一種玻璃微細(xì)管陣列的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種玻璃微細(xì)管陣列的制備方法，包括：制備玻璃管和酸溶玻璃棒；將玻璃管和酸溶玻璃棒嵌套配合，構(gòu)成玻璃棒管復(fù)合體；將玻璃棒管復(fù)合體拉制成型制得玻璃纖維單絲，玻璃纖維單絲經(jīng)捆綁制得復(fù)合棒，復(fù)合棒經(jīng)拉制形成玻璃纖維復(fù)絲；玻璃纖維復(fù)絲整齊排列后經(jīng)高溫?zé)崛蹓盒纬擅靼?；毛坯板?jīng)滾圓、切片、研磨、拋光制得超薄毛坯板；超薄毛坯板經(jīng)過酸液溶蝕、超聲波清洗制得玻璃微細(xì)管陣列。本發(fā)明的有益效果在于：制得的玻璃微細(xì)管陣列的直徑或?qū)叧叽缇鶆蚯揖雀?；一次性可以制備包含上百萬根玻璃微細(xì)管的陣列，生產(chǎn)效率與成品率較高，適合于規(guī)模生產(chǎn)；此外，可同時加工不同外形尺寸的玻璃微細(xì)管陣列，制備工藝調(diào)節(jié)靈活。
【專利說明】一種玻璃微細(xì)管陣列的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于無機非金屬材料【技術(shù)領(lǐng)域】，特別是涉及一種高精度玻璃微細(xì)管陣列的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]大尺寸的玻璃管常被用于玻璃纖維或光纖拉制的預(yù)制棒，其制備方法一般是通過高溫軟化玻璃基體然后拉伸而形成。而玻璃微細(xì)管陣列的直徑或?qū)?lt; 1_，利用傳統(tǒng)拉伸方法將無法實現(xiàn)如此超細(xì)管材的制備。由于玻璃管陣列具有超細(xì)的空芯尺寸、良好的精度保證，因此可應(yīng)用于液體/氣體過濾、微管導(dǎo)流等。在環(huán)境處理、醫(yī)療器械和科學(xué)研究領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。然而，國內(nèi)關(guān)于玻璃微細(xì)管陣列產(chǎn)品還未見報道。
[0003]采用傳統(tǒng)拉伸成型技術(shù)，結(jié)合光學(xué)研磨拋光技術(shù)制備玻璃微細(xì)管，其物理尺寸不易控制，并且很難獲得微米級精度的玻璃管。因此，關(guān)于這種玻璃微細(xì)管陣列的制備也就鮮見有報道。國內(nèi)，專利CN201704197U報道了利用水平拉伸法制備出直徑≤3mm的細(xì)玻璃管，但是拉伸制備工藝控制比較困難，外形尺寸精度、端面拋光質(zhì)量和尺寸均勻性很難保證，玻璃管截面為單一的圓形，并且制備方法不適合大規(guī)模生產(chǎn)。另外的缺點是制備出的是單一的玻璃管，難以滿足應(yīng)用需求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是提出一種玻璃微細(xì)管陣列的制備方法。
[0005]為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用了如下技術(shù)方案，一種玻璃微細(xì)管陣列的制備方法，所述方法包括以下步驟:
[0006]步驟I，制備玻璃管和酸溶玻璃棒；
[0007]步驟2，將所述玻璃管和酸溶玻璃棒嵌套配合，構(gòu)成玻璃棒管復(fù)合體；
[0008]步驟3，將玻璃棒管復(fù)合體拉制成型制得玻璃纖維單絲，玻璃纖維單絲經(jīng)捆綁制得復(fù)合棒，復(fù)合棒經(jīng)拉制形成玻璃纖維復(fù)絲；
[0009]步驟4，玻璃纖維復(fù)絲整齊排列后經(jīng)高溫?zé)崛蹓盒纬擅靼澹?br> [0010]步驟5，毛坯板經(jīng)滾圓、切片、研磨、拋光制得超薄毛坯板；毛坯板研磨拋光厚度(5000 μ m,平行度< 2 μ m,平面度< 0.2 μ m ;
[0011]步驟6，超薄毛坯板經(jīng)過酸液溶蝕、超聲波清洗制得玻璃微細(xì)管陣列。
