Способ получения изделий из кварцевого стекла

(19) (11) 126 1) 4 С 03 В 20 р лировкуолжитель ностьния составляпов ерхнос причем прверхнего се формования ет половин продолжите ностного с его в ени цикла, вания пове ьность фор оя 9 до ннои асти и по е- Щ метры направо изделия, мм1 я формованияпри этом 1)л2 "11ность, кВт;10 3 - коэфф где едиа юг- вреь мин И с мощ 0,4 циент. ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ(54)(57) 1. СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ИЗДЕЛИЙИЗ КВАРЦЕВОГО СТЕКЛА путем подачиматериала во вращающуюся газопроницаемую форму, создания разрежения с ее внешней стороны и формования изделий с помощьюнагревательного элемента, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повышениякачества изделий за счет полученияточно заданной толщины стенки, формованне осуществляют зонально, сначала формуют поверхностный слой изделия, затем - всю стенку в верхнемсечении и затем в донной части,после чего производя ровки соответственно сос 1.2:3, а зональное изменение мощно ти нагревателя 1:5:2:1,2. Способ по п, 1, о т л и ч а ю щ и й с я ,тем, что общая продолжительность процесса формова ния определяется соотношением 20/ /1)= Г/ а суммарная мощность подаваемая на нагревательный элемент при формовании изделий различ ного диаметра, определяется соотно нием21931 Изобретение относится к получениюполых изделий из кварцевого стеклав виде чаш, тиглей и т.д,Цель изобретения - повышение качества изделий за счет полученияточно заданной толщины стенки,На фиг. 1 показана установка дляреализации предлагаемого способа;на Фиг. 2 - положение нагревательного элемента в установке. 10 25 45 Установка содержит плавильнуюкамеру 1, которая вращается вокругсобственной оси с помощью двигателя2Соосно с плавильной камерой расположена перфорированная газопроницаемая плавильная форма 3, куда подают сырьевой материал 4, Рабочаякамера соединена вакуумпроводом 5с вакуумной системой 6. Нагревательный элемент 7 закреплен на подвижной штанге 8, позволяющей перемещать нагревательный элемент в плоскости вертикального сечения наплавляемого изделия,Предлагаемый способ осуществляется следующим образом.Исходный материал - кварцевую Фкрупку 4 подают во вращающуюся полуюформу 3, помещенную в вакуумируемую рабочую камеру 1. Нагревательный элемент 7 вводят в полость формы 3 после накопления на ее стенкахслоя кварцевой крупки, удерживаемого центробежной силой, создаваемойпри вращении Формы, Включением вакуумной системы 6 создают разряжение с внешней стороны плавильнойформы, По достижении заданной величины перепада давлений между внутренней полостью формы и объемом рабо.чей камеры включают питание нагревательного элемента.В процессе наплавления тиглянагревательный элемент 7 с помощьюштанги 8 перемещают в плоскостивертикального сечения плавильной1формы 3 следующим образом (фиг.2)Вначале нагревательный элемент быстро перемещают по оси наплавляемогоизделия до крайней нижней позициии обратно вверх (поз. 1). При этомформуют поверхностный слой будущеготигля толщиной 1,5-2 мм. Затем нагревательный элемент 7 устанавливают в крайнюю верхнюю позицию,55сместив его относительно оси наплавляемого тигля и формуют верхнеесечение тигля (поз, 11). После это 26 1го нагревательный элемент опускаютв крайнюю нижнюю позицию (поз.111)и формуют дно тигля, На последнейстадии процесса нагревательныйэлемент устанавливают в среднююпозицию (поз. 1 Ч) и, перемещая еговозвратно-поступательно в вертикальном направлении, полируют стенкитигля,Перемещение нагревательного элемента по описанной траектории определяется условиями теплопередачипри формовании тигля. В начальнойстадии процесса нагревательный элемент быстро перемещают вдоль стенокбудущего изделия на расстоянии 0,30,05 Р (Р - диаметр тигля, мм ) дляпредварительного прогревания сырьевого материала, Выбор величины коррек.тировочного коэффициента зависиткак от общей величины получаемогоизделия, так и от толщины его стенки. При формовании верхнего сечениятигля нагревательный элемент поднимают вверх на уровень верхнегообразца плавильной формы и смещаютотносительно оси направляемого тигляна 0,15-0,3 Р, Условия теплопередачив этой зоне наименее благоприятны,так как велики теплопотери в окружающее пространство и, кроме того,при вращении плавильной формы частьформуемого иэделия оказываетсявне зоны действия нагревательногоэлемента. Последний должен бытьрасположен вблизи формуемого материала, но с учетом возможного испарения образовавшегося расплава кварцевого стекла при его перегреве.