Способ получения изделий из кварцевого стекла Советский патент 1985 года по МПК C03B20/00 

Изобретение относится к получени полых изделий из кварцевого стекла в виде чаш, тиглей и т.д. Цель изобретения - повьпиение качества изделий за счет получения точно заданной толщины стенки. На фиг. 1 показана установка для реализации предлагаемого способа; на фиг. 2 - положение нагревательно го элемента в установке. Установка содержит плавильную камеру 1, которая вращается вокруг собственной оси с помощью двигателя 2. Соосно с плавильной камерой расположена перфорированная газопроницаемая плавильная форма 3, куда подают сырьевой материал 4. Рабочая камера соединена вакуумпроводом 5 с вакуумной системой 6. Нагревательный элемент 7 закреплен на подвижной штанге 8, позволяющей переме щать нагревательный элемент в плоскости вертикального сечения наплавляемого изделия. Предлагаемый способ осуществляется следующим образом. Исходный материал - кварцевую Ф крупку 4 подают во вращающуюся полу форму 3, помещенную в вакуумируемую рабочую камеру 1. Нагревательный элемент 7 вводят в полость формы 3 после накопления на ее стенках слоя кварцевой крупки, удерживаемого центробежной силой, создаваемой при вращении формы. Включением вакуумной системы 6 создают разряжение с внешней стороны плавильной формы. По достижении заданной величины перепада давлений между внутренней полостью ормы и объемом раб чей камеры включ ают питание нагревательного элемента. В процессе наплавления тигля нагревательный лемент 7 с помощью штанги 8 перемещают в плоскости вертикального сечения плавильной .формы 3 следующим образом (фиг.2) Вначале нагревательный элемент быст ро перемещают по оси наплавляемого изделия до крайней нижней позиции и обратно вверх (поз. 1). При этом формуют поверхностный слой будущего тигля толщиной 1,5-2. мм. Затем нагревательный элемент 7 устанавливают в крайнюю верхнюю позицию, сместив его относительно оси наплав ляемого тигля и формуют верхнее сечение тигля (поз. П). После это62го нагревательный элемент опускают в крайнюю нижнюю позицию (поз.1П) и формуют дно тигля. На последней стадии процесса нагревательный элемент устанавливают в среднюю позицию (поз. IV) и, перемещая его возвратно-поступательно в вертикальном направлении, полируют стенки тигля. Перемещение нагревательного элемента по описанной траектории определяется условиями теплопередачи при формовании тигля. В начальной стадии процесса нагревательный элемент быстро перемещают вдоль стенок будущего изделия на расстоянии 0,30,05 D (D - диаметр тигля, мм )для предварительного прогревания сырьевого материала. Выбор величины корректировочного коэффициента зависит как от общей величины получаемого изделия, так и от толщины его стенки. При формовании верхнего сечения тигля нагревательный элемент поднимают вверх на уровень верхнего образца плавильной формы и смещают относительно оси направляемого тигля на О,15-0,3D. Условия теплопередачи в этой зоне наименее благоприятны, так как велики теплопотери в окружающее пространство и, кроме того, при вращении плавильной формы часть формуемого изделия оказывается вне зоны действия нагревательного элемента. Последний должен бь1ть расположен вблизи формуемого материала, но с учетом возможного испарения образовавшегося расплава кварцевого стекла при его перегреве. При формовании донной части нагревательный элемент переводят на осевую линию направляемого тигля и опускают ниже средней линии тигля по высоте, но не ниже 0,6-0,2 D. С точки зрения теплопередачи формование донной части происходит в наиболее благоприятных условиях: минимальные теплопередачи и, кроме того, определелный положительный эффект дает отражение от ранее сформованных стенок тигля. На последней стадии процесса формирования происходит отделка стеиок тигля, полировка их внутренней поверхности и получение необходимой толщины. Это достигается возвратно-поступательным перемещением нагревательного элемента в вертикальном направлении с осевым смещением не более 0,25D.

Мощность, подаваемая на нагревательный элемент при формовании той или иной зоны, различна. При формовании Поверхностного слоя используется 10% всей потребляемой мощности; при формовании верхнего сечения затрачивается примерно половина всей мощности, а при формовании донной части и полировке стенок - соответственно 20% и 10% от всей мощности. Другими словами, распределение мощности при формовании отдельных зон пропорционально ряду 1:5:2:1 Соответственно изменяется и время формования изделия на отдельных этапах процесса, причем наиболее продолжительным является цикл формо ания кромочной части (верхнего сечения ) тигля - до 60% общего вре-мени формования. Время формования остальных зон пропорционально ряду 1:2:3.

Пример . 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. ч .

Таблица 1

Суммарная мощность, необходимая для наплавления такого тигля, составляет 80 кВт и изменяется в процессе наплавления. Возможность изменения мощности в процессе формования отдельных зон тигля позволяе изменять процесс нагревания в зависимости от геометрии наплавляемого тигля: его высоты, толщины стенки, величины диаметра.

I

При наплавлении тиглей других диаметров изменяются и мощность и продолжительность формования (табл. 2).

Табл1:ца 2

Продолжительность цикла формования может быть связана с величиной диаметра соотношением 2D /D Г. / Сгде - диаметры наплавляемых

изделий, а продолжительность формования. Изменение мощности с увеличением диаметра формуемых изделий подчиняется параболическому закону вида , где N - мощность,

кВт; D - диаметр изделия, мм;

,,4 -10 - корреляционный коэффициент.

Предлагаемый коэффициент действителен для электродугового нагревательного элемента с графитовыми электродами. При использовании други Типов нагрева - плазменного или кислородно-водородной горелки, величина коэффициента изменяется, но параболический характер изменения мощности нагревательного элемента в процессе наилавления сохраняется, так как о,н определяет темп ературу нагревания и проплавления исходного материала.

Плавное изменение температуры нагреваемого материала в сочетании с вакуумированием системы позволяет получать высококачественные тигли из прозрачного и полупрозрачного кварцевого стекла. Перемещение нагревательного элемента в плоскости вертикального сечония наплавляемого тигля позволяет контролировать геомерию и толщину его стенок независимо от величины диаметра тигля. Предлагаемый способ прост в реализации, легко поддается автоматизации, высокопроизводителен и эффективен. Варьируя продолжительность цикла наплавления и величину мощности нагрвательного элемента, можно получать тигли из кварцевого стекла различной геометрии. При этом можно зна

1. СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ИЗДЕЛИЙ ИЗ КВАРЦЕВОГО СТЕКЛА путем подачи материала во вращающуюся газопроницаемую форму, создания разрежения с ее внешней стороны и формования изделий с ПОМОЩЬЮнагревательного элемента, отличающийс я тем, что, с целью повышения качества изделий за счет получения точно заданной толщины стенки, формование осуществляют зонально, снача- . ла формуют поверхностный слой изделия, затем - всю стенку в верхнем сечении и затем в донной части. после чего производят полировку поверхности, причем продолжительность формования верхнего сечения составляет половину общего времени цикла, продолжительность формования поверхностного слоя, донной части и полировки соответственно составляет 1:2:3, а зональное изменение мощности нагревателя 1:5:2:1. 2. Способ по п. 1, отличающийся ,тем, что общая продолжительность процесса формования определяется соотношением /D 3. суммарная мощность , подаваемая на нагревательный эле- Q мент при формовании изделий различ(Л кого диаметра, определяется соотношением где D. и D, диаметры направляемого изделия, мм; время формования, мин, при этом D D и 2-, , Г,-, ( N Р мощность, кВт; СА9 0,4-10 - коэффициент. ьэ о