CN105366917A - 一种微结构薄玻璃元件采用锡液辅助模压成形的工艺方法 - Google Patents

Abstract

一种微结构薄玻璃元件采用锡液辅助模压成形的工艺方法，它主要可解决现有微结构玻璃模压成形技术的充填率不一致、薄板玻璃易破裂等技术问题。其技术方案的要点是：它采用带加热装置的锡液容器，由加热装置将锡液容器内的锡加热熔化成液体；然后通过将玻璃预形体放置处于高温锡液的表面，通过动力装置给锡液容器内的锡液以压力，锡液将此压力均匀传递给已处于熔融状态的玻璃预形体表面，从而推动熔融状态玻璃充填锡液容器一个端口上安装的表面设有微结构成形腔的模具，形成更均匀的微结构薄玻璃元件，待成形元件冷却至室温后，再开模取出制品即告完成所有工序。它适用于微结构薄玻璃元件的模压成形制造。

Description

一种微结构薄玻璃元件采用锡液辅助模压成形的工艺方法

技术领域

本发明属于微结构薄玻璃元件模压成形技术领域，尤其涉及一种采用高温锡液辅助加热、高压锡液辅助模压成形的工艺方法。

背景技术

使用模压成形方法来制造玻璃元件是一种先进制造技术，应用该技术可提高生产率，并实现批量生产的市场要求。玻璃模压成形属于热成型技术，即采用高精度模具在高温无氧条件下将玻璃预形体压制变形，直接复制模具成形腔形状的一种高效加工方法。玻璃在模压成形过程中玻璃预形体的充填率、玻璃内部的温度和应力分布直接影响到透镜的成形质量。现有的玻璃元件模压成形技术，一般是采用模具直接压制熔融状态的玻璃预形体完成充填，冷却固化后脱模得到透镜。如日本东京都HOYA株式会社的春日善子、立和名一雄、柳田裕昭发明的并于2002年10月15日申请中国专利的“光学玻璃、模压成形用玻璃材料、光学元件及其制造方法”（专利申请号：200610111058.9，公开(公告)号：CN1931755A，公开(公告)日：2007.03.21），它是通过采用成形用玻璃材料加热、软化并且模压成形的玻璃模压成形品的制造方法，包含使玻璃原材料软化的工序、使所得到的熔融玻璃成形的工序、以及对已成形的玻璃进行退火的工序。

然而采用包括上述工艺等传统方法制作微结构薄玻璃元件时，模压成形过程中玻璃预形体在模具的直接压力下变形，预形体受力不均匀而导致各个微结构充填率不一致；预形体表面与模具表面的差异使得预形体受热或退火不均匀，成形元件内部残余应力分布不均，尤其针对薄玻璃板时，容易产生翘曲变形，甚至出现破裂问题。

发明内容

针对上述现有技术中存在的缺陷，本发明提供一种充填率高、充填更均匀且易于控制的微结构薄玻璃元件采用锡液辅助模压成形的工艺方法。

为了解决上述技术问题并实现本发明目的，本发明采用如下技术方案：首先准备一个带加热装置的锡液容器，由加热装置将锡液容器内的锡加热熔化成液体；然后通过将玻璃预形体放置处于高温锡液表面，当玻璃预形体与高温锡液接触并被加热至模压温度（玻璃的粘度值在10⁶～10⁸dPa·s范围内）后，通过动力装置给锡液容器一端的活塞以压力，锡液将此压力均匀传递给已处于熔融状态的玻璃预形体表面，从而推动熔融玻璃充填锡液容器另一个端口上安装的表面设置为微结构成形腔的模具，通过锡液传力可使每一个微结构都具有相同压力而形成微结构薄玻璃元件；再通过进行保压处理，从而复制出模具下表面设置的微结构成形腔内的微结构形状，常规退火及冷却处理，待成形薄玻璃元件冷却至室温后，再开模取出制品即告完成所有工序。

