固体料块气悬浮法.pdf

本发明涉及在光学玻璃二次压型过程中，抛弃现有的用瓷盒盛装备好的光学玻璃料块进炉加热软化的方式(用此方式，软化后的玻璃与瓷盒接触的表面会沾染一层脱模剂，用其压出的光学元件必须再次经过研磨、抛光才能使用)，用一股垂直向上的压缩空气气流将一枚备好的玻璃料块托起，稳定的悬浮于压缩空气喷气口上方的空中，并随同向玻璃软化炉内移动的喷气气流装置一起进入软化炉内，悬浮在空中被加热软化。软化后的玻璃料坯表面无任何固体微粒沾染，可广泛用于非球面、球面等光学元件的模压成型。成型后的高精度光学元件的表面可达理想的镜面光洁度，不用研磨、抛光就可直接或镀膜后用于光学成像系统。

1、  本固体料块气悬浮法，其特征在于，用一个垂直向上的喷气口中喷出的一股高压空气托住放置于其上的一枚固态物质团、块，使其悬浮于喷气口的上方一定距离的空中。

2、  本固体料块气悬浮法，其特征还在于，形成垂直向上喷气的喷气口的物质材料，既可是金属管材、金属板材，也可是金属、非金属材料，只要其具有较高的高温强度即可。

3、  本固体料块气悬浮法，其特征还在于，形成垂直向上喷气的喷气口的形状，既可是喇叭口状，也可是直桶口状，以及别的形状，只要其能喷出一股垂直向上的高压空气气流即属本发明涵盖范畴。

