用于铸造玻璃块的方法和设备技术

一种质量至少为５００Ｋｇ的玻璃块的铸造方法，其中玻璃熔融物以至少５０Ｋｇ／ｍｉｎ的速率从熔融箱（１２）进入金属模具（２６）中进行铸造，所述金属模具（２６）衬有能够与所述金属模具（２６）分离的陶瓷绝热体（３０）。

Method and apparatus for casting glass blocks

A mass of at least 500Kg glass block casting method, the glass melt at a rate of at least 50Kg / min (12) into the box from the molten metal mold (26) in the casting, the metal mold (26) lined with the metal mold (26) separating the ceramic insulator (30).

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及质量至少为500Kg的玻璃块的铸造方法。本专利技术还涉及适于铸造该尺寸的玻璃块和适于在成批生产中使用的铸型。最后，本专利技术涉及用于铸造大玻璃块的设备。
技术介绍
Bach，Hans(编辑)“Low Thermal Expansion Glass Ceramics”，SpringerVerlag Berlin，Heidelberg，纽约，1995，ISBN3-540-58598-2，第107-214页描述了用于生产Zerodur玻璃陶瓷的技术，该玻璃陶瓷由本申请人生产并经销。Zerodur是显示出特别低的热膨胀和高稳定性的铝硅酸锂玻璃陶瓷材料，其在精密应用中广泛用作基材，例如用于制造大尺寸的望远镜的镜片，但同样也可以用于小尺度的精密部件的制造，例如用于制造用于显微光刻法的平台。所述玻璃陶瓷的制造方法包括多个步骤。首先，将该目的所需的铝硅酸锂玻璃在适宜的熔融箱中熔融、精炼和均匀化。如果要制造大部件，则熔融过程间歇地进行。根据上述的书籍，将熔融的玻璃熔融物从熔融箱运送至经预热的模具中。如果要制造大元件，则以约200Kg/min的处理量填充模具。铸造操作之后，首先将模具相对快速地冷却至接近转变温度(675℃)的温度，然后以足够慢的冷却速度冷至室温。在冷却过程之后对不均匀性、裂纹等进行目视检查，然后对玻璃块进行热处理以将玻璃块转变为玻璃陶瓷形式(此过程已知称为陶瓷化(ceramizing))。在陶瓷化过程之前，通常对玻璃块进行诸如锯割或磨削等机械预处理，从而获得与所需的最终外形接近的形状。当完成陶瓷化过程时(根据玻璃块的尺寸，该过程可能会进行几个月)，对玻璃陶瓷块进行所需的抛光操作从而制得例如用于望远镜的镜片。应当理解，对于适用于各种精密应用的大尺寸的玻璃块或玻璃陶瓷块的制造，所有的制造步骤都必须仔细地进行调整并且需要付出相当大的努力以得到直径达数米的例如，显示出高均匀性和精密度的玻璃块。上述的问题之一存在于大体积的均匀玻璃块的铸造操作中。在本申请中，术语大体积的玻璃块是指质量至少为500Kg的玻璃块。为了制造Zerodur玻璃陶瓷，以及为了制造诸如透镜等用于大体积光学部件的光学玻璃，现有技术的方法通常使用由耐火材料制成的模具，根据铸造温度、玻璃类型、玻璃块尺寸以及其它参数对所述耐火材料进行适当地调整和选择。由耐火材料制成的此类模具可以由例如含有硅石、氧化镁、莫来石、氧化铝的原料及其它原料制造。对于大多数应用，由耐火材料制造适宜的模具在玻璃工业中通常是已知的。使用由耐火材料制成的模具的缺点在于制造单个铸件通常会导致模具不再适用。因此，通常由耐火材料制成的模具适于制造体积非常大的玻璃部件，例如望远镜的镜片，因为在这些情况中高成本也是可以接受的。然而在大体积玻璃部件的成批生产中，使用由耐火材料制成的模具非常耗时且成本高昂，因而，不是非常适宜。在铸造大体积玻璃部件中，特别是当制造大致为立方形或球形的玻璃部件时，还会遇到其它问题。在圆柱形玻璃块的制造中，例如，在铸造生产中形状对玻璃块品质的影响可以用形状因子R＝h/d来描述，其中h是玻璃块的高度，d是其直径。而对于大体积玻璃元件的制造，例如透镜或望远镜的镜片，形状因子通常小于0.1。