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2014-12-23 13:20

光學(xué)玻璃壓型制造原理

光學(xué)零件毛坯的壓型工藝直接與光學(xué)玻璃熔煉技術(shù)和光學(xué)加工工藝有關(guān)。因此考慮問(wèn)題時(shí)必須把它們當(dāng)做一個(gè)系統(tǒng)總體考慮才對(duì)。

光學(xué)玻璃發(fā)展以來(lái)，玻璃零件毛坯(透鏡、棱鏡)生產(chǎn)一般是將熔制好的玻璃毛坯料，再加熱軟化，裝入金屬模具內(nèi)加壓成大致的外形之后，再通過(guò)粗磨、細(xì)磨、拋光而制造出來(lái)。這種方法國(guó)外在70年代出現(xiàn)光學(xué)玻璃連續(xù)熔煉技術(shù)以后已下降做為輔助方法。

從70年代開(kāi)始，光學(xué)玻璃發(fā)達(dá)的日本主要工廠在光學(xué)玻璃生產(chǎn)中已采用最先進(jìn)的生產(chǎn)工藝…三直生產(chǎn)工藝(三D)，即直接通電熔化、直接壓型、直接精密退火，其中直接成型即連續(xù)熔煉或單坩堝漏料的滴料成型方法，國(guó)外又習(xí)慣稱“一次壓型”。這種先進(jìn)的壓型工藝是將玻璃液直接壓制成光學(xué)毛坯，這樣大大簡(jiǎn)化過(guò)去二次壓型的生產(chǎn)工藝，節(jié)省人力、設(shè)備、降低能耗、提高原材料利用率。日本的保谷公司光學(xué)玻璃三直生產(chǎn)線，把用粘土坩堝爐古典方法需要170日、用鉑金坩堝澆注方法需要34日的生產(chǎn)周期縮短到了3日的生產(chǎn)周期。成品率從古典法最高的40％的水平提高到90％以上的水平。

光學(xué)玻璃壓型也叫做無(wú)研磨壓型，是指壓型制得的光學(xué)元件不需要研磨、拋光、磨邊、對(duì)中心等光學(xué)加工，直接裝配到光學(xué)儀器上去。這種光學(xué)玻璃壓型件對(duì)表面光潔度和尺寸精度要求相當(dāng)?shù)母撸ǔＲ怨鈱W(xué)塊規(guī)對(duì)光學(xué)元件的表面光潔度和尺寸精度進(jìn)行測(cè)量，以產(chǎn)生的干涉條紋數(shù)衡量其質(zhì)量，對(duì)用于照相機(jī)系統(tǒng)的透鏡來(lái)講通常要求通過(guò)透鏡半徑的牛頓環(huán)數(shù)應(yīng)少于6個(gè)，通過(guò)兩個(gè)互相垂直半徑的牛頓環(huán)數(shù)的差要少于3個(gè)，兩種牛頓環(huán)的個(gè)數(shù)越少，則鏡頭的質(zhì)量越高。

精密壓型法是把加熱軟化了的玻璃放到用惰性氣體(如氮?dú)?保護(hù)的模具中去，這種模具的內(nèi)表面要有高的表面光潔度和高的尺寸精度；附著于內(nèi)表面的材料要有高的硬度，好的抗氧化性能，好的熱傳導(dǎo)性，在高溫下不與玻璃發(fā)生粘結(jié)，有好的沖擊強(qiáng)度和抗析強(qiáng)度，不透過(guò)氣體，水蒸汽及液體。滿足上述要求的材料有玻璃碳、碳化硅和氮化硅。但玻璃碳比起后兩者組織松散易氧化，易擦傷，彈性模量小。抗沖擊和抗析強(qiáng)度小，熱傳導(dǎo)性能差。從國(guó)外專利報(bào)導(dǎo)來(lái)看70年代初期成型模內(nèi)表面采用了玻璃碳，而70年代中期發(fā)表的專利則改用碳化硅或氮化硅了。把這兩種材料附著于模具內(nèi)表面的方法有(1)熱壓，(2)離子濺襯法，(3)氣相沉積法。其固著層的厚度至少為lOptm。這種模具的結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，玻璃壓型完了之后，不能立即脫模，需使玻璃溫度降到轉(zhuǎn)變溫度以下再脫模。精密壓型可以壓制球面、非球面及其它復(fù)雜形狀的光學(xué)零件，壓型效率高，壓型質(zhì)量好。80年代中期在光學(xué)玻璃生產(chǎn)中采用模壓一次成型加工二玻璃精密透鏡的面型精度達(dá)Y/10，厚度和直徑公差達(dá)10UM，楔角小于10－3毫弧度，雙折射每CM小于Y/10，折射率均勻性達(dá)10－6，精密透鏡一次精密壓型在日本、德國(guó)等國(guó)家已經(jīng)采用。