CN117805948A - 一种石英复眼透镜的高温烧结方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于光学元件加工技术领域，公开了一种石英复眼透镜的高温烧结方法，包括以下步骤：将烧结粉与UV固化胶水混合，并搅拌至粘稠状胶体；在两个石英单体透镜的边缘均匀涂抹胶体，粘合形成条状基材，调节平行度；清洁基材表面至无胶体残留，紫外固化，超声波清洗至基材表面无烧结粉残留，慢拉干燥；重复步骤b~c，将条状基材粘合成块状基材形成复眼透镜；将块状基材置于80度靠体工装上，置于烤箱内烧结，冷却至室温。本发明通过将单体透镜通过UV固化胶水+烧结粉的方式固定，省去了定制固定工装的环节及成本，绕过了国外的工装定位技术，打破国外复眼烧结技术的垄断，有效降低生产投入，缩短了产品交付周期，提高了生产效率。
Description
技术领域
本发明属于光学元件加工技术领域，涉及一种石英复眼透镜的高温烧结方法。
背景技术
近年来，激光因在激光照明、激光检测和通信等领域有着广泛的应用而备受关注。然而，激光的强度通常为高斯分布，需要将其转换为具有平顶光强分布的均质激光束以实现在光刻、激光加工、和高性能照明领域的应用。到目前为止，已经提出一些方法可以实现光束均匀化，如非球面透镜组、自由曲面透镜、衍射光学元件（DOE）和微透镜阵列（MLA）。相比之下，具有高能量利用率，高灵活集成性和高均匀性的微透镜阵列（MLA）被认为是最常用的均质器之一。微透镜阵列由一系列子透镜组合而成形成空间上的复眼透镜。通过调整微透镜阵列中微透镜的形状、焦距、排布结构方式、占空比等，可实现特定光学功能，提高光学***的集成度和性能。
传统的石英复眼透镜的制作方式是先制作每一个单体透镜，在单体透镜侧面涂抹烧结粉，经过烧结后组成一个复眼透镜整体。但是涂抹烧结粉之后的单体透镜无法自主固定，需要使用特定的固定工装为依托固定位置后，再经高温烧制熔化烧结粉，实现单体透镜的紧密结合。而由于烧结温度高，烧结过程固定工装的应力变化不得大于复眼透镜产品的错位公差，故对固定工装的材质及加工工艺有较高要求。而复眼透镜产品的不同阵列型号较多，因此需要的固定工装型号也较多，目前这种固定工装的定制生产又被国外垄断，工装定制成本高，交付周期长，致使国内复眼透镜的生产成本较高，生产效率较低。因此，需要改进石英复眼透镜的烧结方法。
发明内容
本发明针对上述技术问题，提供一种石英复眼透镜的高温烧结方法，通过将单体透镜通过UV固化胶水+烧结粉的方式固定，省去了定制固定工装的环节及成本，绕过了国外的工装定位技术，打破国外复眼烧结技术的垄断，有效降低生产投入，缩短了产品交付周期，提高了生产效率。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
本发明一种石英复眼透镜的高温烧结方法，包括以下步骤：
a、将烧结粉与UV固化胶水混合，并搅拌至粘稠状胶体；
b、在石英单体透镜的边缘均匀涂抹胶体，粘合形成条状基材，调节平行度；
c、清洁基材表面至无胶体残留，紫外固化，超声波清洗至基材表面无烧结粉残留，慢拉干燥；
d、重复步骤b~c，将条状基材粘合成块状基材形成复眼透镜；
e、将块状基材置于80度靠体工装上，置于烤箱内烧结，冷却至室温。
本发明技术方案中所述UV固化胶水的沸点低于200 ℃，需保证烧结过程中，在达到烧结粉的熔化温度前，使UV固化胶水达到沸点从而完全挥发掉，避免影响烧结牢固度。
本发明技术方案中所述烧结粉与UV固化胶水的质量比为1：0.2~0.8。
