CN107487984B - 高光学质量玻璃管状物以及制造方法 - Google Patents

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Abstract

公开了一种叠层的或者单层的玻璃筒体及其制造方法。叠层玻璃筒体是允许制造具有高光学质量的后续的拉伸管状物的初级部件。叠层玻璃筒体可以包括作为包层玻璃的第一层玻璃和作为芯玻璃的第二层玻璃。第二层玻璃可以束缚于第一层玻璃。第二层可以具有比第一层玻璃从大约5x10‑7/℃到大约100x10‑7/℃更高的CTE。第一层和第二层玻璃可以具有相互在大约200℃内的不同的软化点。在一些实施例中，第一层和第二层的玻璃可以具有相互从大约50℃到大约200℃不同的软化点。

Description

高光学质量玻璃管状物以及制造方法
本申请要求在35U.S.C.§119之下在2016年6月10日申请的美国临时申请序列号62/348,334的优先权权益，其内容以整体作为参考资料依靠和结合在此处。
发明概述
本公开通常涉及用于制造或者改变空心玻璃结构的形状的系统和方法，尤其是涉及用于制造高光学质量玻璃管状物的系统和方法。
在一个实施例中，本公开教导用于制造玻璃管状物的空心筒体的方法。该方法可以通过旋转基本细长形的管状铸模来实现。该管状铸模可以具有在一侧上的基本开口端、在另一侧上的基本封闭端、和在基本开口端和基本封闭端之间的筒状铸造腔(cylindricalcasting chamber)。基本细长形管状铸模可以沿着穿过开口端和封闭端的细长形轴旋转。基本细长形管状铸模的至少一部分可以在玻璃的应变点温度(strain pointtemperature)(η＝1014.5P)或以上被加热，玻璃管状物由此形成。熔融玻璃可以穿过基本开口端经由料流(stream)或料滴(gob)输送进筒状铸造腔，同时旋转基本细长形管状铸模。基本细长形管状铸模可以倾斜到基本水平位置，同时旋转基本细长形管状铸模。基本细长形管状铸模可以在大体水平轴上旋转以使得熔融玻璃响应于铸模的旋转而呈现筒状管的形式。玻璃的筒状管可以被冷却，以被淬火而在包括凝固状态、等粘度(isoviscous)状态或者半凝固状态的范围内形成第一玻璃筒体。
在另一个实施例中，叠层的筒形玻璃可以包括第一层玻璃和第二层玻璃。第一层玻璃可以用作包层玻璃。第二层玻璃可以用作被第一层玻璃束缚的芯玻璃。第二层可以具有比第一层玻璃更高的热膨胀系数(CTE)，其中CTE差值从大约5x10-7/℃到大约100x10-7/℃。第一层玻璃和第二层玻璃可以具有相互在大约200℃内的不同的软化点。
本公开的附加特点和优点将在随后的详细说明中阐述，并且部分地将从该描述中对于本领域技术人员来说容易地显而易见，或者通过实践在此处描述的包括详细的说明书、权利要求和所附的附图的实施例而认识到。
应该理解，先前的常规描述和以下的详细说明两者描述了各种实施例，并且意在提供用于理解要求保护的主题的本质和特性的概述或者框架。附图被包括进来以提供对各种实施例的进一步理解，并且被结合进来并构成本说明书的一部分。附图图示在此处描述的各种实施例，并且与说明书一起用来解释要求保护的主题的原理和操作。
附图说明
以下是对附图中的图的描述。这些图不是必然地按比例，并且为了清楚或者简洁的利益，图的某些特征和某些视图可以按放大的比例或者简略地示出。
图1a是根据一个实施例的细长形管状铸模的横截面视图。
图1b是根据一个实施例的旋转铸机的侧视图。
图1c是根据一个实施例的旋转铸机的俯视图。
图2是根据一个实施例的三层玻璃筒体的透视图。
图3是根据另一个实施例的具有单芯的叠层筒形玻璃的横截面视图。
图4是根据又一个实施例的具有双芯的叠层筒形玻璃的横截面视图。
当与该附图一起阅读的时候，先前的概述以及后面的对某些发明技术的详细说明将更好地理解。应该理解，该权利要求书不局限于在附图中示出的方案和手段。此外，在附图中示出的外形是可以采用以实现装置的所陈述的功能的许多装饰外形中的一个。
具体实施方式
