用於拉制石英玻璃管線的方法和裝置的製作方法

2024-01-18 00:17:15 4

專利名稱：用於拉制石英玻璃管線的方法和裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種用於拉制石英玻璃管線的方法，其中，向坩堝供給含有Si02的起始材料，所述起始材料在所述坩堝中軟化，並將其作為和內部部件之間的環形間隙而拉製成石英玻璃管線，該內部部件布置 在外部部件的通孔中，且該拉制噴嘴布置在坩堝的底部區域。而且，本發明涉及一種用於拉制石英玻璃管線的裝置，它包括 坩堝，用於接收含有Si02的起始材料，該坩堝被用於軟化該起始材料的 加熱器包圍；以及拉制噴嘴，該拉制噴嘴布置在坩堝的底部區域中， 且該拉制噴嘴包括外部部件和內部部件，該內部部件布置在外部部件 的通孔中，並留出一環形間隙。
背景技術：
DE1 0337388A1公開了一種坩堝拉制方法和一種用於製造上述類型 的石英玻璃線的裝置。在這裡，將在坩堝中軟化的石英玻璃體沿豎直 方向向下連續拉動而使其通過在坩堝底部開口中使用的拉制噴嘴，以 便獲得具有預定型面的空心柱形石英玻璃線。在拉制噴嘴的下端部處 安裝有可更換的安裝噴嘴，該安裝噴嘴與空心心軸連接，該空心心軸 伸入至該安裝噴嘴的開口中，且能夠通過該空心心軸將氣流注入石英 玻璃線的內孔中。在心軸的外護套與安裝噴嘴的內壁之間的環形空隙 確定了離開噴嘴的管線的型面。該心軸利用多個連接板而固定在安裝噴嘴開口中，這些連接板連 接至該安裝噴嘴的周圍邊緣。這些連接板位於從該噴嘴開口離開的玻 璃流中，並分割所述玻璃流。這導致在所拉出的石英玻璃線產生不均 勻性，還因為石英玻璃體的比較高的粘性，這就更難無故障地重新熔 化所述部分。其中一個連接板同時形成通向心軸的氣體供給管線，氣流能夠通 過該心軸注入要被拉出的管線的內孔中，以便通過設置吹壓(blow pressure)來調節管的直徑或壁厚。5在EP394640A1中還公開了另 一種用於製造石英玻璃管的坩堝拉制 方法和上述類型的裝置。在這種情況中，也設置了在外部環和內部環 之間具有環形間隙的拉制噴嘴，以用於拉制石英玻璃管線。外部環插 入坩堝的底部開口中，內部環利用連接支杆(在術語中也稱為"指狀 物")而相對於外部環居中設置。氣體供給管穿過內部環的中心孔而 伸出，氣體供給管從上方浸入玻璃熔融物中，且可通過所述管將氣流 注入所拉出的管線的內孔中。因此，在該方法中，軟化的石英玻璃體也在外部環和內部環之間 的連接支杆周圍流動，並在該過程中被分割，並因此可能在離開噴嘴 的線狀高粘性石英玻璃體中表現出上文所述的缺陷。US35 08900A介紹了 一種用於從坩堝拉制石英玻璃管的方法，其 中，拉制噴嘴的內部部件懸桂在軸上，並處於拉制噴嘴的外部部件的 通孔內側。拉制噴嘴的內部部件的位置是可變的。為此，軸的上端部 保持在包括球形接頭的定位裝置上。該拉制噴嘴包括砂漏類型的上部 部件，該上部部件經由中間環連接至下部截頭錐形部件，該下部截頭 錐形部件向上延伸至由拉制噴嘴的外部部件形成的開口內。US452 3939還介紹了一種用於從坩堝拉制石英玻璃管線的方法，熔 融物經過由外部部件和內部部件形成的噴嘴而離開。該內部部件保持 懸桂在由耐火金屬構成的空心軸上，且它有向下逐漸變細的凸出部 分。這產生了拉制噴嘴的環形間隙，它在一定縱向部分上向下變細。發明內容本發明的目的是改進該已知方法，目的是使得拉出的管線中的不 均勻程度更小，以便能夠通過從熔融物拉制而製造均勻和無缺陷的空 心石英玻璃柱體。