CN113998868B - 制备钛钡体系高折射率玻璃的装置及方法 - Google Patents

Abstract

本申请涉及玻璃制造领域，公开了制备钛钡体系高折射率玻璃的装置，包括取料组件、接料组件和成型组件，取料组件包括取料管、放料管和第一活塞结构，取料管在取料时竖直放置在反应容器内，第一活塞结构可移动安装在取料管内，放料管的第一端与取料管的中上部连通；接料组件包括横置的中空管和第二活塞结构，中空管为一端闭口的管状结构，第二活塞结构可移动安装在中空管内，中空管的接料口与放料管的第二端连通；成型组件包括竖直放置的成型腔和冷却腔，冷却腔环绕成型腔设置，成型腔与中空管的卸料口连通。本公开可快速冷却，增大过冷度，避免成型过程中过冷度不足引起的分相和析晶。本申请还公开了制备钛钡体系高折射率玻璃的方法。

Description

制备钛钡体系高折射率玻璃的装置及方法

技术领域

本申请涉及玻璃制造技术领域，例如涉及一种制备钛钡体系高折射率玻璃的装置及其使用方法。

背景技术

商业钠钙硅玻璃的折射率约为1.5。折射率大于此值的玻璃可成为中高折射率玻璃，其中折射率高于1.9以上玻璃的通常称为高折射率玻璃。高折射率玻璃可用于反光材料、光波导材料、人造宝石、镜头等领域。为制得高折射率玻璃，必须在玻璃中添加含高折射度离子的组分，典型的如铅、钡、钛、镧等的氧化物。

用于生产折射率1.9~2.2的反光膜或反光布玻璃微珠的玻璃通常采用钛钡为主要组分的氧化物玻璃，该体系玻璃组成中氧化钛、氧化钡含量高，而其中常用的玻璃形成体氧化物SiO2、B2O3含量低，因而玻璃在成形过程中极易析晶而失透，因此只适合生产小尺寸的玻产品，如玻璃珠。

采用常规玻璃熔体、急冷方法难以制备较大尺寸、透明的高折射率钛钡玻璃。究其原因主要有：玻璃熔体在冷却过程快速分相、析晶；玻璃熔体表面张力大，自缩聚增厚现象明显；实验过程玻璃液从离开炉膛到进入玻璃模具过程温度下降还不够快，熔体过冷度达不到透明玻璃的形成要求。如何制得用于玻璃性能测试的较大块状、透明玻璃样品成为一道难题。

发明内容

为了对披露的实施例的一些方面有基本的理解，下面给出了简单的概括。所述概括不是泛泛评述，也不是要确定关键／重要组成元素或描绘这些实施例的保护范围，而是作为后面的详细说明的序言。

本公开实施例提供一种制备钛钡体系高折射率玻璃的装置及其使用方法，以期强化成型前及成型过程中玻璃液的冷却，从而抑制玻璃的分相和析晶。

在一些实施例中，制备钛钡体系高折射率玻璃的装置包括取料组件、接料组件和成型组件，取料组件包括取料管、放料管和第一活塞结构，取料管在取料时竖直放置在反应容器内，第一活塞结构可移动安装在取料管内，放料管的第一端与取料管的中上部连通；接料组件包括横置的中空管和第二活塞结构，中空管为一端闭口的管状结构，第二活塞结构可移动安装在中空管内，中空管设置有接料口和卸料口，接料口与放料管的第二端连通；成型组件包括竖直放置的成型腔和冷却腔，冷却腔环绕成型腔设置，成型腔与卸料口连通。

在一些实施例中，成型腔包括环壁和承接座，承接座可升降安装在环壁下方，承接座与环壁配合承接玻璃液。

在一些实施例中，接料组件还包括支撑杆和支撑底座，支撑杆安装在中空管的下侧，承接座与支撑杆螺纹配合，承接座通过支撑杆可升降安装在环壁下方，支撑底座设置有安装孔，支撑杆通过安装孔安装在支撑底座上。

