玻璃和玻璃陶瓷的成型方法

專利名稱：玻璃和玻璃陶瓷的成型方法
技術領域：
本發明涉及玻璃和玻璃陶瓷的成型方法，尤其是用于鏡片基質的制備，其中在重力作用下將胚料下陷到模具中而制得成型體。
本發明進一步涉及一種合適的模具制備方法。
背景技術：
德國專利DE199 38 811A1公開了一種玻璃陶瓷部件的成型方法，根據該方法，在紅外輻射的影響下，同時可能施加真空或過壓而將胚料下陷。
這種成型方法適于形成大量三維胚料。因此，如可制備槽溝式或凹槽式部件，這種部件的橫截面可以是圓段形、長方形、斜方形或其他形狀。
據此生產的部件的精度自然取決于所使用的模具的精度。到目前為止，根據此方法只可制造批量生產的部件，而同時主要使用金屬模具。
為生產科學用X-光衛星望遠鏡，目前由玻璃陶瓷Zerodur制成的拋光固體圓筒形鏡片外殼基質已被用于投影光學。由于所有已知材料在正常入射角時對高頻X-光的反射率低，因此利用全反射的物理效應，優選在切線入射時操作X-光反射鏡和X-光望遠鏡。為此使用了雙反射雙層望遠鏡，其中圓筒形的鏡片外殼具有特定的拋物線和雙曲線形狀，根據Wolters，這些形狀尤其適用于此種用途。對于ROSAT和CHANDRA科學衛星望遠鏡，經拋光的固體圓筒形鏡片外殼基質Zerodur應用于成像光學。對比之下，對于X-光望遠鏡XMM-NEWTON，用流電方法生產的鎳外殼具有類似的Wolters性質，因此被用作鏡片基質。到目前為止，所有的X-光衛星都應用了錐形固體圓筒形鏡片基質。
下一代設計的X-光衛星(XEUS，CONSTELLATION-X)要使用更大的望遠鏡。出于成本因素考慮，不能再生產如固體圓筒形的這種望遠鏡了，而要生產含有分節的鏡片組件(mirror segments)的望遠鏡。目前正著手進行兩種不同的復制方法用于生產這些新穎的X-光望遠鏡的鏡片外殼，旨在從目前的X-光鏡片的單一生產轉到為所設計衛星進行生產線生產和批量生產。兩種方法都使用了玻璃陶瓷Zerodur的精度成型體，即心軸。通過鎳流電方法(XEUS)或者重復利用作為中間層(CONSTELLATION-X)的環氧合成方法將心軸(mandrel)精度轉換成鏡片外殼組件(mirror shell segments)。兩種方法所用溫度低于100℃。
對于所述的用于生產分節的X-光鏡片的新穎的復制方法而言預成形玻璃基質是必要的。這種方法適用于美國航空航天局的CONSTELLATION-X計劃項目和ESA XEUS計劃的衛星項目，然而對于后者，該方法只是作為優良的流電方法的一種選擇性技術。
所述的Zerodur心軸不適于用作生產預成形玻璃基質的模具，因為Zerodur的操作溫度最大可達600℃，且起始溫度為130℃，構成特定的限制。
然而，對于鏡片基質，具有成本經濟有效的成形溫度是必要的，其中部分溫度顯著高于600℃。
另一方面，不能生產出具有必要的成型精度和精度(如，無孔)的大尺寸的燒結陶瓷模具。
然而，石英模具的生產成本昂貴并且限于較小的尺寸。
發明概述因此，本發明的目的是公開一種玻璃或玻璃陶瓷成形方法，該方法尤其適用于生產鏡片基質，并以有效途徑使帶有必要精度的成型體的生產盡可能成本經濟化，這種精度約為30μm或更低的表面成型耐受性。
本發明也公開了一種合適的生產方法，該方法用于生產合適的模具。
本發明的另一個目的是用于玻璃或玻璃陶瓷熱成型的模具，其制備方法為通過堿性玻璃的澆鑄，對堿性玻璃進行熱處理使其轉化為主要含有熱液石英混合晶體相的熱液石英玻璃陶瓷。
