(57)【要約】  成形型本体と高温窒化物コーティング安定性のためのコーティングとの間に随意的なアルミナバリア層が配置された、保護金属窒化物表面コーティング（１４）を備えたガラス成形器具（１０）を含む、耐火性ガラス成形器具は、８００℃以上の成形温度で耐火性アルカリアルミノケイ酸塩ガラスからの情報ディスプレイ用カバーガラスなどの光学仕上げガラス製品の直接成形による製造にとって特別な利点を提供する。
2013536152.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
鉄、ニッケル、クロム、銅、およびその混合物からなる群より選択される金属から主になる金属成形表面と、該成形表面の少なくとも一部の上に配置された、８００℃までの使用温度で機械的、腐食性、および酸化の表面損傷に対して耐性のある耐火性金属窒化物表面コーティングと、前記成形表面と前記表面コーティングとの間に配置された非晶質酸化アルミニウムから構成された拡散バリア層とを有する成形型本体を含むガラス成形型。
【請求項２】
前記成形型が、鋳鉄、鉄鋼、合金鋼、ステンレス鋼、およびニッケル合金からなる群より選択される金属から形成され、前記表面コーティングが、
（ｉ）  ２５ｎｍ以下のＲＭＳ表面粗さを有し、
（ｉｉ）  １未満のＴｉ：Ａｌ原子比を有し、
（ｉｉｉ）  Ａｌが、前記コーティングの全Ａｌ＋Ｔｉ含有量の７０質量％以下を占める、
窒化チタンアルミニウムコーティングである、請求項１記載の成形型。
【請求項３】
前記拡散バリア層上またはその中に配置された導電性領域を含む、請求項１記載の成形型。
【請求項４】
ガラス成形型を製造する方法であって、（ｉ）鉄、クロム、ニッケル、銅、その混合物、およびその合金からなる群より選択される金属から主になる成形表面を有する成形型本体を選択する工程、（ｉｉ）前記成形表面の少なくとも一部の上に酸化アルミニウム拡散バリア層を堆積させる工程、および（ｉｉｉ）前記拡散バリア層上に窒化チタンアルミニウム表面コーティングを堆積させる工程を有してなる方法。
【請求項５】
前記成形表面上に前記拡散バリア層を堆積させる工程が、非晶質酸化アルミニウムから構成される層を堆積させる工程を含む、請求項４記載の方法。
【請求項６】
前記拡散バリア層上またはその中に導電性領域を設ける工程を含む、請求項４記載の方法。
【請求項７】
光学表面仕上げを有するガラス物品を製造する方法であって、軟化されたケイ酸塩ガラスの装填物を提供し、該装填物を、成形型を使用してガラス物品に成形する各工程を有してなり、前記ケイ酸塩ガラスが、アルカリ金属酸化物の含有量が５質量パーセントを超えるアルミノケイ酸塩ガラスであり、前記成形型が、少なくとも８００℃の温度までアルカリ腐食および酸化損傷に対して耐性である金属窒化物表面コーティングが設けられた金属成形表面を含む、方法。
【請求項８】
前記ケイ酸塩ガラスが、少なくとも１０質量パーセントのアルカリ金属酸化物含有量および少なくとも８００℃の軟化温度を有するアルミノケイ酸塩ガラスである、請求項７記載の方法。
【請求項９】
前記成形表面が、鉄、ニッケル、クロム、およびその混合物と合金からなる群より選択される金属から主になり、前記表面コーティングが窒化チタンアルミニウムから主になり、前記成形表面と前記表面コーティングとの間に、非晶質酸化アルミニウムから構成された拡散バリア層が配置されている、請求項８記載の方法。
【請求項１０】
前記ガラス物品がガラス板であり、前記表面コーティングが、２５ｎｍ以下のＲＭＳ表面粗さを有する、請求項９記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【関連出願の説明】
【０００１】
本出願は、その内容が依拠され、ここに全てが引用される、２０１０年８月２４日に出願された米国特許出願第１２／８６２０１４号の米国法典第３５編第１２０条の下での優先権の恩恵を主張するものである。