而且，本發明的目的是提供一種結構簡單的裝置，它能夠不費力 地實現，且它能夠執行上述改進方法。對於方法，根據本發明這樣來實現上述方法的目的沿拉制軸線 方向看時，拉制噴嘴的內部部件保持懸掛在外部部件的通孔內部並可 沿徑向移動，並且該拉制噴嘴的環形間隙有縱向部分"L"，在該縱向 部分中，該環形間隙的橫截噴嘴面積的大小從頂部至底部減小。已經發現，通過已知方法製造的石英玻璃管在與連接支杆接觸的接觸部位處有缺陷，所述缺陷在加熱過程中可以看見為細的餘輝(afterglowing)線。當該石英玻璃管進行膨脹以便增大內孔時，通 常觀察到恰好具有"指狀物"的旋轉對稱性的壁厚變化。這裡必須注意，整個拉制噴嘴或者至少該拉制噴嘴中與熱石英玻 璃體接觸的部分是由鉬、鎢、銥、錸或其它高熔點金屬或合金來構成。 必須假設金屬通過摩擦而進入玻璃體中，並有助於引起上述缺陷.熱 石英玻璃體與拉制噴嘴之間的大部分接觸表面隨後將出現在所拉出的 管線的表面上，它們能夠在以後很容易從該表面上除去。不過，與連 接支杆接觸的表面並不是這樣，因為它們被封入在石英玻璃管的內部 中。因此，本發明是基於這樣的發現，即，所述缺陷可以通過完全省 略拉制噴嘴的內部部件的"指狀物"來避免。該"指狀物"用於將內 部部件對中在外部部件的通孔中，並用於設置環形間隙的寬度。因此， 本發明的目的是對內部部件的"被動"和固有的自對中(self-centering) ，在這種情況下，拉制噴嘴的內部部件的對中輔助裝置和 主動對中都可以不再使用。已經發現，這能夠在下面將詳細介紹的前 提條件下實現1. 拉制噴嘴的內部部件保持為可在拉制噴嘴的外部部件的通孔內 部沿徑向運動。被動和固有的自對中機構需要拉制噴嘴的內部部件具 有某種可動性，並且一個運動分量在垂直於拉制軸線的方向上，該運 動分量在這裡稱為"徑向可動性"。該可動性能夠通過使內部部件可 水平移動或者通過懸掛安裝來保證，該懸桂安裝允許沿與拉制軸線垂 直的方向進行自由鐘擺運動。2. 而且，重要的是，內部部件與外部部件之間的環形間隙在沿拉 制軸線的方向上在其整個長度的至少一部分上提供有縱向部分"L"， 在該縱向部分中，其橫截噴嘴面積從頂部至底部減小。橫截噴嘴面積 的這種減小可以是由於環形間隙從頂部至底部的連續或階梯式變窄， 和/或，在環形間隙有恆定環形間隙寬度時，環形間隙的直徑大小從頂 部至底部減小。在後一種變化形式中，環形間隙由相互平行的壁限定， 這些壁與拉制軸線形成0°和90°之間的角度，使得該環形間隙沿拉制軸 線的方向延伸。對於自對中，決定性的是拉制噴嘴的內部部件周圍的壓力狀態。當沿拉制噴嘴的方向觀察壓力曲線時，可以看在坩鍋內部的壓力從頂 部向底部增加，然後在拉制噴嘴內部再減小至環境大氣壓力。兩種不同機理形成這種情況 一個是石英玻璃體的"靜液壓"(重力壓力)； 另 一機理是壓力沿流動方向減小，這與粘性石英玻璃體的流動相關。 該壓力減小的梯度在石英玻璃體流過較寬腔室(例如坩鍋內部)的狹 窄部分(例如拉制噴嘴)的區域中特別明顯。因此，由石英玻璃體的 靜液壓引起的壓力增高效果主要在坩鍋內部從頂部至底部，而在拉制 噴嘴中的情況相反，主要效果是壓力從頂部至底部減小。在具有平行邊界壁和恆定直徑的柱形環形間隙中，當內部部件沿 徑向偏轉時，間隙寬度在一側比相反一側更寬。不過考慮到流阻越低， 就有越多的石英玻璃體流過比該相反一側更寬的間隙區域，在兩側的 壓力都沿豎直方向減小，因此不會形成徑向壓力分量。