CN102476908A - 一种大口径透红外玻璃球罩的制备方法 - Google Patents

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本发明的名称为一种大口径透红外玻璃球罩的制备方法。属于异型玻璃制备技术领域。它主要是解决现有锗酸盐、铝酸盐大口径透红外玻璃球罩成型过程中存在炸裂、变形、析晶的问题。它包括下列步骤：①将锗酸盐或铝酸盐玻璃高温熔炼；②将上模、下模低于玻璃Tg温度150-200℃下预热；③预热后将上模、下模放置在浇注平台上，提起上模，将玻璃熔液缓缓倒入下模内，放下上模，压制20～50秒；④提起上模，然后翻转下模，用木板托住玻璃球罩，并将玻璃球罩送入退火炉内；⑤在退火炉内保温2-5h，然后以-10℃/h的降温速率降温至200℃，再断电降温。本发明具有整个操作过程简单，质量好，易实现批产的特点，主要用于大口径透红外玻璃球罩的制备。

Description

一种大口径透红外玻璃球罩的制备方法
技术领域
本发明属于异型玻璃制备技术领域。具体涉及一种锗酸盐、铝酸盐等大口径透红外玻璃球罩的制备方法。
背景技术
常用的中波红外材料主要有晶体及玻璃，晶体材料主要是MgF2、CaF2、ZnS、蓝宝石等，玻璃材料主要是锗酸盐、铝酸盐及氟化物玻璃，其中锗酸盐、铝酸盐玻璃由于物理性能（硬度、强度）较氟化物好，GeO2-AL2O3-CaO或AL2O3-CaO-BaO体系玻璃，具有熔炼温度高（熔炼温度大于1450℃）、高温黏度小、析晶温度高等特性，适合用于导弹、吊仓等设备中做红外窗口材料，在七八十年代，以色列、美国等国家就用锗酸盐玻璃作为空空导弹的整流罩，受当时技术条件的限制，整流罩尺寸较小（口径小于120mm），采用冷压一次成型技术制造整流罩毛坯，近年来，随着技术的进步，小尺寸的整流罩已经不能满足使用的要求，大尺寸整流罩的需求也越来越旺盛，如俄罗斯空军装备的R77空空导弹就采用口径在250mm以上的整流罩，这样就对大口径整流罩的制造技术提出了新的要求，而要完成大口径整流罩的制备，就必须设计合理的成型工艺，解决模具设计及成型过程中炸裂、变形、析晶等问题，才能制造出符合要求的大口径玻璃球罩。
发明内容
本发明的目的就是针对上述不足之处而提供一种采用熔炼温度高（熔炼温度大于1450℃）、高温黏度小、析晶温度高等特性的锗酸盐、铝酸盐等材料制备异型大口径透红外玻璃球罩的方法。
本发明的技术解决方案是：一种大口径透红外玻璃球罩的制备方法，其特征在于包括下列步骤：
①将锗酸盐或铝酸盐玻璃在铂金埚高温炉中熔炼；
②将上模、下模清洗干净后放入退火炉中预热，预热温度为低于锗酸盐或铝酸盐玻璃Tg温度150-200℃；
③将预热后的上模、下模从退火炉中推出，放置在浇注平台上，并将上模提起，然后将铂金埚中的玻璃熔液缓缓倒入下模内，再慢慢放下上模，压制20～50秒；
④完成玻璃球罩压制后，将上模提起，然后将下模翻转，将玻璃球罩翻出下模，用木板托住，并将玻璃球罩送入退火炉内；
⑤玻璃球罩在退火炉内保温2-5h，然后以-10℃/h的降温速率降温至200℃，再断电降温，完成粗退火。
本发明的技术解决方案中所述的上模、下模按照球罩加工尺寸内外径各放大1-2mm。
本发明的技术解决方案中所述的上模、下模采用H13钢模具等普通耐热材料制作。
本发明的技术解决方案中所述的下模内模为分段式结构，即以玻璃球罩计算全部玻璃液在下模内的液面高度为界，该液面高度以上部分的半径大于液面高度以下部分的半径0.1-3mm。
本发明由于采用分开设计的上模、下模，采用H13钢模具材料制作，下模内模为分段式结构，即以玻璃球罩计算全部玻璃液在下模内的液面高度为界，该液面高度以上部分的半径大于液面高度以下部分的半径0.1-3mm，因而可有效补偿大口径透玻璃球罩在冷却过程中的收缩，保证大口径透玻璃球罩毛坯尺寸的均匀性。本发明由于将上模、下模按照球罩加工尺寸内外径各放大1-2mm，因而可保证大口径透玻璃球罩的毛坯尺寸。本发明由于是将铂金埚中的玻璃液缓缓倒入下模内，因而可以免产生浇注气泡、条纹。本发明由于将模具预热温度产设置低于玻璃Tg温度150～250℃，并根据玻璃料性不同玻璃压制时间为20～50s，这样采用一次热压成型方式进行大口径玻璃头罩（口径大于250mm，矢高大于80mm）的热压成型，既即可使玻璃球罩已经硬化，同时又使玻璃球罩不炸裂、不析晶，不使用脱模剂的情况下，可快速脱模。
本发明具有不需要特殊的模具材料、设备，只需要对成型工艺进行调整，即可制备出大口径的玻璃球罩，而且整个操作过程简单，易实现批产的特点。本发明主要用于提供一种大口径透红外玻璃球罩的制备方法。适合做红外窗口（如红外吊仓的保护罩、整流罩等）。
附图说明
图1是本发明模具下模设计的原理图。
图2是本发明模具上模设计的原理图。
图3是本发明压制出的大口径锗酸盐玻璃球罩毛坯。
具体实施方式
设计原理如图1、图2所示。以R3为半径设计上模，在设计下模时，先根据玻璃球罩毛坯计算全部玻璃液在模具内的液面高度H1，在设计模具时以该高度为基准，在此高度之下，以R1为半径设计加工曲线，在此高度之上，由于玻璃收缩更加剧烈，以R2为半径设计加工曲线，两条曲线在高度为H1为相交，这样就使玻璃球罩在H1高度以上得到了尺寸为2M的补偿，补偿了玻璃球罩收缩对尺寸的影响，保证球罩毛坯尺寸的一致性（R1-R3即为玻璃球罩毛坯尺寸）。通过这种对下模尺寸分段设计的原理，解决了因玻璃收缩不同造成的毛坯尺寸不均匀（同样原理也可以在上模上对玻璃球罩尺寸进行补偿）。
以40%GeO2-25%AL2O3-35%CaO构成的锗酸盐玻璃为例，说明压制口径在250mm以上、矢高为90mm、壁厚为6mm（内径为R134mm，外径为R140mm）的球罩过程。将配合料处于高温熔炉中，炉温控制在1500℃熔炼，降温至1450℃出炉，其Tg为715℃，Ts为765℃，模具设计制造按上文所述，其制造过程如下。
1、按照球罩加工尺寸设计模具，首先按照内外半径在加工尺寸基础上各放大2mm计算玻璃球罩毛坯的理论体积（V=0.75L），然后根据体积计算玻璃液在下模内的液面高度（H1=43mm），按照分段式设计模具，在内模纵向方向上，以43mm高度为分界线，在43mm以下模具尺寸为R1=142mm，在43mm以上模具尺寸为R2=143mm（圆心上移1mm），两段圆弧在43mm处交汇，这样在高度方向43mm以上，玻璃球罩毛坯壁厚随着口径的增大而逐步增大，最终在矢高为90mm的高度，玻璃球罩在口径方向得到了约1.4mm尺寸的补偿，从而达到消除玻璃收缩带来的壁厚损失，最大限度的保证了玻璃球罩毛坯壁厚的均匀性。
2、按照成型工艺流程进行球罩的成型：
⑴模具预热：先将模具用丙酮清洗干净，然后将模具在退火炉中预热至500℃。
⑵提起上模：出炉时，将模具从退火炉中推出，将模具放置在浇注平台上（浇注平台要用水平尺量水平），并用机械装置将上模提起，方便玻璃浇注，同时用压缩空气将模具表面吹净，整个过程要快速完成，保证模具温度不至于下降过多。
⑶浇注、热压成型、脱模：将玻璃液降温出炉（使玻璃液黏度变大，以免玻璃液在浇注时冲击模具，造成浇注气泡、条纹），将铂金埚中的玻璃液缓缓倒入模具内，用机械装置将上模慢慢放下，与下模吻合，完成玻璃球罩的压制，压制20～30秒后，将上模提起，然后将下模翻转，将玻璃球罩翻出下模，用木板托住，将球罩迅速放入提前升温的退火炉中。
⑷粗退火：在箱式退火炉中，保温4小时后，以-10℃/h降温至200℃后，断电自降。