本公开通过参考以下的详细说明、附图、示例和权利要求，以及其先前和以下的描述可以更加容易地理解。但是，在当前的成分、制品、设备和方法被公开和描述之前，应该理解，除非另作说明，本公开不局限于被公开的特定的成分、制品、设备和方法，因而当然可以变化。还应该理解，在此处使用的术语是为了仅仅描述特定的方面的目的，并且不意欲限制。
本公开以下的描述被提供作为允许本公开在其当前已知的实施例中实现的教导。为此，本领域技术人员将认识和理解可以对本公开的在此处描述的各种方面进行许多的变化，同时仍然获得本公开的有益的结果。也应该理解，本公开的一些期望的权益可以通过选择本公开的一些特征获得，而无需利用其它的特征。因此，在本领域中工作的技术人员将认识到，对本公开许多的改变和改进是可以实现的并且在某些情形下甚至可能是所希望的，并且是本公开的一部分。因此，以下的描述被提供作为对本公开的原理的说明，而不是对其的限制。
现在将详细地进行参考当前的优选实施例，其示例被在附图中图示。在各个视图中使用特定的参考符号表示相同或者类似的部分。
除非另有陈述，表示在说明书和权利要求中使用的成份数值、属性(诸如尺寸、重量、反应条件等)的所有数字通过术语“大约”应被理解为在一切情况下可改变。因此，除非由相反表示的，在以下的说明书和所附权利要求中阐述的数字参数是近似值，其可以取决于寻求通过本发明而获得的期望的属性而变化。作为最低限度，而不是作为试图限制权利要求范围的等效原则的应用，每个数值参数至少应该根据报告出的有效数字的数值并且通过适用常规的四舍五入技术而解释。
如在此处使用的，术语“大约”指的是数量、尺寸、公式、参数和其它的数值和特征不是和不必是精确的，而是，可以根据期望是近似的和/或是更大的或者更小的，反映了公差、变换因素、舍入、测量误差等等以及为本领域技术人员所知的其他的因素。在一些实施例中，术语“大约”指的是正在使用的数字的值加或者减10％。因此，大约50％指的是在45％-55％的范围内。
如在此处使用的，“应变点”温度值指的是在该温度上玻璃产品具有以泊(poise)为单位的1014.5粘度的温度，并且是根据基于美国材料与试验协会(ASTM)C336-71的纤维延伸方法确定的。
如在此处使用的，“热膨胀系数”值(或者CTE值)是在25℃至300℃的温度范围上根据ASTM E228-06使用Orton膨胀仪确定的。
在此处使用的短玻璃和长玻璃的术语表示的是，短玻璃是一种表示快凝固玻璃的比较术语。长玻璃是一种表示慢凝固玻璃的比较术语(“玻璃制造手册(The Handbook ofGlass Manufacture)”，Tooley，卷II，1974)。快凝固玻璃具有陡峭的粘度曲线，并且将在较短的时间期间和较小的温度范围上将变成固体或者变得更加粘稠。慢凝固玻璃具有平缓的粘度曲线，并且将在较长时间期间和较大的温度范围上变成固体或者变得更加粘稠。
概括地，本公开涉及用于制造或者改变空心玻璃结构形状的系统和方法，并且更具体地说，涉及经由旋转铸造(spin or rotational casting)形成的具有高光学质量的单层或者叠层的筒形玻璃。通过旋转铸造的管制造的优点是获得了光学清楚的管，而没有当前的管状物制造过程存在的当熔融玻璃经某些类型的成形工具(诸如孔环、铃状物或者芯轴)拉伸时生成的表面瑕疵。本公开的技术是用于制造良好光学透明度(optical clarity)的管状物，该管状物可以再成型为电子设备或者其它的管状产品想要的期望的几何形状。制造管状物的两步过程通过首先旋转铸造大直径的玻璃筒体然后将筒体再拉伸为所需的管尺寸而完成的。熔融玻璃被灌注进桶内的旋转铸模，所述桶被以高的每分钟转数(rpm)旋转，以通过离心力相对于铸模壁移动玻璃。筒体的内部玻璃表面不接触任何其它的表面，并且因此是原始的。筒体的外面与铸模接触，因此其将需要通过研磨和抛光来进行某些表面加工。如果需要高光学透明度的话，通过制造大的筒体以及随后将其再拉伸到数以百计英尺形成较小的管状物将消除对每个个别的管进行研磨和抛光的需要。由于通过以某个缩小比再拉伸，再拉伸过程允许筒体上的更宽松的公差，因为通过在某些减小比例上再拉伸，公差可以被改善并且筒体中的较小瑕疵被减小尺寸变得不重要。
