专利名称：光学积分球的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种光学元件的制作方法，尤其是光学积分球的制作方法。
背景技术：
光学积分球广泛地应用于照明、遥感、建筑、摄影、化学分析、纺织等领域中涉及光谱光度与辐射度测量的各个方面。而积分球内壁反射层的密度均匀性、几何形状、反射率、朗伯性、理化特性等直接影响积分球的面均匀性、朗伯性、辐出度和稳定性等关键性质量和使用效果。聚四氟乙烯具有优良的光学特性和理化特性，以它为反射层的光学积分球更具有广泛应用领域和应用价值。但聚四氟乙烯流动性差和几何面形难以制作等特点，至今尚未有满意的整体成型制作聚四氟乙烯积分球的方法，尤其是工业品质的制作方法。
1981年7月出版的《美国光学学会》第71卷第7期杂志中“压制聚四氟乙烯粉末的反射性”一文曾公开了用“夯实”头来逐步压制聚四氟乙烯粉末形成反射层；可是，聚四氟乙烯粉末在以手工形成初样时，其均匀一致性不能保证，“夯实”是在反射层工作表面上逐步进行的，必将留下“夯实”头的痕迹，这些都会影响反射层的质量和积分球的使用效果。
中国专利85200717号所描述的一种积分球；直接将聚四氟乙烯粉末压制成外形为正方形、内部为半圆形的两半球，再将两个半球对合而制得积分球。这种积分球由于是直接压制而得，非一致的内、外部形状使其的密度控制和均匀性很难得到保证，壁厚的非一致性。球体的某些部位厚度不够而影响使用效果，还会因某些部位的密度疏松以及没有高强度外壳的保护使其在使用或运输过程中也极易被损坏。

发明内容
本发明解决了上述技术问题，提供一种制作具有工业品质光学积分球的制作方法。
所采用的技术方案包括将聚四氟乙烯粉末填充于积分球半球外壳的半球形内壁与半球形内模之间，经压制后对其进行开口、对合，特别是用一个以上挤压模具，绕半球形内模平面上过圆心的轴线，在半球形内模与积分球半球外壳的半球形内壁之间作圆弧运动，对填充于半球形内模与积分球半球外壳的半球形内壁之间的聚四氟乙烯粉末作挤压，其压强为0.5kg/cm2～50kg/cm2，完成一个方位的压制后，将挤压模具绕半球形内模平面过圆心的法线旋转一个角度，重复上述挤压过程直至旋转一周，逐步增加压力重复上述挤压过程直至达到所需要密度后，再次填充聚四氟乙烯粉末，并重复上述挤压过程直至制得密度为0.8g/cm3～1.8g/cm3的半球壳体反射层。
作为技术方案的进一步改进，所述的挤压模具为等厚度曲面体，其内曲面半径≥半球内模的半径，外曲面半径≤积分球半球外壳的半球形内壁的内半径，弧长所对应的圆心角在30～150度之间，宽度为挤压模具平均曲率半径的1/100～1/2；所述的挤压模具上带有压力指示器；所述的聚四氟乙烯粉末的一次填入量≤总填入量的1/3；所述的积分球半球外壳与半球形内模同心、且两半球切平面为同一平面，其曲率半径之差为5～50mm。
相对于现有技术的有益效果是，其一，由于对聚四氟乙烯粉末压制是在等间隙的内、外模具之间和在一确定的压力范围内进行的，故积分球反射层的壁厚和密度均是一致的，其内壁工作表面曲率半径也是一致的，这既提高了积分球反射与出射均匀性、测量系统的准确性，减少了系统误差，又有效地提高了积分球的效率。经测试，反射率从95％提高到99％，积分球的效率提高了约5.2倍(积分球效率M＝ρ/(1-ρ)，其中，ρ为反射率)，进而提高了信号强度和信噪比，使得整个光学测量系统的精度得以提高；其二，由于制作聚四氟乙烯反射层的困难，大直径积分球一般采用硫酸钡涂料制作，其辐亮度输出不是很高，尤其是长期稳定性难以维持，影响了应用效果。采用本方法，可以制得大直径聚四氟乙烯反射层积分球，为制作高性能大直径积分球开辟了技术路径；其三，积分球的反射层采用纯聚四氟乙烯粉末整体成型，不含粘合剂等挥发性物质，与硫酸钡等涂料积分球相比较，可承受更高的温度，可用于无大气干扰的真空环境条件下的光学测量；其四，制得的积分球整体牢固可靠，配用的外壳增强了积分球抵抗意外碰撞或震动等外力破坏的能力。本发明解决了以往制作积分球品质得不到保证的种种限制，从而为在国民经济各领域中涉及光度与辐射度测量方面应用开拓了新的前景。


