一种微光学玻璃器件的制备方法技术

本发明专利技术保护一种低成本、工艺简单的微光学玻璃器件的制备方法，包括：步骤一：获取二氧化硅分散液，将酸性溶液加入二氧化硅分散液，以调节二氧化硅分散液的pH值，并搅拌；步骤二：将正硅酸乙酯加入二氧化硅分散液，并搅拌，得到溶胶，将碱性溶液加入溶胶，以调节溶胶的pH值，搅拌并静置；步骤三：将静置后的溶胶注入模具，陈化，得到湿凝胶；步骤四：将湿凝胶脱模，清洗、干燥，得到干凝胶；步骤五：将干凝胶烧结，得到微光学玻璃器件；其中，原料中的二氧化硅固含量不大于25.5％。本发明专利技术通过采用低二氧化硅固含量的原料以溶胶凝胶法制备微光学玻璃器件，实现了大收缩率，可以一次性制得带有表面微光学结构的玻璃器件，降低了成本和简化了工艺。降低了成本和简化了工艺。降低了成本和简化了工艺。

【技术实现步骤摘要】
一种微光学玻璃器件的制备方法


[0001]本专利技术涉及玻璃制备
，特别涉及一种微光学玻璃器件的制备方法。

技术介绍

[0002]近年来，随着投影领域的光学设计技术的飞速发展，大而笨重的投影机逐渐为结构精巧、体积小的便携投影机所取代，而且投影技术有着进一步向智能终端如手机、智能眼镜迁移的趋势。伴随而来的是，光机体积的减小及光斑尺寸的减小对光束精细化整形和调制提出了越来越高的要求。而且，随着高亮度激光光源的普及，在满足上述精细化光整形调制的条件下，光学元件也要承受越来越高的热能，从而对耐热性也有了更高的要求，树脂类光学器件已不能满足当前的光机设计，玻璃光学器件已经成为必选项。
[0003]当制备微光学器件(如微透镜阵列)时，在整块玻璃上进行微结构加工(如打磨)的方法，设备成本高且工艺难度大，不利于大规模生产，而溶胶凝胶法是相对较为经济的制备方法。传统的高固含量、低收缩率方案的溶胶凝胶工艺适合制备大尺寸的玻璃器件，受模具加工尺寸的影响，无法直接制得微米级的精细光学结构。为此，在专利CN1761626A 中提出了一种多次转印制备精细玻璃结构的方法，通过高精密的金刚石车床精密加工一个较大尺寸的铝合金模具，再采用硅橡胶压印复制反对称结构，注入溶胶到该硅橡胶模具中成型，烧结成型的玻璃品(与铝合金模具相比体积收缩一定倍数)，再作为模具，压印硅橡胶的形成反对称结构的硅橡胶模具，如此类推，经过多次转印，从而实现微米级的精细玻璃结构。然而，该技术方案耗费的材料成本、时间成本过于巨大，对于薄利多销的消费级微型投影系统难以承受。因此，一种更为经济的微光学玻璃器件的制备方法亟待开发。

