专利名称：改变液态玻璃试样界面张力的方法和实施该方法的装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于改变液态玻璃试样的界面张力的方法以及用于实施该方法的装置。
背景技术：
目前生产的光学透镜，还有其它弯曲的玻璃件，在浇注过程之后经过多道工序磨削，并由此具有所要求的曲率半径。采用单个磨削-和抛光工序由于花费时间长和机械制造技术较复杂，造成很高的生产成本。
US-A-3 535 100公开了一种此类型的方法。其中描述了一种方法，用于改变液态玻璃试样的形状，其中，将玻璃试样置于一导电的底座上，并通过可与玻璃试样连接的接触部位，将电压施加到玻璃试样上。
在这种情况下导电底座本身是导电的液体。因玻璃试样内部电流引起的界面张力的变化使玻璃试样的形状发生改变。然而，在造型和光洁度方面需要满足很高要求的光学玻璃中，使用这种方法会出现问题。此方面的原因在于，玻璃试样中所含离子、特别是碱离子随着时间的进展而具有非均质特性，因为玻璃试样随着时间进程而冷却。
发明内容
在这一背景下，本发明的任务是这样进一步改进这种方法，从而解决所提到的问题。
另一部分任务在于提供一种用于实施该方法的装置。
该任务依据本发明采用这样的方法得以实现，其中，将所要加工的玻璃试样在导电底座上加热。由此，在施加电压期间，玻璃试样的温度可以保持不变。
此外，液态下玻璃的界面张力也受其化学成分的影响，例如，降低碱离子或者碱土离子的含量会导致界面张力的提高。
通过施加电压，活动的离子，例如像碱离子Na+从玻璃试样的界面移动到内部。在正极性侧上，它们从界面上减少并在负极性侧上增加，这产生界面效应。此时，接触面的正极性导致界面张力提高、浸润角增大并因此浸润降低。
借助该新方法，造型时可以对某些形状部位的充填进行控制。这一点不但在微观意义上适用于造型材料的微观结构和可渗透性，而且在宏观意义上也适用于例如造形中角的充填。
由于有目的地减少浸润，所以待变形的流体状玻璃试样的表面变得平滑，因而造型工具的粗糙度或者局部破坏并没有在玻璃件的整个深度上形成。此外，可以将加入造型工具中的结构更为精确地在所要成型的液态玻璃试样上形成。这一点在不施加电压情况下，必要时只有在玻璃试样的较高温度时才能进行，因为无论是粘度和表面张力都会下降。然而，随着玻璃试样温度的上升，粘附倾向的危险也在增长。此外，通过该方法，减少挥发性玻璃成分的挥发并由此减少对工具的污染。
部分任务利用一装置得以解决，该装置具有一个导电底座和一个可与液态玻璃试样连接的接触部位，用于施加电压。因此，来自于电源的电流，通过可连接的接触部位，经过液态玻璃试样传到同样与该电源连接的导电底座上。
具有优点的是，该接触部位包括一导线。
在一特殊的结构中，导电底座设计为用于玻璃试样的加热。
最好电压为直流电压，它可以处于0.1和100V之间。
然而也可以选择使用带有0.1至100V直流电压成分的不对称的交流电压。
借助下面的八个附图详细介绍本发明。其中图1a示出固态玻璃试样和导电底座的侧视图；图1b示出液态玻璃试样和导电底座的侧视图；图2a示出依据图1b带有施加电压前导电接触部位的视图；图2b示出依据图2a施加电压后的视图；图3示出在一未施加电压的造型工具上的一个玻璃试样；图4在一造型工具上的一个玻璃试样，示出其中造型工具在底座上施加负电位并在接触部位上施加正电位；图5在一造型工具上的一个玻璃试样，示出其中造型工具在底座上施加正电位并在接触部位上施加负电位；图6示出在一底座上的一个液态玻璃试样示意图，其中底座带有示出的浸润角；
图7示出处于带有左浸润角和右浸润角的接触部位和底座之间的液态玻璃试样；图8示出在电压随时间变化时，浸润角的变化过程。
图1a示出一个固态玻璃试样1，将其在一导电底座2上加热。另一种可行性在于，根据图1b，经加热呈液态的玻璃试样1置放到导电底座2上。
在图2a和2b中，液态玻璃试样1分别处于导电底座2上，在其自由表面11上通过接触部位3与导线4实现电连接。图2a中未施加电压的玻璃试样1具有基本上球形的形状，而在施加电压后，由于玻璃晶格中活动离子的移动，界面张力发生变化并由此产生与图2b相应的外形。
图3示出结构化造型表面7上的玻璃试样1，尖端8以平均深度进入其中。玻璃试样1中未施加电压。
与图3不同的是，图4中的结构化造型表面7设计为导电底座2，并通过电线9与电源10连接。在图4示出的设置中，导电底座2用负极6加压。在自由表面11上，在接触部位3上的导线4作用于玻璃试样1上。该导线用正极5加压。由于界面张力的变化，在结构化造型表面7上设计的尖端8比未施加电压时更深地渗入到平放的玻璃试样1中。
