专利名称：用于低粘度光学玻璃的漏料成型装置及成型方法
技术领域：
本发明属于光学玻璃漏料成型技术领域，具体涉及一种用于低粘度光学玻璃棒料的漏料成型装置及成型方法。
背景技术：
随着市场的竞争越来越激烈和工艺技术的不断发展，从板料、二次型件、一次型件到棒料、滴型料，对光学玻璃毛料的要求越来越高。目前的光学玻璃成型方式主要有板料、滴型料和棒料。板料成型已经非常落后，其材料利用率很低，需要的加工工序多，但是其材料的通用性较强，所以目前还是主要的光学玻璃成型方式。滴型料非常适用于非球面精密模压，但是滴型料也有很大的局限性，例如，对于球面半径过小的部分光学部件和平面滤光片等，不适合采用滴型料进行精密模压来制作。然而，采用光学玻璃棒料来制作球面半径过小的部分光学部件和平面滤光片等更为方便，更节省材料，成本更低。通常采用漏料成型装置来制造光学玻璃棒料。传统的漏料成型方式采用开放式的模具，即，模具开口向外界大气敞开，从玻璃熔炼炉出料口流出的高温玻璃液经由模具开口流入模具中，最后通过拉制牵引机从模具出口拉制出玻璃棒料。传统的漏料成型方式存在如下不足:由于采用的模具为开放式的，所以玻璃液中的易挥发成分能够通过模具开口从玻璃液中挥发出去。尽管如此，传统的漏料成型方式能够胜任高粘度玻璃液的成型。对于高粘度的玻璃液而言，因为玻璃液的粘度高，玻璃液在这种开口型模具中流动缓慢，不会出现玻璃液的翻滚现象，因此，上述不足只会导致易挥发组分物质在玻璃产品中的比率减小，不会导致最终的玻璃产品出现影响产品光学特性的结构缺陷。然而，传统的漏料成型方式对于高价值的镧系玻璃棒料的成型还存在如下技术问题。因为镧系玻璃的玻璃液粘度低，玻璃液的流动性强，所以，在利用传统的成型方式对镧系玻璃成型的过程中，玻璃液容易出现翻滚现象。这样，易挥发性组分在玻璃液表面挥发，与此同时，模具中的玻璃液整体出现较大的翻滚；由于挥发，易挥发性组分在玻璃液表面处的浓度比玻璃液表面下方的浓度低，同时，表面处的玻璃液随着玻璃液的翻滚进入表面下方，最终导致易挥发性组分的浓度在产品中不均匀，在某些位置处浓度较低，在其他位置处浓度较高。易挥发性组分在最终玻璃棒料中的浓度不均匀，意味着玻璃棒料的诸如折射率等光学性质不均匀，导致在玻璃棒料内部易挥发性组分浓度较低的位置处出现所谓的“条纹”缺陷。
发明内容
_6] 发明要解决的问题
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为此，本发明的目的是解决现有技术中存在的低粘度光学玻璃棒料的成型问题，提供一种用于低粘度光学玻璃的漏料成型装置及成型方法，利用该成型装置及成型方法获得的玻璃棒料不会出现诸如“条纹”等结构缺陷。
用于解决问题的方案本发明通过如下技术方案来实现上述目的。本发明提供一种用于低粘度光学玻璃的漏料成型装置，所述漏料成型装置包括:漏料管，所述漏料管的上端与玻璃熔炼炉的出料口连接；冷却缓冲腔体，所述冷却缓冲腔体设置有腔体入口和腔体出口，所述腔体入口与所述漏料管的下端连接；拉制成型管，所述拉制成型管的上端与所述腔体出口连接，所述漏料成型装置的特征在于，所述冷却缓冲腔体在靠近所述漏料管一侧的腔壁开设有压力调节孔，所述压力调节孔与压力调节管的一端连接；除了所述腔体入口、所述腔体出口和所述压力调节孔之外，所述冷却缓冲腔体为封闭的结构；所述压力调节管的导通与截止受到控制系统控制，在所述压力调节管处于导通状态时，在所述控制系统控制下而经由所述压力调节管对所述冷却缓冲腔体进行抽气或充气。