一種利用高頻感應(yīng)爐制備光學(xué)玻璃的熔煉裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種利用高頻感應(yīng)線圈制備光學(xué)玻璃的熔煉裝置，包括石英罩、玻璃碳坩堝（4）和隔熱板（3），所述石英罩由石英杯（2）和石英蓋（1）組成，石英杯（2）的下部設(shè)有一進(jìn)氣石英支管（2-1），石英杯（2）內(nèi)壁底部有一個(gè)帶網(wǎng)狀小孔（3-1）的倒U型隔熱板（3），隔熱板上放置圓柱形玻璃碳坩堝（4），石英蓋（1）的下緣內(nèi)徑與石英杯的上緣外徑相當(dāng)，石英蓋的頂端設(shè)有一個(gè)出氣石英管（1-1）。將該裝置放置在高頻感應(yīng)線圈（5）內(nèi)，通過在玻璃碳坩堝內(nèi)產(chǎn)生的渦電流，提供了高效的溫度控制環(huán)境。在通入惰性氣體時(shí)，本裝置可以使石英罩內(nèi)部產(chǎn)生分布均勻的氣流，提供穩(wěn)定的溫度場和高純的氣體保護(hù)氛圍。同時(shí)，石英蓋子上方的出氣孔為攪拌葉槳提供了空間。
【專利說明】一種利用高頻感應(yīng)爐制備光學(xué)玻璃的熔煉裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種特種光學(xué)玻璃熔煉的裝置，特別適合于實(shí)驗(yàn)室用的小尺寸、高純度光學(xué)玻璃。
【背景技術(shù)】
[0002]目前實(shí)驗(yàn)室制作小尺寸、多組分光學(xué)玻璃的方法主要采用硅碳棒電爐加熱、模具澆注及退火工序等過程。玻璃在熔制過程中的化料、澄清、攪拌、均化等過程均在敞開的電爐加熱環(huán)境中進(jìn)行，極易引入空氣中的粉塵、水蒸氣等雜質(zhì)，嚴(yán)重影響了玻璃的物理化學(xué)性質(zhì)和光學(xué)性能。并且由于電爐加熱速度較慢，玻璃熔制時(shí)間較長，使得多組分玻璃的結(jié)構(gòu)成分，特別是一些含有易揮發(fā)性的物質(zhì)，如磷酸鹽、氟化物等，在熔制后的組分比例和原料配比相差較大，不利于光學(xué)玻璃成分的定量研究。
[0003]實(shí)驗(yàn)室制備小塊玻璃常使用的坩堝有剛玉坩堝、石英坩堝和鉬金坩堝。受其本身性質(zhì)的影響，各種坩堝的使用范圍有限，如剛玉坩堝不耐稀土元素的侵蝕，同時(shí)制備的玻璃含有較多的氣泡和條紋；石英坩堝可提高玻璃的良品率，但是不適用于高堿玻璃及含氟玻璃；鉬金坩堝可以提高玻璃的光學(xué)均勻性降低坩堝對(duì)玻璃的污染，但無法熔制含有磷酸鹽、硫、硒、碲及高含量氟化物的玻璃。
[0004]本發(fā)明的光學(xué)玻璃熔煉裝置采用玻璃碳坩堝，配合高頻感應(yīng)爐進(jìn)行熔制，避免了坩堝對(duì)光學(xué)玻璃的污染，方便對(duì)熔體的淬冷，滿足了一些玻璃快速冷卻的要求；同時(shí)可以采用多種氣氛保護(hù)，在熔制裝置頂端預(yù)留攪拌端口，可以實(shí)現(xiàn)氣氛保護(hù)下攪拌。是一種試用范圍廣，制備高質(zhì)量高均勻度的光學(xué)玻璃熔制裝置。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]技術(shù)問題:本發(fā)明的目的在于，克服傳統(tǒng)技術(shù)的不足，提供一種用于實(shí)驗(yàn)室中小尺寸高純光學(xué)玻璃熔煉的裝置。光學(xué)玻璃熔煉裝置采用玻璃碳坩堝，配合高頻感應(yīng)爐進(jìn)行熔制，避免了坩堝對(duì)光學(xué)玻璃的污染，方便對(duì)熔體的淬冷，滿足了一些玻璃快速冷卻的要求；同時(shí)可以采用多種氣氛保護(hù)，在熔制裝置頂端預(yù)留攪拌端口，可以實(shí)現(xiàn)氣氛保護(hù)下攪拌。提高了玻璃的透明度，減少了條紋、氣泡和結(jié)石的產(chǎn)生，減少玻璃的析晶和炸裂可能性，從而滿足制作實(shí)驗(yàn)研究用光學(xué)玻璃的需求。
[0006]技術(shù)方案:本發(fā)明的一種用于光學(xué)玻璃熔煉的裝置，包括石英罩、玻璃碳坩堝和隔熱板，所述石英罩由石英杯和石英蓋組成，石英杯的下部設(shè)有一進(jìn)氣石英支管，石英杯內(nèi)壁底部有一個(gè)帶網(wǎng)狀小孔的倒U型隔熱板，隔熱板上放置圓柱形玻璃碳坩堝，石英蓋的下緣內(nèi)徑與石英杯的上緣外徑相當(dāng)，石英蓋的頂端設(shè)有一個(gè)出氣石英管。
