CN110407444A - 一种红外玻璃挤压成型装置及成型方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种红外玻璃挤压成型装置，包括外壳，外壳的底部设有成型板，成型板上设有至少一个成型孔，成型板上端面设有挤压筒，挤压筒外侧壁与外壳内侧壁之间留有空隙，外壳上设有加热组件，挤压筒内腔中滑动设有挤压块，挤压块的上端设有推杆，挤压筒的下端开口部与成型孔连通；外壳的上端密封设有盖板，以使得外壳内形成密封腔，推杆的上端穿设在盖板上；外壳的下端设有定型器，该定型器内腔与成型孔连通，定型器上设有加热组件。本发明还公开了上述挤压成型装置发成型方法。本发明公开的一种红外玻璃挤压成型装置及成型方法，挤压效率高，保护红外玻璃加热过程不发生析晶、成型玻璃不易变形，保证红外玻璃产品质量。

Description

一种红外玻璃挤压成型装置及成型方法

技术领域

本发明涉及玻璃塑形技术领域，具体地说是一种红外玻璃挤压成型装置及成型方法。

背景技术

近年来，由于在中远红外光学材料中的广泛应用，红外玻璃受到了国内外前所未有的关注。红外玻璃具有许多优良的特性，例如具有较低的声子能量、优异的红外传输特性以及极高的线性和非线性折射率等优良特性。此外，红外玻璃还具有较低的转变温度、较好的力学性能、良好的化学稳定性和热稳定性，因此在红外镜头、激光功率传输、热成像等方面有着应用前景。在保持红外玻璃原有的优良性能的同时，红外玻璃的批量生产、高效塑形和质量保证都是产业化的重要前提。目前，初始形态的红外玻璃已经不能满足多样化的市场需求，红外玻璃应有圆柱型、长方体型、多边型等形态，那么红外玻璃的二次塑形显得格外重要，红外玻璃的塑形生产一般采用传统冷加工，比如车削、打磨、抛光等方法。

在此类冷加工的塑形过程中，需要车削掉一部分的玻璃，来满足尺寸和形状的需求，对于塑形而言是一种浪费，而且玻璃外表面难免会有划痕。面对易潮解玻璃塑形而言，打磨法在抛光液的选择和打磨方式上要求就更高；管内浇筑成型法也可实现简单的玻璃成型，但玻璃在塑形的过程中容易产生气泡，这对玻璃的质量而言是极大的影响，所以不合适大批量塑形生产。

现有技术的挤压成型工艺中，由于没有克服红外玻璃塑形过程易析晶，易潮解的特性，会导致塑形过程中红外玻璃的质量大幅下降。因此一种能够有效保证红外玻璃成型质量且挤压效率高的挤压装置及成型方法是亟待解决的问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：为了克服现有技术存在的不足，而提供一种挤压效率高，能够保护红外玻璃加热过程不发生析晶、成型玻璃不易变形，保证红外玻璃产品质量的红外玻璃挤压成型装置及成型方法。

本发明所采取的技术方案是：提供一种红外玻璃挤压成型装置，包括外壳，所述外壳的底部滑动且密封的设有成型板，所述的成型板上设有至少一个成型孔，所述成型板上端面设有用于盛装玻璃锭的挤压筒，所述挤压筒外侧壁与外壳内侧壁之间留有空隙，所述的外壳上设有加热组件，所述挤压筒内腔中滑动设有挤压块，挤压块的上端设有推杆，所述挤压筒的下端开口部与成型孔连通；所述的外壳的上端密封设有盖板，以使得外壳内形成密封腔，所述推杆的上端穿设在盖板上；所述外壳的下端设有定型器，该定型器内腔与成型孔连通，所述的定型器上设有加热组件。