因此，柱體幾 何形狀的環形間隙並不在內部部件上施加徑向力，且沒有對中效果。相反，在具有向下變窄橫截面的環形間隙中，在內部部件徑向偏 轉的情況下，在更窄間隙區域中沿豎直方向的壓力降比在更寬間隙區 域中的更小(比較在相同高度處的壓力)。該內部部件周圍的壓力場 (並不旋轉對稱)形成沿徑向方向作用的力，該力施加回復力，以便 設置旋轉對稱的壓力場，同時對內部部件產生對中作用，相反，具有向下增大的橫截面積的環形間隙能夠以一種確定偏心 的方式作用於可在外部部件的通孔中自由徑向運動的內部部件上。這些考慮忽略了石英玻璃體的粘性隨著在拉制噴嘴中向下降低的 溫度而增加的影響。該影響可以清楚地定量，但不會改變上述總體原 理。因此，將拉制噴嘴的內部部件在外部部件的通孔內自對中將需要 環形間隙在其長度的至少一部分上(這裡稱為縱向部分"L")包括向下減小的橫截面積。橫截面積的減小能夠通過拉制噴嘴的外部部件的通孔的幾何形狀和/或內部部件的外護套的幾何形狀來實現。在該方法的特別優選變化形式中，橫截面積的減小是這樣的環 形間隙在縱向部分"L"的至少一部分上從頂部至底部變窄。此時，該自對中效果特別大。它隨著從頂部至底部的收縮程度增 大而增大有多種合適選擇來形成環形間隙的收縮。 一種方式是使得拉制噴 嘴的外部部件的通孔向下變窄。此時，拉制噴嘴的內部部件可以為柱形，它可以設置成錐形或向 下增大，從而額外幫助環形間隙的變窄。環形間隙的間隙寬度可以通 過升高或降低拉制噴嘴的內部部件來進行設置，作為備選方案且同樣優選的是，拉制噴嘴的內部部件向下擴大， 從而形成向下變窄的環形間隙。此時，外部部件的通孔可以設置成使它為柱形和錐形，或者尺寸 向下減小。在這方面，已經證明有用的是，環形間隙的寬度在其長度上減小其最大寬度的至少20%。對於內部部件產生給定偏轉時，環形間隙在其收縮面積上的最大和最小寬度之間的差異將對形成的對中力的大小產生影響。該間隙寬 度差異越大，沿相對於拉制軸線垂直的方向作用在內部部件上的最大 回復力(-壓力差)也越大。該回復力越大，控制靈敏性越好，對拉制 噴嘴的內部部件的自對中也越準確。當間隙寬度差異為至少20%時(基 於最大環形間隙寬度)，將保證控制靈敏性特別高，且拉制噴嘴的內 部部件準確地自對中。在該方法的另一優選變化形式中，環形間隙的橫截面積從頂部至 底部減小，其中，環形間隙在該縱向部分"L"的至少一部分上是由平 行側壁圍出，且環形間隙的內徑和外徑從頂部至底部減小。此時，環形間隙的間隙寬度並不變化。不過，通過減小環形間隙 的內徑，它的橫截面積從頂部至底部減小。在這裡，環形間隙的邊界 壁延伸成使得它們與拉制軸線形成的角度在10。和80。之間，優選是角度 在3(T和60。之間。因此，環形間隙沿拉制軸線的方向以傾斜方式從頂部 至底部延伸。與如上所述具有變窄環形間隙的實施例相比，該方法的該變化形 式顯示了特殊的優點。對於變窄的環形間隙來說，對中效果越明顯， 從頂部至底部的變窄程度越強。最小間隙寬度基本由所拉出的部件的 給定壁厚來確定。為了獲得具有明顯梯度的間隙寬度，因此希望在環 形間隙的上部區域中的間隙寬度儘可能大。在縱向部分"L"的長度較 短時特別是這樣。不過，環形間隙的上部區域中的大間隙寬度將影響噴嘴阻力。所述阻力由質量通過量與石英玻璃體的主要靜液壓來確 定。在其它條件相同的情況下，上部區域中的間隙寬度越大，噴嘴阻 力越低。不過，噴嘴阻力的變化通常需要改變其它拉制參數，特別是 溫度和石英玻璃體的粘性，這是所不希望的。該問題在該優選方法變化形式中用環形間隙的恆定間隙寬度來改善。