CN102317222A - 可模制制品、制备可模制制品的方法以及模制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种可模制制品，其至少包括由屏障材料制成的容器，所述容器提供内部空间，在所述内部空间内容纳有多个玻璃颗粒。所述玻璃具有玻璃化转变温度和结晶起始温度，所述玻璃化转变温度和所述结晶起始温度之间的差值为至少约5°K，并且所述玻璃由至少两种金属氧化物、0至少于20重量％的SiO2、0至少于20重量％的B2O3以及0至少于40重量％的P2O5构成。所述可模制制品通过在模制操作前保持玻璃颗粒的清洁和无水性来保护所述玻璃颗粒。本发明还提供了一种制备可模制制品的方法，包括：从多个玻璃颗粒上去除夹带的水分，将玻璃颗粒放入接收器中，以及密封所述接收器以形成所述制品。可将所述可模制制品放入模具中，并且在模制工艺过程中，所述屏障材料基本上烧净，同时所述玻璃颗粒聚结成模制制品。

Description

可模制制品、制备可模制制品的方法以及模制方法
本发明涉及用于模制玻璃颗粒的可模制制品，制备所述可模制制品的方法，以及模制所述可模制制品的方法。
背景技术
玻璃组合物已被用于提供大型制品和/或复杂形状。此类制品通常由聚结的玻璃颗粒制成。最近，已使用非传统玻璃材料的微粒制成了这样的制品和复杂形状。
可在模制工艺中完成对模制玻璃制品的制造，在该模制工艺中，将玻璃颗粒加热到材料的玻璃化转变温度以上。熔化的颗粒发生聚结，冷却后呈现出硬化的形状，从而形成制品。模制工艺通常涉及对熔化的颗粒施加压力，以帮助熔融玻璃成形为由特定的模具设计所限定的形状。
在使用模制技术制造玻璃制品时，已知的是，小玻璃颗粒(例如微粒)会聚集水分和/或静电荷。由非传统玻璃材料的微粒制造制品时，更是如此。因此，在模制工艺中玻璃颗粒很难处理。
发明内容
本发明解决了玻璃材料模制中遇到的问题。在一个方面，本发明提供了一种可模制制品，其包括：
第一容器，所述第一容器包括第一屏障以及在所述第一屏障内的内部空间，所述第一屏障由第一材料构成；
容纳于所述内部空间内并包含第一玻璃的多个第一玻璃颗粒，所述多个第一玻璃颗粒在第一模制温度下为可模制的，所述第一玻璃具有第一玻璃化转变温度和第一结晶起始温度，所述第一玻璃化转变温度和所述第一结晶起始温度之间的差值为至少约5°K，所述第一玻璃在组成上包含至少两种金属氧化物、0至少于20重量％的SiO2、0至少于20重量％的B2O3以及0至少于40重量％的P2O5；并且
其中，所述第一材料具有低于所述第一模制温度的第一分解温度。
在一些实施例中，上述制品的内部空间被分成多个空间，包括第一内部空间和第二内部空间，在第一内部空间内容纳有所述多个第一玻璃颗粒，在第二内部空间内容纳有多个第二玻璃颗粒，所述第二玻璃颗粒包含第二玻璃，所述第二玻璃的组成不同于所述第一玻璃的组成。
在其他实施例中，所述可模制制品还包括：
第二容器，所述第二容器包括第二屏障以及所述第二屏障内的第二内部空间，所述第二屏障由第二材料构成，所述第二容器完全在所述第一容器的内部空间内；以及
多个第二玻璃颗粒，其容纳于所述第二内部空间中以使得所述多个第二玻璃颗粒与所述多个第一玻璃颗粒彼此分开，所述多个第二玻璃颗粒包含第二玻璃，所述多个第二玻璃颗粒在第二模制温度下为可模制的。
在另一方面，本发明提供了一种制备可模制制品的方法，该方法包括：
将多个第一玻璃颗粒放在第一接收器中，所述多个第一玻璃颗粒在第一模制温度下为可模制的，所述第一玻璃具有第一玻璃化转变温度和第一结晶起始温度，所述第一玻璃化转变温度和所述第一结晶起始温度之间的差值为至少约5°K，所述第一玻璃在组成上包含至少两种金属氧化物；
从所述第一玻璃颗粒中去除夹带的水分；以及
密封所述第一接收器以形成第一容器，所述第一容器包括第一屏障，所述第一屏障限定内部空间，所述多个第一微粒占据所述内部空间的至少一部分，其中所述内部空间基本上不含水，并且其中所述第一屏障包含第一材料，所述第一材料具有低于所述第一模制温度的第一分解温度。
在上述方法的一些实施例中，所述方法还包括：
将多个第二玻璃颗粒放入第二接收器中，所述多个第二玻璃颗粒包含第二玻璃，所述第二玻璃在第二模制温度下为可模制的；
从所述第二玻璃颗粒中去除夹带的水分；以及
密封所述第二接收器以形成第二容器，所述第二容器包括第二屏障，所述第二屏障限定第二内部空间，所述多个第二玻璃颗粒占据所述第二内部空间的至少一部分，其中所述第二屏障包含第二材料，所述第二材料具有低于所述第二模制温度的第二分解温度；以及
在密封所述第一接收器的步骤前，将所述第二容器放入所述第一接收器中。
在上述方法的其他实施例中，所述第一接收器包括多个室，并且将所述多个第一玻璃颗粒放入所述第一接收器的步骤包括将所述颗粒放入第一室中；所述方法还包括将第二多个玻璃颗粒放入第二室中，其中密封所述第一接收器的步骤形成所述第一容器，使得所述内部空间形成多个密封室，所述第一多个玻璃颗粒被密封在第一内部空间中，所述第二多个玻璃颗粒被密封在第二内部空间中。
