带玻璃透镜光窗的管帽及其制作方法
【专利摘要】一种带玻璃透镜光窗的管帽的制作方法，所述带玻璃透镜光窗的管帽由金属管帽和玻璃光窗组成，金属管帽上端设置有透光孔，玻璃透镜镶嵌在透光孔内形成玻璃光窗；其创新在于：所述玻璃透镜由玻璃液化后在金属管帽内经模具塑形而成。本发明的有益技术效果是：玻璃光窗和金属管帽的封装工艺与玻璃光窗的成型工艺一次完成，玻璃光窗的光学性和玻璃光窗与金属管帽的连接牢固性均很好，加工设备简单，成本低廉。
【专利说明】带玻璃透镜光窗的管帽及其制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种封装外壳的制作技木，尤其涉及ー种带玻璃透镜光窗的管帽及其制作方法。
【背景技术】
[0002]光收发器件是现代工程领域中重要的器件，光收发器件上的光窗质量是决定光收发器件品质的重要因素。光收发器件上的光窗一般由设置于封装外壳上的透镜光窗形成，这其中涉及到两种エ艺，其一，透镜光窗本身的成型技术，其ニ，封装外壳和透镜光窗之间的封装技术；
现有的透镜光窗成型技术主要有冷加工透镜、模压透镜、注塑成型透镜等エ艺，现有的封装技术主要有低温玻璃封接、金属化钎焊、胶粘等エ艺。现有技术中存在的问题是:
首先，现有技术在加工带玻璃透镜光窗的管帽时，需要先对透镜光窗和管帽进行独立加工，然后再通过独立的封装エ艺来将二者封装在一起，エ序多，操作麻烦；
其次，针对具体的透镜光窗成型技术，现有技术存在如下缺陷:1)冷加工透镜エ艺是通过研磨、抛光等方式将玻璃透镜加工成型，这种加工方式不仅エ序冗长、效率低下，而且不适合制作微小尺寸的透镜；
2)模压透镜エ艺是将玻璃坯料在模具内高温模压成型，虽然可精确实现透镜设计面型,但该エ艺的设备和技术 投资大,成本很高；
3)注塑成型透镜エ艺一般是针对塑料透镜，虽然成本低廉，但由于塑料材料本身的固有缺陷，导致透镜光学表面质量欠佳，且塑料温度适应性较差，易老化，器件光学性能衰减较快，难以长期使用；
再次，针对透镜光窗与封装外壳的封装技术，现有技术存在如下缺陷:1)低温玻璃封接エ艺是用低温玻璃焊料将透镜光窗封接在密封支撑结构上，封接温度低于光窗的软化温度，虽然在加工过程中不会对光窗透镜本身的參数造成影响，但玻璃焊料与支撑结构的焊接牢固性很差，导致透镜光窗与封装外壳之间连接的牢固性也很差，透镜光窗容易在使用过程中脱落，尤其是将其应用于那些自身存在颤动的装置上时问题十分突出；
2)胶粘エ艺是将成型的透镜光窗用有机胶水粘接在密封支撑结构上，这种エ艺虽然简单易行，但胶粘物质具有温度适应性差、易老化等缺点，难以保证结构的长期稳定性；
3)金属化钎焊是使用合金焊料将成型透镜光窗钎焊在密封支撑结构上，钎焊前需将透镜光窗封接面金属化，エ艺成本较高，金属化层部分需采用贵重金属材料，制作成本较高。
[0003]如前所述，由于现有技术中存在种种缺陷，因此有必要对带透镜光窗的管帽的制作エ艺进行改造。
【发明内容】
[0004]针对【背景技术】中的问题，本发明提出了ー种带玻璃透镜光窗的管帽的制作方法，所述带玻璃透镜光窗的管帽由金属管帽和玻璃光窗组成，金属管帽上端设置有透光孔，玻璃透镜镶嵌在透光孔内形成玻璃光窗；其创新在于:按如下方法制作带玻璃透镜光窗的管帽:
1)预制玻璃块和金属管帽备用；
2)在金属管帽内套接模具，然后将玻璃块放置于模具上端面；所述模具形状为圆柱形，模具上端面低于金属管帽上端面；玻璃块、金属管帽和模具三者所组成的结构体即形成坯件；
3)将坯件送入高温炉中，高温炉内通入有湿氮气，高温炉内温度为700°C"800 °C ；
4)玻璃块在高温炉内熔化成液态，液态玻璃将金属管帽内模具上方的空间填充，并且液态玻璃表面在表面张カ作用下形成凸面，待液态玻璃停止流动后，将坯件取出；液态玻璃冷却后即形成玻璃光窗，取下模具后即得带玻璃透镜光窗的管帽。
