[发明专利]一种熔铸法制备复杂形状石英玻璃制品的方法

说明书

本发明涉及了一种熔铸法制备复杂形状石英玻璃制品的方法，包括设备和原料准备、洗气、熔制石英玻璃、石英玻璃成型、在线热处理、脱模后处理步骤。本发明方法利用熔融石英的可塑性，通过对熔铸温度、升降温速率、压力以及退火温度等工艺参数的控制，一次成型制备出性能稳定、质量可靠的复杂形状石英玻璃制品，解决石英玻璃熔铸过程粘度大、成型难的问题，较传统工艺提高了制备效率，同时降低损耗率、减少原材料浪费，为复杂形状石英玻璃制品批量化、低成本、高效率的生产奠定基础。

技术领域

本发明属于石英玻璃技术领域，具体涉及一种熔铸法制备复杂形状石英制品的工艺。

背景技术

石英玻璃是由二氧化硅单一成份组成的特种玻璃，具有热膨胀系数低、耐高温、耐腐蚀、化学稳定性好等优良性能，尤其热膨胀系数仅为普通玻璃的1/10～1/20，被广泛应用于光通讯、电光源、光学镜头等领域。随着石英玻璃应用场景不断增加，其形状样式也日益向复杂、异形化发展。

复杂形状普通玻璃件制备多采用弯曲、焊接、扩管等热加工方法，而石英玻璃的软化温度较高，温度稍微降低一些，石英玻璃就会固化，其热加工比普通玻璃困难得多。目前复杂形状石英玻璃制品的制备普遍采用工艺较为成熟的精密机械加工法，但此方法主要以机械磨削为主，使用精密加工车床，一次一件，生产效率低下。此外，磨削过程原料利用率低、损耗率高，极大地增加了生产成本。

发明内容

本发明的目的在于提供一种熔铸法制备复杂形状石英玻璃制品的方法，利用熔融石英的可塑性制备不同形状尺寸石英玻璃制品。通过对熔铸温度、压力、退火温度等工艺参数的控制，一次成型制备出性能稳定、质量可靠的复杂形状石英玻璃制品，使其尺寸、缺陷、杂质含量等品质满足应用要求，与现有技术相比提高了制备效率，降低损耗率、减少原材料浪费，是一种批量化、低成本、高效率的生产复杂形状石英玻璃制品的方法。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种熔铸法制备复杂形状石英玻璃制品的方法，包括如下步骤：

S1.设备和原料准备：

准备熔铸成型模具，在模具的内表面喷涂脱模剂，放置在熔铸设备操作台上，同时将石英原料投入熔铸设备的玻璃熔化坩埚内；

S2.洗气：

对熔铸设备依次进行抽真空、通惰性气体、抽真空的洗气过程，循环操作所述洗气过程2～3次，从而降低熔铸设备内气体氛围杂质含量，避免石英玻璃熔铸过程因环境气体引入新的杂质问题；

S3.熔制石英玻璃：

在惰性气体氛围下，将熔铸腔加热升温至1750～2200℃，然后保温0.5～5h，使石英原料充分熔化至熔融态；

S4.石英玻璃成型：

进行保温阶段，将在步骤S3中制备的熔融态石英浇入熔铸成型模具中，开启熔铸设备的压杆装置，将玻璃熔融液向下压铸成型；在压铸的同时，开启真空室阀门，对熔铸成型模具底端抽气，使石英玻璃熔融液上下形成压力差，使石英玻璃熔融液向下流动成型，得到压铸成型的石英玻璃初成品；同时有助于模具内气体的排出，降低产品气泡率；

S5.在线热处理：

将在步骤S4中压铸成型的石英玻璃初成品连同模具下拉至熔铸设备保温腔，温度降至不高于1500℃，使石英玻璃初成品快速通过其冷胀温度区，然后缓慢冷却至600～1000℃保温，进行热处理，使玻璃中产生的热应力减少或消除，得到复杂形状石英玻璃制品；

S6.脱模后处理：

将复杂形状石英玻璃制品以0.5～0.8℃/min的降温速率将温度降至常温后，进行脱模，从而制成产品。