本发明技术方案中步骤c中所述紫外固化的条件如下：波长365 nm，能量200 mw /cm²，固化时间1 min。
本发明技术方案中步骤c中所述超声波清洗的操作如下：先浸泡5 min，25 Hz频率下清洗时间为5 min。而在清洗过程中，清洗剂除纯净水外，也可以加入光学玻璃清洗剂，以增强残留物的去除能力。
本发明技术方案中步骤e中烧结的操作如下：先升温至300 ℃烧结1 h，再升温至350 ℃烧结1 h，再升温至400 ℃烧结2 h，再升温至500 ℃烧结1 h，最后升温至550 ℃烧结1 h。
相比现有技术，本发明的有益效果在于：
本发明烧结方法，将单体透镜通过UV固化胶水+烧结粉的方式固定，同样实现烧结前单体透镜的固定和定位，省去了定制固定工装的环节及成本，通过高温将胶水完全挥发掉，胶水的添加并不影响高温烧结过程中烧结粉的熔化和固结，所得复眼透镜产品的烧结牢固度、产品外观更好。
本发明烧结方法，绕过了国外的工装定位技术，打破国外复眼烧结技术的垄断，有效降低生产投入，减少每次因产品定制的工装费用30000元人民币，缩短产品交付周期15天。
具体实施方式
以下实施例用于说明本发明，但不用来限定本发明的保护范围。若未特别指明，实施例中所用技术手段为本领域技术人员所熟知的常规手段。下述实施例中的试验方法，如无特别说明，均为常规方法。
以下实施例中采用的烧结粉为D02，耐受温度500~600℃；石英单体凸透镜材质为JGS1；UV光固化机为SK-203-300D。
实施例1
本实施例采用的UV固化胶水为BH3311。
本实施例一种石英复眼透镜的高温烧结方法，具体包括以下步骤：
a、将烧结粉与UV固化胶水以质量比为1：0.5混合，并搅拌至粘稠状胶体；
b、在石英单体透镜的边缘均匀涂抹胶体，胶层厚度0.01 mm，粘合形成1×5条状基材，粘结后将基材放置在80度靠体工装上，以玻璃凸面为基准，调节平行度；
c、使用无尘布擦拭清洁基材表面至无胶体残留，使用UV光固化机固化，固化参数要求为：波长365 nm，能量200 mw /cm²，固化时间1 min；先使用超声波清洗机中浸泡5min，再在25 Hz频率下清洗为5 min，清洗至基材表面无烧结粉残留，慢拉干燥；
d、重复步骤b~c，将条状基材粘合成块状基材形成5×5阵列的复眼透镜；
e、将块状基材置于80度靠体工装上，置于烤箱内烧结，采用阶梯性烧结程序：先升温至300 ℃烧结1 h，再升温至350 ℃烧结1 h，再升温至400 ℃烧结2 h，再升温至500 ℃烧结1 h，最后升温至550 ℃烧结1 h，烧结后先在烤箱中降温冷却至200℃，再取出冷却至室温。
实施例2
本实施例采用的UV固化胶水为BH3311。
本实施例一种石英复眼透镜的高温烧结方法，具体包括以下步骤：
a、将烧结粉与UV固化胶水以质量比为1：0.5混合，并搅拌至粘稠状胶体；
b、在石英单体透镜的边缘均匀涂抹胶体，胶层厚度0.01 mm，粘合形成1×6条状基材，粘结后将基材放置在80度靠体工装上，以玻璃凸面为基准，调节平行度；
c、使用无尘布擦拭清洁基材表面至无胶体残留，使用UV光固化机固化，固化参数要求为：波长365 nm，能量200 mw /cm²，固化时间1 min；先使用超声波清洗机中浸泡5min，再在25 Hz频率下清洗为5 min，清洗至基材表面无烧结粉残留，慢拉干燥；
d、重复步骤b~c，将条状基材粘合成块状基材形成6×6阵列的复眼透镜；