【技術分野】
【０００２】
本開示は、軟化点の高いケイ酸塩ガラスからのガラス物品の製造に関し、より詳しくは、高温でそのようなガラスを成形するための耐久性器具に関する。
【背景技術】
【０００３】
高軟化点ガラスから複雑な形状のガラス物品を形成するのは、そのガラスをうまく成形するのに必要な高い成形温度のために骨の折れることである。特に、情報ディスプレイ（テレビ、コンピュータモニタ、および携帯電話などの携帯型電子装置、並びにホワイトボード、パッド式コンピュータ、および最新式の手持ち式装置を含む大型と小型の情報ディスプレイのためのタッチスクリーン）のためのカバーガラス板製品を製造するために使用される耐火性アルミノケイ酸塩ガラスを含む、最新式の家庭用電化製品の用途に使用される種類の工業用ガラスは、８００℃以上の軟化点および／または成形温度を有することがある。そのような温度では、成形型およびダイなどの従来のガラス成形器具は、表面酸化、機械的磨耗、化学的腐食、および／または成形型表面の組成または微細構造における温度誘発変化によって、急激に損傷を受ける。これらの変化は、成形型が、使用中に低温から高温へ繰り返し循環されるにつれて、次第に酷くなり得る。
【０００４】
ナトリウムなどのアルカリ金属成分を相当な濃度（例えば、５質量％以上）で含有する耐火性ガラスが特に問題である。アルカリ金属は、高いガラス成形温度で非常に移動性かつ反応性であり、成形されたガラス製品の表面品質を許容できないほど低下させてしまう成形型表面の劣化を生じ得る。
【０００５】
家庭用電化製品の製造業者は、情報ディスプレイに使用するために供給されるガラス板製品が、光学表面仕上げがなされた状態で納品されることを要求している。家庭用電化製品の製造業者の経済状態では、成形後仕上げコストを負担する余裕がなく、また３次元曲率を有する板製品が要求される場合には、そのような仕上げは現実的でさえない。
【０００６】
耐久性のあるガラス成形器具のコストは、ディスプレイ用カバーガラスの製造の経済性に影響を与えるさらに別の要因である。成形されたディスプレイ製品における厳しい寸法公差並びに光学表面品質を維持する必要があることは、低コストの製造を可能にするために、長期の使用期間を提供する器具が必要とされることを意味する。例えば、鉄、鉄鋼、もしくは鉄、ニッケル、クロムまたは銅を含む合金から製造される金属製ガラス成形器具は、高温で適切な寸法安定性を提供できるが、６００℃ほど低い温度での表面酸化などの問題、および８００℃に近い温度での反応性ガラス成分との腐食性相互作用によるガラスとの付着を被る。これらの問題のいずれも、成形ガラス製品における光学表面品質を許容できないほど劣化させ得る。
【０００７】
シリカ、アルミナ、ＷＣ、ＴｉＣ、ＴｉＮ、ＳｉＣ、ＳｉＮなどのセラミック材料、またはＳｉａｌｏｎなどの窒化ケイ素合金から成形される耐火性非金属成形型は、良好な高温寸法安定性を提供できるが、金属成形型よりもコストがずっと高い。その上、そのような成形型は、高い成形温度でアルカリ含有ガラスと反応し、成形ガラスの表面仕上げを悪化させるガラスの付着を生じ得る。さらに、ガラスの離型特性または耐食性を改善するためにそのような成形型に施されてきた、ＴｉＡｌＮ、ＴｉＡｌＮ／ＺｒＮ、Ａｌ2Ｏ3（酸化アルミニウム、アルミナ）、ＧａＮ貴金属、貴金属合金、および貴金属希土類合金などの表面コーティングは、さらにコストを増し、一般に、約７００℃超の使用温度で成形性能を向上させる上で効果的であることが示されていない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