本發明的另一個目的是提供玻璃或玻璃陶瓷的成型方法，解決之道為，在重力作用下，溫度高于胚料的轉變溫度時，通過將胚料下陷到以此途徑制得的熱液石英玻璃陶瓷模具中生產成型體。
本發明目的通過這種方法得到完全解決。
根據本發明生產的主要為熱液石英相的玻璃陶瓷模具表現出高的溫度耐受性，最高溫度可達約1000℃，其還可在短時間內耐受更高的溫度。因此，根據本發明制造的模具可應用于如硼硅酸鹽玻璃在下陷過程中，溫度顯著高于轉變溫度時的成模。通過這種方法可使由熱液石英玻璃陶瓷組成的模具達到高精度重復。而現有技術中，含有的主要晶相是高石英混合晶體的玻璃陶瓷Zerodur模具不可能達到此種目的。對照普通的燒結陶瓷，熱液石英玻璃陶瓷幾乎沒有小孔，因此易于拋光。在下陷時模具表面的小孔對玻璃基質可能產生有害缺陷。根據本發明的方法可避免產生這種缺陷。
熱液石英玻璃陶瓷的熱膨脹系數在200℃-700℃時約1-3×10-6/K，尤其適用于硼硅酸鹽玻璃的成型，因為硼硅酸鹽玻璃的熱膨脹系數范圍是3-4×10-6/K。對比之下，玻璃陶瓷Zerodur的熱膨脹系數較低，在20℃-700℃之間為約0.2×10-6/K，由于與硼硅酸鹽玻璃的熱膨脹系數匹配差而更不理想。
使用熱液石英玻璃陶瓷模具用于玻璃或玻璃陶瓷的熱成型的新穎的生產方法，可使成型體生產過程中精度有顯著的提高，并且使生產方法簡化，同時避免成型中使用到復雜的鎳流電方法。
甚至有可能將透明狀態的成型體冷卻到開始時的室溫，以檢查成型體的相關特性(無孔、包體、不均勻性、細溝等等)。應特別優良的均勻性的要求有可能使用干擾儀進行檢查。
熱液石英玻璃陶瓷的轉化可在隨后的熱處理步驟中實現。
因為是從澆鑄胚料玻璃塊制備熱液石英玻璃陶瓷模具，也可制備大而厚的模具。由此模具厚度可增強其硬度并保證了更好的成型精度。另一種具潛在用途的材料石英沒有這種可能性或者需更高的生產成本。
熱液石英玻璃陶瓷模具甚至在大尺寸也可以具有高度的穩定性。例如，可達到直徑為8米，厚度為20厘米的尺寸甚至更大。
熱液石英玻璃陶瓷在長時間內有良好穩定性，對化學環境的影響有高度抗性。在玻璃陶瓷Zerodur中已知的滯后現象在熱液石英玻璃陶瓷不發生。
基本已知系統為Li2O-Al2O3-SiO2的玻璃可轉化為玻璃陶瓷(LAS玻璃陶瓷)，該玻璃陶瓷的主要晶體相是高石英混合晶體和/或熱液石英混合晶體(參照EP-A-1 170264)。這些玻璃陶瓷可通過不同的步驟制造。經過熔融和熱成型之后，通常將原料冷卻到玻璃的轉變溫度以下。之后，通過控制結晶過程將基礎玻璃(base glass)轉化為玻璃陶瓷物品。通過含有幾個步驟的退火方法進行瓷化，開始是在600℃-800℃之間通過成核作用，通常由TiO2或ZrO2/TiO2混合晶體形成晶核。SnO2也可參與成核。在隨后的升溫過程中，結晶溫度為約750℃-900℃，高石英混合晶體在這些核周圍長大。此時結晶的高石英混合晶體相與玻璃相之間的體積比例可采用膨脹系數接近0的這種方式加以控制。為此通常約80％的高石英混合晶體/約20％的殘余玻璃的比例是所需的。
然而，如果溫度進一步升高達900℃-1200℃，則高石英混合晶體轉化為熱液石英混合晶體(EP-A-1 170264)。同時伴有晶體的長大，熱液石英混合晶體出現轉變，即晶體尺寸增大，導致光分散增強，也就是說，在相同時間內光的傳播速度減慢。因此玻璃陶瓷物品的不透明性增強。根據歐洲專利EP-A-1 170264，在短時間內升高溫度達1100℃或更高，從此玻璃陶瓷轉化為在核心主要含有熱液石英混合晶體相和在表面附近含有高石英混合晶體相的陶瓷。
