[发明专利]一种高精度玻璃模压成形用多种材料组合模具

说明书

本发明公开了一种高精度玻璃模压成形用多种材料组合模具，包括模芯、内套筒和外套筒。其中，两个模芯分别为上模芯和下模芯，模芯包括基底和镀层，镀层涂在两个模芯相对的一侧；内套筒所用材质的热膨胀系数小于被加工的玻璃材质和基底所用材质的热膨胀系数，基底包括凸起部和限位部，凸起部伸入内套筒内且与内套筒的内壁在常温下留有空隙，模压温度下贴合，限位部用以和内套筒的端面接触限位；外套筒的材质与基底的材质相同，外套筒同时套设于上模芯、下模芯和内套筒外侧，外套筒与内套筒之间留有间隙，限位部与外套筒的内壁贴合。相比于现有技术，本发明能够提高超厚微透镜阵列形状尺寸精度和表面形貌质量，并同时解决成型品顺利脱模的技术难题。

技术领域

本发明涉及玻璃模压成形技术领域，特别是涉及一种高精度玻璃模压成形用多种材料组合模具。

背景技术

近年来，玻璃模压成形技术在各个领域都有着广泛的应用。玻璃材料具有较高折射率、高抗变形性、低膨胀、高成像质量等特性，在微机电系统领域备受关注。

然而目前针对微透镜阵列的模具设计中材料单一，无法满足针对超厚微透镜阵列模压成形技术的应用需求。目前，由于一般的微透镜阵列镜片比较薄，且微结构单元深度较浅，在传统模具设计方面可以将上模芯、下模芯面积扩大，使套筒在模压成形过程中不约束镜片侧边边缘，而是只起到控制镜片厚度的作用。模压过程原理如图1所示，模压成形结束后对镜片进行切割，获得符合要求的镜片，因此整套模具(包括上模芯、下模芯、套筒)用单一材料。目前针对薄的单面微透镜阵列采用的是模具整体用耐热不锈钢材料(仅在上模芯、下模芯表面镀特殊材料，套筒为耐热不锈钢)，或者模具整体采用硬质合金材料等。

其中，硬质合金模具由于其自身材料原因，传热快、热膨胀系数小、高温服役性能良好，但受限于目前对超硬材料的加工方法限制，硬质合金模具只能用于非球面透镜等大尺度简单光学结构的加工，对微阵列等微纳光学结构尚无超精密加工手段，无法满足较为精密的微透镜阵列模具所要求的精度要求。

而耐热不锈钢模具虽然可以进行微纳光学结构的精密加工，但是由于其易氧化等材料特性很难用于加工超精密模具，同时针对超厚微透镜阵列，由于镜片较厚，不适合整体切割，且阵列单元较深，微透镜阵列成形难度变大，成形条件更为苛刻。要求镜片侧边必须与套筒接触，限制镜片的X，Y方向上材料流动，保证X，Y方向整体尺寸的同时，促使Z方向填充更加完整，保证透镜阵列形貌精度。但是，在垂直压力的作用下高温软化的玻璃材料与耐热不锈钢套筒紧密贴合，由于耐热不锈钢的热膨胀系数比玻璃的大，冷却时耐热不锈钢的收缩比玻璃大，此时冷却固化成型的镜片会被耐热不锈钢套筒挤压碎裂，因此单一耐热不锈钢材质的“型芯+套筒”的模具组合无法满足要求。

石墨也用于制作玻璃模压成形的模具，虽然石墨的热膨胀系数比玻璃的热膨胀系数小，用石墨制作的模具有利于玻璃镜片脱模，但是由于石墨强度低，易碎等材料特性，多用于制作手机曲面屏等成形压力小的玻璃模压成形用模具，石墨无法用来制作高精度微透镜阵列模具模芯，因此单一石墨材质的“型芯+套筒”的模具组合无法满足要求。

发明内容

本发明的目的是提供一种高精度玻璃模压成形用多种材料组合模具，提高超厚微透镜阵列形状尺寸精度和表面形貌质量，并同时解决成型品顺利脱模的技术难题。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

本发明公开了一种高精度玻璃模压成形用多种材料组合模具，包括：

模芯，所述模芯为两个，两个所述模芯分别为上模芯和下模芯，所述模芯包括基底和镀层，所述基底材质为耐热不锈钢，所述镀层的材质为磷化镍，所述镀层涂在所述两个所述模芯相对的一侧；

内套筒，所述内套筒所用材质的热膨胀系数小于被加工的玻璃材质和所述基底所用材质的热膨胀系数，所述基底包括凸起部和限位部，所述凸起部伸入所述内套筒内且与所述内套筒的内壁在常温下留有空隙、模压温度下贴合，所述限位部用以和所述内套筒的端面接触限位；