在一些实施例中，第一活塞结构包括第一活塞、连接杆和横向限位器，连接杆与第一活塞连接；横向限位器安装在连接杆的上部，横向限位器用于限制第一活塞在取料管的移动下限。

在一些实施例中，连接杆设置有刻度。

在一些实施例中，取料管上设置有与放料管连通的连通口，连通口的高度大于反应容器的高度。

在一些实施例中，连通口的面积小于第一活塞的纵切面面积的一半。

在一些实施例中，中空管的卸料口位于中空管的封闭端的下部。

在一些实施例中，放料管穿过炉膛的底部与中空管连通。

本公开实施例还提供一种制备钛钡体系高折射率玻璃的方法，包括：

将玻璃配合料放入炉膛内的反应容器中按要求熔化；待熔化接近完成时，在成型腔外的冷却腔中加入降温物质；使成型腔的承接座抵住成型腔的环壁下表面，以构成密闭成型腔备用；将中空管中的第二活塞结构向开口端移动，使中空管准备接收来自放料管的高温玻璃液；当玻璃液在反应容器中熔化完成后，插入取料管至反应容器的玻璃液中；当取料管在坩埚玻璃液中下降至最低位置时，向上提升连接杆，使玻璃液被吸入取料管；观察连接杆移出取料管部分高度上的刻度线，控制吸入和流出的玻璃液的量；当玻璃液提升至取料管与放料管的连通处时，玻璃液开始流入放料管中，并通过接料口流入接料组件的中空管中；推动中空管中的第二活塞结构，使中空管中的玻璃液经由卸料口被快速挤入成型腔中成型；待玻璃液在成型腔中完全固化后，使承接座下移，逐步释放出成型后的玻璃块；取出玻璃块并退火。

本公开实施例提供的制备钛钡体系高折射率玻璃的装置及其使用方法，可以实现以下技术效果：

本公开通过取、放料管的使用，避免生产过程中打开炉膛炉门和移出反应容器倾倒玻璃液至成型腔过程中，玻璃液在成型之前的冷却过程中过多散热，同时减少高温危险操作；此外，进入成型腔的高温玻璃液在成型腔外的冷却腔的作用下，可快速冷却，增大过冷度，避免成型过程中过冷度不足引起的分相和析晶，为制备大块、透明钛钡体系玻璃样品创造了条件。

以上的总体描述和下文中的描述仅是示例性和解释性的，不用于限制本申请。

附图说明

一个或多个实施例通过与之对应的附图进行示例性说明，这些示例性说明和附图并不构成对实施例的限定，附图中具有相同参考数字标号的元件示为类似的元件，附图不构成比例限制，并且其中：

图1是本公开实施例提供的制备钛钡体系高折射率玻璃的装置结构示意图；

图2是本公开实施例提供的取料组件的结构示意图；

图3是本公开实施例提供的接料组件及成型组件的结构示意图；

图4是本公开实施例提供的反应组件的结构示意图；

图5是本公开实施例提供的炉膛的俯视结构示意图。

附图标记：

10、反应组件，11、炉膛，111、炉门，112、窗口，113、盖板，114、炉底出口，12、坩埚；

20、取料组件，21、取料管，211、连通口，22、放料管，23、第一活塞结构，231、第一活塞，232、连接杆，233、横向限位器；

30、接料组件，31、中空管，311、接料口，312、卸料口，32、第二活塞结构，33、支撑杆，34、支撑底座；

40、成型组件，41、成型腔，411、环壁，412、承接座，42、冷却腔，43、冰水混合物；

50、四脚钢架，51、钢架顶座，52、平台。

具体实施方式

为了能够更加详尽地了解本公开实施例的特点与技术内容，下面结合附图对本公开实施例的实现进行详细阐述，所附附图仅供参考说明之用，并非用来限定本公开实施例。在以下的技术描述中，为方便解释起见，通过多个细节以提供对所披露实施例的充分理解。然而，在没有这些细节的情况下，一个或多个实施例仍然可以实施。在其它情况下，为简化附图，熟知的结构和装置可以简化展示。

本公开实施例的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本公开实施例的实施例。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。

