專利名稱：光學(xué)玻璃元件表面增強方法及其高強度產(chǎn)品的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是一種光學(xué)玻璃元件表面增強方法及其高強度產(chǎn)品，涉及薄壁異型光學(xué)玻璃元件的表面強化方法。它包括離子交換表面強化方法的步驟，適用于增強各種薄壁異型光學(xué)玻璃元件表面的強度。
光學(xué)玻璃元件是一種精加工產(chǎn)品，要求具有精確尺寸和良好的光潔度以及一定的光學(xué)特性。但是一般的薄壁異型光學(xué)玻璃元件，脆性大、強度低、易碎、使用不安全、容易造成浪費。為此，采用各種增強方法改善玻璃元件的強度，國內(nèi)外已有一定的研究，如美國專利UPS4036623公開了一種采用離子交換表面強化方法來增加其強度，從而制得小于2毫米的玻璃鏡片。但是根據(jù)Z-80試驗方法，其強度較低，只能抗0.56英兩(約16克)軸承鋼球自50英寸(約1.27米)高處自由落下的沖擊力，而且這種單純的離子交換表面強化方法，僅適用于強化鈉鈣硅玻璃系統(tǒng)的玻璃元件，適用范圍很小，從而大大限制了制造高強度光學(xué)玻璃元件產(chǎn)品原料的利用。另一種是采用化學(xué)表面處理技術(shù)對鈦系、硼系、鈣系的光學(xué)玻璃元件進行強化處理，但是由于硅含量低，其表面又易產(chǎn)生腐蝕、劃痕、起毛等缺陷，由此降低表面質(zhì)量，極易導(dǎo)致廢品產(chǎn)生，無法在實際工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用。還有人曾設(shè)法采用物理表面強化方法，用這種方法只適用于制造厚度大于3毫米的玻璃防護鏡片。這種鏡片還有輕微變形，容易改變其光學(xué)特性，而且還不能采用普通技術(shù)切割、磨邊，加工比較困難，因而也難以在工業(yè)上實際推廣應(yīng)用。
本發(fā)明的目的在于避免上述現(xiàn)有技術(shù)中的不足而提供一種新的、適用范圍廣的光學(xué)玻璃元件表面增強方法，以及利用該方法制造的厚度小、強度高的高強度光學(xué)玻璃元件，如各種光學(xué)儀器的高強度保護鏡片、各類高強度光學(xué)玻璃眼鏡片等。
本發(fā)明的目的可以通過以下措施來達到采用表面化學(xué)處理與離子交換表面強化法相結(jié)合的綜合增強方法，將含堿硅鹽酸玻璃系統(tǒng)的光學(xué)玻璃元件先在混合化學(xué)溶液中進行前期表面化學(xué)預(yù)處理，經(jīng)清洗、干燥、預(yù)熱后，放入混合熔鹽浴中進行離子交換熱處理，然后取出經(jīng)徐冷、清洗、干燥后可制得高強度光學(xué)玻璃元件產(chǎn)品。
本發(fā)明的目的還可以通過以下措施來達到混合化學(xué)溶液是一種含有硫酸和鹽類的水溶液，其PH值為2～6。前期表面化學(xué)預(yù)處理時間(常溫下)為0.5～5小時。離子交換熱處理時的混合熔鹽浴的組分是KNO390～98WT%、H2SlO30.5～5WT%、KOH 0～1.5WT%;KAl(SO4)20.8～2WT%、K2CO30.4～1.5WT%、ZrO20.3～2WT%。其熱處理時間為5～20小時，熱處理溫度低于玻璃元件的軟化溫度，為350℃～500℃。


圖1本發(fā)明的工藝流程2加熱爐結(jié)構(gòu)1中(1)光學(xué)玻璃元件(2)前期表面化學(xué)處理(3)清洗、干燥(4)預(yù)熱(5)離子交換熱處理(6)出爐徐冷(7)清洗、干燥(8)檢驗包裝(9)產(chǎn)品圖2中1、光學(xué)玻璃鏡片2、夾具3、熔鹽浴4、溶鹽槽5、熱源體6、加熱爐壁7、加熱爐蓋8、熱電偶本發(fā)明下面將結(jié)合實施例作一步詳述例一已精加工的光學(xué)玻璃鏡片，其玻璃系統(tǒng)為含堿硅酸鹽玻璃系統(tǒng)，其中心厚度小于2毫米，直徑為60毫米。在室溫下，將光學(xué)玻璃鏡片放入PH值為3的混合化學(xué)溶液中進行前期表面化學(xué)預(yù)處理，處理時間為1小時，其溶液的組分為H2SO410WT%;K2SO43.5WT%;N2SO43.5WT%;H2O 83WT%。將經(jīng)過預(yù)處理的鏡片取出，用清水洗凈、干燥、再將其預(yù)熱至400℃。保溫1小時后取出，再放入裝有混合熔鹽浴的加熱爐中(如圖2所示)進行離子交換熱處理，其熱處理溫度控制在玻璃鏡片的軟化溫度以下，即500℃±5℃，熱處理時間是6小時?；旌先茺}浴的組分為KNO395WT%、H2SlO32WT%、KOH 1WT%、KAl(SO4)21WT%、K2CO30.5WT%、ZrO20.5WT%。將經(jīng)離子交換熱處理后的鏡片取出徐冷、清洗、干燥后，方可獲得高強度的光學(xué)玻璃鏡片。