技术实现思路

[0004]针对上述现有技术的高成本、工艺复杂的缺陷，本专利技术提供一种低成本、工艺简单的微光学玻璃器件的制备方法，包括以下步骤：步骤一：获取二氧化硅分散液，将酸性溶液加入所述二氧化硅分散液，以调节所述二氧化硅分散液的pH值，并搅拌；步骤二：将正硅酸乙酯加入所述二氧化硅分散液，并搅拌，得到溶胶，将碱性溶液加入所述溶胶，以调节所述溶胶的pH值，搅拌并静置；步骤三：将静置后的所述溶胶注入模具，陈化，得到湿凝胶；步骤四：将所述湿凝胶脱模，清洗、干燥，得到干凝胶；步骤五：将所述干凝胶烧结，得到微光学玻璃器件；其中，原料中的二氧化硅固含量不大于25.5％。
[0005]在一个实施方式中，原料中的二氧化硅固含量不大于25％。
[0006]在一个实施方式中，原料中的二氧化硅固含量不大于20.3％。
[0007]在一个实施方式中，在所述步骤一中，包括：获取预设摩尔体积的二氧化硅分散液原液，将所述二氧化硅分散液原液与去离子水混合，得到所述二氧化硅分散液，所述去离子水用于调节所述二氧化硅固含量。
[0008]在一个实施方式中，在所述原料中，所述二氧化硅分散液所含的二氧化硅与所述正硅酸乙酯的摩尔比为2.8～4.7。
[0009]在一个实施方式中，所述二氧化硅分散液所含的二氧化硅与所述正硅酸乙酯的摩尔比为3.8～4.7。
[0010]在一个实施方式中，在所述步骤一中，所述酸性溶液为盐酸溶液，所述二氧化硅分散液经调节pH值后的pH值为1.3～2.8。
[0011]在一个实施方式中，在所述步骤二中，所述碱性溶液为氨水溶液，所述溶胶经调节pH值后的pH值为2.5～5。
[0012]在一个实施方式中，所述模具为硅胶模具。
[0013]在一个实施方式中，在所述步骤五中，烧结温度不高于1100℃。
[0014]与现有技术相比，本专利技术包括如下有益效果：通过采用低二氧化硅固含量的原料以溶胶凝胶法制备微光学玻璃器件，实现了大收缩率的玻璃制备，可以一次性制得带有表面微光学结构的玻璃器件，避免了低收缩率多次转印的方式，大大降低了成本和简化了工艺。
附图说明
[0015]图1为本专利技术的微光学玻璃器件的制备方法的流程示意图。
具体实施方式
[0016]下面结合附图和实施方式对本专利技术实施例进行详细说明。
[0017]在本专利技术中，主要的专利技术构思在于对溶胶凝胶法制备玻璃器件的原料控制，通过采用两种二氧化硅源结合的方式，同时控制二氧化硅的固含量，使得原料的固含量处于较低的数值，从而实现了溶胶凝胶制备的大收缩率，突破了以往高固含量下溶胶凝胶制备的限制。进一步地，通过对两种二氧化硅源的比例的控制，解决了低固含量下的制备的良率问题。
[0018]本专利技术所述的固含量，是指原料中的二氧化硅(包括正硅酸乙酯水解后的二氧化硅)占全部原料的质量百分比。
[0019]请参见图1，为本专利技术的微光学玻璃器件的制备方法的流程示意图，包括：步骤一，获取二氧化硅分散液，并调节pH值；步骤二，制备溶胶；步骤三，制备湿凝胶；步骤四，制备干凝胶；步骤五，烧结，得到微光学玻璃器件。下面对各个步骤进行详细描述。
[0020]<步骤一>
[0021]本步骤包括，获取二氧化硅分散液，将酸性溶液加入二氧化硅分散液，以调节二氧化硅分散液的pH值，并搅拌，最终得到预设pH值的二氧化硅分散液，作为第一二氧化硅源。
[0022]在本专利技术中，初始的二氧化硅分散液(即未调节pH值的)可以通过将气相二氧化硅与去离子水混合搅拌获得，通过磁力搅拌、均质机和 /或超声分散，使得气相二氧化硅在水中分散均匀。而后，还要将二氧化硅分散液进行过滤，去除杂质和未被分散的团聚颗粒。
[0023]本专利技术中的气相二氧化硅选择D50在20nm～150nm范围内的粒径尺寸，具有较大的比表面积。
[0024]通常，要保证二氧化硅分散液的均匀性，需要较长时间的上述处理过程，导致每次生产的时间较长。因此，在本专利技术的一个实施方式中，事先大量配置预设摩尔体积的二氧化硅分散液原液，每次生产时并获取一定量的二氧化硅分散液原液，将其与去离子水混合稀
释，其中，去离子水用于调节二氧化硅固含量，从而得到该生产批次的二氧化硅分散液。该技术方案使得对二氧化硅固含量的调节变得简单，而且减少了混合均匀所需的时间，不必每次过滤除杂，提高了生产效率，提高了不同批次生产中的原料稳定性。
[0025]将酸性溶液加入二氧化硅分散液搅拌均匀，酸性溶液可以例如是稀盐酸溶液，使得二氧化硅分散液经调节pH值后为1.3～2.8。可以理解，酸性溶液也可以是其他用于调节pH值的酸性溶液。
[0026]<步骤二>
[0027]获得酸性的二氧化硅分散液后，将正硅酸乙酯加入到该二氧化硅分散液中，并搅拌，正硅酸乙酯水解，得到溶胶，进一步将碱性溶液加入溶胶，以调节溶胶的pH值，搅拌并静置。在静置过程中，溶胶开始逐渐形成凝胶，该过程不宜过长，只需短时间静置以排出搅拌过程中的气泡即可。
[0028]在本专利技术的实施方式中，碱性溶液可以为氨水溶液，溶胶经调节pH 值后，pH值上升，最终为2.5～5。可以理解，碱性溶液也可以是其他用于调节pH值的碱性溶液。
[0029]<步骤三&本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种微光学玻璃器件的制备方法，包括以下步骤：步骤一：获取二氧化硅分散液，将酸性溶液加入所述二氧化硅分散液，以调节所述二氧化硅分散液的pH值，并搅拌；步骤二：将正硅酸乙酯加入所述二氧化硅分散液，并搅拌，得到溶胶，将碱性溶液加入所述溶胶，以调节所述溶胶的pH值，搅拌并静置；步骤三：将静置后的所述溶胶注入模具，陈化，得到湿凝胶；步骤四：将所述湿凝胶脱模，清洗、干燥，得到干凝胶；步骤五：将所述干凝胶烧结，得到微光学玻璃器件；其特征在于，原料中的二氧化硅固含量不大于25.5％。2.根据权利要求1所述的微光学玻璃器件的制备方法，其特征在于，原料中的二氧化硅固含量不大于25％。3.根据权利要求2所述的微光学玻璃器件的制备方法，其特征在于，原料中的二氧化硅固含量不大于20.3％。4.根据权利要求1所述的微光学玻璃器件的制备方法，其特征在于，在所述步骤一中，包括：获取预设摩尔体积的二氧化硅分散液原液，将所述二氧化硅分散液原液与去离子水混合，得到所述二氧化硅分散液，所述去离子...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘莹莹，李乾，陈雨叁，
申请(专利权)人：深圳市绎立锐光科技开发有限公司，
类型：发明
国别省市：