用户可手持和可佩带的电子制造商对使用全玻璃体感兴趣，以借助于所述全玻璃体封装其产品。玻璃体或者套筒是三维形状，所述三维形状当前是从开始的玻璃圆管形成的。通过使玻璃管状物再成型来满足好的几何公差，但是，这个形成过程已经规避的一个属性是光学透明度，特别地是在再形成的平坦表面上光学透明度。为了获得套筒的好的光学透明度，初始管状物必须具有高度的光学透明度。厂内拉伸的管状物加上商业上的管状物都示出了某些表面光学扰动，称为镶嵌(paneling)。镶嵌是熔融玻璃与用于制造管状物的成形工具接触的结果。使用孔环和内部铃状物或者芯轴(玻璃在所述孔环和内部铃状物或者芯轴上流动以便生成空心管)的过程导致在空心管的内部和外部镶嵌。镶嵌的结果是因为熔融玻璃的粘度是足够高的以在玻璃在工具上流动时允许成形工具在产生的管状物的表面上给予纵向线条。
这些纵向镶嵌线条是来自与玻璃与金属工具接触的管表面上一系列的波峰和波谷。波峰和波谷是非常小的，在5至100纳米的数量级上，并且在圆管上不是非常看得见的。使用造影(shadowgraph)技术，镶嵌变得明显，在所述造影技术中，氙光穿过管状物被示出在白底上生成阴影。当管状物被再形成为套筒形状的时候，在套筒上的平坦区域可以显示出镶嵌，特别是当经由套筒侧壁观看显示屏的时候。显示区域对于电子设备(诸如电话、手表和其他显示相关的产品)来说是关键的。会需要清楚的光学表面，因此不可以在显示屏中观察到失真。如果内部和外部的管表面被研磨和抛光，镶嵌可以被减小或者消除，但是，实现这种表面抛光在时间上和成本上非常困难的。
通常地，三维形状的玻璃体或者套筒当前是由从玻璃圆管开始来形成的。强化的和耐用的管状物被感兴趣用作药水瓶(vial)或者注射器(syringe)用于医药包装。当前的医药容器是经由使用圆形管状物制成的，所述圆形管状物然后在自动机器上通过对该管状物进行火焰处理而变换。在这些应用的两者中的叠层管可以提供更高的强度，并且使得成分能够被裁剪以提供其他的增强，如抗微生物、耐久性、颜色审美和硬度。超过类似离子交换那样的增强技术的叠层管的优点是，在外表面上生成深的玻璃压缩层可以提供厚度与由外部包层玻璃提供的厚度相等的玻璃层。离子交换需要长的时间和较高的温度以生成在100微米数量级上的压应力深度，然而具有压缩外层的叠层管可以是在几毫米的数量级上。在制造环境中这是重要的，在所述制造环境中，容器可以相互撞击，生成可能比导致部分失败的离子交换深度更深的疵瑕。
叠层管状物取决于执行旋转铸造以生成具有多层的筒体的能力可以具有二个、三个或者多个不同的玻璃层。具有如以上讨论的不同的玻璃可能导致将增值属性带给单个形成的管，而这在单个成分的管中是不存在。制造大尺寸的玻璃筒体(诸如，叠层筒体)然后将其再拉伸为更小的期望的管尺寸，有助于减小任何瑕疵，并且在最终的管状物上获得更大的容差。
在一个实施例中，如图1所示，本公开教导了一种用于制造玻璃管状物的空心筒体作为初级预成形物去制造高光学质量管状物的方法。该方法可以通过旋转基本细长形的管状铸模100来实现。该管状铸模可以具有在一侧上的基本开口端110、在另一侧上的基本封闭端130，和在基本开口端110和基本封闭端130之间的筒状铸造腔150。筒状铸造腔150可以是管状铸模100的内表面，或者可以是适用于安装在管状铸模内部的插入物。基本细长形的管状铸模可以沿着穿过基本开口端110和封闭端130的细长形轴170旋转。基本细长形管状铸模的至少一部分可以被加热到接近于玻璃的应变点温度(η＝1014.5P)，由此形成玻璃管状物。熔融玻璃可以穿过基本开口端110经由料流或者料滴输送进筒状铸造腔150中，同时旋转基本细长形管状铸模100。基本细长形管状铸模100可以倾斜到基本水平位置，同时旋转基本细长形管状铸模100。基本细长形管状铸模100可以在通常水平的轴170上旋转，以响应于铸模100的旋转而使熔融玻璃呈现筒形管的形式。玻璃的筒形管可以被冷却，以被淬火而在包括凝固状态、等粘度状态或者半凝固状态的范围内形成第一玻璃筒体。