[0012]優(yōu)選的，所述玻璃管為玻璃圓管或玻璃方管，所述玻璃圓管采用人工拔制成型，所述玻璃方管采用人工吹制成型；所述酸溶玻璃棒采用澆注成型。
[0013]優(yōu)選的，所述酸溶玻璃選自硼鑭鋇玻璃或硅鑭鋇玻璃。
[0014]優(yōu)選的，步驟2中，將所述玻璃管和酸溶玻璃棒嵌套配合，配合間隙小于等于1mm。
[0015]優(yōu)選的，步驟3中所述拉制的尺寸精度控制在2μπι以下。
[0016]優(yōu)選的，步驟4中所述的高溫?zé)崛蹓翰捎脵C械自動熔壓技術(shù)，溫度范圍在600~700°C，壓力在 1.0 ~3.0 X IO3MPa,真空度≤ 1.0XlO-2Pa0[0017]優(yōu)選的，步驟6中的酸液溶蝕采用的酸液是濃度為0.3~0.6mol/L鹽酸或硝酸，酸液溶蝕溫度為50°C~70°C，超聲波清洗采用的超聲波頻率為20MHz~60MHz。
[0018]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果在于:
[0019]1、本發(fā)明是基于光學(xué)玻璃纖維拉制技術(shù)和不同玻璃化學(xué)穩(wěn)定性差異而提出，玻璃微細(xì)管空芯用酸溶玻璃材料填充，玻璃管作為皮層，用酸液溶蝕空芯中的酸溶玻璃材料，從而形成玻璃微細(xì)管陣列，此制備方法的理論基礎(chǔ)合理，操作工藝可行。
[0020]2、玻璃微細(xì)管陣列的截面為圓形或正多邊形，其單元微細(xì)管的直徑或多邊形邊長(1000 μ m，玻璃管陣列高< 5000 μ m，陣列高也可以根據(jù)實際需要做到> 5000 μ m。
[0021]3、玻璃管陣列直徑或?qū)叧叽缇鶆蚯揖雀?，尺寸精度?μπι。
[0022]4、本發(fā)明所述制備方法一次性可以制備包含上百萬根玻璃微細(xì)管的陣列，生產(chǎn)效率與成品率較高，適合于規(guī)模生產(chǎn)。
[0023]5、本發(fā)明所述制備方法可同時加工不同外形尺寸的玻璃微細(xì)管陣列，制備工藝調(diào)節(jié)靈活。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0024]此處所說明的附圖用來提供對本發(fā)明的進(jìn)一步理解，構(gòu)成本申請的一部分，本發(fā)明的示意性實施例及其說明用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對本發(fā)明的不當(dāng)限定。在附圖中:
[0025]圖1為本發(fā)明一種實施方式的高精度玻璃微細(xì)管陣列的制備流程圖；
[0026]圖2為本發(fā)明一種實施方式的圓形玻璃纖維單絲截面結(jié)構(gòu)示意圖圖；
[0027]圖3為本發(fā)明一種實施方式的玻璃纖維復(fù)絲截面結(jié)構(gòu)示意圖圖；
[0028]圖4為本發(fā)明一種實施方式的毛坯板截面結(jié)構(gòu)示意圖圖；
[0029]圖5為本發(fā)明一種實施方式的方形玻璃纖維單絲截面結(jié)構(gòu)示意圖；
[0030]圖6為本發(fā)明另一種實施方式的玻璃纖維復(fù)絲截面結(jié)構(gòu)示意圖；
[0031]圖7為本發(fā)明另一種實施方式的毛坯板截面結(jié)構(gòu)示意圖；
[0032]圖8Α為本發(fā)明圓形高精度玻璃細(xì)管陣列的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0033]圖SB為本發(fā)明方形高精度玻璃細(xì)管陣列的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0034]下面結(jié)合具體實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述，但不作為對本發(fā)明的限定。