本公开实施例中，术语“上”、“下”、“内”、“中”、“外”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系。这些术语主要是为了更好地描述本公开实施例及其实施例，并非用于限定所指示的装置、元件或组成部分必须具有特定方位，或以特定方位进行构造和操作。并且，上述部分术语除了可以用于表示方位或位置关系以外，还可能用于表示其他含义，例如术语“上”在某些情况下也可能用于表示某种依附关系或连接关系。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解这些术语在本公开实施例中的具体含义。

另外，术语“设置”、“连接”、“固定”应做广义理解。例如，“连接”可以是固定连接，可拆卸连接，或整体式构造；可以是机械连接，或电连接；可以是直接相连，或者是通过中间媒介间接相连，又或者是两个装置、元件或组成部分之间内部的连通。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本公开实施例中的具体含义。

除非另有说明，术语“多个”表示两个或两个以上。

本公开实施例中，字符“/”表示前后对象是一种“或”的关系。例如，A/B表示：A或B。

术语“和/或”是一种描述对象的关联关系，表示可以存在三种关系。例如，A和/或B，表示：A或B，或，A和B这三种关系。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本公开实施例中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

结合图1-5所示，本公开实施例提供一种制备钛钡体系高折射率玻璃的装置，包括反应组件10、取料组件20、接料组件30和成型组件40。

如图4、5所示，反应组件10，包括炉膛11和反应容器，炉膛11含有加热元件或火焰喷火口，前侧设置有炉门111，炉膛11支撑在四角钢架的顶座上。四脚钢架50的中部焊有平台52，由平整、水平钢板构成，且平台52与四脚钢架50焊接成一体；所述反应容器放置在所述炉膛11的底部，反应容器可以是放置盛装玻璃配合料及熔体的容器，如耐火陶瓷或金属材料材质的坩埚12。

如图2所示，取料组件20包括取料管21、放料管22和第一活塞结构23，取料管21在取料时竖直放置在反应容器内，第一活塞结构23可移动安装在取料管21内，取料管21的中上部设置有与放料管22连通的连通口211，放料管22通过连通口211与取料管21连通，连通口211的高度大于反应容器的高度。

在本实施例中，在炉膛11顶部，正对炉底坩埚12的位置开有窗口112，通过该窗口112可从外向炉膛11内放进取料管21和放料管22，该窗口112表面覆盖有可移动的盖板113，其中盖板113与空气接触的一面为耐热钢板，与炉膛11接触的一面为表面平整光滑的陶瓷耐火板，耐火板镶嵌在耐热钢板内侧凹槽中固定。炉膛11底部紧邻坩埚12的外侧，向下沉降并开炉底出口，对应放料管22出口伸出炉膛11底部的位置。放料管22穿过炉膛11的底部与中空管31连通。进一步的，炉膛11可配置常用的硅钼棒或硅碳棒加热元件，也可以配置工业上常用的火焰喷枪，以实现玻璃配合料的加热熔化。炉膛11开有炉门111，以便向炉膛11中放置坩埚12，并向坩埚12中加料。

第一活塞结构23包括第一活塞231、连接杆232和横向限位器233，连接杆232与第一活塞231连接，连接杆232上设置有刻度，横向限位器233安装在连接杆232的上部，横向限位器233用于限制第一活塞231在取料管21的移动下限。连接杆232向下移动至横向限位器233刚好挂在取料管21上端口处时，活塞下表面和取料管21下端口平行，以使活塞不凸出于取料管21下端入口。

连接口采用圆形的连接口，连接口的面积小于第一活塞231纵切面面积的一半，以便第一活塞231在取料管21中上下移动时不受连接口的影响；取料管21为垂直放置的圆管，放料管22为折弯的圆管，放料管22焊接在取料管21的连接口处，放料管22的内径与取料管21上开孔的直径一致。

放料管22穿过炉膛11的底部与中空管31连通，具体的，放料管22从炉膛11底部出口处可伸出炉底外2~5mm；放料管22伸出炉膛11底部时，放料管22出口进入接料组件30的中空管31的接料口311。