最近需要形状因子为0.1以上，例如在0.1～0.3之间的大体积玻璃元件。例如在制造棱镜时需要大量这种大体积玻璃元件。然而，在形状因子很大的情况中，这样的铸造过程会导致产生不均匀性、特别是产生夹杂较大或较小的气泡、形成条纹等其它问题。在大形状因子的情况中，该问题归因于玻璃射流进入模具的流线效应(flow-line effect)，因为在铸造操作中模具在边缘地区的冷却比在液体玻璃射流进入的区域快得多。这个问题因玻璃的低导热率而明显恶化。特别是当制造质量至少为500Kg且形状因子大于0.1的大体积玻璃部件时，很难得到均匀的铸件。在开始所提及的文献中披露，通常可以使用某些配有脱模剂从而使得玻璃块能够从模具中脱离的铸造模具。然而，它并未包含关于适于避免在制造大玻璃块中所遇到的上述问题的铸造模具的设计的任何信息。
技术实现思路
因而，本专利技术的目的是披露质量至少为500Kg的玻璃块的铸造方法，该方法减少了特别是与制造具有大形状因子的部件有关的问题，从而使得即使是制造具有大形状因子的大体积玻璃块也能够具有良好的均匀性。此外，如果可能，该方法应当适合于成批生产。本专利技术还提供了适合于在该铸造方法中使用的铸型。最后，本专利技术将披露用于制造具有良好均匀性的大玻璃块的设备。本专利技术的目的可以通过采用以下的质量至少为500Kg的玻璃块的铸造方法得以实现，其中采用以至少50Kg/min的速率流出进料器的玻璃熔融物填充金属模具，其中所述金属模具衬有能够与所述金属模具分离并且在800℃～1400℃的范围内导热率优选为0.2W·K-1·m-1～2.0W·K-1·m-1的陶瓷绝热体。本专利技术的目的还可以通过用于铸造质量至少为500Kg的大玻璃块的铸型得以实现，该铸型包含优选由耐高温钢制成的并且衬有陶瓷绝热体的金属模具，所述陶瓷绝热体能够与所述模具的底部和侧壁分离，并且在800℃～1400℃的范围内导热率优选为0.2W·K-1·m-1～2.0W·K-1·m-1。由此可以理想地实现本专利技术的目的。根据本专利技术，现在可以使用衬有能够从金属模具上分离的适宜的陶瓷绝热体的可再用的金属模具来铸造大玻璃块。当铸造形状因子大于或等于0.1的大体积玻璃块时，经过对所使用的陶瓷绝热体的导热率进行特别调整，可以明显减少不均匀性的问题。此外，使用可再用的金属模具使得适于成批生产的低成本制造方法成为可能。陶瓷绝热体起到了脱模剂的作用，这确保了在制造过程之后玻璃块能够与金属模具分离。同时，陶瓷绝热体可以保护金属模具免受由过量的热负荷导致的损坏或软化。根据本专利技术的方法的有利的另一改进方案，金属模具的内部衬有顶部施加有石英砂层的玻璃质硅石制品的固体层。根据本专利技术的替代实施方式，金属模具衬有耐高温纤维的纤维层。因为由预制的垫子构成的纤维层能够以简单且低成本的方式用于为模具的内表面加衬，同时可以根据需要调整纤维层的厚度，所以这使得能够实现特别优选的制造方法。根据该实施方式的有利的另一改进方案，用于此目的的纤维层，例如，可以由氧化锆纤维、玻璃质硅石制品纤维、碳化硅纤维、铝硅酸盐纤维或这些纤维的混合物构成。所述纤维具有足够的耐高温性，足以保护所使用的金属模具，例如，不锈钢模具来抵抗铸造的高温。将纤维层的厚度优选调整至约5mm～100mm，优选10mm～50mm。这使得可以特别是根据待铸造的玻璃块的质量和形状因子来对所需的绝热体进行适当的调整。根据该实施方式的有利的另一改进方案，绝热层的厚度可以沿金属模具的内表面局部发生改变。优选地，绝热层的厚度在底部的中心区域小于边缘区域。由于在铸造过程中铸造模具在其边缘区明显比在玻璃熔融物注入的中心区冷却得更快，所以由此可以使冷却行为具有改善的均匀性。通过在底部的中心区选择较小的绝热层厚度和在边缘区选择较大的绝热层厚度，由此可以得到更均匀的温度分布，这有助于改善所制得的玻璃块的均匀性并抵消大形状因子的不利影响。根据本专利技术的优选的另一改进方案，该铸造方法以至少约为50Kg/min的填充速率实施，更优选以至少为60Kg/m本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：拉尔夫·赖特尔，鲁道夫·米勒，
申请(专利权)人：肖特股份公司，
类型：发明
国别省市：