[0035]本發(fā)明的目的是提供一種制備高精度玻璃微細(xì)管陣列的方法，所述方法可將制備的玻璃管截面設(shè)計成圓形或正多邊形，其單元玻璃微管直徑或正多邊對邊尺寸< 1000 μ m,典型尺寸為4~100 μ m，微細(xì)管陣列高也可以根據(jù)實際需要做到5000 μ m，甚至更高，整個陣列的直徑或?qū)叧叽缈梢赃_(dá)到100_。
[0036]本發(fā)明利用玻璃材料的酸溶性差異，根據(jù)光纖制造的原理，將耐酸性的玻璃管作為皮層，而酸溶玻璃作為芯層，經(jīng)多次拉制得到復(fù)絲，復(fù)絲束經(jīng)熱熔壓形成毛坯板，再經(jīng)滾圓、切片、研磨拋光，最后酸蝕去除酸溶玻璃芯層制得玻璃微細(xì)管陣列，其單元玻璃微細(xì)管尺寸精度可以達(dá)到±0.5μηι。
[0037]實施例1
[0038]本實施方式為圓形高精度玻璃微細(xì)陣列制備方法，其操作步驟如下:[0039]I)玻璃管選擇鈉鈣硅玻璃，而酸溶玻璃采用易被酸液溶蝕的硼鑭鋇玻璃。兩種玻璃配合料經(jīng)高溫熔制澄清，玻璃管采用人工拔制成型，玻璃圓棒采用澆注成型，玻璃管內(nèi)徑與酸溶玻璃棒外徑控制在(20±0.5)111111，管壁厚為(4.0±0.1) mm。
[0040]2)玻璃管、酸溶玻璃棒的嵌套配合，形成玻璃棒管復(fù)合體；玻璃棒管復(fù)合體的配合間隙< 1mm。
[0041]3)玻璃棒管復(fù)合體經(jīng)拉制成型制得玻璃纖維單絲，玻璃纖維單絲直徑為(1.4±0.002)mm，其截面如圖2所示(圖中玻璃管玻璃I ;酸溶玻璃2)。玻璃纖維單絲經(jīng)捆綁制得正六邊形復(fù)合棒，對邊20mm，復(fù)合棒再經(jīng)拉制形成玻璃纖維復(fù)絲，玻璃纖維復(fù)絲對邊(1.0±0.002) mm，其截面如圖3所示；玻璃纖維單絲、玻璃纖維復(fù)絲拉制尺寸精度控制在
2μ m以下。
[0042]4)玻璃纖維復(fù)絲整齊排列后經(jīng)高溫?zé)崛蹓盒纬擅靼?，其截面如圖4 ;高溫?zé)崛蹓翰捎脵C械自動熔壓技術(shù)，熔壓溫度為680°C，壓力在1.5 X IO3MPa,真空度2X10_2Pa。
[0043]5)毛坯板經(jīng)滾圓、內(nèi)圓切片機切片、雙面研磨拋光，制得超薄毛坯板，其截面如圖
4;毛還板研磨拋光厚度為1000 μ m,平行度為2 μ m,平面度為0.1 μ m。
[0044]6)超薄毛坯板經(jīng)過0.6mol/L鹽酸溶液溶蝕，酸液溶蝕溫度為50°C，最后采用頻率為40MHz的超聲波清洗機進(jìn)行清洗與分離，制得直徑為50 μ m,高度為1000 μ m高精度玻璃微細(xì)管陣列，其尺寸精度達(dá)到±3μπι。單元絲為圓形的高精度玻璃微細(xì)管陣列的結(jié)構(gòu)如圖8Α所示。
[0045]實施例2
[0046]本實施方式為方形高精度玻璃微細(xì)陣列制備方法，其操作步驟如下:
[0047]I)玻璃管選擇鈉鈣硅玻璃，而酸溶玻璃采用易被酸液溶蝕的硼鑭鋇玻璃。兩種玻璃配合料經(jīng)高溫熔制澄清，玻璃方管采用人工吹制成型，玻璃方棒采用澆注成型，方棒邊長為 20_X20mm，方管對邊 24_X24mm，壁厚為(2.0±0.2)_。
[0048]2)玻璃方管、酸溶玻璃方棒的嵌套配合，形成玻璃棒管復(fù)合體，玻璃棒管復(fù)合體的配合間隙< 1mm。
[0049]3)玻璃棒管復(fù)合體經(jīng)拉制成型制得玻璃纖維單絲，玻璃纖維單絲對邊為(1.2±0.002)mm，其截面如圖5所示(圖中玻璃管玻璃I ;酸溶玻璃2)。玻璃纖維單絲經(jīng)捆綁制得正四邊形復(fù)合棒，對邊20mm，復(fù)合棒再經(jīng)拉制形成玻璃纖維復(fù)絲，玻璃纖維復(fù)絲對邊(1.0±0.002) mm，其截面如圖6所示；玻璃纖維單絲、玻璃纖維復(fù)絲拉制尺寸精度控制在
2μ m以下。
[0050]4)玻璃纖維復(fù)絲整齊排列后經(jīng)高溫?zé)崛蹓盒纬擅靼?，其截面如圖7 ;高溫?zé)崛蹓翰捎脵C械自動熔壓技術(shù)，熔壓溫度為6801:，壓力在2.(^10^^，真空度1.5X10_2Pa。
