线性水晶玻璃的制作方法与流程

本发明涉及一种特种玻璃的制作方法，特别是是具有单轴透光性的水晶玻璃的制作方法。

本方法也可以用合成水晶或熔炼水晶为制作材料得到相同光学性能的产品

背景技术：

现有的玻璃制品，其各方面的透光性是趋于一致的，简单而言，制作一个正立方体，则3个轴向的透光性具有一致性。

而天然水晶，又称石英，其成分与人工玻璃近似，但由于其生成环境的特殊性，会呈现出某一面透光性强而其他面透光性弱的不规则透光特征，非常适宜作为艺术品加工。在工业生产上也有所需求，例如用于高档的仪表面板等场合。但由于天然水晶在天然生成环境的复杂性及不稳定性，天然水晶的形状和透光性是不规律，虽然作为个体艺术创作时，这种个性化可以增加产品的艺术感，但难以应用到大规模工业生产中。

而人工合成水晶，成品虽然在外观规格及透光性表现上比天然水晶更具规律性，但依然是难以控制以及大规模复制的，且合成水晶与天然水晶一样具有成本高，产量少的劣势，这也限制了该类材料在工业化生产中的应用。

而通称的“水晶玻璃”，是指其成分与天然水晶相接近的特别成分玻璃，具有水晶的高透光性，然而并没有水晶的透光差异性，因此，只能作为高质量玻璃使用，并不能代替天然水晶或合成水晶的功用。

另外，一种名为“光控膜”的塑料合成产品，由于同样具有单面透光性，作为水晶的低价替代品，在注重保护隐私的电子行业得到广泛的应用，该产品在薄膜中夹以垂直的不透光材料来模拟出单面透光性。但该产品有如下缺陷：一为透光性差，同等厚度下仅为水晶产品的一半左右，因此也影响到最终产品的整体表现，只能应用于低端廉价产品；二是厚度一般在1毫米以下，无法应用于要求较厚材质的场合；三是本身是柔软材质，必须依附于其他材料定型，且无法对后方产品起保护作用。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是：提供一种新型玻璃材料的制作方法，使其具有类似水晶的单面高透光性，可以应用于注重于保护用户隐私的电子显示产品上，也可作为艺术水晶制品的代替材料。

本发明的线性水晶玻璃，其制作是：将SiO2为主要成分的玻璃原材料通过高温加热源加热到熔融状态，以人工或机器拉出玻璃丝；

在这个过程中，在外拉力以及材料分子的表面张力作用下，材料分子的排列会趋向规律性，冷却后的玻璃丝，其材料分子会呈现较规则的晶体排列。

将拉出的玻璃丝水平整齐排列放置于略大于成品规格截面的长条状耐热容器中，堆积为玻璃丝束；直至耐热容器装满；

对于圆形等其他成型形状，可以用耐高温橡皮筋或金属丝作为捆绑带将玻璃丝捆绑为玻璃丝束。

由于玻璃丝之间有缝隙，在后期加热融合的过程中，其毛体积会缩小，因此玻璃丝束截面应略大于最终产品规格。

将装满玻璃丝的耐热容器放于加热室内，加温至熔融状态，使玻璃丝之间相互融合，而后冷却而得到条状的线性水晶玻璃的原形料。

在该过程中，玻璃丝的外层相互融合，破坏了材料分子的规则晶体排列，而产生混乱排列的状态，而玻璃丝中心的材料分子的晶体排列状态依然保持不变。因此，从原形料的截面观察，原形料呈现为无数条结晶玻璃丝被外围混乱排列状态的玻璃膜包裹的状态。

该状态下，原形料的光学特征类似于相同走向的光纤束，在沿玻璃丝走向的轴面得到高透光线性成像的光学特征，在其他面则具有低透光性和散光性。

所述的熔融状态的玻璃温度为500-1300摄氏度。

为了使拉出的玻璃丝具有结晶性，对熔融状态的玻璃温度有一定需求。经试验证明，在玻璃初始熔融软化温度再提高100度左右，所得到的玻璃丝结晶性最佳，且大小匀称，容易控制拉丝长度。而随着温度的升高，玻璃丝结晶性反而下降，且拉丝过程中容易因玻璃丝过于软化而断开或导致首尾大小不均。

