CN111116013A - 一种氟磷酸盐光学玻璃的成型冷却装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明的名称为一种氟磷酸盐光学玻璃的成型冷却装置及方法。属于光学玻璃制造技术领域。它主要是解决氟磷酸盐光学玻璃成型时存在挥发条纹和表面条纹的问题。它的主要特征是：包括玻璃漏料装置、成型模具、冷却器及总进气管，所述玻璃漏料装置包括下端设有漏料嘴的漏料管及漏料管加热装置；所述总进气管与冷却器相连通；所述冷却器的底面设有朝向成型模具的通气孔。通过总进气管可将干燥的气体流入冷却器，由冷却器的通气孔吹出，实现对玻璃液强制冷却，达到快速增大玻璃液的粘度、减小玻璃液对流，消除或减轻氟磷酸盐玻璃成型时产生的挥发条纹和表面条纹。

Description

一种氟磷酸盐光学玻璃的成型冷却装置及方法

技术领域

本发明属于光学玻璃制造技术领域。具体涉及一种氟磷酸盐光学玻璃的成型冷却装置及方法。

背景技术

随着高清成像技术的发展，低折射低色散光学玻璃应用越来越多。低折射低色散光学玻璃主要为含氟磷酸盐玻璃，由于其配方的特殊性，导致该类光学玻璃制造困难。该类光学玻璃配方中存在大量氟化物，在玻璃熔制及成型的过程中，玻璃组成中的氟化物大量挥发，从而造成折射率的不同，形成严重的挥发条纹；另外氟磷玻璃的粘度较小，玻璃液在漏料管内流出时，低粘度高流速的玻璃液极易引起涡流，造成局部玻璃液的上下对流严重，使不同折射率的表面玻璃液向内部渗透，产生严重的表面条纹。

发明内容

本发明目的就是提出的一种氟磷酸盐光学玻璃的成型冷却装置及方法，消除或减轻氟磷酸盐光学玻璃成型过程中出现的挥发条纹和表面条纹。

本发明成型冷却装置的技术解决方案是：一种氟磷酸盐光学玻璃的成型冷却装置，包括玻璃漏料装置和成型模具，所述玻璃漏料装置包括下端设有漏料嘴的漏料管及漏料管加热装置，其特征在于：还包括设置在漏料管漏料嘴处的冷却器及总进气管；所述总进气管（1）与冷却器相连通；所述冷却器的底面设有朝向成型模具的通气孔。

本发明成型冷却装置的技术解决方案中所述的冷却器包括前冷却器、后冷却器和陶瓷纤维隔热圈；所述前冷却器、后冷却器为结构对称相同、可相互扣合的半圆柱型腔体，前冷却器、后冷却器的底面为锥面与竖直方向角底为60~85°的锥形底面，锥形底面上布满锥面排气孔，锥形底面沿内圆设有朝向水平方向的圆周面排气槽；所述陶瓷纤维隔热圈位于前冷却器、后冷却器扣合后形成的圆柱形空间内；所述总进气管与前冷却器、后冷却器的上表面相连通。

本发明成型冷却装置的技术解决方案中还包括热交换器；所述热交换器的进气端与总进气管相连，出气端经调节阀及进气支管与冷却器相连通。

本发明成型冷却装置的技术解决方案中所述的热交换器包括热交换室、后引气管和前引气管；所述后引气管和前引气管的一端与热交换室相连，另一端分别经后调节阀及进气支管、前调节阀及进气支管对称与冷却器相连通。

本发明成型冷却装置的技术解决方案中所述前冷却器、后冷却器的圆心轴向设有半圆形的内圆柱面，内圆柱面两侧的接合面直径方向分别设有一个矩形的定位片，其中一个定位片的外端轴向设有卡位槽；所述瓷纤维隔热圈贴附于内圆柱面上。

本发明成型冷却装置的技术解决方案中所述的热交换室由金属制成；所述热交换室及前引气管、后引气管外侧包裹隔热层。

本发明成型冷却装置的技术解决方案中所述的漏料管加热装置包括上电极片、陶瓷纤维包裹层、下电极片；所述上电极片与漏料管上部焊接，下电极片与漏料嘴上沿焊接，漏料管下沿与漏料嘴下沿焊接，漏料管外周缠绕陶瓷纤维棉，漏料嘴与漏料管间填充陶瓷纤维包裹层；所述漏料嘴长度大于冷却器长度，由铂金或铂合金制成。