举例来说，基本细长形管状铸模100可以是从大约50mm到大约500mm的外径，如图1B所示。在一个实施例中，外径例如可以是从大约100mm到大约400mm的范围。在再一个实施例中，外径例如可以是大约200mm到大约300mm的范围。在一个实施例中，筒体的长度例如可以是从大约250mm到大约2,000mm的范围。在另一个实施例中，筒体的长度可以是从大约400mm到大约1,000mm的范围。在又一个实施例中，筒体的长度可以是从大约600mm到大约800mm的范围。基本细长形管状铸模可以插入进旋转桶20中。该桶可以以多种角度倾斜，以在旋转的同时允许熔融玻璃在铸模中流动以实现更加均衡的壁。旋转桶和基本细长形管状铸模100是旋转铸机10的一部分。玻璃可以在接近旋转铸机10的熔炉中被熔化和调质(conditioned)。旋转铸机10可以是可移动的，这允许其放置在熔化器之下，并且再定位成接近不同的熔炉。玻璃粘度对于旋转铸造可能是重要的。如果玻璃太粘稠(>1000P)，其不能散开到铸模壁，并且可能在筒体的底端附近生成与顶端相比更厚的壁。如果玻璃流动性太大(<<10P)，其可能形成所产生的筒体的比希望的更薄的玻璃壁。整体壁厚可以取决于筒体直径，但是，壁厚的范围可以包括从大约2mm到大约50mm的直径层的总和。在另一个实施例中，壁厚可以是从大约5mm到大约25mm。在另一个实施例中，管厚可以是从大约10mm到大约20mm。
由于实现玻璃的正确粘度所需的高温(≥1900℃)，石英玻璃例如是非常难于旋转铸造的。石英是具有陡峭的粘度曲线的非常短的玻璃，其随着温度损失迅速地凝固。
熔融玻璃可以通过加热好的坩锅输送给旋转铸机，舀进或者直接地流进位于旋转铸机内部的铸模100中。如果坩锅用于输送玻璃给旋转铸机，其应该在熔炉中被预热在玻璃的温度以上。玻璃不应被冷却，因为当其被输送给旋转铸机时，其将变得更加粘稠。用于将玻璃浇注进旋转铸模的粘度可以是从大约15P到大约500P的范围。在一个实施例中，粘度可以是从25P到大约300P的范围。在再一个实施例中，粘度可以是从50P到大约100P的范围。例如，苏打石灰硅玻璃(soda-lime-silicate glass)在熔炉中被熔化并在1350℃上被调质。玻璃然后经由下降管输送出熔炉进入预热的坩锅中，所述坩埚被在单独的熔炉中被加热到1500℃。在坩锅在其中接收了正确容量的玻璃之后，该坩锅通过手或者机械化设备传输或者输送到旋转铸机，并且熔融玻璃被浇注进该铸模。该铸模可以由石墨、陶瓷、铬镍铁合金、铂或者其组合中的至少一个制成。当将玻璃浇注进旋转铸机的时候，在一个实施例中，旋转铸机直立在竖直位置。在另一个实施例中，旋转铸机被以到水平位置的某个角度α倾斜。玻璃被启动和旋转的旋转速率可以随许多的相关和/或不相关的属性而变。在一些情况下，玻璃被启动和旋转的旋转速率可以随玻璃粘度、玻璃温度、玻璃传输的方法、铸模温度、铸模尺寸和几何形状、铸模材料、以及玻璃冷却速率而变。当浇注玻璃时，旋转速率可以是大约50rpm到大约750rpm。在一个实施例中，旋转速率可以起始于大约400rpm。在另一个实施例中，启动速率在开始阶段可以是低的，大约100rpm。当玻璃冷却和凝固时，旋转速率可以上升到400rpm，以使得离心力克服增加的粘度。玻璃粘度可以小于2000P。在一个实施例中，粘度可以是在从大约50P到大约2,000P的范围。在另一个实施例中，粘度可以是在从大约100P到大约1,000P的范围。在再一个实施例中，粘度可以是在从200P到大约500P的范围。随着旋转，玻璃可以相对于铸模壁(优选地由石墨制成)向外地旋转。在竖直位置，玻璃由于离心力可以开始爬上铸模的壁。如果当铸机处于垂直位置的时候允许形成筒体，则可观察到壁变化，导致筒体的底部具有比顶部更厚的壁。
为了促使在玻璃筒体中更加均衡的壁，旋转铸机被向下倾斜到水平位置。在一个实施例中，角度α可以是从大约90度到大约0度的范围。在另一个实施例中，角度α可以是从大约60度到大约0度的范围。在再一个实施例中，角度α可以是从大约45度到大约0度的范围。这可以允许玻璃朝着筒体的顶部流动，这甚至可以偏离壁厚。基本细长形管状铸模可以包括邻近于基本细长形管状铸模的开口端的内凸缘152，以在水平时保持玻璃的筒形管避免流出基本细长形管状铸模。筒状铸造腔可以具有从基本封闭端130到基本开口端110的锥形154以便保证筒形管的脱模。大多数锥形通常不会大于5度，除非最终成形的玻璃具有作为其形状一部分的锥形。正常地，1至2度锥形可能足够允许玻璃从铸模脱模。对于筒体，如果给出锥形太大，其可能在保持拉伸管的几何形状明显使再拉伸过程复杂化。
