CN1778729B - 非球面模造玻璃制造方法及其装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种非球面模造玻璃制造方法及其装置，其模造过程如下：将温度缓慢升到成形温度T1，压力为常压，模仁位置为初始位置；在成形温度T1下保温10-15秒；压力升到第一压力P3，在成形温度下保温保压5秒，模仁位置缓慢减小；压力升到第二压力P2，在成形温度下保温保压10秒，模仁位置缓慢减小；压力升到成形压力P1，在成形温度下保温保压45秒，模仁位置不变；压力降到冷却压力P4，进行冷却15秒，压力不变，温度降到冷却温度T3，模仁位置缓慢增加。实现该方法的装置包括热反馈系统、冷却系统及压力系统。本发明同时采用温度、压力、冷却的反馈系统，可改善模造非球面镜片表面的Ra值，使模造表面达到纳米级精度。

Description

非球面模造玻璃制造方法及其装置
【技术领域】
本发明是关于一种非球面模造玻璃制造方法及其装置，尤其是关于一种具纳米级表面的非球面模造玻璃制造方法及其装置。
【背景技术】
随着科技的不断发展，具摄像功能的便携式电子装置越来越受到消费者的喜爱，如数码相机、摄像机等电子产品已成为当今消费的热点，而于该类产品中，用于成像的镜片也不断发展，以满足不同消费者的需求。
现有技术中，镜片一般是采用玻璃材料，起初因制程的影响，只能加工球面玻璃镜片，但是随着科技的发展，现可通过模造方法加工出各种非球面玻璃。但其模造后的非球面玻璃表面粗糙度难以满足要求，故尚需表面进行抛光处理，因表面为非球面表面，抛光加工较不容易。
另一现有模造玻璃技术中，是在玻璃表面镀制一层纳米二氧化钛TiO2催化薄膜，因该材料粒子本身为纳米级，因此表面具有很好的工艺特性，但是因非球面玻璃表面凹凸不平，镀膜工艺较不容易控制，从而影响非球面表面的精度。
鉴于以上的缺点，有必要提供一种表面具纳米级表面的非球面模造玻璃制造方法及实现该方法的装置。
【发明内容】
本发明的目的在于提供一种具纳米级表面的非球面模造玻璃制造方法。
本发明的另一目的在于提供一种实现表面具纳米级表面的模造玻璃的装置。
本发明模造玻璃制造方法包括：一种非球面模造玻璃的制造方法，其模造过程如下：
将温度缓慢升到成形温度T1，该成形温度T1高于玻璃转变温度Tg25-45℃，压力为常压，模仁位置为初始位置；
在成形温度T1下保温10-15秒；
压力升到第一压力P3，该第一压力范围为200-400牛顿，在成形温度下保温保压5秒，模仁位置缓慢减小；
压力升到第二压力P2，该第二压力范围为500-700牛顿，在成形温度下保温保压10秒，模仁位置缓慢减小；
压力升到成形压力P1，该成形压力范围为700-900牛顿，在成形温度下保温保压45秒，模仁位置不变；
压力降到冷却压力P4，该冷却压力范围为300-500牛顿，进行冷却15秒，压力不变，温度降到冷却温度T3，该冷却温度范围低于玻璃转变温度Tg5-25℃，模仁位置缓慢增加。
本发明公开一种制造模造玻璃的装置，该模造玻璃装置包括：上模仁、下模仁，上模仁位于下模仁上部，还包括用以控制温度的热反馈系统、用以冷却玻璃预型体的冷却系统及用以控制模造压力的压力系统，其分别与模造玻璃装置的主控制系统相连接。
本具纳米级表面的非球面模造玻璃制造方法及装置同时采用温度、压力、冷却的反馈系统，可改善模造非球面镜片表面的Ra值，使模造表面达到纳米级精度，精度可达到1纳米到8纳米之间，通过冷却系统中采用惰性气体，可使玻璃模胚与离形膜表面无损伤分离，从而延长了上下模仁的寿命。该非球面模造玻璃制造方法可减少由于位置的改变而造成玻璃模胚内的热膨胀，从而使模造后的玻璃模胚有较好形状精度。
【附图说明】
