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郑州华晶金刚石股份有限公司

KIT大学在液态玻璃聚合物混合的基础上,开发出石英玻璃加工新工艺

关键词 石英玻璃 , 机床CNC , KIT|2018-05-23 10:00:17
摘要 纯石英玻璃是高度透明的,具有良好的耐热、物理及耐化学腐蚀性能。这些性能使得石英玻璃在光学、数据技术或医学工程方面得到广泛使用。但是现在仍需寻求高效、高质量的石英玻璃加工工艺。卡尔斯...

       纯石英玻璃是高度透明的,具有良好的耐热、物理及耐化学腐蚀性能。这些性能使得石英玻璃在光学、数据技术或医学工程方面得到广泛使用。但是现在仍需寻求高效、高质量的石英玻璃加工工艺。卡尔斯鲁厄理工学院(KIT)的科学家们首次开发出一种成型技术来构造像聚合物一样的石英玻璃。这项创新性研究发表在《Advanced Materials》杂志上。

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       上图是玻璃聚合物的照片,像传统的聚合物一样,玻璃聚合物可以在CNC机床上铣削、旋转加工和激光加工(图片由卡尔斯鲁厄理工学院的Markus Breig提供)

       卡尔斯鲁厄理工学院微结构技术研究所尼普坦实验室跨学科研究小组组长Bastian E.Rapp博士说:“用一种简单的结构技术将高纯度石英玻璃和它的优良性能结合起来一直是一个巨大的挑战。”

       Rapp和他的团队开发了工业玻璃加工的新工艺。机械加工工程师说:“我们从最小的玻璃颗粒开始,而不是通过激光加工蚀刻或将玻璃加热至800°C以形成或构造玻璃块的结构件。”

       科学家们将直径40纳米的玻璃颗粒与液态聚合物混合,形成一种海绵状混合物,而后通过加热或光照将其固化成型。所得成型固体材料中玻璃颗粒的体积分数可达40~60 %。聚合物就像一种粘连剂,它使玻璃颗粒保持在合适的位置,固化成型后仍保持原有形状。

       这种“玻璃聚合物”可以像传统的聚合物一样,在数控机床上铣削、旋转加工、激光加工。Rapp强调说:“聚合物的所有成型技术现在都可被用于该玻璃的加工。”

       科学家们生产了一种棒状的玻璃聚合物,从中切割得到制造智能手机中使用的高性能透镜。要得到高纯石英玻璃,必须去除复合材料中的聚合物。为此,透镜在500至600°C温度的炉中加热,聚合物会完全燃烧变成CO2,接下来将透镜在1300°C温度下烧结以消除材料中产生的缺陷。在此过程中,剩余的玻璃颗粒被致密化为无孔玻璃。

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       可以通过切割玻璃聚合物产生类似于上面所示的玻璃构件(图片由卡尔斯鲁厄理工学院的Markus Breig提供)

       这种成形技术能够制造在很多应用中可代替聚合物的高纯度玻璃材料。这也将促进玻璃加工以及光学、微电子、生物技术和医学工程等行业的发展。Rapp 补充道:“我们的工艺适合大规模生产,而且石英玻璃与那些特殊的聚合物相比,价格便宜得多,更可持续,更节能。”

       这是尼普坦(NeptunLab)实验室在液态玻璃聚合物混合的基础上开发的石英玻璃加工的第三个创新工艺。科学家们已经在2016年成功地使用这种混合物进行模塑成型。而在2017年他们将该混合物应用于3D打印,并证明其适合添加剂制造。

       从2014年到2018年,联邦教育部和研究部已经为早期研究者的“纳米材料类”竞赛资助了280万欧元。现在他们计划商业化生产玻璃聚合物。

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