[0051]5)毛坯板經(jīng)滾圓、內(nèi)圓機切片、雙面研磨拋光，制得超薄毛坯板；毛坯板研磨拋光厚度為1000 μ m,平行度為2 μ m，平面度為0.1 μ m。
[0052]6)超薄毛還板經(jīng)過0.6mol/L鹽酸溶液溶蝕,酸溶溫度為50°C,最后采用頻率為40MHz的超聲波清洗機進(jìn)行清洗與分離，制得對邊為50 μ m,高度1000 μ m高精度玻璃微細(xì)管陣列，其尺寸精度達(dá)到±3μπι。單元絲為方形的高精度微細(xì)管陣列的結(jié)構(gòu)如圖SB所示。
[0053]以上實施例僅為本發(fā)明的示例性實施例，不用于限制本發(fā)明，本發(fā)明的保護(hù)范圍由權(quán)利要求書限定。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在本發(fā)明的實質(zhì)和保護(hù)范圍內(nèi)，對本發(fā)明做出各種修改或等同替換， 這種修改或等同替換也應(yīng)視為落在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種玻璃微細(xì)管陣列的制備方法，所述方法包括以下步驟: 步驟I，制備玻璃管和酸溶玻璃棒； 步驟2，將所述玻璃管和酸溶玻璃棒嵌套配合，構(gòu)成玻璃棒管復(fù)合體； 步驟3，將玻璃棒管復(fù)合體拉制成型制得玻璃纖維單絲，玻璃纖維單絲經(jīng)捆綁制得復(fù)合棒，復(fù)合棒經(jīng)拉制形成玻璃纖維復(fù)絲； 步驟4，玻璃纖維復(fù)絲整齊排列后經(jīng)高溫?zé)崛蹓盒纬擅靼澹? 步驟5，毛坯板經(jīng)滾圓、切片、研磨、拋光制得超薄毛坯板；毛坯板研磨拋光厚度(5000 μ m,平行度< 2 μ m,平面度< 0.2 μ m ; 步驟6，超薄毛坯板經(jīng)過酸液溶蝕、超聲波清洗制得玻璃微細(xì)管陣列。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的玻璃微細(xì)管陣列的制備方法，其特征在于，所述玻璃管為玻璃圓管或玻璃方管，所述玻璃圓管采用人工拔制成型，所述玻璃方管采用人工吹制成型；所述酸溶玻璃棒采用澆注成型。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的玻璃微細(xì)管陣列的制備方法，其特征在于，所述酸溶玻璃選自硼鑭鋇玻璃或硅鑭鋇玻璃。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的玻璃微細(xì)管陣列的制備方法，步驟2中，將所述玻璃管和酸溶玻璃棒嵌套配合，配合間隙小于等于1_。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的玻璃微細(xì)管陣列的制備方法，其特征在于，步驟3中所述拉制的尺寸精度控制在2 μ m以下。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-5任一項所述的玻璃微細(xì)管陣列的制備方法，其特征在于，步驟4中所述的高溫?zé)崛蹓翰捎脵C械自動熔壓技術(shù)，溫度范圍在600~700°C，壓力在1.0~3.0X IO3MPa,真空度≤ 1.0X l(T2Pa。
7.根據(jù)權(quán)利要求1-5任一項所述的玻璃微細(xì)管陣列的制備方法，其特征在于，步驟6中的酸液溶蝕采用的酸液是濃度為0.3~0.6mol/L鹽酸或硝酸，酸液溶蝕溫度為50°C~70°C，超聲波清洗采用的超聲波頻率為20MHz~60MHz。
【文檔編號】C03B37/12GK103524031SQ201310416217
【公開日】2014年1月22日 申請日期:2013年9月13日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月13日
【發(fā)明者】黃永剛, 張洋, 劉輝 申請人:中國建筑材料科學(xué)研究總院