したがって、低コストで調達でき、高温で寸法安定性であり、長期の使用期間に亘り８００℃以上の成形温度で光学仕上げ表面を有する成形製品を提供できる成形表面を含む、経済的なガラス成形器具が依然として必要とされている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本開示は、耐火性保護コーティングを含むガラス成形器具およびその製造方法と使用方法を包含する。保護コーティングは、長期間の熱サイクルに亘り熱安定性であり、腐食性の高軟化点ガラスとの接触による損傷に対して耐性であり、８００℃ほど高い成形温度で光学仕上げされたガラス表面を直接成形することができる。移行する金属汚染に対する選択された拡散バリアをさらに使用することにより、そのコーティングを、高軟化点ガラスから光学仕上げされたガラス物品を直接成形するのにそうでなければ適していない耐火性金属成形型材料を保護するために使用することが可能になる。
【００１０】
したがって、第１の態様において、本開示は、保護表面コーティングを備えたガラス成形または形成表面を有する器具本体を含むガラス成形などのための耐火性器具を包含する。器具本体または器具の少なくともガラス成形表面は、鉄、ニッケル、クロム、銅、それらの混合物、およびそれらの合金からなる群より選択される金属から主になり、保護表面コーティングは、８００℃までの使用温度で、機械的、腐食性、および酸化の表面損傷に対して耐性である窒化金属コーティングである。
【００１１】
本開示のこの態様により提供される耐火性器具は、ガラス成形ダイおよび成形型を含む。高温ガラス成形にとって特別な利点を提供する例示の実施の形態としては、金属成形表面、この成形表面の少なくとも一部に配置された耐火性金属窒化物表面コーティング、およびこの成形表面とこの表面コーティングとの間に配置された非晶質酸化アルミニウムから構成された拡散バリア層を含むガラス成形型が挙げられる。
【００１２】
本開示の別の態様は、開示された器具を製造する方法に関する。実施の形態は、ガラス成形型を製造する方法であって、（ｉ）鉄、クロム、ニッケル、銅、それらの混合物、およびそれらの合金からなる群より選択される金属から主になる金属成形表面を有する成形型本体を選択する工程、（ｉｉ）その成形表面の少なくとも一部の上に遷移金属またはアルカリ金属の拡散に対する酸化物拡散バリア層を堆積させる工程、および（ｉｉｉ）その拡散バリア層の上に金属窒化物表面コーティングを堆積させる工程、を有してなる方法を含む。
【００１３】
本開示のさらに別の態様は、光学表面仕上げを有するガラス物品を成形する方法に関する。特別な実施の形態は、軟化したケイ酸塩ガラスの装填物を提供し、その装填物を、成形型を使用して、光学表面仕上げを有するガラス物品を成形する各工程を有してなる方法であって、そのケイ酸塩ガラスが、アルカリ金属酸化物の含有量が５質量パーセント超のアルミノケイ酸塩ガラスであり、その成形型が、少なくとも８００℃の温度までアルカリ腐食および酸化損傷に対して耐性である金属窒化物表面コーティングが設けられた金属成形表面を含むものである方法を含む。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
本開示により提供される器具および方法を説明する実施の形態が、添付図面を参照して、以下に詳述されている。
【図１】窒化物保護コーティングにおける深さに対して金属濃度をプロットしたグラフ
【図２】アルミナバリア層における深さに対して金属濃度をプロットしたグラフ
【図３】第１のガラス成形型の説明図
【図４】第２のガラス成形型の説明図
【図５】第３のガラス成形型の説明図
【図６】第４のガラス成形型の説明図
【発明を実施するための形態】
【００１５】
ここに開示されたガラス成形器具および方法は、ガラス製造分野に広く適用できるが、特に都合よい実施の形態は、特に、５％以上のアルカリ金属酸化物を含む高軟化点のアルカリアルミノケイ酸塩ガラスから製造された製品を含む、光学仕上げ表面を有するガラス板製品の、直接成形による製造のためのガラス成形型を含む。したがって、以下の説明は、本開示の範囲が以下に制限されなくとも、そのような成形型および方法への具体的な言及を含む。
