光学玻璃压型制造原理
Sep 21, 2018
光学毛坯的成型工艺与光学玻璃熔制技术、光学加工技术有直接的关系，所以要把它们看作一个总体的系统。
自光学玻璃发展以来，玻璃零件毛坯（透镜、棱镜）的生产一般是将熔化好的大块玻璃材料，待其软化后，装入金属模具压制成大致的形状，然后经过粗磨、细磨、抛光而制作出来。这种方法是20世纪70年代光学玻璃连熔技术出现后作为辅助方法而采用的。
自20世纪70年代以来，光学玻璃发达国家的日本主要工厂在光学玻璃生产中都采用了当时最先进的生产技术。三直(3D)生产技术，即直接电熔、直接成型、直接精密退火，包括直接连续熔化或坩埚漏滴料成型的直接成型法，国外称之为“一次压制”法。这种先进的成型技术是将玻璃直接压制成光学毛坯，这样就大大简化了二次成型的生产工艺，节省了人力、设备，降低了能耗，提高了原材料的利用率。日本谷谷公司的三直光学玻璃，采用粘土坩埚熔炉经典法需要170天，采用铂金坩埚浇注法则将生产周期由经典法需要34天缩短为3个生产周期。成品率由经典法最高的40%提高到90%以上。
光学玻璃压模成型又称无磨料压模成型，即用此方法生产的光学元件不需要进行磨削、抛光、磨边、磨心等光学加工，直接装配到光学仪器上。光学玻璃压模成型件的表面光洁度和尺寸精度要求相当高，通常用光学量块对光学元件的表面光洁度和尺寸精度进行测量，其质量以产生的干涉条纹个数来衡量，对于用于摄像系统的镜头通常要求通过镜头半径的牛顿环个数应小于6个，通过两个互相垂直的半径差的牛顿环个数要小于3个，两种牛顿环个数越少，镜头的质量越高。
精密压制是将加热软化的玻璃放入由惰性气体如氮气2保护的模具中，其内表面要求有较高的表面光洁度和尺寸精度。附着于内表面的材料应具有硬度高、抗氧化性能好、导热性好、高温下不与玻璃粘结、抗冲击强度和析出强度好、不透过气体、水蒸气和液体等特点。符合上述要求的材料有玻璃碳、碳化硅和氮化硅。但与后两者相比，玻璃碳疏松易氧化、易划伤、弹性模量小、抗冲击强度和析出强度低、导热性差。据国外专利报道，在20世纪70年代初期成型模具内表面采用玻璃碳，而在70年代中期颁发的专利中则采用碳化硅或氮化硅。将这两种材料附着于模具内表面的方法有（1）热压、（2）离子溅衬和（3）气体沉积。其固定层的厚度层厚至少为lOptm。此类模具的结构相当复杂，玻璃压制完成后不能立即脱模，需要将玻璃温度降至转变温度以下才能脱模。精密压制可以压制球面、非球面等复杂形状的光学零件。80年代中期开始生产的光学玻璃是由模压一次成型的两片精密透镜，玻璃面加工精度达Y/10，厚度和直径公差为10μm，楔角小于10-3mil，双折射率每CM小于10，Y/折射率均匀性达10-6，日本、德国等国家均已采用精密模压成型的精密透镜。
光学玻璃生产经历了块料、二次压型料、直接液压型料的发展过程。目前，我国光学玻璃生产的主要供给形式仍是块料。考虑到整个光学工业的经济效益，发展液压型料的生产迫在眉睫。基于我国目前的光学玻璃生产技术水平和市场的实际需求，应首先搞好二次压型生产，在改进二次压型生产时要注意解决好材料制备问题。脱模剂、不粘玻璃过瓷盒材料以及机械自动化等主要技术问题，直接液压型一次压型因技术经济效果明显，是未来光学玻璃生产的必由之路。但从当前我国光学工业的实际需求出发，同时参考国际光学玻璃生产技术的发展趋势，发展直接液压型要特别注意发展我国多品种、小批量多规格的直接压型，解决好小批量光学玻璃直接成型必须首先解决小批量光学玻璃熔制技术，研制相应的光学玻璃熔制池窑。在发展和改进二次压式、直接液体压式熔制工艺的同时，积极开展精密压式熔制工艺的研究和试验，使我国光学玻璃压式熔制技术尽快赶上世界先进水平。
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