当取料管21放入炉膛11里的坩埚12玻璃液中至难以继续向下推动为止，此时，向上提升连接杆232，坩埚12中玻璃液将被吸入取料管21中；当活塞被提升至超过取料管21侧壁上连接放料管22的开孔时，玻璃液开始流入放料管22中。

提升连接杆232高度，观察连接杆232高出取料管21外部部分上的刻度线，控制吸入取料管21中的玻璃液的量。随着连接杆232提升高度的增加，取料管21吸入玻璃液增多，进入放料管22用于成型的玻璃液也增加。

如图3所示，接料组件30包括横置的中空管31和第二活塞结构32，中空管31为一端闭口的管状结构，第二活塞结构32可移动安装在中空管31内，中空管31的上部设置有接料口311、下部设置有卸料口312，接料口311与放料管22的第二端连通，中空管31的卸料口312位于中空管31的封闭端。

在本实施例中，中空管31的接料口311呈圆形，且凸出中空管31表面，凸出高度以能套住放料管22的第二端为准；接料口311的直径大于放料管22出口的外径，以便放料管22完全置于进料口的内部，防止玻璃液外溢；但接料口311的直径小于中空管31中第二活塞结构32的长度尺寸的一半，以便活塞在中空中左右移动时不受进料口影响。

连接杆232提升高度（以连接杆232上刻度标记来衡量）与进入放料管22和接料组件30中空管31中玻璃液的量需要通过实验测定，该部分玻璃液的体积不得大于接料组件30中中空管31最大有效空腔体积（即中空管31中活塞处于中空管31中最左端位置时中空管31有效空腔体积）的三分之二。

如图3所示，成型组件40包括竖直放置的成型腔41和冷却腔42，冷却腔42环绕成型腔41设置，成型腔41与卸料口312连通。

成型腔41包括环壁411和承接座412，承接座412可升降安装在环壁411下方，承接座412与环壁411配合承接玻璃液。

在本实施例中，环壁411为两端开口的矩形空腔体，环壁411前后方向尺寸可根据取料管21中第一活塞结构23一次性最大上提和下压后能进入放料管22中的玻璃液的量决定，成型腔41高度方向的尺寸远大于宽度方向，以利于玻璃液借助重力向成型腔41下部沉降，并形成薄的玻璃样品。

环壁411与中空管31下表面焊接，其上表面中心位置开口，与横向中空管31朝下的卸料口312对接；当第二活塞结构32由开口端向闭口端快速推动后，玻璃液经由卸料口312被挤进成型腔41；该成型腔41前后、左右四面在底部环绕焊有连通的、上端开口的冷却腔42，冷却腔42高度低于成型腔41，以便向其中放入如冰水混合物43之类的降温物质。

接料组件30还包括支撑杆33和支撑底座34，支撑杆33安装在中空管31的下侧，承接座412与支撑杆33螺纹配合，承接座412通过支撑杆33可升降安装在环壁411下方，支撑底座34设置有安装孔，支撑杆33通过安装孔安装在支撑底座34上。

在本实施例中，支撑杆33共有2根，垂直焊接在中空管31的下侧，支撑杆33的高度大于前述成型腔41的高度，且支撑杆33高出部分上刻有外螺纹；支撑底座34为一块耐热钢制作，厚度不小于5公分，表面平整，其上开有两个通孔，孔的位置、大小及间距参照支撑杆33的位置、大小及间距，以支撑杆33顺利插入孔中，且不摇晃为准。支撑底座34及中空管31一起放置在平台52上，其位置以中空管31的进料口对准放料管22的出口位置为准。

承接座412与靠近成型腔41一侧的支撑杆33螺纹配合，承接座412可以为长方体不锈钢片；该钢片处于最低位置时，落在支撑底座34上，通过螺纹上旋至抵住成型腔41下表面时，钢片紧贴成型腔41下表面，与成型腔41其它五个面一起构成密闭整体，玻璃液可此密闭的成型腔41中冷却成一定形状；因此钢片尺寸要大于成型腔41小表面敞开部分的尺寸，但其左右方向尺寸要小于两支撑杆33之间的净空尺寸，以方便钢片沿支撑杆33螺纹上下旋转移动。玻璃液在成型腔41内固化后，可以旋开钢片，使玻璃块在自身重力的作用下，逐渐离开成型腔41，然后取出玻璃块。