在另一方面，本发明提供了一种模制制品的方法，包括：
将一个或多个上述可模制制品放入模具腔体中；以及
加热所述模具腔体以分解所述第一材料，并聚结所述玻璃颗粒以提供模制制品。
通常，本领域的普通技术人员可以理解的是，在本发明实施例的描述中所用的术语应被视为具有赋予它们的一般含义。然而，某些术语应具有在本文中所述的含义。
“无定形材料”是指衍生自下述熔融相和/或蒸汽相的材料，所述熔融相和/或蒸汽相不具有任何经X射线衍射测定的长程有序晶体结构，和/或具有经差热分析(DTA)测定的、与无定形材料的结晶相对应的放热峰；
“陶瓷”包括无定形材料、玻璃、结晶陶瓷、玻璃陶瓷以及它们的组合。
“玻璃”是指表现出玻璃化转变温度的无定形材料；
“玻璃陶瓷”是指含有通过热处理无定形材料所形成的晶体的陶瓷；
“惰性气体”是指氦、氖、氪、氩、氙、氮以及前述两种或更多种的组合。
结合本发明的其余部分，包括具体实施方式、非限制性实例以及所附权利要求书，本领域的技术人员将进一步理解所公开实施例的各种特征。
附图说明
在描述本发明的实施例时，参考了各种附图。应当理解，附图未按比例绘制，但是它们有助于描述所述实施例。实施例的各种特征由附图标记标识，其中类似的数字通常表示类似的特征，并且其中：
图1是根据本发明实施例的可模制制品的平面图；
图2是图1的可模制制品的侧视图；
图3是图1的可模制制品的制造工艺的示意图，还示出了其后续模制过程；
图4是根据本发明另一个实施例的可模制制品的平面图；
图5是图4的可模制制品的制造工艺的示意图，还示出了其后续模制过程；
图6是根据本发明另一个实施例的可模制制品的平面图；
图7是根据本发明另一个实施例的可模制制品的透视图；
图8是根据本发明另一个实施例的模制制品的透视图；
图9是根据本发明另一个实施例的模制制品的透视图；
图10是根据本发明另一个实施例的模制制品的透视图；以及
图11是根据本发明另一个实施例的模制制品的透视图。
具体实施方式
本发明提供了玻璃(包括非传统玻璃)的处理方法，其中所述玻璃的初始形式为颗粒(球形颗粒、纤维、微球等等)。本发明的实施例提供了包含玻璃颗粒的可模制制品、可模制制品的制备方法以及模制的方法。在各种实施例中，可模制制品以密封容器或包装的形式提供，该密封容器或包装包含有处于无水、受控和/或处理过的气氛中的玻璃颗粒。本文所述的可模制制品可被直接插入模具腔体中。通过对可模制制品施加热/压力而不将玻璃颗粒从所述包装中取出，来进行模制操作。在高于所述包装材料的分解温度的温度下进行模制工艺，使得所述包装在模制操作中基本上烧净。所述玻璃的模制温度(例如所述玻璃颗粒开始聚结的温度)通常显著高于所述包装材料的分解温度。在所述玻璃的模制温度或以上的温度下，玻璃颗粒发生聚结，冷却后即形成模制制品。
现在参见附图，图1和图2提供了根据本发明实施例的可模制制品10的不同视图。可模制制品10以第一包装的形式提供，第一包装具有第一屏障12，第一屏障限定了第一内部空间14，第一内部空间14包含预定量的(例如多个)玻璃颗粒16。将第一屏障12密封，并且第一内部空间的气氛通常不同于围绕着制品10的气氛。在一些实施例中，第一内部空间14具有基本上不含水蒸气的气氛。在一些实施例中，第一内部空间14具有惰性气体气氛。在其它实施例中，将第一内部空间14中的气氛至少部分地抽空至降低的压力(例如真空或接近真空)。
第一屏障12由柔性第一材料制成，柔性第一材料基本上不透气，以便维持第一内部空间14内的气氛基本上恒定。当制品10保持密封时，玻璃颗粒16和第一内部空间14保持基本上干燥或无水。
合适的柔性第一材料包括纸以及各种柔性聚合物材料。如本文所用，术语“柔性”是指一种性质，并且具有此种性质的材料在环境条件下通常缺少刚度或硬度。在其他实施例中，第一屏障可由更刚性的第一材料制成。如本文所用，术语“刚性”也是一种性质，并且具有此种性质的材料在环境温度下在材料上未施加过度加热或外力的情况下往往可以维持给定的形状。然而，刚性材料不需要完全不可挠曲，事实上一些刚性材料在被加热、处理等时可以弯曲或以其他方式变形。应当理解，在某些情况下，刚性材料和柔性材料之间的差异可能源于不同材料的使用或者相同或相似材料的厚度变化(例如增加材料的厚度可提供刚度)。
适合用作第一材料的聚合物包括选自以下的那些：聚酰胺、聚甲基丙烯酸甲酯、聚异丁烯、聚碳酸酯、聚碳酸亚乙酯、聚碳酸亚丙酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚醚醚酮、聚乙烯、聚丙烯、聚苯醚、聚苯乙烯聚芳酯以及前述两种或更多种的组合。合适的聚酰胺包括尼龙6和尼龙66以及它们的组合。合适的聚乙烯可选自低密度聚乙烯、高密度聚乙烯、中密度聚乙烯以及前述两种或更多种的组合。在具体实施例中，第一屏障由低密度聚乙烯制成。第一材料具有第一分解温度，在此温度下材料发生分解。