由于不同成分的玻璃其初始软化温度均不同，例如普通玻璃为500-600摄氏度，而石英玻璃为1000摄氏度以上，最高可至1200摄氏度。因此，实际生产中应结合所采用玻璃原材料确定具体工作温度。

用于加热玻璃原材料的热源可以是喷枪或坩埚或其他热源，以玻璃棒做为玻璃原材料为佳。

所述玻璃丝的直径为0.01mm至0.05mm。

所述玻璃丝的拉丝长度为50-120厘米。拉出的玻璃丝要足够纤细，才能体现出规则结晶性，但过于细小，会增加加工难度，且在后期融合的时候，难以保持玻璃丝中心的规则结晶性。该规格尺寸下，所得原形料的光学性能为佳。

将线性水晶玻璃的原形料沿玻璃丝轴向截面切割成所需的厚度，得到线性水晶玻璃切片。

将线性水晶玻璃切片切割和打磨成所需的形状，得到线性水晶玻璃的成品，并安装于最终产品上。

对于要求弧面的成品，将线性水晶玻璃切片加热至熔融状态，并弯曲至所需的弧度，冷却后再进行切割和打磨。

由于本产品具有线性光学成像特征，如直接应用于弧形物体表面，会出现边缘无法成像的现象，因此，在切割打磨前，预先予以加热弯曲。

线性水晶玻璃的原形料用高温加热源，加热局部至熔融，可以弯曲成所需要的形状，或将多份原形料融接，而后进行艺术加工得到成品。

作为本制作方法的原材料，可以是普通玻璃、彩色玻璃、特种玻璃等，也可以是成分相同的天然水晶或人工合成水晶，或者是以上材料回收品的二次运用，以达到环保节约的目的。

本发明提供了一种线性水晶玻璃的制作方法，可作为天然水晶及合成水晶的替代品，用于装饰品上，也可作为高档电子产品的面板，具有保护用户隐私的功能。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式，对本发明方法及产品做进一步说明。

图1及图2为本发明制作方法中的拉丝步骤示意图。

图3为玻璃丝收集为玻璃丝束的示意图。

图4为玻璃丝收集为玻璃丝束的第二种方法示意图。

图5为玻璃丝束融合后的原形料截面示意图。

图6为图5原形料的立体光学特征示意图。

图7为图5原形料的纵截面光学特征示意图。

图8为图5原形料切片后所得线性水晶玻璃切片的纵截面光学特征示意图。

图中玻璃棒1；玻璃熔融端2；加热源3；尖钳4；玻璃丝5；玻璃丝束6；耐热容器7；捆绑带8；线性水晶玻璃原形料9；

结晶玻璃丝501；玻璃膜502；线性水晶玻璃切片901。

具体实施方式

玻璃由固体转变为液体是一定温度区域(即软化温度范围)内进行的，它与结晶物质不同，没有固定的熔点。玻璃的软化温度也称熔融温度，不同成分的玻璃初始熔融温度不同，约为500-1200摄氏度，该温度下的玻璃状态一般称为熔融状态，各种玻璃艺术品的制作，均在该状态下加工完成。而玻璃的液相线温度也即完全融化温度，要远高于熔融温度，一般在1500至1700摄氏度之间。

如图1-2所示，将玻璃棒1的一端靠近加热源3，待该端出现熔融状态，形成玻璃熔融端2，利用尖钳4从玻璃熔融端2的熔融玻璃拉出玻璃丝5。

由于玻璃材料的初始熔融温度差别相当大，在500-1200摄氏度之间，而加热源3的温度应该高于所用玻璃棒1的初始熔融温度，一般高于200-500摄氏度。

在拉丝过程中，初始阶段可以通过遥感测温工具测试玻璃熔融端2的温度，使其比初始熔融温度略高100摄氏度，待工人熟练后，可以通过观察颜色的变化和熔融程度来帮助确定合适的温度。

所拉出的玻璃丝5，直径为0.01mm至0.05mm。玻璃丝5的直径与玻璃棒1的材料成分、熔融温度、尖钳4的尖头大小及拉丝长度均有关系，在材料成分、熔融温度、尖钳4的尖头大小均固定的情况下，单次拉取长度越长，其玻璃丝直径越小。