众所周知，在液体和气 体的交界面不断地发生着从气体到液体的转换和从液体到气体的转换，温度越高转换越快，粘度越小转换越快。然而，究竟是从气体到液体的转换快还是从液体到气体的转换快，由挥发物的蒸汽压决定。如果挥发物的蒸汽处于过饱和状态，则挥发物倾向于从气体到液体的转换；反之，如果挥发物的蒸汽压处于未饱和状态，则挥发物倾向于从液体到气体的转换。由于传统的漏料成型装置采用开放式的模具，所以玻璃液表面总是与外界大气连通，玻璃液表面上方的蒸汽压总是处于未饱和状态，随着从玻璃熔炼炉出料口流出的新鲜的玻璃液不断地被注入模具，玻璃液中的易挥发组分源源不断地从液体转换成气体而挥发到外界大气中。当传统的漏料成型装置用于低粘度光学玻璃的成型时，这种从液体到气体的转换更快。由于低粘度的玻璃液容易出现翻滚现象，所以利用传统的漏料成型装置获得的玻璃棒料容易出现诸如“条纹”等结构缺陷。根据本发明的漏料成型装置，除了腔体入口、腔体出口和压力调节孔之外，冷却缓冲腔体为封闭的结构。这样，当玻璃液从腔体入口进入冷却缓冲腔体的降温过程是在封闭的环境中完成的。在这个封闭的环境中，易挥发组分的蒸汽从不饱和状态迅速转变为饱和状态。同时，由于处于封闭的环境中，所以该饱和状态将一直维持下去，从而抑制玻璃液中易挥发组分的继续挥发。这样，由于停止了挥发，所以玻璃液中的易挥发组分的浓度变得均匀。在这种状态下，即使玻璃液发生翻滚现象，即使表面处的玻璃液随着玻璃液的翻滚进入表面下方，易挥发性组分在最终的玻璃棒料中的浓度也是均匀的，所以不会出现诸如“条纹”等结构缺陷。此外，根据本发明的漏料成型装置，能够通过压力调节管对冷却缓冲腔体进行抽气或充气，从而能够使冷却缓冲腔体内部维持预定的饱和蒸汽压，使得玻璃棒料的成型能够顺利平顺地进行下去。所述冷却缓冲腔体的腔壁和/或所述漏料管和/或所述拉制成型管设置有温度调节部件。
通过设置温度调节部件，能够调节冷却缓冲腔体的腔壁和/或漏料管和/或拉制成型管的温度。例如,冷却缓冲腔体中的玻璃液的温度由冷却缓冲腔体的温度决定。这样，利用设置于冷却缓冲腔体的腔壁的温度调节部件，能够使高温的玻璃液越过玻璃液的析晶区快速降温，从而抑制析晶的产生。同时，随着玻璃液的降温，能够提高玻璃液的粘度，使降温后的玻璃液各易成型。所述漏料成型装置由电热材料制成，所述冷却缓冲腔体的腔壁和/或所述漏料管和/或所述拉制成型管设置有加热电极，流经相应的加热电极的电流大小由所述控制系统控制。这样，当电流在相应的加热电极之间流过电热材料时，能够对漏料成型装置的相应的部分进行加热。通过设置加热电极，方便了对温度调节部件的控制。所述电热材料为钼金材料、黄金材料、铱金材料或者钼金与黄金的共熔体。由于钼金材料、黄金材料、铱金材料或者钼金与黄金的共熔体具有良好的电热性能够同时具有稳定的化学性质，所以，利用钼金材料、黄金材料、铱金材料或者钼金与黄金的共熔体制造漏料成型装置，即能够保证漏料成型装置具有良好的电热性能，又能够保证设备在运行过程中不发生腐蚀。其中，由于钼金材料具有耐高温、抗侵蚀性好和较低的价格，所以广泛采用钼金材料制造漏料成型装置。对所述冷却缓冲腔体进行充气时，所述压力调节管的与所述压力调节孔相反的一端被连接至惰性气体源，通过经由所述压力调节管向所述冷却缓冲腔体充入惰性气体。通过压力调节管向冷却缓冲腔体充入惰性气体，提高了玻璃液在冷却缓冲腔体内的化学稳定性。所述冷却缓冲腔体的靠近所述拉制成型管一侧的部分具有倒置的圆锥体形状。通过将冷却缓冲腔体的靠近拉制成型管一侧的部分设置成倒置的圆锥体形状，保证了玻璃液容易向拉制成型管流动，使得冷却缓冲腔体内无玻璃液的残留。本发明还提供一种漏料成型方法，其采用上述漏料成型装置对低粘度光学玻璃进行漏料成型，所述漏料成型方法包括如下步骤:
通过经由所述压力调节管对所述冷却缓冲腔体进行抽气或充气，使得所述冷却缓冲腔体内部维持预定的正压力，该预定的正压力小于所述腔体入口上方的玻璃液的势差压力，同时该预定的正压力能够将所述冷却缓冲腔体内的玻璃液从所述拉制成型管挤出。预定的正压力小于腔体入口上方的玻璃液的势差压力，保证了从玻璃熔炼炉流出的高温玻璃液能够进入冷却缓冲腔体内。同时预定的正压力能够将冷却缓冲腔体内的玻璃液从拉制成型管挤出，保证了玻璃棒料的成型能够顺利平顺地进行下去。上述漏料成型方法还包括如下步骤:通过温度调节部件对所述冷却缓冲腔体的腔壁和/或所述漏料管和/或所述拉制成型管进行温度调节，使得位于所述腔体入口上方的玻璃液的温度高于玻璃析晶温度，进入所述冷却缓冲腔体内的玻璃液快速下降至玻璃析晶温度以下。位于所述腔体入口上方的玻璃液的温度高于玻璃析晶温度，进入所述冷却缓冲腔体内的玻璃液快速下降至玻璃析晶温度以下，使高温的玻璃液顺利越过玻璃液的析晶区而快速降温，能够抑制析晶的产生，提高了最终的玻璃棒料的质量。
为了更好地理解本发明，下面将参照附图对本发明的优选实施方式进行说明。图1是根据本发明的漏料成型装置的立体图。图2是根据本发明的漏料成型装置的俯视图。图3是沿着图2中的线II1-1II截取的剖视图。附图标记说明100漏料成型装置I漏料管2冷却缓冲腔体201腔体入口202腔体出口203压力调节孔3拉制成型管4压力调节管5,6,7加热电极
具体实施例方式下面将参照图1至图3说明根据本发明的漏料成型装置100的结构。如图1至图3所示，根据本发明的漏料成型装置100包括漏料管1、冷却缓冲腔体2和拉制成型管3。结合图1至图3能够看出，漏料管I位于最上方，漏料管I的上端与玻璃熔炼炉的出料口(图中未示出)连接，漏料管I的下端被连接到冷却缓冲腔体2。冷却缓冲腔体2设置有腔体入口 201和腔体出口 202，腔体入口 201与漏料管I的下端连接，腔体出口 202与拉制成型管3的上端连接。冷却缓冲腔体2的靠近拉制成型管3 —侧的部分具有倒置的圆锥体形状。拉制成型管3位于冷却缓冲腔体2的下方，拉制成型管3的下游设置有拉制牵引设备(图中未示出)，通过拉制牵弓I设备从拉制成型管拉制玻璃棒料。从图3可以清楚地看到，冷却缓冲腔体2在靠近漏料管I 一侧的腔壁开设有压力调节孔203，压力调节孔203与压力调节管4的一端连接。其中，压力调节管4的导通与截止受到控制系统(图中未示出)控制，在压力调节管4处于导通状态时，在控制系统控制下而经由压力调节管4对冷却缓冲腔体2进行抽气或充气。例如，可以利用三通阀(图中未示出)来控制压力调节管4的导通与截止，其中三通阀的一个通路被连通至惰性气体源。这样，在对冷却缓冲腔体2进行充气时，使得压力调节管4的与压力调节孔203相反的一端被连接至惰性气体源，能够通过压力调节管4向冷却缓冲腔体2充入惰性气体。