玻璃颗粒16占据第一内部空间14。在本发明的实施例中，颗粒16为包含第一玻璃材料的微粒，所述第一玻璃材料为非传统玻璃材料，例如在以下专利和专利申请中描述的那些，包括提交于2001年8月2日的美国专利No.09/922,527、No.09/922,528和No.09/922,530；U.S.2003/0115805 A1(Rosenflanz等人)；U.S.2003/0110707 A1(Rosenflanz等人)；U.S.7,168,267(Rosenflanz等人)；U.S.2003/0126802 A1(Rosenflanz)；U.S.7,147,544(Rosenflanz等人)；以及U.S.7,101,819(Rosenflanz等人)，它们的公开内容以引用方式并入本文。
上述非传统玻璃材料具有第一玻璃化转变温度和第一结晶起始温度。第一玻璃化转变温度和第一结晶起始温度之间的差值为至少约5°K(或甚至至少10°K，至少15°K，至少20°K，至少25°K，至少30°K，或至少35°K)。第一玻璃材料包含至少两种金属氧化物(即，阳离子不同的金属氧化物)、0至少于20重量％的SiO2(例如少于15重量％，少于10重量％，少于5重量％，或甚至0重量％的SiO2)、0至少于20重量％的B2O3(例如少于15重量％，少于10重量％，少于5重量％，或甚至0重量％的B2O3)以及0至少于40重量％的P2O5(例如少于35重量％，少于30重量％，少于25重量％，少于20重量％，少于15重量％，少于1重量％，少于5重量％，或甚至0重量％的P2O5)。上述玻璃材料在第一模制温度或以上的温度下是可模制的，在此第一模制温度下微粒开始聚结。在本文所述的本发明的实施例中，第一材料的第一分解温度低于第一玻璃的第一模制温度。
参见图3，其中示意性地示出了可模制制品10的制备工艺以及涉及所述制品的模制工艺。在例如烘箱、加热罩等加热台(未示出)处，在容器20内加热测定量的玻璃颗粒16。将颗粒16加热到低于所述玻璃的Tg的高温，并维持足够的时间以除去水分。在一些实施例中，将颗粒维持在接近水的沸点的温度(例如100℃)下。在一些实施例中，合适的温度范围为约101℃至约150℃，约110℃至约140℃，以及约120℃至约135℃。在一些实施例中，合适的温度为约130℃。颗粒加热的时长可取决于所用颗粒的量以及存在的水分量。在各种实施例中，需要加热数小时以确保颗粒充分干燥，并且可将颗粒在上述范围之一中的温度下加热长达约24小时。
一旦干燥后，可将容器20密封(未示出)，在从容器20中转移到可密封的柔性容器26中之前，可使玻璃颗粒16冷却。所示的漏斗28为可选的装置以帮助转移颗粒16。在转移玻璃颗粒之后，用一定量的干燥颗粒填充可密封容器26，并且可将所述容器26沿其敞开端30密封，以为可模制制品10提供基本上无水的内部空间14。在一些实施例中，在密封前使用惰性气体吹扫可密封容器26。在一些实施例中，将容器26密封以使第一内部空间14内具有降低的压力。在一些实施例中，将容器26密封为在内部空间14内提供真空或接近真空状态。
可模制制品10适用于模制工艺，以将玻璃颗粒16模制成模制制品。在玻璃颗粒16的形式为微粒的实施例中，它们可具有以微米度量的平均直径，并且在一些实施例中在约10μm至约250μm的范围内。在任何情况下，玻璃颗粒16在约300℃或以上，约400℃或以上，约500℃或以上，约700℃或以上，或者约900℃或以上的第一模制温度下为可模制的。在模制工艺中，将可模制制品10放在模具32的模具腔体34中。在图3的实施例中，所示模制工艺为压缩模制，并且配备的腔体34被加热至高温。将可模制制品10放入腔体34中后，使用在尺寸上贴合所述腔体34内部的顶部或塞子构件36闭合模具32，以对模具内的材料施加压力。
将模具32加热到第一模制温度，通过塞子构件36所施加的压缩对模具施加压力。在本发明的各个实施例中，可模制制品10的第一屏障包含第一材料(例如聚乙烯)，其分解温度低于玻璃颗粒的第一模制温度，以使得屏障12的第一材料在模制工艺中并且通常在颗粒16开始软化和聚结之前分解。在一些实施例中，第一屏障12的分解基本上去除了所述屏障的所有第一材料。随着模具32内温度继续升高到第一模制温度，玻璃颗粒开始软化、聚结并呈现出与腔体34的内部构造一致的形状。模具32随后被冷却以形成模制制品38，之后可将其从腔体34中取出。
在实施例中，非传统玻璃颗粒聚结并且至少部分地结晶，以提供玻璃陶瓷制品或陶瓷制品。在一些实施例中，对玻璃进行热处理，以增加玻璃的结晶度并提供玻璃陶瓷或陶瓷材料。本领域的技术人员将会知道，模制制品38可包含玻璃、玻璃陶瓷和/或陶瓷材料。
在本发明的实施例中，模制制品38的表面达到光学质量，而无需进一步处理。在此类实施例中，制品38的表面呈现出模具32的内表面所赋予的形貌特征。如本文所用，“光学质量”是指表面或制品适用于光学领域应用。
