[发明专利]用于龙虾眼微孔光学元件的气体加压精密球面成形装置与成形方法

权利要求书

1.一种用于龙虾眼微孔光学元件的气体加压精密球面成形装置,其特征在于,包括控制装置、氮气存储装置、压力控制器、真空加热炉、球面模具、气体加压装置以及真空泵；

所述球面模具包括上模具和下模具,位于真空加热炉内部；所述上模具和下模具均具有预设的曲率半径，下模具内放置待球面成形处理的龙虾眼微孔光学元件；

所述真空泵与真空加热炉连接，用于保持真空加热炉内部的真空度；

所述压力控制器用于控制氮气存储装置通过气体管道向气体加压装置输送氮气以对气体加压装置施加压力，在保持气体加压装置与上模具之间的间距小于等于预设阈值时通过氮气推动上模具朝向下模具运动；

所述控制装置被设置成用于控制压力控制器的压力调节、控制真空加热炉的加热温度以及真空泵的运行；

其中，所述气体加压装置与球面模具的上模具相对的一面布设有数百万垂直微孔结构,所述氮气存储装置输送至气体加压工装内的氮气经垂直微孔结构对上模具进行压力施加,进而迫使上模具向下移动使得下模具内放置的龙虾眼微孔光学元件弯曲成形；

所述气体加压装置包括主体部、由主体部限定出的内部的氮气腔体和至少一个氮气通道接口,主体部的顶部与真空加热炉的顶部采用螺母固定的刚性平行连接；氮气腔体通过氮气通道接口与所述气体管道连通，主体部的底部的垂直微孔结构与氮气腔体连通；

所述球面模具为采用碳化硅材质制作形成具有一定曲率半径的球面模具，所述球面模具的内表面包括经过镀膜处理形成的铬-铂复合膜层，其中金属铬膜与球面模具的内表面结合，金属铂膜镀制在金属铬膜上，形成复合膜层。

2.根据权利要求1所述的用于龙虾眼微孔光学元件的气体加压精密球面成形装置，其特征在于，所述气体加压装置具有至少两个氮气通道接口。

3.根据权利要求1所述的用于龙虾眼微孔光学元件的气体加压精密球面成形装置，其特征在于，所述主体部的底部的边缘形成一可包裹上模具的台阶结构，气体加压装置被设置成在通入氮气加压后，推动上模具在台阶结构包裹的位置下方朝向下模具垂直运动，推动龙虾眼微孔光学元件贴合下模具，实现球面成形。

4.根据权利要求3所述的用于龙虾眼微孔光学元件的气体加压精密球面成形装置，其特征在于，所述控制装置被设置成通过调节氮气的气体流速以调节向上模具的加压，将上模具垂直且均匀的向下推动。

5.根据权利要求1所述的用于龙虾眼微孔光学元件的气体加压精密球面成形装置，其特征在于，所述气体管道设置有气体流量计。

6.根据权利要求1所述的用于龙虾眼微孔光学元件的气体加压精密球面成形装置，其特征在于，所述金属铬膜的膜层厚度为20nm，所述金属铂膜的膜层厚度为100nm。

7.根据权利要求1所述的用于龙虾眼微孔光学元件的气体加压精密球面成形装置，其特征在于，所述铬-铂复合膜层采用双靶磁控溅射法在球面模具上进行原位膜层镀制。

8.一种基于权利要求1-7中任意一项气体加压精密球面成形装置的龙虾眼微孔光学元件精密球面成形方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、将待成形的方形微孔光学元件放置进球面模具内，随后放置进真空加热炉内部的中心指定位置；

步骤2、真空加热炉进行升温，当温度到达第一阈值T1时对真空加热炉内部抽真空并持续进行升温，直到炉内温度达到第二阈值T2并且炉内真空度达到预设值，进入保温阶段，保温2小时以上；

步骤3、控制启动气体加压，将氮气存储装置中的氮气通过气体管道向气体加压装置输送，通过氮气推动上模具朝向下模具运动；其中将氮气的流速在8小时内从0匀速逐渐增加到2000毫升/分钟，以保持加载在上模具的压力均匀逐渐增加到20kg，逐步推动球面模具挤压方形微孔光学元件，实现光学元件与成形模具的贴合，该阶段为加压阶段；

步骤4、当加载在上模具的压力达到设定值时进入保压阶段，维持加载到球面模具上的气体压力，保压时间5小时，保持方形微孔光学元件完整贴合模具；

步骤5、保压阶段结束后进入降压和降温阶段，卸去加载在球面模具上的压力，其中将氮气流速减少至50毫升/分钟，将加载在球面模具上的压力保持在0.5kg数值，维持球面成形；并且以预设的降温速率进行降温，直到室温。