本發(fā)明涉及一種特種玻璃的制作方法，特別是是具有單軸透光性的水晶玻璃的制作方法。

本方法也可以用合成水晶或熔煉水晶為制作材料得到相同光學(xué)性能的產(chǎn)品

背景技術(shù)：

現(xiàn)有的玻璃制品，其各方面的透光性是趨于一致的，簡單而言，制作一個(gè)正立方體，則3個(gè)軸向的透光性具有一致性。

而天然水晶，又稱石英，其成分與人工玻璃近似，但由于其生成環(huán)境的特殊性，會(huì)呈現(xiàn)出某一面透光性強(qiáng)而其他面透光性弱的不規(guī)則透光特征，非常適宜作為藝術(shù)品加工。在工業(yè)生產(chǎn)上也有所需求，例如用于高檔的儀表面板等場合。但由于天然水晶在天然生成環(huán)境的復(fù)雜性及不穩(wěn)定性，天然水晶的形狀和透光性是不規(guī)律，雖然作為個(gè)體藝術(shù)創(chuàng)作時(shí)，這種個(gè)性化可以增加產(chǎn)品的藝術(shù)感，但難以應(yīng)用到大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)中。

而人工合成水晶，成品雖然在外觀規(guī)格及透光性表現(xiàn)上比天然水晶更具規(guī)律性，但依然是難以控制以及大規(guī)模復(fù)制的，且合成水晶與天然水晶一樣具有成本高，產(chǎn)量少的劣勢，這也限制了該類材料在工業(yè)化生產(chǎn)中的應(yīng)用。

而通稱的“水晶玻璃”，是指其成分與天然水晶相接近的特別成分玻璃，具有水晶的高透光性，然而并沒有水晶的透光差異性，因此，只能作為高質(zhì)量玻璃使用，并不能代替天然水晶或合成水晶的功用。

另外，一種名為“光控膜”的塑料合成產(chǎn)品，由于同樣具有單面透光性，作為水晶的低價(jià)替代品，在注重保護(hù)隱私的電子行業(yè)得到廣泛的應(yīng)用，該產(chǎn)品在薄膜中夾以垂直的不透光材料來模擬出單面透光性。但該產(chǎn)品有如下缺陷：一為透光性差，同等厚度下僅為水晶產(chǎn)品的一半左右，因此也影響到最終產(chǎn)品的整體表現(xiàn)，只能應(yīng)用于低端廉價(jià)產(chǎn)品；二是厚度一般在1毫米以下，無法應(yīng)用于要求較厚材質(zhì)的場合；三是本身是柔軟材質(zhì)，必須依附于其他材料定型，且無法對后方產(chǎn)品起保護(hù)作用。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是：提供一種新型玻璃材料的制作方法，使其具有類似水晶的單面高透光性，可以應(yīng)用于注重于保護(hù)用戶隱私的電子顯示產(chǎn)品上，也可作為藝術(shù)水晶制品的代替材料。

本發(fā)明的線性水晶玻璃，其制作是：將SiO2為主要成分的玻璃原材料通過高溫加熱源加熱到熔融狀態(tài)，以人工或機(jī)器拉出玻璃絲；

在這個(gè)過程中，在外拉力以及材料分子的表面張力作用下，材料分子的排列會(huì)趨向規(guī)律性，冷卻后的玻璃絲，其材料分子會(huì)呈現(xiàn)較規(guī)則的晶體排列。

將拉出的玻璃絲水平整齊排列放置于略大于成品規(guī)格截面的長條狀耐熱容器中，堆積為玻璃絲束；直至耐熱容器裝滿；

對于圓形等其他成型形狀，可以用耐高溫橡皮筋或金屬絲作為捆綁帶將玻璃絲捆綁為玻璃絲束。

由于玻璃絲之間有縫隙，在后期加熱融合的過程中，其毛體積會(huì)縮小，因此玻璃絲束截面應(yīng)略大于最終產(chǎn)品規(guī)格。

將裝滿玻璃絲的耐熱容器放于加熱室內(nèi)，加溫至熔融狀態(tài)，使玻璃絲之間相互融合，而后冷卻而得到條狀的線性水晶玻璃的原形料。

在該過程中，玻璃絲的外層相互融合，破壞了材料分子的規(guī)則晶體排列，而產(chǎn)生混亂排列的狀態(tài)，而玻璃絲中心的材料分子的晶體排列狀態(tài)依然保持不變。因此，從原形料的截面觀察，原形料呈現(xiàn)為無數(shù)條結(jié)晶玻璃絲被外圍混亂排列狀態(tài)的玻璃膜包裹的狀態(tài)。