【００１６】
情報ディスプレイ用途の成形ガラス板の製造に関連する主要な問題は、光学仕上げ表面を有する比較的大きい断面のガラス板の直接成形が要求されることである。セラミック製ガラス成形型の使用は、それほど耐火性ではない非ケイ酸塩ガラスから非球面カメラレンズなどのより小型の光学部品の製造にとって実際的であるが、セラミック製成形型の使用は、大型板の再成形プロセスにとって経済的ではない。ここに開示された保護金属窒化物コーティングの適用により、選択された硬質耐火性金属から完全に形成された成形型、またはそれから形成された成形表面を少なくとも含む成形型を使用することが可能になる。すなわち、開示された窒化物コーティングは、耐火性金属であって、一般に、高硬度および高い耐酸化性を有すると考えられているが、耐火性カバー用板ガラス組成物を形成するのに必要なガラス接触温度でそのような組成物を成形するために、酸化および／または成形型の腐食に対する適切な耐性を単独では提供しない耐火性金属の使用を可能にする。金属窒化物保護コーティングがＴｉＡｌＮ組成物から形成される実施の形態は、優れた耐酸化性、良好なガラス離型特性、および良好な耐磨耗性に必要な高硬度を示す。
【００１７】
開示されたバリア層および保護コーティングと組み合わせて使用するのに適した成形型としては、鉄、ニッケル、クロム、銅、その混合物、およびその合金からなる群より選択される金属から少なくとも主になる成形表面を含むものが挙げられる。「主になる(consisting predominantly)」とは、上述した群からの金属が、その金属、混合物、または合金の５０質量％超を構成する、金属、金属混合物または合金を意味する。そのような金属の説明の例としては、Ｈ１３、Ｓ７およびＰ２０、ステンレス鋼３０９、３１０および４２０などの鋳鉄、鉄鋼または合金鋼、およびＨａｓｔｅｌｌｏｙ（登録商標）およびＩｎｃｏｎｅｌ（登録商標）合金などのニッケル合金が挙げられる。「Ｉｃｏｎｅｌ」７１８合金が特別な例である、特にニッケル合金が、高温硬度および耐酸化性で知られている。
【００１８】
硬度は、時間の経過でのガラスによる成形型の磨耗やかき傷の傾向を減少させるので、ガラス成形のための成形表面において重要な特徴である。ガラス接触表面における高温耐酸化性は、高温でのガラス成形中の酸化物の成長を妨げるために重要である。成形型表面上の広域な酸化物の成長は、成形型の表面粗さを増し、最終的には、加圧されるガラス表面に損傷をもたらし、成形ガラス製品において２５ｎｍＲＭＳ未満の成形表面粗さを維持することが難しくなる。
【００１９】
本開示による優れた耐酸化性および硬度を提供するＴｉＡｌＮコーティングの特別な実施の形態は、アルミニウムが豊富なコーティング、すなわち、Ｔｉ／Ａｌの原子比が１未満のコーティングである。アルミニウム含有量が、コーティングの全Ａｌ＋Ｔｉ含有量の７０質量％を超えない、例えば、アルミニウム含有量がその全含有量の６７質量％を超えないＴｉＡｌＮコーティングの実施の形態が、窒化アルミニウムの形成を抑制するのに有用である。これらのコーティングは、実際に、８００℃範囲の温度である程度の表面酸化を被るが、その酸化は、自己制限的であり、施された状態のコーティングの光学表面仕上げは損なわれない。
【００２０】
ＴｉＡｌＮ保護コーティングの耐酸化性、硬度およびガラス離型特性は、高温でのガラス成形に十分に適しているが、そのようなコーティングは、金属成形表面に直接堆積された場合には、長期の使用中の劣化に対して十分に安定性ではない。観察されたコーティングの劣化は、現在、アルカリのガラスからコーティングへの移行と、遷移金属の金属成形表面からコーティングへの移行の両方を含む、高温でのコーティングへの金属移行のせいである。
