專利名稱：氣煉法生產不透明乳白石英玻璃的制作方法
技術領域：
本發(fā)明提供一種生產不透明乳白石英玻璃的新方法，屬石英玻璃材料生產技術領域。
目前生產不透明乳白石英玻璃的方法多采用真空電阻爐熔融法和單棒法，其共同特點是直接以電為能源，以石墨為發(fā)熱體。真空電阻爐熔融法使用真空電阻爐，以筒形石墨為發(fā)熱體，水晶或硅石為原料，經高溫熔融，用拉管機或人工拉制成一定規(guī)格的乳白石英管材。這種石英管在加熱過程中，普遍存在一種疵病-崩落，嚴重的可導致斷裂，它們一般用著遠紅外加熱材料。單棒法使用棒式電阻爐，不抽真空，用石墨棒做發(fā)熱體，硅砂為原料，經高溫熔化成石英玻璃，然后撥出石墨發(fā)熱棒，將熔化好的石英玻璃料塊夾出放在模型內吹制成不透明石英玻璃管材(毛坯)。這種毛坯外表面有浮砂，壁厚不易均勻，熱穩(wěn)定性較差，急冷急熱易炸裂，它們主要用著絕緣和耐火材料。上述方法尚不能生產出電阻滲碳工藝中所需和不透明乳白石英管。至今國內外未見有采用氣煉法生產不透明乳白石英玻璃管材的報道。
本發(fā)明的目的是提供一種生產不透明乳白石英玻璃的新方法，以提高產品質量，擴大產品適用范圍，從而克服現有技術的不足。
本發(fā)明的要點是采用自動氣煉機(也可用手動機)為生產設備，以高熱值可燃氣體為熱源，以白硅石或白硅石與水晶的混合粉料為原料，通過逐層熔化、逐層加料的氣煉生產工藝生產出各種不透明石英玻璃管材或其它不透明乳白石英玻璃材料。上述自動氣煉機是指本申請人的89212180·7號專利申請技術。
下面結合附圖對本發(fā)明作進一步說明。


圖1是本發(fā)明的工藝流程框圖;
圖2是本發(fā)明中所使用的自動氣煉機整體結構示意圖;
圖3是本發(fā)明實施例的微電控制系統(tǒng)原理框圖;
圖4是本發(fā)明實施例的氣體控制原理框圖。
圖中1-雙軌床體，2-走車機構，3-退車機構，4-托輪升降機構，5-螺旋加料機構，6-石英噴燈，7-耐火保溫爐膛，8-支架，9-石英管產品，10-升降托桿。
參照圖2，該自動氣煉機是由雙軌床體(1)、帶有夾具并可在雙軌床體水平移動的走車機構(2)、控制走車機構水平移動的退車機構(3)、固定在雙軌床體一端的托輪升降機構(4)、把粉料送進高溫火焰的螺旋加料機構(5)，其下方是置于支架(8)上的耐火保溫爐膛(7)，爐膛里設有燃燒可燃氣體的石英噴燈(6)，其燃燒產生的高溫火焰對著石英管產品(9)的頭部。其中，托輪升降機構(4)包括一根受步進電機控制能上、下移動的升降托桿(10)，在托桿上部固定有一至二個托輪用以控制石英管產品(9)的外徑，在托輪一端對應于石英管(9)的位置設有由限位塊、偏心支塊、金屬杠桿、金屬觸板等組成的限位發(fā)訊器，所述限位塊及金屬杠桿固定于偏心支塊的支點上，而金屬觸板則固定于托輪支架上，平時該裝置借助于自身重量，使得金屬杠桿與金屬觸板不相接觸。但是當石英管(9)觸動限位塊時，金屬杠桿就會產生一定偏移從而和金屬觸板相觸產生開關量，微電控制系統(tǒng)立即發(fā)出退車指令。該自動氣煉機床各部份的具體結構已在89212180·7申請中所詳述，故這里不再贅述。
參照圖1，本發(fā)明包括加料、透燒、托升、成型、退車、托降、預燒等七個工藝程序。當過程處于動態(tài)平衡時，沿圖1中虛線方向進行工藝循環(huán)。如果由于隨機因素破壞了過程的動態(tài)平衡，則按實線方向進行工藝循環(huán)，直至新的平衡狀態(tài)的建立。下面將對各個工藝程序作詳細介紹。
