Способ получения изделий из кварцевого стекла

Способ получения изделий из кварцевого стекла

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

1. СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ИЗДЕЛИЙ ИЗ КВАРЦЕВОГО СТЕКЛА путем подачи материала во вращающуюся газопроницаемую форму, создания разрежения с ее внешней стороны и формования изделий с ПОМОЩЬЮнагревательного элемента, отличающийс я тем, что, с целью повышения качества изделий за счет получения точно заданной толщины стенки, формование осуществляют зонально, снача- . ла формуют поверхностный слой изделия , затем - всю стенку в верхнем сечении и затем в донной части. после чего производят полировку поверхности, причем продолжительность формования верхнего сечения составляет половину общего времени цикла, продолжительность формования поверхностного слоя, донной части и полировки соответственно составляет 1:2:3, а зональное изменение мощности нагревателя 1:5:2:1. 2. Способ по п. 1, отличающийся ,тем, что общая продолжительность процесса формования определяется соотношением /D 3. суммарная мощность , подаваемая на нагревательный эле- Q мент при формовании изделий различ (Л кого диаметра, определяется соотношением где D. и D, диаметры направляемого изделия, мм; время формования, мин, при этом D D и 2-, , Г,-, ( N Р мощность, кВт; СА9 0,4-10 - коэффициент. ьэ о

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН

„„SU l 193126 (5g 4 С 03 В 20/00

Г

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ЫБ".:1! где

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3769025/29-33 (22) 12.07.84 (46) 23.11.85. Бюл. N - 43 (71) Государственный научно-исследовательский институт кварцевого стекла (72) Е.Н. Иванова, А.К. Лесников, Г.В. Тигонен, В.В. Рязанцев и Н,А. Чикунов (53) 666.189.212(088,8) (56) Патент Великобритании

N - 2075967, кл, С 1 М, опублик. 1981 (54)(57) 1. СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ИЗДЕЛИЙ

ИЗ КВАРЦЕВОГО СТЕКЛА путем подачи материала во вращающуюся газопроницаемую форму, создания разрежения с ее внешней стороны и формования изделий с помощью нагревательного элемента, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повышения качества изделий за счет получения точно заданной толщины стенки, формование осуществляют зонально, сначала формуют поверхностный слой изделия, затем — всю стенку в верхнем сечении и затем в донной части, после чего производят полировку поверхности, причем продолжительность формования верхнего сечения составляет половину общего времени цикла, продолжительность формования поверхностного слоя, донной части и полировки соответственно составляет

1:2:3, а зональное изменение мощности нагревателя 1:5:2:1.

2. Способ по п. 1, о т л и ч а ю шийся,тем, что общая продолжительность процесса формования определяется соотношением 2D2/

/О = - /".„, а суммарная мощность подаваемая на нагревательный элемент при формовании изделий различного диаметра, определяется соотношением р02 С::

D u D — диаметры направляе2 1 мого изделия, мм;

Т и . — время формования, 1 ILL мин, при этом П ) D„ л r и 2)

N — мощнос ть, кВт; р — О, 4 .10 3 - коэффициент.

leash

11931

Изобретение относится к получению полых изделий из кварцевого стекла в виде чаш, тиглей и т.д, Цель изобретения — повышение качества изделий за счет получения точно заданной толщины стенки, На фиг. l показана установка для реализации предлагаемого способа; на фиг. 2 — положение нагревательного элемента в установке.

45

Установка содержит плавильную камеру 1, которая вращается вокруг собственной оси с помощью двигателя

2 ° Соосно с плавильной камерой расположена перфорированная газопроницаемая плавильная форма 3, куда подают сырьевой материал 4, Рабочая камера соединена вакуумпроводом 5 с вакуумной системой 6. Нагревательный элемент 7 закреплен на подвижной штанге 8, позволяющей перемещать нагревательный элемент в плоскости вертикального сечения наплавляемого изделия.

Предлагаемый способ осуществляется следующим образом.

Исходный материал — кварцевую Ф крупку 4 подают во вращающуюся полую форму 3, помещенную в вакуумируемую рабочую камеру 1. Нагревательный элемент 7 вводят в полость формы 3 после накопления на ее стенках слоя кварцевой крупки, удерживаемого центробежной силой, создаваемой при вращении формы, Включением вакуумной системы 6 создают разряжение с внешней стороны плавильной формы. По достижении заданной величины перепада давлений между внутренней полостью формы и объемом рабочей камеры включают питание нагревательного элемента.

В процессе наплавления тигля нагревательный элемент 7 с помощью штанги 8 перемещают в плоскости вертикального сечения плавильной

1 формы 3 следующим образом (фиг.2)

