專利名稱：玻璃質(zhì)材料管,特別是石英玻璃管的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種制造玻璃質(zhì)材料管，特別是石英玻璃管的方法，其中一種玻璃質(zhì)材料的空心圓柱半成品基本上垂直地送入加熱區(qū)加熱，并在由半成品形成管的過渡區(qū)的條件下不用工具向下拉伸，而且在過程連續(xù)地測(cè)量管的直徑和壁厚，測(cè)出的管的幾何數(shù)據(jù)用于產(chǎn)生控制信號(hào)，藉助該信號(hào)控制半成品、過渡區(qū)段和管的內(nèi)空間壓力P1和加熱空間即至少在從半成品到管的過渡區(qū)段及其相鄰的管區(qū)段的加熱區(qū)內(nèi)的壓力P2之間的壓差。
現(xiàn)有的一種方法可從EP-A1 394 640獲知。為了制造管子，石英玻璃或硅酸含量高的玻璃呈空心圓柱半成品的形式以垂直方法拉伸成管，其間管內(nèi)空間的壓力高于外壓，即在加熱區(qū)內(nèi)半成品和管外部形成的壓力。用這種方法制造的管的外徑和內(nèi)徑比最多只能相當(dāng)于空心圓柱半成品的外徑和內(nèi)徑比；但一般說來，用該已知方法得到的管子的外徑和內(nèi)徑比要小于半成品外徑和內(nèi)徑比。
此外，從EP-A1 259 877獲知制造內(nèi)徑很小的毛細(xì)管的方法。此外這種毛細(xì)管的外徑通常5倍于內(nèi)徑。這類毛細(xì)管的制造是通過多個(gè)直徑不相同的玻璃管相互排列實(shí)現(xiàn)的，其中這些玻璃管各自的內(nèi)徑和外徑相互匹配。將這些玻璃管相互插入之后，將排列件加熱，各個(gè)管在縱向拉伸的條件下互相熔化。當(dāng)然，這種過程方式要求儲(chǔ)備大量?jī)?nèi)徑和外徑不同的玻璃管。此外，同軸排列要求在拉伸和熔化時(shí)將管的兩端較精確地夾緊。再次，各預(yù)制的互相插入的玻璃管的幾何尺寸應(yīng)非常精確，以便尤其保證各管的均勻連結(jié)。
從現(xiàn)有的技術(shù)水平出發(fā)，本發(fā)明的目的在于，繼續(xù)發(fā)展前言所述的方法，使其能將各種各樣的空心圓柱半成品加工成預(yù)期的內(nèi)尺寸和外尺寸的管子。
實(shí)現(xiàn)前言所述方法的目的的措施如下為制造其外徑(DRa)與內(nèi)徑(DRi)的比大于半成品的外徑(DHa)與內(nèi)徑(RHi)比的管子，應(yīng)將半成品內(nèi)空間，即過渡區(qū)段和管的內(nèi)空間的壓力值P1維持在小于加熱區(qū)的壓力值P2，而且壓力P1藉助抽吸泵維持。
通過對(duì)半成品或管內(nèi)壓力P1和其外部壓力P2的定值調(diào)節(jié)和理論值與實(shí)際值的補(bǔ)償調(diào)節(jié)可制造的外徑與內(nèi)徑比在較大的范圍的管子。特別是本發(fā)明的方法可制造壁厚與外徑比大于半成品的壁厚與外徑比的管子。藉助于這種措施可以大大擴(kuò)展利用現(xiàn)有半成品制造管子的可能性，從而提高現(xiàn)有拉管裝置的靈活性和經(jīng)濟(jì)性。
為了調(diào)節(jié)壓力P1，宜在制管過程中將管的反向半成品的一端封死，然后通過進(jìn)入半成品、過渡區(qū)段和管內(nèi)的氣流的引入調(diào)節(jié)管內(nèi)壓力P1，并藉助于一抽吸泵維持在預(yù)計(jì)值。用這種方式可保持和定值調(diào)節(jié)管內(nèi)的定值低壓。
曾經(jīng)發(fā)現(xiàn)，管的質(zhì)量很大程度上受管內(nèi)壓力波動(dòng)的影響，在壓力波動(dòng)細(xì)小時(shí)亦是如此。為了克服這種壓力波動(dòng)的影響，本方法的另一個(gè)方案中，在氣流引入半成品之前首先將其送入起緩沖作用的容器，該容器位于抽吸泵和管內(nèi)空間之間。