可选择的，在任何实施例中，制造玻璃空心筒体的方法可以进一步包括将与第一层的玻璃不同的成分的第二玻璃输送进第一玻璃筒体内部的铸模中，并且旋转以在第一筒体内部的制造同心的第二筒体的步骤。第二玻璃可以通过加热好的坩锅输送给旋转铸机，舀进或者直接地流进位于旋转铸机内部的铸模中。第一层玻璃和第二层玻璃的玻璃成分可以具有不同的热膨胀系数(CTE)。可选择地，在任何实施例中，与第一和第二层玻璃相同或者不同的成分的第三玻璃可以输送进在第二玻璃筒体内部的铸模，并且可以旋转以在第一和第二筒体内部制造同心的第三筒体。第二和第三玻璃可以具有不同的热膨胀系数。第一和第三CTE的每个可以是从大约20x10-7/℃到大约100x10-7/℃，并且第二CTE可以是从大约25x10-7/℃到大约120x10-7/℃。可以将进一步数量的后续的玻璃输送进在第三玻璃筒体内部的铸模，并且可以旋转进在玻璃的初始筒体内部的筒体中。
在旋转铸机中玻璃的旋转可以继续，直到玻璃已经凝固，并且不再可以流动为止。定时可以取决于玻璃的粘度曲线，这里较长的玻璃将花费比较短的玻璃更多的时间去凝固。一旦玻璃是固态，旋转铸机被保持水平，并且产生的玻璃筒体可以滑出铸模，并且传输进退火炉。由于石墨的光滑性，石墨铸模可以起到脱模剂的作用。如果使用替换的铸模材料，可以使用脱模剂，诸如六边形的氮化硼(hBN)。脱模剂的使用可能会在筒体的外表面上凸出纹理，并且可能需要后续研磨和抛光外表面。石墨箔片也可用于帮助玻璃筒体从铸模中脱模。
用于制造高光学质量玻璃空心筒体的方法可以进一步包括对玻璃筒形管退火。在退火之后，其可以然后被机械加工以通过研磨和抛光玻璃筒形管的表面来清洁外表面，以获得具有平整壁厚的良好的表面条件。
该方法进一步包括通过水或者酸蚀或者这两者来清洁玻璃筒形管。一个或多个玻璃层可能有一部分表面被去除，或者经由蚀刻(诸如酸蚀)整个玻璃层被去除。HF可以用作蚀刻酸。第一玻璃层可以是低温玻璃或者软玻璃(其也可以称作牺牲玻璃)。软玻璃或者牺牲玻璃可以对蚀刻敏感。在一些实施例中，具有两个或更多个层且第一层被去除的叠层筒形玻璃可以获得原始的第二层。在存在多个层(诸如，四个层)的情形下，一旦蚀刻了第一层，则第二层可以变为“外”层，因此，可能必须考虑强化的叠层玻璃的CTE。在大多数情况下，外层玻璃的蚀刻可以仅仅除去研磨污物，或者执行表面的蚀刻抛光。表面蚀刻过程还可以被实现以减小筒体壁的总厚度或者内部或外部包层的厚度。如果在最终的管几何形状上需要非常薄的包层，可能不能或者无法进行该过程以成功地旋转出具有所需厚度的筒体，特别地如果期望筒体的薄的外部包层的话。后期蚀刻过程可以从内部与或外部筒体壁除去玻璃以减小层的总厚度，并且在拉伸之后导致在所产生的管状物上的更薄的包层。
一旦筒体已经通过利用可能的后期酸蚀刻抛光步骤的机械加工进行了清洁，其准备再拉伸为最后的管几何形状。如果实现了正确几何形状和光学透明度的高质量的管状物，则可以弥补花费在筒体上的时间和成本。例如，如果300mm直径的筒体被拉缩为25mm的管状物，可以从一英尺的筒体中获得大约150英尺的管状物。可以对几个筒体进行火焰处理/拼接到一起以制造更长的筒体预成形物。更长的预成形物使得可以同时拉伸多个筒体，其改善了筒体的整体材料使用，并且对于单次拉伸制造出更多的管状物。
在一个实施例中，玻璃筒形管的启动可以通过向下给送系统来给送。当再拉伸的时候，筒体放置在向下给送系统中，并且以从大约0.2mm/min到大约100mm/min的给送速率vf慢慢地下降进入加热好的拉伸炉中到达加热区，所述加热区具有从大约300℃到大约1500℃的加热区温度Th，取决于玻璃成分对应于从大约104P到大约107P的粘度范围。筒体的端部可以被加热，然后可以按尺寸向下衰减以制造最终的管尺寸。在拉伸轴的方向上的分量股可以从软化的区域中引出，以便拉长并减小筒体的尺寸，以形成玻璃筒形管的不同的直径尺寸，并且是以从大约0.01m/min到大约100m/min的拉伸速率vd进行的。