Вначале нагревательный элемент быстро перемещают по оси наплавляемого изделия до крайней нижней позиции ! и обратно вверх (поз. 1) . При этом формуют поверхностный слой будущего тигля толщиной 1,5-2 мм. Затем нагревательный элемент 7 устанавливают в крайнюю верхнюю позицию, 55 сместив его относительно оси наплавляемого тигля и формуют верхнее сечение тигля (поз. 11). После это26 2

ro нагревательный элемент опускают в крайнюю нижнюю позицию (поз.111) и формуют дно тигля. На последней стадии процесса нагревательный элемент устанавливают в среднюю позицию (поз. IV) и, перемещая его возвратно-поступательно в вертикальном направлении, полируют стенки тигля, Перемещение нагревательного элемента по описанной траектории определяется условиями теплопередачи при формовании тигля. В начальной стадии процесса нагревательный элемент быстро перемещают вдоль стенок будущего изделия на расстоянии 0,30,05 D (D — диаметр тигля, мм ) для предварительного прогревания сырьевого материала. Выбор величины корректировочного коэффициента зависит как от общей величины получаемого изделия, так и от толщины его стенки. При формовании верхнего сечения тигля нагревательный элемент поднимают вверх на уровень верхнего образца плавильной формы и смещают относительно оси направляемого тигля на 0,15-0 3D. Условия теплопередачи в этой зоне наименее благоприятны, так как велики теплопотери в окружающее пространство и, кроме того, при вращении плавильной формы часть формуемого иэделия оказывается вне зоны действия нагревательного элемента. Последний должен быть расположен вблизи формуемого материала, но с учетом возможного испарения образовавшегося расплава кварцевого стекла при его перегреве.

При формовании донной части нагревательный элемент переводят на осевую линию направляемого тигля и опускают ниже средней линии тигля по высоте, но не ниже 0,6-0,2 D. С точки зрения теплопередачи формование донной части происходит в наиболее благоприятных условиях: минимальные теплопередачи и, кроме того, определенный положительный эффект дает отражение от ранее сформованных стенок тигля. На последней стадии процесса формирования происходит отделка стенок тигля, полировка их внутренней поверхности и получение необходимой толщины. Это достигается возвратно-поступательным перемещением нагревательного элемента в вертикальном направлении с осевым смещением не более 0,25D.

1193126

Мощность, подаваемая на нагревательный элемент при формовании той или иной зоны, различна. При формовании поверхностного слоя используется 107 всей потребляемой мощности; при формовании верхнего сечения затрачивается примерно половина всей мощности, а при формовании донной части и полировке стенок — соответственно 207 и 10Х от всей мощности. Другими словами, распределение мощности при формовании отдельных зон пропорционально ряду Ii5;2:).

Соответственно изменяется и время формования изделия на отдельных этапах процесса, причем наиболее продолжительным является цикл формования кромочной части (верхнего сечения ) тигля — до 607 общего вре-. мени формования. Время формования остальных зон пропорционально ряду

1:2:3.

Hp и м е р . Продолжительность цикла наплавления тигля из кварцевого стекла диаметром 330 мм составляет 30 мин. Время нахождения нагревательного элемента в той или иной позиции и подаваемая на него мощность представлены в табл. 1.

Таблица 1

Позиция Время, мин Мощность нагревателей, кВт

16

IV

Суммарная мощность, необходимая для наплавления такого тигля, составляет 80 кВт и изменяется в процессе наплавления. Возможность изменения мощности в процессе формования отдельных зон тигля позволяет изменять процесс нагревания в зависимости от геометрии наплавляемого тигля. его высоты, толщины стенки, величины диаметра.

При наплавлении тиглей других диаметров изменяются и мощность и продолжительность формования (табл. 2).

Та блица 2

Диаметр тигля мм

Продолжительность формования, мин

Суммарная мощность на нагревателе, кВт

150

1О

1Р 200

32

330

80

500

200

Продолжительность цикла формования может быть связана с величиной диаметра соотношением 2D /D = Г / Г

2 1 2 "l ) где Р2 > D„ диаметры напла вл яемых изделий, а 2 ) Г„ — продолжительность формования . Изменение мощно с ти с увеличением диаметра формуемых и зделий и одчин яе тс я параболическому з акону вида N= 2pD 2 где N — мощность, к Бт; D — диаметр изделия, мм ;, p=0, 4 - 1 Π— корреляционный ко эф( фициент.

Предлагаемый коэффициент действи— телен для электродугового нагрева. 30 тельного элемента с графитовыми электродами. При использовании других типов нагрева — плазменного или кислородно-водородной горелки, величина коэффициента изменяется, но параболи-. ческий характер изменения мощности нагревательного элемента в процессе наплавления сохраняется, так как он определяет. температуру нагревания и проплавления исходного материала.

Плавное изменение температуры нагреваемого материала в сочетании с вакуумированием системы позволяет получать высококачественные тигли из прозрачного и полупрозрачного квар45 цевого стекла. Перемещение нагревательного элемента в плоскости

t вертикального сеч ния наплавляемого тигля позволяет контролировать геометрию и толщину его стенок независимо мо от величины диаметра тигля, Предлагаемый способ прост в реализации, легко поддается автоматизации, высокопроизводителен и эффективен.

Варьируя продолжительность цикла

55 наплавления и величину мощности нагре. вательного элемента, можно получать тигли из кварцевого стекла различной геометрии. При этом можно зна5 11 чительно повысить качество получаемых тиглей с учетом требований полупроводниковой техники к чистоте используемых тиглей, так как есть возможность использовать разнообразные сырьевые материалы, а безконтактный способ формования изделия не заI

93126 б грязняет исходный материал в процессе наплавления.

Одним из существенных показателей качества получаемых изделий является повышение термостабильности тиглей при их эксплуатации, что определяется равномерностью стенок тигля.

ВНИИПИ Заказ 7228/25 Тираж 456 Подписное

Филиал ППП "Патент", г.Ужгород, ул.Проектная, 4