CN102515487A - 高精度超细玻璃棒的制备方法 - Google Patents

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Abstract

一种高精度超细玻璃棒的制备方法，包括以下步骤：玻璃棒玻璃和酸溶玻璃的熔制，玻璃圆管采用人工拔制成型，玻璃方管采用人工吹制成型，玻璃棒采用浇注成型；玻璃棒、管的嵌套配合，形成玻璃棒管复合体；棒管复合体经高温拉制成型制得玻璃纤维单丝，单丝经捆绑制得复合棒，再经拉制形成复丝；复丝整齐排列后经高温热熔压形成毛坯板；毛坯板经滚圆、切片、研磨、抛光制得超薄毛坯板；超薄毛坯板经过酸液溶蚀、超声波清洗制得玻璃棒。本发明可将制备的玻璃棒截面设计成圆形或正多边形，其直径或正多边对边尺寸≤1mm，典型尺寸为50～100μm，棒高也可以根据实际需求做到≤1mm，甚至高于1mm。

Description

高精度超细玻璃棒的制备方法
技术领域
本发明涉及无机非金属材料制造技术领域，特别是一种高精度超细玻璃棒的制备方法。
背景技术
大尺寸玻璃棒常被用于玻璃纤维或光纤拉制的预制棒，其制备方法可以通过高温软化玻璃粗棒然后拉伸而形成，或熔化玻璃配合料直接拉制而成，外形直径尺寸一般在几十毫米或更大。而超细玻璃棒的直径或对边≤1mm，如果采用传统的玻璃棒制备方法，其外形尺寸均匀性与精度无法得到有效保障。由于超细玻璃棒具有超细的外形尺寸、高的可见光透过率、良好的绝缘性能，因此可应用于触摸屏隔离子、透明绝缘子、填充体等，尤其是在触摸屏玻璃隔离子的研究方面，国外公司投入大量的人力物力研究高精度玻璃隔离子，希望用其替代传统的有机胶类隔离子，以提高触摸屏工作的可靠性和寿命。然而，国内关于超细玻璃棒产品还未见报道。
采用传统拉伸成型技术，结合光学研磨抛光技术制备超细玻璃棒，其物理尺寸不易控制，并且很难获得微米级精度的玻璃棒。因此，关于这种超细玻璃棒的制备也就鲜见有报道。国内，专利CN201704197U报道了利用水平拉伸法制备出直径≤3mm的细玻璃棒，但是拉伸制备工艺控制比较困难，尺寸精度和均匀性很难保证，玻璃棒管为单一的圆形，并且制备方法不适合大规模生产。因此，目前的制备技术无法突破超细玻璃棒的生产。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种高精度超细玻璃棒的制备方法。
为解决上述技术问题，本发明是按如下方式实现的：高精度超细玻璃棒的制备方法，包括以下步骤：
(1)玻璃棒玻璃和酸溶玻璃的熔制，玻璃圆管采用人工拔制成型，玻璃方管采用人工吹制成型，玻璃棒采用浇注成型；
(2)玻璃棒、管的嵌套配合，形成玻璃棒管复合体；
(3)棒管复合体经高温拉制成型制得玻璃纤维单丝，单丝经捆绑制得复合棒，再经拉制形成复丝；
(4)复丝整齐排列后经高温热熔压形成毛坯板；
(5)毛坯板经滚圆、切片、研磨、抛光制得超薄毛坯板；
(6)超薄毛坯板经过酸液溶蚀、超声波清洗制得玻璃棒。
本发明的积极效果是：本发明是在考虑到上述背景的情况下而构思的，提供一种制备高精度超细玻璃棒的方法，所述方法可将制备的玻璃棒截面设计成圆形或正多边形，其直径或正多边对边尺寸≤1mm，典型尺寸为50～100μm，棒高也可以根据实际需求做到≤1mm，甚至高于1mm。
附图说明
图1为本发明的超细玻璃棒的制备流程图。
图2为圆形单丝截面结构示意图。
图中：1-酸溶玻璃；2-玻璃棒玻璃
图3为制备玻璃圆棒用复丝截面结构示意图。
图4为制备玻璃圆棒用毛坯板截面结构示意图。
图5为方形单丝截面结构示意图。
图6为制备玻璃方棒用复丝截面结构示意图。
图7为制备玻璃方棒用毛坯板截面结构示意图。
图8为超细玻璃圆棒和方棒的结构示意图。
图中：3-玻璃棒(左：圆棒；右：方棒)；4-棒外径或对边尺寸；5-棒长度
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
如图1所示，本发明所述的高精度超细玻璃棒的制备方法，包括以下步骤：
1)玻璃棒玻璃和酸溶玻璃的熔制，玻璃圆管采用人工拔制成型，玻璃方管采用人工吹制成型，玻璃棒采用浇注成型；所用玻璃棒材料可根据使用性能的需求选择不同的玻璃体系；酸溶玻璃采用易被酸液溶蚀的硼镧钡、硅镧钡等玻璃体系。