作为改进的，所述的挤压筒内沿竖直方向设有至少一块隔板，所述的挤压块上设有供隔板穿过的间隙。

再改进的，所述成型孔的数量至少为两个，且成型孔的形状各异。

本发明的另一种技术方案是：提供了一种红外玻璃挤压成型方法，其特征在于包括以下步骤：

S1:准备挤压成型装置以及经酒精冲洗洁净且干燥后的玻璃锭，

S2：将玻璃锭预装在挤压筒内，然后将挤压筒开口朝下配合在成型板的上端，

S3：往密封腔以及定型器内同时通入惰性气体，且保持气流稳定，

S4：对外壳内进行加热，预设温度T1，以3℃/min速率升温，其中预设温度T1的范围为：Tg<T1<Tx，其中Tg指：玻璃转变温度，Tx指玻璃析晶温度，

S5：对定型器进行加热，预设温度T2，以3℃/min的速率升温；其中预设温度T2的范围为：Tg-50<T2<Tg+20，

S6：保持外壳内温度T1不变，通过挤压块对挤压筒体内腔第一阶段的施压，使得软化的玻璃锭填满整个挤压筒，第一阶段施压为动态变化过程的施压，为大幅上升或下降的压力状态，

S7：通过挤压块对挤压筒体内腔第二阶段的施压，软化的玻璃锭挤压出成型孔，塑形后的玻璃进入定型器得到初始产品，第二阶段的施压为：稳定施压，为在一定范围内小幅度波动的压力状态，

S8：将所得塑型玻璃初始产品在转变温度Tg下退火达到预设时间段，然后将塑形玻璃初始产品的温度降至室温，得到塑形玻璃成品。

优选的，在步骤S3中，先利用真空泵对外壳内腔以及定型器内腔抽真空，直至真空度低于10^-2Pa时，再向外壳内腔以及定型器内腔中通入惰性气体，使真空腔内的气压与外界大气压相同。

优选的，步骤S7中，软化的玻璃锭均被匀速挤出，软化的玻璃完全离开成型孔的时间为1h～3h。

优选的，步骤S8中预设的时间为4h～6h。

作为改进的，当待加工的玻璃锭为一种类型时，挤压筒中的隔板不需安装；当待加工的玻璃锭为两种以上类型时，在挤压筒内设置相应的隔板，将挤压筒分隔成多个挤压腔，用于分别放置不同类型的玻璃锭。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

1、在外壳的下方还设置了定型器，并且在挤压成型之前同时对定型器进行加热，防止玻璃弯曲变形，同时还起到预退火的作用。

2、在玻璃锭的挤压成型过程中，压力会有所变化，即在施压过程的前一阶段施加动态变化的压力，在后一阶段的挤压成型过程中施加区域稳定的压力，使得玻璃锭慢慢的完全从塑形出口挤出，玻璃锭的均匀性不变，透过率不变，利用率100％。

3、本发明中的红外玻璃成型方法具有可控性，对于放入的玻璃锭可以有多种尺寸，通过成型板可以挤压成型多种形状的成品玻璃，大大提高了玻璃塑形的效率，所述多种形状有：圆柱形，锥形，棱形，椭圆柱形，球形等。

4、本发明中通过设置隔板将挤压筒分成多个挤压腔室，各个挤压腔室中可以放入软化温度相差不大于40℃的多种类型的玻璃，同时挤压出不同的形状，还可以根据玻璃锭的尺寸，更换玻璃隔板的大小，提高玻璃塑形效率。

5、本发明中在塑形全程中，由惰性气氛进行保护，防止空气中氧气，水，二氧化碳等影响玻璃质量。

6、本发明解决了车削打磨法处理玻璃导致塑形玻璃表面粗糙以及玻璃浪费的问题，还不会给玻璃内部带去气泡或其它缺陷。

附图说明

图1是本发明的一种红外玻璃挤压成型装置的结构示意图。

图2是本发明的一种红外玻璃挤压成型方法的实施例一中的成型板的结构示意图。

图3是本发明的一种红外玻璃挤压成型方法的实施例二中的成型板的结构示意图。

图4是本发明的一种红外玻璃挤压成型方法的实施例三中的成型板的结构示意图。

图5是本发明的一种红外玻璃挤压成型装置的实施例四的结构示意图。

图6是本发明的一种红外玻璃挤压成型方法的实施例四中的成型板的结构示意图。

其中，1-底座，1.1-通孔，2-外壳，3-成型板，3.1-成型孔，4-挤压筒，5-加热组件，6-挤压块，7-推杆，8-盖板，9-定型器，10-隔板，11-进气管，12-支撑架。