例二已精加工的，含堿硅酸鹽玻璃系統(tǒng)的光學(xué)玻璃鏡片，有一定曲率半徑，其中心厚度小于1毫米，直徑為70毫米。在室溫下，將鏡片放入PH值為5的混合化學(xué)溶液中，進行前期表面化學(xué)預(yù)處理，處理時間為1.5小時，其溶液組分為H2SO412WT%、K2SO44.2WT%、Na2SO44.2WT%、H2O 79WT%。將經(jīng)過預(yù)處理的鏡片取出，用清水洗凈、干燥、再將其預(yù)熱至400℃，保溫1小時后取出，再放入裝有混合熔鹽浴的加熱爐中進行離子交換熱處理，其熱處理溫度為450℃±5℃，其熱處理時間為12小時，混合熔鹽浴的組分為KNO395WT%、H2SiO31.5WT%、KOH 0.4WT%、KAl(SO4)21.5WT%、K2CO30.6WT%、ZrO21.0WT%。將經(jīng)離子交換熱處理后的鏡片取出徐冷、清洗、干燥后，可獲得高強度的光學(xué)玻璃鏡片。其強度可抗100～130g重的軸承鋼球自1.3米高自由下落的沖擊力;其維氏硬度在荷重100g時，由原來的872.8Kg/mm2，提高到1116.6Kg/mm2;其抗彎強度由原來的6.73Kg/mm2提高到24.38Kg/mm2;在90℃±1℃水中侵蝕64小時，其光學(xué)玻璃鏡片原來失重2.1×10-2g/cm2降低為失重1.8×10-3g/cm2。
本發(fā)明相比已有技術(shù)具有如下優(yōu)點1、本發(fā)明方法簡單，配方合理，既可避免光學(xué)玻璃元件表面腐蝕、劃痕、起毛等缺陷，又可提高離子交換的速度，提高光學(xué)玻璃元件的表面質(zhì)量和強度，并且易于推廣工業(yè)批量生產(chǎn)，其產(chǎn)品成品率可達95%以上。
2、本發(fā)明方法適用范圍廣，大大擴展了制造高強度光學(xué)玻璃元件產(chǎn)品的原料利用范圍，可對含堿硅酸鹽玻璃系統(tǒng)的光學(xué)玻璃元件進行表面增強。
3、利用本發(fā)明方法所制造的光學(xué)玻璃元件產(chǎn)品，其中心厚度可小于1毫米，抗沖擊強度提高了11倍，抗彎強度提高了解4倍，表面硬度提高了80%。
4、光學(xué)玻璃元件的表面光潔度、表面加工精度及透過率、色澤等光學(xué)特性保持完好。
5、光學(xué)玻璃元件的化學(xué)穩(wěn)定性有了明顯提高，其中耐水性提高了10倍。
6、光學(xué)玻璃元件可用普通常規(guī)工藝磨邊、切割、加工、易于商品生產(chǎn)。
權(quán)利要求
1.一種光學(xué)玻璃元件表面增強方法，它包括了離子交換表面強化方法，其特征在于對含堿硅酸鹽玻璃系統(tǒng)的光學(xué)玻璃元件，先在混合化學(xué)溶液中進行前期表面化學(xué)預(yù)處理，經(jīng)清洗、干燥、將其預(yù)熱后放入混合溶液鹽浴中進行離子交換熱處理，再經(jīng)徐冷、清洗、干燥后得高強度光學(xué)玻璃元件。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于前期表面化學(xué)預(yù)處理的混合溶液是含有硫酸和鹽類的水溶液，其PH值為2～6。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于離子交換混合溶鹽浴的組分為KNO390～98WT%、H2SlO30.5～5WT%、KOH 0～1.5WT%、KAl(SO4)20.8～2WT%、K2CO30.4～1.5WT%、ZrO20.3～2WT%。
4.如權(quán)利要求1、2所述的方法，其特征在于前期表面化學(xué)預(yù)處理時間為0.5～5小時(常溫下)。
5.如權(quán)利要求1、3所述的方法，其特征在于離子交換熱處理溫度是小于玻璃的軟化溫度，為350℃～500℃，熱處理時間為5～20小時。
6.采用光學(xué)玻璃元件表面增強方法制造的高強度產(chǎn)品，其特征是含堿硅酸鹽玻璃系統(tǒng)的光學(xué)玻璃元件的表面增強產(chǎn)品，尤其是帶有曲率半徑、中心厚度小的光學(xué)玻璃元件產(chǎn)品。
全文摘要
光學(xué)玻璃元件表面增強方法及其高強度產(chǎn)品，涉及薄壁、異型光學(xué)玻璃元件的表面強化方法。適用于增強各種薄壁、異型光學(xué)玻璃元件表面的強度。其特征是采用前期表面化學(xué)預(yù)處理與離子交換熱處理相結(jié)合的綜合增強方法，確定合理的溶液、熔鹽浴配方和工藝參數(shù)，從而可制得高強度光學(xué)玻璃元件。
文檔編號C03C15/00GK1044448SQ9010577
公開日1990年8月8日 申請日期1990年2月27日 優(yōu)先權(quán)日1990年2月27日
發(fā)明者孫玉珍, 郭曉, 蘇友安 申請人:中國科學(xué)院光電技術(shù)研究所