下面结合附图对本发明的优选方式作进一步详细的描述。
图1是实现本发明时所使用的一种模具及其用法示意图；图2是图1的俯视图；图3是一种完成制作的积分球的剖面示意图。
具体实施例方式
实施例1参见图1、图2、图3。将直径为50毫米的半球形内模3与内直径为62毫米的金属积分球半球外壳2的半球形内壁同心，两者的曲率半径之差为待加工的反射层厚度6毫米。称取牌号为Lufs-4s-01(或粒度为10微米～250微米)的聚四氟乙烯粉末1，其重量为8g(半球壳体反射层的总重量约30g，密度为1g/cm3)，填入半球形内模3与积分球半球外壳2的半球形内壁之间并摇匀。用两个挤压模具4，以0.2kg的压力，绕半球形内模3平面上过圆心O的轴线M，在半球形内模3与积分球半球外壳2的半球形内壁之间作圆弧运动，对填充于半球形内模3与积分球半球外壳2的半球形内壁之间的聚四氟乙烯粉末1作相向挤压，完成一个方位的压制后，挤压模具4绕半球形内模3平面过圆心O的法线N旋转一个角度，以上述同样压力和方式对聚四氟乙烯粉末1进行挤压，完成绕半球形内模3平面一周的压制后，逐步增加压力至1g/cm3密度所对应的压力，重复上述压制过程。完成该轮次反射层压制后，在半球形内模3与积分球半球外壳2的半球形内壁之间再酌量填入聚四氟乙烯粉末1，重复上述过程，直至完成半球壳体反射层的制作。其中，挤压模具4的圆弧心与半球形内模3同心，其上带有压力指示器，宽度与厚度均为5.8毫米(在半球形内模3与积分球半球外壳2的半球形内壁之间运动灵活，不碰壁)，弧长为所对应的圆心角为80度。完成半球壳体反射层7制作后，卸下置于积分球外壳开口5上的开口模6，用工具依该开口5的形状掏挖掉聚四氟乙烯粉末1，得到成形的开口。最后，将该半球放置15小时后取出半球形内模3，再将两只半球对合，紧固两金属外壳制得积分球。图3是完成制作的积分球的剖面图。
实施例2参见图1、图2。制作直径250毫米、反射层厚度30毫米、密度1.8g/cm3的积分球。在金属积分球半球外壳2的半球形内放入半球形内模3，使两者同心，填入不多于0.5kg的四氟乙烯粉末1，用一个宽度30毫米、厚度为28mm，弧长圆心角为85度，带有压力指示器的挤压模具4，以4.2kg的压力，绕半球形内模3平面上过圆心O的轴线M，在半球形内模3与积分球半球外壳2的半球形内壁之间作圆弧运动，对填充于半球形内模3与积分球半球外壳2的半球形内壁之间的聚四氟乙烯粉末1作挤压，完成一个方位的压制后，挤压模具4绕半球形内模3平面过圆心O的法线N旋转一个角度，以上述同样压力和方式对聚四氟乙烯粉末1进行挤压，完成绕半球形内模3平面一周的压制后，逐步增加压力至1.8g/cm3密度所对应的压力，重复上述压制过程。完成该轮次反射层压制后，在半球形内模3与积分球半球外壳2的半球形内壁之间再酌量填入聚四氟乙烯粉末1，重复上述过程，直至制得密度为1.8g/cm3的半球壳体反射层7。然后，拆除积分球半球外壳2上的开口模6，掏挖成形开口5。最后，将该半球放置36小时后取出半球形内模3，再将两只半球对合，紧固两金属积分球半球外壳2后制得积分球。本实施例积分球所用聚四氟乙烯粉末1牌号为Lufs-4s-01(或粒度为10～250微米)，压制过程中所施加的最大压力与反射层1.8g/cm3密度相对应。