拉伸速率、玻璃的粘度和向下给送速率可以控制拉伸出的筒形管的不同的直径尺寸。拉伸速度可以通过拉拽单元来调整。拉伸出的筒体的缩小比例如可以是2:1到2000:1。具有2:1的缩小比的250mm直径的筒体将形成具有125mm直径的管状物，同时2000:1的管可以是0.125mm直径。由于筒体表面的内部是未被触摸过或者酸蚀刻/抛光的，因此其将具有原始表面，而该管的被抛光的外面可以具有无镶嵌的表面。产生出的拉伸完的筒形管的各种各样的直径尺寸将在表面上具有减小了的(粗糙度的)振动波峰和波谷。可以使用白光干涉仪(诸如可以从Zygo Corp获得的New View 5000)来进行粗糙度的测量。(表面粗糙度的)振动波峰和波谷可以平均为纳米水平，诸如从大约5纳米到大约20纳米。通过将较大的筒体在尺寸上向下衰减，来自抛光的任何表面缺陷可以被减小为不重要的尺寸，并且与该筒体相比较，在拉伸出的管状物上可以获得在几何形状上更紧的误差。拉伸的缩小比可以和减小直径一样减小缺陷。如果利用12.5:1的缩小比来从250mm直径的筒体来制造20mm直径的管，则50nm的缺陷现在在尺寸上可以是4nm，并且对于肉眼来说可能太小以致看不到。管状物的误差也可能对于缩小比保持成立，并且筒体上的+/-1.00mm的初始误差可能在拉伸出的管上是+/-0.08mm。
经由传统的向下拉伸方法制造出的苏打石灰管(soda-lime tube)的内表面可以具有Ra＝0.025微米(25nm)且rms＝0.058微米(58nm)的表面粗糙度。经由传统的向下拉伸方法制造出的苏打石灰管的外表面可以具有Ra＝0.026微米(26nm)且rms＝0.080微米(80nm)的表面粗糙度。通过使用本发明的旋转铸造和向下拉伸技术，拉伸出的管的内表面具有Ra＝0.341nm、rms＝0.441nm的更小的表面粗糙度。厂内拉伸出的管的外表面具有Ra＝1.312nm，rms＝2.157nm的更小的表面粗糙度。本发明的旋转铸造和向下拉伸技术可以显著地改善表面质量以及改善玻璃管的强度。
为了制造多层叠层的筒体，一旦第一玻璃已经凝固和，第二玻璃可以被浇注进旋转铸机。铸机可以倒退定位成竖直或者倾斜的位置，并且第二玻璃输送到固化的第一筒体内部。第一玻璃筒体仍然可能足够热，其与第二熔融玻璃接触不会热冲击玻璃。大多数质量本质上是玻璃颜色由于其冷却而变化。当来自热量的所有颜色离开玻璃时，其变得接近于其应变点。但是，如果花费太多的时间并且第一玻璃被冷却到其应变点以下，那么可能产生裂缝。正常地，在已经形成凝固的第一筒体的几分钟内输送第二玻璃可能足够。该过程可以重复多次，直到可以实现多个层为止。
如果制造出的叠层筒体被再拉伸为管状物，则层状结构可以被保持，因为在拉伸期间玻璃粘度足够高以防止玻璃层混合。如图2所示，高光学质量的叠层的筒形玻璃200可以具有第一层玻璃220和第二层玻璃240。第一层玻璃220可以用作包层玻璃，诸如外部包层玻璃。第二层玻璃240可以用作芯玻璃。第二层玻璃240可以束缚于第一层玻璃220。
第二层玻璃240可以具有比第一层玻璃220更高的CTE。叠层的筒形玻璃可以进一步包括束缚于第二层玻璃240的第三层玻璃260。第三层玻璃260可以用作内部包层玻璃。当考虑选择哪个玻璃成分用于形成叠层时，必须考虑几个参数。为了生成增强的管状物，外部包层玻璃上的热膨胀系数可能必须要小于内部芯玻璃的膨胀系数。内部包层玻璃可以具有小于芯玻璃的膨胀系数，当冷却的时候，这可以在压缩应力方面保持内部和外部表面玻璃两者。第三层也可能具有比第一层玻璃更低的CTE。在热膨胀之间的差值可以取决于期望的压缩应力。在第一层玻璃220和第二层玻璃240之间的CTE差值可以是从大约5x10-7/℃到大约100x10-7/℃。第一层玻璃220和第二层玻璃240可以具有相互从大约50℃到大约200℃的不同的软化点。第一层玻璃220可以具有与第二层玻璃240不同的成分。第三层玻璃260可以具有与第一和第二层玻璃220相同或者不同的成分。
