CN106404605A - 一种可重复使用的光学玻璃粘度测定工具 - Google Patents

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余剑武
易成
罗红
文丞
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Hunan University
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    • G01N11/04—Investigating flow properties of materials, e.g. viscosity, plasticity; Analysing materials by determining flow properties by measuring flow of the material through a restricted passage, e.g. tube, aperture
    • G01N11/06—Investigating flow properties of materials, e.g. viscosity, plasticity; Analysing materials by determining flow properties by measuring flow of the material through a restricted passage, e.g. tube, aperture by timing the outflow of a known quantity

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Abstract

本发明提供了一种可重复使用的光学玻璃粘度测定工具。该工具由上压盖、上模、下模、套筒组成，其中上模和下模为测定单元，上压盖和套筒为起模单元。测定单元在加热保温后，通过给上模施加给定压强使得下模型腔内的熔融光学玻璃克服内摩擦阻力发生粘滞流动，形成管流现象；利用下模底部预留的针管通道测出重力流量，代入动力粘度公式计算出指定温度下光学玻璃的粘度值；起模单元是通过再加热测定单元，使已经冷却粘结的光学玻璃重新熔融，然后以套筒为底座，对上压盖施加压强，顶出下模；起模后，在下模型腔中加入光学玻璃又可进行粘度测定，实现粘度测定工具的重复使用。