实施例3参见图1、图2。制作直径1200毫米、反射层厚度25毫米、密度1.3g/cm3的积分球。考虑到该球体较大和聚四氟乙烯粉末1流动性差，底部不易填入，预先在内直径为1250毫米金属积分球半球外壳2的半球形内壁底部10度以内的较平坦部位填入按1.3g/cm3密度计量的聚四氟乙烯粉末1，再放入半球形内模3，并施加压力使半球形内模3与金属积分球半球外壳2的半球形内壁同心。上述过程形成较大面积底部反射层后，用一个宽度为60毫米、厚度为24毫米、弧长圆心角为85度，带有压力指示器的挤压模具4，以7.2kg的压力，绕半球形内模3平面上过圆心O的轴线M，在半球形内模3与积分球半球外壳2的半球形内壁之间作圆弧运动，对填充于半球形内模3与积分球半球外壳2的半球形内壁之间的聚四氟乙烯粉末1作挤压，完成一个方位的压制后，将挤压模具4绕半球形内模3平面过圆心O的法线N旋转一个角度，以上述同样压力和方式对聚四氟乙烯粉末1进行挤压，完成绕半球形内模3平面一周的压制后，逐步增加压力至1.3g/cm3密度所对应的压力，重复上述压制过程。完成该轮次反射层压制后，在半球形内模3与积分球半球外壳2的半球形内壁之间再酌量填入聚四氟乙烯粉末1，重复上述过程，直至制得密度为1.3g/cm3的半球壳体反射层7。然后，拆除积分球半球外壳2上的开口模6，掏挖成形开口5。最后，将该半球放置70小时后取出半球形内模3，再将两只半球对合，紧固两金属积分球半球外壳2后制得积分球。本实施例积分球所用聚四氟乙烯粉末1牌号为Lufs-4s-01(或粒度为10～250微米)，压制过程中所施加的最大压力与反射层1.3g/cm3密度相对应。
显然，本领域的技术人员可以对本发明的光学积分球的制作方法进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
权利要求
1.一种光学积分球的制作方法，包括将聚四氟乙烯粉末(1)填充于积分球半球外壳(2)的半球形内壁与半球形内模(3)之间，经压制后对其进行开口、对合，其特征在于用一个以上挤压模具(4)，绕半球形内模(3)平面上过圆心(O)的轴线(M)，在半球形内模(3)与积分球半球外壳(2)的半球形内壁之间作圆弧运动，对填充于半球形内模(3)与积分球半球外壳(2)的半球形内壁之间的聚四氟乙烯粉末(1)作挤压，其压强为0.5～50kg/cm2，完成一个方位的压制后，将挤压模具(4)绕半球形内模(3)平面过圆心(O)的法线(N)旋转一个角度，重复上述挤压过程直至旋转一周，逐步增加压力重复上述挤压过程直至达到所需要密度后，再次填充聚四氟乙烯粉末(1)，并重复上述挤压过程直至制得密度为0.8～1.8g/cm3的半球壳体反射层(7)。
2.根据权利要求1所述的光学积分球的制作方法，其特征是挤压模具(4)为等厚度曲面体，其内曲面半径≥半球内模(3)的半径，外曲面半径≤积分球半球外壳(2)的半球形内壁的内半径，弧长所对应的圆心角在30～150度之间，宽度为挤压模具(4)平均曲率半径的1/100～1/2。
3.根据权利要求1所述的光学积分球的制作方法，其特征是挤压模具(4)上带有压力指示器。
4.根据权利要求1所述的光学积分球的制作方法，其特征是聚四氟乙烯粉末(1)的一次填入量≤总填入量的1/3。
5.根据权利要求1所述的光学积分球的制作方法，其特征是积分球半球外壳(2)与半球形内模(3)同心、且两半球切平面为同一平面，其曲率半径之差为5～50mm。
全文摘要
本发明公开了一种光学积分球的制作方法。它包括将聚四氟乙烯粉末(1)填充于积分球半球外壳(2)的半球形内壁与半球形内模(3)之间，经压制后对其进行开口、对合，特别是用一个以上挤压模具(4)绕半球形内模(3)平面上过圆心(O)的轴线(M)，在半球形内模(3)与积分球半球外壳(2)的半球形内壁之间作圆弧运动，对聚四氟乙烯粉末(1)作挤压，其压强为0.5kg/cm
文档编号G01N21/55GK1611928SQ20031010619
公开日2005年5月4日 申请日期2003年10月31日 优先权日2003年10月31日
发明者张黎明, 沈政国 申请人:中国科学院安徽光学精密机械研究所