CN109574474A - 一种大尺寸氟磷玻璃成型装置与成型方法 - Google Patents

一种大尺寸氟磷玻璃成型装置与成型方法 Download PDF

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Abstract

本发明名称为一种大尺寸氟磷玻璃成型装置与成型方法。属于光学玻璃熔炼设备技术领域。它主要是解决现有熔炼设备存在氟磷玻璃成型宽度在Φ120mm以下的问题。它的主要特征是：包括铂金坩埚、漏料管、模体、盖体、通气管和干燥机，模体为上端开口、石墨材质的内凹型模体，盖体为与模体上端开口配合的、石墨材质的盖体，通气管出气端设置在盖体上，漏料管出口设置在模体的底部；成型温度为700～950℃，可以实现Φ300mm以上氟磷玻璃的成型生产。在玻璃出炉成型时熔融铝液盛放于由模体内，并持续通入干燥的惰性气体，比重较小的熔融铝液会漂浮在氟磷玻璃液之上，有效避免了含氟成分的挥发。在漏注结束后，在成型炉中进行退火，完成大尺寸氟磷玻璃的成型。

Description

一种大尺寸氟磷玻璃成型装置与成型方法
技术领域
本发明涉及一种大尺寸氟磷玻璃成型装置与成型方法，属于光学玻璃熔炼生产设备技术领域。
背景技术
氟磷酸盐光学玻璃是一种低折射、低色散的特殊光学玻璃，可以消除二级光谱色差、提高光学镜头的成像质量，同时具有较低的软化点，可通过一次或二次压型制成非球面透镜，是生产高级数码产品的优良光学材料。
氟磷玻璃因含有大量氟化物成分而具有强烈的挥发性和侵蚀性。在玻璃成型过程中含氟成分会持续不断的挥发和流失，并且这种成分流失在玻璃液表面最为严重，导致玻璃液表面和内部出现成分差异而使玻璃条纹加重，影响产品生成良品率和光学系统的成像质量。目前已有技术采用向成型模具中玻璃液表面通入气体加速玻璃冷却的方式进行挥发条纹的抑制，但因气体流动时反而会增大表面成分挥发，致使这种生产方式控制难度极大且成型尺寸受到严格限制，目前可成型宽度皆在Φ120mm以下。近年来，随之光电行业和宇宙探索领域的不断发展，为了追求光学器材高清晰、大视野、大广角的目标，光学设计人员梦寐以求地希望得到Φ300mm以上的大尺寸氟磷玻璃产品。
发明内容
本发明的目的是提供一种操作简单、可以有效抑制成分挥发的氟磷玻璃成型装置与成型方法，用于解决氟磷玻璃在固化成型阶段因成分流失而导致的条纹问题，实现Φ300mm以上的大尺寸氟磷玻璃的稳定成型生产。
为了实现以上目的，本发明采取了以下方案：
一种大尺寸氟磷玻璃成型装置，包括铂金坩埚、漏料管、模体、和通气管；其特征在于：还包括盖体和干燥机；其中，模体为上端开口、石墨材质的内凹型模体，盖体为与模体上端开口配合的、石墨材质的盖体；干燥机连接在通气管上，通气管出气端设置在盖体上；漏料管出口设置在模体的底部。
所述的大尺寸氟磷玻璃成型装置中，铂金坩埚设置在熔炼炉内；所述模体和盖体设置在成型炉内。
所述的大尺寸氟磷玻璃成型装置中，漏料管呈竖直状位于铂金坩埚下方，位于模体底部折弯呈水平状；漏料管的竖直管上设有料管电极片，漏料管的出口处设有第一管嘴电极片和第二管嘴电极片；漏料管、料管电极片、第一管嘴电极片和第二管嘴电极片是由铂金制作而成的。
所述的大尺寸氟磷玻璃成型装置中，模体的内凹型腔体为直径Φ300mm及以上的圆柱形腔体、圆锥形腔体，或为中部宽度是300mm及以上、两侧为弧形腔体的组合型腔体；模体和盖体配合后形成半封闭的成型空间。
所述的大尺寸氟磷玻璃成型装置中，通气管由不锈钢材料制成；通气管与盖体之间设有1-5个出气端口。
所述的大尺寸氟磷玻璃成型装置中，漏料管上间隔设有3～5个料管电极片。
一种大尺寸氟磷玻璃成型方法，其特征在于包括以下步骤：
在熔炼工序结束前，先将铝锭放入模体中，再将装有模体和盖体的成型炉通电，并向模体内持续通入惰性气体；
在铝锭完全熔化成铝液后，升高漏料管的电极电流，使玻璃液逐渐从注入到模体和盖体形成的成型空间中，控制模体内温度为成型温度后保温；
在漏注结束后，将成型炉温度降至玻璃退火温度进行退火，完成大尺寸氟磷玻璃的成型。
所述的一种大尺寸氟磷玻璃成型方法中，第步骤中的铝锭为99.9%以上的铝锭，惰性气体为N2、He2或Ne2；第步骤中的成型温度为700～950℃；第步骤中的玻璃退火温度为400℃～550℃。
在所述成型装置修筑时，先将铂金坩埚装入熔炼炉内，使漏料管从熔炼炉底部伸出后加焊电极片。将模体装入成型炉，向其内部放入纯度在99.9%以上的铝锭后盖上已经装有通气管的盖体，将通气管连接干燥机后关合成型炉，最后将漏料管底部横向接入模体底部。
氟磷玻璃因含有大量氟化物而使其成型粘度和成型温度较低，通过对试验数据的总结，所述大尺寸氟磷玻璃成型装置的最佳使用的成型温度为700～950℃。