其工艺过程包括加热、合模、锡液辅助模压、保压及退火、冷却和取出成形制品五个工序。

在所述加热工序中，在锡液容器中充入氮气，以防止空气中的氧气氧化锡液；待锡液容器内达到无氧环境后，打开锡液容器底部的加热装置并将锡液容器进行加热至232℃以上，金属锡达到熔点后在锡液容器内熔化成液态。

在所述合模工序中，由于玻璃的密度小于锡液，在浮力作用下玻璃预形体将浮于锡液表面，当玻璃预形体与高温锡液接触并被加热后，通过动力装置给锡液容器的锡液以压力，挤压锡液容器内的锡液至锡液容器安装模具的端口，排除玻璃与锡液之间的空气，并保证玻璃预形体能铺满整个锡液面形成封闭面；随后将模具的微结构成形腔开口向下并压紧于锡液容器端口的锡液上方的玻璃预形体；加热装置持续加热，当玻璃预形体的粘度达到10⁶～10⁸dPa·s时，停止加热，并以常规方法保温。

在所述锡液辅助模压工序中，当玻璃预形体被均匀加热至模压温度后，所述模压温度是指使玻璃的粘度值在10⁶～10⁸dPa·s范围内，启动动力装置给锡液容器一端的活塞以压力，通过活塞挤压锡液容器内的锡液以增加锡液的内部压力，锡液将此压力均匀传递给已处于熔融状态的玻璃预形体表面，从而推动熔融状态玻璃充填锡液容器一个端口上安装的表面设置为微结构成形腔的模具，通过锡液辅助可使每一个微结构都具有相同压力而形成更均匀的微结构薄玻璃元件，从而复制模具表面的微结构形状。

在所述保压及退火工序中，待玻璃预形体充分充模后，以较小保持压力处于恒定状态，以免退火时玻璃预形体因结构松弛和降温收缩而产生变形，关闭加热装置，通过自然散热，缓慢降低锡液容器内锡液、玻璃以及模具的温度；当微结构成形腔内玻璃的粘度由10⁶～10⁸dPa·s变为10¹³dPa·s时，完成退火。

在所述冷却和取出成品工序中，待模具内玻璃的粘度达到10¹³dPa·s时，该玻璃预形体形成成品，撤掉作用于锡液容器一端活塞的压力，待微结构成品冷却后，将模具从锡液容器端口取下，从其中取出微结构成品。

所述锡液容器为通槽、通孔、或通道结构，且一端为敞口，另一端成密封配合安装有液压装置，且在锡液容器底部设置有加热装置7；模具1为盖形结构，模具1成密封配合套装在锡液容器一端的敞口上，且在模具1对应锡液容器敞口一侧设置表面为微结构成形腔2。

所述锡液容器采用包括U型槽5、直通孔、或L形通槽结构；液压装置采用包括活塞机构、或其它可改变锡液容器容积的机构。

所述锡液容器内盛装锡液6，并在模具1与锡液容器敞口之间放置玻璃预形体4，玻璃预形体4位于锡液6的液面之上。

为增强密封效果，也可在模具1与锡液容器的敞口端相配合安装处设置有密封垫3。

本发明的有益效果是：在加热和退火阶段，通过锡液辅助加热的方法可提高加热效率并改善玻璃内部温度的均匀性，以减少因热应力分布不均而导致薄型光学元件翘曲变形的问题；在模压阶段，基于锡液的良好压力传递性能，通过锡液辅助模压成形方法可使模具表面的各个微结构都具有相同压力而形成均匀微结构；从而有效改善成形质量。专用的微结构薄玻璃元件锡液辅助模压成形装置，通过锡液容器内的锡液浮力托起玻璃预形体，增加玻璃预形体和锡液的接触面，提高加热（退火）效率并改善玻璃预形体内部温度的均匀性；通过液压活塞挤压锡液，锡液将此压力等值同时传递给已处于熔融状态的玻璃预形体，并推动熔融玻璃均匀充填微结构，改善各个微结构充填率不一致的问题，从而提高成形精度，它可广泛用于微结构薄玻璃元件成形工艺领域。

