一种石英锭的制备方法、装置及系统制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种石英锭制备方法、装置及系统。所述方法采用石英颗粒熔融沉积石英锭并按照以下步骤控制下料速率：当在沉积的石英锭高度低于截面尺寸变化临界高度时，按照其高度越小下料速度越小的原则对自重引起的石英锭截面尺寸偏差引起的形变进行补偿，控制下料速率；当在沉积的石英锭高度高于截面尺寸变化临界高度时，按照截面尺寸变化临界高度的补偿量控制下料速率。所述装置包括旋转平台升降电机、石英原料投料量控制器、以及上位机。所述系统包括修正系数获取模块、下料速度控制模块、石英锭高度检定模块、以及石英锭下段截面尺寸检定模块。本发明专利技术在不增加沉积装置、不提高原料损失、减少加工工序的前提下，得到尺寸均匀的石英锭。

A method, device and system for the preparation of a quartz ingot

The invention discloses a method, a device and a system for the preparation of a quartz ingot. The method of using quartz particles melt deposition quartz ingot and in accordance with the following steps: under the control of the feed rate when the quartz ingot in the height of the deposit is lower than the critical height of the section size change, quartz ingot section size according to the height of the smaller the feeding speed is small the principle of deviation caused by the self weight deformation caused by compensation, under the control of feed rate; when the quartz ingot in the height of the deposit is higher than the critical height of section size changes, according to the amount of compensation to control the critical height of section size change of feed rate. The device includes a rotating platform lift motor, a quartz material feed quantity controller, and a upper computer. The system includes correction coefficient acquisition module, cutting speed control module, quartz ingot height verification module, and quartz block lower section section size verification module. In this invention, the uniform size of quartz ingot is obtained without increasing the deposition device, improving the loss of raw materials and reducing the processing procedure.

【技术实现步骤摘要】
一种石英锭的制备方法、装置及系统
本专利技术属于石英材料制备领域，更具体地，涉及一种石英锭的制备方法、装置及系统。
技术介绍
