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CN1304311C - 玻璃和玻璃陶瓷的成型方法 - Google Patents

玻璃和玻璃陶瓷的成型方法 Download PDF

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CN1304311C CNB031543294A CN03154329A CN1304311C CN 1304311 C CN1304311 C CN 1304311C CN B031543294 A CNB031543294 A CN B031543294A CN 03154329 A CN03154329 A CN 03154329A CN 1304311 C CN1304311 C CN 1304311C
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Abstract

本发明公开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，该起始玻璃通过热处理转化成一种热液石英玻璃陶瓷，该热液石英玻璃陶瓷主要含有热液石英混合晶体。使用所述的热液石英玻璃陶瓷模具(12)，在重力作用和高于胚件(14)的转变温度下，可将胚件下陷到模具中而制备成型体。

Description

玻璃和玻璃陶瓷的成型方法
技术领域
本发明涉及玻璃和玻璃陶瓷的成型方法，尤其是用于镜片基质的制备，其中在重力作用下将胚料下陷到模具中而制得成型体。
本发明进一步涉及一种合适的模具制备方法。
背景技术
德国专利DE199 38 811A1公开了一种玻璃陶瓷部件的成型方法，根据该方法，在红外辐射的影响下，同时可能施加真空或过压而将胚料下陷。
这种成型方法适于形成大量三维胚料。因此，如可制备槽沟式或凹槽式部件，这种部件的横截面可以是圆段形、长方形、斜方形或其他形状。
据此生产的部件的精度自然取决于所使用的模具的精度。到目前为止，根据此方法只可制造批量生产的部件，而同时主要使用金属模具。
为生产科学用X-光卫星望远镜，目前由玻璃陶瓷Zerodur制成的抛光固体圆筒形镜片外壳基质已被用于投影光学。由于所有已知材料在正常入射角时对高频X-光的反射率低，因此利用全反射的物理效应，优选在切线入射时操作X-光反射镜和X-光望远镜。为此使用了双反射双层望远镜，其中圆筒形的镜片外壳具有特定的抛物线和双曲线形状，根据Wolters，这些形状尤其适用于此种用途。对于ROSAT和CHANDRA科学卫星望远镜，经抛光的固体圆筒形镜片外壳基质Zerodur应用于成像光学。对比之下，对于X-光望远镜XMM-NEWTON，用流电方法生产的镍外壳具有类似的Wolters性质，因此被用作镜片基质。到目前为止，所有的X-光卫星都应用了锥形固体圆筒形镜片基质。
下一代设计的X-光卫星(XEUS，CONSTELLATION-X)要使用更大的望远镜。出于成本因素考虑，不能再生产如固体圆筒形的这种望远镜了，而要生产含有分节的镜片组件(mirror segments)的望远镜。目前正着手进行两种不同的复制方法用于生产这些新颖的X-光望远镜的镜片外壳，旨在从目前的X-光镜片的单一生产转到为所设计卫星进行生产线生产和批量生产。两种方法都使用了玻璃陶瓷Zerodur的精度成型体，即心轴。通过镍流电方法(XEUS)或者重复利用作为中间层(CONSTELLATION-X)的环氧合成方法将心轴(mandrel)精度转换成镜片外壳组件(mirror shell segments)。两种方法所用温度低于100℃。
