CN105463565A - 一种石英玻璃熔化炉 - Google Patents

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张国武
达君
唐剑
李建均
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Abstract

本发明提供了一种石英玻璃熔化炉，所述的熔化炉采用上装料、下取料工作方式，炉腔为全密闭结构，在炉内实现了石英玻璃熔体的升降和旋转过程，成型过程中洁净度高，均温区温场均匀，升降温效率高，成型后的光学石英玻璃产品均温性好（均匀性好）、无析晶情况。本发明的石英玻璃熔化炉适用于各类大尺寸（最大可到?800mm×200mm（直径*厚度））的光学石英玻璃（包括紫外光学石英玻璃、红外光学石英玻璃和可见光学石英玻璃）的二次成型处理。

Description

一种石英玻璃熔化炉
技术领域
本发明属于石英玻璃加工技术领域，具体涉及一种石英玻璃熔化炉。
背景技术
作为惯性约束核聚变（Inertial confinement fusion，简称ICF）理想的光学材料之一，大口径紫外光学石英玻璃（ZS）被广泛应用于ICF装置中的空间滤波器、开关窗口、诊断分束板、连续相位板、聚焦靶镜、分束取样光栅等元器件，是ICF研制不可或缺的基础材料。同时该材料也广泛用于航空航天及IC行业。
紫外光学石英玻璃一般采用化学气相沉积法CVD进行生产，该方法用于制作后续加工用的石英玻璃锭料。为了能得到满足实际使用的合适尺寸石英玻璃产品就需要将化学气相沉积法生产的坨料用石英玻璃熔化设备通过高温熔化手段进行二次成型。
现有的石英玻璃熔化设备合成石英玻璃锭的尺寸和光学均匀性达不到使用要求，而且生产效率不高。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种石英玻璃熔化炉。
本发明的石英玻璃熔化炉，包括：炉体、加热器、反射屏及隔热屏、装料机构、取料机构，其中隔热屏紧贴炉体内壁安装，反射屏覆盖在隔热屏上，加热器悬挂安装在炉体内部及隔热屏上，装料机构在炉体外与炉体上部连接，取料机构在炉体外与炉体底部连接。
所述的炉体，包括：籽晶旋转提升装置、副炉筒、上炉盖、装料口、中炉筒、坩埚旋转升降机构、炉底盘、坩埚托盘，籽晶旋转提升装置安装在副炉筒顶部，副炉筒下部与上炉盖的装料口通过法兰连接，上炉盖安装在中炉筒顶部，坩埚旋转升降机构安装在炉底盘中心位置，坩埚托盘为可移动部件放置在坩埚旋转升降机构上，炉底盘通过取料机构顶升与中炉筒紧密接触，炉底盘与中炉筒连接处内部有密封圈密封，外部用卡扣固定连接。
所述的炉体采用双层水冷结构，炉体外壁中空，冷却水通过泵送从进水口流入，从出水口流出，给炉体外壁降温。
所述的加热器分为主加热器和下补偿加热器，主加热器安装在炉体的中炉筒内壁，下补偿加热器安装在炉体的炉底盘内壁。
所述的反射屏为多层结构，且每层屏均为小块搭接，各层之间用支撑条隔开。
所述的隔热屏内层为碳毡，外层包裹钼片
所述的装料机构与副炉筒用转轴连接，副炉筒旋转打开可露出上炉盖顶部的装料口，通过装料口装入石英锭料。
所述的籽晶旋转提升装置安装于副炉筒上，控制炉体内熔制的石英锭料提升和旋转。
所述的炉底盘上安装有坩埚旋转升降机构，控制炉体内坩埚托盘的升降和旋转，且与炉底盘连接的取料机构，可控制炉底盘向下打开，供叉车臂进入取出坩埚托盘及熔制后的产品。
本发明的石英玻璃熔化炉可以满足各类大尺寸（最大可到ϕ800mm×200mm（直径*厚度））光学石英玻璃（包括紫外光学石英玻璃（ZS）、红外光学石英玻璃（HS）、可见光学石英玻璃（KS））的二次成型处理生产。本发明的石英玻璃熔化炉采用上装料、下取料工作方式，炉腔为全密闭结构，内洁净度高，均温区温场均匀，升降温速度快，在炉内实现了石英玻璃熔体的升降和旋转过程。经本发明的石英玻璃熔化炉二次成型后的产品具有均温性好（均匀性好）、无析晶情况等优点。
附图说明
图1为本发明的石英玻璃熔化炉的结构示意图；
图2为本发明的石英玻璃熔化炉的炉体（1）部件结构示意图；
图3为本发明的石英玻璃熔化炉加热器（2）的布置示意图；
图中，1.炉体 2.加热器 3.反射屏 4.隔热屏 5.装料机构 6.取料机构 101.籽晶旋转提升装置 102.副炉筒 103.上炉盖 104.装料口 105.中炉筒 106.坩埚旋转升降机构 107.炉底盘 108.坩埚托盘 201.主加热器、202.下补偿加热器。
具体实施方式
下面结合附图和实施例具体说明本发明。
图1为本发明的石英玻璃熔化炉的结构示意图，如图1所示，本发明的石英玻璃熔化炉1，包括：炉体1、加热器2、反射屏3及隔热屏4、装料机构5、取料机构6，其中隔热屏4紧贴炉体内壁1安装，反射屏3覆盖在隔热屏4上，加热器3悬挂安装在炉体1内部及隔热屏4上，装料机构5在炉体1外与炉体1上部连接，取料机构6在炉体1外与炉体1底部连接。
图2为本发明的石英玻璃熔化炉的炉体（1）部件结构示意图，如图2所示，所述的炉体1包括籽晶旋转提升装置101、副炉筒102、上炉盖103、装料口104、中炉筒105、坩埚旋转升降机构106、炉底盘107、坩埚托盘108；籽晶旋转提升装置101安装在副炉筒102顶部，副炉筒102下部与上炉盖103的装料口104通过法兰连接，上炉盖103安装在中炉筒105顶部，坩埚旋转升降机构106安装在炉底盘107中心位置，坩埚托盘108为可移动部件放置在坩埚旋转升降机构106上，炉底盘107通过取料机构6顶升与中炉筒105紧密接触，炉底盘与中炉筒连接处内部有密封圈密封，外部用卡扣固定连接。
所述的炉体1采用双层水冷结构，炉体1外壁中空，冷却水通过泵送从进水口流入，从出水口流出，给炉体1外壁降温。
图3为本发明的石英玻璃熔化炉加热器（2）的布置示意图，如图3所示，所述的加热器2分为主加热器201和下补偿加热器202，主加热器201安装在炉体1的中炉筒105内壁，下补偿加热器202安装在炉体1的炉底盘107内壁。
所述的反射屏3为多层结构，且每层屏均为小块搭接，各层之间用支撑条隔开。
所述的隔热屏4内层为碳毡，外层包裹钼片。
所述的装料机构5与副炉筒102用转轴连接，副炉筒102旋转打开可露出上炉盖103顶部的装料口104，通过装料口104装入石英锭料。
所述的籽晶旋转提升装置101安装于副炉筒102上，控制炉体1内熔制的石英锭料提升和旋转。
所述的炉底盘107上安装有坩埚旋转升降机构106，控制炉体1内坩埚托盘108的升降和旋转，且与炉底盘107连接的取料机构6，可控制炉底盘107向下打开，供叉车臂进入取出坩埚托盘108及熔制后的产品。
具体工作过程为：启动装料机构5，提升副炉筒102使其与上炉盖103脱离接触，将副炉筒102旋转90度使上炉盖103顶部的装料口104露出。用籽晶旋转提升装置101将石英锭料提升至副炉筒102内部，关闭副炉筒102，通过装料口104将副炉筒102里的石英玻璃锭料放入坩埚托盘108上的坩埚中心位置。打开水冷系统并启动真空系统对炉体抽真空，至5Pa。启动坩埚旋转升降机构106提升装置，使其按1~10rpm速度旋转。给加热器2通电加热炉体1内部，升温速率控制为8.5℃/min。当 炉体1内部升温到1600℃后，停止抽真空并在炉体1内充入氩气，使炉体1内压力升到0.015MPa的微正压状态。调整升温速率为1.5℃/min，炉体1内部继续升温到1830℃并保持。保温状态结束后，利用加热器2控制炉体1内部缓慢降温至80℃，降温过程根据工艺要求分为多个降温速率的阶段，最高降温速率控制为8℃/min。启动取料机构6打开炉底盘107，用坩埚升降机构106顶升坩埚托盘108使坩埚托盘108下方可以插入叉车臂，用叉车取出坩埚托盘108及坩埚，得到熔制的石英玻璃。