成型腔41中玻璃液的量，按成型腔41的空体积和玻璃液的密度预估，由接料组件30中可移动活塞的左右位置确定。接料组件30中空管31中允许装入的玻璃液的量不得超过成型腔41可容纳的玻璃液的最大量，否则玻璃液可能从成型腔41下面紧贴的钢片的接缝隙处外溢。

当成型结束时，向下旋转钢片，可逐渐释放出成型腔41中成型好的玻璃体样品，可人工或机械用高温钳夹持玻璃样品并钳出送至退火炉退火。为方便样品的钳出，支撑杆33高出成型腔41部分的高度应大于样品高度。

实施例2

一种制备钛钡体系高折射率玻璃的装置的使用方法，具体包括以下步骤：

1）将玻璃配合料放入炉膛11中的坩埚12中按要求熔化；

2）待熔化接近完成时，在成型腔41外焊的冷却腔42中加入冰水混合物43；

3）放入中空管31及其支撑杆33和支撑底座34，旋转钢片沿支撑杆33上螺纹上升至抵住成型腔41下表面，以构成密闭成型腔41备用；

4）将中空管31中的第二活塞结构32向开口端移动一定位置，以使中空管31准备接收来自放料管22的高温玻璃液；

5）当玻璃液在炉膛11内坩埚12中熔化完成后，以耐火钳为工具，移开炉顶盖在窗口112的盖板113；

6）从窗口112中插入取料管21及放料管22至坩埚12的玻璃液中，取料管21中的连接杆232上横向定位器刚好挂在取料管21上口边沿，此时取料管21中活塞处于取料管21内部最下端，但不突出取料管21；

7）当取料管21在坩埚12玻璃液中下降至最低位置时，随后向上提升连接杆232，玻璃液被吸入取料管21；观察连接杆232移出取料管21部分高度上的刻度线，控制吸入和流出的玻璃液的量；

8）当玻璃液提升至取料管21的连通口211处时，玻璃液将开始流入放料管22中，并通过中空管31的接料口311流入接料组件30的中空管31中；

9）推动中空管31中的第二活塞结构32由中空管31的开口端向封闭端快速移动，中空管31中的玻璃液经由卸料口312被快速挤入成型腔41中成型；

10）待玻璃液在成型腔41中完全固化后，下旋钢片，使固化后的玻璃块在重力作用下逐渐从成型腔41移出；

11）人工或机械用高温钳夹持玻璃样品并钳出送至退火炉退火。

本公开通过取、放料管22的使用，避免生产过程中打开炉膛11炉门111和移出反应容器倾倒玻璃液至成型腔41过程中，玻璃液在成型之前的冷却过程中过多散热，同时减少高温危险操作；此外，进入成型腔41的高温玻璃液在成型腔41外的冷却腔42的作用下，可快速冷却，增大过冷度，避免成型过程中过冷度不足引起的分相和析晶，为制备大块、透明钛钡体系玻璃样品创造了条件。

以上描述和附图充分地示出了本公开的实施例，以使本领域的技术人员能够实践它们。其他实施例可以包括结构的以及其他的改变。实施例仅代表可能的变化。除非明确要求，否则单独的部件和功能是可选的，并且操作的顺序可以变化。一些实施例的部分和特征可以被包括在或替换其他实施例的部分和特征。本公开的实施例并不局限于上面已经描述并在附图中示出的结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本公开的范围仅由所附的权利要求来限制。

Claims (7)

1.一种制备钛钡体系高折射率玻璃的装置，其特征在于，包括：

取料组件(20)，包括取料管(21)、放料管(22)和第一活塞结构(23)，所述取料管(21)在取料时竖直放置在反应容器内，所述第一活塞结构(23)可移动安装在取料管(21)内，所述放料管(22)的第一端与所述取料管(21)的中上部连通；