4、  本固体料块气悬浮法，其特征还在于，被悬浮的固体料块的材质，不仅仅局限于光学玻璃料块。只要是用本气悬浮法悬浮任何固态物质料块，均属本发明涵盖范畴。

5、  本固体料块气悬浮法，其特征还在于，被悬浮的固体料块的外观形状，既可是球状体，也可是近似球状的规则、不规则的几何多面体。

6、  本固体料块气悬浮法，其特征还在于，将许多相同结构的本发明所指的喷气口环形或其他方式排列，每个喷气口上都悬浮固态料块以提高工效，仍被本发明所涵盖。

固体料块气悬浮法
技术领域  本发明涉及光学玻璃二次压型(球面镜元件压型、非球面镜元件压型即模压成型)工艺过程，也涉及其它一些在加热软化过程中需要确保其表面不被其它固体粉末脱模剂沾染的固态物质颗粒、料块的加热融化工艺过程。特别涉及在光学玻璃二次压型过程中，本发明是对制备好待加热软化的光学玻璃料坯用一股垂直向上的压缩空气气流将一枚备好的玻璃料块托起，稳定的悬浮于压缩空气喷气口上方的空中，并随同向玻璃软化炉内移动的喷气气流装置一起进入软化炉内，悬浮在空中被加热软化。软化后的玻璃料坯表面无任何固体微粒沾染，可广泛用于非球面、球面等光学元件的模压成型。成型后的高精度光学元件的表面可达理想的镜面光洁度，不用研磨、抛光就可直接或镀膜后用于光学成像系统。
背景技术  本发明产生前，将光学玻璃变成光学元件进而满足显微系统、望远系统、照相系统、光电系统等各个光学、光电子领域需要的光学元件的方法，一共分为两大类：光学玻璃冷加工和热成型。其中，光学玻璃冷加工是一种将光学玻璃毛坯料块通过机械加工的方法如切割、倒圆、粗磨、细磨、精磨、抛光等工艺，使毛坯料块变为符合各类光学、光电系统需要的光学元件的传统加工方法。因其具有机动灵活但原材料利用率低、难以加工非球面光学元件、加工效率低的特点，仅适应于小批量生产体积相对较大、加工面为平面或球面的光学元件；而光学玻璃热成型是一种将高温软化状态的光学玻璃料块通过压型方式成型的适合大规模生产规格、外观质量相同的光学元件的方法。光学玻璃热成型又可分为一次压型和二次压型等两种生产方式，其中一次压型由于机动性太差而被淘汰，几乎没有生产厂商使用；二次压型因具有机动性强、生产效率高、产品同一性好，适合大规模工业化生产等优点而被世界上大多数光学玻璃元件毛坯生产厂商所采用。它是将光学玻璃料块毛坯根据最终光学元件的重量，按一定的系数放大其重量进行备料，经过表面处理(振动磨料)后，再将其置于瓷盒的盛料凹托中，最后将瓷盒送入加热炉中将玻璃加热软化到可用于压型的状态时，取出软化的玻璃料块，送入压机中压制为所需光学元件。由于在瓷盒凹托中软化的玻璃表面与瓷盒接触的部分沾染了预先涂刷在瓷盒凹托内的Al₂O₃或BN离型剂(也叫脱模剂)微粉，压型后的光学元件表面就因这些沾染的脱模剂微粉达不到抛光光洁度(若不在瓷盒凹托内涂刷脱模剂，软化的玻璃将粘连在瓷盒凹托上，无法脱模压型)。此时压制出的光学元件要软化的玻璃将粘连在瓷盒凹托上，无法脱模压型)。此时压制出的光学元件要想用于实际的光学系统，还得对其进行细磨、精磨、抛光等工艺过程。不仅增加了加工环节和成本，还延长了工期、降低了良品率。如何避免光学玻璃毛坯料粒、料块表面在加热软化过程中遭受沾染，人们进行了大量研究，如采取了尽量减小脱模剂粒度、尽可能降低玻璃软化温度和其它一些办法，仍不能从根本上解决软化玻璃表面的沾染问题。
发明内容  本发明是一种利用从一个垂直向上的喷口喷出的一股具有可调且能恒定压力的气体托住一枚制备好的待加热软化的固体原料，如光学玻璃待压型料毛坯料团块，逐渐让其经过玻璃软化炉，进而无丝毫固体微粒沾染软化后的玻璃表面的单个固体加热软化的气悬浮装置。如图1所示。1是一根开口向上的耐高温金属管，上管口可制作为喇叭口形，以便托住置放其上的待加热软化料块如玻璃料块2，金属管1的下部为压缩空气的进口。当压缩空气3(如图2所示，以下同)进入耐高温金属管1后，受控的、压力恒定的压缩空气3就会将置于金属管口的玻璃块2冲向管口上方，在被玻璃块2分开的压缩空气3成莲花托状气垫4的托浮下，玻璃块2的重量与气垫4的向上托浮力相平衡时，玻璃块2将稳稳地悬浮在耐高温金属管1喇叭状管口的上方，并在气垫4气流的托举和推动下，玻璃块2将围绕其自身的重心作无规则的翻滚转动运动，还会在其重心的上下左右各不同的方位上作微小的无规则颤动。但玻璃块2始终都会悬浮在金属管1管口气垫4的上方而不会飞出气垫4的包容范围而跌落下来。更为重要的是，耐高温金属管1在作速率变化不太剧烈的移动和匀速运动时(水平、上下方向乃至任意方向均可)，被气垫4托起悬浮于空中的玻璃块2也会随着耐高温金属管1做同向、同步运动，玻璃块2始终悬浮在耐高温金属管1管口上方气垫4地正中的平衡位置。因此，通过一定的机械方式，让耐高温金属管1匀速地通过加热炉的预热区、高温软化区(图中未画出)，悬浮于其上的玻璃块2将随其通过上述加热炉的预热区、高温软化区，逐渐被预热、软化进而达到适用于压型目的的状态而不会沾染任何固态粉末杂质。其表面状态将达到理想的镜面光洁度。人们可同时制作若干与上述耐高温金属管1相同结构的组件，每个组件上都放置一枚玻璃块，让其相继通过加热炉，就可持续地软化玻璃料块，满足大规模工业化生产的需求。上述所说的耐高温金属管并不是对本发明使用材料的限制，只是一种例举，实际上可用于本发明耐高温进气管的材料各种各样，只要是具有耐高温、耐较高压和具有较高高温机械强度的材料均可选用，如瓷管等等；进气管管状和喇叭口外观形状也不是对耐高温金属管外观状态的限制，事实上，只要是任何外观状态如平面、柱状体表面上有一直径小于或大于被悬浮固态物块直径的开口垂直向上的孔洞，均能产生从孔洞中喷出的气体将待悬浮物悬浮于空中的效果，只不过本发明对上述耐高温金属管形状的描述仅仅是为了直观、方便地叙述本发明的实质原理罢了。而本发明在附图中将待悬浮料块画为一个球体，也不是对本发明的待悬浮固态料块的形状限制。实验表明，只要不是片状、线状待悬浮物块，哪怕是不太规则的团状料快，都能有效地悬浮于空中。而被悬浮的固态物块也不仅限于光学玻璃料块，任何需要在高温下软化而不希望沾染固态离型剂粉末杂质的固态物质团块都包含在本发明的内涵之中。换句话说，就是本发明不仅仅涵盖光学玻璃料块的无污染高温加热软化过程，任何需要在高温下软化固态物质团块而不希望沾染固体离型剂而使用本气悬浮装置时都被本发明涵盖在内。
附图说明  本发明的附图中，图1是未通压缩空气时，耐高温金属管1与待加热固态物质如球状或近似球状玻璃料块2的位置关系的剖面示意图，剖面在耐高温金属管1与玻璃料块2的几何中心；图2是在耐高温金属管1中通入气压稳定的压缩空气3后，气悬浮固态物质2的原理剖面示意图，剖面位置仍然为垂直于水平面且在耐高温金属管1与玻璃料块2的几何中心。
具体实施方式  本发明的实施例1：如图1所示，用一根内径为φ6mm，壁厚为2mm，上部开有φ15mm高6mm喇叭口的100mm长的不锈钢管1(也可用别的耐高温材料如瓷管等)连接到其下部的一个压力可调的高压空气进气管口上，空气进气管固定在一个可通过简单的机械装置就可进入到温度由低到高变化的玻璃软化炉内的可移动基座上，基座上有许多与上述的喇叭口状金属管1相同的装置(图中都未画出，但不影响实施例的准确性的描述)，在每个喇叭口的上面都放置一块待加热软化压型的φ12mm，重约5g的球状或近似球状的玻璃块2，即做好了玻璃块加热软化的准备工作。让上述未画出的基座匀速向软化炉内移动，并向上述金属管1内由小到大逐渐增大压力地通入压缩空气3(如图2，以下同)，喇叭口上面放置的玻璃块2在通入金属管1内的压缩空气气流3被玻璃块2分开成莲花状气托4的托浮作用下徐徐升起，悬浮于空中，并随同向软化炉中运动的金属管1进入玻璃软化炉软化至压型所需的温度，即可用于压型。由于玻璃一直悬浮于空中，故彻底克服了传统方法将玻璃放于瓷盒中加热软化后玻璃料块表面会沾染脱模剂微粉进而降低压型后的玻璃表面质量的弊端，软化后的玻璃表面是一种完美的光滑镜面状态，从而实现了本发明的目的。