【００２１】
４５０℃と８００℃の間の繰り返しの熱サイクル後の、「Ｉｎｃｏｎｅｌ」ニッケル合金基板上に堆積されたＴｉＡｌＮコーティングから収集した分析データは、５００回の熱サイクル後の、ガラスからコーティング中への４００ｎｍの深さまでのアルカリ金属（ナトリウム）拡散、および１００回の熱サイクル後の、合金基板からコーティングへの５００ｎｍの深さまでの遷移金属（例えば、Ｆｅ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｎｂなど）拡散を示す。後者の場合、基板の表面の性質並びに窒化物保護コーティングの性質が損なわれることがある。
【００２２】
金属イオン拡散に対するバリアとしての酸化アルミニウムの使用には、この酸化物の高温に耐える能力およびそのような温度でのクロムなどの遷移金属の拡散に抵抗するまたは拡散を抑制する能力を含む、数多くの利点がある。しかしながら、酸化アルミニウムのみでは、良好なガラス離型特徴を持たず、低表面粗さで堆積させることが難しいので、成形型の適切なコーティングではない。金属成形表面上に堆積されたアルミナバリア層上に窒化物保護コーティングを堆積させることは、これらの欠点の両方に対処する。
【００２３】
光学仕上げされたガラス物品の製造のための保護被覆された成形型の特別な実施の形態としては、成形型の成形表面上の金属窒化物保護コーティングが、光学表面仕上げを有する窒化チタンアルミニウムから実質的になり、酸化アルミニウム含有拡散バリア層が成形表面と金属窒化物保護表面コーティングとの間に設けられている、成形型が挙げられる。この説明の目的について、光学表面仕上げもしくは光学仕上げされたコーティングまたは成形ガラス物品は、２５ｎｍ以下のＲＭＳ表面粗さを有する物品、コーティング、または表面仕上げである。
【００２４】
アルミナ拡散バリア層上の窒化チタンアルミニウム保護コーティングは、被覆された金属成形表面に高い熱安定性を与える。酸化アルミニウム、特に非晶質酸化アルミニウムは、ＴｉＡｌＮコーティングの機械的、腐食性、および酸化の表面損傷に対する抵抗を劣化させ得る、Ｆｅ、Ｃｒ、Ｎｉ、ＮｂおよびＭｏなどの金属成形型種のコーティングへの拡散に対する非常に効率的なバリアとして機能する。この記載の目的について、コーティングは、８００℃のガラス接触温度でアルカリアルミノケイ酸塩ガラスに対する１００回以上の成形サイクル後に、上述したような光学表面仕上げを維持する場合、そのような損傷に対して耐性であると考えられる。
【００２５】
図１および２は、蒸着したＴｉＡｌＮ保護コーティングの高温遷移金属拡散特徴（図１）を、蒸着した非晶質アルミナバリア層の特徴（図２）と比較している。各材料は、ニッケル合金基板（「Ｉｎｃｏｎｅｌ」７１８ニッケル合金）上のコーティングとして堆積され、各々は、金属の合金基板からコーティングへの拡散の影響を評価するために、堆積後と最初の濃度プロファイル後の、４５０℃と８００℃の間の繰り返しの熱サイクルが施される。ＴｉＡｌＮコーティングは約１．５μｍの厚さを有し、アルミナ層は約２μｍの厚さを有する。
【００２６】
これらの図面は、堆積されたまま（Ａ）と、１００回（Ｃ１００）または２００回（Ｃ２００）の熱サイクル後の両方の、被覆基板の各々に関する測定深さの関数としての相対的なニッケル濃度（毎秒の信号計数に関する）を示す二次イオン質量分析法（ＳＩＭＳ）深さプロファイルを示す。各々の場合、金属イオン深さプロファイルは、熱サイクル前に評価した場合、合金−コーティング界面で極めて急勾配である。
【００２７】
