護性鍍層裡金屬濃度相對於深度的點繪圖；

圖2為在氧化鋁阻障層裡金屬濃度相對於深度的點繪圖；

圖3為第一玻璃構成鑄模的略視圖；

圖4為第二玻璃構成鑄模的略視圖；

圖5為第三玻璃構成鑄模的略視圖；以及

圖6為第四玻璃構成鑄模的略視圖。

10．．．鑄模

10a．．．金屬鑄造表面

12．．．非晶態氧化鋁阻障層

12a．．．梯度Al₂O₃-AlN過渡層

14．．．TiAlN保護性鍍

Claims (29)

1. 一種耐火性機具，含有金屬的機具本體、保護性的表面鍍層、含氧化鋁的擴散阻障層以及金屬氮氧化物過渡層，其中該擴散阻障層設置在該機具本體上且介於該機具本體與該保護性的表面鍍層之間，該金屬氮氧化物過渡層設置在該擴散阻障層與該保護性的表面鍍層之間，該機具本體具有一表面，該表面主要由金屬所組成，該金屬係選自由鐵、鎳、鉻、銅、前述金屬的混合物以及前述金屬的合金所組成之群組，而且該保護性的表面鍍層是金屬氮化物鍍層，在達800℃之使用溫度可抗機械性、侵蝕性和氧化性表面損傷。
2. 如申請專利範圍第1項所述之耐火性機具，其中該金屬氮化物鍍層主要由氮化鈦所組成。
3. 一種玻璃構成用鑄模，其包含具有金屬的鑄造表面的鑄模本體、耐火性的金屬氮化物表面鍍層、擴散阻障層以及金屬氮氧化物過渡層，其中該耐火性金屬氮化物表面鍍層係設置於該鑄造表面的至少一局部上，該擴散阻障層含有非晶態氧化鋁且設置在該鑄造表面與該金屬氮化物表面鍍層之間，該金屬氮氧化物過渡層設置在該擴散阻障層與該金屬氮化物表面鍍層之間。
4. 如申請專利範圍第3項所述之鑄模，其中該鑄造表面主要由選自鐵、鎳、鉻、銅、前述金屬的混合物以及前述金屬的合金所組成群組的金屬所組成，並且其中該表面鍍層主要由氮化鈦鋁所組成。
5. 如申請專利範圍第4項所述之鑄模，其中該鑄模是由金屬所 形成，該金屬係選自由鑄鐵、鋼材、鋼材合金、不銹鋼合金及鎳合金所組成的群組，其中該表面鍍層具有低於1的Ti：Al原子比例，且其中Al包含不超過該表面鍍層之總Al+Ti內含物重量的70%。
6. 如申請專利範圍第4項所述之鑄模，其中該表面鍍層具有不超過25nm的RMS表面粗糙度。
7. 如申請專利範圍第4項所述之鑄模，其中在該擴散阻障層與該表面鍍層之間設置有氮氧化鋁過渡層或氮氧化鋁鈦過渡層。
8. 如申請專利範圍第7項所述之鑄模，其中該表面鍍層具有至少1μm的厚度，該過渡層具有至少10nm的厚度，並且該擴散阻障層具有至少200nm的厚度。
9. 如申請專利範圍第3項所述之鑄模，其中該鑄造表面的至少一局部係經鎳電鍍層塗層。
10. 如申請專利範圍第3項所述之鑄模，其中該鑄模包含經設置在該擴散阻障層之上或之內的導電範圍。
11. 如申請專利範圍第10項所述之鑄模，其中該導電範圍包含位於在該擴散阻障層之至少一局部內的互連鋁金屬相，並且其中一金屬連附層係經設置在該擴散阻障層與該表面鍍層之間。
12. 如申請專利範圍第10項所述之鑄模，其中該導電範圍包括該擴散阻障層中含有ZnO摻質物的至少一局部，並且其中該擴散阻障層與該表面鍍層之間設置有氮氧化鋁鈦過渡層。
13. 如申請專利範圍第10項所述之鑄模，其中該導電範圍含有 經設置在該擴散阻障層上並且電性接觸於該鑄造表面的導體金屬層。