对于所述的用于生产分节的X-光镜片的新颖的复制方法而言预成形玻璃基质是必要的。这种方法适用于美国航空航天局的CONSTELLATION-X计划项目和ESA XEUS计划的卫星项目，然而对于后者，该方法只是作为优良的流电方法的一种选择性技术。
所述的Zerodur心轴不适于用作生产预成形玻璃基质的模具，因为Zerodur的操作温度最大可达600℃，且起始温度为130℃，构成特定的限制。
然而，对于镜片基质，具有成本经济有效的成形温度是必要的，其中部分温度显著高于600℃。
另一方面，不能生产出具有必要的成型精度和精度(如，无孔)的大尺寸的烧结陶瓷模具。
然而，石英模具的生产成本昂贵并且限于较小的尺寸。
发明概述
因此，本发明的目的是公开一种玻璃或玻璃陶瓷成形方法，该方法尤其适用于生产镜片基质，并以有效途径使带有必要精度的成型体的生产尽可能成本经济化，这种精度约为30μm或更低的表面成型耐受性。
本发明也公开了一种合适的生产方法，该方法用于生产合适的模具。
本发明的另一个目的是用于玻璃或玻璃陶瓷热成型的模具，其制备方法为通过基础玻璃的浇铸，对基础玻璃进行热处理使其转化为主要含有热液石英混合晶相的热液石英玻璃陶瓷。
本发明的另一个目的是提供玻璃或玻璃陶瓷的成型方法，解决之道为，在重力作用下，温度高于胚料的转变温度时，通过将胚料下陷到以此途径制得的热液石英玻璃陶瓷模具中生产成型体。
本发明目的通过这种方法得到完全解决。
根据本发明生产的主要为热液石英相的玻璃陶瓷模具表现出高的温度耐受性，最高温度可达约1000℃，其还可在短时间内耐受更高的温度。因此，根据本发明制造的模具可应用于如硼硅酸盐玻璃在下陷过程中，温度显著高于转变温度时的成模。通过这种方法可使由热液石英玻璃陶瓷组成的模具达到高精度重复。而现有技术中，含有的主要晶相是高石英混合晶体的玻璃陶瓷Zerodur模具不可能达到此种目的。对照普通的烧结陶瓷，热液石英玻璃陶瓷几乎没有小孔，因此易于抛光。在下陷时模具表面的小孔对玻璃基质可能产生有害缺陷。根据本发明的方法可避免产生这种缺陷。
热液石英玻璃陶瓷的热膨胀系数在200℃-700℃时约1-3×10-6/K，尤其适用于硼硅酸盐玻璃的成型，因为硼硅酸盐玻璃的热膨胀系数范围是3-4×10-6/K。对比之下，玻璃陶瓷Zerodur的热膨胀系数较低，在20℃-700℃之间为约0.2×10-6/K，由于与硼硅酸盐玻璃的热膨胀系数匹配差而更不理想。
使用热液石英玻璃陶瓷模具用于玻璃或玻璃陶瓷的热成型的新颖的生产方法，可使成型体生产过程中精度有显著的提高，并且使生产方法简化，同时避免成型中使用到复杂的镍流电方法。
甚至有可能将透明状态的成型体冷却到开始时的室温，以检查成型体的相关特性(无孔、包体、不均匀性、细沟等等)。应特别优良的均匀性的要求有可能使用干扰仪进行检查。
热液石英玻璃陶瓷的转化可在随后的热处理步骤中实现。
因为是从浇铸胚料玻璃块制备热液石英玻璃陶瓷模具，也可制备大而厚的模具。由此模具厚度可增强其硬度并保证了更好的成型精度。另一种具潜在用途的材料石英没有这种可能性或者需更高的生产成本。
热液石英玻璃陶瓷模具甚至在大尺寸也可以具有高度的稳定性。例如，可达到直径为8米，厚度为20厘米的尺寸甚至更大。
热液石英玻璃陶瓷在长时间内有良好稳定性，对化学环境的影响有高度抗性。在玻璃陶瓷Zerodur中已知的滞后现象在热液石英玻璃陶瓷不发生。
基本已知系统为Li2O-Al2O3-SiO2的玻璃可转化为玻璃陶瓷(LAS玻璃陶瓷)，该玻璃陶瓷的主要晶相是高石英混合晶体和/或热液石英混合晶体(参照EP-A-1 170264)。这些玻璃陶瓷可通过不同的步骤制造。经过熔融和热成型之后，通常将原料冷却到玻璃的转变温度以下。之后，通过控制结晶过程将基础玻璃(base glass)转化为玻璃陶瓷物品。通过含有几个步骤的退火方法进行瓷化，开始是在600℃-800℃之间通过成核作用，通常由TiO2或ZrO2/TiO2混合晶体形成晶核。SnO2也可参与成核。在随后的升温过程中，结晶温度为约750℃-900℃，高石英混合晶体在这些核周围长大。此时结晶的高石英混合晶相与玻璃相之间的体积比例可采用膨胀系数接近0的这种方式加以控制。为此通常约80％的高石英混合晶体/约20％的残余玻璃的比例是所需的。