Claims (3)

1.一种大口径透红外玻璃球罩的制备方法，其特征在于包括下列步骤：
①将锗酸盐或铝酸盐玻璃在铂金埚高温炉中熔炼；
②将上模、下模清洗干净后放入退火炉中预热，预热温度为低于锗酸盐或铝酸盐玻璃Tg温度150-200℃；
③将预热后的上模、下模从退火炉中推出，放置在浇注平台上，并将上模提起，然后将铂金埚中的玻璃熔液缓缓倒入下模内，再慢慢放下上模，压制20～50秒；
④完成玻璃球罩压制后，将上模提起，然后将下模翻转，将玻璃球罩翻出下模，用木板托住，并将玻璃球罩送入退火炉内；
⑤玻璃球罩在退火炉内保温2-5h，然后以-10℃/h的降温速率降温至200℃，再断电降温，完成粗退火。
2.根据权利要求1所述的一种大口径透红外玻璃球罩的制备方法，其特征在于：所述的上模、下模按照球罩加工尺寸内外径各放大1-2mm。
3.根据权利要求3所述的一种大口径透红外玻璃球罩的制备方法，其特征在于：所述的下模为分段式结构，即以玻璃球罩计算全部玻璃液在下模内的液面高度为界，该液面高度以上部分的半径大于液面高度以下部分的半径0.1-3mm。
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