熱サイクル後、ＴｉＡｌＮ被覆基板のＣ１００プロファイルは、合金基板からコーティングへの著しいニッケル移行を示す。反対に、アルミナ被覆基板に関するＣ１００およびＣ２００プロファイルは、ニッケルの移行を実質的に示さない。ＳＩＭＳ分析が、「Ｉｎｃｏｎｅｌ」合金基板からこれらのコーティングへのＦｅ、Ｃｒ、ＭｏまたはＮｂの拡散を追跡するプロファイリングの実施について、同様の影響が観察される。
【００２８】
上述したように、直接成形による光学仕上げされたガラス製品の製造に適したガラス成形型の製造は、成形型の金属成形表面の少なくとも一部の上に、酸化物拡散バリア層、例えば、非晶質酸化アルミニウムを含む層を堆積させる初期工程を含む。その後、窒化チタンアルミニウムから主にまたは実質的になるコーティングなどの、保護金属窒化物表面コーティングが、拡散バリア層の上に堆積される。
【００２９】
アルミナバリア層およびＴｉＡｌＮ保護コーティングの堆積に使用される特定の方法に応じて、ある場合には、成形表面とバリア層との間の結合、およびバリア層と保護コーティングとの間の結合を改善する工程を利用することが有用であるかもしれない。いくつかの実施の形態によれば、成形型／アルミナバリア層の結合および適合性は、アルミナの堆積前に、成形表面に無電極ニッケルメッキ層を施すことによって改善される。
【００３０】
バリア層と保護窒化物コーティングとの間の接着を改善させる有用な方策は、バリア層上に酸窒化アルミニウム、酸窒化アルミニウムチタン、または他の金属酸窒化物移行層を設ける工程を含む。そのような移行層は、気相成長法、例えば、気相成長工程中の雰囲気において、酸素含有量が減少し、窒素含有量が増加しているプロセスで気体雰囲気中の物理的気相成長法により都合よく設けることができる。
【００３１】
この手法により製造されるガラス成形型は、バリア層と表面コーティングとの間に配置され、その両方に十分に結合した酸窒化アルミニウムまたは酸窒化アルミニウムチタン移行層を含む。典型的な実施の形態において、そのような成形型における保護ＴｉＡｌＮ表面コーティングは、一般に、少なくとも１μｍの厚さを有し、この酸窒化物移行層は少なくとも１０ｎｍ、例えば、１０〜３００ｎｍの厚さを有し、バリア層は少なくとも２００ｎｍ、例えば、２００〜１５００ｎｍの厚さを有する。
【００３２】
図３は、本開示のこの実施の形態により提供されたガラス成形型の端面の、真の比率でもなく、一定の縮尺でもない正面図を示す。図３に示された成形型１０の要素は、金属成形表面１０ａ、成形表面上に配置された非晶質アルミナバリア層１２、およびこのバリア層上に配置され、バリア層とＴｉＡｌＮ保護コーティングとの間の勾配Ａｌ2Ｏ3−ＡｌＮ移行層１２ａと接触したＴｉＡｌＮ保護コーティング層１４を含む。
【００３３】
高温で高磨耗用途について、コーティングの密度とその結果としての硬度を改善するために、電気的バイアス下で保護ＴｉＡｌＮコーティングを堆積させることが有利である。その目的に有用な開示の方法の実施の形態は、保護表面コーティングがＴｉ−Ａｌ供給源からの反応性スパッタリングにより堆積され、その供給源とバリア層との間の電気的バイアスを維持しながら、スパッタリングが行われる方法を含む。反応性スパッタリングは、反応槽から空気が実質的に除去された後、この反応槽に窒素の反応ガス（すなわち、窒素原子またはイオンを含有する反応ガス）およびＡｒの処理ガスが導入される、反応槽内で都合よく行われる。
【００３４】
ＴｉＡｌＮの電気的バイアス堆積が選択された保護コーティング堆積法である場合、供給源とバリア層との間に適切なバイアスを維持することは、アルミナバリア層の絶縁特性によって複雑になる。本開示によれば、この難点は、バリア層の組成または構造を改質してまたは補って、バリア層上またはその中に堆積された導電性領域を提供することによって、対処される。
【００３５】
