[发明专利]抗氧化涂层和含有抗氧化涂层的石墨模具及其制备方法

说明书

一种抗氧化涂层，其特征在于：该抗氧化涂层包括包覆在碳质基体表面的类金刚石层、包覆在类金刚石层表面的氮化硅层、以及包覆在氮化硅层表面的金属氧化物层或复合涂层；其中，氮化硅层同时渗入至类金刚石涂层内和金属氧化物层(或复合涂层)内形成分子级链接。本发明采用溅镀生长的方式，在碳质基体表面生成均匀且致密的薄膜，该薄膜通过对碳质基体表面进行完全分子级别的包覆，能够有效隔绝氧气与碳质基体的接触。

技术领域

本发明涉及炭质基体的抗氧化技术，具体涉及一种抗氧化涂层和含有抗氧化涂层的石墨模具及其制备方法，属于玻璃加工模具表面处理技术领域。

背景技术

热弯玻璃是指将平面玻璃加热软化在模具中成型曲面玻璃，在热弯过程中，模具需要传热导力至玻璃，且不能影响玻璃成品的成型精度，这就要求模具具备耐高温、高热导率、低膨胀率和高抗热震的性能，目前绝大多少热弯模具均采用石墨材料。但是由于石墨材料抗氧化性能差，高温下容易氧化，会导致玻璃精度下降，同时石墨模具的强度低，长期使用存在掉粉和崩边的现象，最终导致模具寿命短。

为延长石墨模具的使用寿命，降低生产成本，现有技术中提出了多种在石墨模具表面增加涂层的方法，以增强其抗氧化性等性能。例如，通过将石墨模具浸润在含有无机氧化物的悬浊液或前驱体溶液中，然后烘干、加热，使无机氧化物附着在石墨模具表面，以改善石墨模具的抗氧化性，但无法改善石墨模具的抗划伤性能，也不能避免石墨模具掉粉，同时由于侵泡过程中会破坏石墨模具本身的结合力，造成模具强度降低，导致使用过程中模具提前开裂破损。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种抗氧化涂层和含有抗氧化涂层的石墨模具及其及其制备方法，本发明采用三元体系涂层，首先通过溅射工艺在石墨模具表面溅镀一层类金刚石过渡层，再溅镀一层金属硅，最后再金属硅上溅镀一层金属氧化物或涂敷一层复合涂层，最后将模具放入气氛炉中进行高温热处理，得到表面含抗氧化涂层的热弯石墨模具。本发明得到的抗氧化涂层，通过溅镀生长的方式，在石墨模具表面均匀生成致密的薄膜，该薄膜通过对石墨表面进行完全分子级别的包覆，能够有效隔绝氧气与石墨接触，并增加了模具强度。

根据本发明的第一种实施方案，提供一种抗氧化涂层。

该抗氧化涂层包括包覆在碳质基体表面的类金刚石层、包覆在类金刚石层表面的氮化硅层、以及包覆在氮化硅层表面的金属氧化物层或复合涂层。其中，氮化硅层同时渗入至类金刚石涂层内和金属氧化物层(或复合涂层)内形成分子级链接。

优选的是，所述复合涂层由硅溶胶、铝盐、锆盐、粘结剂、溶剂混合制备得到。优选的是，硅溶胶、铝盐、锆盐、粘结剂、溶剂的重量比为0～80:0～80:0～20:1～10:40～120，优选为20～50:20～50:5～10:2～5:50～100。

作为优选，所述硅溶胶为纳米二氧化硅分散液、硅酸乙酯溶液，硅酸钠中的一种或几种。

优选的是，所述铝盐为可溶性铝盐，优选为氯化铝、硫酸铝、硝酸铝中的一种或几种。

优选的是，所述锆盐为可溶性锆盐，优选为氧化锆，氧氯化锆，四氯化锆，磷酸锆，硝酸锆，硫酸锆一种或几种。

优选的是，所述粘结剂为聚乙烯醇类如PVA，聚氧乙烯醚类，聚乙二醇类如PEG，聚氧乙烯类，羧甲基纤维素类等一种或多种。

优选的是，所述溶剂为水或低元醇。

优选的是，所述类金刚石层厚度为30-300nm，优选为50-200nm，更优选为80-120nm。

优选的是，所述氮化硅层厚度为500-2000nm，优选为800-1500nm，更优选为1000-1200nm。

优选的是，所述金属氧化物层或复合涂层厚度为500-2000nm，优选为800-1500nm，更优选为1000-1200n。