然而，根據本發明的方法不是顯而易見的，因為用該方法生產的成型體從未預計用作為玻璃或玻璃陶瓷熱成型的模具。表面附近存在的混合晶體相妨礙了此種應用。對比之下，這些已知的透明或不透明的成型體可用作餐具表面或餐具或作為防火玻璃、壁爐玻璃，高溫分解爐的餐具或窗戶。
根據本發明，玻璃陶瓷模具可按以下步驟制備-將鋰-鋁硅酸鹽基礎玻璃澆鑄到模具中；-在約600-900℃的成核溫度進行成核退火；
-在約800-1300℃的熱液石英成型溫度進行熱液玻璃陶瓷成型退火，直至晶相基本轉化為熱液石英混合晶體；以及-成型的玻璃陶瓷模具冷卻至室溫。
這里基本上在成核溫度退火后，有可能開始在一個較高的結晶溫度退火，隨后進一步升高溫度，將初始形成的高石英混合晶體幾乎完全轉化為熱液石英混合晶體。
將基礎玻璃澆鑄之后，或者在成核或結晶退火之后，及在通過隨后退火以使成型體轉化為不透明體之前，可以檢查最初以透明狀態存在的成型體的內在特性(氣泡、包體、不均勻性、細溝等等)。
最初，通過在成核溫度及隨后的結晶溫度處的退火，制得的玻璃陶瓷主要包含高石英晶體相。例如，由基礎玻璃可制備主要含有高石英晶體相的玻璃陶瓷Zerodur，其熱膨脹系數為0±0.15×10-6/K。高石英混合晶體經過隨后加熱并退火到更高的熱液石英形成溫度而可幾乎完全轉化成熱液石英混合晶體。
或者，其操作也可以不通過中間的冷卻步驟，或者在低一些溫度約650-850℃進行成核退火后，立即將其加熱到對熱液石英形成必要的更高溫度(約800-1300℃)。
處理過程也可能是三步反應，首先在約650-850℃成核溫度進行退火處理，隨后在約750-900℃的結晶溫度進行退火處理(形成高石英晶體相)，接著在約850-1300℃的熱液石英成型溫度進行退火處理，從而將高石英混合晶體轉化為熱液石英混合晶體。
熱液石英形成的退火優選在至少900℃，優選在至少1000℃進行至少1小時，尤其至少2小時，尤其優選的時間跨越約為4小時。
在甚至更高的溫度時，作用時間可以相應地減短。
根據本發明所述的方法，熱液石英成型退火優選在一定的溫度及時間內進行以便將晶體部分大部分轉化成熱液石英。此處優選至少80％體積，尤其約85％體積，尤其優選至少約90％體積材料中的晶體部分轉化成熱液石英混合晶體。
存在的殘余玻璃相至多可富含高石英混合晶體和不溶性成份，如Na2O和堿土金屬氧化物如CaO、SrO、BaO。然而，優選任何可能的殘余玻璃相僅僅以包體形式存在，所述包體分布在主要由熱液石英混合晶體組成的微結構中。
具有這樣結構的玻璃在550℃至高達約1000℃范圍內，可以保證對熱成型玻璃所必需的成型穩定性和溫度穩定性。如果在總體積中高石英混合相或者玻璃相比例增大，則在600℃甚至更高溫度時，玻璃的成型穩定性和溫度穩定性將可能受到破壞。
根據本發明的優選方案，可對澆鑄基礎玻璃之后和/或退火之后的玻璃陶瓷進行機械處理，特別是拋光或者研磨。
這樣，使用本領域技術人員所公知的玻璃加工操作方法，通過這種機械處理(優選使用CNC可控機床)可使玻璃獲得必要的表面特點和成型精度。甚至在轉化為不透明陶瓷之前，即仍在透明狀態時可以特別簡單的方法進行質量檢查。
根據本發明的另一個優選方案，使用真空或者過壓的方法，有助于將胚料下陷到玻璃陶瓷模具中。