接料组件(30)，包括横置的中空管(31)和第二活塞结构(32)，所述中空管(31)为一端闭口的管状结构，所述第二活塞结构(32)可移动安装在所述中空管(31)内，所述中空管(31)设置有接料口(311)和卸料口(312)，所述接料口(311)与所述放料管(22)的第二端连通，且凸出中空管(31)表面；

成型组件(40)，包括竖直放置的成型腔(41)和冷却腔(42)，所述冷却腔(42)环绕所述成型腔(41)设置，所述成型腔(41)与所述卸料口(312)连通；

其中，所述成型腔(41)包括环壁(411)和承接座(412)，承接座(412)可升降安装在所述环壁(411)下方，所述承接座(412)与所述环壁(411)配合承接玻璃液；

所述接料组件(30)还包括支撑杆(33)和支撑底座(34)，支撑杆(33)安装在所述中空管(31)的下侧，所述承接座(412)与支撑杆(33)螺纹配合，所述承接座(412)通过所述支撑杆(33)可升降安装在所述环壁(411)下方；支撑底座(34)设置有安装孔，所述支撑杆(33)通过安装孔安装在所述支撑底座(34)上；

所述第一活塞结构(23)包括第一活塞(231)、连接杆(232)和横向限位器(233)，连接杆(232)与所述第一活塞(231)连接；横向限位器(233)安装在所述连接杆(232)的上部，所述横向限位器(233)用于限制第一活塞(231)在所述取料管(21)的移动下限。

2.根据权利要求1所述制备钛钡体系高折射率玻璃的装置，其特征在于，

所述连接杆(232)设置有刻度。

3.根据权利要求1所述制备钛钡体系高折射率玻璃的装置，其特征在于，

所述取料管(21)上设置有与所述放料管(22)连通的连通口(211)，所述连通口(211)的高度大于所述反应容器的高度。

4.根据权利要求3所述制备钛钡体系高折射率玻璃的装置，其特征在于，

所述连通口(211)的面积小于所述第一活塞(231)的纵切面面积的一半。

5.根据权利要求1至4任一项所述制备钛钡体系高折射率玻璃的装置，其特征在于，

所述中空管(31)的卸料口(312)位于所述中空管(31)的封闭端的下部。

6.根据权利要求1至4任一项所述制备钛钡体系高折射率玻璃的装置，其特征在于，

所述放料管(22)穿过炉膛(11)的底部与所述中空管(31)连通。

7.一种制备钛钡体系高折射率玻璃的方法，其特征在于，使用如权利要求1至6任一项所述的制备钛钡体系高折射率玻璃的装置，所述方法包括：

将玻璃配合料放入炉膛(11)内的反应容器中按要求熔化；

待熔化接近完成时，在成型腔(41)外的冷却腔(42)中加入降温物质；

使成型腔(41)的承接座(412)抵住成型腔(41)的环壁(411)下表面，以构成密闭成型腔(41)备用；

将中空管(31)中的第二活塞结构(32)向开口端移动，使中空管(31)准备接收来自放料管(22)的高温玻璃液；

当玻璃液在反应容器中熔化完成后，插入取料管(21)至反应容器的玻璃液中；

当取料管(21)在坩埚(12)玻璃液中下降至最低位置时，向上提升连接杆(232)，使玻璃液被吸入取料管(21)；

观察连接杆(232)移出取料管(21)部分高度上的刻度线，控制吸入和流出的玻璃液的量；

当玻璃液提升至取料管(21)与放料管(22)的连通处时，玻璃液开始流入放料管(22)中，并通过接料口(311)流入接料组件(30)的中空管(31)中；

推动中空管(31)中的第二活塞结构(32)，使中空管(31)中的玻璃液经由卸料口(312)被快速挤入成型腔(41)中成型；

待玻璃液在成型腔(41)中完全固化后，使承接座(412)下移，逐步释放出成型后的玻璃块；

取出玻璃块并退火。