附图说明

图1是微结构薄玻璃元件锡液辅助模压成形的工艺流程参考图。

图2是微结构薄玻璃元件锡液辅助模压成形装置的结构示意图。

图3是在工艺流程中处于合模状态的结构示意图。

图4是在工艺流程中处于锡液辅助模压、保压及退火状态的结构示意图。

图5是实施例3中制造微柱状阵列透镜模具的俯视结构示意图。

图6是实施例4中制造菲涅尔透镜模具的主视结构示意图。

图1中标示为：1、模具，2、微结构成形腔，3、密封垫，4、玻璃预形体，41、微结构玻璃元件，5、U型槽，6、锡液，7、加热装置，8、液压活塞，9、转换器，10、伺服电机。

具体实施方式

参阅图1至图6，本发明采用一个带加热装置的锡液容器，由加热装置将锡液容器内的锡加热熔化成液体；然后通过将玻璃预形体放置处于高温锡液表面，当玻璃预形体与高温锡液接触并被均匀加热至模压温度后，所述模压温度是指使玻璃的粘度值在10⁶～10⁸dPa·s范围内所需的温度，可根据不同玻璃材质加温到所需的不同温度，通过动力装置给锡液容器内的锡液以压力，锡液将此压力均匀传递给已处于熔融状态的玻璃预形体表面，从而推动熔融玻璃均匀充填锡液容器一个端口上安装的成形面设置为微结构成形腔的模具，通过锡液传力会使每一个微结构都具有相同压力而形成更均匀的微结构薄玻璃元件；再通过进行保压处理，从而复制出模具下表面设置的微结构形状，常规退火及冷却处理，待成形元件冷却至室温后，再开模取出制品即告完成所有工序。其工艺过程包括加热、合模、锡液辅助模压、保压及退火、冷却和取出成形制品五个工序。

所述锡液容器为通槽、通孔、或通道结构，且一端为敞口，另一端成密封配合安装有液压装置，且在锡液容器底部设置有加热装置7；模具1为盖形结构，模具1成密封配合套装在锡液容器一端的敞口上，且在模具1对应锡液容器敞口一侧设置表面为微结构成形腔2。

所述模具1为盖形结构，模具1成密封配合套装在锡液容器一端的敞口上，且在模具1对应锡液容器敞口一侧设置微结构成形腔2。

所述锡液容器采用包括U型槽5、直通孔、或L形通槽结构，只要是能够使一端液面升降、并可产生一定压力的任何结构均可；当然，优选U型槽5的结构，它结构更加简单，更加易于操作，且效率更高。

在锡液容器底部设置加热装置7，主要是用于对锡液容器内盛装的锡或锡液6进行加热，此加热装置既可以是电加热、也可是其它加热装置。

所述液压装置采用包括活塞机构、或其它可改变锡液容器容积的机构。所述液压装置优选采用活塞机构，如可以是：锡液容器一端配合安装液压活塞8、且经转换器9连接伺服电机10。但也可采用其它可改变锡液容器容积、或使液体流动的其它机构，如采用液压泵、或压缩改变锡液容器的外形以产生压力和提升液面的所有方法。

所述锡液容器内盛装锡液6，并在模具1与锡液容器敞口之间放置玻璃预形体4，玻璃预形体4浮于锡液6的液面之上。

为增强密封效果，也可在模具1与锡液容器的敞口端相配合安装处设置有密封垫3。

下面结合附图和实施例对本发明做进一步详细说明。

实施例1，以采用U型槽结构的锡液容器、且液压装置采用活塞机构为例进行详细说明。

首先准备一个两端开口、直径相近、或按一定比例设计口径的U型槽，U型槽底部设置加热装置，右端设置一个活塞，在连接伺服电机驱动下可沿U型槽内壁上下运动，可抬升左端锡液的液面高度并施加压力。

