透明玻璃的制造和热成形制造技术

本发明专利技术涉及一种透明玻璃制品的制造方法，该制造方法包括以下步骤(a)至(f)：在步骤(a)中，提供纳米复合材料；在步骤(b)中，该纳米复合材料经受外部刺激以使其可重塑；在步骤(c)中，将该纳米复合材料重塑为预定形状，以获得一级结构；在步骤(d)中，将一级结构脱粘，以获得其中形成有空腔的二级结构；在可选的步骤(e)中，用至少一种添加剂填充二级结构的空腔；以及在步骤(f)中，烧结二级结构以获得透明玻璃制品。所述玻璃颗粒包括直径在5nm至400nm范围内的球形玻璃颗粒。围内的球形玻璃颗粒。围内的球形玻璃颗粒。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】透明玻璃的制造和热成形
[0001]本专利技术涉及透明玻璃制品的制造方法和可通过所述方法获得的透明玻璃制品。
[0002]透明玻璃是一种重要的材料，这是因为它的光学透明性，以及兼顾高的热稳定性、化学稳定性和机械稳定性。然而，由于透明玻璃的高熔点(在透明玻璃由熔融石英制成的情况下，熔点特别高)，将透明玻璃成形为玻璃制品是错综复杂的。如今，透明玻璃大多数是使用熔融加工、研磨或蚀刻而成型为玻璃制品。然而，这些工艺都不允许待获得的透明玻璃制品的高通量复制。
[0003]最近，已经提出了基于包含粘合剂基质和分散在其中的玻璃颗粒的纳米复合材料的概念，其允许通过选择性地施加热或辐射，使用增材制造(additive manufacturing)、3D打印和类似技术来成形透明玻璃。然而，上述工艺仅适用于快速原型制作，并且受限于制造玻璃制品的非常小规模的系列。换句话说，这种工艺在工业上不能很好地规模化。
[0004]在这样的背景下，US 2007/0154666 A1描述了一种通过玻璃粉末的粉末注射成型来生产玻璃或玻璃陶瓷制品的方法。具体地，该方法包括在连续混合过程中将有机粘合剂、玻璃粉末和蜡混合在一起以获得混合物；使所述混合物成形以将所述混合物形成为第一成形结构；以及将所述第一成形结构脱粘(debind)和烧结。然而，基于所用玻璃粉末的尺寸以及相对较低的密度，必然推断出，在US 2007/0154666 A1中获得的玻璃或玻璃陶瓷制品是不透明的。
[0005]WO 00/48775A2描述了一种包含高达约9％二氧化钛的硅酸盐玻璃蜂窝状制品，其中所述制品通过利用高纯度熔融石英碳烟颗粒的挤出工艺制备，所述高纯度熔融石英碳烟颗粒(silica soot particles)分散在包含或的橡胶糊制剂(rubbery paste formulation)中。也就是说，石英碳烟颗粒与增稠剂一起分散在水性悬浮液中，这需要在制品被挤出后长时间干燥。
[0006]EP 3 081 541 A1公开了一种用于生产超薄玻璃板的方法，其中聚合物/玻璃配混物包含30至80体积％的矿物组分和20至70体积％的有机组分，所述矿物组分由玻璃颗粒和可选的陶瓷颗粒组成，所述有机组分由一种或多种热塑性聚合物和一种或多种选自表面活性剂、蜡和增塑剂的加工助剂组成，所述聚合物/玻璃配混物被挤出为复合聚合物/玻璃板，此后渐进地加热到500℃至1600℃之间的温度，以便首先烧掉有机组分，然后使矿物组分的玻璃颗粒烧结在一起，从而获得玻璃板。然而，如EP 3 081 541 A1的实施例所证实的，该方法受限于制造厚度为约200μm的超薄玻璃板。
[0007]JP H04 349130 A公开了一种用于生产石英玻璃成型品的方法，其中具有特定粒度的石英与粘合剂制剂共混，所述粘合剂制剂包含热塑性塑料，例如EVA共聚物(聚(乙烯
‑
乙酸乙烯酯))或聚丙烯、丙烯酸系树脂、增塑剂和润滑剂。将所述共混的混合物注射成型，并且在脱粘后，在1000至1800℃的温度下烧结。然而，所得的玻璃成型品被认为是半透明或不透明的，而不是透明的。
[0008]此外，WO 2018/065093 A1描述了通过增材制造由高纯度透明石英玻璃生产成型体的组合物和方法。具体地，该组合物包含有机粘合剂，其在室温下以液体形式存在并且在暴露于热或辐射时可以聚合/交联；聚合引发剂/交联剂，其借由热或辐射的供应引发有机
粘合剂的聚合/交联；和至少一种球形石英玻璃颗粒，其分散在有机粘合剂中。然而，在WO 2018/065093 A1中，要求有机粘合剂在室温下是液体，使得通过选择性地施加热或辐射，可以以高空间分辨率加工组合物。例如，这使得有机粘合剂不适合于如注射成型等复制工艺。此外，有机粘合剂需要是可聚合/可交联的，以便在形成生坯体(green body)期间达到充分的机械稳定性。否则，生坯体会太软，以至于无法承受加工期间的载荷。同样，这使得WO 2018/065093 A1中公开的在室温下需要为液体的有机粘合剂不适合于复制工艺。F.Kotz等人的Adv.Mater.2018,30,1707100描述了类似的工艺。这里，直径为100nm的无定形石英纳米粉末分散在含有甲基丙烯酸羟乙酯(HEMA)和苯氧基乙醇(POE)的单体混合物中。
