一种加热装置以及辊对板热压印设备的制作方法

1.本发明涉及非晶材料成型设备技术领域，尤其涉及一种加热装置以及辊对板热压印设备。


背景技术：

2.目前，具有特殊微纳结构的器件，如微光学元件、微电子机械系统、微流控芯片、数据存储介质、手机背板结构色、超疏水表面等，在航空航天、国防安全、绿色能源、空间感测，激光辐射、光纤通信、生物医疗、信息数据存储及消费电子等领域有着广泛的应用。随着科技的进步和社会的发展，应用于上述领域的功能微纳结构器件的需求量越来越大。辊对板热压印技术能高效环保低成本地制造大面积复杂微纳结构，得到了工业界及学术界的关注。
3.然而，受限于辊对板热压印设备的最大加热温度，目前国内外的公司研发的辊对板热压印设备一般为单向加热，且只能在低玻璃转化温度的塑料表面热压成型微纳结构器件。而对于玻璃坯料，由于玻璃比聚合物具有更高的玻璃转化温度(一般大于400℃)，所以通过普通的辊对板热压印的加热方法，在玻璃表面制造微纳结构变得更具有挑战性。


技术实现要素：

4.本技术实施例的目的在于提供一种加热装置，旨在解决如何对坯料实现高温加热并提高加热装置的最大加热温度的问题。
5.为实现上述目的，本技术采用的技术方案是：提供一种加热装置，用于加热呈板状设置的坯料并对坯料进行热压印，所述加热装置包括：
6.导热结构，包括平铺设置的导热板以及向所述导热板传递热量的加热棒，所述加热棒设置有多个，且各所述加热棒依次间隔设置并连接所述导热板，所述坯料设置于所述导热板朝上设置的板面；
7.热辐射结构，包括加热管以及设置于所述坯料上方的模压辊筒，所述模压辊筒由透光且耐温材料制成，所述加热管插入所述模压辊筒内并朝所述坯料辐射热量，以加热所述坯料；以及
8.支撑结构，用于支撑所述导热板和所述模压辊筒。
9.在一个实施例中，所述加热管的中心轴线与所述模压辊筒的中心轴线重合设置。
10.在一个实施例中，所述热辐射结构还包括反射罩，所述反射罩相对所述模压辊筒间隔设置，且所述反射罩从上往下部分包围所述模压辊筒，以将所述热量反射至所述坯料。
11.在一个实施例中，所述反射罩包括罩本体以及涂覆于所述罩本体上的反射层，所述反射层位于所述罩本体朝向所述模压辊筒的表面。
12.在一个实施例中，所述导热板开设有定位孔，所述加热棒设置于所述定位孔内，所述定位孔的数量与所述加热棒的数量适配且一一对应设置。
13.在一个实施例中，所述支撑结构包括支撑所述导热结构的滑台机构，所述导热结
构还包括冷却块，所述冷却块位于所述滑台机构和所述导热板之间，所述冷却块用于阻隔所述热量向所述滑台机构传递；所述冷却块开设有冷却道，所述冷却道内容置有冷却介质。
14.在一个实施例中，所述导热结构还包括隔热块，所述隔热块位于所述冷却块和所述滑台机构之间。
15.在一个实施例中，所述滑台机构包括第一滑台以及连接所述第一滑台的第二滑台，所述第一滑台连接并支撑所述隔热块并带动所述隔热块沿竖直方向滑动，所述第二滑台连接所述第一滑台并带动所述第一滑台沿水平方向滑动。
16.在一个实施例中，所述支撑结构还包括基座，所述基座开设有容置槽，所述容置槽的两侧槽壁均开设有转接孔，所述支撑结构还包括空气轴承以及传动轴，所述空气轴承和所述传动轴均设置有两个，两所述空气轴承分别位于两所述转接孔，两所述传动轴的一端分别连接所述模压辊筒的两端，两所述传动轴的另一端分别转动连接两所述空气轴承。
17.本技术的另一目的还在于提供一种辊对板热压印设备，其包括所述加热装置，所述模压辊筒的周侧面开设有用于压印所述坯料的微纳结构。
18.本技术的有益效果在于：通过导热结构对玻璃的下板面进行热传导，再通过热辐射结构对玻璃的上板面进行热辐射，从而通过热传导和热辐射两种协同加热方式，同时对玻璃进行加热，有利于提高加热装置的最大加热温度和加热速率，从而使玻璃的被加热的最大温度大于其玻璃转化点的温度。
附图说明
19.为了更清楚地说明本技术实施例中的技术方案，下面将对实施例或示范性技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
20.图1为本技术实施例提供的加热装置的立体结构示意图；
21.图2是图1的加热装置沿平行x轴方向的剖示意图；
22.图3是图1的加热装置沿垂直x轴方向的剖示意图。
23.其中，图中各附图标记：
24.100、加热装置；101、坯料；10、支撑结构；11、基座；111、底板；112、支撑侧板；113、固定侧板；12、传动轴；13、空气轴承；16、隔热垫；20、导热结构；21、导热板；22、加热棒；23、冷却块；24、隔热块；211、定位孔；114、容置槽；33、反射罩；231、冷却道；31、模压辊筒；32、加热管；232、进气口；