其次，已經(jīng)證明，將一種惰性氣體引入半成品和管的內(nèi)部空間是適宜的。惰性氣體帶來的優(yōu)點(diǎn)是在其與熱部件，甚至在與熱的爐子部件接觸時(shí)能避免發(fā)生氧化。
特別是在管和半成品內(nèi)部空間的壓力值P1要保持在比加熱空間壓力值P2小5mbar-200mbar的情況下，可以達(dá)到加工半成品外徑(DHa)與半成品內(nèi)徑(DHi)的比在1．5-4．5范圍內(nèi)的半成品的目的，該范圍是一個(gè)很寬的范圍。
在加熱空間壓力P2接近大氣壓的情況下，本方法變得甚為簡(jiǎn)單。
當(dāng)由半成品制成管子的過程中對(duì)要制造管子的內(nèi)徑和外徑能產(chǎn)生影響，這時(shí)當(dāng)DRa與DRi比偏離給定值時(shí)，產(chǎn)生一個(gè)控制信號(hào)，藉助此信號(hào)控制與抽吸泵串聯(lián)的閥門，使其關(guān)閉一段時(shí)間，直至重新達(dá)到給定值，達(dá)到給定值之后，該閥門重新開啟。這種控制過程不斷重復(fù)，以便使要制造的管子的內(nèi)徑和外徑保持在給定值范圍。從管子拉伸的方向看，宜直接在過渡區(qū)段之后但仍在加熱空間內(nèi)設(shè)置管子的直徑(內(nèi)徑和外徑)的測(cè)量點(diǎn)，并利用這種幾何數(shù)據(jù)產(chǎn)生控制信號(hào)以控制壓差。
曾經(jīng)表明，本方法特別適于制造管外徑與管內(nèi)徑之比(DRa／DRi)大于1．5的管子；此外這個(gè)比值(DRa／DRi)宜在1．8-5．0范圍內(nèi)。此外，本方法還能對(duì)DRa與DRi比值大于1．5的管子進(jìn)行優(yōu)化，如果采用一種半成品外徑DHa與半成品內(nèi)徑DHi之比在1．5-4．5范圍之內(nèi)的半成品。
本發(fā)明的方法特別適于制造內(nèi)徑小，抗斷裂強(qiáng)度高的毛細(xì)管，因?yàn)樵谝粋€(gè)工序中能夠產(chǎn)生壁厚較大的管子。
本發(fā)明的方法還特別適用于制造用于生產(chǎn)光波導(dǎo)管的管子。為此采用高純石英玻璃，特別是合成玻璃的半成品。由此制造出的管子可用作套管，例如按著名的Stab-in-Rohr技術(shù)制造光波導(dǎo)體，或在著名的MCVD方法或PCVD方法中作為基材。
下面將參照附圖
敘述本發(fā)明方法的實(shí)施例子的優(yōu)選工藝參數(shù)以及實(shí)施本方法的相應(yīng)裝置。
如圖所示，實(shí)施本發(fā)明方法的布置方案包括一直立布置的爐1，其帶有位于上部的爐的入口2和位于下部的爐的出口3，爐1的內(nèi)加熱空間4的加熱溫度可達(dá)2300℃以上。
石英玻璃空心圓柱5作為半成品，其上端用蓋6密封，半成品經(jīng)爐的入口2從上面藉助一種合適的引導(dǎo)裝置送入爐的內(nèi)部空間4。該石英玻璃空心圓柱5，其上端被蓋6密封，通過供應(yīng)導(dǎo)管7與工藝容器8相連，后者一方面經(jīng)截止閥9與惰性氣體供應(yīng)罐相連，另一方面通過可調(diào)節(jié)閥11與真空泵12相連。
石英玻璃空心圓柱5作為半成品送入爐1的內(nèi)部空間4，其中半成品在變形區(qū)13軟化，該區(qū)大約位于爐內(nèi)部空間4的中部，用點(diǎn)劃線表示，這樣，在按箭頭14的方向拉伸下，石英玻璃空心圓柱5的壁截面的錐形化形成一種拉伸球莖體。爐1的出口裝設(shè)帶有引導(dǎo)輥17的拉伸裝置16。
從圖可以看出，在管的拉伸段18的管內(nèi)空間19或石英玻璃空心圓柱5的內(nèi)空間內(nèi)用一塞子20，例如硅塞塞住。
