第二章 文獻回顧
2.4 改善模造結果之方法
US Patent 20040211221[15]，在模具表面濺鍍一層氧化物膜層，
其成份是氧化鋁、氧化釔及氧化鋯，三成份之間有一定的比例關係以 達到最佳效果，此膜層可抵抗高溫沾粘反應且硬度高可增加模具磨耗 壽命而厚度為10～50 奈米。
圖 2.17 模具表面鍍層[15]
US Patent 20060065018[16]，在 SiC 模具上塗佈一貴金屬膜作為 抵抗玻璃沾黏，並且在下模仁設置冷卻水通道，當脫模時模仁溫度比 玻璃透鏡要來的低，脫模較為容易，因此對模仁損傷減少，可增加模 具之模造壽命如圖2.18。
圖2.18 冷卻水通道之設計與塗佈貴金屬層[16]
US Patent 20050028558[17]，研究不同玻璃材料對模仁之溼潤
性 ， 結 果 發 現 當 在 玻 璃 材 料 上 鍍 一 層 脫 模 功 能 膜(Mold Release Functional Film)，其表面能低於 55 mJ/m2，可有效減少與模仁間摩擦 改善其脫模能力(Releasability)，經模造後可獲得表面精度優異的非球 面透鏡。
Hosoe 等人[10]認為玻璃材料和模具分開加熱，模具溫度比玻璃 溫度低，可改善沾黏問題。
US Patent 6003338[18]提到模具與玻璃預形體不須一起加熱至等
溫狀態才可進行模造，只要將模具升溫至相當於玻璃黏滯係數109～ 1011 dPaS，玻璃預形體加熱黏滯係數 105～107 dPaS 即可模造，模造 過程中玻璃預形體會先放置圖2.19(a)所示之模具預熱，經一夾置具放
玻璃軟化點後開始進行壓製，經持壓4 秒後模具以 1 ℃/s 進行冷卻，
此製程模具溫度比預形體溫度低，導致玻璃會快速冷卻，而當冷卻至 玻璃鏡片中心點溫度與鏡片表面達平衡時，此時玻璃鏡片之冷卻速率 會約等同模具冷卻速率，藉由此方式可克服其他模造製程所發生玻璃 變形量不足導致的形狀缺陷，或者是氣體殘存於玻璃表面而影響成形 精度。此法也較玻璃預形體與模具同時加熱更具有效率，時間的耗費 上減少許多。
(a) (b)
圖2.19 (a)預熱玻璃預形體之模具 (b)置入預熱後玻璃預形體開始進 行模造示意圖[18]
一般模造溫度大多建議設定高於玻璃轉移溫度 30℃即黏滯數在 107～109 Poises，進行熱壓時模仁與玻璃球溫度不一定相同，Hoya[19]
對熱壓模具的設定溫度(或該溫度玻璃的黏滯係數)及對玻璃球之間
黏滯係數做出建議如表2.10，從表中可看到當在玻璃預形體黏滯係數 107～109 Poises，模具溫度設定在相當於玻璃黏滯係數為 109～1011 Poises 時的溫度，可壓製出較佳的精密光學玻璃透鏡。而上模溫度需
高於下模溫度，有助於其透鏡脫模，但會發生成形玻璃透鏡吸附掉落 現象(Fall-down)。上下模溫差為 2～15℃之間，設定模造壓力為 50～
250 kg/cm2 為較適合模造條件。過小壓印力會無法使玻璃透鏡成形，
反之壓力過大會產生持久應變與過多殘留應力發生。當然設定較高溫 熱壓可降低荷重及縮短加壓時間，但易降低模具使用壽命，沾黏問題 也愈嚴重。熱壓成形後也必須進行緩慢的冷卻退火以消除應力，太快 冷卻速率會間接影響成形鏡片精度。
Pressing Mold Temper-
ature(℃)
460 480 500 520 540 560 605
Temper- ature(℃)
Glass Viscosity (dPaS)
1013 1012 1011 1010 109.0 108.0 107.0
700 104.0 Radial line marks Bubbl-ing 660 106.0
Good Slight Radial
Line Marks
Radial Line Marks 620 107.0
580 108.0 540 109.0
Defec-tive Exten-sion
Good Slow Deformation
Good
Good Slight Radial Line Marks
500 1010
Defec- tive Exten- Sion
Good Slow Deformation
Radial Line Marks
Preform
460 1011
Crack-ing Defective extension 表 2.10 熱壓模仁和玻璃球之間相對黏滯係數[19]
模造玻璃透鏡玻璃高粘滯度與成形溫度是決定透鏡形狀精度的 關鍵要素[20]。圖 2.20 是玻璃的溫度與熱膨脹量的特性曲線，在轉移 溫度以下玻璃預形體受到破壞無法成形，須在降伏點以上，當軟化點 附近模造時，雖玻璃變形量提高，但在冷卻時收縮量也會隨之增大，
壓製出成品易產生裂紋與凹斑，所以透過圖2.21 所示二段式成形法，
其原理是玻璃於軟化點進行一次壓製，再當退火至轉移點時再施以二 次壓力作為補償，減少上述缺陷的發生，可大幅改善玻璃透鏡之精度 (圖 2.22)。
圖2.20 玻璃的溫度與熱膨脹量的特性曲線[20]
圖 2.21 二段加壓成形法原理示意圖[20]
圖 2.22 經二段加壓成形後成形效果[20]