然而，如果温度进一步升高达900℃-1200℃，则高石英混合晶体转化为热液石英混合晶体(EP-A-1 170264)。同时伴有晶体的长大，热液石英混合晶体出现转变，即晶体尺寸增大，导致光分散增强，也就是说，在相同时间内光的传播速度减慢。因此玻璃陶瓷物品的不透明性增强。根据欧洲专利EP-A-1 170264，在短时间内升高温度达1100℃或更高，从此玻璃陶瓷转化为在核心主要含有热液石英混合晶相和在表面附近含有高石英混合晶相的陶瓷。
然而，根据本发明的方法不是显而易见的，因为用该方法生产的成型体从未预计用作为玻璃或玻璃陶瓷热成型的模具。表面附近存在的混合晶相妨碍了此种应用。对比之下，这些已知的透明或不透明的成型体可用作餐具表面或餐具或作为防火玻璃、壁炉玻璃，高温分解炉的餐具或窗户。
本发明提供一种玻璃或玻璃陶瓷的成型方法，包括以下步骤：
-使用以下步骤提供玻璃陶瓷模具：
-将锂-铝硅酸盐基础玻璃浇铸到模具中；
-通过在成核温度600-900℃下成核加热的步骤进行成核；
-在热液石英成型温度800-1300℃下进行热液石英玻璃陶瓷成型退火，直到至少80vol％的晶相被转化为热液石英混合晶体；
-使由此成型的玻璃陶瓷模具(12)冷却至室温；以及
-机械加工玻璃陶瓷模具为特定形状；
-提供玻璃胚料(14)；
-将玻璃胚料(14)放置在模具(12)上；和
-在重力作用下将玻璃胚料(14)在高于玻璃胚料的转变温度下陷到玻璃陶瓷模具(12)上。
这里基本上在成核温度退火后，有可能开始在一个较高的结晶温度退火，随后进一步升高温度，将初始形成的高石英混合晶体几乎完全转化为热液石英混合晶体。
将基础玻璃浇铸之后，或者在成核或结晶退火之后，及在通过随后退火以使成型体转化为不透明体之前，可以检查最初以透明状态存在的成型体的内在特性(气泡、包体、不均匀性、细沟等等)。
最初，通过在成核温度及随后的结晶温度处的退火，制得的玻璃陶瓷主要包含高石英晶相。例如，由基础玻璃可制备主要含有高石英晶相的玻璃陶瓷Zerodur，其热膨胀系数为0±0.15×10-6/K。高石英混合晶体经过随后加热并退火到更高的热液石英形成温度而可几乎完全转化成热液石英混合晶体。
或者，其操作也可以不通过中间的冷却步骤，或者在低一些温度约650-850℃进行成核退火后，立即将其加热到对热液石英形成必要的更高温度(约800-1300℃)。
处理过程也可能是三步反应，首先在约650-850℃成核温度进行退火处理，随后在约750-900℃的结晶温度进行退火处理(形成高石英晶相)，接着在约850-1300℃的热液石英成型温度进行退火处理，从而将高石英混合晶体转化为热液石英混合晶体。
热液石英形成的退火优选在至少900℃，优选在至少1000℃进行至少1小时，尤其至少2小时，尤其优选的时间跨越约为4小时。
在甚至更高的温度时，作用时间可以相应地减短。
根据本发明所述的方法，热液石英成型退火优选在一定的温度及时间内进行以便将晶体部分大部分转化成热液石英。此处优选至少80％体积，尤其约85％体积，尤其优选至少约90％体积材料中的晶体部分转化成热液石英混合晶体。
存在的残余玻璃相至多可富含高石英混合晶体和不溶性成份，如Na2O和碱土金属氧化物如CaO、SrO、BaO。然而，优选任何可能的残余玻璃相仅仅以包体形式存在，所述包体分布在主要由热液石英混合晶体组成的微结构中。
具有这样结构的玻璃在550℃至高达约1000℃范围内，可以保证对热成型玻璃所必需的成型稳定性和温度稳定性。如果在总体积中高石英混合相或者玻璃相比例增大，则在600℃甚至更高温度时，玻璃的成型稳定性和温度稳定性将可能受到破坏。