該狀態(tài)下，原形料的光學(xué)特征類似于相同走向的光纖束，在沿玻璃絲走向的軸面得到高透光線性成像的光學(xué)特征，在其他面則具有低透光性和散光性。

所述的熔融狀態(tài)的玻璃溫度為500-1300攝氏度。

為了使拉出的玻璃絲具有結(jié)晶性，對熔融狀態(tài)的玻璃溫度有一定需求。經(jīng)試驗(yàn)證明，在玻璃初始熔融軟化溫度再提高100度左右，所得到的玻璃絲結(jié)晶性最佳，且大小勻稱，容易控制拉絲長度。而隨著溫度的升高，玻璃絲結(jié)晶性反而下降，且拉絲過程中容易因玻璃絲過于軟化而斷開或?qū)е率孜泊笮〔痪?/p>

由于不同成分的玻璃其初始軟化溫度均不同，例如普通玻璃為500-600攝氏度，而石英玻璃為1000攝氏度以上，最高可至1200攝氏度。因此，實(shí)際生產(chǎn)中應(yīng)結(jié)合所采用玻璃原材料確定具體工作溫度。

用于加熱玻璃原材料的熱源可以是噴槍或坩堝或其他熱源，以玻璃棒做為玻璃原材料為佳。

所述玻璃絲的直徑為0.01mm至0.05mm。

所述玻璃絲的拉絲長度為50-120厘米。拉出的玻璃絲要足夠纖細(xì)，才能體現(xiàn)出規(guī)則結(jié)晶性，但過于細(xì)小，會(huì)增加加工難度，且在后期融合的時(shí)候，難以保持玻璃絲中心的規(guī)則結(jié)晶性。該規(guī)格尺寸下，所得原形料的光學(xué)性能為佳。

將線性水晶玻璃的原形料沿玻璃絲軸向截面切割成所需的厚度，得到線性水晶玻璃切片。

將線性水晶玻璃切片切割和打磨成所需的形狀，得到線性水晶玻璃的成品，并安裝于最終產(chǎn)品上。

對于要求弧面的成品，將線性水晶玻璃切片加熱至熔融狀態(tài)，并彎曲至所需的弧度，冷卻后再進(jìn)行切割和打磨。

由于本產(chǎn)品具有線性光學(xué)成像特征，如直接應(yīng)用于弧形物體表面，會(huì)出現(xiàn)邊緣無法成像的現(xiàn)象，因此，在切割打磨前，預(yù)先予以加熱彎曲。

線性水晶玻璃的原形料用高溫加熱源，加熱局部至熔融，可以彎曲成所需要的形狀，或?qū)⒍喾菰瘟先诮?，而后進(jìn)行藝術(shù)加工得到成品。

作為本制作方法的原材料，可以是普通玻璃、彩色玻璃、特種玻璃等，也可以是成分相同的天然水晶或人工合成水晶，或者是以上材料回收品的二次運(yùn)用，以達(dá)到環(huán)保節(jié)約的目的。

本發(fā)明提供了一種線性水晶玻璃的制作方法，可作為天然水晶及合成水晶的替代品，用于裝飾品上，也可作為高檔電子產(chǎn)品的面板，具有保護(hù)用戶隱私的功能。

附圖說明

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式，對本發(fā)明方法及產(chǎn)品做進(jìn)一步說明。

