CN1029836C - 一种空心体的无工具成型方法 - Google Patents

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Abstract

一种由非晶质的、特别是玻璃状材料制成的管形空心体通过拉缩改制成杆件的无工具成型的方法，本发明利用这种方法仅用一道工序即能低成本地由空心体生产出均匀的杆状体，空心体的外径和内径、玻璃状材料在拉缩区的粘度、低压与外压之间的压差、低压的数值、杆件的牵引速度和空心体的送进速度以及杆件和空心体的转速选定成使得在拉缩区在相反于杆件牵引方向的方向上沿空心体的轴线形成一个其截面尺寸小于杆件的突柱。

Description

本发明涉及一种由非晶质的、特别是由玻璃状材料制成的管形空心体通过拉缩改制成杆件的无工具成形的方法，拉缩时通过持续地抽真空使管形部分内部保持低于大气压的低压，此时空心体以规定转速被连续地、水平地送进一个加热区，并在该区内其粘度降低到使得空心体由于低压与作用于空心体上的外压之间的压差，在一个拉缩区内被拉缩成为杆件，而该杆件以规定的转速被连续地从拉缩区拉出。
这类方法是普遍公知的并特别应用于拉缩由加了添加剂的石英玻璃制成的空心圆筒来制造光导技术中的圆柱形预制件。例如，空心圆筒可通过将玻璃颗粒在一个可由玻璃、石墨或氧化铝制成的芯棒上通过火焰水解沉积方法生产出来，形成一种疏松的“沉积体”，再经加热固结。芯棒例如可通过钻削，腐蚀或牵引的方法去除。为使内表面光滑、均匀，通常在继续加工前对空心圆筒的内侧进行珩磨或抛光。为干燥和净化，还经常在拉缩前对空心圆筒的内表面用含氟或含氯的气体进行处理，如法国公开说明书2    441    594所述的那样，将易挥发的囟化物清除，因此要将表层腐蚀掉。由于它们的化学活动性，这种净化和干燥的气体也会腐蚀所有的其他表面、例如炉子的表面，并且是剧毒的。
从德国专利说明书28    27    303可知，在空心圆筒内抽真空可以促进并加速拉缩过程。由于在拉缩时在低压作用下，管壁因径向向内的、由低压产生的力而在拉缩区内加速相互合拢，随机的管形不对称可能使对置的管壁形成提前的、不可逆的接触，因此在杆件的芯区产 生扁平或扭曲。因此，例如在“非圆芯单模纤维的偏振特性”（V.拉马斯威密，W.G.弗兰奇和R.D.斯坦德利，“应用光学”，卷17，第18期，1978年度，3014页至3017页）一文中所述，高真空导致芯区哑铃形变形，而低真空则导致椭圆形芯区变形。在欧洲专利说明书0    032    390中提到一种带有椭圆截面芯区并具有偏振的光导纤维的制作。为使芯区取得椭圆构形，在进行拉缩时，在外径约为20毫米、内径约为17毫米、由加了添加剂的石英玻璃制成的空心圆筒内保持低于外压0.1毫巴至2毫巴之间的低压。在所述方法中，空心圆筒的整个内表面在拉缩后构成实心圆柱体的中心。空心圆筒的内表面由于带有杂质、潮气、表面缺陷，或者由于表层总是具有不同于实心料的化学配比，而引起不可避免的缺陷，导致所形成的杆件中心的不均匀性。一般上述因素对杆件中心是特别有妨碍的。
本发明的目的在于提供一种可以仅用一道工序、不需工具而且低成本地从空心体生产出均匀的杆状体的方法。
依照本发明，这一目的通过开头所述的方法得以实现，空心体的外径和内径、玻璃状材料在拉缩区的粘度、低压与外压之间的压差、低压的数值、杆件的牵引速度和空心体的送进速度以及空心体和杆件的转速要这样来选定，使得在拉缩区在相反于杆件牵引方向的方向上沿空心体的轴线形成一个其截面尺寸小于杆件的突柱。
通过调整空心体的几何参数和拉缩时的方法参数，使得在拉缩区沿空心体轴向在相反于所拉缩杆件的牵引方向的方向上形成一个突柱，这就阻止了空心体的对置的内管壁由低压导致的径向向内作用的力所导致的提前合拢以及由此造成的芯区压扁或者扭曲。因此，这样形成的突柱就在拉缩区前稳定了熔融的空心体的对称性并且有利于其转变成杆件。同时，空心体内表面层的材料被翻转并由所形成的突柱带离拉缩区。因此，由于拉缩成的杆件中心不含有原先构成表面的材 料，这就排除了由于表面瑕疵所形成的主要的缺陷和影响。
对实现这些优点来说，将空心体送进一个固定不动的加热区，或是相反地将加热区沿固定不动的空心体移动，是无关紧要的。