在一些实施例中，第一材料在模制工艺中可能未完全分解，可对模制制品38的表面进行抛光和/或进一步处理(例如用溶剂处理)，以去除剩余残余物。
参见图4，其中示出了可模制制品110的另一个实施例。制品110包括第一屏障112，其限定了被分成第一内部空间114a和第二内部空间114b的内部空间。所示的内部空间114a、114b具有基本上相等的内部容量或体积，两个空间被单个隔断113分开。如之前对图1的制品10的描述，每个内部空间114a和114b中的气氛可与围绕着可模制制品110的气氛不同，并且应当理解，内部空间114a和114b中的内部气氛可彼此相同或彼此不同。内部空间114a和/或114b中的气氛基本不含水分，并且在一些实施例中，内部空间包含惰性气体。在一些实施例中，内部空间114a和/或114b已被抽空，从而提供真空或近真空状态。
第一内部空间114a内包含一定量的第一玻璃颗粒116a，所述第一玻璃颗粒包含第一玻璃。同样地，第二内部空间114b内包含预定量的第二玻璃颗粒116b。内部空间114a中的第一颗粒116a的量与内部空间114b内的第二颗粒116b的量可以相同或不同。第二颗粒116b包含第二玻璃。第一玻璃或第二玻璃中的至少一者包含如前所述的非传统玻璃材料。第一玻璃和第二玻璃可以是相同的玻璃材料，或者可以是不同的材料。
在本发明的一些实施例中，因为第一玻璃与第二玻璃的组成相同，所以第二玻璃颗粒116b与第一玻璃颗粒116a也相同。在其他实施例中，第一玻璃与第二玻璃的组成不同。
在第一和第二玻璃都为非传统玻璃的实施例中，所述玻璃中的至少一者可总共包含基于玻璃的总重量计，少于40重量％(或少于35重量％、30重量％、25重量％、20重量％、15重量％、10重量％、5重量％或甚至0重量％)的SiO2、B2O3和P2O5。多个第二颗粒在第二模制温度下为可模制的，因为它们在第二模制温度或以上的温度下开始软化和聚结(例如在模制操作过程中)，并且第二模制温度与第一模制温度可以相同或不同。在各种实施例中，第一分解温度比第一模制温度和第二模制温度都低。
第一屏障112由之前结合可模制制品10(图1)所述的材料制成。隔断113通常由与第一屏障112相同的材料制成，但是一些实施例可包括由与屏障112所用材料不同的材料制成的隔断。
参见图5，其中示出了制造可模制制品110及其随后用于模制工艺中以提供模制玻璃制品138的工艺示意图。首先在容器120内对测定量的第一玻璃颗粒116a进行加热，以去除水，并在第二容器121中对测定量的第二玻璃颗粒116b进行加热，同样也去除水。可在单独的加热台(未示出)处加热容器120、121，所述加热台可包括烘箱、加热罩等等。
加热以去除水分后，可密封容器120和121，以阻止水分在冷却颗粒的过程中回到所述颗粒中。将第一玻璃颗粒116a从容器120中转移到可密封容器126的第一内部空间114a中。所示的漏斗128为可选的装置，以帮助转移玻璃颗粒116a。将第二玻璃颗粒116b从容器121中转移到可密封容器126的第二内部空间114b中。所示的漏斗129为可选的装置，以帮助转移颗粒116b。转移玻璃颗粒后，将可密封容器126沿其敞开侧130密封，以提供可模制制品110。
在本发明的一些实施例中，在密封前用惰性气体吹扫可密封容器126。在其他实施例中，在抽空后将内部空间114a和114b密封，以在内部空间内提供降低的压力(例如真空或近真空状态)。
可模制制品110适用于模制工艺，在模制工艺中，将制品放在模具132的敞开的模具腔体134中，各内部空间114a和114b相对于彼此取向，以使得内部空间之一及其容纳物(例如玻璃颗粒116a或116b)位于另一内部空间及其容纳物的上面。在该取向中，颗粒116a和116b形成两层玻璃材料，一层叠在另一层之上。在图5的压缩模制工艺中，腔体134初始为敞开的以接纳制品110，并被构造为被加热至高温。将可模制制品110放入腔体134内后，将模具132闭合并加热到预定的温度。用塞子构件136对制品110施加压力，以在腔体134内压缩玻璃颗粒。
在本发明的各种实施例中，可模制制品110的第一屏障112将在特性分解温度或以上的温度下基本上分解。在一些实施例中，第一屏障112的分解基本上去除了所述屏障的所有第一材料。之后，提高模具132的温度，以将玻璃颗粒116a和116b加热到模制温度，在该模制温度下颗粒将软化并聚结。冷却模具132，并且可将所得的模制制品138从腔体134中取出。模制制品138为双层复合材料，具有模制第一颗粒116a所得的第一层138a以及模制第二颗粒116b所得的第二层138b。在一些实施例中，第一屏障112的第一材料在模制工艺过程中可能未完全分解，使得模制制品138的表面可能需要抛光和/或另外的处理(例如使用溶剂清洗)，以去除任何剩余残余物。如本文所述，层138a或138b中的至少一者包含衍生自非传统玻璃的材料。