e、将块状基材置于80度靠体工装上，置于烤箱内烧结，采用阶梯性烧结程序：先升温至300 ℃烧结1 h，再升温至350 ℃烧结1 h，再升温至400 ℃烧结2 h，再升温至500 ℃烧结1 h，最后升温至550 ℃烧结1 h，烧结后先在烤箱中降温冷却至200℃，再取出冷却至室温。
实施例3
本实施例采用的UV固化胶水为BH3311。
本实施例一种石英复眼透镜的高温烧结方法，具体包括以下步骤：
a、将烧结粉与UV固化胶水以质量比为1：0.5混合，并搅拌至粘稠状胶体；
b、在石英单体透镜的边缘均匀涂抹胶体，胶层厚度0.01 mm，粘合形成1×9条状基材，粘结后将基材放置在80度靠体工装上，以玻璃凸面为基准，调节平行度；
c、使用无尘布擦拭清洁基材表面至无胶体残留，使用UV光固化机固化，固化参数要求为：波长365 nm，能量200 mw /cm²，固化时间1 min；先使用超声波清洗机中浸泡5min，再在25 Hz频率下清洗为5 min，清洗时再加入DiLi-850M光学玻璃清洗剂（深圳市发科达表面处理技术有限公司），清洗至基材表面无烧结粉残留，慢拉干燥；
d、重复步骤b~c，将条状基材粘合成块状基材形成9×11阵列的复眼透镜；
e、将块状基材置于80度靠体工装上，置于烤箱内烧结，采用阶梯性烧结程序：先升温至300 ℃烧结1 h，再升温至350 ℃烧结1 h，再升温至400 ℃烧结2 h，再升温至500 ℃烧结1 h，最后升温至550 ℃烧结1 h，烧结后先在烤箱中降温冷却至200℃，再取出冷却至室温。
对比例1
本对比例与实施例1基本相同，不同之处在于：步骤e中烧结程序如下：升温至550℃烧结2 h。
对比例2
本对比例与实施例1基本相同，不同之处在于：步骤e中烧结程序如下：升温至550℃烧结6 h。
对比例3
本对比例采用的UV固化胶水为NOA61，厂家：美国Norland公司。
本对比例一种石英复眼透镜的高温烧结方法，具体包括以下步骤：
a、将烧结粉与UV固化胶水以质量比为1：0.5混合，并搅拌至粘稠状胶体；
b、在石英单体透镜的边缘均匀涂抹胶体，胶层厚度0.01 mm，粘合形成1×5条状基材，粘结后将基材放置在80度靠体工装上，以玻璃凸面为基准，调节平行度；
c、使用无尘布擦拭清洁基材表面至无胶体残留，使用UV光固化机固化，固化参数要求为：波长365 nm，能量200 mw /cm²，固化时间1 min；先使用超声波清洗机中浸泡5min，再在25 Hz频率下清洗为5 min，清洗至基材表面无烧结粉残留，慢拉干燥；
d、重复步骤b~c，将条状基材粘合成块状基材形成5×5阵列的复眼透镜；
e、将块状基材置于80度靠体工装上，置于烤箱内烧结，采用阶梯性烧结程序：先升温至300 ℃烧结1 h，再升温至350 ℃烧结1 h，再升温至400 ℃烧结2 h，再升温至500 ℃烧结1 h，最后升温至550 ℃烧结1 h，烧结后先在烤箱中降温冷却至200℃，再取出冷却至室温。
对比例4
本对比例采用的UV固化胶水为ut20，厂家：日本ADELL公司。
本对比例一种石英复眼透镜的高温烧结方法，具体包括以下步骤：
a、将烧结粉与UV固化胶水以质量比为1：0.5混合，并搅拌至粘稠状胶体；
b、在石英单体透镜的边缘均匀涂抹胶体，胶层厚度0.01 mm，粘合形成1×5条状基材，粘结后将基材放置在80度靠体工装上，以玻璃凸面为基准，调节平行度；
c、使用无尘布擦拭清洁基材表面至无胶体残留，使用UV光固化机固化，固化参数要求为：波长365 nm，能量200 mw /cm²，固化时间1 min；先使用超声波清洗机中浸泡5min，再在25 Hz频率下清洗为5 min，清洗至基材表面无烧结粉残留，慢拉干燥；
