一种液态金属加热的石英玻璃模压成型装置和成型方法

本发明属于玻璃加工，具体涉及一种液态金属加热的石英玻璃模压成型装置和成型方法。

背景技术：

1、高纯度熔融石英玻璃具有极佳的光谱透过性、极低的热膨胀系数和电导率、极高的化学稳定性、耐辐照性以及在极端条件下较长的工作寿命等特点，在陀螺仪、激光线反射镜、半导体掩膜版等部件中有广泛运用。

2、熔融石英玻璃具体较高的软化温度，一般在1500℃左右，而现有技术中模压成形设备通过加热系统直接对模具进行加热，最高温度在800℃以下，低于熔融石英玻璃的软化温度，无法使熔融石英玻璃软化，进而无法实现熔融石英玻璃的模压成形。

3、因此，实有必要提供一种液态金属加热的石英玻璃模压成型装置和成型方法以解决上述问题。

技术实现思路

1、本发明提供一种液态金属加热的石英玻璃模压成型装置和成型方法，利用液态金属的高热导率，先将液态金属加热到高于石英玻璃软化温度的温度，再利用液态金属对型腔内待加工的所述石英玻璃坯件进行加热，使所述石英玻璃坯件软化，即可实现熔融石英玻璃的模压成形，有效解决背景技术中的至少一个技术问题。

2、为了解决上述技术问题，本发明是这样实现的：

3、一种液态金属加热的石英玻璃模压成型装置，包括：

4、支架；

5、容器，放置在所述支架上，所述容器包括底座和与所述底座可分离式连接的顶盖，所述顶盖与所述底座配合围成密闭的收容空间；

6、模压系统，包括模具组件以及驱动组件，所述模具组件包括配合围成型腔的下模和上模，待成型的石英玻璃坯件放置在所述型腔内，所述下模收容在所述收容空间内并与所述底座固定，所述上模悬置在所述顶盖下方，所述驱动组件穿过所述顶盖与所述上模连接，用于驱动所述上模向靠近或者远离所述下模方向运动；

7、所述收容空间内盛放有液态金属，所述型腔完全浸入液态金属内，当液态金属的温度高于所述石英玻璃坯件的软化温度时，所述石英玻璃坯件被加热软化，所述上模在所述驱动组件的驱动力作用下，与所述下模配合将软化的所述石英玻璃坯件挤压成型，硬化后形成玻璃成品。

8、作为一种优选的改进，所述收容空间内设置为真空环境；所述液态金属为镓基液态金属。

9、作为一种优选的改进，所述支架包括第一平台和第二平台，所述第二平台固定在所述第一平台的上方，所述第一平台包括第一底板、第一顶板以及第一支撑柱，所述第一顶板平行间隔设置于所述第一底板上方，所述第一支撑柱连接所述第一底板和所述第一顶板，用于支撑所述第一顶板，所述底座固定在所述第一底板上；所述第二平台包括第二顶板以及第二支撑柱，所述第二顶板平行间隔设置于所述第一顶板的上方，所述第二支撑柱连接所述第二顶板和所述第一顶板，用于支撑所述第二顶板。

10、作为一种优选的改进，所述驱动组件包括气缸以及输出轴，所述气缸固定在所述第二顶板上，所述输出轴依次穿过所述第二顶板、第一顶板以及顶盖与所述上模连接，所述气缸驱动所述输出轴运动，带动所述上模运动。

11、作为一种优选的改进，所述顶盖与所述输出轴固定，由所述输出轴带动运动，所述顶盖与所述底座之间的间距与所述上模的行程距离相等。

12、作为一种优选的改进，所述模压系统还包括导向组件，所述导向组件包括导向杆以及限位杆，所述导向杆的底端与所述顶盖固定，顶端穿过所述第一顶板与所述限位杆固定，所述导向杆的轴线方向与所述顶盖的行程方向保持一致，所述限位杆的轴线方向与所述导向杆的轴线方向垂直。

13、作为一种优选的改进，所述导向组件的数量为两组，对称设置在所述顶盖的相对两侧，每组所述导向组件均包括平行间隔设置的两个所述导向杆，两个所述导向杆的顶端与同一个所述限位杆固定。