光纤预制棒使用的石英材料对其外观均匀性、气泡含量、以及杂质含量等都有较为苛刻的要求，目前以高纯石英砂为原材料制备出来的石英材料，其外观均匀性需要通过后续多道工序加工才能满足要求。气炼法是目前以天然石英砂为原材料制备石英胚体材料的主要手段，这种方法是将石英砂在氢氧焰下熔融形成直径较大的石英锭，得到的石英锭在不同高度上的横截面尺寸偏差较大，无法满足直接拉伸的要求。为解决上述问题，需要将制成的石英锭放入石墨坩埚内熔融牵引拉伸形成直径较细的石英棒，但是在牵引拉伸过程中，石英材料处于相对熔融流动状态，石英棒外观尺寸均匀性仍不容易控制，而且在拉伸过程中石英材料的表面很容易引入各种杂质和气泡，需通过机械加工或者腐蚀来去除外观尺寸不均匀的部分以及表面杂质和缺陷含量较高的部分，若需要更细的石英材料，则再通过拉伸装置拉伸至所需尺寸的石英材料，在整个加工过程中，会在熔融牵引拉伸和机加工等过程中，浪费大量的材料，特别是熔融牵引拉伸过程中，会在坩埚中残留大量的材料。目前气炼法制备的石英锭的尺寸越来越大，专利CN105314825A中提到可制备直径700mm以上的石英锭，可以在一定程度上减少石英材料在熔融牵引拉伸和其他加工过程中的损耗，但得料率不超过80％。专利CN105036520A中提到了一种基础杆结构的沉积炉，可减少沉积面的温度梯度，有利于产品的尺寸均匀，但仍需后续的熔融牵引拉伸加工；因此需要减少石英材料的加工工序，提高石英锭的尺寸均匀性，并且降低杂质的引入，提升得料率，进一步的降低整个制备过程的成本。
技术实现思路
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术提供了一种石英锭的制备方法、装置及系统，其目的在于通过物料控制对重力进行补偿，利用现有的石英锭制备装置，制备尺寸均匀的石英锭，且得料率高，由此解决石英锭制备方法制备的石英锭尺寸不均匀或者得料率低的技术问题。为实现上述目的，按照本专利技术的一个方面，提供了一种石英锭的制备方法，采用石英颗粒熔融沉积石英锭并按照以下步骤控制下料速率：当在沉积的石英锭高度低于截面尺寸变化临界高度时，按照其高度越小下料速度越小的原则对自重引起的石英锭截面尺寸偏差引起的形变进行补偿，控制下料速率；当在沉积的石英锭高度高于截面尺寸变化临界高度时，按照截面尺寸变化临界高度的补偿量控制下料速率。优选地，所述石英锭的制备方法，其当在沉积的石英锭高度低于截面尺寸变化临界高度时，所述下料速率满足以下关系：V1＝[1+k(r,h)]V2r2ρ其中：V1为下料速率，即单位时间内原料投放量；V2为采用石英颗粒熔融沉积的旋转平台下降速率；r为目标石英锭半径；ρ为石英材料密度；k(r,h)为修正系数，其与在沉积的石英锭高度h单调正相关，其与在沉积的石英锭半径单调正相关。优选地，所述石英锭的制备方法，其修正系数k(r,h)的取值范围为0.02～0.15。优选地，所述石英锭的制备方法，其所述修正系数按照如下方法确定：对于给定的目标石英定半径r，所述修正系数与所述在沉积的石英锭高度符合以下关系：k(r,h)＝αh+η其中，α和η为常数，η为烧失率。优选地，所述石英锭的制备方法，其所述常数α按照如下方法计算：α＝a/(1-η)；其中，a为石英锭受到的自重压力随高度线性变化曲线的斜率的负值或均匀下料时所述石英锭横截面半径随高度线性变化曲线的斜率的负值；η为烧失率。优选地，所述石英锭的制备方法，其实时测量熔融沉积部位以下的尺寸，实时计算石英锭横截面半径随高度线性变化曲线的斜率，将所述斜率的负值作为所述修正系数的调整量，实时反馈调整所述修正系数。按照本专利技术的另一个方面，提供了一种石英锭的制备装置，包括旋转平台升降电机、石英原料投料量控制器、以及上位机；所述旋转平台升降电机与所述上位机信号相连；所述上位机与所述石英原料投放量控制器信号相连；所述上位机获取所述旋转平台升降电机提供的旋转平台升降下降速率，按照本专利技术提供的制备方法，控制所述石英原料投料量控制器的下料速率。优选地，所述制备装置，其还包括尺寸测量装置，设置于炉膛外炉膛出口附近，用于检测石英锭下段尺寸。按照本专利技术的另一个方面，提供了一种石英锭制备用投料控制系统，包括修正系数获取模块、下料速度控制模块、石英锭高度检定模块、以及石英锭下段截面尺寸检定模块；所述石英锭高度检定模块，用于获取在沉积的石英锭高度，并提交给所述修正系数获取模块；所述石英锭下段截面尺寸检定模块，用于获取在沉积的石英锭其下段截面尺寸，并提交给所述修正系数获取模块；所述修正系数获取模块，根据所述石英锭高度以及下段截面尺寸，确定所述修正系数，并提交给所述下料速度控制模块；所述下了速度控制模块，根据所述修正系数计算下料速度并控制下料。优选地，所述石英锭制备用投料控制系统，其所述石英高度检定模块与所述下料速度控制模块相连，将在沉积的石英锭高度提交给所述下料速度控制模块；所述下料控制模块判断是否重新计算修正系数：当所述石英锭高度小于或等于预设的截面尺寸变化临界高度时，重新计算修正系数；否则不重新计算修正系数。