空心石英玻璃锭以及制造其的方法和设备技术

本发明专利技术涉及一种空心石英玻璃锭和一种制造其的方法和设备。本发明专利技术涉及一种用于制造空心石英玻璃锭的连续方法和一种用于所述方法的设备，由此所述空心石英玻璃锭在内表面上受到冷却。

Hollow quartz glass ingot and its manufacturing method and equipment

【技术实现步骤摘要】
空心石英玻璃锭以及制造其的方法和设备
在第一方面，本专利技术涉及一种用于制造空心石英玻璃锭的连续方法。在第二方面，本专利技术涉及一种用于制造所要求的方法中所用的空心石英玻璃锭的设备，并且在第三方面，本专利技术涉及一种根据所要求的方法制备的空心石英玻璃锭。
技术介绍
用于连续制造空心石英玻璃锭的方法和设备根据现有技术为已知的。在这些连续工艺中，通过供热将石英熔融于耐火坩埚中，并经由中央处安装有芯棒的模孔抽取熔融石英。其后，使所述锭以恒定速度逐渐下降，并使熔融硅石骤冷，由此形成空心柱状锭或管。各自的工艺例如公开于US9,242,887和CN103771690中。由此类方法提供的管(空心锭)通常具有相对较小直径和薄壁。在CN103771690中，例如，产生直径为300至320mm并且壁厚度为10至12mm的管(空心锭)。伴随具有大外径，确切地说，具有超过350mm的外径，和较厚壁的空心石英玻璃锭的连续制造产生的一个问题为当切割到熔炉下方的长度时，会在锭中形成裂缝。上述现有技术参考文献的传授内容并未解决石英玻璃锭中的此类裂缝问题。特别关注大型空心石英玻璃锭的制造的另一现有技术为US7,305,852并且公开了一种工艺，在所述工艺中，用熔融石英装填坩埚，并在熔融过程完成之后，抽取限定量的棒、板或空心锭。这一工艺中所用的熔炉并未被连续使用，而是分批操作，以提供用熔融石英装填坩埚的可能性，并随后在熔融之后抽取玻璃并排空熔炉。归因于热波动，这一非连续操作会导致预期尺寸的锭可能无法在不出现严重裂化的情况下得到线上(on-line)切割。另外，各自的分批工艺还具有经济性缺陷。US2017/0349474A描述了常规玻璃熔体的熔融和锭区的制造。所公开的过程并未意图提供需要在形成之后对锭进行线上切割的工艺步骤的锭的连续制造。SU740718公开了一种用于制备空心石英玻璃锭的设备。详细地说，SU740718代表了一种用于熔融石英以准许从熔融石英的熔融物中抽取出管的常规工艺，但其具有对玻璃流动和管的内径进行改进控制的变体形式。这涉及有上方支撑的芯棒，但使用内部热交换器来控制玻璃流经模时的粘度。没有迹象表明将管尺寸考虑在内。另外，通过所述现有技术过程制备的试管常规上允许自然冷却到低于模，并且没有迹象表明采取任何步骤内部逐渐冷却玻璃。另外，并未描述伴随石英玻璃锭的大尺寸、厚壁锭的重复进行的无裂缝切割的挑战出现的问题。
技术实现思路
本文从这一现有技术情况入手，目标在于提供一种用于制造空心石英玻璃锭的方法，所述锭可在不存在上述缺陷的情况下进行制备。确切地说，目标在于提供一种用于制造空心石英玻璃锭的方法，所述锭可进行连续制备和切割。更确切地说，目标在于提供一种用于制造空心石英玻璃锭的方法，所述锭可进行连续制备和切割，并具有大外径和相对较厚壁。更确切地说，目标在于提供一种用于制造空心石英玻璃锭的方法，所述锭可在不存在裂化的情况下进行连续制备和切割，并具有大外径和相对较厚壁。另外，目标在于提供一种可用于在不存在裂化的情况下连续制造和切割空心石英玻璃锭的设备，其中所述空心石英玻璃锭具有大外径和相对较厚壁。这一设备应适用于进行所要求的方法。附图说明图1：用于实践本专利技术过程的炉的一个实施例示意性地示于图1中。图2(A)至2(D)：切割和去除锭区段必须在不从模孔去除芯棒的情况下进行，并且这一操作的各个阶段示意性地示于图2(A)至2(D)中。具体实施方式本专利技术的第一方面-用于制造空心锭的连续方法-在首要目标中，通过一种用于制造空心石英玻璃锭的连续方法来解决本专利技术目标，所述方法包含以下处理步骤：a.在坩埚或耐火罐中提供软化的石英玻璃块；b.经由其中安装有芯棒的模竖直地抽出软化的石英玻璃块，得到空心石英玻璃锭；和c.线上切割空心石英玻璃锭呈特定长度。所要求的方法特征在于，在步骤b.中竖直地抽出软化的石英玻璃块之后并在处理步骤c.中线上切割之前，通过主动手段来冷却空心石英玻璃锭的内表面。在本专利技术的情形下，已发现(1)出现在具有大外径和相对较厚壁的空心石英玻璃锭的制造期间的裂缝，并且确切地说，(2)出现在切割所述空心石英玻璃锭的步骤期间的裂缝可归因于切割时贯穿锭的弹性应力。在不受理论束缚的情况下，锭的弹性应力可追溯到在步骤b.中挤出之后，锭的外表面和内表面上的不同温度分布。挤出之后，锭的外表面通过自然手段(如辐射和空气对流)或主动冷却手段进行冷却，而空心锭的内表面仍相对较热，引起空心锭的外表面和内表面上的不同温度分布。两个表面上的这一不同温度分布可为造成挤出锭中的弹性应力的原因，随后导致在切割处理步骤期间锭中出现裂缝。切割处理步骤期间锭的裂缝的形成可通过切割时，将水从切割工具突然引入到锭的表面外而得到促进。现已发现，通过更均匀地冷却空心石英玻璃锭可减少弹性应力，其中必不可少的是，空心石英玻璃锭不仅在锭的外表面上进行冷却(其通过自然手段或通过主动冷却手段大体上自动进行)，并还在空心锭的内表面上进行冷却。空心锭的内表面上的冷却步骤通过使用下文更详细描述的手段进行主动冷却来实现。尽管玻璃管在形成期间的内部冷却描述于US3,937,623中，但在复合玻璃制造过程(在低温下)中，这一现有技术参考文献的玻璃管制造工艺与根据本专利技术实施例的空心石英玻璃锭的制造相比完全不同。出于这个原因，US3,937,623的传授内容无法转移到根据本专利技术实施例的方法。确切地说，US3,937,623中所述的工艺并非进行焰融(flamefusion)以制造大型和厚壁石英玻璃锭的过程。在大尺寸空心石英玻璃锭的加工中，如从连续型熔炉中所显现，切割过程中通常会出现裂缝。通过应用所要求的主动冷却空心锭的内表面的方法，所述切割步骤过程中通常出现的裂缝可有所减少或优选地，得到完全避免。通过对锭施加本专利技术所定义的冷却，锭的弹性应力可有所降低，以使得空心石英玻璃锭的切割过程中几乎不会或不会出现延伸裂缝。玻璃中的弹性应力包含压缩应力和张应力的组合。过度的拉伸应力为裂化的潜在原因。通过对锭施加如本专利技术所述的实施例中的一个或多个所定义的冷却，锭中的弹性张应力下降到优选优选低于5MPa、更优选低于4MPa、最优选低于2MPa。通过应用本专利技术方法，可融合石英并连续抽取大直径空心锭，并重复切割石英玻璃锭，而不会有或至少伴随减少数目的严重裂缝。这使得可低成本制造空心石英玻璃锭。在下文中，更详细地描述冷却空心石英玻璃锭的外表面和内表面的措施。如上文已强调，在制得空心石英玻璃锭后，例如通过辐射和周围空气对流自动冷却空心石英玻璃锭的外表面。然而，在一个实施例中，也可通过增强主动手段另外冷却空心石英玻璃锭的外表面。所述的促进外表面的主动冷却例如通过在空心石英玻璃锭的外表面上施加的冷却气体或冷却流体来实现。各自的适合冷却气体为空气、惰性气体(如氮气)或还原气体(如氢气/氮气混合物)。各自的适合冷却流体为本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于制造空心石英玻璃锭的方法，其特征在于以下加工步骤：/na.在坩埚或耐火罐中提供软化的石英玻璃块；/nb.经由其中安装有芯棒的模竖直地抽出所述软化的石英玻璃块，得到空心石英玻璃锭；和/nc.线上切割所述空心石英玻璃锭成特定长度，/n其特征在于/n在步骤b.的竖直地抽出所述软化的石英玻璃块之后并在处理步骤c.的线上切割之前，通过主动手段来冷却所述空心石英玻璃锭的内表面。/n

