Способ изготовления кварцевой трубы с рифленой внешней поверхностью

Способ изготовления кварцевой трубы с рифленой внешней поверхностью

Реферат

 

Способ изготовления кварцевой трубы с рифленой внешней поверхностью путем формования ее из плавильного тигля через кольцевой зазор между пуансоном и матрицей продольным растяжением расплава, отличающийся тем, что, с целью улучшения качества за счет обеспечения повышенной формоустойчивости к поперечной деформации при высоких температурах, матрицу выполняют с выступами на формующей поверхности и во время формования осуществляют кручение трубы вдоль продольной оси формования.

Изобретение относится к технологии производства изделий из кварцевого стекла, широко применяемых в электронной и полупроводниковой промышленности в качестве реакторов различных термических печей. Известен способ изготовления кварцевой трубы с рифленой внешней поверхностью путем формования ее из плавильного тигля через кольцевой зазор между пуансоном и матрицей продольным растяжением расплава. При этом трубчатые элементы, формоустойчивые при высоких температурах, получают следующим образом: трубчатый элемент, выполненный любым известным способом, нагревается до пластического состояния, после чего прижимается к волнообразной поверхности матрицы при одновременном относительном перемещении. Трубчатые элементы, имеющие спиральную гофрировку, могут быть получены обкаткой пластичной трубки по выполненному из графита червячному валу. Указанное техническое решение имеет ряд недостатков, основными из которых являются: 1. Наличие нескольких дополнительных операций, необходимых для получения формоустойчивых элементов (дополнительный разогрев трубы, вакуумирование внутреннего объема, обкатка и т.д.). 2. Наличие гофрированной внутренней поверхности затрудняет операцию загрузки и выгрузки подставки с кремниевыми пластинами (при использовании элемента в качестве реактора в диффузионно- окислительных процессах производства п/п приборов) и приводит к быстрому износу поверхности выступов при перемещении для исключения "залипания" подставки ("лодочки") к поверхности элемента. 3. Сложность в изготовлении плавного перехода на внутренней поверхности при приварке шлифа в случае изготовления реакторов из трубчатых элементов со спиральной гофрировкой. 4. Имеет место разнотолщинность стенки элемента, что снижает эксплуатационные характеристики. 5. Ограниченное использование в термических процессах. Целью изобретения является улучшение качества за счет обеспечения повышенной формоустойчивости к поперечной деформации при высоких температурах. Цель достигается тем, что в способе изготовления кварцевой трубы с рифленой внешней поверхностью путем формования ее из плавильного тигля через кольцевой зазор между пуансоном и матрицей продольным растяжением расплава, матрицу выполняют с выступами на формующей поверхности и во время формования осуществляют кручение трубы вдоль продольной оси формования. На фиг.1 представлен поперечный разрез плавильного тигля; на фиг. 2,3 и 4 формы выступов на формующей поверхности матрицы. Процесс формования трубчатого элемента осуществляется следующим образом. Блок кварцевого стекла весом 10-15 кг, наплавленный известными способами, например методом вакуумной электроплавки в тигельной печи или стержневой электропечи, и очищенный по поверхности от остатков плавильного графитового тигля, помещают в графитовый тигель 1, обычно применяемый для выработки труб в индукционных тигельных печах. На центральном стержне тигля с помощью резьбового соединения закрепляется графитовый пуансон 2, имеющий формующую и калибрующую внутренний диаметр трубы поверхности. Тигель закрывается матрицей 3 с отверстием (дюзой), формующим наружнюю поверхность трубы, которое совместно с формующей поверхностью пуансона образует кольцевой зазор. По периметpу отверстия матрицы выбираются пазы, располагающиеся обычно симметрично и имеющие форму треугольника. Возможно применение формы пазов, представленных на фиг. 2,3,4. На калибрующей поверхности пуансона 2 закрепляется захват 4 стекломассы. Тигель с блоком помещается в индукционную тигельную печь известной конструкции. С помощью токов высокой частоты тигель разогревается (в вакууме или инертной атмосфере) до рабочих температур 1800-2000^оС. При этом кварцевое стекло блока расплавляется, занимая в тигле пространство над кольцевым зазором. Расплавленная стекломасса вытекает из тигля через кольцевой зазор, захватывается, обжимается вручную клещами по периметру захвата 4 и охлаждается до затвердевания. В резьбовое отверстие захвата 4 вворачивается шток 5, закрепляющийся винтами в подвижном зажиме 6 тянульной машины. Пуском