总体而言，通过本专利技术所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：本专利技术提供的石英锭的制备方法，根据石英锭的目标尺寸，控制下料速率，补偿石英锭自重引起的形变，从而在不增加沉积装置、不提高原料损失、减少加工工序的前提下，得到尺寸均匀的石英锭，直径波动＜2％。本专利技术提供的方法，无需在坩埚内熔融牵引拉伸的工序，减少后续加工工序，例如打磨，从而提高了得料率。本专利技术提供的装置，没有坩埚等配件，结构简单。本专利技术提供的系统，能较好的兼容现有的熔融沉积装置。附图说明图1是本专利技术提供的石英锭制备方法流程图；图2是本专利技术提供的制备方法修正系数随高度变化曲线示意图；图3是本专利技术实施例提供的方法修正系数随高度变化曲线示意图。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。此外，下面所描述的本专利技术各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。本专利技术提供的石英锭的制备方法，采用练气法沉积石英锭并按照以下步骤控制下料速率：当在沉积的石英锭高度低于截面尺寸变化临界高度时，按照其高度越小下料速度越小的原则对自重引起的石英锭截面尺寸偏差引起的形变进行补偿，控制下料速率；当在沉积的石英锭高度高于截面尺寸变化临界高度时，按照截面尺寸变化临界高度的补偿量控制下料速率。V1＝[1+k(r,h)]V2r2ρ其中：V1为下料速率，即单位时间内原料投放量；V2为采用石英颗粒熔融沉积的旋转平台下降速率；r为目标石英锭半径；ρ为石英材料密度；k(r,h)为修正系数，其与在沉积的石英锭高度h单调正相关，其正在沉积的石英锭半径单调正相关。修正系数k(r,h)的取值范围为0.02～0.15。当在沉积的石英锭高度高于截面尺寸变化临界高度是，截面尺寸不再因上段压力发生变化，此时修正系数将不再因高度的增加而变化。所述修正系数按照如下方法确定：对于给定的目标石英定半径r，所述修正系数与所述在沉本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种石英锭的制备方法，其特征在于，采用石英颗粒熔融沉积石英锭并按照以下步骤控制下料速率：当在沉积的石英锭高度低于截面尺寸变化临界高度时，按照其高度越小下料速度越小的原则对自重引起的石英锭截面尺寸偏差引起的形变进行补偿，控制下料速率；当在沉积的石英锭高度高于截面尺寸变化临界高度时，按照截面尺寸变化临界高度的补偿量控制下料速率。

【技术特征摘要】
1.一种石英锭的制备方法，其特征在于，采用石英颗粒熔融沉积石英锭并按照以下步骤控制下料速率：当在沉积的石英锭高度低于截面尺寸变化临界高度时，按照其高度越小下料速度越小的原则对自重引起的石英锭截面尺寸偏差引起的形变进行补偿，控制下料速率；当在沉积的石英锭高度高于截面尺寸变化临界高度时，按照截面尺寸变化临界高度的补偿量控制下料速率。2.如权利要求1所述的石英锭的制备方法，其特征在于，当在沉积的石英锭高度低于截面尺寸变化临界高度时，所述下料速率满足以下关系：V1＝[1+k(r,h)]V2r2ρ其中：V1为下料速率，即单位时间内原料投放量；V2为采用石英颗粒熔融沉积的旋转平台下降速率；r为目标石英锭半径；ρ为石英材料密度；k(r,h)为修正系数，其与在沉积的石英锭高度h单调正相关，其与在沉积的石英锭半径单调正相关。3.如权利要求2所述的石英锭的制备方法，其特征在于，修正系数k(r,h)的取值范围为0.02～0.15。4.如权利要求2所述的石英锭的制备方法，其特征在于，所述修正系数按照如下方法确定：对于给定的目标石英定半径r，所述修正系数与所述在沉积的石英锭高度符合以下关系：k(r,h)＝αh+η其中，α和η为常数，η为烧失率。5.如权利要求4所述的石英锭的制备方法，其特征在于，所述常数α按照如下方法计算：α＝a/(1-η)；其中，a为石英锭受到的自重压力随高度线性变化曲线的斜率的负值或均匀下料时所述石英锭横截面半径随高度线性变化曲线的斜率的负值；η为烧失率。6.如权利要求2所述的石英锭的制备方法，其特征在于，实时测量熔融沉积部位以...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭飞，张金银，谭路，熊良明，罗杰，杭常东，
申请(专利权)人：长飞光纤光缆股份有限公司，
类型：发明
国别省市：湖北,42