将玻璃坯料预形体放置于左端金属锡液上，由于玻璃的密度比锡液小，故在浮力作用下不会下沉。

加热前对U型槽进行去氧处理，模压前将微结构成形腔开口向下的模具固定在U型槽左端的端口并对模具与U型槽的接触部分进行密封处理。

加热使金属锡液与玻璃坯料预形体达到所需的模压温度，通过开启伺服电机，液压活塞在电机驱动下向下运动，并对锡液施加压力，熔融玻璃在高温、高压锡液的包围下，高压锡液沿阻力最小的方向即模具的成形腔流动，推动熔融玻璃充填微结构成形腔，从而复制模具表面的微结构形状。

在所述加热工序中，在锡液容器中充入氮气，以防止空气中的氧气氧化锡液，待锡液容器内达到无氧环境后，打开锡液容器底部的加热装置并将锡液容器进行加热至232℃以上，金属锡达到熔点后在锡液容器内熔化成液态。

在所述合模工序中，由于玻璃的密度小于锡液，在浮力作用下玻璃预形体将浮于锡液表面，当玻璃预形体与高温锡液接触并被加热后，通过动力装置给锡液容器右端的液压活塞以向下的压力，液压活塞挤压锡液容器内的锡液至锡液容器安装模具的端口，排除玻璃与锡液之间的空气，并保证熔融状态下的玻璃预形体能铺满整个锡液面形成封闭面；随后将模具的微结构成形腔开口向下并压紧于锡液容器端口的锡液上方的玻璃预形体；加热装置持续加热，当玻璃预形体的粘度达到10⁶～10⁸dPa·s时，停止加热，并以常规方法保温。

在所述锡液辅助模压工序中，当玻璃预形体被均匀加热至模压温度后，启动动力装置给锡液容器一端的液压活塞施加向下的压力，挤压锡液容器内的锡液以增加锡液的内部压力，锡液将此压力均匀传递给已处于熔融状态的玻璃预形体表面，从而推动熔融状态玻璃充填锡液容器左端端口上安装的表面设置为微结构成形腔的模具，通过锡液辅助使每一个微结构都具有相同压力而形成更均匀的微结构薄玻璃元件，从而复制模具表面的微结构形状。

在所述保压及退火工序中，待玻璃预形体充分充模后，以较小保持压力处于恒定状态，以免退火时玻璃预形体因结构松弛和降温收缩而产生变形，关闭加热装置，通过自然散热，缓慢降低锡液容器内锡液、玻璃以及模具的温度；当玻璃的粘度由10⁶～10⁸dPa·s变为10¹³dPa·s时，完成退火。

在所述冷却和取出成品工序中，待模具内玻璃的粘度达到10¹³dPa·s时，该玻璃形成成品，撤掉作用于锡液容器一端活塞的压力，待微结构成品冷却至室温后，将模具从锡液容器端口取下，从其中取出成品透镜；此时，锡液容器内的锡保留在U型槽内；U型槽内的金属锡，在下一模压加热阶段又变成液体，可循环反复利用。

它通过在一个U型槽中引入导热性能优良的锡液，玻璃预形体在浮力作用下与高温锡液接触面大，受热均匀；由于液体具有良好的压力传递性能，锡液辅助模压成形可以将此压力等值、均匀的传递给熔融玻璃的各个部分，使其产生均匀变形，可以改善充填性能，并可以有效减小薄型光学元件的翘曲变形，从而能更好地改善成形质量。参见附图1-6。

实施例2，本发明的实施工艺过程包括加热、合模、锡液辅助模压、保压及退火、冷却和取出成形制品五个阶段。参见附图1-6，其具体步骤如下所示：

步骤一、加热。使用如图2所示的微结构薄玻璃元件锡液辅助模压成形装置，将足够的金属锡装入两端开口直径相近的U型槽内，导入氮气，用以驱赶U型槽内的氧气，U型槽左端露出的锡液需要无氧环境，以免锡液氧化。并且整个模压成形过程都处于无氧条件下，在充满氮气的环境下，防止空气中的氧气氧化模具，同时氮气兼具有调控加热、冷却速率的作用。待U型槽内达到无氧环境后，打开U型槽底部的加热装置并对U型槽进行加热（锡的熔点为231.89℃），金属锡达到熔点后在U型槽内熔化成液态。