2)玻璃棒、管的嵌套配合，形成玻璃棒管复合体；玻璃棒管复合体的配合间隙≤1mm。
3)棒管复合体经高温拉制成型制得玻璃纤维单丝，单丝经捆绑制得复合棒，再经拉制形成复丝；单丝、复丝拉制尺寸精度控制在±2μm及以下。
4)复丝整齐排列后经高温热熔压形成毛坯板；高温热熔压采用机械自动熔压技术，温度范围在600～800℃，压力在(1.0～3.0)×103MPa，真空度≤10-2Pa。
5)毛坯板经滚圆、切片、研磨、抛光制得超薄毛坯板；毛坯板研磨抛光厚度≤1mm，平行度≤2μm，平面度≤0.2μm。
6)超薄毛坯板经过酸液溶蚀、超声波清洗制得玻璃棒。酸液采用盐酸、硝酸等酸蚀溶液，浓度为(0.1～0.3)mol/L，酸蚀温度为40℃～70℃，超声波频率为20MHz～60MHz。
本发明第一实施例为超细玻璃圆棒制备方法，其操作步骤如下：
1)玻璃棒选择钠钙硅玻璃，而酸溶玻璃采用易被酸液溶蚀的硼镧钡玻璃。两种玻璃配合料经高温熔制澄清，玻璃管采用人工拔制成型，玻璃圆棒采用浇注成型，管内径与棒外径控制在(20±0.5)mm，管壁厚为(4.0±0.1)mm。
2)玻璃棒、酸溶玻璃管的嵌套配合，形成玻璃棒管复合体；玻璃棒管复合体的配合间隙≤1mm。
3)棒管复合体经高温拉制成型制得玻璃纤维单丝，单丝直径为(1.4±0.002)mm，其截面如图2所示。单丝经捆绑制得正六边形复合棒，对边20mm，再经拉制形成复丝，复丝对边(1.0±0.002)mm，其截面如图3所示；单丝、复丝拉制尺寸精度控制在±2μm及以下。
4)复丝整齐排列后经高温热熔压形成毛坯板，其截面如图4；高温热熔压采用机械自动熔压技术，熔压温度为730℃，压力在1.5×103MPa，真空度2×10-2Pa。
5)毛坯板经滚圆、内圆切片机切片、双面研磨抛光，制得超薄毛坯板；毛坯板研磨抛光厚度为100μm，平行度为2μm，平面度为0.1μm。
6)超薄毛坯板经过0.3mol/L盐酸溶液溶蚀，酸溶温度为50℃，最后采用频率为40MHz的超声波清洗机进行清洗与分离，制得直径为50μm，高度为100μm超细玻璃圆棒，其尺寸精度达到±3μm。超细玻璃圆棒的结构如图8所示。
本发明第二实施例为超细玻璃方棒制备方法，其操作步骤如下：
1)玻璃棒选择钠钙硅玻璃，而酸溶玻璃采用易被酸液溶蚀的硼镧钡玻璃。两种玻璃配合料经高温熔制澄清，玻璃方管采用人工吹制成型，玻璃方棒采用浇注成型，方棒边长为20mm×20mm，方管对边24mm×24mm，壁厚为(2.0±0.2)mm。
2)玻璃方棒、酸溶玻璃方管的嵌套配合，形成玻璃棒管复合体，玻璃棒管复合体的配合间隙≤1mm。
3)棒管复合体经高温拉制成型制得玻璃纤维单丝，单丝对边为(1.2±0.002)mm，其截面如图2所示。单丝经捆绑制得正四边形复合棒，对边20mm，再经拉制形成复丝，复丝对边(1.0±0.002)mm，其截面如图3所示；单丝、复丝拉制尺寸精度控制在±2μm及以下。
4)复丝整齐排列后经高温热熔压形成毛坯板，其截面如图4；高温热熔压采用机械自动熔压技术，熔压温度为735℃，压力在2.0×103MPa，真空度1.5×10-2Pa。
5)毛坯板经滚圆、内圆机切片、双面研磨抛光，制得超薄毛坯板；毛坯板研磨抛光厚度为100μm，平行度为2μm，平面度为0.1μm。
6)超薄毛坯板经过0.3mol/L盐酸溶液溶蚀，酸溶温度为50℃，最后采用频率为40MHz的超声波清洗机进行清洗与分离，制得直径为50μm，高度100μm超细玻璃方棒，其尺寸精度达到±3μm。超细玻璃方棒的结构如图8所示。
本发明的有益效果如下：
1)本发明是基于光学玻璃纤维拉制技术和不同玻璃化学稳定性差异而提出，用酸溶玻璃包裹玻璃棒玻璃，玻璃棒玻璃分散地嵌在酸溶玻璃中，最后用酸液溶蚀包裹层玻璃从而剥离出玻璃棒，此制备方法的理论基础合理，操作工艺可行，为超细玻璃棒成型提供了思路。
2)超细玻璃棒的截面为圆形或正多边形，其直径或多边形边长≤1mm，玻璃棒高≤1mm，棒高也可以根据实际需要做到＞1mm。
3)玻璃棒直径或对边尺寸、棒高均匀且精度高，尺寸精度±3μm。
4)本发明所述制备方法一次性可以制备上百万个超细玻璃棒，生产效率高，适合于大规模生产。
5)本发明所述制备方法可同时加工不同外形尺寸的玻璃棒，制备工艺调节灵活。