圖1及圖2為本發(fā)明制作方法中的拉絲步驟示意圖。

圖3為玻璃絲收集為玻璃絲束的示意圖。

圖4為玻璃絲收集為玻璃絲束的第二種方法示意圖。

圖5為玻璃絲束融合后的原形料截面示意圖。

圖6為圖5原形料的立體光學(xué)特征示意圖。

圖7為圖5原形料的縱截面光學(xué)特征示意圖。

圖8為圖5原形料切片后所得線性水晶玻璃切片的縱截面光學(xué)特征示意圖。

圖中玻璃棒1；玻璃熔融端2；加熱源3；尖鉗4；玻璃絲5；玻璃絲束6；耐熱容器7；捆綁帶8；線性水晶玻璃原形料9；

結(jié)晶玻璃絲501；玻璃膜502；線性水晶玻璃切片901。

具體實(shí)施方式

玻璃由固體轉(zhuǎn)變?yōu)橐后w是一定溫度區(qū)域(即軟化溫度范圍)內(nèi)進(jìn)行的，它與結(jié)晶物質(zhì)不同，沒有固定的熔點(diǎn)。玻璃的軟化溫度也稱熔融溫度，不同成分的玻璃初始熔融溫度不同，約為500-1200攝氏度，該溫度下的玻璃狀態(tài)一般稱為熔融狀態(tài)，各種玻璃藝術(shù)品的制作，均在該狀態(tài)下加工完成。而玻璃的液相線溫度也即完全融化溫度，要遠(yuǎn)高于熔融溫度，一般在1500至1700攝氏度之間。

如圖1-2所示，將玻璃棒1的一端靠近加熱源3，待該端出現(xiàn)熔融狀態(tài)，形成玻璃熔融端2，利用尖鉗4從玻璃熔融端2的熔融玻璃拉出玻璃絲5。

由于玻璃材料的初始熔融溫度差別相當(dāng)大，在500-1200攝氏度之間，而加熱源3的溫度應(yīng)該高于所用玻璃棒1的初始熔融溫度，一般高于200-500攝氏度。

在拉絲過程中，初始階段可以通過遙感測溫工具測試玻璃熔融端2的溫度，使其比初始熔融溫度略高100攝氏度，待工人熟練后，可以通過觀察顏色的變化和熔融程度來幫助確定合適的溫度。

所拉出的玻璃絲5，直徑為0.01mm至0.05mm。玻璃絲5的直徑與玻璃棒1的材料成分、熔融溫度、尖鉗4的尖頭大小及拉絲長度均有關(guān)系，在材料成分、熔融溫度、尖鉗4的尖頭大小均固定的情況下，單次拉取長度越長，其玻璃絲直徑越小。

以上的拉絲步驟也可以利用機(jī)器完成，只要所得玻璃絲符合規(guī)格要求即可。

如圖3所示，將圖1-2拉絲步驟得到的玻璃絲5，平行排列堆積在長條狀的耐熱容器7，形成玻璃絲束6。

實(shí)際生產(chǎn)中所拉出的玻璃絲，由于首端、尾端大小會(huì)有變化，因此，圖中的玻璃絲5，是去掉首尾的中間段。

如圖4所示，對于不確定形狀的玻璃絲束，也可以采用捆綁帶8捆綁玻璃絲束6的各部分，在此狀態(tài)下，玻璃絲束6是可以彎曲的，

將玻璃絲束6放置于加熱室內(nèi)加熱，加溫至熔融狀態(tài)，使玻璃絲之間相互融合，而后冷卻而得到條狀的線性水晶玻璃的原形料。該過程要控制好熔融溫度和觀察玻璃絲束6的熔融程度，待玻璃絲完全融合時(shí)，即可取出降溫，加溫過久會(huì)破壞玻璃絲5中心的結(jié)晶性。

實(shí)際生產(chǎn)中，耐熱容器7可以是彎曲的，此時(shí)如圖5所示捆綁玻璃絲束6后，彎曲放置到異形耐熱容器7中，加熱后可得到特殊形狀的原形料。

圖5顯示了前述步驟制作成的線性水晶玻璃的原形料9的橫截面特征，規(guī)則排列的結(jié)晶玻璃絲501是原來玻璃絲5的中心部分，而原來玻璃絲5的邊緣相互融合，形成玻璃膜502包裹著結(jié)晶玻璃絲501，玻璃膜502的玻璃分子因?yàn)橄嗷ト诤隙茐牧嗽械慕Y(jié)晶狀態(tài)。