在拉伸過程中爐1的內(nèi)部空間4和管內(nèi)空間19或石英玻璃空心圓柱5的內(nèi)空間內(nèi)的壓力比可定值調(diào)節(jié)和改變。為此裝有壓力測(cè)儀器21監(jiān)測(cè)內(nèi)空間19的壓力，以及另一壓力測(cè)量?jī)x器22測(cè)量爐1內(nèi)部空間4的壓力。此外，可從圖看出，本裝置還裝有壓力調(diào)節(jié)器23以控制調(diào)節(jié)閥11；溫度調(diào)節(jié)器24以調(diào)節(jié)爐溫；高溫計(jì)25測(cè)量以監(jiān)測(cè)設(shè)定的爐溫；另一高溫計(jì)26測(cè)量拉伸球莖15范圍的溫度；直徑測(cè)量?jī)x器27以測(cè)量拉伸管18直接靠近拉伸球莖15處(即爐空間4內(nèi))的直徑；另一直徑測(cè)量?jī)x器28以測(cè)量爐1外面拉伸管18的直徑；壁厚測(cè)量?jī)x器29以測(cè)量爐1外面拉伸管18的壁厚；速度測(cè)量?jī)x器30以測(cè)量管18在箭頭14方向上的拉伸速度；以及速度調(diào)節(jié)31以控制拉伸裝置16并從而調(diào)節(jié)導(dǎo)引輥17的轉(zhuǎn)速。如前所述，全部調(diào)節(jié)器、測(cè)量?jī)x器和其它裝置皆與中心工藝調(diào)節(jié)裝置和控制裝置相連。通過此中心工藝調(diào)節(jié)裝置和控制裝置給出設(shè)定值，例如石英玻璃空心圓柱5以及要制造的管子18的管尺寸、要求的物料通過量等等，如輸入箭頭33表示。第一個(gè)直徑測(cè)量點(diǎn)直接位于拉伸球莖15之下，其測(cè)量值通過直徑測(cè)量?jī)x器27獲取，并單用箭頭34表示，而對(duì)拉伸管18位于爐1外面的直徑測(cè)量?jī)x器28的第二個(gè)測(cè)量點(diǎn)用箭頭35表示。
根據(jù)大量的測(cè)量和調(diào)節(jié)裝置以及其它監(jiān)測(cè)裝置可以看出，預(yù)期尺寸的管18的制造，從石英玻璃空心圓柱5開始可自始至終得到監(jiān)測(cè)和調(diào)節(jié)，以適宜既定條件。
作為一個(gè)典型的例子將用上述的流程和設(shè)備制造管18，該管的外徑為50mm，內(nèi)徑12mm，即DRa／DRi直徑為4．17，為此采用石英玻璃圓柱5作半成品，其外徑DHa／內(nèi)徑DHi的比值為3．17。比例的生產(chǎn)量為34kg／h。拉伸在2300℃的加熱空間溫度(爐1內(nèi)部空間4的溫度)下進(jìn)行。在爐1運(yùn)行過程中，加熱空間4內(nèi)的壓力P2約為1120mbar。為了得到上面給定的管子比值4．17，在管內(nèi)空間19中的壓力P1應(yīng)設(shè)為1070mbar。為此管18的內(nèi)空間19用硅塞20在管18的端部封塞。內(nèi)壓通過真空泵12經(jīng)附件，圖中的蓋6，在石英玻璃空心圓柱5的上端形成。為了抑制可能產(chǎn)生的壓力波動(dòng)，在真空泵12和石英玻璃空心圓柱體之間用工藝容器8作緩沖。
在管18拉伸到預(yù)期的長(zhǎng)度之后，可將管分離。因此，內(nèi)室19的壓力需在短時(shí)間內(nèi)消除。在管端重新用塞子20塞封之后，由于壓力調(diào)節(jié)的緣故，消失的壓力可在＜2秒的時(shí)間內(nèi)得到補(bǔ)償。
曾經(jīng)表明，在這樣短的時(shí)間內(nèi)未曾發(fā)現(xiàn)對(duì)管子尺寸有負(fù)面影響，這樣可拉伸出壁厚以及內(nèi)徑和外徑保持不變的管子18。
下面列舉兩個(gè)由石英玻璃空心圓柱5制造的有典型尺寸的管子和操作參數(shù)的例子例1石英玻璃空心圓柱的外徑DHa=162mm石英玻璃空心主的內(nèi)徑DHi=48mm比值DHa／DHi=3．375
管子尺寸管外徑(DRa)=60mm管內(nèi)徑(DRi)=15mm比值DRa／DRi=4石英玻璃通過量35kg／h爐內(nèi)部空間溫度2200℃加熱空間壓力P2和管子壓力P1的壓差為30mbar，其中P2=1090mbar。
例2石英玻璃空心圓柱外徑DHa=162mm石英玻璃空心圓柱內(nèi)徑DHi=52mm比值DHa／DHi=3．116管子尺寸管外徑(DRa)=67mm管內(nèi)徑(DRi)=16mm比值DRa／DRi=4．188石英玻璃通過量47kg／h爐內(nèi)空間溫度2300℃加熱空間壓力P2和管內(nèi)壓力P1之間的壓差為15mbar，其中P2=1090mbar。