本发明成型冷却装置的技术解决方案所述的成型模具包括底模、侧模、后挡板组成；所述底模、侧模和后挡板材质均为高强度、高致密、高纯度的石墨，侧模分为左、右两块，置于底模上呈两侧分布，后挡板前部呈圆弧面，位于两侧模之间，围成玻璃液的成型固化区域。

本发明成型冷却方法的技术解决方案可以是：一种氟磷酸盐光学玻璃的成型冷却方法，其特征在于包括以下步骤：

①调节成型模具左右位置，使漏料嘴位于成型模具的中线；调节成型模具的高度，使漏料嘴距离成型模具内玻璃液上表面1~10mm；

②对漏料管加热装置通电，将漏料管温度升至工艺要求温度，使玻璃液稳定地从漏料管中流出至成型模具内；

③同时，向总进气管内通入干燥气体，调节气体流量，使冷却器吹入成型模具内的气量以玻璃液表面不产生振动或凹陷为宜；

④待玻璃液固化并将玻璃液牵引至牵引式网带退火炉内，完成玻璃液的稳定牵引拉制成型。

本发明成型冷却方法的技术解决方案还可以是：一种氟磷酸盐光学玻璃的成型冷却方法，其特征在于包括以下步骤：

①采用由底模（14）、侧模（4）和后挡板（15）组成的成型模具，调节成型模具左右位置，使漏料嘴（13）位于左右侧模的中线；调节成型模具的高度，使漏料嘴（13）距离成型模具内玻璃液上表面1~10mm；调节成型模具的前后位置，使漏料嘴（13）距后档板5~25mm；

②用由上电极片（10）、陶瓷纤维包裹层（11）和下电极片（12）构成的漏料管加热装置，对上、下电极片（10、12）通电，将漏料管（9）温度升至工艺要求温度，使玻璃液稳定地从漏料管（9）中流出至成型模具内；

③同时，根据冷却器内冷媒的蒸发情况，按时将冷媒加入热交换器内，向总进气管（1）内通入干燥气体，依据玻璃板（6）厚度规格，调节流量控制阀，使冷却器吹入成型模具内的气量以玻璃液表面不产生振动或凹陷为宜；

④待玻璃液固化并将玻璃液牵引至牵引式网带退火炉内，完成玻璃液的稳定牵引拉制成型。

本发明的有益效果：本发明使用的冷却气体为干燥的空气或氮气，可避免气体中的水分在热交换器管路中因冷却而结冰，造成通气管路阻塞，由于冷却气体中不含水分，当冷却气体由冷却器吹向高温玻璃液时，玻璃液表面处于干燥的环境中，可避免高温下氟磷酸盐玻璃与水发生反应造成组分丢失；本发明的热交换器中使用的极低温的干冰或液氮，可将大幅降低冷却气体温度，提升冷却效果；本发明中冷却器由圆锥面及底部水平方向的圆周面向外吹冷却气体，可快速冷却玻璃液表面，并将玻璃液表面的热量带走，使玻璃液表面以漏料管为中心产生呈圆周状梯度降温，快速增加表面玻璃液的粘度，减小玻璃液在模具内的对流，同时干燥的冷却气体可隔绝空气，减小玻璃液上表面的水分浓度。本发明中冷却器与漏料嘴之间填充的陶瓷纤维隔热圈可阻止冷却器与漏料嘴进行热交换，在冷却模具内玻璃液时而不冷却漏料嘴，可有效防止漏料嘴处因低温导致的玻璃液析晶，减少清理漏料嘴析晶次数，提升氟磷酸盐玻璃成型的稳定性。本发明的冷却器出风口的设计可确保从漏料管中流出的玻璃液不受冷却风扰动，且可避免漏料管嘴因吹风导致的析晶，从而保证了玻璃液的流量稳定及可控。本发明中冷却器特殊设计可大幅提升对高温玻璃液表面的冷却效果，减小玻璃液因吹气导致的表面挠动，冷却器中泡沫铜的使用可以使风量更均匀。

