一種微結(jié)構(gòu)薄玻璃元件采用錫液輔助模壓成形的工藝方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于微結(jié)構(gòu)薄玻璃元件模壓成形技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種采用高溫錫液輔助加熱、高壓錫液輔助模壓成形的工藝方法。
【背景技術(shù)】
[0002]使用模壓成形方法來制造玻璃元件是一種先進(jìn)制造技術(shù)，應(yīng)用該技術(shù)可提高生產(chǎn)率，并實(shí)現(xiàn)批量生產(chǎn)的市場要求。玻璃模壓成形屬于熱成型技術(shù)，即采用高精度模具在高溫?zé)o氧條件下將玻璃預(yù)形體壓制變形，直接復(fù)制模具成形腔形狀的一種高效加工方法。玻璃在模壓成形過程中玻璃預(yù)形體的充填率、玻璃內(nèi)部的溫度和應(yīng)力分布直接影響到透鏡的成形質(zhì)量?，F(xiàn)有的玻璃元件模壓成形技術(shù)，一般是采用模具直接壓制熔融狀態(tài)的玻璃預(yù)形體完成充填，冷卻固化后脫模得到透鏡。如日本東京都Η0ΥΑ株式會社的春日善子、立和名一雄、柳田裕昭發(fā)明的并于2002年10月15日申請中國專利的“光學(xué)玻璃、模壓成形用玻璃材料、光學(xué)元件及其制造方法”(專利申請?zhí)?200610111058.9，公開(公告)號:CN1931755A，公開(公告)日:2007.03.21)，它是通過采用成形用玻璃材料加熱、軟化并且模壓成形的玻璃模壓成形品的制造方法，包含使玻璃原材料軟化的工序、使所得到的熔融玻璃成形的工序、以及對已成形的玻璃進(jìn)行退火的工序。
[0003]然而采用包括上述工藝等傳統(tǒng)方法制作微結(jié)構(gòu)薄玻璃元件時，模壓成形過程中玻璃預(yù)形體在模具的直接壓力下變形，預(yù)形體受力不均勻而導(dǎo)致各個微結(jié)構(gòu)充填率不一致；預(yù)形體表面與模具表面的差異使得預(yù)形體受熱或退火不均勻，成形元件內(nèi)部殘余應(yīng)力分布不均，尤其針對薄玻璃板時，容易產(chǎn)生翹曲變形，甚至出現(xiàn)破裂問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷，本發(fā)明提供一種充填率高、充填更均勻且易于控制的微結(jié)構(gòu)薄玻璃元件采用錫液輔助模壓成形的工藝方法。
[0005]為了解決上述技術(shù)問題并實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:首先準(zhǔn)備一個帶加熱裝置的錫液容器，由加熱裝置將錫液容器內(nèi)的錫加熱熔化成液體；然后通過將玻璃預(yù)形體放置處于高溫錫液表面，當(dāng)玻璃預(yù)形體與高溫錫液接觸并被加熱至模壓溫度(玻璃的粘度值在106?108dPa*s范圍內(nèi))后，通過動力裝置給錫液容器一端的活塞以壓力，錫液將此壓力均勻傳遞給已處于熔融狀態(tài)的玻璃預(yù)形體表面，從而推動熔融玻璃充填錫液容器另一個端口上安裝的表面設(shè)置為微結(jié)構(gòu)成形腔的模具，通過錫液傳力可使每一個微結(jié)構(gòu)都具有相同壓力而形成微結(jié)構(gòu)薄玻璃元件；再通過進(jìn)行保壓處理，從而復(fù)制出模具下表面設(shè)置的微結(jié)構(gòu)成形腔內(nèi)的微結(jié)構(gòu)形狀，常規(guī)退火及冷卻處理，待成形薄玻璃元件冷卻至室溫后，再開模取出制品即告完成所有工序。
[0006]其工藝過程包括加熱、合模、錫液輔助模壓、保壓及退火、冷卻和取出成形制品五個工序。
[0007]在所述加熱工序中，在錫液容器中充入氮?dú)猓苑乐箍諝庵械难鯕庋趸a液；待錫液容器內(nèi)達(dá)到無氧環(huán)境后，打開錫液容器底部的加熱裝置并將錫液容器進(jìn)行加熱至232°C以上，金屬錫達(dá)到熔點(diǎn)后在錫液容器內(nèi)熔化成液態(tài)。
[0008]在所述合模工序中，由于玻璃的密度小于錫液，在浮力作用下玻璃預(yù)形體將浮于錫液表面，當(dāng)玻璃預(yù)形體與高溫錫液接觸并被加熱后，通過動力裝置給錫液容器的錫液以壓力，擠壓錫液容器內(nèi)的錫液至錫液容器安裝模具的端口，排除玻璃與錫液之間的空氣，并保證玻璃預(yù)形體能鋪滿整個錫液面形成封閉面；隨后將模具的微結(jié)構(gòu)成形腔開口向下并壓緊于錫液容器端口的錫液上方的玻璃預(yù)形體；加熱裝置持續(xù)加熱，當(dāng)玻璃預(yù)形體的粘度達(dá)到106?108dPa*s時，停止加熱，并以常規(guī)方法保溫。