用這種方法可獲得小于10μm的尤其良好的成型精度。
在本發明的合適的方案中，使胚料下陷到玻璃陶瓷模具之前，胚料的兩側通過機械處理，優選拋光。
由此制備的成型體可獲得特別高的質量和精度。
根據本發明另一個方案，胚料為硼硅酸鹽玻璃，尤其是Borofloat玻璃、Duran玻璃或者Pyrex玻璃，在約550-850℃之間被下陷到玻璃陶瓷模具中。
這樣，硼硅酸鹽玻璃的有利特征使其可用于生產X-光鏡片基質，因為硼硅酸鹽玻璃具有非常低的結晶趨向，非常利于在給定溫度范圍內被加工。這里所述的溫度優選相當多地高于特定玻璃的轉變溫度，籍此在復制過程中，甚至以短的停留時間就可以達到高的成型精度和表面質量。
根據本發明的有利方案，成型體經成型后的冷卻速度優選最大為1K/min，尤其為0.5K/min，更特別優選為0.25K/min，最優選為約0.1K/min。
由此可獲得具有一種特定的具有高成型精度的無應力的成型體。
為生產特定的高質量成型體，胚料的成型優選在潔凈室條件下進行。
在本發明的另一個有利方案中，胚料與玻璃陶瓷模具的接觸表面作為欲制得鏡片的背面。
通過這種方法，在鏡片基質生產過程中出現的任何可能的表面缺陷被安排到鏡片的背面，因此處于一種較不重要的區域中。
根據本發明的另一個有利的方案，當模具的熱膨脹系數小于胚料的熱膨脹系數時，玻璃陶瓷模具使用凹形設計。
此種情況經常在使用硼硅酸鹽玻璃時發生。
當要制備的玻璃用作X-光鏡片基質時，這里使用具有圓錐形、雙曲線形和拋物線形(Wolters形)的凹形模具。
然而，當玻璃陶瓷模具的熱膨脹系數大于胚料的熱膨脹系數時，模具優選使用凸形設計。
經成型后的成型體可經過機械加工，優選拋光，以獲得盡可能好的表面特性。
當制備的玻璃用作鏡片基質時，可在成型體上涂上一層反射涂層。
作為生產熱液石英玻璃陶瓷模具的基礎玻璃，該基礎玻璃優選含有以下成份(重量％)SiO2 35-75Al2O317-32Li2O 2-8B2O3 0-5P2O5 0-17SnO2+ZrO2+TiO20.1-7Na2O+K2O+Cs2O 0-6CaO+MgO+SrO+BaO+ZnO0-8精制劑如Sb2O3，As2O3，SnO2，CeO2，硫酸鹽或者氯化物0-3著色氧化物如
V2O5，Cr2O3，MnO，Fe2O3，CoO，NiO和其它氧化物0-10這里使用的特別優選的基礎玻璃含有以下成份(重量％)SiO2 55-70Al2O3 19-25Li2O 2.5-4.5B2O30-1P2O50-8SnO2+ZrO2+TiO2 0.5-5Na2O+K2O+Cs2O 0.1-3CaO+MgO+SrO+BaO+ZnO 0-5精制劑如Sb2O3，As2O3，SnO2，CeO2，硫酸鹽或者氯化物 0-2著色氧化物如V2O5，Cr2O3，MnO，Fe2O3，CoO，NiO和其它氧化物 0-2。
使用這樣一種鋰鋁硅酸鹽基礎玻璃，可獲得所需要的主要為熱液石英相的熱液石英玻璃陶瓷體。二氧化硅、三氧化二鋁和氧化鋰在給定范圍內對實現一些結晶過程和低的熱膨脹系數都是必要的。這些化合物是熱液石英混合晶體的成分。三氧化二鋁按重量計應優選不高于19.8％，否則殘余的高石英混合晶體中的三氧化二鋁含量會增高。對比之下，過高含量的三氧化二鋁會導致多鋁紅柱石非所需地去玻璃化。優選地，根本不加入氧化硼或者僅有少量的氧化硼，因為氧化硼含量高不利于結晶。五氧化二磷可作為另外的成分加入。一定要加入ZrO2或者TiO2作為成核起始物。可選擇性地或者也可另加入SnO2。加入堿金屬Na2O、K2O、Cs2O和堿土金屬CaO、SrO、BaO可改善生產過程中玻璃的可熔性和去玻璃化特征。MgO和ZnO具有相似作用。制備的玻璃陶瓷可以同時加入精制劑如As2O3、Sb2O3、SnO2、CeO2、NO2、CeO2、硫酸鹽或者氯化物，如NaCl。也可以給定范圍存在著色劑如V2O5、Cr2O3、MnO、Fe2O3、CoO、NiO和其它氧化物。