附图说明

图1是本发明一种氟磷酸盐光学玻璃的成型冷却装置示意图。

图2是本发明玻璃液漏料成型示意图。

图3是本发明后冷却器示意图。

图4是本发明前冷却器示意图。

图5是本发明冷却器剖面图。

图6是本发明冷却器与漏料管的装配示意图。

图中：1. 总进气管；2. 热交换室；3. 后引气管；4. 侧模；5. 后调节阀；6. 玻璃板；7. 后冷却器；8. 陶瓷纤维隔热圈；9. 漏料管；10. 上电极片；11. 陶瓷纤维包裹层；12. 下电极片；13. 漏料嘴；14. 底模；15. 后档板；16. 前冷却器；17. 前调节阀；18. 前引气管；19. 气腔；20. 泡沫铜；21. 锥面排气孔；22. 圆周面排气槽；23. 玻璃液柱；24.内圆柱面；25. 进气支管；26. 定位片；27. 卡位槽。

具体实施方式

如图1所示。本发明一种氟磷酸盐光学玻璃的成型冷却装置结构包括总进气管1、热交换室2、后引气管3、侧模4、后调节阀5、玻璃板6、后冷却器7、陶瓷纤维隔热圈8、漏料管9、上电极片10、陶瓷纤维包裹层11、下电极片12、漏料嘴13、底模14、后档板15、前冷却器16、前调节阀17、前引气管18组成。其中，前冷却器16、后冷却器7为结构对称相同、可相互扣合的半圆柱型腔体，前冷却器16、后冷却器7的底面为锥面与竖直方向角底为60~85°的锥形底面，锥形底面上布满锥面排气孔21，锥形底面靠近内圆柱面24开有一个沿圆周分布的圆周面排气槽22，排气槽开口方向为径向水平向外。前冷却器16、后冷却器7的圆心轴向设有半圆形的内圆柱面24，内圆柱面24两侧的接合面直径方向分别设有一个矩形的定位片26，其中一个定位片26的外端轴向设有卡位槽27，前冷却器16与后冷却器3可快速拼装及拆开。在玻璃成型过程中，当发生玻璃液堆积或需要清理漏料嘴13时，可快速将前冷却器16和后冷却器7快速拆卸、分开，便于漏料嘴13外侧的析晶物清理；前冷却器16与后冷却器3拼装后，将漏料嘴13完全包裹，且与漏料嘴13同轴。瓷纤维隔热圈8位于前冷却器16、后冷却器7扣合后形成的圆柱形空间内，贴附于内圆柱面24上，便于隔绝冷却器与漏料嘴13之间的热量传导。前冷却器16、后冷却器7除底部的锥面与圆环面排气槽外，其他部位为完成焊接或密封成腔体，形成空腔19，空腔19底部填充泡沫铜20。交换室2的进气端与总进气管1相连，两出气端分别与后引气管3和前引气管18的一端相连，后引气管3和前引气管18的另一端分别经后调节阀5和前调节阀17与进气支管25相连，两进气支管25分别对称与后冷却器7和前冷却器16的上表面相连通。通过调节后调节阀5、前调节阀17的旋扭来控制后冷却器7、前冷却器16的出风量。热交换室2由金属制成，具备良好的热传导性和交换效率，干燥的冷却气体由总进气管1内通入，经由交换室2进行冷却，再由前引气管18、后引气管3分别流出；热交换室使用的低温冷媒为干冰或液氮，为达到一定的冷却效果，热交换室2及前引气管18、后引气管3外侧可适当包裹隔热层。底模14、侧模4、后挡板15组成成型模具，为现有技术，底模14、侧模4和后挡板15材质均为高强度、高致密、高纯度的石墨，侧模4分为左、右两块，置于底模14上呈两侧分布，后挡板15前部呈一定倾角的圆弧面，位于两侧模之间，围成玻璃液的成型固化区域。上电极片10与漏料管9上部焊接，下电极片12与漏料嘴13上沿焊接，漏料管9下沿与漏料嘴13下沿焊接，漏料管9外周缠绕陶瓷纤维棉，漏料嘴13与漏料管9间填充陶瓷纤维包裹层11，通过上电极片10与下电极片12接入电源对漏料管9内玻璃液加热。漏料嘴13长度需要稍大于冷却器长度，由铂金或铂合金制成。