本发明的方法被证明特别适用于处理空心圆筒。所述空心体的特别适合的几何参数是：内径在10毫米至120毫米之间，外径与内径的比例在1.5至3的范围内。由于拉缩过程需要尽快进行，加热区的温度最好是设在使得在拉缩区的玻璃状材料的粘度达到103分帕·秒至107分帕·秒的范围内。关于决定突柱的形成速度以及构成突柱所需料量的因素的管内的低压，其最高值设定为1008毫巴证明是合适的。同时低压与作用于空心体上的外压之间的压差值选定在5毫巴至813毫巴之间是合适的，这就使空心体在加热区不致失去控制地变形。为使材料充分热透并在拉缩区既具有足够的热稳定性又能达到一个经济的物料通过量，杆件从拉缩区出来的牵引速度设定在10毫米/分至80毫米/分之间、空心体送进加热区的速度设定在8毫米/分至35毫米/分之间证明是合适的。由于空心体和杆件的旋转使得突柱稳定在空心体的中心。最好是，将杆件的转速值设定在0转/分至最高的30转/分之间，而空心体的转速值则设定在10转/分至30转/分之间。空心体和杆件最好以同向旋转。
为阻止杆件出现不希望有的变形，将杆件和空心体保持在拉力状态下是有利的，同时使空心体的送进速度选定成小于杆件的牵引速度。
为保证在拉缩区有足够的热稳定性，空心体和杆件用一个电加热设备、特别是用一个环形的并紧包着拉缩区的电阻炉来加热是合适的。取代优选的电加热方式，也可以使用煤气加热器来加热空心体和杆件，特别是在空心圆筒的尺寸较小时。
为提高材料的均匀性，事实证明使空心体和杆件以不同速度旋转 很有利，可能存在的气泡就可以因此被赶到杆件的边缘区去。
在拉缩后对杆件进行回火处理被证明是有利的，可消除由于内应力导致的材料不均匀性。
本方法特别适用于石英玻璃制成的空心体的变形处理，调整技术的实施由于石英玻璃的粘度受温度的影响较小而比较容易进行。
对于石英玻璃空心圆筒的变形处理，本发明的方法的下面的参数经证明是合适的：
空心体的几何参数以内径在40毫米至100毫米之间、外径与内径的比例为1.7至3是合适的。因为拉缩过程应尽快进行，加热区的温度最好是设定成使得在拉缩区的玻璃状材料的粘度达到104分帕·秒至107分帕·秒的范围内。决定突柱的形成速度以及构成突柱所需料量的因素的管内的低压，其最高值设定为993毫巴证明是合适的，同时低压与作用于空心体上的外压之间的压差值选定在20毫巴至813毫巴之间以使空心体在加热区不致失控地变形。为使材料充分热透并在拉缩区既具有足够的热稳定性又能达到一个经济的物料通过量，杆件从拉缩区出来的牵引速度设定在15毫米/分至80毫米/分之间、空心体送进加热区的速度设定在12毫米/分至29毫米/分之间证明是合适的。由于空心体和杆件的旋转使得突柱稳定在空心体的中心，最好是将杆件的最高转速定为30转/分，而空心体的转速值则设定在10转/分至30转/分之间。
为提高材料的均匀性，事实证明使空心体和杆件以不同速度旋转是有利的，可能存在的气泡就可以由此被赶到杆件的外部区域。
本发明的方法现借助于一个示意图进行示例说明。
标号12表示一个电阻加热炉，它包围着加热区1并环绕着待拉缩处理的石英玻璃管2和已经拉缩处理的杆件3的一个节段。在加热区1内石英玻璃管2的内壁4在拉缩区5收缩，形成一个沿与杆件3的 牵引方向相反的方向从拉缩区5拉出的突柱6。杆件3的牵引方向以箭头7标出，突柱的方向则以箭头8标出。石英玻璃管2在其背向拉缩区5的一端用一个栓塞10封闭住。在成形过程中在石英玻璃管2的内部借助一个真空泵9保持900毫巴的低压，这个泵通过真空密封套管穿过栓塞10连接到石英玻璃管2上。外径为120毫米、内径为60毫米的石英玻璃管2水平放置并连续地以20转/分的速度旋转、以23毫米/分的送进速度送进加热区1，在那里加热到2100℃。在拉缩区5内，石英玻璃的平均粘度为105分帕·秒。在拉缩过程中，真空泵9保持石英玻璃管2内的低压成900毫巴，使其相对于邻近石英玻璃管表面外面的大气压保持一个113毫巴的压差。杆件3的牵引速度为23.5毫米/分并因此略高于石英玻璃管2的送进速度，因而使石英玻璃管2和石英玻璃杆件3总是保持着拉力。杆件的转速选定为5转/分，稍低于石英玻璃管2的转速，因而在拉缩区5得以实现石英玻璃完全混合和均匀化。
根据上述的试验参数，在石英玻璃管2的轴线上形成一个突柱6，这个突柱由石英玻璃管2的与内壁4的表面邻接的区域11的物料组成，内壁在拉缩区5内具有较低的粘度，使其由于沿与杆件3的牵引方向相反的方向作用的和作用到突柱6的端面13上的压力或真空力而变形，并沿突柱增长的方向8翻转。因此，通过突柱6使表面邻接区域11的污物和杂质被从拉缩区5除去。此外，通过突柱6的形成也阻止了石英玻璃管2的内壁4合拢，从而紧接在拉缩区5前面稳定了石英玻璃管2的对称性以利于转变成为杆件3。