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说明。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

如图1所示，本发明提供了一种红外玻璃挤压成型装置，包括底座1，在底座1上安装有外壳2，具体的外壳为管状壳体，在该外壳2的内腔底部设有限位台阶2.1，在限位台阶2.1上设有成型板3，且该成型板3在外壳2的腔体内可滑动，在限位台阶2.1上表面具有橡胶垫。成型板3上设有至少一个成型孔3.1，成型板3上端面设有用于盛装玻璃锭的挤压筒4，挤压筒4外侧壁与外壳2内侧壁之间留有空隙，外壳2上设有加热组件5，本实施例中，具体的该加热组件5包括电热管、控温热电偶，此处的电热管可以替换成其他方式的加热元件，例如电热线圈、电热板、电热带等。

挤压筒4内腔中滑动设有挤压块6，挤压块6的上端设有推杆7，推杆7的外端与动力源连接；挤压筒4的下端开口部与成型孔3.1连通；外壳2的上端密封设有盖板8，以使得外壳2内形成密封腔，推杆7的上端穿设在盖板8上；外壳2的下端设有定型器9，该定型器9内腔与成型孔3.1连通，具体是指，从成型孔3.1中挤出玻璃产品后直接进入到定型器9中，并且定型器9上设有加热组件5。

如图2所示，成型孔3.1的数量至少为两个，具体的成型孔3.1的形状可以相同也可以是不同形状。并且挤压筒4内沿竖直方向设有至少一块隔板10，隔板10的下端位于任意相邻的成型孔3.1之间的位置，隔板10的上端滑动穿设在挤压块6上。

本发明还公开了一种红外玻璃挤压成型方法，其具体步骤如下：

实施例一：以同一种玻璃锭(As₂Se₃)，并且成型板3上设有一个成型孔3.1为例，(玻璃锭直径100mm，玻璃成品直径30mm)

S1:准备挤压成型装置以及经酒精冲洗洁净且干燥后的玻璃锭，使用前，挤压成型装置均经过低频超声波清洗和酒精初步擦净处理，再利用蒸馏水或去离子水进行进一步的清洁处理，然后烘干各个部分；同样的，红外玻璃锭在使用前要经过超声波清洗和酒精擦净处理，以去除位于红外玻璃锭表面上的杂质以及灰尘，避免这些杂质对后续挤压塑形玻璃锭造成不利影响；当然，红外玻璃锭在采用超声波清洗和酒精处理时，还可以再利用蒸馏水或去离子水进行进一步地清洁处理；

S2：将玻璃锭预装在挤压筒4内，然后将挤压筒4开口朝下配合在成型板3的上端，使得外壳2、盖板8、挤压筒4、成型板3以及定型器9的中心位于同一直线上；

S3：往密封腔以及定型器9内同时通入惰性气体，且保持气流稳定，具体的，利用真空泵将外壳2内的密封腔抽真空，使得外壳2内真空低于10^-2Pa后，向外壳2内的密封腔以及定型器9中通入惰性气体，气压达到标准大气压，再对密封腔进行抽真空操作。循环反复操作五次，最后在通入惰性气体达到标准大气压，使得红外玻璃锭在挤压全程收到惰性气体的保护；具体的，如图1所示，在外壳2侧壁上以及定型器9侧壁上均设有进气管11。