步骤二、合模。开动伺服电机，通过转换器驱动U型槽液压活塞向下运动，挤压右端U型槽内的锡液至U型槽左端，抬高左端锡液的液面至靠近U型槽左端的端口，将合适体积大小的玻璃预形体（如15mm厚度的圆形平板玻璃）放置于U型槽左端左侧，推动玻璃板从左至右运动，排除玻璃与锡液之间的空气，并保证玻璃预形体能铺满整个锡液面形成封闭面。模具的边缘开一个浅口环形凹槽，凹槽内圈直径与U型槽左端口的内圈直径成装配尺寸，凹槽里填充二分之一凹槽体积的碳硼烷——有机硅聚合物（最高耐热温度达到800℃的非干性粘弹型密封粘胶剂，具有良好的热稳定性），随后将模具微结构成形腔开口向下并压紧于U型槽左端的端口，模具凹槽与U型槽上端口通过添加的密封材料紧密贴合，模具微结构成形腔与U型槽左端内腔形成密闭腔。U型槽底部的加热装置持续加热，此时玻璃预形体浮于锡液表面，由于锡液的导热性能良好，与之完全接触的玻璃预形体受热均匀。当玻璃预形体的粘度达到10⁶～10⁸dPa·s时，停止加热，并以常规方法保温。

步骤三、锡液辅助模压。启动伺服电机，伺服电机通过转换器带动U型槽右端的活塞，使活塞向下运动，通过活塞的运动挤压U型槽内的锡液以增大锡液的内部压力，使U型槽左端内锡液受到向上的均匀压力并作用在玻璃预形体上，锡液将此压力均匀传递给已处于熔融状态的玻璃预形体表面，从而推动熔融状态玻璃充填锡液容器左端端口上安装的模具，模具成形面上设置有微结构成形腔，通过锡液辅助可使每一个微结构都具有相同压力而形成均匀的微结构薄玻璃元件，从而复制模具表面的微结构形状。

步骤四、保压及退火。待玻璃预形体充分充模后，同时以常规方法保持液压活塞所提供的较小保持压力处于恒定状态，保持一段时间，以免退火时玻璃因结构松弛和降温收缩而产生变形。关闭U型槽底部加热装置，通过U型槽的自然散热，缓慢降低U型槽内锡液、玻璃以及模具的温度。当微结构成形腔内的玻璃的粘度由10⁶～10⁸dPa·s变为10¹³dPa·s时，完成退火。

步骤五、冷却和取出成品。待步骤四所得模具内玻璃的粘度达到10¹³dPa·s时，玻璃预形体已形成成品，撤掉作用在液压活塞上的压力，待微结构玻璃产品冷却后，将模具从U型槽左端口取下，从中取出成品透镜。此时，U型槽内的锡液低于熔点变成固态的金属锡，保留在U型槽内。U型槽内的金属锡，在下一模压加热阶段又变成液体，可循环反复利用。

实施例3，以使用如图2所示的微结构薄玻璃元件锡液辅助模压成形的专用装置生产微柱状阵列透镜为例，详细说明本发明的工艺过程。参见附图1-5。

步骤一、将熔点为231.89℃的金属锡装入两端开口直径相近的U型槽5内，U型槽5材料为不锈钢。导入氮气，用以驱赶U型槽5内的氧气，U型槽5左端露出的锡液6需要无氧环境，以免锡液6氧化。并且整个模压过程都需要无氧状态，在充满氮气的环境下，防止空气中的氧气氧化模具1，同时氮气兼具有调控加热、冷却速率的作用。待U型槽5内达到无氧环境后，打开U型槽5底部的加热装置7并将U型槽5进行加热至232℃，金属锡达到熔点后在U型槽内熔化成液态的锡液6。