如图3所示，作为芯玻璃的第二层玻璃240可以比作为包层玻璃的第一层玻璃220和第三层玻璃260更厚。第三层玻璃260可以具有与第一层玻璃220相同或者不同的成分。第二层玻璃240和第三层玻璃260的玻璃成分可以具有不同的热膨胀系数。旋转出的筒体的几何形状可以采取任何尺寸和壁厚。例如，拉缩为25mm的管外径的250mm直径的筒体具有大约10:1的缩小比。如果筒体壁是20mm厚，那么产生出的管壁可以是2mm厚。这对于对应于产生出的管厚度的叠层层厚来说相同的。如果对于管来说需要200微米的外部包层、800微米芯和200微米内部包层，则筒体可能必须具有2mm的外部包层厚度、8mm的芯和2mm的内部包层。因此，筒体壁的厚度的范围是取决于所需的管几何形状而变化的。用于250mm直径筒体壁的厚度范围将是从大约2mm到大约50mm，优选地从大约5mm到大约35mm，并且最佳地从大约10mm到大约20mm。这个厚度可以表示所有叠合的层的总和，并且每个个别的层构成总厚度的某些比例。如果形成较小的筒体，壁厚通常被减小，而大的筒体可以具有厚的壁。从结构整体性观点，这个比例存在于更多处，其中可能难于处理仅仅具有2mm壁厚的400mm直径的筒体。如上所述，可以执行许多方法(诸如表面蚀刻工艺)以减小筒壁的总厚度、或者内部或外部包层的厚度。
如图4所示，高光学质量叠层筒形玻璃200可以进一步包括束缚于第三层玻璃260的第四层玻璃280。第二层玻璃240和第三层玻璃260可以用作双芯玻璃。
如之前提及的，用于叠层管状物的可能的应用可以是药品包装。对于用于昂贵药物的坚固封闭壳的需要是直接的，但是，具有阻止浸出或者提取某些物质进入药物中耐用材料是特别地重要的，特别是当前与塑料相关的。三个或者四个分层的叠层筒体可以被裁剪以制造具有强固外玻璃的管状物，以防止损坏，改善整个容器的强度，以及形成不受化学制品(诸如药品)影响的耐用的内表面。对于供增加叠层玻璃强度的电子设备使用的叠层管的实际用途，可以使用可以抗微生物的玻璃、或者硬的以便抵抗划痕的玻璃或者这两者。
示例1
玻璃A：CTE 91x10-7/℃且软化点：840℃
玻璃B：CTE 66x10-7/℃且软化点：880℃
玻璃A可以用作芯玻璃。玻璃B可以用作外部或者内部包层玻璃。玻璃A和玻璃B之间的25x10-7/℃的CTE差值可以是很好的值。典型的CTE差值范围是5至100x10-7/℃。20至50x10-7/℃的范围可以是最佳的。玻璃对的软化点需要在相互200℃的范围之内。在一些实施例中，玻璃的软化点可以是相互从大约50℃到大约200℃。玻璃对的软化点最佳可以在50℃内。如果软化点太远，一个玻璃会保持粘稠，同时另一个是固态的。如果从旋转铸模提取热出来或者在再拉伸过程中，这可以使筒体变形，一个玻璃会开始拉缩，但是另一个是刚性的并且不能屈服以进行拉缩。粘度匹配的玻璃对对于任何形成过程都是最优的，但是，+/-1000P的某些粘度差值也是可成形的。
已经详细地和参考其特定的实施例描述了本公开的主题，应当注意到，在此处公开的各种各样的细节将不会采用隐含这些细节涉及是在此处描述的各种各样的实施例的主要成分的要素，甚至在特定的要素在本说明书的附图中的每个中被图示的情形下亦然。例如，图1-4仅仅是根据本公开的一个实施例的叠层筒形玻璃200的示意图。在此可以想到各种各样的叠层筒形玻璃，其结构细节可以从本说明书、附图和所附的权利要求中方便地收集。图1-4是为了说明性的目的呈现的，并且不意在生成在其中图示的各种各样方面的每个是在此处想到的各种各样的实施例的必要的部分的推测。
在这里所附的权利要求将作为本公开的宽度的唯一的表示和在此处描述的各种各样的实施例的相应的范围。此外，在不脱离所附的权利要求书中限定的本发明的范围的情况下，许多改变和变化是可允许的将是显而易见的。更具体地说，虽然本公开的某些方面在此处被表示为是优选或者特别地有益，所想到的本公开不必然地局限于这些方面。
应注意到，以下的权利要求中的一个或多个利用术语“其中”作为过渡的措词。为了限定本公开的目的，应当注意到，在权利要求中这个术语被作为用于介绍该结构的一系列的特征的列举的开放的过渡的措词引进，并且将同样地解释为更加通常地使用的开放的前序术语“包括”。
还应当注意到，在这里“至少一个”部件、要素等的记载将不会用于产生冠词“一”或者“一个”的可替换的使用将局限于单个部件、要素等的推理。