14、作为一种优选的改进，还包括辅助系统，所述辅助系统包括抽真空组件、供液组件以及冷却组件，所述抽真空组件、供液组件以及冷却组件均与所述收容空间连通，所述抽真空组件用于将所述收容空间内抽取为真空环境；所述供液组件用于向所述收容空间内输送第一液态金属；所述冷却组件用于向所述收容空间内输送第二液态金属，所述第一液态金属的温度高于所述石英玻璃坯件的软化温度，所述第二液态金属的温度为室温，第一液态金属和第二液态金属共混后形成第三液态金属，所述第三液态金属的温度低于所述第一液态金属的温度，高于所述第二液态金属的温度。

15、作为一种优选的改进，所述抽真空组件包括气嘴、抽真空管路以及真空泵，所述气嘴安装在所述顶盖上，与所述收容空间连通，所述抽真空管路连通所述气嘴和所述真空泵；所述供液组件包括第一储液容器、加热器以及供液管路，所述供液管路连通所述第一储液容器和所述收容空间，所述第一储液容器用于存储所述第一液态金属，所述加热器安装在所述第一储液容器上，用于对所述第一液态金属进行加热，使所述第一液态金属的温度高于所述石英玻璃坯件的软化温度，所述供液管路用于将所述第一液态金属输送至所述收容空间内，所述供液管路上设置有供液阀门，用于控制所述供液管路的通断；所述冷却组件包括第二储液容器、冷却管路以及冷却泵，所述冷却管路连通所述第二储液容器和所述收容空间，所述冷却泵安装在所述冷却管路上，所述第二储液容器用于存储所述第二液态金属，所述冷却管路用于将所述第二液态金属输送至所述收容空间内，所述冷却泵用于为所述第二液态金属的输送提供动力，所述冷却管路上设置有冷却阀门，用于控制所述冷却管路的通断。

16、一种液态金属加热的石英玻璃模压成型方法，包括如下步骤：

17、步骤1，提供上述的液态金属加热的石英玻璃模压成型装置，将待成型的所述石英玻璃坯件放置在所述模压系统的型腔内；

18、步骤2，将所述顶盖与所述底座盖合，使二者配合围成所述收容空间，抽取所述收容空间内的空气形成真空环境；

19、步骤3，向所述收容空间注入液态金属，所述型腔完全浸入液态金属内，所述液态金属的温度高于所述石英玻璃坯件的软化温度，所述石英玻璃坯件被加热软化；

20、步骤4，通过驱动组件为上模提供驱动力作用，使上模与下模配合将软化的所述石英玻璃坯件挤压形成玻璃成品。

21、本发明的有益效果在于：

22、（1）利用液态金属的高热导率，先将液态金属加热到高于石英玻璃软化温度的温度，再利用液态金属对型腔内待加工的石英玻璃坯件进行加热，使所述石英玻璃坯件软化，即可实现熔融石英玻璃的模压成形；

23、（2）模具系统的型腔完全浸入加热后的液态金属内，可由加热后的液态金属提供快速、稳定、均匀的加热效果；

24、（3）加热后的液态金属能够填充在模具的微观凹凸不平结构中，在高温模压过程中，微凹坑中的液态金属与玻璃预形体形成微密封高压区，阻止软化的玻璃进入微结构中，从而提高石英玻璃模压后的面型精度；

25、（4）液态金属对石英玻璃起到自密封的作用，阻止液态金属腔内的微量气体与高温玻璃接触，避免对石英玻璃的表面形态造成影响。

技术特征：

1.一种液态金属加热的石英玻璃模压成型装置，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的液态金属加热的石英玻璃模压成型装置，其特征在于，所述收容空间内设置为真空环境；所述液态金属为镓基液态金属。

3.根据权利要求1所述的液态金属加热的石英玻璃模压成型装置，其特征在于，所述支架包括第一平台和第二平台，所述第二平台固定在所述第一平台的上方，所述第一平台包括第一底板、第一顶板以及第一支撑柱，所述第一顶板平行间隔设置于所述第一底板上方，所述第一支撑柱连接所述第一底板和所述第一顶板，用于支撑所述第一顶板，所述底座固定在所述第一底板上；所述第二平台包括第二顶板以及第二支撑柱，所述第二顶板平行间隔设置于所述第一顶板的上方，所述第二支撑柱连接所述第二顶板和所述第一顶板，用于支撑所述第二顶板。