[0007]所述石英罩的進(jìn)氣支管孔徑小于出氣支管孔徑，石英杯內(nèi)部底部設(shè)有一倒U型隔熱板，隔熱板頂部為圓形平板，平板中心區(qū)域正下方為小半球體，周圍是一帶有網(wǎng)狀小孔的環(huán)形區(qū)域，平板正上方放置一圓柱形坩堝，坩堝直徑與小半球體上表面直徑相當(dāng)。
[0008] 所述的石英罩蓋子和杯子結(jié)合處經(jīng)過磨砂處理，達(dá)到氣封效果。石英罩的彎角處均采用弧形設(shè)計(jì)，增加結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。石英罩頂部的出氣支管直徑大于底部的進(jìn)氣支管，大小可提供攪拌的空間。位于石英罩底部的隔熱板網(wǎng)狀小孔總面積和石英杯底面積比例足夠大，保證氣流通暢。
[0009]所述的倒U型隔熱板頂部為圓形平板，平板中心區(qū)域正下方為小半球體，周圍是一帶有網(wǎng)狀小孔的環(huán)形區(qū)域，正上方放置一圓柱形坩堝，坩堝直徑與圓環(huán)內(nèi)徑相當(dāng)，保證氣流在坩堝周圍分布均勻，有利于急速降溫時(shí)玻璃的成型。隔熱板材質(zhì)為氧化鋁空心球，可耐溫度 1800°C。
[0010]所述的坩堝材質(zhì)為玻璃碳，具有氣孔率低、高穩(wěn)定性及化學(xué)惰性等優(yōu)點(diǎn)。玻璃碳坩堝作為加熱光學(xué)玻璃的容器，具有較好的熱傳導(dǎo)性，在高溫下不與玻璃發(fā)生粘結(jié)，從而可實(shí)現(xiàn)玻璃在坩堝內(nèi)的直接成型。玻璃碳坩堝的高溫加熱在惰性氣體的保護(hù)中進(jìn)行。
[0011]有益效果:與現(xiàn)有的技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于:
[0012](I)控溫速度快，可實(shí)現(xiàn)快速升溫和迅速降溫過程。本發(fā)明采用高頻爐作為加熱元件，玻璃碳坩堝作為載體，升溫效率高，低耗節(jié)能，從而減少玻璃熔制過程中造成的玻璃組分的揮發(fā)影響。通過氣流載熱實(shí)現(xiàn)對(duì)玻璃熔體的迅速降溫，減少析晶的可能性。
[0013](2)本發(fā)明通過在進(jìn)氣口持續(xù)通入惰性氣體，形成石英罩內(nèi)外正壓，使坩堝處于充分的惰性氣體環(huán)境保護(hù)中，從而消除熔制過程中雜質(zhì)的引入。
[0014](3)由于石英罩的透明性質(zhì)，便于觀察熔體的狀態(tài)，石英罩的出氣孔較大，可實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)攪拌。
[0015](4)本發(fā)明采用直接成型法，避免了模具澆注過程中產(chǎn)生附加的氣泡條紋。采用帶網(wǎng)狀小孔的隔熱板，保證了石英罩內(nèi)部的氣體均勻向上流動(dòng)，避免急速冷卻下溫度場橫向不均勻變化造成的玻璃炸裂等現(xiàn)象。
[0016](5)結(jié)構(gòu)簡單、操作方便安全。本發(fā)明的光學(xué)玻璃熔制裝置在高溫工作均在石英罩內(nèi)部進(jìn)行，避免人體直接接觸高溫環(huán)境，操作方便安全。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]圖1是本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)示意圖。
[0018]圖2是本發(fā)明的石英蓋側(cè)視示意圖。
[0019]圖3是本發(fā)明的石英杯剖視結(jié)構(gòu)示意圖。
[0020]圖4是本發(fā)明的隔熱板剖視結(jié)構(gòu)示意圖。
[0021]其中有:I石英蓋，1-1出氣支管，2石英杯，2-1進(jìn)氣支管，3隔熱板，3-1網(wǎng)狀小孔，3-2小半球體，4玻璃碳坩堝，5高頻線圈。
【具體實(shí)施方式】
[0022]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】做進(jìn)一步的詳細(xì)說明。