在其他实施例中，可通过将各个可模制制品(例如，类似于图1的制品10)堆叠在模具腔体中并且按上述相同的方式模制所述可模制制品来制造与模制制品138相似的模制制品。类似于制品138的多层制品尤其可用作例如光学透镜。在此类实施例中，模制层138a和138b各自可具有一种或多种不同的性质，例如不同的折射率等等。在各种实施例中，模制制品138可包含由非传统玻璃模制而成的玻璃、陶瓷和/或玻璃陶瓷材料。在一些实施例中，非传统玻璃颗粒聚结并至少部分地结晶。在一些实施例中，以增加玻璃的结晶度并提供玻璃陶瓷或陶瓷材料的方式对玻璃进行热处理。
现在参见图8，其中示出了多层模制制品168。制品168可根据本发明的实施例制造。模制层168a、168b和168c在堆叠结构内占据分立的位置。在一些实施例中，各模制层168a、168b和168c由不同的玻璃组合物制成，以使一个模制层的折射率不同于其他两层中任何一层的折射率。在制品168例如为梯度折射率透镜的实施例中，层168a和168c可包含高折射率玻璃，而中间层168b可由低折射率玻璃制成。层168a、168b和/或168c中的至少一者为如之前所述的非传统玻璃的模制产品，并且非传统玻璃的模制可在模制制品168的层168a、168b或168c的一者或多者中产生玻璃、陶瓷和/或玻璃陶瓷材料。制品168可由可模制制品制成，所述可模制制品包括三个不同的内部空间，例如，各内部空间包含单独一组玻璃颗粒。或者，可在模具腔体内同时模制三个相互堆叠的可模制制品以制造制品168，各可模制制品包含其自身的单独一组玻璃颗粒。通过如前所述的模制工艺，每个可模制制品都将在最终制品168中产生相应的层。
图6示出了根据本发明的另一实施例构造的可模制制品210。制品210为具有第一屏障212和内部空间的容器，所述内部空间被分成第一内部空间214a和第二内部空间214b。内部空间214a、214b各具有之前结合图1和图4的实施例所述的内部气氛。在第一内部空间214a内包含预定量的第一玻璃颗粒216a，在第二内部空间214b内包含预定量的第二玻璃颗粒216b。在所示实施例中，内部空间214a比内部空间214b大，并且第一内部空间214a中的第一颗粒216a的量大于第二内部空间214b内的第二颗粒216b的量。如之前的实施例所述，颗粒216a具有第一玻璃组成，其可与颗粒216b的第二玻璃组成不同。通常，可选择第一和第二玻璃颗粒，从而为最终模制制品提供不同的性质，例如不同的折射率。第一玻璃颗粒216a或第二玻璃颗粒216b中的至少一者包含如前所述的非传统玻璃。
可模制制品210可利用各个容器的组合制成，其中第一屏障212由柔性材料制成，例如已描述过的聚合物材料。在这样的实施例中，单个容器为具有通向其内部空间的单个敞开端的“袋子”或柔性壁容器。第二内部空间214b可通过提供热封边215a、215b、215c以形成第二内部空间214b的三条边来形成。第四热封边215d在用玻璃颗粒216b填充内部空间214b之后形成。在图6中，第二内部空间214b被设置在第一内部空间214b的中心。或者，可将第二内部空间设置在更大的第一内部空间214b内的其他位置，这取决于最终模制制品所需的构型。也应当意识到，在一些实施例中，相同的可模制制品可具有两个以上的内部空间(例如第三内部空间，第四内部空间等等)，每一个这样的内部空间包含一定量的玻璃颗粒，并且这些一定量的玻璃颗粒中的至少一者包含如前所述的非传统玻璃。
可模制制品210可用在之前结合图1-5的实施例所述的模制工艺中。所得的模制制品将包括至少两个不同的模制部分，一个模制部分由第一玻璃颗粒214a加工而成，另一模制部分由第二玻璃颗粒214b加工而成。
图9所示的模制制品238的类型得自涉及图6的可模制制品210的模制工艺。制品238包括：第一或外部模制部分238a，以及嵌套在外部部分238a内并固定到其的第二或内部模制部分238b。应当理解，模制部分238a、238b的所示形状仅仅是示例性的，其他形状也在本发明的范围之内并且可仅通过例如改变制造模制制品所使用的模具设计而容易地得到。模制制品238的至少一层由之前所述的非传统玻璃材料模制而成，使得这样的层可包含玻璃、陶瓷和/或玻璃陶瓷材料。
设想了其他实施例，其中可模制制品与图6中的制品210相似，但是其中第二内部空间(例如相当于空间114b)实际上由单独的可模制制品构成，所述可模制制品被放在更大的可模制制品的内部空间(例如相当于内部空间214a)内。换句话讲，本发明的实施例包括其中单独的可模制制品被容纳在另一可模制制品的内部空间中的那些实施例。各可模制制品的每个单独的内部空间包含一定量的玻璃颗粒。这些一定量的玻璃颗粒中的至少一者包含如前所述的非传统玻璃。
