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楼主 | 收藏 | 举报 2020-01-31 22:29   浏览:3   回复:0

精密玻璃管制造工艺

 一、 精密玻璃管制造工艺简介

精密玻璃管的加工目前有两种工艺:一种是高温精密拉制工艺,一种是精密机械整形工艺。前者属于热加工工艺,后者属于冷加工工艺。

1 、 高温精密拉制工艺

精密玻璃管的高温精密拉制生产工艺包括玻璃毛坯成型、预制棒精密加工、精密拉丝以及辅助工艺四个环节,其工艺过程包括:
1 ) 玻璃毛坯成型
玻璃毛坯成型工艺将玻璃原料加工成形状与几何比例关系与产品基本相当的玻璃坯料。
2 ) 预制棒精密加工
由于玻璃坯料的尺寸精度达不到工艺要求,本工艺过程将玻璃毛坯料精密加工成与产品形状与几何比例关系相同的预制棒。该加工过程主要解决内孔整形问题。
3 ) 精密拉丝
该工艺过程将玻璃预制棒按需求的比例拉制成玻璃管。在拉制过程中,要精密测量和控制玻璃管的内孔和外径的尺寸。
4 ) 辅助工艺
该工艺过程将拉制好的玻璃管切割成标准尺寸,经清洗和检验后,形成最终产品。

2 、 精密机械整形工艺

精密玻璃管的机械整形生产工艺包括玻璃毛坯成型、拉丝、玻璃管机械整形以及辅助工艺四个环节,其工艺过程包括:
1 ) 玻璃毛坯成型
玻璃毛坯成型工艺将玻璃原料加工成形状与几何比例关系与产品基本相当的玻璃坯料。
2 ) 拉丝
该工艺过程将玻璃毛坯按需求的比例拉制成毛坯玻璃管。经此环节后,毛坯玻璃管的精度并不能达到产品的精度要求。
3 ) 玻璃管机械整形
由于毛坯玻璃管的尺寸精度达不到工艺要求,本工艺过程将毛坯玻璃管精密整形以达到产品的技术要求。
4 ) 辅助工艺
该工艺过程将整形好的玻璃管切割成标准尺寸,经清洗和检验后,形成最终产品。

3 、 比较这两种生产工艺,两者的主要区别如下:

1 ) 高温精密拉制工艺的预制棒精度高,精密机械整形工艺对预制棒精度的要求较低。前者技术难度大,工艺复杂,设备要求较高。
2 ) 高温精密拉制工艺制作的玻璃管精度是在拉丝过程中形成的,而精密机械整形工艺制作的玻璃管精度是在后续机械整形过程中形成的。前者为精密拉丝,精度较高,设备要求较高,成本较高。
3 ) 就产品可靠性而言,精密机械整形工艺容易形成微裂纹和内应力,从而影响产品的质量。
4 ) 就产品几何精度而言,两者在内外径、不圆度指标上相差不多;在同心度指标上,高温精密拉制工艺明显优于精密机械整形工艺。另外,精密机械整形工艺对于长度较长的玻璃管加工难度大,而高温精密拉丝工艺很容易生产 1 米以上的超长精密玻璃管。这也是用户识别产品加工方法的一个有效途径。

总之,采用高温精密拉制工艺生产的玻璃管产品的质量明显优于精密机械整形工艺生产的产品。但高温精密拉制工艺技术复杂,设备精度高,制作成本较高。

4 、 国内外生产工艺概况

国外的精密玻璃管生产企业普遍采用高温精密拉制工艺。在国内,目前只有少数企业采用高温精密拉制工艺。北京鑫海莱光电科技有限公司采用高温精密拉制工艺生产精密玻璃管,其它公司多采用机械整形法生产精密玻璃管。

二、 通信用精密玻璃管技术要求

精密玻璃管在光纤通信设备中起到精密定位通信器件和对电子器件进行封装的作用。

1 、 与精密定位相关的技术要求

针对精密定位的应用,要求玻璃管具有极高的几何尺寸精度,通常包括内径、外径、椭圆度、同心度等几个技术指标。玻璃管的技术指标与制作方法和使用要求有关。
在常规应用中,通常玻璃管的内孔用于定位。这时,一般要求内径的尺寸公差在正负 5 微米,椭圆度小于 10 微米,外径的尺寸公差在正负 20 微米。
在特殊应用中,内、外孔同时用于定位。这时,内、外径的公差均可能要求达到正负 5 微米,椭圆度小于 5 微米,同心度也要小于 5 微米。

2 、 与器件封装相关的技术要求

针对器件封装的应用,要求玻璃管具有很高的机械强度和对环境变化的稳定性。玻璃管的机械强度和稳定性与所采用的材料和加工工艺有关。
目前最适合做封装应用的材料是硼硅玻璃。这种材料与石英玻璃材料相比不脆,与其它玻璃材料相比强度和稳定性高,因此通信用玻璃管普遍采用硼硅玻璃材料。硼硅玻璃按二氧化硅的含量又分为高硼硅玻璃、中硼硅玻璃和低硼硅玻璃。其中高硼硅玻璃的膨胀系数最小,为 3.3 × 10 -6 K -1 ,是最好的封装材料。但是,高硼硅玻璃加工工艺难,前几年国外有些公司(如日本 NEG )提供中硼硅玻璃材料的玻璃管。几年来的实践证明,中硼硅玻璃材料的玻璃管在实际应用中不如高硼硅玻璃材料的玻璃管稳定可靠,因此目前主流光器件生产厂家普遍采用高硼硅玻璃材料制作的精密玻璃管。
除了材料以外,玻璃管生产工艺对玻璃管产品的质量也有重要影响。如果产品表面有细微裂纹等损伤,玻璃内部有残留应力,在外界温度变化和压力变化作用下,产品的可靠性会急剧下降。

三、 通信用精密玻璃管检测方法

根据通信用精密玻璃管的技术要求,通信用玻璃管的检测包括几何精度检测和可靠性检测两个方面。

1 、 几何精度测量

玻璃管几何精度检测的难度在内径检测上,可采用图像处理系统检测,也可以采用塞规检测。常用办法是塞规检测,目前市场上可以买到间隔为 2 微米的塞规,也可以定制间隔为 1 微米的塞规。图像检测系统必须采用专门定制的系统,市面上见到的通用图像检测系统价格昂贵,不能直接用于产品检测。因为玻璃管的断面有微小的崩边,不经处理和不使用特殊的软件难以测量准确。好的图像检测系统内孔测量精度在 2 毫米的尺度上可达正负 1 微米。
椭圆度的测量可以通过图像处理系统测量。对于 采用 高温精密拉制工艺生产的玻璃管可以直接通过外径的测量获得。
同心度的测量通过专门设计的图像处理系统测量。

2 、 可靠性检测

可靠性检测的标准方法是将玻璃管封装在器件中,放在高低温试验箱中做实验。这种方法费时费力。一种快速的检测方法是将玻璃管放在温箱中加热到 300 度,快速取出放入常温水中。如此反复 3 次后,如玻璃管未出现炸裂即为合格品。
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