步骤二、开动伺服电机10，通过转换器9驱动U型槽5内的液压活塞8向下运动，挤压右端U型槽5内的锡液6至U型槽5左端，抬高左端锡液6的液面至靠近U型槽5左端的端口，将合适体积大小的玻璃预形体4（如15mm厚度的圆形平板玻璃）放置于U型槽5左端左侧，玻璃预形体4材料可为D-ZK2、D-ZK3等低熔点玻璃，推动玻璃预形体4从左至右运动，排除玻璃预形体4与锡液6之间的空气，并保证玻璃能铺满整个锡液面形成封闭面。准备一材料为碳化钨的如图3所示微结构成形腔2为通孔结构的微结构阵列模具1，模具1边缘开一个浅口环形凹槽，凹槽内圈直径与U型槽5左端口的内圈直径成装配尺寸，凹槽里填充二分之一凹槽体积的碳硼烷——有机硅聚合物（最高耐热温度达到800℃的非干性粘弹型密封粘胶剂，具有良好的热稳定性）形成密封垫3。随后将模具表面的微结构成形腔2开口向下并压紧于U型槽5左端的端口，模具1凹槽与U型槽5上端口通过添加的密封垫3紧密贴合，微结构成形腔2与U型槽5左端内腔形成密闭腔。U型槽底部的加热装置7持续加热，此时玻璃预形体4浮于锡液6表面，由于锡液6的导热性能良好，玻璃预形体4受热均匀。当微结构成形腔2下方的玻璃预形体4的粘度达到10⁶～10⁸dPa·s时，停止加热，并以常规方法保温。

步骤三、启动伺服电机10，伺服电机10通过转换器9带动U型槽5右端的活塞8，使液压活塞8向下运动，通过液压活塞8的运动挤压U型槽5内的锡液6增加锡液6的内部压力，使U型槽5左端内锡液6受到向上的压力继而作用在玻璃预形体4上，锡液6将此压力等值均匀传递给已处于熔融状态的玻璃预形体4的表面，推动玻璃预形体4充填微结构成形腔2，从而复制模具1表面的微结构形状。整个过程中熔融玻璃浮在锡液6表面并且受到均匀向上的力，直至熔融玻璃充填满微结构成形腔2。

步骤四、待熔融玻璃充分充模后，同时以常规方法保持液压活塞8所提供的较小保持压力处于恒定状态，保持一段时间，以免退火时玻璃预形体因结构松弛和降温收缩而产生变形。关闭U型槽5底部加热装置7，通过U型槽5的自然散热，缓慢降低U型槽5内锡液6、玻璃以及模具1的温度。当微结构成形腔2内的玻璃的粘度由10⁶～10⁸dPa·s变为10¹³dPa·s时，完成退火。

步骤五、待步骤四所得模具1内玻璃的粘度达到10¹³dPa·s时，该玻璃预形体形成成品，撤掉作用在液压活塞8上的压力，待玻璃产品冷却至室温后，将模具1从U型槽5左端口取下，从中取出成品透镜。此时，U型槽5内的锡液6低于熔点变成固态的金属锡，保留在U型槽5内。U型槽5内的金属锡，在下一模压加热阶段又变成锡液6，可循环反复利用。

实施例4：以使用如图2所示的微结构薄玻璃元件锡液辅助模压成形装置制造菲涅尔透镜为例，详细描述本发明的工艺方法。

步骤一、参见附图1-4、6，将足够的熔点为231.89℃的金属锡装入两端开口直径相近的U型槽5内，U型槽5材料为不锈钢。导入氮气，用以驱赶U型槽5内的氧气，U型槽5左端露出的锡液6需要无氧环境，以免锡液6氧化。并且整个模压过程都需要无氧状态，在充满氮气的环境下，防止空气中的氧气氧化模具1，同时氮气兼具有调控加热、冷却速率的作用。待U型槽5内达到无氧环境后，打开U型槽5底部的加热装置7并将U型槽5进行加热至232℃，金属锡达到熔点在U型槽内熔化成液态的锡液6。