【技术特征摘要】
20181123 EP 18207949.11.一种用于制造空心石英玻璃锭的方法，其特征在于以下加工步骤：
a.在坩埚或耐火罐中提供软化的石英玻璃块；
b.经由其中安装有芯棒的模竖直地抽出所述软化的石英玻璃块，得到空心石英玻璃锭；和
c.线上切割所述空心石英玻璃锭成特定长度，
其特征在于
在步骤b.的竖直地抽出所述软化的石英玻璃块之后并在处理步骤c.的线上切割之前，通过主动手段来冷却所述空心石英玻璃锭的内表面。


2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于用安装于芯棒支撑柱上的芯棒进行步骤b.，并通过以下手段中的一种或多种冷却所述空心石英玻璃锭的所述内表面
1)通过布置成围绕所述芯棒支撑柱的盘管，其中所述盘管包含冷却流体，
2)通过所述芯棒支撑柱自身，其用布置在所述芯棒支撑柱内部的冷却流体冷却；
3)通过所述空心石英玻璃锭的内腔中的惰性气体的气流；和/或
4)通过以多个射流或细滴喷雾喷出的喷水。


3.根据权利要求1或2所述的方法，其中所述芯棒从下方支撑在芯棒支撑柱上，并且提供在所述柱从底部托架分离并去除每个切割锭区段时使所述芯棒暂时保持在适当位置的构件，并且之后将所述柱再附接于底部托架。


4.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于通过增强冷却气体、冷却流体、主动对流和/或辐射的主动手段来冷却所述空心石英玻璃锭的外表面。


5.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于在处理步骤c.的所述线上切割之前，将所述空心石英玻璃锭冷却到所述空心石英玻璃锭的所述内表面的温度低于400℃。


6.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于在处理步骤c.的切割之前，将所述空心石英玻璃锭冷却到所述空心石英玻璃锭的所述外表面的温度低于400℃。


7.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于切割区域处的所述空心石英玻璃锭的所述内表面与所述外表面之间的温差低于300℃。
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【专利技术属性】
技术研发人员：A·芒迪，H·阿哈加尼，I·G·赛斯，
申请(专利权)人：贺利氏科纳米英国有限公司，
类型：发明
国别省市：英国;GB