這兩種方法變化形式的優點可以組合，其中，在縱向部分"L"的 上部區域中，環形間隙具有恆定間隙寬度和減小的內徑，而在該縱向 部分"L"的下部部分中進入到變窄的環形間隙。優選是，該縱向部分"L"的長度為至少10mm，優選是至少15mm。 該縱向部分"L"的長度將影響該環形間隙上的壓力梯度的大小。 在由軟石英玻璃體給定的靜液壓下，當環形間隙的縱向部分"L"較長 時，平均壓力梯度比當縱向部分"L"較短時更小。較陡的壓力梯度導 致控制靈敏性降低，因此使得拉制噴嘴的內部部件的準確自對中更困 難。對於縱向部分"L，，，長度從10mm開始往上時將保證控制靈敏性特 別高，且拉制噴嘴的內部部件準確地自對中。的安裝來實現。在本發明方法的特別優選實施例中，拉制噴嘴的內部 部件保持在保持元件上，該保持元件穿過軟化石英玻璃體而向上延 伸，該保持元件的外徑不大於40mm，長度不大於100cm。當為剛性或防偏轉保持元件，或者當回復力較小時，內部部件的 徑向運動可以通過使保持元件可沿水平方向自由移動來實現，或者下 端部能夠繞上部保持點進行自由往復運動.當保持元件的剛性很小 時，彈性變形也將足以使內部部件有用於自對中的充分可動性。保持 元件例如為連杆或柱形體，例如杆、管或線。具有上述尺寸的保持元件通常有足夠低的彎曲剛度，這能夠進行 某種鐘擺運動，因此，固定在其一端上的內部元件在外部部件的通孔 內有足夠的徑向位移。用於保證拉制噴嘴的內部部件的軸向可動性的 其它複雜結構的運送機構都可以省略。而且，優選是拉制噴嘴的內部部件包括中心內孔，該中心內孔與 保持元件的內孔流體連通。體，該工藝氣體供給至要拉出的石英玻璃線的內孔中。已經證明是特別有利的是，該軟化的石英玻璃體產生至少180毫巴 靜液壓。拉制噴嘴的內部部件的高效自對中需要在環形間隙的長度上有特 定壓力降.該壓力降越大，在環形間隙的給定變窄處作用在發生偏轉 的內部部件上的回覆力也越強。在拉制噴嘴內部的壓力降等於石英玻 璃體的靜液壓。當壓力降為180毫巴時，可以提供特別高效的回覆力。 優選是，該軟化的石英玻璃體以12kg/h至45kg/h的流速流過該環形間 隙，該流速優選是在20kg/h至35kg/h之間。用於對中拉制噴嘴的內部部件的被動和固有力對中機構設置成需要石英玻璃體的一定流量。在上述範圍中的石英玻璃體流量將使得該 噴嘴建立最適合本發明的被動、固有自對中機構的流阻。而且優選是，該軟化的石英玻璃體根據環形間隙的最小橫截面積 而以至少O. 3kg/h cn^的流速流過拉制噴嘴的環形間隙。對於環形間隙的最小橫截面積，在至少O. 3kg/h每cm2的流速下產 生特別高效的回覆力。對於裝置，根據本發明從上述類型裝置開始實現上述目的，其中， 提供有保持元件，當沿拉制軸線方向看時，拉制噴嘴的內部部件保持 懸掛在該保持元件上，並可在外部部件的通孔內部作徑向移動，並且， 該拉制噴嘴的環形間隙有縱向部分"L，，，該環形間隙的橫截噴嘴面積 沿該縱向部分"L"從頂部至底部減小。該裝置用於執行本發明的上述方法，在拉出的石英玻璃線中將避 免出現不規則部分，其中，利用定位裝置對拉制噴嘴的內部部件進行 的主動對中以及對中輔助裝置(例如通過"指狀物"對拉制噴嘴的內 部部件進行的對中)都可以不再使用，並能夠代替為內部部件的被動 自對中。這通過以下措施來實現1.拉制噴嘴的內部部件保持懸掛在保持元件上，以便可在拉制噴 嘴的外部部件的通孔中作徑向運動。這有助於使得拉制噴嘴的內部部 件獲得一些可動性，並有沿垂直於拉制軸線的方向的運動分量。