首先開機預熱爐膛，爐膛里的石英噴燈燃燒高熱值可燃氣體，如氫、氧氣體，爐溫急劇上升，當爐溫上升到2000℃左右時，再按下控制系統(tǒng)的工作開關，進行自動對位后，系統(tǒng)即進入工作程序。每一個正常狀態(tài)下的工藝循環(huán)從加料開始。所謂加料，是借助于螺旋加料器將40-140目的石英粉料送入爐膛里的高溫火焰，噴射到石英管管頭。加料動作是間歇式進行的，實現逐層熔化、逐層加料，并可提高石英粉料的利用率。加料量則根據產品的規(guī)格由微機系統(tǒng)進行定量控制，加料時間一般控制在20～80秒范圍。
透燒是將沾附并熔化在石英管頭的石英粉料，進一步在2000℃左右的高溫下燒透變成玻璃態(tài)，透燒時間一般控制在5～30秒內。
經過透燒以后，升降機構中的升降托桿在步進電機的控制下，將托輪裝置從爐膛下部送入高溫爐膛，直至托輪與石英管接觸，并帶動托輪轉動。同時，當托輪進入到爐膛的某個位置時，爐膛內的石英噴燈自動熄滅，以保護托輪裝置的安全。托升時間一般控制5～15秒內。
成型當托輪裝置上升到額定高度以后，再從石英母管尾端有節(jié)奏地送入高壓氧氣，氧氣壓力一般為1.5～3.5kg/cm2。由于石英管頭受到托輪的限制，在高壓氧氣的作用下，熔融態(tài)的石英管頭只能沿軸向不斷延伸，使石英管(產品)不斷加長。在石英管尾端應有輸送高壓氧氣的裝置，如電磁閥。成型時間一般控制在5～10秒范圍。
退車是指當向前延伸的石英管頭，一旦觸及限位發(fā)訊器中的限位塊(即到位)時，控制系統(tǒng)即發(fā)出退車指令，使走車機構攜帶石英管向后移動某個長度。每次退車距離一般控制在5～15毫米，退車時間一般控制在3～8秒。
托降退車以后，托輪裝置在升降機構的控制下，回復到初始位置，托降時間一般控制在5～15秒內。當托輪裝置下降到某個位置時，爐膛內的石英噴燈自動開火。
預燒其目的是為下一個工藝循環(huán)作準備，使石英管頭在2000℃左右高溫下基本燒熔，為加料粘附創(chuàng)造條件。
上述工藝程序是在動態(tài)平衡時的工藝過程。如果某種隨機因素，破壞了這個平衡狀態(tài)，將造成石英管頭向前延伸的長度不夠，觸不到限位塊，即不到位，這時，到額定的時間以后，托輪裝置將自動下降，回復到初始狀態(tài)，石英噴燈自動開火預燒。而這時的預燒則相當于“透燒”，托輪再次上升，繼續(xù)下面的工藝程序，直至完成退車、托降、預燒，而后進行新的工藝循環(huán)，又從加料開始。
為保持爐溫基本恒定，石英噴燈所燃燒的可燃氣體壓力與流量必須穩(wěn)定，因此工藝中必須要有氣體控制裝置，圖4便是本發(fā)明實施例中采用的氣體控制裝置原理框圖，它包括二極控制第一級為氣體壓力控制裝置，第二級為氣體流量及其自動開關裝置。氣體壓力控制裝置是由壓力變送器、電動調節(jié)器、Q型操作器、電氣轉換器和氣動薄膜調節(jié)閥等定型儀表組成，完成對氣體壓力的控制;氣體流量控制裝置是由二至四臺流量計、四至六臺電磁閥和多個閥門及三通組成，用于完成對氣體的自動開關和流量控制。經過二級控制的氣體供給石英噴燈燃燒，實現基本恒定的爐膛溫度，滿足動態(tài)平衡的要求。
本發(fā)明采用天然白硅石粉料為原料，但最好采用白硅石與水晶的混合粉料為原料。水晶所占比例最好是10～50%(重量)，原料粒徑均為40～140目。