[0009]鉴于上述情况，本专利技术的目的是克服与本领域已知的透明玻璃的成形相关的上述缺点。特别地，为本专利技术起因的技术问题是提供一种透明玻璃制品的制造方法，该方法应允许容易地利用可扩展到工业规模的复制工艺来将透明玻璃成形为玻璃制品。
[0010]通过提供特征在于权利要求的实施方案，已经解决了为本专利技术起因的上述技术问题。
[0011]特别地，在一个方面，本专利技术提供一种透明玻璃制品的制造方法，该制造方法包括以下步骤(a)至(f)，并且优选地由以下步骤(a)至(f)组成：
[0012](a)提供纳米复合材料，所述纳米复合材料包含有机热塑性粘合剂基质和分散在其中的玻璃颗粒，所述有机热塑性粘合剂基质在室温下为固体；
[0013](b)使所述纳米复合材料经受外部刺激，从而使所述纳米复合材料可重塑；
[0014](c)将所述纳米复合材料可重塑为预定形状，从而获得一级结构；
[0015](d)通过去除所述有机热塑性粘合剂基质使一级结构脱粘，从而获得二级结构，所述二级结构具有在其中形成的空腔(cavity)；
[0016](e)可选地用至少一种添加剂填充所述二级结构的空腔；和
[0017](f)烧结所述二级结构，从而获得所述透明玻璃制品，
[0018]其中所述玻璃颗粒包括直径在5nm至400nm范围内的球形玻璃颗粒。
[0019]有利地，例如，以上述工艺步骤为特征的根据本专利技术的制造方法允许容易地利用可扩展到工业规模的如注射成型等复制工艺来将透明玻璃成形为玻璃制品。结果，根据本专利技术的制造方法允许要获得的透明玻璃制品的高通量复制，这在如上所述的本领域中建立的工艺下是不可能的。有利地，由于可成型纳米复合材料可以通过本领域已知的任何合适的手段成形为预定的几何形态，如下面更详细描述的，预定的几何形态不受进一步限制。因此，最终通过脱粘和烧结获得的透明制品的几何形态也不受进一步限制。根据本专利技术，要生产的透明玻璃制品理解为具有任何任意形态的制品。优选地，其厚度为0.5mm(500μm)以上，更优选地为0.6mm(600μm)以上，甚至更优选地为0.8mm(800μm)以上，最优选地为1.0mm(1000μm)以上。
[0020]在下文中，参照以示意方式示出这些步骤(a)至(f)的图1详细描述根据本专利技术的制造方法的步骤(a)至(f)。
[0021]在如上述的透明玻璃制品的制造方法的步骤(a)中，提供纳米复合材料。步骤(a)中提供的纳米复合材料包括有机热塑性粘合剂基质和分散在其中的玻璃颗粒(后者在图1(a)至(e)中显示为白点)。有机热塑性粘合剂基质在室温下是固体。这里，室温理解为25℃的温度。
[0022]根据本专利技术，有机热本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种透明玻璃制品的制造方法，所述制造方法包括以下步骤(a)至(f)：(a)提供纳米复合材料，所述纳米复合材料包含有机热塑性粘合剂基质和分散在其中的玻璃颗粒，所述有机热塑性粘合剂基质在室温下为固体；(b)使所述纳米复合材料经受外部刺激，从而使所述纳米复合材料可重塑；(c)将所述纳米复合材料重塑为预定形状，从而获得一级结构；(d)通过去除所述有机热塑性粘合剂基质使一级结构脱粘，从而获得二级结构，所述二级结构具有在其中形成的空腔；(e)可选地用至少一种添加剂填充所述二级结构的空腔；和(f)烧结所述二级结构，从而获得所述透明玻璃制品，其中所述玻璃颗粒包括直径在5nm至400nm范围内的球形玻璃颗粒。2.根据权利要求1所述的制造方法，其中，在步骤(a)中提供的所述纳米复合材料为粒状形式。3.根据权利要求1或2所述的制造方法，其中，所述有机热塑性粘合剂基质包含基于芳香族或脂肪族二羧酸和二醇和/或羟基羧酸的聚酯、基于脂肪族或芳香族二醇的聚碳酸酯、聚烯烃如聚乙烯、聚丙烯、聚丁烯、聚甲基戊烯、聚异丁烯、乙丙橡胶(EPR)、和聚(乙烯醇缩丁醛)、环烯烃聚合物、以及聚酰胺、包括基于双酚的芳香族聚醚的聚醚、或聚氨酯、或其组合。4.根据权利要求1至3中任一项所述的制造方法，其中，所述玻璃颗粒是熔融石英玻璃颗粒。5.根据权利要求1至4中任一项所述的制造方法，其中，所述球形玻璃颗粒的直径在50nm至100nm范围内。6.根据权利要求1至5中任一项所述的制造方法，其中，所述玻璃颗粒还包括直径在2μm至40μm范围内的球形玻璃颗粒。7.根据权利要求1至6中任一项所述的制造方...

【专利技术属性】
技术研发人员：B，
申请(专利权)人：格拉斯奥默有限责任公司，
类型：发明
国别省市：