[0023]本發(fā)明的一種利用高頻感應(yīng)爐制備光學(xué)玻璃的熔煉裝置包括石英罩、倒U型隔熱板和放置于隔熱板之上的玻璃碳坩堝，石英罩由石英杯2和石英蓋I構(gòu)成，倒U型隔熱板3位于石英杯內(nèi)部底部，在隔熱板正上方放置一玻璃碳坩堝4，作為加熱容器。
[0024]所述的石英罩中，石英杯成圓柱體狀，杯底中心有一進(jìn)氣石英支管2-1，石英蓋的下緣內(nèi)徑和石英杯的上緣外徑相當(dāng)，石英蓋和石英杯結(jié)合處經(jīng)過磨砂處理，達(dá)到氣封效果，位于石英蓋頂部設(shè)有貫穿蓋頂?shù)拇罂讖绞⒍讨Ч?-1，作為氣體的出氣口和攪拌位置，石英罩的彎角處都采用弧形設(shè)計(jì)，增加結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。
[0025]所述的倒U型隔熱板，頂部為圓形平板，平板中心區(qū)域正下方為小半球體3-2，周圍是一帶有網(wǎng)狀小孔的環(huán)形區(qū)域3-1，網(wǎng)狀小孔總面積和石英杯底面積比例足夠大，保證氣流通暢，隔熱板側(cè)壁與石英罩保持微小距離，隔熱板材質(zhì)為氧化鋁空心球，可耐溫度1800。。。
[0026]所述的玻璃碳坩堝為圓柱型，其直徑與小半球體上表面直徑相當(dāng)，保證氣流在坩堝周圍分布均勻。
[0027]實(shí)例:
[0028]如圖1、圖2、圖3和圖4所示，該新型制備光學(xué)玻璃的熔煉裝置包括石英蓋、石英杯、隔熱板和玻璃碳坩堝。
[0029]將石英罩置于高頻爐感應(yīng)線圈內(nèi)的支架上，石英杯底的石英支管連接好氬氣瓶的進(jìn)氣管。在玻璃熔制前，稱取所需生料，充分混合均勻后加入玻璃碳坩堝，同時(shí)加入除水劑浸沒坩堝內(nèi)粉料，然后把坩堝置于隔熱板上，將攪拌棒穿過石英蓋出氣孔，蓋上石英蓋，通入氬氣IOmin后，高頻機(jī)迅速升溫至熔制溫度，經(jīng)澄清、攪拌、均化過程，關(guān)閉高頻爐通入氬氣迅速降溫。取出坩堝置于已升溫至玻璃轉(zhuǎn)變溫度的馬弗爐中退火，獲得除水后的高性能光學(xué)玻璃。
[0030]上面所述的實(shí) 施例僅僅是對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式進(jìn)行的描述，并非對(duì)本發(fā)明的構(gòu)思和范圍進(jìn)行限定，在不脫離本發(fā)明涉及構(gòu)思前提下，本領(lǐng)域中普通工程技術(shù)人員對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作出的各種變形和改進(jìn)，均應(yīng)落入本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種利用高頻感應(yīng)線圈制備光學(xué)玻璃的熔煉裝置，包括石英罩、玻璃碳坩堝(4)和隔熱板(3 )，其特征在于:所述石英罩由石英杯(2 )和石英蓋(1)組成，石英杯(2 )的下部設(shè)有一進(jìn)氣石英支管(2-1)，石英杯(2)內(nèi)壁底部有一個(gè)帶網(wǎng)狀小孔(3-1)的倒U型隔熱板(3)，隔熱板上放置圓柱形玻璃碳坩堝(4)，石英蓋(1)的下緣內(nèi)徑與石英杯的上緣外徑相當(dāng)，石英蓋的頂端設(shè)有一個(gè)出氣石英管(1-1)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于光學(xué)玻璃熔煉的裝置，其特征在于:所述石英罩的進(jìn)氣支管(2-1)孔徑小于出氣支管(1-1)孔徑，石英杯內(nèi)部底部設(shè)有一倒U型隔熱板(3)，隔熱板頂部為圓形平板，平板中心區(qū)域正下方為小半球體(3-2)，周圍是一帶有網(wǎng)狀小孔(3-1)的環(huán)形區(qū)域，平板正上方放置一圓柱形坩堝(4)，坩堝直徑與小半球體上表面直徑相當(dāng)。
【文檔編號(hào)】C03B5/02GK103896476SQ201410089950
【公開日】2014年7月2日 申請(qǐng)日期:2014年3月12日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月12日
【發(fā)明者】韋瑋, 鄭銳林, 唐子匯, 全昭, 王東東 申請(qǐng)人:南京郵電大學(xué)