如图3所示，除了腔体入口 201、腔体出口 202和压力调节孔203之外，冷却缓冲腔体2为封闭的结构。这种封闭的结构保证了，在冷却缓冲腔体2内，易挥发组分的蒸汽能够维持饱和状态，从而抑制玻璃液中易挥发组分的继续挥发。后面还将对此进行更加详细地说明。漏料成型装置100由作为电热材料的钼金材料制成。当然，漏料成型装置100也可以由钼金材料之外的其他电热材料制成，例如可以采用黄金材料 、铱金材料或者钼金与黄金的共熔体来制造漏料成型装置100。如图1至图3所示，在漏料管I的靠近腔体入口 201的部位、冷却缓冲腔体2的靠近腔体出口 202的腔壁处以及拉制成型管3的靠近下端的部位分别设置有加热电极5、加热电极6和加热电极7。这样,在加热电极5和设置于漏料管I上部的加热电极(未示出)之间通电时，能够对漏料管I进行加热，从而调节漏料管I的温度。在加热电极5和加热电极6之间通电时，能够对冷却缓冲腔体2进行加热，从而调节冷却缓冲腔体2的温度。在加热电极6和加热电极7之间通电时，能够对拉制成型管3进行加热，从而调节拉制成型管3的温度。其中，流经相应的加热电极的电流大小由控制系统控制。下面，将对根据本发明的漏料成型方法进行说明。在将上述漏料成型装置100用于低粘度光学玻璃的漏料成型时，首先要确保各部件之间的连接关系正确。成型过程刚开始时，压力调节管4处于截止状态。高温低粘度玻璃液从玻璃熔炼炉的出料口(图中未示出)流出，经由漏料管I流入冷却缓冲腔体2。高温玻璃液在冷却缓冲腔体2中快速冷却到低温大粘度状态，当玻璃液聚集到一定程度后会自动堵住拉制成型管3。此时，控制系统将压力调节管4的状态改变为导通状态，并使压力调节管4的与压力调节孔203相反的一端被连通至惰性气体源，从而通过压力调节管4向冷却缓冲腔体2充入惰性气体。当冷却缓冲腔体2内的压力达到预定的正压力时，控制系统将压力调节管4的状态重新改变为截止状态。其中，该预定的正压力小于所述腔体入口 201上方的玻璃液的势差压力，从而保证高温玻璃液能够从漏料管I进入冷却缓冲腔体2中；同时该预定的正压力能够将所述冷却缓冲腔体2内的玻璃液从所述拉制成型管3挤出。因此，该预定的正压力与熔炉到漏料管I出口的玻璃的压力差、玻璃液温度、粘度、拉制成型管3的口径等多种因素有关，在确定该预定的压力值时需要综合考虑上述各种因素，使得压力值与上述各种因素匹配。当然，如果冷却缓冲腔体2内的正压力值大于预定值，也可以由控制系统控制压力调节管4从冷却缓冲腔体2内抽气，直到冷却缓冲腔体2内的正压力值达到预定值为止。由于冷却缓冲腔体2中的正压力的作用，冷却缓冲腔体2中的玻璃液从拉制成型管3中挤出成型，挤出的玻璃处于大粘度状态，通过牵引设备牵引被匀速拉出。玻璃从拉制成型管3中挤出 后快速自然冷却和收缩，形成光滑均匀的玻璃棒料。与传统的漏料成型装置100采用开放式的模具相比，根据本发明的漏料成型装置100除了腔体入口 201、腔体出口 202和压力调节孔203之外，冷却缓冲腔体2为封闭的结构。这样，当玻璃液从腔体入口 201进入冷却缓冲腔体2的降温过程是在封闭的环境中完成的。在这个封闭的环境中，易挥发组分的蒸汽从不饱和状态迅速转变为饱和状态。同时，由于处于封闭的环境中，所以该饱和状态将一直维持下去，从而抑制玻璃液中易挥发组分的继续挥发。这样，由于停止了挥发，所以玻璃液中的易挥发组分的浓度变得均匀。