この結果を達成する開示の方法の実施の形態は、バリア層を堆積させる工程が、バリア層の成形表面上への非反応性スパッタリングを含み、このバリア層が、非晶質酸化アルミニウムおよび金属アルミニウムの導電性混合物を含む方法を含む。次いで、金属ＡｌまたはＡｌＴｉ結合層が、この導電性バリア層上に堆積される。このように設けられたアルミニウム／酸化アルミニウムバリア層は、アルミナマトリクス内に相互接続されたアルミニウムナノ粒子を含むと考えられる。ＡｌまたはＡｌＴｉ結合層は、バリア層と保護ＴｉＡｌＮコーティングとの間の接着を改善する。この方法の使用により得られる成形型は、バリア層と保護表面コーティングとの間に金属アルミニウム含有結合層が堆積され、導電性領域が、相互接続されたアルミニウム金属相を含有するバリア層またはその部分からなるものである。
【００３６】
図４は、本開示のこの実施の形態により提供された導電性バリア層を有する、ガラス成形型の端面の、真の比率でもなく、一定の縮尺でもない正面図を示す。図４に示されるように、成形型の構造は、金属成形表面１０ａを有する成形型本体１０、成形表面１０ａ上に堆積された導電性Ａｌ−Ａｌ2Ｏ3バリア層２２、バリア層上のＡｌＴｉ結合層２２ａ、および結合層上に堆積されたＴｉＡｌＮ保護コーティング１４を含む。この構造の成形型に関する一般的な層厚は、Ａｌ／Ａｌ2Ｏ3複合体バリア層については、２００〜１５００ｎｍであり、ＴｉＡｌＮ保護コーティングについては、１０００〜１５００ｎｍであり、ＡｌまたはＡｌＴｉ結合層については、１〜２ｎｍである。
【００３７】
電気的バイアス式ＴｉＡｌＮ堆積と類似の結果を提供する代わりの方法としては、バリア層を堆積する工程が、成形型表面に、ＺｎＯがドープされた非晶質アルミナの導電層を蒸着させる工程を含む方法が挙げられる。その結果として得られる成形型は、導電性領域が、ＺｎＯドーパントを含有するバリア層の全体または一部のいずれかであり、バリア層と保護表面コーティングとの間に酸窒化アルミニウムチタン移行層が設けられたものである。
【００３８】
図５は、この実施の形態による導電性ＺｎＯドープトアルミナバリア層を有するガラス成形型の端面の一部の、真の比率でもなく、一定の縮尺でもない正面図を示す。図５の成形型には、金属成形表面１０ａを有する成形型本体１０、成形表面上に堆積された導電性ＺｎＯドープトアルミナバリア層３２、バリア層上の勾配Ａｌ2Ｏ3−ＡｌＮ移行層１２ａ、および移行層上に堆積されたＴｉＡｌＮ保護コーティング１４が含まれる。この構造の成形型に関する適切な層厚は、ＺｎＯ−Ａｌ2Ｏ3バリア層については、２００〜１５００ｎｍであり、勾配Ａｌ2Ｏ3−ＡｌＮ移行層については、１０〜３００ｎｍであり、ＴｉＡｌＮ保護コーティングについては、１０００〜１５００ｎｍである。
【００３９】
電気的バイアス式ＴｉＡｌＮコーティング堆積を実施するためのさらに別の方法は、ＴｉＡｌＮ保護表面コーティングを堆積させる前に、バリア層上と、成形表面の少なくとも一部の上に導電性金属中間層を堆積させる工程を含む。そのような構造を形成する方法の１つは、アルミナバリア層の堆積前に成形表面の縁部分をマスキングし、次いで、バリア層上と、成形表面の少なくとも一部の上に導電性金属中間層の堆積前にマスクを除去することである。これらの実施の形態に適した導電性金属層としては、ＴｉＡｌ合金を含む金属層が挙げられる。この方法の実施により得られる成形型は、導電性領域が、バリア層上に配置され、成形表面と電気的に接触した導電性金属相を含むものである。
【００４０】
図６は、この実施の形態によるバリア層上に導電性金属層を含むガラス成形型の端面の一部の、真の比率でもなく、一定の縮尺でもない正面図を示す。図６の成形型は、金属成形表面１０ａを有する成形型本体１０、成形表面上に堆積されたアルミナバリア層１２、バリア層上であるが、成形表面１０ａと接触した導電性ＴｉＡｌ合金中間層４２、および導電性中間層上に堆積されたＴｉＡｌＮ保護コーティング１４を含む。この成形型構造に関する適切な層厚は、Ａｌ2Ｏ3バリア層については、２００〜１５００ｎｍであり、導電性金属中間層については、２０〜１００ｎｍであり、ＴｉＡｌＮ保護コーティングについては、１０００〜１５００ｎｍである。
