CN113511802A - 玻璃制品生产用软化垫片及其制作方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于玻璃生产辅助用具领域，具体公开了一种使用寿命较长的玻璃制品生产用软化垫片，以及上述玻璃制品生产用软化垫片的制作方法。该玻璃制品生产用软化垫片，包括垫片基体，垫片基体的表面设置有基体保护层。该软化垫片采用特定性能的金属材料制作的垫片基体，能够满足玻璃坯料软化过程中对软化垫片热膨胀、导热、硬度及使用温度等性能的需求；通过在垫片基体的表面上设置热膨胀系数与垫片基体的热膨胀系数相匹配、且材质硬度高于垫片基体的材质硬度的基体保护层，能够有效保护垫片基体，一方面可避免垫片基体在高温使用过程中被氧化，另一方面能够减少垫片粘模、开裂等现象，提高了该软化垫片的使用寿命，并利于连续生产。

Description

玻璃制品生产用软化垫片及其制作方法
技术领域
本发明属于玻璃生产辅助用具领域，具体涉及一种玻璃制品生产用软化垫片及其制作方法。
背景技术
目前，非球面异温成型照明透镜，由于模具与坯料成型时存在较大温差，因此在利用快速成型技术(RP)压型生产过程中，玻璃坯料的软化采用陶瓷垫片烫软化方式进行，但因陶瓷垫片材料配方、制作方式及制作工艺等原因，导致陶瓷垫片在使用过程中，易出现粘模、开裂等现象，影响其使用寿命，使用成本高，且不利于连续生产；同时，陶瓷垫片使用过程中还存在表面掉粉问题，玻璃坯料在高温软化运行与推料成型过程中，玻璃坯料表面易覆盖粉尘异物，造成玻璃成型表面质量缺陷并降低成型模具的使用寿命。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种使用寿命较长的玻璃制品生产用软化垫片。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：玻璃制品生产用软化垫片，包括垫片基体，所述垫片基体的表面设置有基体保护层；
所述垫片基体为金属材质，其热膨胀系数≤10×10-6/℃、导热系数≥50W/、硬度≥HRC40、最高允许使用温度≥600℃；
所述基体保护层为非金属材质，基体保护层的热膨胀系数与垫片基体的热膨胀系数相匹配，且基体保护层的材质硬度高于垫片基体的材质硬度。
进一步的是，所述垫片基体的材质为钨镍铁硬质合金，所述钨镍铁硬质合金中各成分的重量百分比为钨含量90～97％、镍含量2.1～7％、铁含量0.9～3％。
进一步的是，所述垫片基体的一侧表面上设有凹槽。
进一步的是，所述凹槽为沿垫片基体的长度方向设置的通槽，且凹槽的横截面呈弧形。
进一步的是，所述基体保护层的材质为氧化铝，其由氧化铝粉末在成型烧结温度为1400～1500℃条件下烧结后，再喷镀于垫片基体表面上形成。
进一步的是，所述基体保护层的表面设置有耐高温层，耐高温层的热膨胀系数与基体保护层的热膨胀系数相匹配，且耐高温层的最高耐热温度≥1300℃。
进一步的是，所述耐高温层由无机耐高温胶制成。
本发明还提供了一种玻璃制品生产用软化垫片的制作方法，该方法用于制作上述的玻璃制品生产用软化垫片，并包括下列步骤：
步骤一，选取热膨胀系数≤10×10-6/℃、导热系数≥50W/(m·K)、硬度≥HRC40、最高允许使用温度≥600℃的金属材料制作垫片基体；
步骤二，先对垫片基体表面进行钝化处理，再选取热膨胀系数与垫片基体相匹配且硬度高于垫片基体的非金属材料在垫片基体钝化后的表面上镀覆，形成基体保护层。
进一步的是，步骤一中，选取的金属材料为钨镍铁硬质合金，所述钨镍铁硬质合金中各成分的重量百分比为钨含量90～97％、镍含量2.1～7％、铁含量0.9～3％；步骤二中，采用粒度直径为0.5～1.5mm的金刚砂对垫片基体的表面进行喷砂钝化；且步骤二中，选取的非金属材料为氧化铝粉末，将氧化铝粉末在成型烧结温度为1400～1500℃条件下烧结后，再喷镀于垫片基体钝化后的表面上，喷镀厚度为0.3～0.5mm，之后使之以15～20℃/h的退火速率降温至室温形成基体保护层。