4.根据权利要求3所述的液态金属加热的石英玻璃模压成型装置，其特征在于，所述驱动组件包括气缸以及输出轴，所述气缸固定在所述第二顶板上，所述输出轴依次穿过所述第二顶板、第一顶板以及顶盖与所述上模连接，所述气缸驱动所述输出轴运动，带动所述上模运动。

5.根据权利要求4所述的液态金属加热的石英玻璃模压成型装置，其特征在于，所述顶盖与所述输出轴固定，由所述输出轴带动运动，所述顶盖与所述底座之间的间距与所述上模的行程距离相等。

6.根据权利要求5所述的液态金属加热的石英玻璃模压成型装置，其特征在于，所述模压系统还包括导向组件，所述导向组件包括导向杆以及限位杆，所述导向杆的底端与所述顶盖固定，顶端穿过所述第一顶板与所述限位杆固定，所述导向杆的轴线方向与所述顶盖的行程方向保持一致，所述限位杆的轴线方向与所述导向杆的轴线方向垂直。

7.根据权利要求6所述的液态金属加热的石英玻璃模压成型装置，其特征在于，所述导向组件的数量为两组，对称设置在所述顶盖的相对两侧，每组所述导向组件均包括平行间隔设置的两个所述导向杆，两个所述导向杆的顶端与同一个所述限位杆固定。

8.根据权利要求1所述的液态金属加热的石英玻璃模压成型装置，其特征在于，还包括辅助系统，所述辅助系统包括抽真空组件、供液组件以及冷却组件，所述抽真空组件、供液组件以及冷却组件均与所述收容空间连通，所述抽真空组件用于将所述收容空间内抽取为真空环境；所述供液组件用于向所述收容空间内输送第一液态金属；所述冷却组件用于向所述收容空间内输送第二液态金属，所述第一液态金属的温度高于所述石英玻璃坯件的软化温度，所述第二液态金属的温度为室温，第一液态金属和第二液态金属共混后形成第三液态金属，所述第三液态金属的温度低于所述第一液态金属的温度，高于所述第二液态金属的温度。

9.根据权利要求8所述的液态金属加热的石英玻璃模压成型装置，其特征在于，所述抽真空组件包括气嘴、抽真空管路以及真空泵，所述气嘴安装在所述顶盖上，与所述收容空间连通，所述抽真空管路连通所述气嘴和所述真空泵；所述供液组件包括第一储液容器、加热器以及供液管路，所述供液管路连通所述第一储液容器和所述收容空间，所述第一储液容器用于存储所述第一液态金属，所述加热器安装在所述第一储液容器上，用于对所述第一液态金属进行加热，使所述第一液态金属的温度高于所述石英玻璃坯件的软化温度，所述供液管路用于将所述第一液态金属输送至所述收容空间内，所述供液管路上设置有供液阀门，用于控制所述供液管路的通断；所述冷却组件包括第二储液容器、冷却管路以及冷却泵，所述冷却管路连通所述第二储液容器和所述收容空间，所述冷却泵安装在所述冷却管路上，所述第二储液容器用于存储所述第二液态金属，所述冷却管路用于将所述第二液态金属输送至所述收容空间内，所述冷却泵用于为所述第二液态金属的输送提供动力，所述冷却管路上设置有冷却阀门，用于控制所述冷却管路的通断。

10.一种液态金属加热的石英玻璃模压成型方法，其特征在于，包括如下步骤：

技术总结本发明提供一种液态金属加热的石英玻璃模压成型装置和成型方法，属于玻璃加工技术领域。本发明利用液态金属的高热导率，先将液态金属加热到高于石英玻璃软化温度的温度，再利用液态金属对型腔内待加工的石英玻璃坯件进行加热，使石英玻璃坯件软化，最后利用模压系统完成熔融石英玻璃的模压成形，有效解决了现有技术中常规加热系统无法使熔融石英玻璃软化的问题，可以实现石英玻璃的模压成形。技术研发人员：黄帅,龙子琦受保护的技术使用者：湖南大学技术研发日：技术公布日：2024/12/2