根据本发明的优选方案，可对浇铸基础玻璃之后和/或退火之后的玻璃陶瓷进行机械处理，特别是抛光或者研磨。
这样，使用本领域技术人员所公知的玻璃加工操作方法，通过这种机械处理(优选使用CNC可控机床)可使玻璃获得必要的表面特点和成型精度。甚至在转化为不透明陶瓷之前，即仍在透明状态时可以特别简单的方法进行质量检查。
根据本发明的另一个优选方案，使用真空或者过压的方法，有助于将胚料下陷到玻璃陶瓷模具中。
用这种方法可获得小于10μm的尤其良好的成型精度。
在本发明的合适的方案中，使胚料下陷到玻璃陶瓷模具之前，胚料的两侧通过机械处理，优选抛光。
由此制备的成型体可获得特别高的质量和精度。
根据本发明另一个方案，胚料为硼硅酸盐玻璃，尤其是Borofloat玻璃、Duran玻璃或者Pyrex玻璃，在约550-850℃之间被下陷到玻璃陶瓷模具中。
这样，硼硅酸盐玻璃的有利特征使其可用于生产X-光镜片基质，因为硼硅酸盐玻璃具有非常低的结晶趋向，非常利于在给定温度范围内被加工。这里所述的温度优选相当多地高于特定玻璃的转变温度，籍此在复制过程中，甚至以短的停留时间就可以达到高的成型精度和表面质量。
根据本发明的有利方案，成型体经成型后的冷却速度优选最大为1K/min，尤其为0.5K/min，更特别优选为0.25K/min，最优选为约0.1K/min。
由此可获得具有一种特定的具有高成型精度的无应力的成型体。
为生产特定的高质量成型体，胚料的成型优选在洁净室条件下进行。
在本发明的另一个有利方案中，胚料与玻璃陶瓷模具的接触表面作为欲制得镜片的背面。
通过这种方法，在镜片基质生产过程中出现的任何可能的表面缺陷被安排到镜片的背面，因此处于一种较不重要的区域中。
根据本发明的另一个有利的方案，当模具的热膨胀系数小于胚料的热膨胀系数时，玻璃陶瓷模具使用凹形设计。
此种情况经常在使用硼硅酸盐玻璃时发生。
当要制备的玻璃用作X-光镜片基质时，这里使用具有圆锥形、双曲线形和抛物线形(Wolters形)的凹形模具。
然而，当玻璃陶瓷模具的热膨胀系数大于胚料的热膨胀系数时，模具优选使用凸形设计。
经成型后的成型体可经过机械加工，优选抛光，以获得尽可能好的表面特性。
当制备的玻璃用作镜片基质时，可在成型体上涂上一层反射涂层。
作为生产热液石英玻璃陶瓷模具的基础玻璃，该基础玻璃优选含有以下成份(重量％)：
SiO2：                 35-75
Al2O3：               17-32
Li2O：                2-8
B2O3：                0-5
P2O5：                0-17
SnO2+ZrO2+TiO2：   0.1-7
Na2O+K2O+Cs2O：        0-6
CaO+MgO+SrO+BaO+ZnO：  0-8
精制剂如Sb2O3，As2O3，SnO2，
CeO2，硫酸盐或者氯化物：   0-3
着色氧化物如
V2O5，Cr2O3，MnO，Fe2O3，
CoO，NiO和其它氧化物：   0-10
这里使用的特别优选的基础玻璃含有以下成份(重量％)：
SiO2：                         55-70
Al2O3：                      19-25
Li2O：                        2.5-4.5
B2O3：                        0-1
P2O5：                        0-8
SnO2+ZrO2+TiO2：           0.5-5
Na2O+K2O+Cs2O：         0.1-3