进一步的是，该方法还包括步骤三；
步骤三，采用粒度为4000#～6000#的砂纸对基体保护层的表面进行抛光处理，再在抛光后的基体保护层表面涂刷无机耐高温胶；无机耐高温胶涂刷完成后，先以室温保温12～24h，再在70～90℃温度条件下保温2±0.5h，之后在140～160℃温度条件下保温2±0.5h，最后空冷至室温形成耐高温层。
本发明的有益效果是：该软化垫片采用特定性能的金属材料制作的垫片基体，能够满足玻璃坯料软化过程中对软化垫片热膨胀、导热、硬度及使用温度等性能的需求；通过在垫片基体的表面上设置热膨胀系数与垫片基体的热膨胀系数相匹配、且材质硬度高于垫片基体的材质硬度的基体保护层，能够有效保护垫片基体，一方面可避免垫片基体在高温使用过程中被氧化，另一方面能够减少垫片粘模、开裂等现象，提高了该软化垫片的使用寿命，并利于连续生产。通过特定的工艺方法将氧化铝粉末烧结并镀覆于垫片基体表面上形成的基体保护层，能够提高该软化垫片的抗高温氧化性能和高温使用强度，且使用过程中基本不会出现掉粉、粘模等问题，进一步提高了该软化垫片的使用寿命，并利于保证生产的玻璃制品的良品率。
附图说明
图1是本发明中玻璃制品生产用软化垫片的实施结构示意图；
图中标记为：垫片基体10、凹槽11、基体保护层20。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步的说明。
如图1所示，玻璃制品生产用软化垫片，包括垫片基体10，所述垫片基体10的表面设置有基体保护层20；
所述垫片基体10为金属材质，其热膨胀系数≤10×10-6/℃、导热系数≥50W/(m·K)、硬度≥HRC40、最高允许使用温度≥600℃；
所述基体保护层20为非金属材质，基体保护层20的热膨胀系数与垫片基体10的热膨胀系数相匹配，且基体保护层20的材质硬度高于垫片基体10的材质硬度。
其中，垫片基体10为该软化垫片的基材部分，主要用于满足玻璃坯料软化过程中对软化垫片热膨胀、导热、硬度及使用温度等性能的需求；较低的热膨胀系数可减小使用过程中垫片基体10的热膨胀程度，以利于软化玻璃坯料，并保证其使用寿命；良好的导热系数利于使用过程中该软化垫片将热量传递给玻璃坯料，以保证软化的有效性；较高的硬度可避免该软化垫片使用过程中产生变形，以保证其使用寿命；限定其最高允许使用温度用于确保其高温使用强度，以利于软化玻璃坯料；优选采用最高允许使用温度600～800℃的金属材料制作垫片基体10。
制作垫片基体10的金属材料可以为多种，优选为钨镍铁硬质合金，钨镍铁硬质合金中各成分的重量百分比为钨含量90～97％、镍含量2.1～7％、铁含量0.9～3％。该钨镍铁硬质合金不仅满足上述性能要求，而且还具有成本低、便于加工和控制等优点。
为了便于观察该软化垫片对玻璃坯料软化的情况，再如图1所示，在垫片基体10的一侧表面上设有凹槽11。优选的，凹槽11为沿垫片基体10的长度方向设置的通槽，且凹槽11的横截面呈弧形。弧形通槽结构的凹槽11还便于操作人员将软化定型后的玻璃坯料与该软化垫片快速分离开。
基体保护层20主要用于保护垫片基体10，其一方面能够避免垫片基体10在高温使用过程中被氧化，另一方面能够减少垫片粘模、开裂等现象；基体保护层20可采用热压、烧结、喷镀等多种工艺方法设置在垫片基体10的表面上；基体保护层20的热膨胀系数与垫片基体10的热膨胀系数相匹配，可以保证使用过程中基体保护层20与垫片基体10膨胀及收缩的一致性，避免其脱落；一般基体保护层20的热膨胀系数也≤10×10-6/℃，为了确保基体保护层20的热膨胀系数与垫片基体10的热膨胀系数相匹配，两者热膨胀系数相差不应超过0.5×10-6/℃；基体保护层20的材质硬度高于垫片基体10的材质硬度，可有效保护基体保护层20，并进一步避免该软化垫片使用过程中产生变形。
