制造石英玻璃板的方法和设备技术

为提出一种制造具有高光学质量的石英玻璃板的经济制造方法，本发明专利技术建议，将石英玻璃粉层连续加到用一种比石英玻璃粉的烧结活性小的石英玻璃粒料铺成的衬底上，并使之连续通过加热区而烧结成石英玻璃带以实现连续制造上述石英玻璃板；实施这个方法所需的设备包括一个适于输送石英玻璃粒料的输送装置，一个把石英玻璃粒料加到输送装置上的加料装置、一个在石英玻璃粒料上产生合成石英玻璃粉层的喷射装置，和一个加热石英玻璃粉层的加热装置。（*该技术在2015年保护过期，可自由使用*）

Method and apparatus for producing quartz glass panels

The manufacturing method is proposed for manufacturing quartz glass with high optical quality of the economy, according to the invention, the quartz glass powder is added to the continuous layer with a quartz glass powder sintering activity than small quartz glass pellets paved on the substrate, and the continuous heating zone and by sintering with quartz glass to achieve continuous production of the quartz glass plate; the implementation of the required equipment includes a conveying device for conveying granular quartz glass, a quartz glass material to material conveying device and device on a jet device to produce synthetic quartz glass powder layer in the quartz glass pellets, and a quartz heating heating device glass powder layer.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种制造石英玻璃板的方法和设备。如所周知，石英玻璃板是用以高能耗和高成本制成的石英玻璃块体经锯切而成的板材。锯切出的板材经过对锯切表面的后处理可以满足高的表面光洁度和平度的要求。但锯切所用的刀具十分昂贵。石英玻璃块体的生产和锯切加工本身费时多，材料损耗也大。锯切的板越薄，材料损耗就越大。英国专利GB-A2184434提出了一种制造石英玻璃板的方法该方法首先将石英玻璃管沿纵向剖开，然后软化并成型板材。但这样加工出来的板不平，成型后仍有较小的凹凸痕。德国专利DE-A13226451提出了另一种制造石英玻璃板的方法和装置此方法是将实心的石英玻璃圆棒放入熔炉，加热到1700℃～1900℃时流入一石墨坩锅。冷却后，便可从石墨坩锅中取出已淌开呈板状的石英玻璃。这样制成的板具有很高的光学均匀性，但制造过程很费时间和能源。上述两种方法都需要首先制出粗坯，然后以很高的代价将之加工成板。德国专利DE-PS153503提出了一种制造型件例如石英玻璃板的方法此方法是将石英砂撒在例如用石英砂铺成的衬底上，然后用电孤逐点熔化，从而在石英砂连在一起的范围内形成板材，但这种板的光学质量很差。此外，美国专利US-PS4,363,647提出了另一种方法和装置此方法是在载体上，例如在用预烧结的玻璃化的砂或高纯度的石英玻璃做的载体上，用一排水解烧嘴连续将石英玻璃粉分离成平面层，然后用带式烧嘴烧成石英玻璃板。石英玻璃粉层可在它的整个厚度上玻璃化并与载体熔在一起。所以用这种方法可能在玻璃板上产生含TiO2的压应力层。载体也可用机械方法再清除掉，但十分费事，特别是薄玻璃层更成问题。如果要石英玻璃粉层不与载体熔在一起，则在熔体前沿到达载体之前必须停止供热，但熔体前沿不同。熔体前沿的继续前进取决于粉层的局部密度和局部的加热功率。如果在粉层完成熔化之前停止供热，就必须出现非玻璃化的石英粉区，所以即使玻璃板容易从载体上分开，但形成的玻璃板也是不平的。日本专利JP-A4-55331(日本专利摘要，1992年6月8日，16卷249期)提出了炉料式的SiO2-玻璃板制造方法此方法将石英玻璃粒料用多孔的SiO2体作隔层相互隔开，重叠在一起进行烧结。由于有隔层，避免了石英玻璃层的熔化，而且颗粒状的石英玻璃层易于除气。但由于上层的重量压实了下面的石英玻璃粒料层，从而使下层烧结较快。这就会出现这样的危险下面的各隔层与夹在其间的石英玻璃粒料烧结成均匀的块体，而上面的各层则尚未烧结透。本专利技术的任务在于提出一种能制造出高光学质量的石英玻璃板的经济的制造方法及其所用的设备。