CaO+MgO+SrO+BaO+ZnO：   0-5
精制剂如Sb2O3，As2O3，SnO2，
CeO2，硫酸盐或者氯化物：   0-2
着色氧化物如
V2O5，Cr2O3，MnO，Fe2O3，
CoO，NiO和其它氧化物：    0-2。
使用这样一种锂铝硅酸盐基础玻璃，可获得所需要的主要为热液石英相的热液石英玻璃陶瓷体。二氧化硅、三氧化二铝和氧化锂在给定范围内对实现一些结晶过程和低的热膨胀系数都是必要的。这些化合物是热液石英混合晶体的成分。三氧化二铝按重量计应优选不高于19.8％，否则残余的高石英混合晶体中的三氧化二铝含量会增高。对比之下，过高含量的三氧化二铝会导致多铝红柱石非所需地去玻璃化。优选地，根本不加入氧化硼或者仅有少量的氧化硼，因为氧化硼含量高不利于结晶。五氧化二磷可作为另外的成分加入。一定要加入ZrO2或者TiO2作为成核起始物。可选择性地或者也可另加入SnO2。加入碱金属Na2O、K2O、Cs2O和碱土金属CaO、SrO、BaO可改善生产过程中玻璃的可熔性和去玻璃化特征。MgO和ZnO具有相似作用。制备的玻璃陶瓷可以同时加入精制剂如As2O3、Sb2O3、SnO2、CeO2、NO2、CeO2、硫酸盐或者氯化物，如NaCl。也可以给定范围存在着色剂如V2O5、Cr2O3、MnO、Fe2O3、CoO、NiO和其它氧化物。
优选地，可使用的组成有申请人市售的Zerodur或Zerodur-M的已知组成。另外也可使用其它相似的玻璃陶瓷作为基础玻璃，如Ceran、Robax、Clearceram、Neoceram、Astrositall。
如上所述，本发明的热液石英陶瓷的玻璃陶瓷模具，通过下陷方法，尤其适合于生产用作X-光镜片，具体用作望远镜的由玻璃制得的成型体。
由玻璃制得的X-光镜片基质具有优于其它基质材料的特定优点，由于其具有高的自身强度、低膨胀、低密度和同质量时具有更高的厚度，易于抛光，以及即使大体积时也具有良好的可用性，和通过已知的操作方法简便加工。另外，在复制过程后可实现对透明成型体内应力的检查。镜片基质内的内应力可导致变形、弯曲或者扭曲，以至于镜片组件(mirror segments)再也不能达到必要的精度形状。加工的成型体的透明性也使得对玻璃的内在特性进行检查成为可能。
可以理解，上述和下面的本发明的特征不限于给出的组合方案，在不脱离本发明的范围内，也可适用于其他的组合方案，或者单独应用方案中。
附图简述
本发明的进一步特征和优势通过下面优选实施例结合附图的表述而显而易见。在附图中：
图1是根据本发明所述，使用玻璃陶瓷模具用于真空下陷的装置的示意图，所示为起始状态；
图2说明图1的装置的最后状态，其中的胚料已经置位于模具表面。
具体实施方式
根据本发明，用于玻璃或玻璃陶瓷热成型的模具是由基础玻璃通过浇铸制成玻璃陶瓷模具，而这经过退火转化成热液石英相的热液石英玻璃陶瓷。用于此种目的的基础玻璃优选含有下面成份(重量％)：
SiO2：                        55-70
Al2O3：                      19-25
Li2O：                       2.5-4.5
B2O3：                       0-1
P2O5：                       0-8
SnO2+ZrO2+TiO2：          0.5-5
Na2O+K2O+Cs2O：        0.1-3
CaO+MgO+SrO+BaO+ZnO：  0-5
精制剂如Sb2O3，As2O3，SnO2，
CeO2，硫酸盐或者氯化物：  0-2
着色氧化物如
V2O5，Cr2O3，MnO，Fe2O3，
CoO，NiO和其它氧化物：  0-2。
开始将锂-铝硅酸盐基础玻璃熔融，可能同时加入通常的精制剂，并浇铸到模具中。