當為剛性或防偏轉保持元件，或者當回復力較小時，該運動可以 通過使保持元件可沿水平方向自由移動來實現，或者下端部能夠繞上 部保持點進行自由鐘擺運動。當保持元件有較小彎曲剛度時，彈性變形也將足以使內部部件有用於被動、固有自對中的充分可動性。保持 元件例如為連杆或柱形體，例如杆、管或線。2.在內部部件和外部部件之間的環形間隙包括縱向部分"L"， 在該縱向部分中，其橫截噴嘴面積從頂部至底部減小。橫截噴嘴面積 的減小可以是由於環形間隙從頂部至底部的連續或階梯式收縮，和/ 或，在環形間隙有恆定環形間隙寬度時，環形間隙的直徑大小從頂部 至底部減小。在後一種變化形式中，環形間隙由相互平行的壁限定， 這些壁與拉制軸線形成0。和9(T之間的角度。由於橫截噴嘴面積從頂部至底部減小，因此當同軸偏心內部部件 處於更窄間隙區域中時，與在更寬間隙區域中相比將有沿豎直方向的 更小壓力降。環繞內部部件且並不旋轉對稱的該壓力場形成沿徑向方 向的壓力分量，該壓力分量施加回復力，以便調節成旋轉對稱壓力場， 同時在內部部件上產生對中效果。或內部部、件的外:二套的幾何形狀而變窄。- " 。"由從屬權利要求可以清楚本發明的裝置的優選發展形式。在從屬 權利要求中所述的裝置的發展形式與關於本發明方法的從屬權利要求 中所述的步驟緊密相關，因此將在相應方法權利要求中對它們進行補 充說明。


下面將參考實施例和附圖更詳細地介紹本發明。附圖是示意圖， 附圖中圖l表示了本發明的裝置實施例，該裝置成拉制熔爐形式，且拉制噴嘴的內部部件可徑向運動地保持在保持器上；以及 圖2至5表示了拉制噴嘴的變化實施例。
具體實施方式
圖l所示的拉制熔爐包括由鴒構成的坩堝l， Si02顆粒3通過供給噴 嘴2而從上方連續裝入該坩堝1中。蚶堝l由水冷(12 )爐套6包圍，並形成充滿保護氣體的保護氣體 腔室IO，該保護氣體腔室10裝有由氧化絕緣材料構成的多孔絕緣層8以及用於加熱坩堝1的電阻加熱器13。保護氣體腔室10向下開口，並且其 它地方用底板15和蓋板16與外部密封。坩堝1圍出了一坩堝內腔17，該 坩堝內腔17也通過蓋18和密封元件19而與環境密封.鎢制拉制噴嘴4布置在坩堝1的底部區域中。該噴嘴由拉制噴嘴的 環形外部部件7和內部部件9構成，該環形外部部件7用在坩堝1的底部 中，而該內部部件9同軸地保持在外部部件7的圓筒形內孔20中。內部 部件9具有向上逐漸變細的截頭錐形外護套。因此，環形間隙14形成於 外部部件7和內部部件9之間，該環形間隙從頂部向底部變窄，且沿拉 制軸線26的方向將該軟化石英玻璃體27通過該環形間隙向下拉出為管 線5。該外部部件7的內孔20的直徑為200mm，長度為100m邁。這與拉制噴 嘴4的環形間隙14的長度"L"相等，該環形間隙14的寬度從頂部向底 部從最大值30mm減小至最小值20邁m。該拉制噴嘴4的內部部件9與保持管11連接，該保持管ll延伸通過 石英玻璃體27，並被引導穿過上部蓋18而到達該坩堝內腔17的外部。 該保持管ll由鎢構成。它的長度為160cm，外徑為6cm，內徑為lcm。除 了用於安裝拉制噴嘴的內部部件9 ，該保持管11還用於供給工藝氣體， 以便在管線5的內孔中設定預定的吹壓。為此，將該工藝氣體供給至形 成於拉制噴嘴4的內部部件9中的通孔25。伸出到至該熔爐外的保持管 11上端部與示意表示的高度調節和移動裝置28連接，該高度調節和移 動裝置除了能夠調節拉制噴嘴的內部部件9的高度外，還能夠沿橫向方 向自由移動，如方向箭頭29所示。