14. 一種用以製造玻璃構成用鑄模的方法，該方法包含下列步驟：(i)選定具有鑄造表面的鑄模本體，此鑄造表面主要由金屬所組成，該金屬係選自由鐵、鉻、鎳、銅、前述金屬的混合物以及前述金屬的合金所組成的群組；(ii)將氧化物的擴散阻障層沉積於該鑄造表面的至少一局部上；(iii)將金屬氮氧化物過渡層沉積於該擴散阻障層上；以及(iv)將金屬氮化物表面鍍層沉積在該擴散阻障層上。
15. 如申請專利範圍第14項所述之方法，其中沉積該擴散阻障層的步驟包含沉積含有非晶態氧化鋁的覆層。
16. 如申請專利範圍第14項所述之方法，其中沉積該表面鍍層的步驟包含沉積主要由氮化鈦鋁所組成的鍍層。
17. 如申請專利範圍第16項所述之方法，其中該表面鍍層是藉由來自一Ti-Al來源的反應濺鍍所沉積，並且其中執行該濺鍍處理並同時在該來源與該擴散阻障層之間維持電性偏壓。
18. 如申請專利範圍第15項所述之方法，其中在沉積該表面鍍層之前，更包含在該擴散阻障層上沉積金屬氮氧化物過渡層的步驟。
19. 如申請專利範圍第18項所述之方法，其中沉積該過渡層的步驟包含在一氣體大氣中進行汽相沉積步驟，並且其中在該汽相沉積步驟過程中該氣體大氣裡的氧氣內含物減少而氮氣內含物增加。
20. 如申請專利範圍第15項所述之方法，其中沉積該擴散阻障 層的步驟包含非反應性地濺鍍含有非晶態氧化鋁和金屬鋁之導電混合物的一層，並且之後在該導電混合物上沉積Al或AlTi連附層。
21. 如申請專利範圍第15項所述之方法，其中沉積該擴散阻障層的步驟包含汽相沉積經摻質以ZnO之非晶態氧化鋁的導電層。
22. 如申請專利範圍第15項所述之方法，其中在沉積該表面鍍層之前，更包含在該擴散阻障層上並在該鑄造表面的至少一局部上沉積導體金屬中介層的步驟。
23. 如申請專利範圍第14項所述之方法，其中該導體金屬中介層含有鈦鋁合金。
24. 一種用以製作具有光學表面拋光之玻璃物品的方法，該方法包含下列步驟：提供軟化矽酸鹽玻璃的進料，並且利用鑄模將該進料塑形為玻璃物品，其中該矽酸鹽玻璃為具有超過重量百分比5之鹼金屬氧化物內含物的矽酸鋁玻璃，並且該鑄模包含金屬鑄造表面、金屬氮化物表面鍍層、擴散阻障層以及金屬氮氧化物過渡層，其中該金屬氮化物表面鍍層設置在該金屬鑄造表面的至少一局部上，此鍍層可抗達至少800℃溫度的鹼性侵蝕及氧化損傷，該擴散阻障層包含非晶態氧化鋁且設置在該金屬鑄造表面與該金屬氮化物表面鍍層之間，該金屬氮氧化物過渡層設置在該擴散阻障層與該金屬氮化物表面鍍層之間。
25. 如申請專利範圍第24項所述之方法，其中該矽酸鹽玻璃為具有至少重量百分比10以及至少800℃軟化點之鹼金屬氧化 物內含物的矽酸鋁玻璃。
26. 如申請專利範圍第24項所述之方法，其中該金屬鑄造表面主要由金屬所組成，該金屬係選自由鐵、鎳、鉻、前述金屬的混合物以及前述金屬的合金所組成的群組，並且其中該金屬氮化物表面鍍層主要由氮化鈦鋁所組成。
27. 如申請專利範圍第24項所述之方法，其中該玻璃物品為玻璃片，並且其中該表面鍍層具有不超過25nm的RMS表面粗糙度。
28. 如申請專利範圍第27項所述之方法，其中該玻璃片實質上不含光學瑕疵，並且其中該塑形步驟包含在10¹⁰至10^7.5poises的玻璃黏度範圍內將該玻璃進料及該鑄模按壓合一。
29. 如申請專利範圍第28項所述之方法，其中是在高於750℃的玻璃塑形溫度處進行該塑形步驟。