之后，例如先冷却至室温后，再对可能的包体检测表面特征和内部特征，如孔、气泡、细沟等等，以及有可能进行机械加工，如磨光、抛光或者研磨。
随后先在约600-900℃，优选约600-800℃的成核温度进行退火成核。此时在成核剂TiO2，ZrO2或者SnO2周围形成大量的晶核。对比之下，在这之前也可冷却至室温，以生成额外的核。只有在随后的更高温度退火过程中，才会有结晶发生，即，核长大形成晶相。这一过程最初也可在适合高石英晶相形成的温度范围内，也就是约700-900℃之间进行。如果随后冷却至室温，可生成含有的晶相主要是高石英混合晶体的玻璃陶瓷。如果将此玻璃陶瓷随后加热到对热液石英成型必要的更高温度时，也就是约800-1300℃，优选温度至少为1000℃，则先前形成的高石英混合晶体在长大的同时大部分转化为热液石英混合晶体。热液石英成型的退火温度优选在足够高的温度和足够长的时间内进行，以保证晶相大部分都转化为热液石英混合晶相。例如，在温度约1000℃退火至少1小时，如4小时可保证这种转化。
随后冷却至室温。
也可以选择不通过任何的中间冷却来制备热液石英玻璃陶瓷，在成核温度退火后，立即加热到对热液石英成型所必要的更高温度并维持充分的停留时间。然而由于形成了不透明体，随后对由此形成的热液石英玻璃陶瓷模具的内在特性进行检测则变得复杂。
得到的热液石英玻璃陶瓷的膨胀系数在20-700℃之间为1×10-6/K-3×10-6/K，然而优选约2.0×10-6/K。
当用于制备镜片基质，尤其是用于望远镜中的X-光镜片时，热液石英玻璃陶瓷模具与必要的镜片基质的逆形式相似，其中必须对模具和玻璃基质之间膨胀系数的差别加以考虑并相应地含在模具形状中，优选两个膨胀系数的差别尽可能小，并在相应生产过程中与热液石英玻璃陶瓷模具的膨胀系数相匹配。如果模具的膨胀系数大于玻璃的膨胀系数，则优选使用凸形模具；然而，如果模具的膨胀系数小于玻璃的膨胀系数，如使用硼硅酸盐玻璃时，则使用凹形模具。对于高精度镜片基质的成型，优选后者镜片的背面与模具接触以避免由于与镜片一侧接触而产生的表面缺陷。
制备镜片基质的优选材料是硼硅酸盐玻璃(Borofloat、Duran、Pyrex)，其具有低的膨胀系数为3-4×10-6/K。优选玻璃基质应先将两侧进行抛光以在玻璃厚度和扁平表面内达到小的变化。通常玻璃基质作为平板叠置于模具上，随后两者按照升温程序一同被加热直到玻璃基质的转变温度以上(T＞Tg)。对于一些特定的硼硅酸盐玻璃(Borofloat)，此时必要的下陷温度为560-760℃。优选以约0.5K/min的低冷却速度冷却至室温，以防止玻璃基质内形成内应力。必须保证熔炉内相应良好的温度均一性。为获得用作X-光镜片基质所必要的表面特性，模具和基质的接触表面应特别保持洁净。因此下陷方法优选在洁净室条件下进行以避免任何的尘粒。通过重力作用下陷可得到小于30μm的精度。在真空或者可能过压条件下，成型精度有可能小于10μm或者甚至更低。在下陷过程中应考虑到，下陷温度必须与下陷几何学特征相匹配。在其它厚度和其它尺寸时，必须相应调整下陷温度。
实施例
被熔融的基础玻璃含有以下成份(重量％)：
SiO2              55.50
Al2O3            25.30
P2O5             7.90
Li2O             3.70
Na2O             0.50
MgO               1.00
ZnO               1.40
TiO2              2.30
ZrO2              1.90
As2O3            0.50
