光學玻璃微熱壓實驗

在設備進行改善後便可著手切入至光學玻璃微結構熱壓成形製程研究的部 分。本研究中嘗試以成形溫度較低之KRS-5 以及 S-FPL53 之玻璃材料，分別在 365°C 以及 500°C 的溫度下成形微結構；模仁基底材料為鎳，微結構為連續之 V 型溝槽，其間隔為 50μm，高度及寬度皆為 50μm，模仁尺寸為 1cm×1cm，於其 上鍍氮化鋁鈦(TiAlN)，模仁之微結構如圖 50 所示。成形後微結構如圖 51 與圖 52 所示，可看出玻璃可成功地成形 V 型微結構，也證明熱壓具有一定之轉印性。

圖 50 模仁上之微結構

圖 51 經熱壓成形後產生在光學玻璃上 KRS-5 之微結構

圖 52 經熱壓成形後產生在光學玻璃 S-FPL53 上之微結構

除 V 型結構轉印試驗之外，另利用了財團法人國家實驗研究院儀器科技研 究中心提供之塑膠射出成型之Stavax 模仁如圖 53，再由電鑄翻模之方式成型微 結構模仁，電鑄材料為 Ni-Co 合金，微結構的設計尺寸如圖 54，為軸對稱的 Fresnel 透鏡設計。

圖 53 Stavax 模仁

圖 54 Stavax 模仁之 Fresnel 設計規格

微熱壓實驗用玻璃為編號為 L-BAL42 的玻璃，玻璃轉移點溫度為 506℃。

實驗相關參數如表 6。

表 6 玻璃微熱壓實驗參數

玻璃材料 L-BAL42 升溫時間 930sec 上模仁材質 UM 持溫時間 30min 下模仁材質 Ni-Co 合金 荷重(N) 1960

溫度設定

（℃） 568 荷重速率

(N/min) 490

模造氣氛 真空 脫模溫度（℃） 568

實驗結果敘述如下：

圖 55、圖 56、圖 57 分別為實驗前 Ni-Co 模仁、實驗後 Ni-Co 模仁與玻璃 熱壓成品，由圖中可看出Ni-Co 模仁熱壓後有明顯表面劣化情形產生，熱壓期間 模仁結構並無全部接觸到玻璃試片，圖 56 模仁中央較光亮部分為熱壓期間有接 觸到玻璃試片部份，邊緣較暗淡部分為沒有接觸到玻璃試片部份，玻璃熱壓成品 部分則在結構邊緣有破損碎裂之情形。

圖 57 玻璃熱壓成品

配合光學顯微鏡與表面輪廓粗度儀之量測，光學顯微鏡拍攝如圖 58、圖 59、圖 60，可看出模仁 fresnel 結構在熱壓實驗後有變形與破損之情形，結構溝 槽邊緣也比實驗前來得明顯不平整，在玻璃成品部分，fresnel 溝槽部分也如實驗 後之Ni-Co 模仁邊緣有凹凸不平之現象。

表面輪廓粗度儀量測如圖 61、圖 62、圖 63，Ni-Co 模仁熱壓實驗後中央 有與玻璃試片接觸部份產生形變，結構向下凹陷之狀況，而玻璃成品部份可看出 玻璃並無完全轉印模仁之結構，在形狀上與模仁並不完全相同。

圖 58 Ni-Co 模仁實驗前,左圖為結構中央處，右圖為 fresnel 溝槽結構部份

圖 59 Ni-Co 模仁實驗後，左圖為結構中央處，中圖為模仁 fresnel 溝槽結構有接 觸玻璃處，右圖為中圖為模仁fresnel 溝槽結構無接觸玻璃處

圖 60 玻璃熱壓成品，左圖為結構中央處，右圖為 fresnel 溝槽結構部分

圖 61 實驗前 Ni-Co 模仁表面粗度輪廓儀量測

圖 62 實驗後 Ni-Co 模仁表面粗度輪廓儀量測

圖 63 玻璃熱壓成品表面粗度輪廓儀量測

再由表面粗度輪廓儀之結果放大觀察，如圖 64，由上而下三排圖為實驗前 模仁、實驗後模仁與玻璃成品，其中最右之圖為結構中央處，圖依序向左為結構 向外圈延伸之對照。可看出熱壓實驗後Ni-Co 模仁有與玻璃接觸之結構高度有明 顯下降，外圍沒有與玻璃接觸之高度無明顯之變化，在玻璃試片方面，轉印後結 構之高度從中央至外圍，比起無論是實驗前或實驗後之 Ni-Co 模仁結構都來得 小，並且尖端部分成圓弧形，與模仁尖端部分呈銳利形狀不同。

熱壓實驗前Ni-Co 模仁

熱壓實驗後Ni-Co 模仁

熱壓後玻璃成品

圖 64 表面粗度輪廓儀放大結果

經由實驗結果分析歸納出以下幾點：

(1)Ni-Co 模仁在熱壓實驗後表面有劣化情形產生，由本來光亮之表面在實驗 後呈現黯淡情形。

(2)玻璃成品邊緣呈現破損缺片之情形，可能為加壓、脫模或冷卻時產生之 情況，需改變實驗加壓、脫模或冷卻等參數來解決破損之情況。

(3)Ni-Co 模仁在熱壓實驗後結構幾何形狀發生明顯之形變，熱壓過程造成結 構向下凹陷且邊緣溝槽呈現凹凸不平之情形，顯示Ni-Co 合金模仁在 568℃溫度 下做熱壓實驗，模仁會被玻璃試片擠壓產生不可恢復之變形，改善方法可在模仁 表面鍍上耐熱硬膜層強化結構之強度，或者電鑄更厚之Ni-Co 合金模仁加強其耐 壓強度。

(4)玻璃轉印性方面，本實驗之實驗參數無法使玻璃在熱壓過程完全填充於 模仁結構之間，使得玻璃成品結構填充性不足，未來需再改變實驗之如升溫溫 度、持壓時間、荷重、荷重速率等參數來探討玻璃轉印性之情形。