S4：对外壳2进行加热，预设温度T1，以3℃/min速率升温，使得挤压筒4中的玻璃锭受热软化，其中预设温度T1的范围为：Tg<T1<Tx，其中Tg指：玻璃转变温度，Tx指玻璃析晶温度，本实施例中，预设温度T满足：170℃<T<370℃，优选的，设置预设温度T为280℃，该挤压筒4为304不锈钢材料制成，当然为了使其具有更好的导热性，还可以选择碳纤维及C/C复合材料或者铜材料；本申请中以3℃/min的速率升温到玻璃的软化温度，在短时间内降低玻璃形成微晶的风险，整体上以更短的时间完成红外玻璃塑形的过程；常规的成型方法中，往往升温速度过慢，在慢速升温的过程中，由于时间较长，硫系红外玻璃内部会慢慢形成微晶颗粒，直接影响红外玻璃的品质；

S5：在加热外壳2内密封腔的同时，对定型器9进行加热，以3℃/min的速率升温，加热至预设温度T2，提前准备在塑型成型孔3.1出口处保护红外玻璃锭，为红外玻璃锭定型的退火提前做准备；其中预设温度T2的范围为：Tg-50<T2<Tg+20，本实施例中，T2为170℃；其中温度T2保证了塑型玻璃可以受表面张力的影响，使得塑型玻璃表面光滑；

S6：保持外壳2内温度T1不变，通过挤压块6对挤压筒4内腔第一阶段的施压，使得软化的玻璃锭填满整个挤压筒4，第一阶段施压为动态变化过程的施压，为大幅上升或下降的压力状态，在第一阶段的施压下，使得红外玻璃锭可以刚好挤出于成型孔3.1；其中，通过挤压块6对挤压筒4顶部第一阶段的施压过程优选在惰性气氛保护中进行，也就是说，使得此时的挤压筒4、外壳2和挤压块6均放置在惰性气氛保护中进行挤压；

S7：继续保持T1不变，通过挤压块6对挤压筒4内腔第二阶段的施压，软化的玻璃锭挤压出成型孔3.1，塑形后的玻璃进入定型器9得到初始产品，第二阶段的施压为：稳定施压，为在一定范围内小幅度波动的压力状态，并且保持挤压速度不变，保持挤压速度不变是指：中途不能改变挤压速度，中途不能停止挤压过程，直到红外玻璃锭塑型过程结束；

同样的，第二阶段的施压优选在惰性气氛保护中进行，也就是说，使得此时的挤压筒4、外壳2和挤压块6均放置在惰性气氛保护中进行挤压；由于惰性气体比空气重，冲入惰性气体时，惰性气体则会下沉，惰性气体从上至下的包裹着玻璃，充分的保护着玻璃；有效地防止玻璃在加热过程中，被氧化，潮解；此过程中软化的玻璃锭均被匀速挤出，软化的玻璃完全离开成型孔的时间为1h～3h。

S8：将所得塑型玻璃初始产品在转变温度Tg下退火达到预设时间段，然后将塑形玻璃初始产品的温度降至室温，得到塑形玻璃成品，将所得红外塑型玻璃初始产品从成型孔3.1的下部取出，在转变温度Tg下退火处理达到预设时间段，这里的预设时间段为4h～6h，当个这个预设时间不是一个标准值，它是与玻璃锭的大小有关系的，本实施例中该预设时间为4h；然后将红外塑形玻璃始产品在5～20h将温度降至室温，得到直径为30mm的圆柱体红外塑形玻璃产品。此步骤中对玻璃产品的降温也是一个通过外界因素对其进行被动降温的过程，具有一个预设的时间，一般直径在30～50mm的塑型玻璃初始产品降温在5～6h，塑型玻璃的尺寸越大，降温时间相应增加。