在这种状态下，即使玻璃液发生翻滚现象，即使表面处的玻璃液随着玻璃液的翻滚进入表面下方，易挥发性组分在最终的玻璃棒料中的浓度也是均匀的，所以不会出现诸如“条纹”等结构缺陷。此外，根据本发明的漏料成型装置100，能够通过压力调节管4对冷却缓冲腔体2进行抽气或充气，从而能够使冷却缓冲腔体2内部维持预定的正压力，使得玻璃棒料的成型能够顺利平顺地进行下去。在上述成型过程中，冷却缓冲腔体2中的玻璃液温度由冷却缓冲腔体2的温度决定。因此，通过控制加热电极5和加热电极6之间的电流大小，能够控制冷却缓冲腔体2的温度，进而控制冷却缓冲腔体2中的玻璃液的温度。通过控制流经相应的加热电极的电流大小，能够使得位于所述腔体入口 201上方的玻璃液的温度高于玻璃析晶温度，进入所述冷却缓冲腔体2内的玻璃液快速下降至玻璃析晶温度以下。这样，能够使高温的玻璃液越过玻璃液的析晶区快速降温，从而能够在成型过程中抑制析晶的产生。同时，随着玻璃液的降温，能够提高玻璃液的粘度，使降温后的玻璃液容易成型。根据在成型过程中出现的不同的情况，可以采用不同的措施来调整根据本发明的漏料成型装置100。如果成型后的棒料尺寸不符合要求，可以通过改变牵引机牵引速度，或者小幅度改变冷却缓冲腔体2的温度来调整棒料尺寸。如果在成型过程中发现有“条纹”出现，可以对冷却缓冲腔体2缓慢充入惰性气体，适当提高冷却缓冲腔体2中的压力来抑制“条纹”的产生。如果在成型过程中发现有析晶产生，可以适当降低冷却缓冲腔体2的温度，以加快高温玻璃液的冷却速度，来抑制析晶的产生。以上只是对本发明的优选实施方式作了说明。在不偏离本发明的精神的情况下，可以对本发明进行各种变型。例如，可以根据实际的需要对加热电极的组合进行变型。例如，只设置加热电极5和加热电极6，这样就只能够调节冷却缓冲腔体2的温度。也可以根据需要对设置加热电极的位置进行变型。例如，可以将加热电极5的位置向下移动至冷却缓冲腔体2的中部。 在上述实施方式中，两个加热电极以及加热电极之间的电热材料构成了温度调节部件。当然，也可以在冷却缓冲腔体2的腔壁和/或漏料管I和/或拉制成型管3设置其他温度调节部件。例如，可以在冷却缓冲腔体2的腔壁和/或漏料管I和/或拉制成型管3的外周盘绕加热电阻丝，以调节相应的部件的温度。
此外，虽然在上述实施方式中只设置了一个压力调节孔203和一个压力调节管4。但是这不应看作对本发明的限制。例如，可以设置两个压力调节孔203，每个压力调节孔203均与一个压力调节管4的一端连接，其中一个压力调节孔203用于对冷却缓冲腔室抽气，而另一个压力调节孔203用于对冷却缓冲腔室充气。当然还可以设置更多的压力调节孔。
权利要求
1.一种用于低粘度光学玻璃的漏料成型装置(100)，其包括: 漏料管(1)，所述漏料管(I)的上端与玻璃熔炼炉的出料口连接； 冷却缓冲腔体(2)，所述冷却缓冲腔体(2)设置有腔体入口(201)和腔体出口(202)，所述腔体入口(201)与所述漏料管(I)的下端连接； 拉制成型管(3 )，所述拉制成型管(3 )的上端与所述腔体出口( 202 )连接， 所述漏料成型装置(100)的特征在于， 所述冷却缓冲腔体(2 )在靠近所述漏料管(I) 一侧的腔壁开设有压力调节孔(203 )，所述压力调节孔(203)与压力调节管(4)的一端连接； 除了所述腔体入口(201)、所述腔体出口(202)和所述压力调节孔(203)之外，所述冷却缓冲腔体(2)为封闭的结构； 所述压力调节管(4)的导通与截止受到控制系统控制，在所述压力调节管(4)处于导通状态时，在所述控制系统控制下而经由所述压力调节管(4)对所述冷却缓冲腔体(2)进行抽气或充气。