該運動允許拉制噴嘴的內部部件9在拉制噴嘴的外部部件內部進行自對中。作為該高度調節和移動裝置28的替換方案或者除了該高度調節和 移動裝置28之外，保持管ll在其160cm的長度上有柔性，該柔性使得拉 制噴嘴的內部部件9有足夠的橫向移動性(鐘擺運動)。保持管的彎曲 剛度取決於它的壁厚和它的外徑。實踐中，當外徑不超過4cm時將有足 夠低的彎曲剛度。用於坩堝內腔氣體(成純氫氣形式)的進口22和出口21穿過蓋18 而伸出。同樣，保護氣體腔室10在上部部分中具有用於純氫氣的氣體 進口23,該氫氣可以通過爐套6的底部開口而逸出。圖2至圖4以放大形式示意表示了在本發明範圍內的拉制噴嘴4的13變化形式.當使用與圖l中相同的參考標號時，它們是指該裝置的在結 構上相同或等效的部件和部分，正如已經在上文中通過對本發明第一 實施例的拉制熔爐的說明而詳細解釋的那樣。圖2的拉制噴嘴30包括由鎢製成的外部部件7，該外部部件7具有圓 筒形內孔14，這與圖l中所示的裝置一致。在內孔20中，拉制噴嘴的鎢 制內部部件31利用管形保持器11來保持，使得它與縱向軸線26同軸。 內部部件31由具有較小外徑的環形上部部件32和具有較大外徑的環形 下部部件33構成。保持器11的內孔終止於內部部件31的通孔34中。這樣，內部部件31與外部部件7之間的環形間隙35向下逐步變窄， (在環形間隙的長度"L"上來看)臺階36大致設置在環形間隙35的中 央。內孔20的內徑為60mm;環形間隙35的長度"L"為40mm，其上部寬 度為15mm，其下部最小寬度為10mm。在圖3的拉制噴嘴40中，管形保持器ll與拉制噴嘴的錐形內部部件 41連接，並將所述部件同軸地保持在鎢制外部部件43的通孔42中。通 孔42從頂部向底部變窄，它的最大內徑為80mm，最小內徑為60mm,且 它的長度為60mm。錐形內部部件41的長度大致等於通孔52的長度，它的上部最小外 徑為30mm，下端部處的最大外徑為35mm。因此，環形間隙45在其長度 "L，，上從最大值25mm連續變窄至噴嘴出口46區域中的最小值12. 5mm。圖4的拉制噴嘴50有外部部件43，該外部部件43與圖3中所示的拉 制噴嘴的外部部件相對應。在通孔42中，柱形內部部件51利用管形保 持器ll來保持，該內部部件51由鵠製成，且外徑為80mm。該柱形內部部件51的長度150mm大致等於通孔42的長度。這樣，環 形間隙55的外徑在長度"L"上從最大值140mm連續減小至噴嘴出口56 區域中的最小值100mm。圖5的拉制噴嘴60包括拉制噴嘴的外部部件43，該外部部件43與圖 3中所示的拉制噴嘴相對應。在通孔42中，拉制噴嘴的鎢制錐形內部部 件61由管形保持器11來保持。拉制噴嘴的內部部件61的錐形形狀為這 樣，即，使得內部部件61與外部部件43之間的環形間隙65在其150邁m 的長度"L，，上有恆定間隙寬度20mm。環形間隙65的外徑在長度"L，，上從最大值140mm減小至噴嘴出口 66區域中的最小值100mm。在本發明的還一實施例中(未在閨中示出)，拉制噴嘴提供為如圖5中所示，除了下述特徵與圖5的拉制噴嘴的外 部部件的內徑相比，該拉制噴嘴的外部部件的內徑在下部部分中20mm 的長度上連續減小5mm，這樣，在噴嘴出口區域中獲得的環形間隙的間 隙寬度為15mm，它與圖5相比是減小了。下面將參考圖l和實施例來介紹本發明的方法.Si02顆粒3經由供給噴嘴2連續供給至熔融坩堝l中，並在其內加熱 至大約2100TC至2200TC的溫度。