[发明专利]一种微光学玻璃器件的制备方法

说明书

本发明保护一种低成本、工艺简单的微光学玻璃器件的制备方法，包括：步骤一：获取二氧化硅分散液，将酸性溶液加入二氧化硅分散液，以调节二氧化硅分散液的pH值，并搅拌；步骤二：将正硅酸乙酯加入二氧化硅分散液，并搅拌，得到溶胶，将碱性溶液加入溶胶，以调节溶胶的pH值，搅拌并静置；步骤三：将静置后的溶胶注入模具，陈化，得到湿凝胶；步骤四：将湿凝胶脱模，清洗、干燥，得到干凝胶；步骤五：将干凝胶烧结，得到微光学玻璃器件；其中，原料中的二氧化硅固含量不大于25.5％。本发明通过采用低二氧化硅固含量的原料以溶胶凝胶法制备微光学玻璃器件，实现了大收缩率，可以一次性制得带有表面微光学结构的玻璃器件，降低了成本和简化了工艺。

技术领域

本发明涉及玻璃制备技术领域，特别涉及一种微光学玻璃器件的制备方法。

背景技术

近年来，随着投影领域的光学设计技术的飞速发展，大而笨重的投影机逐渐为结构精巧、体积小的便携投影机所取代，而且投影技术有着进一步向智能终端如手机、智能眼镜迁移的趋势。伴随而来的是，光机体积的减小及光斑尺寸的减小对光束精细化整形和调制提出了越来越高的要求。而且，随着高亮度激光光源的普及，在满足上述精细化光整形调制的条件下，光学元件也要承受越来越高的热能，从而对耐热性也有了更高的要求，树脂类光学器件已不能满足当前的光机设计，玻璃光学器件已经成为必选项。

当制备微光学器件(如微透镜阵列)时，在整块玻璃上进行微结构加工(如打磨)的方法，设备成本高且工艺难度大，不利于大规模生产，而溶胶凝胶法是相对较为经济的制备方法。传统的高固含量、低收缩率方案的溶胶凝胶工艺适合制备大尺寸的玻璃器件，受模具加工尺寸的影响，无法直接制得微米级的精细光学结构。为此，在专利CN1761626A 中提出了一种多次转印制备精细玻璃结构的方法，通过高精密的金刚石车床精密加工一个较大尺寸的铝合金模具，再采用硅橡胶压印复制反对称结构，注入溶胶到该硅橡胶模具中成型，烧结成型的玻璃品(与铝合金模具相比体积收缩一定倍数)，再作为模具，压印硅橡胶的形成反对称结构的硅橡胶模具，如此类推，经过多次转印，从而实现微米级的精细玻璃结构。然而，该技术方案耗费的材料成本、时间成本过于巨大，对于薄利多销的消费级微型投影系统难以承受。因此，一种更为经济的微光学玻璃器件的制备方法亟待开发。

发明内容

针对上述现有技术的高成本、工艺复杂的缺陷，本发明提供一种低成本、工艺简单的微光学玻璃器件的制备方法，包括以下步骤：步骤一：获取二氧化硅分散液，将酸性溶液加入所述二氧化硅分散液，以调节所述二氧化硅分散液的pH值，并搅拌；步骤二：将正硅酸乙酯加入所述二氧化硅分散液，并搅拌，得到溶胶，将碱性溶液加入所述溶胶，以调节所述溶胶的pH值，搅拌并静置；步骤三：将静置后的所述溶胶注入模具，陈化，得到湿凝胶；步骤四：将所述湿凝胶脱模，清洗、干燥，得到干凝胶；步骤五：将所述干凝胶烧结，得到微光学玻璃器件；其中，原料中的二氧化硅固含量不大于25.5％。

在一个实施方式中，原料中的二氧化硅固含量不大于25％。

在一个实施方式中，原料中的二氧化硅固含量不大于20.3％。

在一个实施方式中，在所述步骤一中，包括：获取预设摩尔体积的二氧化硅分散液原液，将所述二氧化硅分散液原液与去离子水混合，得到所述二氧化硅分散液，所述去离子水用于调节所述二氧化硅固含量。

在一个实施方式中，在所述原料中，所述二氧化硅分散液所含的二氧化硅与所述正硅酸乙酯的摩尔比为2.8～4.7。

在一个实施方式中，所述二氧化硅分散液所含的二氧化硅与所述正硅酸乙酯的摩尔比为3.8～4.7。

在一个实施方式中，在所述步骤一中，所述酸性溶液为盐酸溶液，所述二氧化硅分散液经调节pH值后的pH值为1.3～2.8。

在一个实施方式中，在所述步骤二中，所述碱性溶液为氨水溶液，所述溶胶经调节pH值后的pH值为2.5～5。

在一个实施方式中，所述模具为硅胶模具。