微電控制系采用微機為主體的控制系統(tǒng)，如TP801單板機(也可采用數字控制)，圖3便是本發(fā)明實施例中采用TP801單板機的控制系統(tǒng)原理框圖，系統(tǒng)軟件是由初始化程序、主程序和若干子程序構成的，采用模塊結構，調試修改靈活方便，簡單易讀，軟件具有點動功能、工藝參數的線性變化功能、工藝參數的可調功能和閉環(huán)控制，其特點是程序控制和驅動系統(tǒng)組成一個緊湊的整體，根據氣煉自動化工藝流程進行編程。源程序用磁帶保存，使用時將程序輸入到單板機的隨機存貯器RAM中，只需將預定的工藝參數通過鍵盤寫入到數據庫即可生產出各種任意直徑與壁厚的優(yōu)質石英坯管，然后通過機械化二次整形即可得到優(yōu)質石英管材及其制品。
利用本發(fā)明方法生產的不透明乳白石英管材，其化學純度、硬度、熱穩(wěn)定性和使用壽命等主要性能指標，均達到或超過進口石英的水平，已在全國滲碳生產線得到了廣泛推廣應用，并可望開拓國外市場，創(chuàng)造外匯收入。此外，本發(fā)明產品還可用于電子、化工、冶金、科研等領域，具有顯著的社會效益與經濟效益。
實施例實施例1以40～140目、100%的白硅石粉料為原料，以氫、氧氣體為熱源，氫∶氧＝2.5∶1(體積，下同)，氫氣壓力≥1.0kg/cm2，氧氣壓力≥3.0kg/cm2，爐溫為2000℃左右。工藝參數為加料時間25秒左右，透燒10秒左右，托升8秒左右，成型6秒左右，退車4秒左右，托降8秒左右，予燒8秒左右，得優(yōu)質石英坯管(必要時再經整形)。產品規(guī)格為φ70mm，壁厚5mm，不透明乳白石英管，其主要技術性能指標為1、使用溫度正常使用溫度1100℃，最高可達1200℃;2、熱穩(wěn)定性好，耐急冷急熱;3、化學成分SiO2含量≥99.5%，這種不透明乳白石英管可廣泛應用于電子、化工、冶金、科研等領域。
實施例2采用40～140目的混合粉料為原料，其中，白硅石為60%，水晶為40%(重量)，氫、氧氣體為熱源，氫∶氧＝2.2∶1，爐溫2000℃左右。工藝參數如下加料時間60秒，透燒20秒，托升10秒，成型7秒，退車5秒，托降10秒，予燒15秒。產品規(guī)格為φ103mm，壁厚8mm，不透明乳白石英管，其兩頭空管，內表面光滑，外表面呈自然粗糙面，兩端口裁齊磨平并內外倒角。其主要性能指標與例1產品基本一致，它們主要用作被碳工藝生產線及彩色顯像管生產線用爐管，同時也可用于其它領域。
權利要求
1.一種不透明乳白石英玻璃的生產方法，其特征是以高熱值可燃氣體為熱源，以40-140目白硅石粉料為原料，并采用申請?zhí)枮?9212180.7的自動氣煉機為生產設備，通過逐層熔化、逐層加料的氣煉生產工藝生產各種不透明乳白石英玻璃材料。
2.根據權利要求1所述的生產方法，其特征在于以白硅石與水晶的混合粉料為原料。
3.根據權利要求2所述的生產方法，其特征在于水晶在混合料中的比例為10～50%(重量)。
4.根據權利要求1或2或3所述的生產方法，其特征在于采用氫、氧氣體為熱源。
5.根據權利要求4所述的生產方法，其特征在于氫氣壓力≥1.0kg/cm2，氧氣壓力≥3.0kg/cm2。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種生產不透明乳白石英玻璃材料的新方法，其特點是以高熱值可燃氣體為能源，以白硅石或白硅石與水晶的混合粉料為原料，采用自動氣煉機，通過逐層熔化、逐層加料的氣煉生產工藝生產各種不透明乳白石英玻璃材料，如電阻瓷基體表面滲碳用不透明乳白石英玻璃爐管，其主要性能指標均達到或超過同類進口石英管的水平，還廣泛適用于電阻瓷基體表面滲碳、彩色顯像管熒光粉料燒結以及電子、化工、冶金、科研等領域。
文檔編號C03B20/00GK1045758SQ8910568
公開日1990年10月3日 申請日期1989年3月22日 優(yōu)先權日1989年3月22日
發(fā)明者謝裕安 申請人:長沙市電子材料二廠