d、重复步骤b~c，将条状基材粘合成块状基材形成5×5阵列的复眼透镜；
e、将块状基材置于80度靠体工装上，置于烤箱内烧结，采用阶梯性烧结程序：先升温至300 ℃烧结1 h，再升温至350 ℃烧结1 h，再升温至400 ℃烧结2 h，再升温至500 ℃烧结1 h，最后升温至550 ℃烧结1 h，烧结后先在烤箱中降温冷却至200℃，再取出冷却至室温。
将实施例1~3、对比例1~3获得的复眼透镜分别进行承重试验和振动试验，检测粘结牢固度。承重试验操作如下：将复眼透镜两端架在支架上，在透镜上垫上油纸，在油纸上放置0.5kg、2 kg、3 kg、5 kg的砝码，承重10 min后观察粘结处是否出现断裂、松动情况。振动试验操作如下：将复眼透镜放置在振动台上，设置振动参数：频率30 HZ，电流0.69 A，纵向加速4.26 g，水平加速4.26 g，垂直加速4.26 g，纵向振幅2.37 mm，水平振幅2.37 mm，垂直振幅2.37 mm，30 min后观察粘结处是否出现断裂、松动情况。结果如表1所示。
表1 实施例1~3、对比例1~4复眼透镜试验结果
从表中可以看出，本发明将单体透镜通过UV固化胶水+烧结粉的方式固定，再通过高温将胶水完全挥发掉，直接烧结完成，通过胶水粘接实现组装定位功能，省去了定制固定工装，减少了生产成本，缩短了产品交付周期，提高了生产效率，打破了国外复眼透镜烧结技术的垄断。同时，本发明通过优化UV固化胶水的种类和烧结程序，使所获复眼透镜产品的烧结牢固度、产品外观更好。
以上所述之实施例，只是本发明的较佳实施例而已，仅仅用以解释本发明，并非限制本发明实施范围，对于本技术领域的技术人员来说，当然可根据本说明书中所公开的技术内容，通过置换或改变的方式轻易做出其它的实施方式，故凡在本发明的原理上所作的变化和改进等，均应包括于本发明申请专利范围内。
Claims (6)
1.一种石英复眼透镜的高温烧结方法，其特征在于，包括以下步骤：
a、将烧结粉与UV固化胶水混合，并搅拌至粘稠状胶体；
b、在两个石英单体透镜的边缘均匀涂抹胶体，粘合形成条状基材，调节平行度；
c、清洁基材表面至无胶体残留，紫外固化，超声波清洗至基材表面无烧结粉残留，慢拉干燥；
d、重复步骤b~c，将条状基材粘合成块状基材形成复眼透镜；
e、将块状基材置于80度靠体工装上，置于烤箱内烧结，冷却至室温。
2.根据权利要求1所述的一种石英复眼透镜的高温烧结方法，其特征在于，所述UV固化胶水的沸点低于200 ℃。
3.根据权利要求1所述的一种石英复眼透镜的高温烧结方法，其特征在于，所述烧结粉与UV固化胶水的质量比为1：0.2~0.8。
4.根据权利要求1所述的一种石英复眼透镜的高温烧结方法，其特征在于，步骤c中所述紫外固化的条件如下：波长365 nm，能量200 mw /cm²，固化时间1 min。
5.根据权利要求1所述的一种石英复眼透镜的高温烧结方法，其特征在于，步骤c中所述超声波清洗的操作如下：先浸泡5 min，25 Hz频率下清洗时间为5 min。
6.根据权利要求1所述的一种石英复眼透镜的高温烧结方法，其特征在于，步骤e中烧结的操作如下：先升温至300 ℃烧结1 h，再升温至350 ℃烧结1 h，再升温至400 ℃烧结2h，再升温至500 ℃烧结1 h，最后升温至550 ℃烧结1 h。
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