在該過程中，在坩堝l的下部部分中形 成均勻的玻璃體27，該玻璃體27沒有氣泡，且Si02顆粒3的顆粒層浮在 該玻璃體27上。軟化的矽質體(silica mass)經由拉制噴嘴4和底部 開口24而離開，然後向下拉製成石英玻璃管線5的形式，並切成所需長 度的零件。石英玻璃體27的重量在坩堝底部區域產生大約200毫巴的"靜液 壓"，因此，軟化的石英玻璃體以大約28kg/h的流速經過環形間隙14。當拉制噴嘴的內部部件9偏轉時，由於流動的石英玻璃體27和環形 間隙14的收縮，在拉制噴嘴的內部部件9的周圍形成並不旋轉對稱的壓 力場。這導致有回覆力朝著同軸(26)對中的方向作用在該內部部件9 上。該回復力的大小取決於偏轉量、環形間隙14的幾何形狀和石英玻 璃體27的粘性。對於5mm的偏轉來說，回復力在垂直於縱向軸線26的方 向上的大小可以根據在該實施例中給出的數據而估計為大約100N。已 經發現，由於保持器ll的長度、壁厚和直徑，該保持器ll呈現為具有 較低的彎曲剛度，以致於上述數量級的回覆力足以使得安裝在保持器 11上的內部部件9沿垂直於縱向軸線26的方向移動，並從而消除該偏 轉。在本發明的拉制熔爐和方法中使用了自對中拉制噴嘴，這樣就可 以省略用於對中拉制噴嘴的內部部件的連接支杆(指狀物)，從而能 夠從熔融物中拉制出高質量石英玻璃管。
權利要求
1.一種用於拉制石英玻璃管線的方法，其中，向坩堝(1)供給含有SiO2的起始材料(3)，所述起始材料在所述坩堝中軟化，並作為軟化的石英玻璃體(27)沿拉制軸線(26)經過位於拉制噴嘴(4)的外部部件(7)與內部部件(9)之間的環形間隙(14)而豎直向下拉製成石英玻璃管線(5)，該內部部件(9)布置在外部部件(7)的通孔(20)中，且該拉制噴嘴(4)布置在坩堝(1)的底部區域中，其特徵在於沿拉制軸線(26)方向看時，拉制噴嘴的內部部件(9)保持懸掛在外部部件(7)的通孔(20)內部並可沿徑向移動，並且該拉制噴嘴的環形間隙(14)有縱向部分「L」，在該縱向部分中，該環形間隙的橫截噴嘴面積的大小從頂部至底部減小。
2. 根據權利要求l所述的方法，其特徵在於該環形間隙(14) 在該縱向部分"L"的至少一部分上從頂部至底部變窄。
3. 根據前述任意一項權利要求所述的方法，其特徵在於拉制噴 嘴的外部部件(7)的通孔(20)向下變窄。
4. 根據前述任意一項權利要求所述的方法，其特徵在於拉制噴 嘴的內部部件(9)向下變寬。
5. 根據前述任意一項權利要求所述的方法，其特徵在於環形間 隙U4)的寬度在其長度上減小其最大寬度的至少20、
6. 根據權利要求1至3中任意一項所述的方法，其特徵在於環形 間隙(14)在該縱向部分"L"的至少一部分上是由平行側壁圍成，該 環形間隙(14)的內徑從頂部至底部減小。
7. 根據前述任意一項權利要求所述的方法，其特徵在於該縱向 部分"L"的長度為至少10nnn，優選是至少15mm。
8. 根據前述任意一項權利要求所述的方法，其特徵在於拉制噴 嘴的內部部件(9)保持在保持元件(11)上，該保持元件穿過軟化的 石英玻璃體(27)向上延伸，且該保持元件的外徑不大於40mm，長度 不大於100cm。
9. 根據權利要求8所述的方法，其特徵在於拉制噴嘴的內部部 件(9)有中心內孔(25)，該中心內孔(25)與保持元件(11)的內 孑Li成流體連通。
10. 根據前述任意一項權利要求所述的方法，其特徵在於該軟化的石英玻璃體(27)產生至少180毫巴的靜液壓。