具体实施方式
25.为了使本技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本技术。
26.需说明的是，当部件被称为“固定于”或“设置于”另一个部件，它可以直接在另一个部件上或者间接在该另一个部件上。当一个部件被称为是“连接于”另一个部件，它可以是直接或者间接连接至该另一个部件上。术语“上”、“下”、“左”、“右”等指示的方位或位置
关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本技术的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。术语“第一”、“第二”仅用于便于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明技术特征的数量。“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
27.请参阅图1及图3，本技术实施例提供了一种加热装置100，用于加热呈板状设置的坯料101。可选地，坯料101为非晶材料，非晶材料包括玻璃、非晶合金以及塑料。其中，本实施例中坯料101为玻璃，玻璃的玻璃转化点温度范围为400～700℃。加热装置100包括导热结构20、热辐射结构和支撑结构10。导热结构20包括平铺设置的导热板21以及向导热板21传递热量的加热棒22，加热棒22设置有多个，且各加热棒22依次间隔设置并连接导热板21。可选地，导热板21由导热性能良好的金属材料制成，比如金属铜。加热棒22通过将电能转化成热能，从而使导热板21的温度上升。坯料101设置于导热板21朝上设置的板面，从而使玻璃的下板面从导热板21吸收热量。热辐射结构包括加热管32以及设置于坯料101上方的模压辊筒31，可选地，加热管32为红外灯管，其在导电状态下朝外发射红外线，以加热坯料101。模压辊筒31由透光且耐温材料制成。加热管32插入模压辊筒31内并朝坯料101辐射热量，以对玻璃的上板面进行加热。可选地，模压辊筒31是由熔融石英制成且具有较好的红外透光性，熔融石英是氧化硅的非晶态。它具有耐高温以及低热膨胀系数的特点，从而降低对加热管32发出的红外光线的阻挡。支撑结构10用于支撑导热板21和模压辊筒31。通过支撑结构10可以使导热结构20和热辐射结构得到固定和定位，有利于坯料101的加热和升温。可选地，加热棒22和加热管32的功率，按需求进行选定。
28.通过导热结构20对玻璃的下板面进行热传导，再通过热辐射结构对玻璃的上板面进行热辐射，从而通过热传导和热辐射两种协同加热方式，同时对玻璃进行加热，有利于提高加热装置100的最大加热温度和加热速率，从而使玻璃的被加热的最大温度大于其玻璃转化点的温度。
29.可选地，加热装置100的最大加热温度为700℃。
30.请参阅图1及图3，在一个实施例中，加热管32的中心轴线与模压辊筒31的中心轴线重合设置，加热管32的设置具有圆周对称性，模压辊筒31的圆周方向上的辐射加热速率相对一致，从而具有均匀的温度分布和朝外的均匀热辐射，使加热管32沿模压辊筒31的中心朝外均匀辐射热量，有利于坯料101受热的均匀化。可以理解的是，加热管32与模压辊筒31的内壁间隙设置，从而避免加热管32与模压辊筒31之间发生热传导，降低了模压辊筒31的热变形。
31.在一个实施例中，热辐射结构还包括反射罩33，反射罩33相对模压辊筒31间隔设置，且反射罩33从上往下部分包围模压辊筒31，以将热量反射至坯料101。可选地，反射罩33将加热管32朝上辐射的热量向下反射至玻璃，从而提高玻璃的最大加热温度，并节约能源。
32.请参阅图1及图3，在一个实施例中，反射罩33包括罩本体以及涂覆于罩本体上的反射层，反射层位于罩本体朝向模压辊筒31的表面。可选地，反射层是由黄金制成的反射层，反射层具有较好的反射性能，从而有利于提高玻璃的最大加热温度。
33.在一个实施例中，导热板21开设有定位孔211，加热棒22设置于定位孔211内，定位孔211的数量与加热棒22的数量适配且一一对应设置。可选地，定位孔211沿导热板21的长
度方向等间距设置，从而使得导热板21的升温均匀，提高玻璃的受热均匀性。