现有氟磷玻璃的比重都在3.50g/cm3以上，而铝液的比重只有2.70g/cm3，当玻璃液经漏料管从从模体底部流入成型空间后，已经熔化的铝液会漂浮在玻璃上，起到隔绝玻璃液与空气接触的目的，这种隔绝作用完全避免了含氟成分的挥发。
试验中我们发现铝液表层很容易被氧化，而如果铝液表层被氧化，氧化层就有可能飘入玻璃内部，形成较多异物和条纹。为了防止成型过程中铝液被氧化和进一步水解，在所述大尺寸氟磷玻璃成型装置包含向成型空间通入保护气体的通气管，并且通入的气体是经过干燥除水的惰性气体，如N2、He2、Ne2等。
实际生产中，即使采取了上述通入干燥惰性气体保护的控制方案，铝液的氧化也不能完全被避免。为了防止含铝异物渗入过深，应该选择尽可能低的成型温度，以获得更大的成型粘度和流动阻滞，并且在生产结束后需要对得到的玻璃毛坯进行切磨加工，以除去玻璃表层的含铝异物和条纹。
为了减少铝液和玻璃液对模体的挂坠粘连，模体和盖体皆采用石墨材质制作，石墨成分的高温还原性也有利于除去随惰性气体进入的微量的O2。为了便于成型后的玻璃毛坯的脱模取离，延长模体的使用寿命和次数，模体最好设计成几部分组合拼接的形式。
所述大尺寸氟磷玻璃成型装置采用单坩埚形式进行熔炼，所以其生产作业是单次间歇式的。
附图说明
图1为本发明实施例A的斜视图。
图2为本发明实施例A的剖视图。
图3为本发明实施例B的斜视图。
图4为本发明实施例B的剖视图。
图5为本发明实施例C的斜视图。
图6为本发明实施例C的剖视图。
图7为本发明的整体示意图。
图中：1.第一管嘴电极片；2.漏料管；3.第二管嘴电极片；4.模体；5.盖体；6.通气管；7.铝液；8.玻璃液；9.干燥机；10.铂金坩埚；11.料管电极片。
具体实施方式
本发明一种大尺寸氟磷玻璃成型装置中，采用铂金材料制作铂金坩埚10和漏料管2，采用石墨材料制作模体4和盖体5，采用不锈钢材料制作通气管6。
在成型装置修筑时，先将铂金坩埚10装入熔炼炉内，使漏料管2从熔炼炉底部伸出后加焊料管电极片11。将模体4装入成型炉，向其内部放入纯度在99.9%以上的铝锭后盖上已经装有通气管6的盖体5，将通气管6连接干燥机9后关合成型炉，最后将漏料管2底部横向接入模体4底部并焊接第一管嘴电极片1和第二管嘴电极片3。料管电极片11、第一管嘴电极片1和第二管嘴电极片3是由铂金制作而成的。漏料管2上间隔设有3～5个料管电极片11。
模体4为上端开口的内凹型模体，模体4的内凹型腔体为直径Φ300mm及以上的圆柱形腔体、圆锥形腔体，也可为中部宽度是300mm及以上、两侧为弧形腔体的组合型腔体。盖体5为与模体4上端开口配合的的盖体，模体4和盖体5配合后形成半封闭的成型空间。通气管6与盖体5之间可以设置1-5个出气端口。
烤炉完毕后按照工艺要求向铂金坩埚10内加入配合料进行熔炼，在熔炼工序结束前，先将99.9%以上的铝锭放入模体4中，再将装有模体4和盖体5的成型炉通电，同时通过干燥器9和通气管6持续向模体4内通入惰性气体，惰性气体为N2、He2或Ne2。在成型炉温度升至成型温度700～950℃后保温，在确认模体4内的铝锭熔化完全后，逐渐升高漏料管2的第一管嘴电极片1、第二管嘴电极片3和料管电极片11的电极电流，使玻璃液8逐渐注入到模体4和盖体5形成的成型空间中，随着玻璃液8的不断注入，比重较小的熔融铝液7会漂浮在玻璃液8之上，从而避免了含氟成分的挥发和流失。在漏注结束后，将成型炉温度逐渐降至氟磷玻璃的退火温度400℃～550℃进行退火，完成大尺寸氟磷玻璃的成型生产。以下提供本发明的实施例，其仅用于解释和说明的目的，并不限制本发明。
实施例A：
如图1、图2所示，采用圆直型模体4，内凹型腔体为直径Φ450mm的圆柱形腔体，通气管6采用三个进气孔轴向均匀排布，通入惰性保护气体N2，出炉成型温度780℃，成型尺寸Φ450mm，厚度110mm，成型牌号H-FK70，退火温度430℃。实施后，产品切磨加工后剩余尺寸Φ365mm，厚度70mm，内部条纹D级，符合正品要求。
实施例B：
如图3、图4所示，采用梯型模体4，内凹型腔体为直径Φ380mm的圆锥形腔体，通气管6采用三个进气孔轴向均匀排布，通入惰性保护气体N2（50%）+He2（50%），出炉成型温度850℃，成型大径尺寸Φ380mm，厚度100mm,倾角60°，成型牌号H-FK61，退火温度470℃。实施后，产品切磨加工后剩余大径尺寸Φ310mm，厚度70mm，倾角60°，内部条纹C级，符合正品要求。
实施例C：
如图5、图6所示，采用圆平型模体4，内凹型腔体为中部宽度是350mm、两侧为Φ540mm弧形腔体的组合型腔体，通气管6采用两个进气孔“一”字排布，通入惰性保护气体He2，出炉成型温度870℃，成型尺寸圆弧处Φ540mm、宽350mm，厚度110mm,成型牌号H-FK61，退火温度470℃。实施后，产品切磨加工后剩余尺寸圆弧处Φ430mm，宽280mm，厚度70mm，内部条纹D级，符合正品要求。

