一種微結構薄玻璃元件采用錫液輔助模壓成形的工藝方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于微結構薄玻璃元件模壓成形技術領域，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】
[0002]使用模壓成形方法來制造玻璃元件是一種先進制造技術，應用該技術可提高生產率，并實現批量生產的市場要求。玻璃模壓成形屬于熱成型技術，即采用高精度模具在高溫無氧條件下將玻璃預形體壓制變形，直接復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形體的充填率、玻璃內部的溫度和應力分布直接影響到透鏡的成形質量。現有的玻璃元件模壓成形技術，一般是采用模具直接壓制熔融狀態的玻璃預形體完成充填，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、柳田裕昭發明的并于2002年10月15日申請中國專利的“光學玻璃、模壓成形用玻璃材料、光學元件及其制造方法”(專利申請號: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行退火的工序。
[0003]然而采用包括上述工藝等傳統方法制作微結構薄玻璃元件時，模壓成形過程中玻璃預形體在模具的直接壓力下變形，預形體受力不均勻而導致各個微結構充填率不一致；預形體表面與模具表面的差異使得預形體受熱或退火不均勻，成形元件內部殘余應力分布不均，尤其針對薄玻璃板時，容易產生翹曲變形，甚至出現破裂問題。
【發明內容】
[0004]針對上述現有技術中存在的缺陷，本發明提供一種充填率高、充填更均勻且易于控制的微結構薄玻璃元件采用錫液輔助模壓成形的工藝方法。
[0005]為了解決上述技術問題并實現本發明目的，本發明采用如下技術方案:首先準備一個帶加熱裝置的錫液容器，由加熱裝置將錫液容器內的錫加熱熔化成液體；然后通過將玻璃預形體放置處于高溫錫液表面，當玻璃預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)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的玻璃預形體表面，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置為微結構成形腔的模具，通過錫液傳力可使每一個微結構都具有相同壓力而形成微結構薄玻璃元件；再通過進行保壓處理，從而復制出模具下表面設置的微結構成形腔內的微結構形狀，常規退火及冷卻處理，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氣，以防止空氣中的氧氣氧化錫液；待錫液容器內達到無氧環境后，打開錫液容器底部的加熱裝置并將錫液容器進行加熱至232°C以上，金屬錫達到熔點后在錫液容器內熔化成液態。
[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形體將浮于錫液表面，當玻璃預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，并保證玻璃預形體能鋪滿整個錫液面形成封閉面；隨后將模具的微結構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形體；加熱裝置持續加熱，當玻璃預形體的粘度達到106?108dPa*s時，停止加熱，并以常規方法保溫。
[0009]在所述錫液輔助模壓工序中，當玻璃預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，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的錫液以增加錫液的內部壓力，錫液將此壓力均勻傳遞給已處于熔融狀態的玻璃預形體表面，從而推動熔融狀態玻璃充填錫液容器一個端口上安裝的表面設置為微結構成形腔的模具，通過錫液輔助可使每一個微結構都具有相同壓力而形成更均勻的微結構薄玻璃元件，從而復制模具表面的微結構形狀。
[0010]在所述保壓及退火工序中，待玻璃預形體充分充模后，以較小保持壓力處于恒定狀態，以免退火時玻璃預形體因結構松弛和降溫收縮而產生變形，關閉加熱裝置，通過自然散熱，緩慢降低錫液容器內錫液、玻璃以及模具的溫度；當微結構成形腔內玻璃的粘度由106?108dPa*s變為1013dPa*s時，完成退火。
[0011]在所述冷卻和取出成品工序中，待模具內玻璃的粘度達到1013dPa *s時，該玻璃預形體形成成品，撤掉作用于錫液容器一端活塞的壓力，待微結構成品冷卻后，將模具從錫液容器端口取下，從其中取出微結構成品。
[0012]所述錫液容器為通槽、通孔、或通道結構，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置有加熱裝置7 ;模具1為蓋形結構，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對應錫液容器敞口一側設置表面為微結構成形腔2。
[0013]所述錫液容器采用包括U型槽5、直通孔、或L形通槽結構；液壓裝置采用包括活塞機構、或其它可改變錫液容器容積的機構。
[0014]所述錫液容器內盛裝錫液6，并在模具1與錫液容器敞口之間放置玻璃預形體4，玻璃預形體4位于錫液6的液面之上。
[0015]為增強密封效果，也可在模具1與錫液容器的敞口端相配合安裝處設置有密封墊3。
[0016]本發明的有益效果是: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部溫度的均勻性，以減少因熱應力分布不均而導致薄型光學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構都具有相同壓力而形成均勻微結構；從而有效改善成形質量。專用的微結構薄玻璃元件錫液輔助模壓成形裝置，通過錫液容器內的錫液浮力托起玻璃預形體，增加玻璃預形體和錫液的接觸面，提高加熱(退火)效率并改善玻璃預形體內部溫度的均勻性；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的玻璃預形體，并推動熔融玻璃均勻充填微結構，改善各個微結構充填率不一致的問題，從而提高成形精度，它可廣泛用于微結構薄玻璃元件成形工藝領域。
【附圖說明】
[0017]圖1是微結構薄玻璃元件錫液輔助模壓成形的工藝流程參考圖。
[0018]圖2是微結構薄玻璃元件錫液輔助模壓成形裝置的結構示意圖。
[0019]圖3是在工藝流程中處于合模狀態的結構示意圖。
[0020]圖4是在工藝流程中處于錫液輔助模壓、保壓及退火狀態的結構示意圖。
[0021]圖5是實施例3中制造微柱狀陣列透鏡模具的俯視結構示意圖。
[0022]圖6是實施例4中制造菲涅爾透鏡模具的主視結構示意圖。
[0023]圖1中標示為:1、模具，2、微結構成形腔，3、密封墊，4、玻璃預形體，41、微結構玻璃元件，5、U型槽，6、錫液，7、加熱裝置，8、液壓活塞，9、