тянульной машины захват 4 перемещается вниз, увлекая за собой через кольцевой зазор расплавленную стекломассу. Наличие пазов, расположенных по периметру отверстия в матрице, обеспечивает на вытекающей стекломассе по ее внешней поверхности образование ребер, повторяющих по форме геометрию паза в матрице. При растяжении вязкой стекломассы форма ребер деформируется пропорционально коэффициенту перетяжки, учитывая который можно получить строго заданную форму ребра. Регулируя тянульной машиной скорость перемещения захвата 4, добиваются получения трубы заданного наружного диаметра, после чего подвижному зажиму придается вращение вокруг вертикальной оси. Вместе с зажимом вращается сформированная часть трубы, деформируя по винтовой линии расплав стекломассы в зоне калибрующей части пуансона 2. В результате деформации на трубе образуются внешняя ребристая поверхность в виде одно- или многозаходной спирали и гладкая внутренняя поверхность. Процесс формования трубы ведется до полного расхода расплава стекломассы. После охлаждения труба разрезается на мерные заготовки, обрабатывается в растворе плавиковой кислоты. Далее известными кварцедувными приемами из трубы-заготовки изготавливают реактор для проведения диффузионно-окислительных процессов, протекающих при температурах 1200-1320^оС. П р и м е р. Блок кварцевого стекла с центральным внутренним отверстием, наплавленный в электрической тигельной вакуумно- компрессионной печи и обработанный по наружной поверхности технически до полного удаления трещин, сколов и химически очищенный от примесей с поверхности обработкой в 10-12% растворе плавиковой кислоты, помещается в графитовый тигель 1 с размерами 205х180х420 мм. Материал тигля-графит марки ГМЗА-0. По центру тигля расположен шток с резьбой МЗО, на котором закрепляется графитовый пуансон 2 из графита марки МГ-1-0 с диаметром формующей поверхности 129 мм и калибрующей поверхностью 117 мм при длине калибрующей части пуансона 120 мм. На калибрующую часть надевается графитовый чехол с кольцевым выступом в верхней части для захвата стекломассы и отверстием для резьбового соединения штока. Тигель закрывается матрицей с диаметром формующего отверстия 150 мм. По периметру формующего отверстия выбраны 6 пазов треугольной формы с размером стороны 5 мм. Тигель помещается в рабочее пространство индукционной печи на графитовую подставку таким образом, что формующие элементы располагаются в нижней части и строго отцентрированы по оси печи и тянульной машины. В печь подается защитный газ (азот) давлением 5-10 мм рт.ст. нагрев осуществляется по следующему энергетическому режиму: 60 кВт 15 мин, 100 кВт 30 мин. После расплавления блока стекломасса вытекает через кольцевой зазор. Момент вытекания определяется визуально. Расплав обжимают клещами по периметру захвата 4, при этом он охлаждается до затвердевания. В резьбовое отверстие захвата 4 вворачивают шток 5 до упора и крепят его в подвижном зажиме тянульной машины. Включением тянульной машины со скоростью 0,1 м/мин стягивают чехол вместе с расплавом с калибрующей части пуансона 3. Далее плавно повышают скорость вытяжки до 1,25-1,5 м/мин до получения внешнего диаметра изделия 120 мм с допуском 5 мм. После этого придают подвижному зажиму тянульной машины вращение вдоль продольной оси трубы со скоростью 50 об/мин. Совместно с зажимом вращаются графитовый захват 4 и сформованная часть трубы, происходит деформация расплава на калибpующей части пуансона 2 и образование изделия с ребристой поверхностью. Процесс вытяжки проводят до полного расходования стекломассы в тигле. Получено изделие со следующими геометрическими параметрами, мм: Длина трубы 2100 Диаметр наружный 117,0-120 Толщина стенки 3,6-3,4 Высота зуба спирали 1,8-2,3 Шаг спирали 25 При испытании на формоустойчивость при 1250^оС под нагрузкой 1,5 кг в течение 30 мин деформация образцов не достигает 12% и превышает устойчивость образцов из стандартных труб в 2 и более раз.

Формула изобретения

Способ изготовления кварцевой трубы с рифленой внешней поверхностью путем формования ее из плавильного тигля через кольцевой зазор между пуансоном и матрицей продольным растяжением расплава, отличающийся тем, что, с целью улучшения качества за счет обеспечения повышенной формоустойчивости к поперечной деформации при высоких температурах, матрицу выполняют с выступами на формующей поверхности и во время формования осуществляют кручение трубы вдоль продольной оси формования.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4

MM4A Досрочное прекращение действия патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе

Номер и год публикации бюллетеня: 36-2000

Извещение опубликовано: 27.12.2000