步骤二、开动伺服电机10，通过转换器9驱动U型槽5液压活塞8向下运动，挤压右端U型槽5内的锡液6至U型槽5左端，抬高左端锡液6的液面至靠近U型槽5左端的端口，将合适体积大小的玻璃预形体4放置于U型槽5左端左侧，玻璃预形体4材料可为D-ZK2、D-ZK3等低熔点玻璃，推动玻璃预形体4从左至右运动，排除玻璃预形体4与锡液6之间的空气，并保证玻璃能铺满整个锡液面形成封闭面。准备一材料为碳化钨的如图6所示制作菲涅尔透镜的模具1，模具1边缘开一个浅口环形凹槽，凹槽内圈直径与U型槽5左端口的内圈直径成装配尺寸，凹槽里填充二分之一凹槽体积的碳硼烷——有机硅聚合物（最高耐热温度达到800℃的非干性粘弹型密封粘胶剂，具有良好的热稳定性）形成密封垫3。随后将模具表面的微结构成形腔2开口向下并压紧于U型槽5左端的端口，模具1凹槽与U型槽5上端口通过添加的密封垫3紧密贴合，微结构成形腔2与U型槽5左端内腔形成密闭腔。U型槽底部的加热装置7持续加热，此时玻璃预形体4浮于锡液6表面，由于玻璃预形体4与加热面之间出现了导热性能良好的锡液6中间层，且接触面大，玻璃预形体4受热均匀。当微结构成形腔2下方的玻璃预形体4的粘度达到10⁶～10⁸dPa·s时，停止加热，并以常规方法保温。

步骤三、启动伺服电机10，伺服电机10通过转换器9带动U型槽5右端的液压活塞8，使液压活塞8向下运动，通过液压活塞8的运动挤压U型槽5内的锡液6增加锡液6的内部压力，使U型槽5左端内锡液6受到向上的压力继而作用在玻璃预形体4上，锡液6将此压力等值并同时传递给熔融玻璃，推动熔融玻璃充填微结构成形腔2，从而复制模具1表面的微结构形状。整个过程中熔融玻璃浮在锡液6表面并且受到均匀向上的力，直至熔融玻璃充填满微结构成形腔2。

步骤四、待熔融玻璃充分充模，同时以常规方法保持液压活塞8所提供的较小保持压力处于恒定状态，保持一段时间，以免退火时玻璃预形体因结构松弛和降温收缩而产生变形。关闭U型槽5底部加热装置7，通过U型槽5的自然散热，缓慢降低U型槽5内锡液6、玻璃以及模具1的温度。当微结构成形腔2内的玻璃的粘度由10⁶～10⁸dPa·s变为10¹³dPa·s时，完成退火。

步骤五、待步骤四所得模具1内玻璃的粘度达到10¹³dPa·s时，该玻璃预形体形成成品，撤掉作用在液压活塞8上的压力，待微结构产品冷却后，将模具1从U型槽5左端口取下，从中取出微结构玻璃成品。此时，U型槽5内的锡液6低于熔点变成固态的金属锡，保留在U型槽5内。U型槽5内的金属锡，在下一模压加热阶段又变成锡液6，可循环反复利用。

Claims (10)

1.一种微结构薄玻璃元件采用锡液辅助模压成形的工艺方法，其特征在于：首先准备一个带加热装置的锡液容器，由加热装置将锡液容器内的锡加热熔化成液体；然后将玻璃预形体放置处于高温锡液表面，当玻璃预形体与高温锡液接触并被均匀加热至模压温度后，所述模压温度是指使玻璃的粘度值在10⁶～10⁸dPa·s范围内，通过动力装置给锡液容器内的锡液以压力，锡液将此压力均匀传递给已处于熔融状态的玻璃预形体表面，从而推动熔融玻璃均匀充填锡液容器一个端口上安装的表面设有微结构成形腔的模具，通过锡液传力可使每一个微结构都具有相同压力而形成充填率更均匀的微结构薄玻璃元件；再通过进行保压处理，从而复制出模具表面设置的微结构形状，常规退火及冷却处理，待成形薄玻璃元件冷却至室温后，再开模取出制品即告完成所有工序。

2.根据权利要求1所述微结构薄玻璃元件采用锡液辅助模压成形的工艺方法，其特征在于：其工艺过程包括加热、合模、锡液辅助模压、保压及退火、冷却和取出成形制品五个工序。