優選地，可使用的組成有申請人市售的Zerodur或Zerodur-M的已知組成。另外也可使用其它相似的玻璃陶瓷作為基礎玻璃，如Ceran、Robax、Clearceram、Neoceram、Astrositall。
如上所述，本發明的熱液石英陶瓷的玻璃陶瓷模具，通過下陷方法，尤其適合于生產用作X-光鏡片，具體用作望遠鏡的由玻璃制得的成型體。
由玻璃制得的X-光鏡片基質具有優于其它基質材料的特定優點，由于其具有高的自身強度、低膨脹、低密度和同質量時具有更高的厚度，易于拋光，以及即使大體積時也具有良好的可用性，和通過已知的操作方法簡便加工。另外，在復制過程后可實現對透明成型體內應力的檢查。鏡片基質內的內應力可導致變形、彎曲或者扭曲，以至于鏡片組件(mirror segments)再也不能達到必要的精度形狀。加工的成型體的透明性也使得對玻璃的內在特性進行檢查成為可能。
可以理解，上述和下面的本發明的特征不限于給出的組合方案，在不脫離本發明的范圍內，也可適用于其他的組合方案，或者單獨應用方案中。
附圖簡述本發明的進一步特征和優勢通過下面優選實施例結合附圖的表述而顯而易見。在附圖中

圖1是根據本發明所述，使用玻璃陶瓷模具用于真空下陷的裝置的示意圖，所示為起始狀態；圖2說明圖1的裝置的最后狀態，其中的胚料已經置位于模具表面。
具體實施例方式
根據本發明，用于玻璃或玻璃陶瓷熱成型的模具是由基礎玻璃通過澆鑄制成玻璃陶瓷模具，而這經過退火轉化成熱液石英相的熱液石英玻璃陶瓷。用于此種目的的基礎玻璃優選含有下面成份(重量％)SiO2 55-70Al2O3 19-25Li2O 2.5-4.5B2O3 0-1P2O5 0-8SnO2+ZrO2+TiO20.5-5Na2O+K2O+Cs2O 0.1-3CaO+MgO+SrO+BaO+ZnO0-5精制劑如Sb2O3，As2O3，SnO2，CeO2，硫酸鹽或者氯化物 0-2著色氧化物如V2O5，Cr2O3，MnO，Fe2O3，CoO，NiO和其它氧化物 0-2。
開始將鋰-鋁硅酸鹽基礎玻璃熔融，可能同時加入通常的精制劑，并澆鑄到模具中。
之后，例如先冷卻至室溫后，再對可能的包體檢測表面特征和內部特征，如孔、氣泡、細溝等等，以及有可能進行機械加工，如磨光、拋光或者研磨。
隨后先在約600-900℃，優選約600-800℃的成核溫度進行退火成核。此時在成核劑TiO2，ZrO2或者SnO2周圍形成大量的晶核。對比之下，在這之前也可冷卻至室溫，以生成額外的核。只有在隨后的更高溫度退火過程中，才會有結晶發生，即，核長大形成晶體相。這一過程最初也可在適合高石英晶體相形成的溫度范圍內，也就是約700-900℃之間進行。如果隨后冷卻至室溫，可生成含有的晶相主要是高石英混合晶體的玻璃陶瓷。如果將此玻璃陶瓷隨后加熱到對熱液石英成型必要的更高溫度時，也就是約800-1300℃，優選溫度至少為1000℃，則先前形成的高石英混合晶體在長大的同時大部分轉化為熱液石英混合晶體。熱液石英成型的退火溫度優選在足夠高的溫度和足夠長的時間內進行，以保證晶體相大部分都轉化為熱液石英混合晶體相。例如，在溫度約1000℃退火至少1小時，如4小時可保證這種轉化。