该基础玻璃与申请人市售的玻璃陶瓷Zerodur的组成可能相当。用这种方法生产的基础玻璃在精制后被浇铸到胚料玻璃块中，随后通过升温程序，使用可控的结晶过程进行瓷化。为此开始以0.1K/min的升温速度加热到730℃，并保温24小时，随后以0.1K/min的升温速度加热到850℃，接着进一步保温48小时，再以0.1K/min的速度缓慢冷却至室温。
根据玻璃陶瓷块的大小，该温度图形必须相应地加以调整以生产出高精度无裂缝玻璃陶瓷，该玻璃陶瓷具有所需范围的高石英混合晶相。
结晶是一放热过程，其中材料收缩。要生产大的玻璃陶瓷块，在整个玻璃陶瓷块中必须获得局部温度偏差最大为2K的均匀的温度分布。因此具有数米直径的大块玻璃陶瓷的瓷化过程可能要消耗9个月的时间。
从生产的主要为高石英晶相的玻璃陶瓷块中切取一合适的胚料部分，在其表面进行机械加工并检测其特性。
之后，以1K/min速度加热到1000℃，保温4小时，然后以1K/min速度受控冷却至室温。
这样生产的热液石英玻璃陶瓷完全不透明，并且相似于只有小量的残余玻璃部分，同时晶相几乎已经完全转化为热液石英混合晶相。这样生产的模具通过机械加工和最后的研磨，从而生成所需形状及表面特征。
图1和图2所示的熔炉整体标示为数字10，硼硅酸盐玻璃胚料由此模具中复制。
熔炉10是本领域公知的设备用于均匀的温度分布，以及以很低的加热和冷却速度分别选择性加热和冷却处理。
在熔炉10中，Borofloat的硼硅酸盐玻璃胚料14在约650℃时下陷到先前制得的热液石英玻璃陶瓷模具12上，不使用真空。
使用此种下陷方法，当使用双侧都经过抛光的Boro-float时，形成的成型体14’的成型耐受性可小于30μm。
为实现甚至更好的小于10μm的成型耐受性，优选真空下陷，如图1和图2所示。这里的热液石英玻璃陶瓷模具12优选已经具有一个或更多个真空连接16，如图2所示，后来在玻璃基质14’的热成型中将真空应用于这些连接16中。这里的胚料14与热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。

Claims (24)

1.一种玻璃或玻璃陶瓷的成型方法，包括以下步骤：
-使用以下步骤提供玻璃陶瓷模具：
-将锂-铝硅酸盐基础玻璃浇铸到模具中；
-通过在成核温度600-900℃下成核加热的步骤进行成核；
-在热液石英成型温度800-1300℃下进行热液石英玻璃陶瓷成型退火，直到至少80vol％的晶相被转化为热液石英混合晶体；
-使由此成型的玻璃陶瓷模具(12)冷却至室温；以及
-机械加工玻璃陶瓷模具为特定形状；
-提供玻璃胚料(14)；
-将玻璃胚料(14)放置在模具(12)上；和
-在重力作用下将玻璃胚料(14)在高于玻璃胚料的转变温度下陷到玻璃陶瓷模具(12)上。
2.根据权利要求1所述的方法，其中在高于成核温度的结晶温度下进行结晶退火，以及其中在高于结晶温度的热液石英成型温度下进行热液石英成型退火。
3.根据权利要求1所述的方法，其中基础玻璃经浇铸和随后退火之后，在通过热液石英成型温度退火转化为不透明体之前，对其特性加以检测。
4.根据权利要求2所述的方法，其中成核温度为650-850℃，以及结晶温度为700-900℃。
5.根据权利要求1所述的方法，其中热液石英成型退火在至少900℃下进行。
6.根据权利要求1所述的方法，其中热液石英成型退火在合适的温度下进行一段时间以便至少85vol％的晶相转化为热液石英混合晶体。
7.根据权利要求1所述的方法，其中的玻璃陶瓷模具(12)通过至少一个选自锯割、磨光、研磨或抛光的加工步骤进行机械处理。
8.根据权利要求1-7中任一项所述的方法，其中通过施加真空或者过压有助于将胚料(14)下陷到玻璃陶瓷模具(12)中。
9.根据权利要求1-7中任一项所述的方法，其中玻璃胚料(14)在下陷到玻璃陶瓷模具(12)中之前，在其两侧中的至少一侧加以抛光。