權(quán)利要求
1．一種制造玻璃質(zhì)材料管，特別是石英玻璃管的方法，其中一種玻璃質(zhì)材料的空心圓柱半成品基本上垂直地送入加熱區(qū)加熱，并在由半成品形成管的過渡區(qū)的條件下不用工具向下拉伸，而且在過程連續(xù)地測(cè)量管的直徑和壁厚，測(cè)出的管的幾何數(shù)據(jù)用于產(chǎn)生控制信號(hào)，藉助該信號(hào)控制半成品、過渡區(qū)段和管的內(nèi)空間壓力P1和加熱空間即至少在從半成品到管的過渡區(qū)段及其相鄰的管區(qū)段的加熱區(qū)內(nèi)的壓力P2之間的壓差，其特征在于，為制造外徑(DRa)／內(nèi)徑(DRi)的比值大于半成品外徑(DHa)／內(nèi)徑(DHi)的比值的管子，過渡區(qū)段和半成品和管子內(nèi)空間壓力P1值保持小于加熱空間內(nèi)的壓力P2的值，其中壓力P1藉助抽吸泵維持。
2．權(quán)利要求1的方法，其特征在于，反向半成品的管端在其制造過程中保持密封，通過向半成品、過渡區(qū)段和管的內(nèi)部空間引入調(diào)節(jié)氣流并藉助抽吸泵將壓力P1保持在預(yù)先計(jì)算的值。
3．權(quán)利要求2的方法，其特征在于，氣流在進(jìn)入到半成品、過渡區(qū)段和管子內(nèi)空間之前，經(jīng)由作為緩沖的與抽吸泵相連的容器引入。
4．權(quán)利要求2的方法，其特征在于，將一種惰性氣體引入半成品、過渡區(qū)段和管的內(nèi)空間。
5．權(quán)利要求1的方法，其特征在于，壓力P1的值保持比壓力P2的值小5-200mbar。
6．權(quán)利要求5的方法，其特征在于，壓力P1的值保持比壓力P2的值小10-60mbar。
7．權(quán)利要求1的方法，其特征在于，壓力P2的值至少保持在1000mbar。
8．權(quán)利要求1的方法，其特征在于，在管外徑／管內(nèi)徑的比值(DRa／DRi)偏離預(yù)定的設(shè)定值時(shí)，藉助于控制信號(hào)使與抽吸泵串聯(lián)的閥門關(guān)閉，直到達(dá)到設(shè)定值再打開該閥門。
9．權(quán)利要求1的方法，其特征在于，從半成品制造管外徑(DRa)／管內(nèi)徑(DRi)的比值＞1．5的管子。
10．權(quán)利要求9的方法，其特征在于，從半成品制造管外徑(DRa)／管內(nèi)徑(DRi)比值在1．8-5．0范圍內(nèi)的管子。
11．權(quán)利要求1或9的方法，其特征在于，采用半成品外徑(DHa)／半成品內(nèi)徑(DHi)的比值在1．5-4．5范圍內(nèi)的半成品。
12．權(quán)利要求1的方法，其特征在于，由半成品拉制毛細(xì)管。
13．權(quán)利要求1的方法，其特征在于，高純石英玻璃，特別是合成石英玻璃的半成品制造用于生產(chǎn)光波導(dǎo)管的管子。
全文摘要
本文涉及一種制造玻璃質(zhì)材料管,特別是石英玻璃管的方法,其中一種玻璃質(zhì)材料的空心圓柱半成品基本上垂直地送入加熱區(qū)加熱,并在由半成品形成管的過渡區(qū)的條件下不用工具向下拉伸,而且在過程連續(xù)地測(cè)量管的直徑和壁厚,測(cè)出的管的幾何數(shù)據(jù)用于產(chǎn)生控制信號(hào),藉助該信號(hào)控制半成品、過渡區(qū)段和管的內(nèi)空間壓力P
文檔編號(hào)C03B23/045GK1290236SQ99802837
公開日2001年4月4日 申請(qǐng)日期1999年12月6日 優(yōu)先權(quán)日1998年12月10日
發(fā)明者F·甘斯基, O·甘茲, H·海恩, T·保丹, O·坎伯徹 申請(qǐng)人:赫羅伊斯石英玻璃股份有限兩合公司, 信越石英株式會(huì)社