玻璃管制造工藝

　　精密玻璃管制造工藝簡(jiǎn)介

　　精密玻璃管的加工目前有兩種工藝：一種是高溫精密拉制工藝，一種是精密機(jī)械整形工藝。前者屬于熱加工工藝，后者屬于冷加工工藝。

　　高溫精密拉制工藝

　　精密玻璃管的高溫精密拉制生產(chǎn)工藝包括玻璃毛坯成型、預(yù)制棒精密加工、精密拉絲以及輔助工藝四個(gè)環(huán)節(jié)，其工藝過(guò)程包括：

　　玻璃毛坯成型

　　玻璃毛坯成型工藝將玻璃原料加工成形狀與幾何比例關(guān)系與產(chǎn)品基本相當(dāng)?shù)牟Ａ髁稀?/p>

　　預(yù)制棒精密加工

　　由于玻璃坯料的尺寸精度達(dá)不到工藝要求，本工藝過(guò)程將玻璃毛坯料精密加工成與產(chǎn)品形狀與幾何比例關(guān)系相同的預(yù)制棒。該加工過(guò)程主要解決內(nèi)孔整形問(wèn)題。

　　精密拉絲

　　該工藝過(guò)程將玻璃預(yù)制棒按需求的比例拉制成玻璃管。在拉制過(guò)程中，要精密測(cè)量和控制玻璃管的內(nèi)孔和外徑的尺寸。

　　輔助工藝

　　該工藝過(guò)程將拉制好的玻璃管切割成標(biāo)準(zhǔn)尺寸，經(jīng)清洗和檢驗(yàn)后，形成最終產(chǎn)品。

　　精密機(jī)械整形工藝

　　精密玻璃管的機(jī)械整形生產(chǎn)工藝包括玻璃毛坯成型、拉絲、玻璃管機(jī)械整形以及輔助工藝四個(gè)環(huán)節(jié)，其工藝過(guò)程包括：

　　玻璃毛坯成型

　　玻璃毛坯成型工藝將玻璃原料加工成形狀與幾何比例關(guān)系與產(chǎn)品基本相當(dāng)?shù)牟Ａ髁稀?/p>

　　拉絲

　　該工藝過(guò)程將玻璃毛坯按需求的比例拉制成毛坯玻璃管。經(jīng)此環(huán)節(jié)后，毛坯玻璃管的精度并不能達(dá)到產(chǎn)品的精度要求。

　　玻璃管機(jī)械整形

　　由于毛坯玻璃管的尺寸精度達(dá)不到工藝要求，本工藝過(guò)程將毛坯玻璃管精密整形以達(dá)到產(chǎn)品的技術(shù)要求。

　　輔助工藝

　　該工藝過(guò)程將整形好的玻璃管切割成標(biāo)準(zhǔn)尺寸，經(jīng)清洗和檢驗(yàn)后，形成最終產(chǎn)品。

　　比較這兩種生產(chǎn)工藝，兩者的主要區(qū)別如下：

　　高溫精密拉制工藝的預(yù)制棒精度高，精密機(jī)械整形工藝對(duì)預(yù)制棒精度的要求較低。前者技術(shù)難度大，工藝復(fù)雜，設(shè)備要求較高。

　　高溫精密拉制工藝制作的玻璃管精度是在拉絲過(guò)程中形成的，而精密機(jī)械整形工藝制作的玻璃管精度是在后續(xù)機(jī)械整形過(guò)程中形成的。前者為精密拉絲，精度較高，設(shè)備要求較高，成本較高。

　　就產(chǎn)品可靠性而言，精密機(jī)械整形工藝容易形成微裂紋和內(nèi)應(yīng)力，從而影響產(chǎn)品的質(zhì)量。

　　就產(chǎn)品幾何精度而言，兩者在內(nèi)外徑、不圓度指標(biāo)上相差不多;在同心度指標(biāo)上，高溫精密拉制工藝明顯優(yōu)于精密機(jī)械整形工藝。另外，精密機(jī)械整形工藝對(duì)于長(zhǎng)度較長(zhǎng)的玻璃管加工難度大，而高溫精密拉絲工藝很容易生產(chǎn)1米以上的超長(zhǎng)精密玻璃管。這也是用戶識(shí)別產(chǎn)品加工方法的一個(gè)有效途徑。

　　總之，采用高溫精密拉制工藝生產(chǎn)的玻璃管產(chǎn)品的質(zhì)量明顯優(yōu)于精密機(jī)械整形工藝生產(chǎn)的產(chǎn)品。但高溫精密拉制工藝技術(shù)復(fù)雜，設(shè)備精度高，制作成本較高。

　　國(guó)內(nèi)外生產(chǎn)工藝概況

　　國(guó)外的精密玻璃管生產(chǎn)企業(yè)普遍采用高溫精密拉制工藝。在國(guó)內(nèi)，目前只有少數(shù)企業(yè)采用高溫精密拉制工藝。北京鑫海萊光電科技有限公司采用高溫精密拉制工藝生產(chǎn)精密玻璃管，其它公司多采用機(jī)械整形法生產(chǎn)精密玻璃管。