本专利技术的方法是这样解决这个任务的用一种其烧结活性比石英玻璃粉小的石英玻璃粒料作衬底，在衬底上连续加石英玻璃粉层并使之连续通过加热区而烧结成石英玻璃带以达到连续制造石英玻璃板或高硅酸玻璃板的目的。石英玻璃粉层的连续形成和粉层的连续送入加热区而获得了连续制造石英玻璃板的经济方法。用石英玻璃粒料作为石英玻璃粉的衬底，从而保证了在烧结时非晶态石英玻璃粉的良好绝热并防止了烧结好的石英玻璃带附着在衬底上，同时防止了可能从衬底逸出的原子杂质的渗入。与石英玻璃粉比较起来，石英玻璃粒料具有较小的烧结活性，因此，实现了粉层的烧结只涉及到石英玻璃粉，而不涉及或只在很小范围内涉及衬底。在粉料和粒料的化学成分相同时，例如可通过不同的粒度或颗料内不同结晶相的部分而获得烧结活性的差别。本专利技术方法特别适用于连续制造合成石英玻璃板或高硅酸玻璃板。此方法是将合成的石英玻璃粉层加到用预烧结的合成石英玻璃粉作成的石英玻璃粒料衬底上。合成的非晶态石英玻璃粉由于其平均粒度很小一般都具有很高的烧结活性。在烧结时，这种非晶态的石英玻璃粉层会产生收缩，但石英玻璃粉附着在石英玻璃粒料衬底上却阻止了粉层四周尺寸的收缩。因此，在烧结时主要只减小粉层的厚度。通过合成石英玻璃粉的预烧结形成比粉小的表面积和比粉大的平均粒度，从而减小石英玻璃粒料的烧结活性，这是有益的。这种粒料的粒度分布范围最好为30～350微米。在石英玻璃粒料的粒度小于上述值时，存在着非晶态石英玻璃粉烧结到衬底上的危险；在其平均粒度大于上述值时，则石英玻璃粉层不能充分附着于衬底上。同时，石英玻璃粒料的层厚最好在40～80mm的范围内。为了保证生产出的石英玻璃板没有光学意义上的气泡和达到光学要求的纯度，使用的石英玻璃粒料的化学成分最好与石英玻璃的相同。如果直接用气相反应在石英玻璃粒料上分离出层，则本专利技术的方法特别经济。用一个或多个水解烧嘴来回在衬底上运动就可特别简单地分离出等厚的非晶态硅酸层。在形成粉层的过程中，最好将石英玻璃粉加热到1000℃～1250℃的范围，以使粉层易于烧结，从而便于非晶态的硅酸层硬化和处理。这样，就可把例如在形成粉料层时可能产生的废气抽走，而不至于将非晶态的硅酸微粒一起抽走。采用水解烧嘴来产生层时，通过烧嘴气体的热反应进行烧结是特别简单的。石英玻璃粒料最好连续加到输送带上。在通过加热区后，可从输送带上再取下石英玻璃粒料并重新用作衬底。加热区的烧结温度取决于粉层通过加热区的速度和粉层的厚度。粉层的每个点在加热区的平均停留时间约为一小时。粉层的厚度一般为10～30mm。在这些前提下，烧结温度范围以1300℃～1600℃为宜。离开加热区后，粉层就成了玻璃化的石英玻璃带而可轻易地分割成板料。本专利技术方法可制造出的板厚约为10mm。关于装置方面，本专利技术的任务是这样完成的，为连续制造石英玻璃板或高硅酸玻璃板设置了一个适于运输石英玻璃粒料用的输送装置、一个把石英玻璃粒料加到输送装置上的加料装置、一个在石英玻璃粒料上产生合成石英玻璃粉层的喷射装置和一个加热粉层的加热装置。本专利技术的输送装置可连续工作，特别适合的输送装置是铺有耐热板的输送带或滚道。输送带或滚道最好用耐热材料如Al2O3或石墨作成。所铺的板最好也用这种材料。这种板可防止输送带磨损，必要时易于更换。根据本专利技术的装置的一个最佳实施例这种装置相邻的衬板相互连接而成只有很小缝隙的连续的平面。在这个平面上可堆放石英玻璃粒料而不致落到衬板之间。这种装置具有特别简单的连续工作方式，板与板的相邻端用钩连在一起。这种构形的板可构成几乎是连续的连接在一起的平面而依次铺到连续运转的输送带上。在从加热装置出来后，可将板依次取下、清理并重新铺到输送带上。这种连续工作的装置还有一个优点其喷射装置至少具有一个可至少沿一个方向在石英玻璃粒料上方来回运动的水解烧嘴。用这种烧嘴可在石英玻璃粒料上直接分离热解的石英玻璃粉层。如果将多个水解烧嘴布置在垂直于输送装置运动方向来回运动的一个或多个支架上，则水解烧嘴在石英玻璃粒料上分离粉层时也来回运动。这样的装置，工作效率特别高、费用特别低。同时，这个或这些支架结构最好还可用来向水解烧嘴输送反应气体。加热装置最好设计成沿粉层整个宽度延伸的向下打开的烧结室，并采用电阻加热。这样，在整个宽度上粉层都可达到均匀的玻璃化。此外，在通过烧结室的时间内，这种烧结室能保证粉层每个点保持大致相同的温度。这一温度与点状加热比较由于在烧结室中的加热时间较长而可低一些。从而达到均匀和完好的玻璃化。下面结合附图来详细说明本专利技术的方法和设备的实施例。这些附图是附图说明图1本专利技术设备的示意侧视图。图2喷射室垂直于输送装置的运动本文档来自技高网...

【技术保护点】
石英玻璃板或高硅酸玻璃板的连续制造方法是通过连续将石英玻璃粉层（２０）加到其烧结活性小于石英玻璃粉的石英玻璃粒料（８）的衬底（７）上，并通过将粉层（２０）连续输入加热区（２２）进行烧结而形成石英玻璃带（２６）。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：U克里斯蒂安森，A施坦科尔，
申请(专利权)人：赫罗伊斯石英玻璃有限公司，
类型：发明
国别省市：DE[德国]