隨后冷卻至室溫。
也可以選擇不通過任何的中間冷卻來制備熱液石英玻璃陶瓷，在成核溫度退火后，立即加熱到對熱液石英成型所必要的更高溫度并維持充分的停留時間。然而由于形成了不透明體，隨后對由此形成的熱液石英玻璃陶瓷模具的內在特性進行檢測則變得復雜。
得到的熱液石英玻璃陶瓷的膨脹系數在20-700℃之間為1×10-6/K-3×10-6/K，然而優選約2.0×10-6/K。
當用于制備鏡片基質，尤其是用于望遠鏡中的X-光鏡片時，熱液石英玻璃陶瓷模具與必要的鏡片基質的逆形式相似，其中必須對模具和玻璃基質之間膨脹系數的差別加以考慮并相應地含在模具形狀中，優選兩個膨脹系數的差別盡可能小，并在相應生產過程中與熱液石英玻璃陶瓷模具的膨脹系數相匹配。如果模具的膨脹系數大于玻璃的膨脹系數，則優選使用凸形模具；然而，如果模具的膨脹系數小于玻璃的膨脹系數，如使用硼硅酸鹽玻璃時，則使用凹形模具。對于高精度鏡片基質的成型，優選后者鏡片的背面與模具接觸以避免由于與鏡片一側接觸而產生的表面缺陷。
制備鏡片基質的優選材料是硼硅酸鹽玻璃(Borofloat、Duran、Pyrex)，其具有低的膨脹系數為3-4×10-6/K。優選玻璃基質應先將兩側進行拋光以在玻璃厚度和扁平表面內達到小的變化。通常玻璃基質作為平板疊置于模具上，隨后兩者按照升溫程序一同被加熱直到玻璃基質的轉變溫度以上(T＞Tg)。對于一些特定的硼硅酸鹽玻璃(Borofloat)，此時必要的下陷溫度為560-760℃。優選以約0.5K/min的低冷卻速度冷卻至室溫，以防止玻璃基質內形成內應力。必須保證熔爐內相應良好的溫度均一性。為獲得用作X-光鏡片基質所必要的表面特性，模具和基質的接觸表面應特別保持潔凈。因此下陷方法優選在潔凈室條件下進行以避免任何的塵粒。通過重力作用下陷可得到小于30μm的精度。在真空或者可能過壓條件下，成型精度有可能小于10μm或者甚至更低。在下陷過程中應考慮到，下陷溫度必須與下陷幾何學特征相匹配。在其它厚度和其它尺寸時，必須相應調整下陷溫度。
實施例被熔融的基礎玻璃含有以下成份(重量％)SiO255.50Al2O325.30P2O57.90Li2O3.70Na2O0.50MgO 1.00ZnO 1.40TiO22.30ZrO21.90As2O30.50該基礎玻璃與申請人市售的玻璃陶瓷Zerodur的組成可能相當。用這種方法生產的基礎玻璃在精制后被澆鑄到胚料玻璃塊中，隨后通過升溫程序，使用可控的結晶過程進行瓷化。為此開始以0.1K/min的升溫速度加熱到730℃，并保溫24小時，隨后以0.1K/min的升溫速度加熱到850℃，接著進一步保溫48小時，再以0.1K/min的速度緩慢冷卻至室溫。
根據玻璃陶瓷塊的大小，該溫度圖形必須相應地加以調整以生產出高精度無裂縫玻璃陶瓷，該玻璃陶瓷具有所需范圍的高石英混合晶體相。
結晶是一放熱過程，其中材料收縮。要生產大的玻璃陶瓷塊，在整個玻璃陶瓷塊中必須獲得局部溫度偏差最大為2K的均勻的溫度分布。因此具有數米直徑的大塊玻璃陶瓷的瓷化過程可能要消耗9個月的時間。
從生產的主要為高石英晶體相的玻璃陶瓷塊中切取一合適的胚料部分，在其表面進行機械加工并檢測其特性。
之后，以1K/min速度加熱到1000℃，保溫4小時，然后以1K/min速度受控冷卻至室溫。