在其他实施例中，模制制品可根据本发明进行制造，其中所述制品包括彼此固定的玻璃和非玻璃部分。图10中示出了制品338，其包括两个部件：模制玻璃部分338b放置在圆形非玻璃第一部分338a(例如框)内。模制玻璃部分338b包含如前所述的非传统玻璃。圆形非玻璃部分338a可由多种其他材料中的任一种制成，包括聚合物材料、金属材料等等。在形成最终模制制品338前，可预先形成非玻璃部分338a并将其放在模具腔体内。在模制操作中，将非玻璃部分338a放在模具中，并将可模制制品(如本文所述)放在模具内的非玻璃部分338a的中心。可执行模制工艺以形成制品338，其具有位于部分338a中心内的模制玻璃部分338b。在模制操作过程中，可模制制品中的玻璃颗粒聚结，同时还粘合到非玻璃部分上，从而形成部分338a和338b彼此固定的最终制品338。
本领域的普通技术人员将会知道，利用本发明的可模制制品还可制造其他多部件制品。此类多部件模制制品可包括根据需要或期望布置的玻璃和非玻璃部分。图11示出了另一个这样的多部件模制制品448。制品448包括三个部件：448a、448b和448c。模制部件中的至少一者包含衍生自如前所述的非传统玻璃的材料。如本文所述，制品448由至少一个可模制制品模制而成。
在另一个实施例中，图7示出了可模制制品310。如在之前描述的实施例中，制品310为具有第一屏障312的容器。然而，第一屏障312由成形的、更刚性的材料制成，而不是柔性的。在图7中，模制制品310为具有凹陷中心部分311的半球状形状(例如其为杯形)。多个玻璃颗粒316占据制品310内的内部空间314，并且内部空间314具有如前所述的基本上无水的内部气氛。第一屏障312包含第一材料，所述第一材料在模制操作过程中当所述模具被加热和加压时将会分解。屏障312的分解发生在基本上低于玻璃颗粒316的模制温度的分解温度下。可模制制品310被成形为嵌套在模具腔体334内，中心部分311的尺寸被设计为在其中接纳模具的塞子构件336。对杯形制品310进行模制即得到类似形状的模制制品。虽然为了描述该实施例，对制品310的形状进行了一些夸大，但是应当理解，可模制制品的形状将利于形成类似形状的模制制品，例如凹透镜。
对屏障312使用刚性第一材料可以将所述多个玻璃颗粒316保持在预定的杯形构造中。在压缩模制工艺中，将腔体334加热至高温，并通过从模具顶部335延伸进凹陷中心部分311的塞子构件336对制品310施加压力。当模具达到第一材料的分解温度时，屏障312将发生分解，玻璃颗粒316将软化和聚结。当温度继续上升到第一模制温度时，颗粒316开始软化并聚结成模制形状。冷却后，玻璃将硬化，并且可将模制制品从模具腔体334中取出。所得的模制制品可包含玻璃、玻璃陶瓷和/或陶瓷材料。
本领域的普通技术人员还将意识到，可获得刚性可模制制品310的变型形式，它们也完全落在本发明的范围内。例如，模制制品可以不同的形状提供和/或具有多个室，每个室中包含单独的多个玻璃颗粒，其中至少一个室包括含有如前所述的非传统玻璃材料的多个微粒。所有这些实施例均在本发明的范围内。
根据本发明实施例的可模制制品的使用为玻璃颗粒(特别是玻璃微球)提供了改进的模制工艺。本发明的各种实施例提供了一种装置，其为模制工艺初始准备多个玻璃颗粒，随后可将颗粒保存在准备状态下达一段未定的时间。水分以及碳和尘埃是小颗粒(例如微球)模制过程中的已知污染物。可在将颗粒放入模具腔体的过程中和/或在模具腔体的加压过程中，通过对颗粒进行处理来将此类污染物去掉。污染会带来问题，因为它会在最终模制玻璃制品中造成结构缺陷。例如在光学透镜的模制过程中，结构缺陷会导致最终透镜具有不可取的光学性质。除了尘埃等引起的污染外，小颗粒(例如微粒)会聚集静电荷，这将进一步使颗粒的处理复杂化，尤其是在例如将颗粒放入模具腔体的过程中。
由于可容易地将玻璃颗粒放入模具腔体中，而无需担忧留存的水分并且不存在处理带静电颗粒的困难，本发明的可模制制品有利于模制工艺。玻璃颗粒的制造者(例如)可利用本发明为模制操作制备颗粒，而模制操作则可由外部供应商、客户等进行。因此，保证了在模制工艺中使用玻璃颗粒的供应商和客户可获得纯净清洁的包装颗粒。此外，可提供多种模制制品中的任一种，包括(例如)单层制品以及多层制品。
实例
下面的非限制性实例进一步说明了本发明的实施例。
实例1
将20克玻璃微粒放入玻璃广口瓶中，在烘箱中于130℃下干燥16小时。微粒由非传统玻璃制成，该玻璃具有由La2O3 Al2O3 ZrO2 Gd2O3所表示的组成。密封广口瓶并使其冷却。将微粒倒入由2密耳(0.051mm)聚乙烯薄膜制成的柔性容器(例如封套)中，然后对封套进行热封。将封套放入模具腔体中。将模具加热至约900℃并加压，使聚乙烯薄膜烧掉并将球形微粒再成形为具有模具腔体形状的固结制品。冷却模具，取出玻璃制品并抛光表面。即制成了透明的模制制品。
实例2
干燥500克La2O3 Al2O3 ZrO2 Gd2O3球形玻璃微粒，然后将其放入柔性聚乙烯封套中并热封，以提供由4密耳(0.102mm)厚的聚乙烯薄膜制成的可模制制品。使用碳板构造尺寸为5英寸×5英寸×约3/8英寸(12.7cm×12.7cm×0.95cm)的模具腔体。将可模制制品放入此模具腔体中，并用另外的碳板覆盖并密封腔体。将模具加热至870℃并加压，从而将微粒压成固体模制制品。聚乙烯薄膜在加热过程中被烧掉。