34.请参阅图1及图3，在一个实施例中，支撑结构10包括支撑导热结构20的滑台机构，导热结构20还包括冷却块23，冷却块23位于滑台机构和导热板21之间，冷却块23用于阻隔热量向滑台机构传递；冷却块23开设有冷却道231，冷却道231内容置有冷却介质。可选地，冷却介质可以是气体或者液体，通过冷却介质可以阻隔导热板21朝滑台机构的热传导，有利于滑台机构的可靠性。
35.可选地，冷却道231的一端设置有进气口232，通过进气口232向冷却道231内充入冷却介质。
36.请参阅图1及图3，在一个实施例中，导热结构20还包括隔热块24，隔热块24位于冷却块23和滑台机构之间。可选地，隔热块24由硅酸铝陶瓷制成，隔热块24放置于冷却块23与滑台机构之间，大幅度减少热量从冷却块23向滑台机构传递，从而保证滑台机构的正常运行。
37.在一个实施例中，滑台机构包括第一滑台以及连接第一滑台的第二滑台，第一滑台连接并支撑隔热块24并带动隔热块24沿竖直方向滑动，第二滑台连接第一滑台并带动第一滑台沿水平方向滑动。可选地，第一滑台带动隔热块24沿z轴移动，最终使坯料101沿z轴滑动；而第二滑台带动第一滑台沿x轴滑动，最终使坯料101沿x轴滑动。
38.请参阅图1及图3，在一个实施例中，支撑结构10还包括基座11，基座11开设有容置槽114，容置槽114的两侧槽壁均开设有转接孔，支撑结构10还包括空气轴承13以及传动轴12，空气轴承13和传动轴12均设置有两个，两空气轴承13分别位于两转接孔，两传动轴12的一端分别连接模压辊筒31的两端，两传动轴12的另一端分别转动连接两空气轴承13。可选地，传动轴12是由氧化锆陶瓷制成的传动轴12，陶瓷具有良好的隔热性能，从而阻止模压辊筒31的热量散失和传递，并减少模压辊筒31的热变形。
39.请参阅图1及图3，可选地，本实施例中使用了两个空气轴承13来支撑陶瓷传动轴12。空气轴承13具有传动精度高，尤其径向精度高的特点，进而达到模压辊筒31对板状坯料101的高热压印精度的要求。空气轴承13不需要油润滑，适合在真空环境下工作；且空气轴承13可以在高温下工作，并且空气轴承13内流动的空气在一定程度上起到冷却的作用，使得热量不会过多地传递到基座11上的电源接线和电机，保证设备的正常运行。
40.请参阅图1及图3，可选地，基座11包括底板111和连接底板111的支撑侧板112，支撑侧板112间隔设置有两个，两支撑侧板112和底板111共同形成容置槽114，两转接孔分别开设于两支撑侧板112。支撑结构10还包括位于容置槽114并连接底板111的隔热垫16，隔热垫16用于反射罩33，同时防止其热量传导给基座11，从而避免了基座11的热变形。可选地，隔热垫16是由硅酸铝陶瓷制成。
41.请参阅图1及图3，可选地，支撑结构10还包括连接底板111的固定侧板113，固定侧板113与其中一支撑侧板112间隔设置，加热管32的接线端连接固定侧板113。
42.请参阅图1及图3，本技术提供的快速加热装置100，具有功率大等特点，可以将模压辊筒31和玻璃坯料101快速均匀加热到700℃以上，并配置了冷却系统来减少热量集中对设备零部件的影响，从而使辊对板热压印工艺的应用延伸至成型玻璃功能微纳结构器件。
43.请参阅图1及图3，本发明还提出了一种辊对板热压印设备，该辊对板热压印设备包括加热装置100，该加热装置100的具体结构参照上述实施例，由于本辊对板热压印设备
采用了上述所有实施例的全部技术方案，因此同样具有上述实施例的技术方案所带来的所有有益效果，在此不再一一赘述。
44.请参阅图1及图3，在一个实施例中，模压辊筒31的周侧面开设有用于压印坯料101的微纳结构，微纳结构包括尺寸为微米级的微米机构和/或尺寸为纳米级的纳米结构。
45.可选地，微纳结构上镀有模具涂层，红外灯管直接对模具涂层进行辐射加热，模具涂层的厚度一般在0.05到2微米。因此，模压辊筒31的热质量非常小，从而具有较高的加热效率和冷却速率。
46.请参阅图1及图3，可选地，导热板21的表面温度通过分布在不同位置的9根k型热电偶来进行监测。优化加热棒22的数量、几何尺寸和分布位置，使加热棒22的表面温度分布均匀性最大化。导热结构20的加热速率和冷却速率是通过控制加热棒22的功率和冷却块23通道里的冷却介质速度来进行控制。
47.以上仅为本技术的可选实施例而已，并不用于限制本技术。对于本领域的技术人员来说，本技术可以有各种更改和变化。凡在本技术的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本技术的权利要求范围之内。