制作基体保护层20的非金属材料可以为多种，优选为氧化铝，其不仅满足上述性能要求，而且还具有抗高温氧化、耐高温、耐酸碱腐蚀等优点。制作氧化铝材质的基体保护层20时，通常由氧化铝粉末在成型烧结温度为1400～1500℃条件下烧结后，再喷镀于垫片基体10表面上形成。
为了提高该软化垫片的使用温度，优选的，在基体保护层20的表面还设置有耐高温层，耐高温层的热膨胀系数与基体保护层20的热膨胀系数相匹配，且耐高温层的最高耐热温度≥1300℃。耐高温层的热膨胀系数与基体保护层20的热膨胀系数相匹配，可以保证使用过程中耐高温层与基体保护层20膨胀及收缩的一致性，避免其脱落；一般耐高温层的热膨胀系数也≤10×10-6/℃，为了确保耐高温层的热膨胀系数与基体保护层20的热膨胀系数相匹配，两者热膨胀系数相差不应超过0.5×10-6/℃。
耐高温层可以采用多种材料制作，优选由无机耐高温胶制成。无机耐高温胶制成的耐高温层除最高耐热温度为1300℃外，还具备耐油、耐酸碱等特性，使用效果好。
本发明还提供了一种玻璃制品生产用软化垫片的制作方法，该方法用于制作上述的玻璃制品生产用软化垫片，并包括下列步骤：
步骤一，选取热膨胀系数≤10×10-6/℃、导热系数≥50W/m·K、硬度≥HRC40、最高允许使用温度≥600℃的金属材料制作垫片基体10；垫片基体10可由机加工而成，也可通过压型、锻造制作；
步骤二，先对垫片基体10表面进行钝化处理，再选取热膨胀系数与垫片基体10相匹配且硬度高于垫片基体10的非金属材料在垫片基体10钝化后的表面上镀覆，形成基体保护层20。
优选的，步骤一中，选取的金属材料为钨镍铁硬质合金，所述钨镍铁硬质合金中各成分的重量百分比为钨含量90～97％、镍含量2.1～7％、铁含量0.9～3％。
步骤二中，对垫片基体10表面进行钝化处理主要用于方便镀覆形成基体保护层20，保证基体保护层20与垫片基体10有效结合在一起；钝化处理的方式可以为多种，优选的，步骤二中，采用粒度直径为0.5～1.5mm的金刚砂对垫片基体10的表面进行喷砂钝化。
为了制作抗高温氧化性能和高温使用性能更好的软化垫片，步骤二中，优选氧化铝粉末作为非金属材料，将氧化铝粉末在成型烧结温度为1400～1500℃条件下烧结后，再喷镀于垫片基体10钝化后的表面上，喷镀厚度为0.3～0.5mm，之后使之以15～20℃/h的退火速率降温至室温形成基体保护层20。室温为20～25℃。
作为本发明的一种优选方案，该玻璃制品生产用软化垫片的制作方法还包括步骤三；
步骤三，采用粒度为4000#～6000#的砂纸对基体保护层20的表面进行抛光处理，再在抛光后的基体保护层20表面涂刷无机耐高温胶；无机耐高温胶涂刷完成后，先以室温保温12～24h，再在70～90℃温度条件下保温2±0.5h，之后在140～160℃温度条件下保温2±0.5h，最后空冷至室温形成耐高温层。
实施例1
某次制作软化垫片的过程如下：
步骤一，选取钨镍铁硬质合金制作垫片基体10，钨镍铁硬质合金中各成分的重量百分比为钨含量90％、镍含量7％、铁含量3％；
步骤二，先采用粒度直径为0.5mm的金刚砂对垫片基体10的表面进行喷砂钝化，然后选取氧化铝粉末，并将氧化铝粉末在成型烧结温度为1400℃条件下烧结后，再喷镀于垫片基体10钝化后的表面上，喷镀厚度为0.3mm，之后使之以15℃/h的退火速率降温至室温形成基体保护层20，制得软化垫片。
将制得软化垫片的应用于非球面照明透镜的生产过程中，来软化玻璃坯料，未出现粘模、开裂、掉粉等现象；且与陶瓷垫片相比，生产的非球面照明透镜的不良率降低了7％。
实施例2
某次制作软化垫片的过程如下：
步骤一，选取钨镍铁硬质合金制作垫片基体10，钨镍铁硬质合金中各成分的重量百分比为钨含量97％、镍含量2.1％、铁含量0.9％；
步骤二，先采用粒度直径为1mm的金刚砂对垫片基体10的表面进行喷砂钝化，然后选取氧化铝粉末，并将氧化铝粉末在成型烧结温度为1500℃条件下烧结后，再喷镀于垫片基体10钝化后的表面上，喷镀厚度为0.5mm，之后使之以20℃/h的退火速率降温至室温形成基体保护层20；