虽然本文已描述并示例了各种实施例，但是本领域的普通技术人员将会知道，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可对所述实施例进行变化和修改。

Claims (39)

1.一种可模制制品，其包括：
第一容器，所述第一容器包括第一屏障以及在所述第一屏障内的内部空间，所述第一屏障由第一材料构成；
容纳在所述内部空间内并包含第一玻璃的多个第一玻璃颗粒，所述多个第一玻璃颗粒在第一模制温度下为可模制的，所述第一玻璃具有第一玻璃化转变温度和第一结晶起始温度，所述第一玻璃化转变温度和所述第一结晶起始温度之间的差值为至少约5°K，所述第一玻璃在组成上包含至少两种金属氧化物、0至少于20重量％的SiO2、0至少于20重量％的B2O3以及0至少于40重量％的P2O5；并且
其中，所述第一材料具有低于所述第一模制温度的第一分解温度。
2.根据权利要求1所述的制品，其中所述第一玻璃颗粒包括微粒。
3.根据权利要求1所述的制品，其中所述第一材料包括聚合物。
4.根据权利要求3所述的制品，其中所述聚合物选自聚酰胺、聚甲基丙烯酸甲酯、聚异丁烯、聚碳酸酯、聚碳酸亚乙酯、聚碳酸亚丙酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚醚醚酮、聚乙烯、聚丙烯、聚苯醚、聚苯乙烯聚芳酯以及前述两种或更多种的组合。
5.根据权利要求4所述的制品，其中所述聚酰胺选自尼龙6、尼龙66以及它们的组合。
6.根据权利要求4所述的制品，其中所述聚乙烯选自低密度聚乙烯、高密度聚乙烯、中密度聚乙烯以及前述两种或更多种的组合。
7.根据权利要求4所述的制品，其中所述聚乙烯为低密度聚乙烯。
8.根据权利要求1所述的制品，其中所述第一材料为柔性的。
9.根据权利要求1所述的制品，其中所述第一材料为刚性的。
10.根据权利要求1所述的制品，其中所述第一材料为纸。
11.根据权利要求1所述的制品，其中所述内部空间基本不含水蒸气。
12.根据权利要求1所述的制品，其中所述内部空间具有包含惰性气体的气氛，所述惰性气体选自氦、氖、氪、氩、氙、氮以及前述两种或更多种的组合。
13.根据权利要求1所述的制品，其中所述内部空间被分成至少第一内部空间和第二内部空间，在所述第一内部空间内容纳有所述多个第一玻璃颗粒，并且在所述第二内部空间内容纳有多个第二玻璃颗粒，所述第二玻璃颗粒包含第二玻璃，所述第二玻璃的组成不同于所述第一玻璃的组成。
14.根据权利要求13所述的制品，其中所述第二玻璃颗粒包括微粒，所述第二玻璃具有第二玻璃化转变温度和第二结晶起始温度，所述第二玻璃化转变温度和所述第二结晶起始温度之间的差值为至少约5°K，所述第二玻璃包含至少两种金属氧化物、0至少于20重量％的SiO2、0至少于20重量％的B2O3以及0至少于40重量％的P2O5。
15.根据权利要求1所述的制品，其还包括：
第二容器，所述第二容器包括第二屏障以及在所述第二屏障内的第二内部空间，所述第二屏障由第二材料构成，所述第二容器完全在所述第一容器的内部空间内；
多个第二玻璃颗粒，所述多个第二玻璃颗粒容纳于所述第二内部空间内以使得所述多个第二玻璃颗粒和所述多个第一玻璃颗粒彼此分开，所述多个第二玻璃颗粒包含第二玻璃，所述多个第二玻璃颗粒在第二模制温度下为可模制的。
16.根据权利要求15所述的制品，其中所述第二玻璃具有第二玻璃化转变温度和第二结晶起始温度，所述第二玻璃化转变温度和所述第二结晶起始温度之间的差值为至少约5°K，所述第二玻璃的组成不同于所述第一玻璃的组成，并且所述第二玻璃包含至少两种金属氧化物、0至少于20重量％的SiO2、0至少于20重量％的B2O3以及0至少于40重量％的P2O5。
17.根据权利要求15所述的制品，其中所述第二材料具有低于所述第二模制温度的第二分解温度。
18.根据权利要求15所述的制品，其中所述第二材料与所述第一材料相同。
19.根据权利要求1所述的制品，其中所述第一模制温度为约300℃或更高。
20.一种制备可模制制品的方法，所述方法包括：
将多个第一玻璃颗粒放在第一接收器中，所述多个第一玻璃颗粒在第一模制温度下为可模制的，所述第一玻璃具有第一玻璃化转变温度和第一结晶起始温度，所述第一玻璃化转变温度和所述第一结晶起始温度之间的差值为至少约5°K，所述第一玻璃的组成包含至少两种金属氧化物；
从所述第一玻璃颗粒中去除夹带的水分；以及
密封所述第一接收器，以形成第一容器，所述第一容器包括第一屏障，所述第一屏障限定内部空间，所述多个第一微粒占据所述内部空间的至少一部分，其中所述内部空间基本上不含水，并且其中所述第一屏障包含第一材料，所述第一材料具有低于所述第一模制温度的第一分解温度。
