非等温玻璃模压方法技术

本发明专利技术涉及非等温玻璃模压过程中为了提高模具使用寿命而提供的模压成型方法。所述方法为在下模具(102)上放置待压玻璃制品(103)，电机驱动下模具(102)以一定速度上升，利用电压给下模具(102)加热，以此传热给所述玻璃制品(103)，使所述玻璃制品(103)的温度上升到玻璃的转化温度(Tg)及以上；电机继续驱动下模具(102)继续上升，同时携带所述玻璃制品(103)位移，使玻璃制品(103)接触上模具(101)，完成压制过程；所述上模具(101)和下模具(102)由单晶硅材料制成。采用本发明专利技术的模压成型方法，能够在镜头的模压成型的过程中只对玻璃材料产生模压形变，保持硅模具的形状和形态不变，从而延长硅模具的使用寿命，整体上降低生产成本。整体上降低生产成本。整体上降低生产成本。

【技术实现步骤摘要】
非等温玻璃模压方法


[0001]本专利技术属于超精密加工、非等温玻璃成型领域，特别涉及高效超精密玻璃透镜非等温玻璃模压过程中为了提高模具使用寿命而提供的模压成型方法。

技术介绍

[0002]玻璃透镜因具有良好的光学性能和成像质量、增加透光性、减少光学系统的体积和重量，被广泛应用于光学、光电、光机械系统。近年来，玻璃透镜的超精密制造技术一直被探索，模压成型方法是量产非球面透镜最为高效简便的办法。在该方法中，通过特定的模具在高温下压缩软化的玻璃半成品，制成透镜。在传统工艺中，模具一般由碳化钨(WC)、碳化硅(SiC)或硅酸铝钇(YAS)等经过超精磨削加工而成，然后经过金刚石刀具精细修整，最后进行精密抛光。
[0003]CN104176911A公开了一种高效超精密玻璃透镜非等温模压成型设备及成型方法，其中利用了在非等温模压成型过程中加热、模压、退火、冷却工艺上具有并行的特点，提供了在非等温玻璃模压成型(NGMP)工艺中，将玻璃预制件的温度控制从成型模具中分离出来的方法。首先，将工件在预热装置中被加热到成型温度(即软化点温度)以上；其次，高温的预热工件被温度稍低的成型模具压成透镜；再次，成型的透镜在成型模具中被退火用来释放内应力；最后，将退火的成型透镜从成型模具中取出来，放在冷却盘上被单独冷却至室温。模具温度的变化范围只有几十摄氏度，比在等温玻璃模压成型(IGMP)方法中要小得多，模具的冷热疲劳有效降低，因此，模具的使用寿命显著延长(至少提高2
‑
3倍以上)，利用率显著提高，模具的使用寿命得以有效延长。
[0004]然而该现有技术针对的模具是作为能够优选使用的材质，例如，CN102557393A举出的各种耐热合金(不锈钢等)、以碳化钨为主要成分的超硬材料、各种陶瓷(碳化硅、氮化硅等)、含碳的复合材料等。或者CN105814005A所涉及的金属模具。
[0005]透镜模压成型技术已经成为当下透镜制造的热门方案，因为传统工艺的种种不足，以硅为模具的非等温玻璃模压工艺正在被研发。然而由于硅的价格低于碳化钨，且硅作为性能优异的半导体有着其他化合物无法比拟的优点。
[0006]在技术工艺完善时，发现硅模具在模压过程中硅会变形，一方面导致制成的透镜不合规制，另一方面造成模具损耗，需更换新的模具来进行实验，因此增加了时间成本以及耗材成本。
[0007]现有技术的发展说明，因此需要新的透镜模压成型方法，在利用成本低的硅作为模具的同时使模具具有较长的使用寿命，从而从整体上降低生产成本。