Claims (8)

1.一种大尺寸氟磷玻璃成型装置，包括铂金坩埚（10）、漏料管（2）、模体（4）和通气管（6），其特征在于：还包括盖体（5）和干燥机（9）；其中，模体（4）为上端开口、石墨材质的内凹型模体，盖体（5）为与模体（4）上端开口配合的、石墨材质的盖体；干燥机（9）连接在通气管（6）上，通气管（6）出气端设置在盖体（5）上；漏料管（2）出口设置在模体（4）的底部；所述玻璃成型装置使用温度为700～950℃，可以实现Φ300mm以上氟磷玻璃毛坯的成型生产。
2.根据权利要求1所述的一种大尺寸氟磷玻璃成型装置，其特征在于：所述铂金坩埚（10）设置在熔炼炉内；所述模体（4）和盖体（5）设置在成型炉内。
3.根据权利要求1或2所述的一种大尺寸氟磷玻璃成型装置，其特征在于：所述漏料管（2）呈竖直状位于铂金坩埚（10）下方，位于模体（4）底部折弯呈水平状；漏料管（2）的竖直管上设有料管电极片（11），漏料管（2）的出口处设有第一管嘴电极片（1）和第二管嘴电极片（3）；漏料管（2）、料管电极片（11）、第一管嘴电极片（1）和第二管嘴电极片（3）是由铂金制作而成的。
4.根据权利要求1或2所述的一种大尺寸氟磷玻璃成型装置，其特征在于：所述的模体（4）的内凹型腔体为直径Φ300mm及以上的圆柱形腔体、圆锥形腔体，或为中部宽度是300mm及以上、两侧为弧形腔体的组合型腔体；模体（4）和盖体（5）配合后形成半封闭的成型空间；包含向成型空间通入保护气体的通气管（6），在出炉成型时向通气管（6）通入的气体是经过干燥器（9）除水的惰性气体。
5.根据权利要求1或2所述的一种大尺寸氟磷玻璃成型装置，其特征在于：所述的通气管（6）由不锈钢材料制成；通气管（6）与盖体（5）之间设有1-5个出气端口。
6.根据权利要求3所述的一种大尺寸氟磷玻璃成型装置，其特征在于：所述的漏料管（2）上间隔设有3～5个料管电极片（11）。
7.一种采用权利要求1～6中任一种玻璃成型装置的大尺寸氟磷玻璃成型方法，其特征在于包括以下步骤：
在熔炼工序结束前，先将铝锭放入模体（4）中，再将装有模体（4）和盖体（5）的成型炉通电，并向模体（4）内持续通入惰性气体；
在铝锭完全熔化成铝液（7）后，升高漏料管（2）的电极电流，使玻璃液（8）逐渐从注入到模体（4）和盖体（5）形成的成型空间中，控制模体（4）内温度为成型温度后保温；
在漏注结束后，将成型炉温度降至玻璃退火温度进行退火，完成大尺寸氟磷玻璃的成型。
8.根据权利要求7所述的一种尺寸氟磷玻璃成型方法，其特征在于：所述第步骤中的铝锭为99.9%以上的铝锭，惰性气体为N2、He2或Ne2；第步骤中的成型温度为700～950℃；第骤中的玻璃退火温度为400℃～550℃。
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