Description

一种可重复使用的光学玻璃粘度测定工具
技术领域
本发明属于光学玻璃元件模压中的玻璃流动特性研究领域，具体涉及一种可重复使用的光学玻璃粘度测定工具。
背景技术
光学玻璃可用于制造光学仪器中的透镜、棱镜、反射镜及窗口等，是光学仪器中的关键性元件。在光学玻璃元件的加工制造技术中，最为先进的当属光学玻璃元件模压成型技术，其原理是将熔融状态的光学玻璃放入高精度模具中，在加温加压和无氧条件下，直接模压成型出达到使用要求的光学玻璃元件。相比传统的材料去除光学玻璃元件制造技术，光学玻璃元件模压成型技术具有效率高、成本低；容易实现光学玻璃元件的自动化和大规模生产；可以一次性模压出多个透镜和光学阵列元件；模压成型的球面或非球面透镜面形精度高，最高可以达到几十纳米等优点。在模压过程中发现，玻璃流动特性、模具材料选择和温度压力控制等因素对光学玻璃元件的成型精度有着决定性的影响。
目前，国内关于光学玻璃元件模压中的玻璃流动特性研究还处于起步阶段，与熔化的液态玻璃相比，模压中熔融的光学玻璃是一种典型的非牛顿流体，其流动特性非常复杂，如何测定熔融光学玻璃的粘度值成为研究流动特性的首要任务。传统的粘度测定原理是利用熔化的液态玻璃自身重力穿过毛细管形成管流运动，通过连续性方程计算得到粘度值。但熔融光学玻璃的流动性差，粘度值过高，无法实现利用自身重力产生管流现象，并且光学玻璃具有较高的软化温度，增加了其测定难度。
发明内容
针对熔融光学玻璃粘度测定中高温环境、流动性差、冷却迅速、玻璃粘结等因素，本发明提供一种用于高温环境下熔融光学玻璃粘度测定工具，解决了测定时熔融光学玻璃无法实现管流，测定后因玻璃冷却粘结导致工具无法分离的问题。
实现本发明目的的技术方案：
一种可重复使用的光学玻璃粘度测定工具，其特征在于：该测定工具由上压盖、上模、下模和套筒四个部分组成，所述上模和下模组成测定单元，上压盖和套筒组成起模单元。
所述测定单元，通过测定前的加热保温环节，使其下模型腔内光学玻璃处于熔融软化状态，然后在压力机作用下，使上模产生给定压强，下模型腔内光学玻璃开始克服内摩擦阻力发生粘滞流动，形成管流现象，从下模底部预留的针管通道内流出型腔，记录流出质量与所用时间，得到相应重力流量，并通过动力粘度公式计算出指定温度下光学玻璃的粘度值；
所述起模单元，是针对因测定后光学玻璃迅速冷却，上模和下模通过冷却后的光学玻璃粘结在一起，致使测定单元无法分离的现象。起模前需对测定单元整体进行加热保温使光学玻璃重新熔融；起模时以套筒为底座，将测定单元整体架起，同时压力机作用于上压盖，穿过上模盖中预留小孔对下模施加一向下力，将下模顶出，以达到分离目的；起模后，如需再测定光学玻璃某温度下的粘度值，只需在下模型腔中加入光学玻璃，重复测定步骤即可。
本发明属高温环境下可重复使用的光学玻璃粘度测定工具，具有以下几个方面的优势：
1、实现了高温环境下对流动性较差的熔融光学玻璃粘度值的测定；
2、解决了测定后熔融光学玻璃迅速冷却粘结致使上模和下模无法分离的问题，可实现测定工具的重复使用，大大降低实验成本。
3、采用了半机械化的起模方式，避免高温状态下人力分离上模和下模，增加了实验安全系数。
附图说明
图1为本发明测定单元工作示意图。
图2为本发明起模单元工作示意图。
图3为本发明重复测定光学玻璃粘度流程示意图。
图中：1、上压盖；2、上模；3、下模；4、套筒
具体实施方式
下面通过具体实施方式对本发明做进一步说明。
参见图2，本光学玻璃粘度测定工具包括上压盖1、上模2、下模3和套筒4四个部分，其中上模2和下模3组成测定单元，上压盖1和套筒4组成起模单元。
参见图1，对高温下光学玻璃的粘度测定主要通过上模2挤压下模3型腔内的熔融光学玻璃从下模3底部预留的针管通道流出，记录溢出光学玻璃质量和溢出所用时间，得到光学玻璃的重力流量Q，再通过计算得出粘度值。
以下结合典型光学玻璃的粘度测定对本发明做充分说明：
首先将光学玻璃坯料放入下模3的型腔内，然后上模2和下模3配合对接，把测定单元搁置电炉中加热至所需测定温度并保温，保温时间视光学玻璃种类而定；加热保温操作完成后，将测定单元快速移至压力机上，给上模2施加一定的压强，使下模3型腔内熔融光学玻璃开始克服内摩擦阻力发生粘滞流动，从下模3底部的针管通道溢出，记录溢出光学玻璃质量和溢出所用时间，得到光学玻璃的重力流量Q。把测量结果代入动力粘度公式：
求得光学玻璃在设定温度下的粘度值；其中P为上压头压强，G为光学玻璃比重，R为针管通道半径，L为针管通道长度。
参见图2，粘度测定结束后，因光学玻璃迅速冷却致使粘度迅速增大形成玻璃胶，将上模2和下模3紧紧粘结在一起，大多数情况下，凭借人力无法分离上模2和下模3。使用起模单元的具体操作方法为：首先将测定单元回炉加热保温使冷却粘结的光学玻璃重新熔融；然后快速将测定单元放入套筒4中，测定单元整体将被悬空；再将上压盖1插进上模2预留孔中，在压力机作用下，上压盖1对下模3施加一向下力，将下模3顶出，以达到分离目的，可实现测定工具的重复使用。
参见图3，简练说明如何实现熔融光学玻璃粘度测定工具的重复使用。
以上所述仅为本发明所包含的一个较佳实施例，用于充分阐述而不限定本发明。对于本发明包括的一些为行业人员所公知的测定方法，在此不一一列出。应当指出，在不脱离本发明内容实质的前提下作出的等效变形和替换，皆应包含于本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种可重复使用的光学玻璃粘度测定工具，其特征在于：该测定工具由上压盖(1)、上模(2)、下模(3)和套筒(4)四个部分组成，所述上模(2)和下模(3)组成测定单元，上压盖(1)和套筒(4)组成起模单元。
2.根据权利要求1所述的一种可重复使用的光学玻璃粘度测定工具，其特征在于：光学玻璃的粘度值测定是通过测定单元进行，通过给上模(2)施加给定压强使得下模(3)型腔内的熔融光学玻璃克服内摩擦阻力发生粘滞流动，形成管流现象；粘度测定是通过测出下模(3)底部预留针管通道处的重力流量来完成。
3.根据权利要求1所述的可重复使用的光学玻璃粘度测定工具，其特征在于：上模(2)与下模(3)的分离是通过起模单元完成；以套筒(4)为底座，利用上压盖(1)提供压力顶出下模(3)，测定工具的重复使用是通过上模(2)和下模(3)的分离来实现。
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