2.根据权利要求1所述的漏料成型装置(100)，其特征在于，所述冷却缓冲腔体(2)的腔壁和/或所述漏料管(I)和/或所述拉制成型管(3)设置有温度调节部件。
3.根据权利要求1或2所述的漏料成型装置(100)，其特征在于，所述漏料成型装置(100)由电热材料制成，所述冷却缓冲腔体(2)的腔壁和/或所述漏料管(I)和/或所述拉制成型管(3)设置有加热电极(5，6，7)，流经相应的加热电极(5，6，7)的电流大小由所述控制系统控制。
4.根据权利要求3所述的漏料成型装置(100)，其特征在于，所述电热材料为钼金材料、黄金材料、铱金材料或者钼金与黄金的共熔体。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的漏料成型装置(100)，其特征在于，对所述冷却缓冲腔体(2)进行充气时，所述压力调节管(4)的与所述压力调节孔(203)相反的一端被连接至惰性气体源，经由所述压力调节管(4)向所述冷却缓冲腔体(2)充入惰性气体。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的漏料成型装置(100)，其特征在于，所述冷却缓冲腔体(2)的靠近所述拉制成型管(3) —侧的部分具有倒置的圆锥体形状。
7.一种漏料成型方法，其采用根据权利要求1-6中的任一项所述的漏料成型装置(100)对低粘度光学玻璃进行漏料成型，所述漏料成型方法的特征在于，包括如下步骤: 经由所述压力调节管(4)对所述冷却缓冲腔体(2)进行抽气或充气，使得所述冷却缓冲腔体(2)内部维持预定的正压力，该预定的正压力小于所述腔体入口(201)上方的玻璃液的势差压力，同时该预定的正压力能够将所述冷却缓冲腔体(2)内的玻璃液从所述拉制成型管(3)挤出。
8.根据权利要求7所述的漏料成型方法，其特征在于，还包括如下步骤: 通过温度调节部件对所述冷却缓冲腔体(2)的腔壁和/或所述漏料管(I)和/或所述拉制成型管(3)进行温度调节，使得位 于所述腔体入口(201)上方的玻璃液的温度高于玻璃析晶温度，进入所述冷却缓冲腔体(2)内的玻璃液快速下降至玻璃析晶温度以下。
全文摘要
用于低粘度光学玻璃的漏料成型装置及成型方法。所述漏料成型装置(100)包括漏料管(1)、冷却缓冲腔体(2)和拉制成型管(3)，所述冷却缓冲腔体(2)在靠近所述漏料管(1)一侧的腔壁开设有压力调节孔(203)，所述压力调节孔(203)与压力调节管(4)的一端连接；除了所述腔体入口(201)、所述腔体出口(202)和所述压力调节孔(203)之外，所述冷却缓冲腔体(2)为封闭的结构；所述压力调节管(4)的导通与截止受到控制系统控制，在所述压力调节管(4)处于导通状态时，在所述控制系统控制下而经由所述压力调节管(4)对所述冷却缓冲腔体(2)进行抽气或充气。所述漏料成型方法采用上述漏料成型装置(100)对低粘度光学玻璃进行漏料成型。
文档编号C03B7/08GK103193375SQ20131009617
公开日2013年7月10日 申请日期2013年3月25日 优先权日2013年3月25日
发明者张小东, 张卫 申请人:湖北新华光信息材料有限公司