這樣生產的熱液石英玻璃陶瓷完全不透明，并且相似于只有小量的殘余玻璃部分，同時晶體相幾乎已經完全轉化為熱液石英混合晶體相。這樣生產的模具通過機械加工和最后的研磨，從而生成所需形狀及表面特征。
圖1和圖2所示的熔爐整體標示為數字10，硼硅酸鹽玻璃胚料由此模具中復制。
熔爐10是本領域公知的設備用于均勻的溫度分布，以及以很低的加熱和冷卻速度分別選擇性加熱和冷卻處理。
在熔爐10中，Borofloat的硼硅酸鹽玻璃胚料14在約650℃時下陷到先前制得的熱液石英玻璃陶瓷模具12上，不使用真空。
使用此種下陷方法，當使用雙側都經過拋光的Boro-float時，形成的成型體14’的成型耐受性可小于30μm。
為實現甚至更好的小于10μm的成型耐受性，優選真空下陷，如圖1和圖2所示。這里的熱液石英玻璃陶瓷模具12優選已經具有一個或更多個真空連接16，如圖2所示，后來在玻璃基質14’的熱成型中將真空應用于這些連接16中。這里的胚料14與熱液石英玻璃陶瓷模具12的表面18置位，具有小于10μm的良好的成型精度。
權利要求
1.一種玻璃或玻璃陶瓷熱成型模具的制備方法，其中將所述模具通過澆鑄自基礎玻璃制成玻璃陶瓷模具(12)，所述基礎玻璃經熱處理后轉化為主要含有熱液石英混合晶體相的熱液石英玻璃陶瓷。
2.一種玻璃或玻璃陶瓷成型方法，該方法尤其用于鏡片基質的制備，其中成型體(14’)的制備是在重力作用下將胚料(14)下陷到主要為熱液石英混合晶體相的玻璃陶瓷模具(12)上，優選按照權利要求1所述的方法在高于胚料(14)的轉變溫度下制備。
3.根據權利要求1或2所述的方法，其中玻璃陶瓷模具(12)的制備含有以下步驟-將鋰-鋁硅酸鹽基礎玻璃澆鑄到模具中；-通過冷卻至室溫和/或在成核溫度約600-900℃下成核加熱進行成核；-在熱液石英成型溫度約80-1300℃下進行熱液石英玻璃陶瓷成型退火，直到晶體相主要由熱液石英混合晶體組成；以及-使由此成型的模具(12)冷卻至室溫。
4.根據權利要求3所述的方法，其中在高于成核溫度的結晶溫度下進行結晶退火，以及其中在高于結晶溫度的熱液石英成型溫度下進行熱液石英成型退火。
5.根據權利要求3或4所述的方法，其中基礎玻璃經澆鑄和隨后退火之后，在通過熱液石英成型溫度退火轉化為不透明體之前，可對其特性加以檢測。
6.根據權利要求4或5所述的方法，其中成核溫度為650-850℃，結晶溫度為700-900℃，以及熱液石英成型溫度為800-1300℃。
7.根據上述權利要求中任一項所述的方法，其中熱液石英成型退火在至少900℃下進行，以及其中的熱液石英成型溫度為800-1300℃。
8.根據上述權利要求中任一項所述的方法，其中熱液石英成型退火在合適的溫度下進行合適的時間以便至少80％體積的結晶相，優選至少85％體積，更優選至少約90％體積的晶體相轉化為熱液石英混合晶體。
9.根據上述權利要求中任一項所述的方法，其中的玻璃陶瓷模具(12)在澆鑄基礎玻璃和/或在退火之后進行機械處理，尤其是進行鋸割、磨光、研磨或拋光。
10.根據權利要求2-9中任一項所述的方法，其中通過施加真空或者過壓有助于將胚料(14)下陷到玻璃陶瓷模具(12)中。
11.根據權利要求2-10中任一項所述的方法，其中胚料(14)在下陷到玻璃陶瓷模具(12)中之前，在一側或兩側加以處理，優選拋光。