21.根据权利要求20所述的方法，其中所述第一玻璃颗粒为微粒，所述第一玻璃还包含0至少于20重量％的SiO2、0至少于20重量％的B2O3以及0至少于40重量％的P2O5。
22.根据权利要求20所述的方法，其中所述去除夹带水分的步骤包括加热所述第一玻璃颗粒。
23.根据权利要求22所述的方法，其中所述去除夹带水分的步骤还包括在密封所述第一接收器的步骤之前用惰性气体吹扫所述第一接收器，所述惰性气体选自氦、氖、氪、氩、氙、氮以及前述两种或更多种的组合。
24.根据权利要求20所述的方法，其中所述去除夹带水分的步骤包括将所述第一容器至少部分地抽空，以在所述第一容器中提供降低的气压。
25.根据权利要求20所述的方法，其中所述第一材料包括聚合物，所述聚合物选自聚酰胺、聚甲基丙烯酸甲酯、聚异丁烯、聚碳酸酯、聚碳酸亚乙酯、聚碳酸亚丙酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚醚醚酮、聚乙烯、聚丙烯、聚苯醚、聚苯乙烯聚芳酯以及前述两种或更多种的组合。
26.根据权利要求25所述的方法，其中所述聚酰胺选自尼龙6、尼龙66以及它们的组合。
27.根据权利要求25所述的方法，其中所述聚乙烯选自低密度聚乙烯、高密度聚乙烯、中密度聚乙烯以及前述两种或更多种的组合。
28.根据权利要求27所述的方法，其中所述聚乙烯为低密度聚乙烯。
29.根据权利要求20所述的方法，该方法还包括：
将多个第二玻璃颗粒放在第二接收器中，所述多个第二玻璃颗粒包含第二玻璃，所述第二玻璃在第二模制温度下为可模制的；
从所述第二玻璃颗粒中去除夹带的水分；以及
密封所述第二接收器，以形成第二容器，所述第二容器包括第二屏障，所述第二屏障限定第二内部空间，所述多个第二玻璃颗粒占据所述第二内部空间的至少一部分，其中所述第二屏障包含第二材料，所述第二材料具有低于所述第二模制温度的第二分解温度；以及
在密封所述第一接收器的步骤前将所述第二容器放入所述第一接收器中。
30.根据权利要求29所述的方法，其中所述第二玻璃颗粒包括微粒，并且所述第二玻璃具有第二玻璃化转变温度和第二结晶起始温度，所述第二玻璃化转变温度和所述第二结晶起始温度之间的差值为至少约5°K，所述第二玻璃在组成上包含至少两种金属氧化物、0至20重量％的SiO2、0至20重量％的B2O3以及0至40重量％的P2O5。
31.根据权利要求21所述的方法，其中所述第一接收器包括多个室，并且将所述多个第一玻璃颗粒放入所述第一接收器的步骤包括将所述颗粒放入第一室中；所述方法还包括将第二多个玻璃颗粒放入第二室中，其中将所述第一接收器密封的步骤形成所述第一容器，以使得所述内部空间形成多个密封室，其中所述第一多个玻璃颗粒被密封在第一内部空间中，并且所述第二多个玻璃颗粒被密封在第二内部空间中。
32.根据权利要求31所述的方法，其中所述第二玻璃颗粒包括微粒，并且所述第二玻璃具有第二玻璃化转变温度和第二结晶起始温度，所述第二玻璃化转变温度和所述第二结晶起始温度之间的差值为至少约5°K，所述第二玻璃包含至少两种金属氧化物、0至20重量％的SiO2、0至20重量％的B2O3以及0至40重量％的P2O5。
33.一种模制制品的方法，该方法包括：
将一个或多个根据权利要求1所述的可模制制品放入模具腔体中；
将所述模具腔体加热至高于所述第一分解温度且高于所述第一玻璃化转变温度的温度，以分解所述第一材料并聚结所述第一玻璃颗粒，从而提供包含所述第一玻璃的模制制品。
34.根据权利要求33所述的方法，该方法还包括根据需要处理所述模制制品，以将所述第一材料的残余物从所述模制制品的表面上去除。
35.根据权利要求34所述的方法，其中根据需要处理所述模制制品以去除残余物的步骤包括抛光所述模制制品的表面。
36.根据权利要求34所述的方法，其中根据需要处理所述模制制品以去除残余物的步骤包括对所述模制制品的表面进行化学处理。
37.根据权利要求34所述的方法，其中将一个或多个根据权利要求1所述的可模制制品放入模具腔体中的步骤还包括将预模制部分放入所述模具腔体中，以使得所述模制制品包括固定到所述第一玻璃的所述预模制部分。
38.一种模制制品的方法，该方法包括：
将一个或多个根据权利要求13所述的可模制制品放入模具腔体中；以及
将所述模具腔体加热到高于所述第一分解温度的温度，以分解所述第一材料并聚结所述第一多个玻璃颗粒和所述第二多个玻璃颗粒，从而提供包括第一模制部分和第二模制部分的模制制品，所述第一模制部分被固定到所述第二模制部分。
39.一种模制制品的方法，该方法包括：
将一个或多个根据权利要求15所述的可模制制品放入模具腔体中；
将所述模具腔体加热以分解所述第一材料和所述第二材料，并聚结所述第一多个玻璃颗粒和所述第二多个玻璃颗粒，从而提供模制制品，所述模制制品包括固定到第二模制部分的第一模制部分。
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