步骤三，采用粒度为5000#的砂纸对基体保护层20的表面进行抛光处理，再在抛光后的基体保护层20表面涂刷无机耐高温胶；无机耐高温胶涂刷完成后，先以室温保温20h，再在80℃温度条件下保温2h，之后在150℃温度条件下保温2h，最后空冷至室温形成耐高温层，制得软化垫片。
将制得软化垫片的应用于非球面照明透镜的生产过程中，来软化玻璃坯料，未出现粘模、开裂、掉粉等现象；且与陶瓷垫片相比，生产的非球面照明透镜的不良率降低了9％。

Claims (10)

1.玻璃制品生产用软化垫片，其特征在于：包括垫片基体(10)，所述垫片基体(10)的表面设置有基体保护层(20)；
所述垫片基体(10)为金属材质，其热膨胀系数≤10×10-6/℃、导热系数≥50W/(m·K)、硬度≥HRC40、最高允许使用温度≥600℃；
所述基体保护层(20)为非金属材质，基体保护层(20)的热膨胀系数与垫片基体(10)的热膨胀系数相匹配，且基体保护层(20)的材质硬度高于垫片基体(10)的材质硬度。
2.如权利要求1所述的玻璃制品生产用软化垫片，其特征在于：所述垫片基体(10)的材质为钨镍铁硬质合金，所述钨镍铁硬质合金中各成分的重量百分比为钨含量90～97％、镍含量2.1～7％、铁含量0.9～3％。
3.如权利要求1所述的玻璃制品生产用软化垫片，其特征在于：所述垫片基体(10)的一侧表面上设有凹槽(11)。
4.如权利要求2所述的玻璃制品生产用软化垫片，其特征在于：所述凹槽(11)为沿垫片基体(10)的长度方向设置的通槽，且凹槽(11)的横截面呈弧形。
5.如权利要求1所述的玻璃制品生产用软化垫片，其特征在于：所述基体保护层(20)的材质为氧化铝，其由氧化铝粉末在成型烧结温度为1400～1500℃条件下烧结后，再喷镀于垫片基体(10)表面上形成。
6.如权利要求1至5中任意一项所述的玻璃制品生产用软化垫片，其特征在于：所述基体保护层(20)的表面设置有耐高温层，耐高温层的热膨胀系数与基体保护层(20)的热膨胀系数相匹配，且耐高温层的最高耐热温度≥1300℃。
7.如权利要求6所述的玻璃制品生产用软化垫片，其特征在于：所述耐高温层由无机耐高温胶制成。
8.玻璃制品生产用软化垫片的制作方法，其特征在于：该方法用于制作权利要求1至7中任意一项所述的玻璃制品生产用软化垫片，并包括下列步骤：
步骤一，选取热膨胀系数≤10×10-6/℃、导热系数≥50W/(m·K)、硬度≥HRC40、最高允许使用温度≥600℃的金属材料制作垫片基体(10)；
步骤二，先对垫片基体(10)表面进行钝化处理，再选取热膨胀系数与垫片基体(10)相匹配且硬度高于垫片基体(10)的非金属材料在垫片基体(10)钝化后的表面上镀覆，形成基体保护层(20)。
9.如权利要求8所述的玻璃制品生产用软化垫片的制作方法，其特征在于：步骤一中，选取的金属材料为钨镍铁硬质合金，所述钨镍铁硬质合金中各成分的重量百分比为钨含量90～97％、镍含量2.1～7％、铁含量0.9～3％；步骤二中，采用粒度直径为0.5～1.5mm的金刚砂对垫片基体(10)的表面进行喷砂钝化；且步骤二中，选取的非金属材料为氧化铝粉末，将氧化铝粉末在成型烧结温度为1400～1500℃条件下烧结后，再喷镀于垫片基体(10)钝化后的表面上，喷镀厚度为0.3～0.5mm，之后使之以15～20℃/h的退火速率降温至室温形成基体保护层(20)。
10.如权利要求8或9所述的玻璃制品生产用软化垫片的制作方法，其特征在于：还包括步骤三；
步骤三，采用粒度为4000#～6000#的砂纸对基体保护层(20)的表面进行抛光处理，再在抛光后的基体保护层(20)表面涂刷无机耐高温胶；无机耐高温胶涂刷完成后，先以室温保温12～24h，再在70～90℃温度条件下保温2±0.5h，之后在140～160℃温度条件下保温2±0.5h，最后空冷至室温形成耐高温层。
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