12.根據權利要求2-11中任一項所述的方法，其中在約550-850℃時，將硼硅酸鹽玻璃，優選Borofloat玻璃、Duran玻璃或者Pyrex玻璃的胚料(14)下陷到玻璃陶瓷模具中。
13.根據權利要求12所述的方法，其中將成型體(14′)成型之后以低的冷卻速度，優選最多1.0K/min，尤其0.25K/min，最優選約0.1K/min冷卻。
14.根據權利要求2-13中任一項所述的方法，其中成型體(14′)的成型是在潔凈室中進行的。
15.根據權利要求2-14中任一項所述的方法，其中當模具的熱膨脹系數小于胚料(14)的熱膨脹系數時，玻璃陶瓷模具(12)設計為凹形。
16.根據權利要求2-14中任一項所述的方法，其中當模具的熱膨脹系數大于胚料(14)的熱膨脹系數時，玻璃陶瓷模具(12)設計為凸形。
17.根據上述權利要求中任一項所述的方法，其中制備的玻璃陶瓷模具(12)為圓錐形、雙曲線形、拋物線形或Wolter形。
18.根據權利要求2-17中任一項所述的方法，其中將成型體(14’)成型加以處理，優選拋光。
19.根據權利要求2-18中任一項所述的方法，其中將反射涂層涂到成型體(14’)上。
20.根據上述權利要求中任一項所述的方法，其中制備熱液石英玻璃陶瓷模具(12)所用的基礎玻璃含有下列成份(重量％)SiO2 35-75Al2O3 17-32Li2O 2-8B2O3 0-5P2O5 0-17SnO2+ZrO2+TiO2 0.1-7Na2O+K2O+Cs2O 0-6CaO+MgO+SrO+BaO+ZnO 0-8精制劑如Sb2O3，As2O3，SnO2，CeO2，硫酸鹽或者氯化物 0-3著色氧化物如V2O5，Cr2O3，MnO，Fe2O3，CoO，NiO和其它氧化物 0-10
21.根據權利要求20所述的方法，其中制備熱液石英玻璃陶瓷模具(12)所用的基礎玻璃含有下列成份(重量％)SiO2 55-70Al2O3 19-25Li2O 2.5-4.5B2O30-1P2O50-8SnO2+ZrO2+TiO2 0.5-5Na2O+K2O+Cs2O 0.1-3CaO+MgO+SrO+BaO+ZnO 0-5精制劑如Sb2O3，As2O3，SnO2，CeO2，硫酸鹽或者氯化物 0-2著色氧化物如V2O5，Cr2O3，MnO，Fe2O3，CoO，NiO和其它氧化物 0-2。
22.一種用于玻璃或玻璃陶瓷熱成型的模具，其由鋰-鋁硅酸鹽基礎玻璃的玻璃陶瓷組成，所述基礎玻璃已經過加熱處理轉化成主要為熱液石英相的玻璃陶瓷。
23.根據權利要求2-22中任一項所述的方法制備的玻璃或玻璃陶瓷的成型體，其具有小于30μm，優選小于10μm的表面成型耐受性。
24.根據權利要求23所述的成型體(14’)在制備X-光鏡片中的應用，尤其在望遠鏡中的應用。
全文摘要
本發明公開了玻璃或玻璃陶瓷的成型方法，其中玻璃陶瓷模具(12)是由起始玻璃成模制得，該起始玻璃通過熱處理轉化成一種熱液石英玻璃陶瓷，該熱液石英玻璃陶瓷主要含有熱液石英混合晶體。使用所述的熱液石英玻璃陶瓷模具(12)，在重力作用和高于胚件(14)的轉變溫度下，可將胚件下陷到模具中而制備成型體。
文檔編號C03B23/035GK1495134SQ03154329
公開日2004年5月12日 申請日期2003年8月15日 優先權日2002年8月16日
發明者索爾斯滕·德林, 拉爾夫·葉達姆茲克, 豪克·埃塞曼, 埃娃·赫爾策爾, 葉達姆茲克, 埃塞曼, 索爾斯滕 德林, 赫爾策爾 申請人:肖特玻璃公司