При формовании донной части нагревательный элемент переводят наосевую линию направляемого тигля иопускают ниже средней линии тигляпо высоте, но не ниже 0,6-0,2 Р. Сточки зрения теплопередачи формование донной части происходит в наиболее благоприятных условиях: минимальные теплопередачи и, кроме того,определенный положительный эффектдает отражение от ранее сформованных стенок тигля. На последней стадии процесса формирования происходитотделка стенок тигля, полировка ихвнутренней поверхности и получениенеобходимой толщины. Это достигается возвратно-поступательным перемещением нагревательного элемента в вертикальном направлении с осевым смещением не более 0,25 Р.Мощность, подаваемая на нагревательный элемент при формовании той или иной зоны, различна. При формовании поверхностного слоя используется м 107 всей потребляемой мощности; при формовании верхнего сечения затрачивается примерно половина всей мощности, а при формовании донной части и полировке стенок - соответственно 207 и 103 от всей мощности. Другими словами, распределение мощности при формовании отдельных зон пропорционально ряду 115;2:1.Соответственно изменяется и время формования изделия на отдельных этапах процесса, причем наиболее продолжительным является цикл формования кромочной части (верхнего сечения ) тигля - до 607 общего времени формования. Время формования остальных зон пропорционально ряду 1:2:3.П р и м е р . Продолжительность цикла наплавления тигля из кварцевого стекла диаметром 330 мм составляет 30 мин. Время нахождения нагревательного элемента в той или иной позиции и подаваемая на него мощность представлены в табл. 1.Таблица 1 Позиция Время, мин Мощность нагревателей, кВт10 16 40 20 10 Суммарная мощность, необходимая для наплавления такого тигля, составляет 80 кВт и изменяется в процессе наплавления, Возможность изменения мощности в процессе формования отдельных зон тигля позволяет изменять процесс нагревания в зависимости от геометрии наплавляемого тигля: его высоты, толщины стенки, величины диаметра.При наплавлении тиглей других диаметров изменяются и мощность и продолжительность формованияТаблица 2 Диаметртигля мм Продолжительностьформования,мин Суммарнаямощность нанагревателе,кВт 150 1 О 1 О 10 200 26 32 330 30 80 500 90 200 15 Продолжительность цикла формования может быть связана с величинойдиаметра соотношением 2 П /П = Г /2 1 2 "1 Ргде П 1 П - диаметры напла вл яемыхизделий, а) Г - продолжительностьформования . Изменение мощности сувеличением диаметра формуемых и зделий и одчин яе тс я параболическому з акону вида М= 2 рП 2, где И - мощность,25 к Бт; П - диаметр изделия, мм;, р=О , 4 1 О- корреляционный ко эффициент,Предлагаемый коэффициент действител ен для элек т родугового нагрева- .30тельного элемента с графитовымиэлектродами. При использовании других типов нагрева - плазменного или кислородно-водородной горелки, величинакоэффициента изменяется, но параболи-.ческий характер изменения мощностинагревательного элемента в процессенаплавления сохраняется, так как онопределяет температуру нагреванияи проплавления исходного материала.Плавное изменение температуры нагреваемого материала в сочетании свакуумированием системы позволяет получать высококачественные тигли изпрозрачного и полупрозрачного квар цевого стекла. Перемещение нагревательного элемента в плоскостивертикального сеч ния наплавляемоготигля позволяет контролировать геомет.рию и толщину его стенок независи мо от величины диаметра тигля, Предлагаемый способ прост в реализации,легко поддается автоматизации, высокопроизводителен и эффективен,Варьируя продолжительность цикла 55 наплавления и величину мощности нагре.вательного элемента, можно получатьтигли из кварцевого стекла различной геометрии. При этом можно знаВНИИПИ Заказ 7228/25 Тираж 456 Подпи Филиал ППП "Патент", г.Ужгород, ул,Проектна 3 11 чительно повысить качество получаемых тиглей с учетом требований полупроводниковой техники к чистоте используемых тиглей, так как есть возможность использовать разнообразные сырьевые материалы, а безконтактный способ формования изделия не за 93126 бгрязняет исходный материал в процессенаплавления,Одним из существенных показателейкачества получаемых изделий являетсяповышение термостабильности тиглейпри их эксплуатации, что определяется равномерностью стенок тигля.