11. 根據前述任意一項權利要求所述的方法，其特徵在於該軟 化的石英玻璃體(27)以12kg/h至45kg/h的流速流過環形間隙(14 )， 該流速優選是在20kg/h至35kg/h之間。
12. 根據前述任意一項權利要求所述的方法，其特徵在於該軟 化的石英玻璃體(27)根據拉制噴嘴的環形間隙(14)的最小橫截面 積而以至少O. 3kg/h'cnj2的流速流過該環形間隙(14)。
13. —種用於拉制石英玻璃管線的裝置，包括坩堝(1)，用於 接收含有Si02的起始材料(3)，該坩堝由用於軟化該起始材料(3) 的加熱器(13)包圍；以及拉制噴嘴(4)，該拉制噴嘴布置在坩堝(l) 的底部區域中，且該拉制噴嘴包括外部部件(7)和內部部件(9)， 該內部部件布置在外部部件(7)的通孔(20)中，從而留下環形間隙(14)，其特徵在於，提供有保持元件(11)，當沿拉制軸線(26) 方向看時，拉制噴嘴的內部部件(9)保持懸掛在該保持元件上，並可 在外部部件(7)的通孔(20)內部作徑向移動，並且，該拉制噴嘴的 環形間隙(14)有縱向部分"L"，該環形間隙(14)的橫截噴嘴面積 的大小沿該縱向部分"L"從頂部至底部減小。
14. 根據權利要求13所述的裝置，其特徵在於拉制噴嘴的環形 間隙(14)至少沿該縱向部分"L"從頂部至底部變窄。
15. 根據權利要求13或14所述的裝置，其特徵在於拉制噴嘴的 外部部件(7)的通孔(20)向下變窄。
16. 根據權利要求13至15中任意一項所述的裝置，其特徵在於 拉制噴嘴的內部部件(9)向下變寬。
17. 根據權利要求13至16中任意一項所述的裝置，其特徵在於 環形間隙(14)的寬度在其長度上減小其最大寬度的至少20%。
18. 根據權利要求13至15中任意一項所述的裝置，其特徵在於 拉制噴嘴的環形間隙(14)在該縱向部分"L"的至少一部分上由平行 側壁圍成，該環形間隙(14)的內徑從頂部至底部減小。
19. 根據權利要求13至18中任意一項所述的裝置，其特徵在於 該縱向部分"L"的長度為至少10mm，優選是至少15mm。
20. 根據權利要求13至19中任意一項所述的裝置，其特徵在於 該保持元件(11)的外徑不大於40血m，長度不大於100cm。
21.根據權利要求20所述的裝置，其特徵在於拉制噴嘴的內部 部件(9)有中心內孑L (25),該中心內孔(25)與保持元件(11)的 內孔成流體連通。
全文摘要
在用於拉制石英玻璃管線的已知方法中，向坩堝供給含有SiO2的起始材料，該起始材料在坩堝中軟化，並作為軟化的石英玻璃體沿拉制軸線通過在拉制噴嘴的外部部件和內部部件之間的環形間隙而豎直向下拉製成石英玻璃管線，該內部部件布置在外部部件的通孔中，且該拉制噴嘴布置在坩堝的底部區域。為了改進該已知方法，以便減小拉出的管線的不均勻性和因此能夠通過從熔融物拉制而製造均勻、無缺陷的空心石英玻璃柱體，本發明提出使拉制噴嘴的內部部件(沿拉制軸線方向看時)保持懸掛在外部部件的通孔內部並可徑向運動，且拉制噴嘴的環形間隙有縱向部分「L」，在該縱向部分「L」中，其橫截噴嘴面積從頂部至底部而減小尺寸。
文檔編號C03B17/00GK101326131SQ200780000535
公開日2008年12月17日 申請日期2007年3月7日 優先權日2006年3月10日
發明者H·勒伯, J·貝克, M·特羅默, N·惠佩, R·伯格, R·格哈特, R·霍恩 申請人:赫羅伊斯石英玻璃股份有限兩合公司