[0005]前述方案的原理是 :本领域技术人员应该明白，当固相的玻璃熔化后所形成的液相玻璃，会在自身重力作用下出现流动，并且液相玻璃还具有液体表面张カ的性质，本发明利用前述两种原理，来使玻璃块在高温熔化后自动成型为玻璃透镜；另外，本发明还利用了相似相溶原理来提高玻璃光窗与金属管帽连接的牢固性:金属管帽在高温条件下与湿氮气接触后，金属管帽表面在氧化作用下形成氧化层，玻璃也属于氧化物，当液相玻璃与金属管帽上的氧化层接触后，二者可以形成十分紧密的接触，当液相玻璃冷却为固相后，玻璃和金属管帽之间就形成了十分牢固的连接；该方法エ艺简単，对设备的依赖性很低，只需要普通的高温炉和简单的模具以及输送设备即可，所形成的玻璃光窗的表面光滑圆润，品相极佳。
[0006]优选地，所述模具采用石墨或碳化钨制作。模具的材料选择，原则上只需满足模具与玻璃不粘黏即可，在众多材料中，碳化钨是加工高品质玻璃光窗时的首选模具材料，它可以在玻璃光窗成型后与玻璃完全分离，不会在玻璃表面留下缺陷；石墨价格便宜且加工性较好，同样可将其制作为模具用于加工玻璃光窗，但与碳化鹤相比，石墨制作出的模具存在一定缺陷，即石墨模具在与玻璃分离后会在玻璃表面残留下石墨颗粒，但可以通过简单的修复エ艺来去除；本领域技术人员在具体确定模具材料时，可根据具体情况，综合考虑材料成本、エ艺成本、产品品质等因素，来合理确定。
[0007]现有技术中，玻璃光窗的形式一般有两种，即平凸透镜和双凸透镜，为了适应这两种类型透镜的加工需求，本发明还作了如下改进:所述模具上端面为平面或凹面。当模具上端面为平面吋，液相玻璃的上表面会在表面张カ作用下自然形成凸面，液相玻璃的下表面会在模具的限位作用下形成平面，即可获得平凸透镜；当模具上端面为凹面时，液相玻璃的上表面会在表面张カ作用下自然形成凸面，同时，液相玻璃的下表面也会在模具的限位作用下形成凸面，从而获得双凸透镜结构的玻璃光窗。
[0008]针对石墨模具而言，由于会在玻璃表面残留下石墨颗粒，为了进一步提高玻璃光窗品质，还可通过如下优选方案来对玻璃光窗上的缺陷进行修复:所述模具采用石墨时，在步骤4)的操作完成后，对玻璃光窗内侧面进行清洗，然后将带玻璃透镜光窗的管帽置于600°C飞50°C的温度下，待玻璃光窗内侧面变得光滑后取出。对玻璃光窗进行清洗吋，可采用氢氟酸，通过氢氟酸让玻璃表面部分腐蚀，让石墨颗粒失去附着部，从而将石墨颗粒去棹；由于酸液的腐蚀作用，可能使玻璃表面的光滑度下降，因此还应将，管帽置于6000C?650°C的温度下，使玻璃表面变得光滑。
[0009]器件制作好后(即在步骤4)的操作完成后)，可根据器件的具体应用需求，采用常规电镀エ艺在金属管帽表面镀上金属膜层。
[0010]由本发明的前述エ艺所获得的带玻璃透镜光窗的管帽，与现有技术相比，其主体结构仍然由金属管帽和玻璃光窗组成；金属管帽上端设置有透光孔，玻璃透镜镶嵌在透光孔内形成玻璃光窗；其不同于现有技术之处为:所述金属管帽表面有经湿氮气氧化处理后形成的氧化层，所述玻璃透镜由玻璃液化后在金属管帽内经模具塑形而成，所述玻璃透镜与金属管帽内壁的氧化层紧密连接；该带玻璃透镜光窗的管帽，其玻璃光窗和金属管帽的封装エ艺与玻璃光窗的成型エ艺一次完成，并且玻璃光窗和金属管帽的连接牢固性很好，加工成本很低，并且特别适合于小尺寸的玻璃光窗加工。
[0011]本发明的有益技术效果是:玻璃光窗和金属管帽的封装エ艺与玻璃光窗的成型エ艺一次完成，玻璃光窗的光学性和玻璃光窗与金属管帽的连接牢固性均很好，加工设备简单，成本低廉。
【专利附图】
【附图说明】
[0012]图1、加工平凸透镜时的坯件结构示意图(图中标记A所示即为熔化前的玻璃块)； 图2、平凸透镜结构的器件结构示意图；
图3、加工双凸透镜时的坯件结构示意图；
图4、双凸透镜结构的器件结构示意图。
【具体实施方式】
[0013]ー种带玻璃透镜光窗的管帽的制作方法，所述带玻璃透镜光窗的管帽由金属管帽I和玻璃光窗2组成,金属管帽 I上端设置有透光孔，玻璃透镜镶嵌在透光孔内形成玻璃光窗2 ;其创新在于:按如下方法制作带玻璃透镜光窗的管帽:
1)预制玻璃块和金属管帽I备用；
2)在金属管帽I内套接模具3，然后将玻璃块放置于模具3上端面；所述模具3形状为圆柱形，模具3上端面低于金属管帽I上端面；玻璃块、金属管帽I和模具3三者所组成的结构体即形成坯件；
3)将坯件送入高温炉中，高温炉内通入有湿氮气，高温炉内温度为700°C"800 °C ；
4)玻璃块在高温炉内熔化成液态，液态玻璃将金属管帽I内模具3上方的空间填充，并且液态玻璃表面在表面张カ作用下形成凸面，待液态玻璃停止流动后，将坯件取出；液态玻璃冷却后即形成玻璃光窗2，取下模具3后即得带玻璃透镜光窗的管帽。
[0014]进ー步地，所述模具3采用石墨或碳化钨制作。
[0015]进ー步地，所述模具3上端面为平面或凹面。
[0016]进ー步地，所述模具3采用石墨时，在步骤4)的操作完成后，对玻璃光窗2内侧面进行清洗，然后将带玻璃透镜光窗的管帽置于600°C飞50°C的温度下，待玻璃光窗2内侧面变得光滑后取出。
[0017]进ー步地，在步骤4)的操作完成后，采用电镀エ艺在金属管帽I表面镀上金属膜层。
[0018]ー种带玻璃透镜光窗的管帽，所述带玻璃透镜光窗的管帽由金属管帽I和玻璃光窗2组成；金属管帽I上端设置有透光孔，玻璃透镜镶嵌在透光孔内形成玻璃光窗2 ;其不同之处在于:所述金属管帽I表面有经湿氮气氧化处理后形成的氧化层，所述玻璃透镜由玻璃液化后在金属管帽I内经模具3塑形而成，所述玻璃透镜与金属管帽I内壁的氧化层紧密连接。`
【权利要求】
1.ー种带玻璃透镜光窗的管帽的制作方法，所述带玻璃透镜光窗的管帽由金属管帽(I)和玻璃光窗(2)组成，金属管帽(I)上端设置有透光孔，玻璃透镜镶嵌在透光孔内形成玻璃光窗(2);其特征在于:按如下方法制作带玻璃透镜光窗的管帽: 1)预制玻璃块和金属管帽(I)备用； 2)在金属管帽(I)内套接模具(3)，然后将玻璃块放置于模具(3)上端面；所述模具(3)形状为圆柱形，模具(3)上端面低于金属管帽(I)上端面；玻璃块、金属管帽(I)和模具(3)三者所组成的结构体即形成坯件； 3)将坯件送入高温炉中，高温炉内通入有湿氮气，高温炉内温度为700°C"800 °C ； 4)玻璃块在高温炉内熔化成液态，液态玻璃将金属管帽(I)内模具(3)上方的空间填充，并且液态玻璃表面在表面张カ作用下形成凸面，待液态玻璃停止流动后，将坯件取出；液态玻璃冷却后即形成玻璃光窗(2)，取下模具(3)后即得带玻璃透镜光窗的管帽。
2.根据权利要求1所述的带玻璃透镜光窗的管帽的制作方法，其特征在于:所述模具(3)采用石墨或碳化钨制作。
3.根据权利要 求1所述的带玻璃透镜光窗的管帽的制作方法，其特征在于:所述模具(3)上端面为平面或凹面。
4.根据权利要求2所述的带玻璃透镜光窗的管帽的制作方法，其特征在于:所述模具(3)采用石墨时，在步骤4)的操作完成后，对玻璃光窗(2)内侧面进行清洗，然后将带玻璃透镜光窗的管帽置于600°C飞50°C的温度下，待玻璃光窗(2)内侧面变得光滑后取出。
5.根据权利要求1所述的带玻璃透镜光窗的管帽的制作方法，其特征在于:在步骤4)的操作完成后，采用电镀エ艺在金属管帽(I)表面镀上金属膜层。
6.ー种带玻璃透镜光窗的管帽，所述带玻璃透镜光窗的管帽由金属管帽(I)和玻璃光窗(2)组成；金属管帽(I)上端设置有透光孔，玻璃透镜镶嵌在透光孔内形成玻璃光窗(2);其特征在干:所述金属管帽(I)表面有经湿氮气氧化处理后形成的氧化层，所述玻璃透镜由玻璃液化后在金属管帽(I)内经模具(3)塑形而成，所述玻璃透镜与金属管帽(I)内壁的氧化层紧密连接。
【文档编号】C03C27/02GK103435274SQ201310376536
【公开日】2013年12月11日 申请日期:2013年8月27日 优先权日:2013年8月27日
【发明者】许键, 郭艳春, 袁礼华, 彭湘桂 申请人:中国电子科技集团公司第四十四研究所