　　通信用精密玻璃管技術(shù)要求

　　精密玻璃管在光纖通信設(shè)備中起到精密定位通信器件和對(duì)電子器件進(jìn)行封裝的作用。

　　與精密定位相關(guān)的技術(shù)要求

　　針對(duì)精密定位的應(yīng)用，要求玻璃管具有極高的幾何尺寸精度，通常包括內(nèi)徑、外徑、橢圓度、同心度等幾個(gè)技術(shù)指標(biāo)。玻璃管的技術(shù)指標(biāo)與制作方法和使用要求有關(guān)。

　　在常規(guī)應(yīng)用中，通常玻璃管的內(nèi)孔用于定位。這時(shí)，一般要求內(nèi)徑的尺寸公差在正負(fù)5微米，橢圓度小于10微米，外徑的尺寸公差在正負(fù)20微米。

　　在特殊應(yīng)用中，內(nèi)、外孔同時(shí)用于定位。這時(shí)，內(nèi)、外徑的公差均可能要求達(dá)到正負(fù)5微米，橢圓度小于5微米，同心度也要小于5微米。

　　與器件封裝相關(guān)的技術(shù)要求

　　針對(duì)器件封裝的應(yīng)用，要求玻璃管具有很高的機(jī)械強(qiáng)度和對(duì)環(huán)境變化的穩(wěn)定性。玻璃管的機(jī)械強(qiáng)度和穩(wěn)定性與所采用的材料和加工工藝有關(guān)。

　　目前最適合做封裝應(yīng)用的材料是硼硅玻璃。這種材料與石英玻璃材料相比不脆，與其它玻璃材料相比強(qiáng)度和穩(wěn)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為高硼硅玻璃、中硼硅玻璃和低硼硅玻璃。其中高硼硅玻璃的膨脹系數(shù)最小，為3.3×10-6K-1，是最好的封裝材料。但是，高硼硅玻璃加工工藝難，前幾年國(guó)外有些公司(如日本NEG)提供中硼硅玻璃材料的玻璃管。幾年來(lái)的實(shí)踐證明，中硼硅玻璃材料的玻璃管在實(shí)際應(yīng)用中不如高硼硅玻璃材料的玻璃管穩(wěn)定可靠，因此目前主流光器件生產(chǎn)廠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，玻璃管生產(chǎn)工藝對(duì)玻璃管產(chǎn)品的質(zhì)量也有重要影響。如果產(chǎn)品表面有細(xì)微裂紋等損傷，玻璃內(nèi)部有殘留應(yīng)力，在外界溫度變化和壓力變化作用下，產(chǎn)品的可靠性會(huì)急劇下降。

　　通信用精密玻璃管檢測(cè)方法

　　根據(jù)通信用精密玻璃管的技術(shù)要求，通信用玻璃管的檢測(cè)包括幾何精度檢測(cè)和可靠性檢測(cè)兩個(gè)方面。

　　幾何精度測(cè)量

　　玻璃管幾何精度檢測(cè)的難度在內(nèi)徑檢測(cè)上，可采用圖像處理系統(tǒng)檢測(cè)，也可以采用塞規(guī)檢測(cè)。常用辦法是塞規(guī)檢測(cè)，目前市場(chǎng)上可以買到間隔為2微米的塞規(guī)，也可以定制間隔為1微米的塞規(guī)。圖像檢測(cè)系統(tǒng)必須采用專門定制的系統(tǒng)，市面上見(jiàn)到的通用圖像檢測(cè)系統(tǒng)價(jià)格昂貴，不能直接用于產(chǎn)品檢測(cè)。因?yàn)椴ＡЧ艿臄嗝嬗形⑿〉谋肋?，不?jīng)處理和不使用特殊的軟件難以測(cè)量準(zhǔn)確。好的圖像檢測(cè)系統(tǒng)內(nèi)孔測(cè)量精度在2毫米的尺度上可達(dá)正負(fù)1微米。

　　橢圓度的測(cè)量可以通過(guò)圖像處理系統(tǒng)測(cè)量。對(duì)于采用高溫精密拉制工藝生產(chǎn)的玻璃管可以直接通過(guò)外徑的測(cè)量獲得。

　　同心度的測(cè)量通過(guò)專門設(shè)計(jì)的圖像處理系統(tǒng)測(cè)量。

　　可靠性檢測(cè)

　　可靠性檢測(cè)的標(biāo)準(zhǔn)方法是將玻璃管封裝在器件中，放在高低溫試驗(yàn)箱中做實(shí)驗(yàn)。這種方法費(fèi)時(shí)費(fèi)力。一種快速的檢測(cè)方法是將玻璃管放在溫箱中加熱到300度，快速取出放入常溫水中。如此反復(fù)3次后，如玻璃管未出現(xiàn)炸裂即為合格品。