Claims (8)

1、一种由非晶质的、特别是玻璃状材料制成的管形空心体通过拉缩改制成杆件的无工具成形的方法，拉缩时通过持续地抽真空使管形部分内部保持低于大气压的低压，此时空心体以规定转速被连续地、水平地送进一个加热区，并在该区内其粘度降低到使得空心体由于低压与作用于空心体上的外压之间的压差，在一个拉缩区内被拉缩成为杆件，而该杆件以规定的转速被连续地从拉缩区拉出，其特征在于，空心体(2)的外部尺寸和内部尺寸、玻璃状材料在拉缩区(5)的粘度、低压与外压之间的压差、低压的数值、杆件(3)的牵引速度和空心体(2)的送进速度以及杆件(3)和空心体(2)的转速选定成使得在拉缩区(5)在相反于杆件(3)的牵引方向的方向上沿空心体(2)的轴线形成一个其截面尺寸小于杆件(3)的突柱(6)，要进行改形的圆筒形空心体(2)的内径在10毫米到120毫米的范围内，外径与内径的比例在1.5到3的范围内，材料在拉缩区(5)内的粘度值设定在103分帕·秒至107分帕·秒范围内，空心体(2)内的低压的最高值保持在1008毫巴，低压与外压的压差值设定在5至813毫巴的范围内，杆件(3)的牵引速度值设定在10毫米/分到80毫米/分的范围内，空心体(2)的送进速度值设定在8毫米/分到35毫米/分的范围内，杆件(3)以0转/分到最高30转/分之间的速度旋转，空心体(2)以10转/分至30转/分的速度范围绕其纵轴线旋转。
2、按权利要求1所述的方法，其特征在于，杆件（3）和空心体（2）保持在拉力状态下。
3、按权利要求1所述的方法，其特征在于，空心体（2）和杆件（3）以不同速度旋转。
4、按权利要求1所述的方法，其特征在于，杆件（3）经回火处理。
5、按权利要求1所述的方法，其特征在于，空心体（2）和杆件（3）在加热区（1）范围内通过一个电加热设备（12）加热。
6、按权利要求5所述的方法，其特征在于，加热区（1）由一个电阻炉（12）包围住。
7、按权利要求1所述的方法，其特征在于，采用主要由石英玻璃制成的空心体（2）。
8、按权利要求1所述的方法，其特征在于，要进行改形的圆筒形空心体（2）的内径在40毫米到100毫米的范围内，外径与内径的比例在1.7到3的范围内，材料在拉缩区（5）内的粘度值设定在104分帕·秒至107分帕·秒的范围内，空心体（2）内的低压的最高值保持在993毫巴，低压与外压的压差值设定在20至813毫巴的范围内，杆件（3）的牵引速度设定在15毫米/分到80毫米/分之间，空心体（2）的送进速度设定在12毫米/分和29毫米/分的范围内，杆件（3）最高以30转/分的速度旋转，空心体（2）以10转/分至30转/分的速度范围绕其纵轴线旋转。
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