随着微光机电和生物微流控技术的发展,近年来具有衍射、减反、疏水或微流控功能的微结构玻璃元器件得到了越来越多的关注和应用。无机非晶玻璃材料相对于聚合物在光透性、热化学稳定性和生物相容性等方面有着天然优势,然而,其固有硬脆性和高软化温度也增大了其微结构去除加工与热成型难度。对于球面、非球面和光顺自由曲面玻璃透镜,目前主流的制造方式为精密模压成型;相对于传统去除加工技术,模压技术在玻璃材料利用率、加工精度和加工效率等方面具有突出优势。然而,对于V槽、矩形槽、金字塔、菲涅尔透镜等具有尖锐棱角或大深宽比的阵列式微结构玻璃元件,常规模压成型方式目前仍存在较大局限,主要表现为:（ⅰ）热压过程中玻璃在微细尺度模具沟槽内的流动和变形受阻,导致成型后玻璃微结构的充型率不足;（ⅱ）玻璃热压充型时间过长,整体变形反力过大,造成模压系统的效率和稳定性下降。针对上述技术局限,本文在常规模压中引入了功率超声振动技术,旨在通过超声频振动带来的热-机械综合效应改善玻璃在模具微槽内的流变充型能力,实现微细结构玻璃元件成型精度和成型效率的综合提升。然而,超声振动模压技术目前尚处于探索阶段,仍面临着玻璃材料参数不完备、成型机理不明确、工艺系统不稳定和工艺参数不匹配等关键科学/技术问题。为此,本文结合理论推演、材料表征、数值模拟和对比试验等科学手段,自下而上开展玻璃流变机理探索、成型设备开发与基础成型工艺研究,主要内容包括以下四个方面:（1）为获取模压温度范围内玻璃的热力学材料参数,以典型的D-ZK2低转化点光学玻璃为例,开展了热粘弹性理论分析与实验研究。首先,采用脉冲激振法确定了玻璃的高温初始模量;然后,通过压缩蠕变测试对玻璃-压杆界面的摩擦系数进行了量化,并根据摩擦量化结果对玻璃的蠕变数据进行理论修正,由此构建了低摩擦扰动的粘弹性应力松弛模型;最后,采用膨胀法和差示扫描热法测定了玻璃的热膨胀系数和比热容,并基于Tool-Narayanaswamy-Moynihan（TNM）模型对实验数据进行计算拟合,得到了玻璃的结构松弛参数,由此构建了系统完备的玻璃热粘弹性测试方法体系。（2）基于MSC.Marc有限元软件对D-ZK2玻璃压缩蠕变过程进行了数值模拟,验证了所测定的静态粘弹性参数的准确性。基于压缩蠕变仿真结果进行了玻璃退火模拟,分析了结构松弛行为对玻璃内应力的影响。考虑高频能量耗散效应及其耦合热效应,推导了动态热粘弹性理论模型。基于静态与动态热粘弹性模型,进行了玻璃微V槽阵列常规热压与超声振动热压数值模拟,动态展示了玻璃在模具微槽内的流变充型过程,理论揭示了叠加超声振动对玻璃微结构热压成型性能的改善机制。（3）为实现超声振动模压工艺流程,通过红外加热系统、伺服电缸加载系统、超声振动系统及冷却系统设计集成,自主开发了超声振动玻璃模压新装置。针对高温下振动部件的频率失谐问题,理论分析了变幅杆特征频率随温升的演变规律,由此提出了一种系统的高温频率调谐新方法。对高温负载下超声振动系统的谐振特性进行了原位测定,验证了频率调谐方法的有效性。对模压系统的轴向变形和上下模温差进行了实验测定,结果表明该模压系统具有良好的轴向刚度和加热均匀性,适用于绝大多数低Tg玻璃在高温低中载条件下的模压成型。（4）基于所开发模压装置,在不同速度和压力下开展了百微米级玻璃微槽阵列的常规模压与超声振动模压基础工艺试验;对比试验结果可知:超声振动可显著降低恒速模压中的模压力和恒力模压中的充型时间,提升玻璃在模具沟槽内的充型深度,验证了仿真分析中结果趋势的准确性。同时,通过对超声振动引起的上下模温差和界面摩擦变化进行量化分析,全面揭示了超声振动非均匀热软化效应和界面减摩效应对玻璃热粘弹性响应和微成型性能的作用机制。此外,采用工艺试验所确定的模压参数,开展了两类典型微结构阵列玻璃元件的超声振动模压应用实验,进一步证实了超声振动模压技术在微细结构玻璃元件高效精密制造领域的契合度和应用前景。