第三章 研究流程與初步實驗介紹
3.3 模仁材料選擇
模仁材料選擇將依據(1)參考文獻中使用過的材料：包括碳化鎢和玻璃 碳兩種材料；和(2)較容易製作出微結構的材料：鎳鈷合金，等三種材料進 行可行性之探討，將分別介紹如下。
3.3.1 碳化鎢材料介紹
碳化鎢為一般業界常使用之模仁材料，優點為在重複且急速升降溫過 程中，表面不易產生變形、裂痕與氧化作用，且具有高剛性、耐衝壓強度 與高硬度等特性，所以在玻璃熱壓非球面透鏡製程中常使用為模仁材料。
圖 3.12 為碳化鎢模仁外觀圖。
由本實驗室先前研究之論文也指出，碳化鎢在真空下進行玻璃熱壓實 驗後，透鏡成品不會有沾黏與析出物之現象，可成功製作表面品質良好之 透鏡成品[6]，為一適合做為玻璃熱壓模仁之材料，所以本研究初步選用其 做為微結構加工可行性探討的材料之一。表 3.1 為本實驗所使用之碳化鎢 材料性質。
圖 3.12 碳化鎢模仁外觀圖[6]
表 3.1 碳化鎢材料性質 碳化鎢
比重（g/cm3） 13.9
硬度（HV） 1600
抗折力（GPa） 2.5
壓縮強度（GPa） 5.9
熱膨脹係數（×10-6/K） 6（20~150℃）
熱傳導率（W/m‧K） 67
3.3.2 玻璃碳(Glassy Carbon)材料介紹
玻璃碳(Glassy Carbon)的構成元素為碳(Carbon)，因其結構和玻璃一樣 都為非結晶型態，故稱為玻璃碳。玻璃碳同時兼有碳和玻璃的特型，在熱 性質和導電性質方面與其他碳元素的材料並無太大差別；在結構方面則和 玻璃一樣緻密呈不透氣性，機械性質也和玻璃相似具有玻璃形狀的斷口和 光澤。
文獻[5~9]指出，由於玻璃碳具有良好的氣密性、不易產生化學反應、
易於拋光成鏡面和熱膨脹係數小等優點，所以適合使用於玻璃熱壓成形之 模仁。
由於玻璃碳為本實驗室不熟悉之材料，所以本研究向 SPI 公司購買生 產型號SPI-Glas™ 10 的玻璃碳材料，進行材料耐熱與熱壓實驗，實驗詳細 內容請見附錄 A，玻璃碳外觀如圖 3.13。加熱與熱壓實驗結果顯示，玻璃 碳材料高溫穩定性佳，且在真空下進行加熱與熱壓實驗後表面品質保持良 好，不易與玻璃產生沾黏反應，為一適合玻璃熱壓的模仁材料。
圖 3.13 玻璃碳外觀圖
表 3.2 玻璃碳的性質[25]
玻璃碳(Glassy Carbon)
密度(g/cm3) 1.54
最高工作温度 (°C) 1100
開放式孔洞 (%) 0
滲透係數 (cm2/s) 10-11
維氏硬度 (HV) 340
撓曲强度(N/mm2) 210 耐壓强度(kN/mm2) 580 楊氏係數 (kN/mm2) 35 熱膨脹係數 (20 - 200°C)， (1/K) 3.5 x 10-6
熱傳導率 (30°C), (W/(K.m) 4.6
3.3.3 電鑄鎳鈷合金簡介
鎳鈷合金(Ni-Co alloy)為一種新發展的塑膠射出模具材料，比起傳統鎳 金屬塑膠射出模具有更高的硬度、耐熱性和耐磨性等優點；在微結構模仁 製作方面，可先使用超精密加工機加工出其他材料之母模後，再利用電鑄 的技術快速生產精度良好之鎳鈷合金模仁，達成降低微結構模仁製作成本 之目的。
電鑄是利用電解原理將電解液中的金屬離子還原為金屬，並使之沉積 在陰極的表面。所以將欲鑄的金屬材料置於陽極，而被鑄的物體則接於陰 極，以欲鑄金屬離子的電解質溶液作為電鑄液。若為非導體之電鑄，須於 被鑄體之表面塗上一層導電層，便可將欲鑄的金屬電鑄在被鑄體上。[26]
電鑄技術的優點在於能百分之百複製精度，如光學鏡面的複製；表面 細紋複雜的複製；傳統加工方法製作不易或製作成本太高之模具複製；希 望透過大量翻製，縮短製程時間等。
本實驗所使用鎳鈷合金電鑄材料為儀科中心所提供，其成分比例為 Ni-80%；Co-20%，圖 3.14為儀科中心電鑄設備外觀圖。
圖 3.14電鑄設備外觀圖