图1是模造玻璃的物理、机械性能特性与温度的关系图；
图2是非球面模造玻璃制造的温度对时间的曲线；
图3是非球面模造玻璃制造的压力对时间曲线；
图4是非球面模造玻璃制造的模造位置对时间曲线；
图5是该模造玻璃制造装置图；
图6是非球面模造玻璃制造的温度控制流程图；
图7是非球面模造玻璃制造的冷却控制流程图；
图8是非球面模造玻璃制造的压力控制流程图。
【具体实施方式】
本发明为一种具纳米级表面的非球面模造玻璃制造方法，以下结合具体图示来描述该制造方法。
请参见图1，纵坐标Ф(α，Cp，u)函数表示非球面模造玻璃的物理、机械性能特性，其中物理参数：α表示热膨胀系数，Cp表示热容量，u表示玻璃粘度；横坐标表示温度，该图曲线中T1表示成形温度，T2表示转换温度，Tg表示玻璃化转变温度，T3表示冷却温度，在玻璃模造过程中，Tg点温度在模造玻璃中较为重要。模造玻璃的材质不同，其玻璃化转变温度Tg相应不同。通常确定Tg温度后，可设定高于Tg温度25-45℃为成形温度，高于Tg5-15℃为T2温度，低于Tg温度5-25℃为冷却温度。
依据图1的玻璃物理性能与温度的关系，在模造过程中，同时对温度、压力、模仁位置进行控制。
请参见图2，本实施例中，取玻璃化转变温度Tg为506℃，成形温度T1优选范围为30-35℃，最佳值为540℃。该图2中，纵坐标表示温度，横坐标表示时间。在温度控制过程中，依时间对温度按图2中的曲线加以控制。先将温度缓慢加热到成形温度T1，在该T1温度下，同时在t1与t2时间段内，保温10-15秒，之后在t2至t5时间内，约60秒情况下，高温挤压，其压力施加过程参见图3，然后在t5到t6时间段内，约15秒中将温度从T1缓慢冷却到T2，T2优选范围为10-15℃，再缓慢冷却到冷却温度T3，冷却温度优选范围为10-20℃，最佳值为490℃。
请参见图3，其中纵坐标表示压力，横坐标表示时间。首先，压力控制从t2时间开始，增加压力，使压力达到第一压力P3，其为200-400牛顿，优选为300牛顿，同时在该压力下，从t2到t3时间段内，保压5秒，再增加压力到第二压力P2，其为500-700牛顿，优选为600牛顿，在该压力下，从t3到t4时间段内，保压10秒，然后将压力升到P1，该压力P1为成形压力，其值为800牛顿，在该压力下，从t4到t5时间段内，保压45秒，之后再瞬间降压到P4，其为300-500牛顿，优选为400牛顿，从t5到t6时间段内，在恒压P4下，在15秒中对模造玻璃进行冷却。
请参见图4，其中纵坐标表示模仁位置，横坐标表示时间t。在温度和压力控制过程中，模仁位置在压力作用下，位置会发生改变，该位置可为玻璃预形体或模仁位置。首先，模仁位置具一初始值Z0，之后从t2到t4时间，15秒时间内，依图2和图3对温度和压力进行控制，此时模仁位置从Z0变化到Z1，再从t4到t5时间内，间隔为45秒过程中，模仁位置不发生改变，冷却过程中，因此时玻璃预型体与模仁之间有一定粘性，为避免破坏玻璃预型体表面的精度，模仁和玻璃预型体需缓慢分开，因此从t5到t6时间段内，Z3缓慢降低到Z0。
为实现非球面模造玻璃的制造方法，需要相应的装置来完成。请参见图5，该模造玻璃的装置包括上模仁10、下模仁20，上模仁10位于下模仁20上部，上模仁10和下模仁20之间设有玻璃预型体30。为实现温度、压力及冷却的自动控制，该模造玻璃的装置进一步包括热反馈系统、冷却系统及压力系统，其分别与模造玻璃装置的主控制系统相连接。