【００４１】
上述したように、本開示により提供される方法は、ここに記載された耐火性成形器具から、直接成形された光学仕上げ表面を有するガラス物品を製造する方法を含む。そのような方法は、軟化したアルカリアルミノケイ酸塩ガラスの装填物を提供し、その軟化した装填物を、ＴｉＡｌＮなどの耐酸化性で耐食性の保護金属窒化物表面コーティングを有する成形型を使用して、ガラス物品を成形する各工程を含む。家庭用電化製品用途について、軟化したガラスの装填物は、一般に、ガラス板の形態にあり、装填物を成形する工程は、このガラス板を、光学表面仕上げを有するディスプレイ用カバーガラスのための成形板に再成形する工程を含む。
【００４２】
特別な実施の形態において、装填物を成形して、光学仕上げ表面を有するガラス製品を提供する工程は、ガラス装填物および成形型を一緒に、１０10から１０7.5ポアズの範囲のガラス粘度の状態で加圧する工程を含む。アルカリアルミノケイ酸塩ディスプレイ用ガラスにおいてそのような粘度を達成することは、通常、成形すべきガラスを７５０℃超の温度に維持する工程を含む。
【００４３】
ディスプレイ用ガラスの用途に特に適用できる開示の成形方法の実施の形態によれば、ケイ酸塩ガラスの装填物は、少なくとも１０質量パーセントのアルカリ金属酸化物含有量および少なくとも８００℃の軟化温度を有するアルミノケイ酸塩ガラスからなる。経済的な慣例について、ガラス板または他の装填物を光学仕上げされたガラス物品に成形するために使用される成形型は、鉄、ニッケル、クロム、銅、その混合物、およびその合金からなる群より選択される金属から主になる成形表面であって、窒化チタンアルミニウムから実質的になる保護表面コーティングが設けられた成形表面を有する成形型本体を含む。
【００４４】
本開示による光学仕上げされたガラス板製品の経済的な製造には、製造に使用される成形型が長い使用期間を提供することが必要である。この目的に関して、開示された成形方法の実施の形態は、成形表面と保護表面コーティングとの間に非晶質酸化アルミニウムから構成された拡散バリア層が設けられ、そのバリア層が、高温で金属成形表面から保護コーティングへの金属の拡散から生じ得る劣化に対してコーティングを安定化させるように働く成形型によって実施される。
【００４５】
上述したように、開示された方法によるガラス板の製造は、成形型上の保護表面コーティングが２５ｎｍ以下のＲＭＳ表面粗さを有する成形型によって、最もうまく実施される。そのようなコーティングは、類似のまたはより低い表面粗さの光学仕上げされたガラス板、すなわち、光学欠陥を実質的に含まないガラス表面の製造を効果的に可能にする。
【００４６】
ここに開示された方法および器具は、その実用上の用途に適した材料、製品およびプロセスの特別な実施例に関して先に説明してきたが、それらの実施例は、説明の目的のためだけに提示されており、付随の請求項の範囲内で、開示された方法および器具の様々な改変が、同様のまたは他の用途に使用するために適合されるであろうことが認識されよう。
【符号の説明】
【００４７】
１０    成形型
１０ａ    金属成形表面
１２    非晶質アルミナバリア層
１２ａ    勾配Ａｌ2Ｏ3−ＡｌＮ移行層
１４    ＴｉＡｌＮ保護コーティング層
２２    導電性Ａｌ−Ａｌ2Ｏ3バリア層
２２ａ    ＡｌＴｉ結合層
３２    導電性ＺｎＯドープトアルミナバリア層
４２    導電性ＴｉＡｌ合金中間層
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【国際調査報告】
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