技术实现思路

[0008]本专利技术的目的在于提供一种模压成型方法，特别是一种制备超精密玻璃透镜非等温玻璃，在模压过程中为了提高模具使用寿命而提供的模压成型方法。
[0009]本专利技术提供一种非等温玻璃模压成型方法，包括：加热步骤：在下模具(102)上放
置待压玻璃制品(103)，电机驱动下模具(102)以一定速度上升，利用电压给下模具(102)加热，以此传热给所述玻璃制品(103)，使所述玻璃制品(103)的温度上升到玻璃的转化温度(T
g
)及以上；所述玻璃制品(103)的粘度η以下列方程定义：
[0010][0011]其中f代表摩擦力，S代表接触面积，V代表速度。速度梯度表现为垂直方向的下模具(102)带动电机上升的速度，当时，此时单位为Pa，代表压强；压制步骤：电机继续驱动下模具(102)继续上升，同时携带所述玻璃制品(103)位移，使玻璃制品(103)接触上模具(101)，完成压制过程；所述上模具(101)和下模具(102)由单晶硅材料制成；退火步骤：对所述玻璃制品(103)进行慢速退火处理形成成型的透镜，将所述成型透镜在上模具(101)和下模具(102)中释放内应力；冷却取模步骤：将退火后的成型透镜冷却至室温；将冷却后的模成型透镜从上模具(101)和下模具(102)中脱离出来。
[0012]本专利技术的模压成型方法的一个方面，其中：所述玻璃制品为玻璃球，由硼硅酸盐玻璃、硅酸盐玻璃、磷酸玻璃、镧系玻璃制备。
[0013]本专利技术的模压成型方法的另一个方面，其中：所述单晶硅的德拜温度为650K，在室温到350℃(623K)的区间内，硬度下降不明显，而超过350℃(623K)之后逐渐有明显的变化；其中，活化能是关键因素，通过下列方程(1)定义：
[0014][0015]其中H为硅的硬度，T为过渡点以上的温度，k为玻尔兹曼常数，sinh是双曲正弦函数，改变活化能U和拟合参数A与β，就能精确拟合过渡点以上的温度依赖性曲线，并根据上述方程(1)拟合出硅的硬度
‑
温度曲线。
[0016]本专利技术的模压成型方法的再一个方面，其中：在玻璃的转化(T
g
)温度开始到玻璃的粘度变为10
4.6
dPa
·
s对应的温度为止的温度区间，所述玻璃制品由黏性体经黏塑性体、黏弹性体逐渐转变成弹性体，所述温度区间为所述玻璃制品的加工区间。
[0017]本专利技术的模压成型方法的进一步方面，其中：所述玻璃制品(103)与上模具(101)和下模具(102)接触面随着接触程度的不同而发生改变，且所述接触面相对于硅质的上模具(101)和下模具(102)和玻璃制品(103)是一样的；对比硅质的上模具(101)和下模具(102)和玻璃制品(103)的压强关系确定某一范围的压力值和速度值使硅质的上模具(101)和下模具(102)压制玻璃制品(103)而使所述硅质的上模具(101)和/或下模具(102)不变形。
[0018]本专利技术的模压成型方法的再一个方面，其中：所述玻璃制品为K9玻璃，超过T
g
温度的K9玻璃软化速度快，因此所述压制步骤不会对硅质的上模具(101)和下模具(102)造成破坏，在未达到T
g
温度之前，玻璃体状态下的压强大于硅，压制步骤会对硅造成损坏。
[0019]采用本专利技术的模压成型方法，能够在镜头的模压成型的过程中只对玻璃材料产生模压形变，而保持硅模具的形状和形态不变，从而延长硅模具的使用寿命，整体上降低生产成本。
附图说明
[0020]为了更清楚地说明本专利技术实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创新性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0021]图1为本专利技术的模压成型方法中压制步骤示意图。
[0022]图2为现有的模压成型方法中压制步骤出现模具形变的示意图。
[0023]图3为本专利技术所述方法的单晶硅模具的硬度温度关系图。
[0024]图4为本专利技术根据活化能方程拟合的硅和锗的硬度
‑
温度曲线图。
[0025]图5为本专利技术的玻璃球所用材料的数据表。
[0026]图6为本专利技术的K9的粘度
‑
温度关系曲线。
[0027]图7为本专利技术本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种非等温玻璃模压成型方法，包括：加热步骤：在下模具(102)上放置待压玻璃制品(103)，电机驱动下模具(102)以一定速度上升，利用电压给下模具(102)加热，以此传热给所述玻璃制品(103)，使所述玻璃制品(103)的温度上升到玻璃的转化温度(T
g
)及以上；所述玻璃制品(103)的粘度η以下列方程定义：其中f代表摩擦力，S代表接触面积，V代表速度，速度梯度表现为垂直方向的下模具(102)带动电机上升的速度，当时，此时单位为Pa，代表压强；压制步骤：电机继续驱动下模具(102)继续上升，同时携带所述玻璃制品(103)位移，使玻璃制品(103)接触上模具(101)，完成压制过程；所述上模具(101)和下模具(102)由单晶硅材料制成；退火步骤：对所述玻璃制品(103)进行慢速退火处理形成成型的透镜，将所述成型透镜在上模具(101)和下模具(102)中释放内应力；冷却取模步骤：将退火后的成型透镜冷却至室温；将冷却后的模成型透镜从上模具(101)和下模具(102)中脱离出来。2.如权利要求1所述的模压成型方法，其中：所述玻璃制品为玻璃球，由硼硅酸盐玻璃、硅酸盐玻璃、磷酸玻璃、镧系玻璃制备。3.如权利要求1所述的模压成型方法，其中：所述单晶硅的德拜温度为650K，在室温到350℃(623K)的区间内，硬度下降不明显，而超过350℃(623K)之后逐渐有明显的变化；其中，活化能通过下列方程(1)定义：其中H为硅的硬度，T为过渡点以上的...

【专利技术属性】
技术研发人员：李莉华，杨任明，何佳益，宋博洋，张爱琴，夏菲，
申请(专利权)人：杨任明何佳益宋博洋张爱琴夏菲，
类型：发明
国别省市：