图5同样示出在结构化造型表面7上的一个玻璃试样1，其中自由表面11在接触部位3上与导线4电连接。在图5中，通过接触部位3与负极6相连和通过导电底座2与正极5相连，给玻璃试样1施加电压。其结果是，玻璃试样1与图3和图4中示出的布置方式相比，几乎没有陷入结构化造型表面7中，从而边几乎没有形成玻璃试样1中的结构。
下面，借助图6对处于导电底座2上的一个液态玻璃试样1出现的三个相界固态/液态/气态的界面张力进行矢量说明。在这里，从坐标原点12出发，从液态玻璃试样1向外并平行于导电底座2产生由两个相界固态/气态而形成的界面张力σsg。在相反方向上，由两个相界固态/液态产生的反向的界面张力σsl和从坐标原点12与自由表面11相切的、由界面液态/气态产生的张力σlg。在这里，界面张力σsl与界面张力σlg形成一接触角θ，其量可以通过Young公式计算σsg＝σsl+σlg*cosθ图7示出处于一个导电底座2上的一个液态玻璃试样1，取代导线4用上板13与玻璃试样1相接触。在这里，接触部位3包括一个较大的平面区域。在图7的示意图中示出了与自由表面11相切的液态玻璃试样1三个相界固态/液态/气态的左侧或右侧上的界面张力σlgl和σlgr，此外还示出了所属的浸润角θl，θr。
根据这样的试验装置，试验结果由图8相应的曲线图给出。在曲线图中，横座标为时间，两个坐标上为浸润角θl，θr和上板13的施加电压。
试验开始时，所施加的电压先为0V，浸润角θl，θr在80°和90°之间。接着，上板13上的电压变为-1V，保持约400秒。在此期间，两个浸润角θl，θr增大15°或10°。
接着，将电压重新调为0V，并断开约400秒。浸润角θl，θr在此期间保持在此前它所接受的水平上。
随着在上板上施加+1V的电压，两个浸润角θl，θr下降，其中，此前直线上升的浸润角θl也很快下降。在上板4上施加的+1V电压水平500秒后，电压重新断开约600秒。在此期间，浸润角θl，θr保持在近似不变的水平，以便然后在上板13上施加-1V的电压时，重新以相同的程度上升。
参考符号表1 玻璃试样2 导电底座3 接触部位4 导线5 正极6 负极7 结构化的造形表面8 尖端9 电线10 电源11 自由表面12 坐标原点13 上板σsg界面张力 固态/气态σsl界面张力 固态/液态σlg界面张力 液态/气态σlgl界面张力 液态/气态/左侧σlgr界面张力 液态/气态/右侧θ 浸润角θl浸润角 左侧θr浸润角 右侧
权利要求
1.用于改变一个液态玻璃试样(1)的界面张力的方法，其中，将液态玻璃试样(1)置于导电底座(2)上，通过可与玻璃试样(1)连接的接触部位(3)向玻璃试样(1)施加电压，其特征在于，所要加工的玻璃试样(1)在导电底座(2)上加热。
2.用于实施依据权利要求1所述的方法的装置，其特征在于，一个导电底座(2)和一个可与液态玻璃试样(1)连接的接触部位(3)用于施加电压，其中，导电底座(2)设计为用于将玻璃试样(1)加热。
3.按权利要求2所述的装置，其中，接触部位(3)包括一根导线(4)。
4.按权利要求2或3所述的装置，其中，电压为直流电压。
5.按权利要求4所述的装置，其中，直流电压处于0.1和100V之间。
6.按权利要求2或3所述的装置，其中电压为带有0.1至100V直流电压成分的不对称的交流电压。
全文摘要
涉及一种用于改变一个液态玻璃试样(1)的界面张力的方法以及实施该方法的装置。在制造光学透镜和其它弯曲的玻璃件时，经过多道磨削－和抛光工序达到所要求的曲率。由于花费时间长和机械制造技术较复杂，造成很高的生产成本。因此，本发明的任务在于提供一方法，减少玻璃试样(1)造型中的用工量。此外，提出一种实施该方法的装置。该任务依据本发明采用一种方法得以解决，其中，将液态玻璃试样(1)置于导电底座(2)上，并通过可与玻璃试样(1)连接的一个接触部位(3)向玻璃试样(1)中施加电压。适于实施该方法的装置具有一个导电底座(2)和一个可与液态玻璃试样(1)连接的接触部位(3)，用于施加电压。
文档编号C03B19/02GK1438191SQ03120698
公开日2003年8月27日 申请日期2003年1月25日 优先权日2002年1月25日
发明者U·施特尔, O·克劳森, R·－D·维尔纳 申请人:肖特玻璃制造厂