本实施例中，如图1所示具体的，在底座1中间位置设有通孔1.1，定型器9的上端穿设在通孔1.1中直至定型器9的上端面顶靠在成型板3的下表面。在定型器9的下方设有支撑架12，该支撑架12的高度可调，安装挤压成型装置时，支撑架12位于最低高度状态，将定型器9放置在支撑架12上，慢慢调节支撑架12的高度，直至定型器9的上端穿过通孔1.1顶靠在成型板3的下端面。该支撑架12的高度调节可以通过丝杠螺母结构或者液压缸、气缸结构控制。

实施例二：以同一类型的一块直径120mm的玻璃锭(Ge₂₀Se₈₀)，同时挤压出多个形状相同的塑型玻璃成品为例

本实施例中各个步骤与实施例基本相同，唯一的区别就是在成型板3上设置多个孔径相同的成型孔3.1，这样可以同时从成型孔3.1挤压出多个玻璃成品。如图2所述，在成型板3上设置有五个孔径相同的圆形成型孔3.1。

另外的，本实施例中，由于需要同时挤压多种形状的玻璃成品，所以步骤S4中T1需满足：150℃<T1<300℃；优选，T1为270℃。

同样的，步骤S5中，预设温度T2满足：130℃<T2<230℃，优选的，T2为160℃，以更好的保证塑型玻璃可以受表面张力的影响，使得塑型玻璃表面光滑。

实施例三：以同一类型的一块直径100mm的玻璃锭(As₂Se₃)，同时挤压出多个形状不同的塑型玻璃成品为例

本实施例中各个步骤与实施例基本相同，唯一的区别就是在成型板3上设置多个成型孔3.1，并且多个成型孔3.1的形状也各不相同，这样从成型孔3.1挤压出来所得到的是多种形状的玻璃成品。具体的，如图4所示，成型板3设置有椭圆、圆形、正方形等成型孔3.1结构。

另外的，本实施例中，由于需要同时挤压多种形状的玻璃成品，所以步骤S4中T1需满足：150℃<T1<400℃；优选，T1为300℃。

同样的，步骤S5中，预设温度T2满足：130℃<T2<230℃，优选的，T2为160℃，以更好的保证塑型玻璃可以受表面张力的影响，使得塑型玻璃表面光滑。

实施例四：以两种不同类型的玻璃锭(As₂Se₃和Ge-As-Se)，分别挤出不同形状的玻璃成品为例

本实施例中，挤压成型过程准备及步骤与实施例一基本相同，不同之处在于：

此实施例中在挤压筒4中需要设置相应的隔板10，将挤压筒4分隔成两个挤压腔体，两个挤压腔体对应成型板3上不同形状的成型孔3.1，这样挤压成型中每一种类型的玻璃锭通过成型孔3.1出来的形状是不同的，即实现多种玻璃锭同时挤压成型制得多种形状的成品，有效提高塑性效率。如图5、6所示，在成型板3上设有一个圆形成型孔3.1和一个方向成型孔3.1，并且在两个成型孔3.1之间设置了一块隔板10。

并且由于在挤压筒4中需要加热两种类型的玻璃锭，所以加热温度需要根据熔点高的一种玻璃锭来决定，本实施例中，T1满足：200℃<T<350℃；优选的，T1为310℃。

同样的定型器的加热温度T2满足：120℃<T2<240℃，优选的，T2为170℃。

本发明的挤压成型装置及成型方法中，与常规的挤压装置相比还存在不同点在于，本发明中在挤压筒的外部设置外壳，外壳与挤压筒之间留有空隙用于缓存惰性气体，起到气氛保护作用；并且此结构中外壳是用于承受压力和保温的作用，通过加热外壳实现将热量传递给挤压筒，挤压筒只用作容器的作用，所以在外壳的外部还可以进一步的设置保温层，最外层设置隔热层。

以上就本发明较佳的实施例作了说明，但不能理解为是对权利要求的限制。本发明不仅局限于以上实施例，其具体结构允许有变化，凡在本发明独立要求的保护范围内所作的各种变化均在本发明的保护范围内。

Claims (8)