[0009]在所述錫液輔助模壓工序中，當(dāng)玻璃預(yù)形體被均勻加熱至模壓溫度后，所述模壓溫度是指使玻璃的粘度值在106?108dPa*s范圍內(nèi)，啟動動力裝置給錫液容器一端的活塞以壓力，通過活塞擠壓錫液容器內(nèi)的錫液以增加錫液的內(nèi)部壓力，錫液將此壓力均勻傳遞給已處于熔融狀態(tài)的玻璃預(yù)形體表面，從而推動熔融狀態(tài)玻璃充填錫液容器一個端口上安裝的表面設(shè)置為微結(jié)構(gòu)成形腔的模具，通過錫液輔助可使每一個微結(jié)構(gòu)都具有相同壓力而形成更均勻的微結(jié)構(gòu)薄玻璃元件，從而復(fù)制模具表面的微結(jié)構(gòu)形狀。
[0010]在所述保壓及退火工序中，待玻璃預(yù)形體充分充模后，以較小保持壓力處于恒定狀態(tài)，以免退火時玻璃預(yù)形體因結(jié)構(gòu)松弛和降溫收縮而產(chǎn)生變形，關(guān)閉加熱裝置，通過自然散熱，緩慢降低錫液容器內(nèi)錫液、玻璃以及模具的溫度；當(dāng)微結(jié)構(gòu)成形腔內(nèi)玻璃的粘度由106?108dPa*s變?yōu)?013dPa*s時，完成退火。
[0011]在所述冷卻和取出成品工序中，待模具內(nèi)玻璃的粘度達(dá)到1013dPa *s時，該玻璃預(yù)形體形成成品，撤掉作用于錫液容器一端活塞的壓力，待微結(jié)構(gòu)成品冷卻后，將模具從錫液容器端口取下，從其中取出微結(jié)構(gòu)成品。
[0012]所述錫液容器為通槽、通孔、或通道結(jié)構(gòu)，且一端為敞口，另一端成密封配合安裝有液壓裝置，且在錫液容器底部設(shè)置有加熱裝置7 ;模具1為蓋形結(jié)構(gòu)，模具1成密封配合套裝在錫液容器一端的敞口上，且在模具1對應(yīng)錫液容器敞口一側(cè)設(shè)置表面為微結(jié)構(gòu)成形腔2。
[0013]所述錫液容器采用包括U型槽5、直通孔、或L形通槽結(jié)構(gòu)；液壓裝置采用包括活塞機(jī)構(gòu)、或其它可改變錫液容器容積的機(jī)構(gòu)。
[0014]所述錫液容器內(nèi)盛裝錫液6，并在模具1與錫液容器敞口之間放置玻璃預(yù)形體4，玻璃預(yù)形體4位于錫液6的液面之上。
[0015]為增強(qiáng)密封效果，也可在模具1與錫液容器的敞口端相配合安裝處設(shè)置有密封墊3。
[0016]本發(fā)明的有益效果是:在加熱和退火階段，通過錫液輔助加熱的方法可提高加熱效率并改善玻璃內(nèi)部溫度的均勻性，以減少因熱應(yīng)力分布不均而導(dǎo)致薄型光學(xué)元件翹曲變形的問題；在模壓階段，基于錫液的良好壓力傳遞性能，通過錫液輔助模壓成形方法可使模具表面的各個微結(jié)構(gòu)都具有相同壓力而形成均勻微結(jié)構(gòu)；從而有效改善成形質(zhì)量。專用的微結(jié)構(gòu)薄玻璃元件錫液輔助模壓成形裝置，通過錫液容器內(nèi)的錫液浮力托起玻璃預(yù)形體，增加玻璃預(yù)形體和錫液的接觸面，提高加熱(退火)效率并改善玻璃預(yù)形體內(nèi)部溫度的均勻性；通過液壓活塞擠壓錫液，錫液將此壓力等值同時傳遞給已處于熔融狀態(tài)的玻璃預(yù)形體，并推動熔融玻璃均勻充填微結(jié)構(gòu)，改善各個微結(jié)構(gòu)充填率不一致的問題，從而提高成形精度，它可廣泛用于微結(jié)構(gòu)薄玻璃元件成形工藝領(lǐng)域。
【附圖說明】
[0017]圖1是微結(jié)構(gòu)薄玻璃元件錫液輔助模壓成形的工藝流程參考圖。
[0018]圖2是微結(jié)構(gòu)薄玻璃元件錫液輔助模壓成形裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0019]圖3是在工藝流程中處于合模狀態(tài)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0020]圖4是在工藝流程中處于錫液輔助模壓、保壓及退火狀態(tài)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0021]圖5是實(shí)施例3中制造微柱狀陣列透鏡模具的俯視結(jié)構(gòu)示意圖。
[0022]圖6是實(shí)施例4中制造菲涅爾透鏡模具的主視結(jié)構(gòu)示意圖。
[0023]圖1中標(biāo)示為:1、模具，2、微結(jié)構(gòu)成形腔，3、密封墊，4、玻璃預(yù)形體，41、微結(jié)構(gòu)玻璃元件，5、U型槽，6、錫液，7、加熱裝置，8、液壓活塞，9、