将陶瓷纤维棉包裹在漏料管9外侧和接近漏料管9的上、下电极片10、12处，并用玻璃纤维带缠绕打结及固定，陶瓷纤维棉的厚度不宜过厚，否则容易导致漏料管9温度控制调节滞后，不利于稳定控制漏料管9中玻璃液的流量，完成漏料管9的保温装配。

在漏料嘴13外侧包裹陶瓷纤维棉作陶瓷纤维隔热圈8，陶瓷纤维隔热圈8的直径略大于冷却器内圆柱面24直径，将后冷却器7内圆柱面24与陶瓷纤维隔热圈8同轴贴合，确保后冷却器7下沿略高于漏料嘴13出口3~10mm。再将前冷却器16的定位片26插入后冷却器7的卡位槽27内，完成前后冷却器的配合装配。

将后冷却器7上的进气支管25与后调节阀5密封连接，再与热交换器上的后引气管3密封连接；用同样方法，完成前冷却器16上进气支管25、前调节阀17、热交换器前引气管18的密封连接。

本发明一种氟磷酸盐光学玻璃的成型冷却方法，包括以下步骤：

①调节成型模具左右位置，使漏料嘴13位于左右侧模的中线，调节成型模具的高度，使漏料嘴13距离成型模具内玻璃液上表面1~10mm，调节成型模具的前后位置，使漏料嘴距后档板15的距离为5~25mm；

②在漏料管9的上、下电极片10、12之间接通电流进行加热，将漏料管9温度升至工艺要求温度，高温玻璃液从漏料管9内流出，在玻璃成型模具内进行冷却、固化、定型成一定厚度的玻璃板6；

③同时，根据冷却器内冷媒的蒸发情况，按时将冷媒加入热交换器内，将干燥的冷却气体由总进气管1处引入，依据玻璃板6厚度规格，调节前后调节阀17、5，控制冷却气体流量，使冷却器内吹入成型模具内的冷却气量合适，以玻璃液表面不产生振动或凹陷为宜；根据冷却器内冷媒（干冰或液氮）的蒸发情况，按时将冷媒加入热交换器内，确保吹在玻璃液表面的干燥气体具备足够的低温，以使模具内的玻璃液表面温度快速降低，玻璃液粘度快速增大，减小或杜绝表面玻璃液的对流，从而消除或减轻玻璃表面条纹；

④玻璃板6由牵引退火装置牵引出成型模具，可获得氟磷酸盐光学玻璃条料。

，。对于氟磷酸盐光学玻璃，此时的玻璃板6由于氟化物在成型模具内的挥发及低粘度玻璃液的对流，玻璃板6内部充满条纹，不能满足光学玻璃的要求。为了获得能满足光学玻璃要求的玻璃板6，需要对氟磷酸盐光学玻璃成型进行本发明方法进行操作。

Claims (10)

1.一种氟磷酸盐光学玻璃的成型冷却装置，包括玻璃漏料装置和成型模具，所述玻璃漏料装置包括下端设有漏料嘴（13）的漏料管（9）及漏料管加热装置，其特征在于：还包括设置在漏料管（9）漏料嘴（13）处的冷却器及总进气管（1）；所述总进气管（1）与冷却器相连通；所述冷却器的底面设有朝向成型模具的通气孔。

2.根据权利要求1所述的一种氟磷酸盐光学玻璃的成型冷却装置，其特征在于：所述的冷却器包括前冷却器（16）、后冷却器（7）和陶瓷纤维隔热圈（8）；所述前冷却器（16）、后冷却器（7）为结构对称相同、可相互扣合的半圆柱型腔体，前冷却器（16）、后冷却器（7）的底面为锥面与竖直方向角底为60~85°的锥形底面，锥形底面上布满锥面排气孔（21），锥形底面沿内圆设有朝向水平方向的圆周面排气槽（22）；所述陶瓷纤维隔热圈（8）位于前冷却器（16）、后冷却器（7）扣合后形成的圆柱形空间内；所述总进气管（1）与前冷却器（16）、后冷却器（7）的上表面相连通。

3.根据权利要求1或2所述的一种氟磷酸盐光学玻璃的成型冷却装置，其特征在于：还包括热交换器；所述热交换器的进气端与总进气管（1）相连，出气端经调节阀及进气支管（25）与冷却器相连通。