该热反馈系统可实现温度自动控制，其包括多个红外加热器(Infraredradiation heater)40，该红外加热器设置在上模仁10、下模仁20周围，为使热量均匀分布，可将红外加热器40对称设置在上模仁10与下模仁20顶部两侧，便于对玻璃预型体30的加热。该红外加热器40可瞬间加热到所需的温度。为测量模仁内玻璃预型体30是否达到所需的温度，需要在玻璃预型体30附近设置一热电偶(thermal couple)50。常见的热电偶50通常有铁铜合金组成，其对温度变化较为敏感，而且该热电偶50可将所测量的温度传递给主控制系统。
热反馈系统流程参见图6，首先由热电偶50测量温度，判断温度是否达到成形温度T1，如果温度符合要求，模造玻璃的装置进行模造，如果温度未达到要求，热反馈系统将通过主控制系统指示红外加热器40继续加热，以使温度符合预定要求。该热反馈系统主要对成形温度T1加以控制，其为一循环过程。
冷却系统可对冷却温度加以控制，冷却系统由冷却装置60来完成。该冷却装置60位于上模仁10与下模仁20的一侧，其包括：冷却气体62，流量计(mass flow rate controller)64。其中该冷却气体62为氮气，可以理解，该冷却气体62也可为其它惰性气体如氩气，氦气等。该流量计64用以控制冷却气体62的流量。为使玻璃预型体30冷却均匀，冷确气体62均匀分布于玻璃预型体周围。于高温高压过程中，冷却气体62采用氮气等惰性气体，可避免上模仁10和下模仁20表面的离型膜被氧化，可延长上模仁10和下模仁20的寿命。
冷却系统流程参见图7，首先由热电偶50测量玻璃预型体30的冷却温度T3是否达到490℃，如果满足要求，则冷却过程完成；如果未达到要求，将该信息反馈给主控制系统，通过调节流量计64来改变冷却气体62的流量，以达到所需的冷却温度。
压力系统参见图8，该压力系统可对压力进行控制，其包括：模压机70，该模压机70从上模仁10施压，其施压方式可为气压方式，也可采用电动加压，油压或弹簧压等。本实施例中，模压机70通过气体对上模仁10施压，该模压机70可准确测量施压的载荷，在施压过程中，为控制模仁不同位置的施压情况，在模仁上还需设定一位置感应器，该位置感应器为一位置感应器，该位置感应器可准确测量模仁的位置，被测量后，再将所测量的参数传递给主控制系统，以便完成自动调节上下模仁的位置。

Claims (6)

1.一种非球面模造玻璃的制造方法，其模造过程如下：
将温度缓慢升到成形温度T1，该成形温度T1高于玻璃转变温度Tg25-45℃，压力为常压，模仁位置为初始位置；
在成形温度T1下保温10-15秒；
压力升到第一压力P3，该第一压力值范围为200-400牛顿，在成形温度下保温保压5秒，模仁位置缓慢减小；
压力升到第二压力P2，该第二压力值范围为500-700牛顿，在成形温度下保温保压10秒，模仁位置缓慢减小；
压力升到成形压力P1，该成形压力值范围为700-900牛顿，在成形温度下保温保压45秒，模仁位置不变；
压力降到冷却压力P4，该冷却压力范围为300-500牛顿，进行冷却15秒，压力不变，温度降到冷却温度T3，该冷却温度范围低于玻璃转变温度Tg5-25℃，模仁位置缓慢增加。
2.如权利要求1所述的非球面模造玻璃的制造方法，其特征在于：该成形温度T1高于玻璃化转变温度Tg30-35℃。
3.如权利要求2所述的非球面模造玻璃的制造方法，其特征在于：该成形温度T1为540℃。
4.如权利要求1所述的非球面模造玻璃的制造方法，其特征在于：该冷却温度T3低于玻璃化转变温度Tg10-20℃。
5.如权利要求4所述的非球面模造玻璃的制造方法，其特征在于：该冷却温度T3为490℃。
6.如权利要求1所述的非球面模造玻璃的制造方法，其特征在于：第一压力P3为300牛顿，第二压力P2为600牛顿，成形压力P3为800牛顿，P4为400牛顿。
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