圖5所示的結(jié)構(gòu)，僅為原形料9的放大橫截面特征示意圖，其所示結(jié)晶玻璃絲501與玻璃膜502的分隔結(jié)構(gòu)，并非物理存在的分隔，結(jié)晶玻璃絲501與玻璃膜502的構(gòu)成均為玻璃分子，不存在成分差別，僅是分子排列特征而導(dǎo)致的光學(xué)差異，也不存在明顯的分隔和形狀，而是逐漸變化的。此外玻璃膜502處于混亂排列的玻璃分子厚度實(shí)際僅為數(shù)十分子的大小，遠(yuǎn)小于圖示的比例。

由于本發(fā)明制作步驟得到的原形料9，其大部分構(gòu)成結(jié)構(gòu)具有結(jié)晶化分子特征，因此，在強(qiáng)度、硬度和耐溫差性上優(yōu)于原有玻璃材料，更接近天然水晶的指標(biāo)。

如圖6所示的線性水晶玻璃的原形料9的光學(xué)特征，在與原玻璃絲束相同的A-A走向，由于結(jié)晶玻璃絲501的存在及玻璃分子的結(jié)晶性，光線可以直接通過，且光通透率高于原始的玻璃材質(zhì)。

而在另外兩維的B-B與C-C方向，由于光線需要穿透多層透光性較差的玻璃膜502，且該方向上呈現(xiàn)柱狀的結(jié)晶玻璃絲501對光線的扭曲干擾影響，光線難以通過被衰減，并出現(xiàn)虛化現(xiàn)象。

因此，線性水晶玻璃的原形料9的光學(xué)特性類似于天然水晶，呈現(xiàn)一維正光性或稱線性透光性。

圖7從另一個(gè)角度展示了線性水晶玻璃的原形料9的光學(xué)特征，如圖所見，A-A方向的光線可以直接透過原形料9，而B-B方向被多層玻璃膜502衰減后，光線則出現(xiàn)衰減和虛化現(xiàn)象。尤其特別的是，B-B方向的光線會(huì)被折射入結(jié)晶玻璃絲501內(nèi)部，而后沿結(jié)晶玻璃絲501走向射出，形成如B-B1走向的折射光線。因此，在理想光源環(huán)境下，沿結(jié)晶玻璃絲501走向的光線會(huì)得到增強(qiáng)，出現(xiàn)亮度大于環(huán)境亮度的聚光現(xiàn)象。

這一特征也與天然水晶近似，因此，本產(chǎn)品可代替天然水晶作為藝術(shù)加工的原材料。

如圖8所示，經(jīng)過切片工序后得到的線性水晶玻璃切片901，與中軸A-A平行的的射入光線可以得到良好的通過率。但隨著光線射入角度增大，在一個(gè)狹小角度后，會(huì)因玻璃膜502結(jié)構(gòu)的存在而出現(xiàn)衰減和虛化現(xiàn)象，因此，線性水晶玻璃切片901產(chǎn)品具有狹小的可觀察角度∠A-A-A1。該可觀察角度與線性水晶玻璃切片901的厚度及玻璃絲5的直徑有關(guān)，隨厚度增大或玻璃絲5的直徑變小而減少。

以實(shí)際成品測試，當(dāng)采用0.02mm的玻璃絲及2mm的切片厚度，其清晰的可觀察角度約為15°。超過該角度后，在∠A1-A-A2范圍，光像會(huì)出現(xiàn)扭曲，呈現(xiàn)見光不見像的虛化特征。超過30°后，光線幾乎完全被衰減。該光學(xué)特征優(yōu)于現(xiàn)有光控膜產(chǎn)品。所以可以制作成光控屏，代替現(xiàn)有光控膜應(yīng)用于注重隱私保護(hù)的電子儀器產(chǎn)品上，且比現(xiàn)有由塑料制成的光控膜產(chǎn)品耐磨、耐酸堿、耐溫差，具有更佳的保護(hù)作用以及優(yōu)良的外觀表現(xiàn)。

本產(chǎn)品的切割打磨工序，與一般玻璃制品無異，不再詳述。