1.一种红外玻璃挤压成型装置，其特征在于：包括底座(1)，所述的底座(1)上设有外壳(2)，所述外壳(2)腔体的底部滑动且密封的设有成型板(3)，所述的成型板(3)上设有至少一个成型孔(3.1)，所述成型板(3)上端面设有用于盛装玻璃锭的挤压筒(4)，所述挤压筒(4)外侧壁与外壳(2)内侧壁之间留有空隙，所述的外壳(2)上设有加热组件(5)，所述挤压筒(4)内腔中滑动设有挤压块(6)，挤压块(6)的上端设有推杆(7)，所述挤压筒(4)的下端开口部与成型孔(3.1)连通；所述的外壳(2)的上端密封设有盖板(8)，以使得外壳(2)内形成密封腔，所述推杆(7)的上端穿设在盖板(8)上；所述外壳(2)的下端设有定型器(9)，该定型器(9)内腔与成型孔(3.1)连通，所述的定型器(9)上设有加热组件(5)。

2.根据权利要求1所述的红外玻璃挤压成型装置，其特征在于：所述成型孔(3.1)的数量至少为两个。

3.根据权利要求2所述的红外玻璃挤压成型装置，其特征在于：所述的挤压筒(4)内沿竖直方向设有至少一块隔板(10)，所述隔板(10)的下端位于任意相邻的成型孔(3.1)之间的位置，所述的隔板(10)的上端滑动穿设在挤压块(6)上。

4.一种红外玻璃挤压成型方法，其特征在于包括以下步骤：

S1:准备挤压成型装置以及经酒精冲洗洁净且干燥后的玻璃锭，

S2：将玻璃锭预装在挤压筒(4)内，然后将挤压筒(4)开口朝下配合在成型板(3)的上端，

S3：往密封腔以及定型器(9)内同时通入惰性气体，且保持气流稳定，

S4：对外壳(2)进行加热，预设温度T1，以3℃/min速率升温，其中预设温度T1的范围为：Tg<T1<Tx，其中Tg指：玻璃转变温度，Tx指玻璃析晶温度，

S5：对定型器(9)进行加热，预设温度T2，以3℃/min的速率升温；其中预设温度T2的范围为：Tg-50<T2<Tg+20，

S6：保持外壳(2)内温度T1不变，通过挤压块(6)对挤压筒(4)体内腔第一阶段的施压，使得软化的玻璃锭填满整个挤压筒(4)，第一阶段施压为动态变化过程的施压，为大幅上升或下降的压力状态，

S7：通过挤压块(6)对挤压筒(4)体内腔第二阶段的施压，软化的玻璃锭挤压出成型孔，塑形后的玻璃进入定型器(9)得到初始产品，第二阶段的施压为稳定施压，为在一定范围内小幅度波动的压力状态，

S8：将所得塑型玻璃初始产品在转变温度Tg下退火达到预设时间段，然后将塑形玻璃初始产品的温度降至室温，得到塑形玻璃成品。

5.根据权利要求4所述的红外玻璃挤压成型方法，其特征在于：在步骤S3中，先利用真空泵对外壳内腔以及定型器(9)内腔抽真空，直至真空度低于10^-2Pa时，再向外壳(2)内腔以及定型器内腔中通入惰性气体，使真空腔内的气压与外界大气压相同。

6.根据权利要求4所述的红外玻璃挤压成型方法，其特征在于：步骤S7中，软化的玻璃锭均被匀速挤出，软化的玻璃完全离开成型孔(3.1)的时间为1h～3h。

7.根据权利要求4所述的红外玻璃挤压成型方法，其特征在于：步骤S8中预设的时间为4h～6h。

8.根据权利要求4所述的红外玻璃挤压成型方法，其特征在于：当待加工的玻璃锭为一种类型时，挤压筒(4)中不需安装隔板(10)；当待加工的玻璃锭为两种以上类型时，在挤压筒(4)内设置相应的隔板(10)，将挤压筒(4)分隔成多个挤压腔，用于分别放置不同类型的玻璃锭。