10.根据权利要求1-7中任一项所述的方法，其中硼硅酸盐玻璃的胚料(14)在温度为550-850℃的范围内下陷到玻璃陶瓷模具中。
11.根据权利要求1-7中任一项所述的方法，其中在550-850℃下，将选自Borofloat玻璃、Duran玻璃或Pyrex玻璃的硼硅酸盐玻璃的胚料(14)下陷到玻璃陶瓷模具中。
12.根据权利要求1-7中任一项所述的方法，其中将成型体(14′)成型之后以最多为0.25K/min的冷却速度冷却。
13.根据权利要求1-7中任一项所述的方法，其中成型体(14′)的成型是在洁净室条件下进行的。
14.根据权利要求1-7中任一项所述的方法，其中当模具的热膨胀系数小于胚料(14)的热膨胀系数时，玻璃陶瓷模具(12)设计为凹形。
15.根据权利要求1-7中任一项所述的方法，其中当模具的热膨胀系数大于胚料(14)的热膨胀系数时，玻璃陶瓷模具(12)设计为凸形。
16.根据权利要求1-7中任一项所述的方法，其中制备的玻璃陶瓷模具(12)为圆锥形、双曲线形、抛物线形或Wolter形。
17.根据权利要求1-7中任一项所述的方法，其中将成型体(14’)在成型后被抛光。
18.根据权利要求1-7中任一项所述的方法，其中将反射涂层涂到成型体(14’)上。
19.根据权利要求1-7中任一项所述的方法，其中制备热液石英玻璃陶瓷模具(12)所用的基础玻璃按重量％计含有下列成份：
SiO2：                     35-75
Al2O3：                   17-32
Li2O：                     2-8
B2O3：                    0-5
P2O5：                    0-17
SnO2+ZrO2+TiO2：         0.1-7
Na2O+K2O+Cs2O：          0-6
CaO+MgO+SrO+BaO+ZnO：        0-8
精制剂Sb2O3，As2O3，SnO2，
CeO2，硫酸盐或者氯化物：    0-3
着色氧化物
V2O5，Cr2O3，MnO，Fe2O3，
CoO，NiO：                   0-10。
20.根据权利要求1-7中任一项所述的方法，其中制备热液石英玻璃陶瓷模具(12)所用的基础玻璃按重量％计含有下列成份：
SiO2：                        55-70
Al2O3：                      19-25
Li2O：                        2.5-4.5
B2O3：                       0-1
P2O5：                       0-8
SnO2+ZrO2+TiO2：            0.5-5
Na2O+K2O+Cs2O：             0.1-3
CaO+MgO+SrO+BaO+ZnO：           0-5
精制剂Sb2O3，As2O3，SnO2，
CeO2，硫酸盐或者氯化物：       0-2
着色氧化物
V2O5，Cr2O3，MnO，Fe2O3，
CoO，NiO：                      0-2。
21.根据权利要求1-7中任一项所述的方法，其中锂-铝硅酸盐基础玻璃在退火形成热液石英玻璃陶瓷的步骤之前冷却至室温。
22.根据权利要求1-7的方法制备的玻璃或玻璃陶瓷的成型体(14’)，其具有小于30μm的表面成型耐受性。
23.根据权利要求22的成型体(14’)，其具有小于10μm的表面成型耐受性。
24.根据权利要求22或23所述的成型体(14’)在制备用于望远镜的X-光镜片中的应用。
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