專利名稱：立式四氯化硅汽相沉積合成石英玻璃的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種四氯化硅汽相沉積合成石英玻璃的方法。
為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案一種立式四氯化硅汽相沉積合成石英玻璃的方法，包括下述步驟1)氫氣和氧氣在燃燒器中燃燒產(chǎn)生水蒸氣后與燃燒器下料管中氣態(tài)四氯化硅反應(yīng)產(chǎn)生二氧化硅顆粒；2)二氧化硅顆粒在立式沉積爐中的沉積砣面上沉積形成石英玻璃錠。
上述步驟2)所述的二氧化硅顆粒在沉積砣面上的沉積速率為200-500克/小時。
在步驟2)中采用的立式沉積爐由爐體，穿設(shè)置于所述爐體中的基礎(chǔ)桿，置于所述基礎(chǔ)桿端頭的沉積砣面，置于爐體外與基礎(chǔ)桿相連并控制基礎(chǔ)桿升降和轉(zhuǎn)動的車床，置于所述爐體上向沉積砣面布料的燃燒器，以及用于排出爐體內(nèi)煙氣的煙囪組成，其中所述基礎(chǔ)桿立置于所述車床上，從下向上伸入所述爐體內(nèi)；在基礎(chǔ)桿頂端設(shè)沉積砣面，沉積砣面直徑在250～500毫米；所述爐體封閉設(shè)置。
所述燃燒器設(shè)于爐體的頂部，燃燒器的下料管嵌入爐體的內(nèi)壁與沉積砣面相對；燃燒器設(shè)置為2-8個，均勻分布設(shè)置于爐體頂部；燃燒器的下料管設(shè)置為1-3個，均勻分布設(shè)置于燃燒器的中部。
所述煙囪立設(shè)于爐體一側(cè)。
所述基礎(chǔ)桿下端與車床卡接。
本發(fā)明采用上述技術(shù)方案，其優(yōu)點如下1、在生產(chǎn)工藝中采用封閉的立式沉積爐，改善了二氧化硅沉積環(huán)境，并克服了臥式工藝中不能生產(chǎn)大尺寸石英玻璃錠的缺陷。沉積爐中將基礎(chǔ)桿豎置，使其基礎(chǔ)桿重心不會隨沉積砣面重量的增加而發(fā)生偏移，從而能夠最大限度地承受自身及沉積砣面的重量，所以即使在爐體的高溫環(huán)境里，基礎(chǔ)桿可以支撐直徑更大的沉積砣面從而能夠沉積重量更大、直徑更大的石英玻璃砣子；基礎(chǔ)桿下固定于一車床上，車床可定向調(diào)整基礎(chǔ)桿升降及轉(zhuǎn)動，當隨著沉積砣面接受燃燒器下料沉積使其重量增加和基礎(chǔ)桿長度增長時，車床調(diào)整基礎(chǔ)桿的升降，使沉積砣面與下料管保持固定距離和角度，以得到沉積均勻的大塊石英玻璃。
2.將產(chǎn)生二氧化硅顆粒的燃燒器設(shè)置為多個和在同一燃燒器多點下料，可實現(xiàn)快速沉積，提高了生產(chǎn)效率；3.采用密封式爐體，能夠充分利用熱能，有效保持爐溫，提高沉積效率；還能使能耗降低，節(jié)約能源。
在本發(fā)明中，設(shè)置一種立式沉積爐來完成二氧化硅的沉積過程，立式沉積爐的結(jié)構(gòu)如圖2所示，它包括煙囪1、爐體2、沉積砣面3、燃燒器4、基礎(chǔ)桿5和車床6。
沉積砣面3在基礎(chǔ)桿5支撐下從爐體2底部伸入爐體2內(nèi)，基礎(chǔ)桿5是氣煉石英玻璃棒，豎直地卡位安裝在車床6上，隨著二氧化硅顆粒在沉積砣面3不斷沉積、沉積砣面3重量不斷增加，基礎(chǔ)桿5長度也不斷增長，此時車床6可以調(diào)整基礎(chǔ)桿5以及沉積砣面3上下移動，調(diào)節(jié)它們伸入爐體2的深度以調(diào)整沉積砣面3處于最佳沉積位置。由于基礎(chǔ)桿5豎置，其重心不會發(fā)生偏移更易承受自身及沉積砣面3的重量，相對不容易發(fā)生彎曲，所以即使在爐膛的高溫環(huán)境里，可以支撐更大的沉積砣面3從而能夠生產(chǎn)較重份量、較大直徑的石英玻璃錠，在本發(fā)明中，沉積砣面3直徑可設(shè)置為300-500毫米，而基礎(chǔ)桿直徑可加粗，其直徑可在150-180毫米。