Claims (8)

1.一种高精度超细玻璃棒的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)玻璃棒玻璃和酸溶玻璃的熔制，玻璃圆管采用人工拔制成型，玻璃方管采用人工吹制成型，玻璃棒采用浇注成型；
(2)玻璃棒、管的嵌套配合，形成玻璃棒管复合体；
(3)棒管复合体经高温拉制成型制得玻璃纤维单丝，单丝经捆绑制得复合棒，再经拉制形成复丝；
(4)复丝整齐排列后经高温热熔压形成毛坯板；
(5)毛坯板经滚圆、切片、研磨、抛光制得超薄毛坯板；
(6)超薄毛坯板经过酸液溶蚀、超声波清洗制得玻璃棒。
2.根据权利要求1所述的高精度超细玻璃棒的制备方法，其特征在于：步骤(1)中根据玻璃棒使用性能的需求，选择不同的玻璃体系，如硅酸盐玻璃或硅铝酸盐玻璃；所述酸溶玻璃采用易被酸液溶蚀的硼镧钡、硅镧钡。
3.根据权利要求1所述的高精度超细玻璃棒的制备方法，其特征在于：步骤(2)中所述玻璃棒管复合体的配合间隙≤1mm。
4.根据权利要求1所述的高精度超细玻璃棒的制备方法，其特征在于：步骤(3)中所述单丝、所述复丝拉制尺寸精度控制在±2μm及以下。
5.根据权利要求1所述的高精度超细玻璃棒的制备方法，其特征在于：步骤(4)中所述高温热熔压采用机械自动熔压技术，温度范围在600℃～800℃，压力在(1.0～3.0)×103MPa，真空度≤10-2Pa。
6.根据权利要求1所述的高精度超细玻璃棒的制备方法，其特征在于：步骤(5)中所述毛坯板研磨抛光厚度≤1mm，平行度≤2μm，平面度≤0.2μm。
7.根据权利要求1所述的高精度超细玻璃棒的制备方法，其特征在于：步骤(6)中所述酸液采用盐酸或硝酸溶液，浓度为(0.1～0.3)mol/L，酸蚀温度为40℃～70℃，超声波清洗频率为20MHz 60MHz。
8.根据权利要求1所述的高精度超细玻璃棒的制备方法，其特征在于：所述超细玻璃棒的截面为圆形或正多边形，其直径或多边形边长≤1mm，典型尺寸为50～100μm，玻璃棒高≤1mm，尺寸精度±3μm。
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