进一步应注意到，与意欲的使用的记载相对比，以特定的方式“配置”以实施特定的属性，或者以特定的方式起作用的本公开的部件的在此处列举是结构列举。更具体地说，对于部件被“配置”的方式在此处的介绍表示该部件的现有的物理条件，并且因而，将作为该部件的结构特征的明确的列举采用。
虽然本发明已经相对于有限的实施例描述，具有本公开权益的本领域技术人员将理解，可以不脱离如在此处公开的本发明的范围设想出其它的实施例。因此，本发明的范围将仅仅受到附加的权利要求限制。

Claims (15)

1.一种用于制造高光学质量玻璃管状物的空心筒体的方法，包括：
旋转细长形管状铸模，所述细长形管状铸模具有在一侧上的开口端、在另一侧上的封闭端、和在所述开口端和所述封闭端之间的筒状铸造腔，所述细长形管状铸模沿着穿过所述开口端和所述封闭端的细长形轴旋转；
将所述细长形管状铸模的至少一部分加热到玻璃的应变点温度或者以上，在所述应变点温度上所述玻璃具有1014.5P的粘度，并且从所述应变点温度形成所述玻璃管状物；
穿过所述开口端经由料流或者料滴将熔融玻璃输送进所述筒状铸造腔，同时旋转所述细长形管状铸模；
将所述细长形管状铸模倾斜到水平位置，同时旋转所述细长形管状铸模；
在水平轴上旋转所述细长形管状铸模；
使得熔融玻璃响应于所述铸模的旋转而呈现筒形管的形式；和
将玻璃的所述筒形管冷却，以淬火而在包括凝固状态、等粘度状态或者半凝固状态的范围内形成第一玻璃筒体。
2.根据权利要求1的方法，其中所述细长形管状铸模由石墨、陶瓷、铬镍铁合金、铂或者其组合中至少一个制成。
3.根据权利要求1的方法，进一步包括通过水或者酸蚀刻或者这两者来清洁所述第一玻璃筒体，或者研磨和抛光所述第一玻璃筒体的外表面以获得具有一致的壁厚的好的表面条件。
4.根据权利要求1的方法，其中所述细长形管状铸模包括邻近于所述细长形管状铸模的所述开口端的内凸缘，以保持玻璃的所述筒形管避免流出所述细长形管状铸模。
5.根据权利要求1的方法，进一步包括通过将所述第一玻璃筒体以从0.2mm/min到100mm/min的给送速率vf在向下给送系统中给送到达加热区来再拉伸所述第一玻璃筒体，所述加热区具有从300℃到1500℃的加热区温度Th，对应于从104P到107P的粘度范围。
6.根据权利要求5的方法，进一步包括在所述加热区中软化所述第一玻璃筒体以便形成软化区域。
7.根据权利要求6的方法，进一步包括在从所述软化区域的拉伸轴的方向上引出分量股，以便拉长并减小所述筒形管的尺寸，以形成玻璃的筒形管的不同的直径尺寸，并且是以从0.01m/min到100m/min的拉伸速率vd进行的，其中所述拉伸速率、玻璃的粘度和向下给送速率控制所述筒形管的所述不同的直径尺寸。
8.根据权利要求7的方法，其中所述筒形管的所述不同的直径尺寸在表面上具有减小的粗糙度，其中所述筒形管的内表面的均方根粗糙度是从5纳米到20纳米。
9.根据权利要求1的方法，其中当输送所述熔融玻璃时所述旋转速率是从50rpm到750rpm。
10.根据权利要求1的方法，其中所述筒状铸造腔具有从所述封闭端到所述开口端的锥形以便保证所述筒形管的脱模。
11.根据权利要求1的方法，进一步包括将与第一玻璃不同的成分的第二玻璃输送进在第一玻璃筒体内部的铸模中，并且旋转以在第一筒体内部形成同心的第二筒体。
12.根据权利要求11的方法，进一步包括将与第一玻璃相同或者不同的成分的第三玻璃输送进在第二玻璃筒体内部的铸模，并且旋转以在所述第一筒体和所述第二筒体内部形成同心的第三筒体，其中所述第二玻璃和所述第三玻璃的玻璃成分具有不同的热膨胀系数。
13.根据权利要求11的方法，其中所述第一玻璃和所述第二玻璃的玻璃成分具有不同的热膨胀系数(CTE)。
14.根据权利要求12的方法，其中所述第一玻璃和所述第三玻璃的每个的热膨胀系数(CTE)是从20x10-7/℃到100x10-7/℃，而所述第二玻璃的热膨胀系数(CTE)是从25x10-7/℃到120x10-7/℃。
15.根据权利要求11的方法，进一步包括经由蚀刻机械手段除去或者减小一层或多层玻璃。
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