爐體2為密封式結(jié)構(gòu)，爐體2內(nèi)部為微正壓，可以保持爐內(nèi)的高溫環(huán)境，有利于二氧化硅顆粒結(jié)晶生成石英玻璃；燃燒器4布置在爐體2的頂部，燃燒器4的下料管41嵌入所述爐體1的內(nèi)壁并正對沉積砣面3，下料管41距離沉積砣面3一定距離，其距離設(shè)定依據(jù)生產(chǎn)工藝要求所定；爐體2一側(cè)設(shè)煙囪1，煙囪1的煙道入口處低于沉積砣面3設(shè)置，這樣可以保證沉積砣面3處在爐內(nèi)煙氣形成穩(wěn)定流場中有利于從來自爐體2頂部的二氧化硅顆粒在高溫下快速、均勻、有效地沉積到沉積砣面3上，而不會隨煙氣飄散；燃燒器4是常用的制備石英玻璃的燃燒器4，氫氣和氧氣在燃燒器4中燃燒產(chǎn)生水蒸氣，水蒸氣再與下料管41中的噴射的氣態(tài)四氯化硅反應(yīng)產(chǎn)生二氧化硅顆粒，噴向爐體2中的沉積砣面3，并在沉積砣面3上沉積而形成石英玻璃。在本實施例中，燃燒器4設(shè)一個下料管41，二氧化硅顆粒的出料速度可以通過調(diào)整燃燒器的氣流量和下料管41的射出速度而調(diào)節(jié)。
在本發(fā)明中，在采用立式沉積爐的同時，還對燃燒器4的布料方式進行創(chuàng)新。本發(fā)明在燃燒器4上設(shè)2-3個下料管，如圖3所示，設(shè)三個下料管，下料管41、41’和41”均勻分布于燃燒器4的氫氣室42中部，三根下料管41、41’和41”同時噴出四氯化硅氣體，以形成多個二氧化硅顆粒流射向沉積爐中的沉積砣面3。由于立式沉積爐的特點，允許二氧化硅顆粒的布料速度大大提高，使多點布料的方式成為可能。
同樣道理，為加快布料速度，燃燒器4可以設(shè)置為多個，均勻設(shè)置于爐體2的頂部，如圖4中示出設(shè)兩個燃燒器4的情形。在具體實施中，可以依據(jù)爐體2的大小和生產(chǎn)能力確定燃燒器4的數(shù)量，最多可以設(shè)置8個，在此不一一圖示。
多個燃燒器以及每一燃燒器同時多點布料的方式可以同時采用，此時所有下料管同時向沉積砣面3噴射物料，經(jīng)沉積形成石英玻璃錠。
采用多個燃燒器和同一燃燒器多點布料，可加快沉積速度，提高了生產(chǎn)效率。
下表列出本發(fā)明一種實施方法和臥式工藝的比較表1為實例數(shù)據(jù)對比表表1 實例數(shù)據(jù)對比表

通過上表可以看出，本發(fā)明的方法，可以生產(chǎn)重量達30-50公斤，直徑在300-350毫米的石英玻璃錠，沉積速率可達200-500克/小時，生產(chǎn)效率較臥式沉積爐提高1-5倍。
如果加大沉積砣面的直徑，可以生產(chǎn)更大直徑的石英玻璃錠，經(jīng)實驗，用本發(fā)明方法，采用200毫米沉積砣面時，可以生產(chǎn)直徑為500毫米的石英玻璃錠，其重量達50公斤。
權(quán)利要求