以上的拉丝步骤也可以利用机器完成，只要所得玻璃丝符合规格要求即可。

如图3所示，将图1-2拉丝步骤得到的玻璃丝5，平行排列堆积在长条状的耐热容器7，形成玻璃丝束6。

实际生产中所拉出的玻璃丝，由于首端、尾端大小会有变化，因此，图中的玻璃丝5，是去掉首尾的中间段。

如图4所示，对于不确定形状的玻璃丝束，也可以采用捆绑带8捆绑玻璃丝束6的各部分，在此状态下，玻璃丝束6是可以弯曲的，

将玻璃丝束6放置于加热室内加热，加温至熔融状态，使玻璃丝之间相互融合，而后冷却而得到条状的线性水晶玻璃的原形料。该过程要控制好熔融温度和观察玻璃丝束6的熔融程度，待玻璃丝完全融合时，即可取出降温，加温过久会破坏玻璃丝5中心的结晶性。

实际生产中，耐热容器7可以是弯曲的，此时如图5所示捆绑玻璃丝束6后，弯曲放置到异形耐热容器7中，加热后可得到特殊形状的原形料。

图5显示了前述步骤制作成的线性水晶玻璃的原形料9的横截面特征，规则排列的结晶玻璃丝501是原来玻璃丝5的中心部分，而原来玻璃丝5的边缘相互融合，形成玻璃膜502包裹着结晶玻璃丝501，玻璃膜502的玻璃分子因为相互融合而破坏了原有的结晶状态。

图5所示的结构，仅为原形料9的放大横截面特征示意图，其所示结晶玻璃丝501与玻璃膜502的分隔结构，并非物理存在的分隔，结晶玻璃丝501与玻璃膜502的构成均为玻璃分子，不存在成分差别，仅是分子排列特征而导致的光学差异，也不存在明显的分隔和形状，而是逐渐变化的。此外玻璃膜502处于混乱排列的玻璃分子厚度实际仅为数十分子的大小，远小于图示的比例。

由于本发明制作步骤得到的原形料9，其大部分构成结构具有结晶化分子特征，因此，在强度、硬度和耐温差性上优于原有玻璃材料，更接近天然水晶的指标。

如图6所示的线性水晶玻璃的原形料9的光学特征，在与原玻璃丝束相同的A-A走向，由于结晶玻璃丝501的存在及玻璃分子的结晶性，光线可以直接通过，且光通透率高于原始的玻璃材质。

而在另外两维的B-B与C-C方向，由于光线需要穿透多层透光性较差的玻璃膜502，且该方向上呈现柱状的结晶玻璃丝501对光线的扭曲干扰影响，光线难以通过被衰减，并出现虚化现象。

因此，线性水晶玻璃的原形料9的光学特性类似于天然水晶，呈现一维正光性或称线性透光性。

图7从另一个角度展示了线性水晶玻璃的原形料9的光学特征，如图所见，A-A方向的光线可以直接透过原形料9，而B-B方向被多层玻璃膜502衰减后，光线则出现衰减和虚化现象。尤其特别的是，B-B方向的光线会被折射入结晶玻璃丝501内部，而后沿结晶玻璃丝501走向射出，形成如B-B1走向的折射光线。因此，在理想光源环境下，沿结晶玻璃丝501走向的光线会得到增强，出现亮度大于环境亮度的聚光现象。

这一特征也与天然水晶近似，因此，本产品可代替天然水晶作为艺术加工的原材料。

如图8所示，经过切片工序后得到的线性水晶玻璃切片901，与中轴A-A平行的的射入光线可以得到良好的通过率。但随着光线射入角度增大，在一个狭小角度后，会因玻璃膜502结构的存在而出现衰减和虚化现象，因此，线性水晶玻璃切片901产品具有狭小的可观察角度∠A-A-A1。该可观察角度与线性水晶玻璃切片901的厚度及玻璃丝5的直径有关，随厚度增大或玻璃丝5的直径变小而减少。

以实际成品测试，当采用0.02mm的玻璃丝及2mm的切片厚度，其清晰的可观察角度约为15°。超过该角度后，在∠A1-A-A2范围，光像会出现扭曲，呈现见光不见像的虚化特征。超过30°后，光线几乎完全被衰减。该光学特征优于现有光控膜产品。所以可以制作成光控屏，代替现有光控膜应用于注重隐私保护的电子仪器产品上，且比现有由塑料制成的光控膜产品耐磨、耐酸碱、耐温差，具有更佳的保护作用以及优良的外观表现。

本产品的切割打磨工序，与一般玻璃制品无异，不再详述。