细V槽光学元件模压成型中玻璃流变特性研究

发布时间：2020-08-12 07:36

【摘要】：光学元件模压成型工艺是一种有效的复制加工技术,目前成为国内外研究的热点,其中非球面光学元件和微结构光学元件模压成型为主要研究方向。相比非球面光学元件,微结构光学元件由于几何形状复杂,数量单元多、结构尺寸小、阵列排布密等特点,在模压成型过程中存在填充不均匀、不饱和等诸多问题。本文以细V槽光学元件模压成型中玻璃流变特性为研究对象,开展有关研究工作。根据流变学理论,对适用于描述熔融态光学玻璃流变模型的本构方程及模型参数进行了较为详细的研究分析,以松弛时间谱为切入点,介绍了如何通过实验所得材料物理参数函数反求松弛时间谱近似解的计算方法,并对无法获取材料参数的情况进行线性化处理,以静态动力粘度和静态弹性模量求取材料松弛时间变化曲线。然后,为获取熔融态光学玻璃静态动力粘度参数,通过实验得到材料动力粘度—温度变化曲线和流动度—温度变化曲线。实验结果表面:熔融态光学玻璃的动力粘度随温度的升高而降低,流动度随温度的升高而增长,且在材料刚刚突破转变温度TS时,动力粘度曲线呈陡然下降趋势。又以实验所用H-QK3L光学玻璃为例,详细说明了如何利用静态动力粘度和静态弹性模量获取熔融态光学玻璃松弛时间变化曲线的实验方法。最后,利用MSC.Marc有限元软件对光学玻璃在阵列细V槽结构的填充效果进行模压仿真分析,仿真结果可知,伴随温度上升,V槽填充效果逐步提高,模压过程中熔融态光学玻璃的流动特征主要表现在对边界位置的V槽填充形态;利用模压实验得到阵列细V槽结构光学玻璃的实际填充轮廓,实验中出现的填充不均匀、不饱和现象,其成因与光学玻璃流变特性存在密切联系,并结合仿真结果,从温度效应与位置效应两方面对成因进行有效分析。
【学位授予单位】：湖南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TH74
【图文】：

非球面光学元件

逦细Ｖ槽光学元件模压成型中玻璃流变特性研究逡逑光学元件模压成型工艺分为加热、加压、退火和冷却四个阶段［３］，如图１．１逡逑所示。实际操作过程中，先将玻璃坯料放入下模模芯，并装配上下模；接着在无逡逑氧环境中将配合好的模具加热至预先设定的模压温度并对模腔内的玻璃坯料进行逡逑一段时间的保温处理；待玻璃坯料处于高温熔融状态后，施加压力使上下合模，逡逑挤压熔融态玻璃坯料填充下模沟槽，待合模完毕后保压一定时间，让已成型的玻逡逑璃材料慢慢冷却并逐步释放内应力；最后将成型玻璃元件迅速冷却至室温，开模逡逑取出。光学元件模压成型的工艺流程简短，在克服传统加工方法生产成本过高、逡逑加工效率偏低等缺点的同时，又保留了传统加工方法下光学元件所达到的优异性逡逑能，成型后的光学元件具有面形精度高、一致性好、整体尺寸可控等特点，可实逡逑现流水线生产。在市场需求的推动下

示意图,槽模,示意图,模压成型工艺

使得在模压成型过程中存在诸多难点。日本群马大学研究发现１６】，使用逡逑模压成型工艺对单个Ｖ槽结构进行玻璃坯料填充实验时，存在Ｖ槽填充不饱和、逡逑尺寸传递不对称和退火时变形收缩不一致等工艺缺陷（如图１．３所示），对成型光逡逑学元件的形状精度与表面粗糙度产生不良影响。因此利用模压成型工艺对微结构逡逑光学元件进行加工制造时，存在诸多问题。逡逑图１．３单个Ｖ槽模压填充示意图逡逑（１）

散射中心,偏差,菲涅尔透镜,物理特性

逑元件整体导光性和其他物理特性。例如菲涅尔透镜中残余应力过高时，会导致散逦丨逡逑射中心发生偏差（如图１．５所示），进而影响其聚光精度。逡逑图１．５散射中心偏差逡逑（３）

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