3.根据权利要求2所述微结构薄玻璃元件采用锡液辅助模压成形的工艺方法，其特征在于：在所述加热工序中，在锡液容器中充入氮气，待锡液容器内达到无氧环境后，打开锡液容器底部的加热装置对锡液容器进行加热，使金属锡达到熔点后在锡液容器内熔化成液态。

4.根据权利要求2所述微结构薄玻璃元件采用锡液辅助模压成形的工艺方法，其特征在于：在所述合模工序中，由于玻璃的密度小于锡液，在浮力作用下玻璃预形体将浮于锡液表面，当玻璃预形体与高温锡液接触并被均匀加热后，通过动力装置给锡液容器一端的液压活塞施加向下压力，液压活塞挤压锡液容器内的锡液至锡液容器安装模具的端口，排除玻璃与锡液之间的空气，并保证玻璃预形体能铺满整个锡液面形成封闭面；随后将模具的微结构成形腔开口向下并压紧于锡液容器端口的锡液上方的玻璃预形体；加热装置持续加热，当玻璃预形体的粘度达到10⁶～10⁸dPa·s时，停止加热，并以常规方法保温。

5.根据权利要求2所述微结构薄玻璃元件采用锡液辅助模压成形的工艺方法，其特征在于：在所述锡液辅助模压工序中，当玻璃预形体被加热至模压温度后，启动动力装置给锡液容器一端的液压活塞以向下压力，液压活塞挤压锡液容器内的锡液以增加锡液的内部压力，锡液将此压力均匀传递给已处于熔融状态的玻璃预形体表面，从而推动熔融状态玻璃充填锡液容器另一个端口上安装的表面设有微结构成形腔的模具，通过锡液辅助可使每一个微结构成形腔都具有相同压力而形成充填率更均匀的微结构薄玻璃元件，从而复制模具表面的微结构形状。

6.根据权利要求2所述微结构薄玻璃元件采用锡液辅助模压成形的工艺方法，其特征在于：在所述保压及退火工序中，待玻璃预形体充分充模后，通过液压活塞以较小保持压力处于恒定状态，以免退火时玻璃因结构松弛和降温收缩而产生变形，关闭加热装置，通过自然散热，缓慢降低锡液容器内锡液、玻璃预形体以及模具的温度；当微结构成形腔内的玻璃的粘度由10⁶～10⁸dPa·s变为10¹³dPa·s时，完成退火。

7.根据权利要求2所述微结构薄玻璃元件采用锡液辅助模压成形的工艺方法，其特征在于：在所述冷却和取出成品工序中，待模具内的玻璃的粘度达到10¹³dPa·s时，该玻璃预形体形成成品，撤掉作用于液压活塞上的压力，待微结构成形元件冷却至室温后，将模具从锡液容器端口取下，从其中取出微结构成品。

8.根据权利要求1所述微结构薄玻璃元件采用锡液辅助模压成形的工艺方法，其特征在于：所述锡液容器为通槽、通孔、或通道结构，且一端为敞口，另一端成密封配合安装有液压装置，且在锡液容器底部设置有加热装置（7）；模具（1）为盖形结构，模具（1）成密封配合套装在锡液容器一端的敞口上，且在模具（1）对应锡液容器敞口一侧表面设置为微结构成形腔（2）。

9.根据权利要求8所述微结构薄玻璃元件采用锡液辅助模压成形的工艺方法，其特征在于：所述锡液容器采用包括U型槽（5）、直通孔、或L形通槽结构；液压装置采用包括活塞机构、或其它可改变锡液容器容积的机构。

10.根据权利要求8所述微结构薄玻璃元件采用锡液辅助模压成形的工艺方法，其特征在于：所述锡液容器内盛装锡液（6），并在模具（1）与锡液容器敞口之间放置玻璃预形体（4），玻璃预形体（4）位于锡液（6）的液面之上；在模具（1）上与锡液容器的敞口端相配合安装处设置有密封垫（3）。