4.根根据权利要求3所述的一种氟磷酸盐光学玻璃的成型冷却装置，其特征在于：所述的热交换器包括热交换室（2）、后引气管（3）和前引气管（18）；所述后引气管（3）和前引气管（18）的一端与热交换室（2）相连，另一端分别经后调节阀（5）及进气支管（25）、前调节阀（17）及进气支管（25）对称与冷却器相连通。

5.根据权利要求2所述的一种氟磷酸盐光学玻璃的成型冷却装置，其特征在于：所述前冷却器（16）、后冷却器（7）的圆心轴向设有半圆形的内圆柱面（24），内圆柱面（24）两侧的接合面直径方向分别设有一个矩形的定位片（26），其中一个定位片（26）的外端轴向设有卡位槽（27）；所述瓷纤维隔热圈（8）贴附于内圆柱面（24）上。

6.根据权利要求4所述的一种氟磷酸盐光学玻璃的成型冷却装置，其特征在于：所述的热交换室（2）由金属制成；所述热交换室（2）及前引气管（18）、后引气管（3）外侧包裹隔热层。

7.根据权利要求1或2所述的一种氟磷酸盐光学玻璃的成型冷却装置，其特征在于：所述的漏料管加热装置包括上电极片（10）、陶瓷纤维包裹层（11）、下电极片（12）；所述上电极片（10）与漏料管（9）上部焊接，下电极片（12）与漏料嘴（13）上沿焊接，漏料管（9）下沿与漏料嘴（13）下沿焊接，漏料管（9）外周缠绕陶瓷纤维棉，漏料嘴（13）与漏料管（9）间填充陶瓷纤维包裹层（11）；所述漏料嘴（13）长度大于冷却器长度，由铂金或铂合金制成。

8.根据权利要求1或2所述的一种氟磷酸盐光学玻璃的成型冷却装置，其特征在于：所述的成型模具包括底模（14）、侧模（4）、后挡板（15）组成；所述底模（14）、侧模（4）和后挡板（15）材质均为高强度、高致密、高纯度的石墨，侧模（4）分为左、右两块，置于底模（14）上呈两侧分布，后挡板（15）前部呈圆弧面，位于两侧模之间，围成玻璃液的成型固化区域。

9.一种采用权利要求1或2所述的一种氟磷酸盐光学玻璃的成型冷却装置的成型冷却方法，其特征在于包括以下步骤：

①调节成型模具左右位置，使漏料嘴（13）位于成型模具的中线；调节成型模具的高度，使漏料嘴（13）距离成型模具内玻璃液上表面1~10mm；

②对漏料管加热装置通电，将漏料管（9）温度升至工艺要求温度，使玻璃液稳定地从漏料管（9）中流出至成型模具内；

③同时，向总进气管（1）内通入干燥气体，调节气体流量，使冷却器吹入成型模具内的气量以玻璃液表面不产生振动或凹陷为宜；

④待玻璃液固化并将玻璃液牵引至牵引式网带退火炉内，完成玻璃液的稳定牵引拉制成型。

10.一种采用权利要求6所述的一种氟磷酸盐光学玻璃的成型冷却装置的成型冷却方法，其特征在于包括以下步骤：

①采用由底模（14）、侧模（4）和后挡板（15）组成的成型模具，调节成型模具左右位置，使漏料嘴（13）位于左右侧模的中线；调节成型模具的高度，使漏料嘴（13）距离成型模具内玻璃液上表面1~10mm；调节成型模具的前后位置，使漏料嘴（13）距后档板5~25mm；

②采用由上电极片（10）、陶瓷纤维包裹层（11）和下电极片（12）构成的漏料管加热装置，对上、下电极片（10、12）通电，将漏料管（9）温度升至工艺要求温度，使玻璃液稳定地从漏料管（9）中流出至成型模具内；

③同时，根据冷却器内冷媒的蒸发情况，按时将冷媒加入热交换器内，向总进气管（1）内通入干燥气体，依据玻璃板（6）厚度规格，调节流量控制阀，使冷却器吹入成型模具内的气量以玻璃液表面不产生振动或凹陷为宜；

④待玻璃液固化并将玻璃液牵引至牵引式网带退火炉内，完成玻璃液的稳定牵引拉制成型。

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