1.一種立式四氯化硅汽相沉積合成石英玻璃的方法，包括下述步驟1)氫氣和氧氣在燃燒器中燃燒產(chǎn)生水蒸氣后與燃燒器下料管中氣態(tài)四氯化硅反應(yīng)產(chǎn)生二氧化硅顆粒；2)二氧化硅顆粒在立式沉積爐中的沉積砣面上沉積形成石英玻璃錠。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的立式四氯化硅汽相沉積合成石英玻璃的方法，其特征在于步驟2)所述二氧化硅顆粒在沉積砣面上的沉積速率為200-500克/小時。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的立式四氯化硅汽相沉積合成石英玻璃的方法，其特征在于步驟2)所述立式沉積爐由爐體，穿設(shè)置于所述爐體中的基礎(chǔ)桿，置于所述基礎(chǔ)桿端頭的沉積砣面，置于爐體外與基礎(chǔ)桿相連并控制基礎(chǔ)桿升降和轉(zhuǎn)動的車床，置于所述爐體上向沉積砣面布料的燃燒器，以及用于排出爐體內(nèi)煙氣的煙囪組成，其中所述基礎(chǔ)桿立置于所述車床上，從下向上伸入所述爐體內(nèi)；所述基礎(chǔ)桿頂端設(shè)沉積砣面，所述沉積砣面直徑在250～500毫米；所述爐體封閉設(shè)置。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的立式四氯化硅汽相沉積合成石英玻璃的方法，其特征在于所述燃燒器設(shè)于爐體的頂部，燃燒器的下料管嵌入所述爐體的內(nèi)壁與所述沉積砣面相對。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的立式四氯化硅汽相沉積合成石英玻璃的方法，其特征在于所述燃燒器設(shè)置為2-8個，均勻分布設(shè)置于爐體頂部。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的立式四氯化硅汽相沉積合成石英玻璃的方法，其特征在于所述煙囪立設(shè)于所述爐體一側(cè)。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的立式四氯化硅汽相沉積合成石英玻璃的方法，其特征在于所述基礎(chǔ)桿下端與所述車床卡接。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的立式四氯化硅汽相沉積合成石英玻璃的方法，其特征在于步驟1)中所述燃燒器的下料管設(shè)置為1-3個。
9.根據(jù)權(quán)利要求2至7任一所述的立式四氯化硅汽相沉積合成石英玻璃的方法，其特征在于所述燃燒器的下料管設(shè)置為1-3個。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種立式四氯化硅汽相沉積合成石英玻璃的方法，以克服臥式工藝中的問題，生產(chǎn)大尺寸、大直徑的石英玻璃錠，并提高沉積效率，降低生產(chǎn)能耗。其主要設(shè)計一種立式沉積爐，包括煙囪，爐體，沉積砣面，燃燒器，基礎(chǔ)桿及車床，所述爐體為封閉式爐體，其頂部設(shè)有燃燒器，所述基礎(chǔ)桿立置于所述爐體內(nèi)，其上設(shè)有一沉積砣面，所述沉積砣面與所述燃燒器下料管相對設(shè)置，所述基礎(chǔ)桿下端與所述車床卡接，燃燒器可以設(shè)置多個，單一燃燒器可以設(shè)多個下料管。用本發(fā)明方法，可以生產(chǎn)重量達30－50公斤，直徑在250－500毫米的石英玻璃錠，沉積速率可達200－500克/小時，生產(chǎn)效率較臥式沉積爐提高1－5倍。
文檔編號C03B20/00GK1458097SQ03122969
公開日2003年11月26日 申請日期2003年4月23日 優(yōu)先權(quán)日2003年4月23日
發(fā)明者顧真安, 王玉芬, 向在奎, 饒傳東, 鐘海, 隋梅 申請人:中國建筑材料科學(xué)研究院