Claims (9)

1.一种石英玻璃熔化炉，其特征在于，所述的熔化炉包括：炉体（1）、加热器（2）、反射屏（3）及隔热屏（4）、装料机构（5）、取料机构（6）；所述的隔热屏（4）紧贴炉体（1）内壁安装，反射屏（3）覆盖在隔热屏（4）上，加热器（3）悬挂安装在炉体（1）内部及隔热屏（4）上，装料机构（5）在炉体（1）外与炉体（1）上部连接，取料机构（6）在炉体（1）外与炉体（1）底部连接。
2.根据权利要求1所述的石英玻璃熔化炉，其特征在于，所述的炉体（1）包括籽晶旋转提升装置（101）、副炉筒（102）、上炉盖（103）、装料口（104）、中炉筒（105）、坩埚旋转升降机构（106）、炉底盘（107）、坩埚托盘（108）；所述的籽晶旋转提升装置（101）安装在副炉筒（102）顶部，副炉筒（102）下部与上炉盖（103）的装料口（104）通过法兰连接，上炉盖（103）安装在中炉筒（105）顶部，坩埚旋转升降机构（106）安装在炉底盘（107）中心位置；所述的坩埚托盘（108）放置在坩埚旋转升降机构（106）上，炉底盘（107）通过取料机构（6）顶升与中炉筒（105）紧密接触，炉底盘（107）与中炉筒（105）连接处内部有密封圈密封，外部用卡扣固定连接。
3.根据权利要求1或2所述的石英玻璃熔化炉，其特征在于，所述的炉体（1）采用双层水冷结构，炉体（1）外壁中空，冷却水通过泵送从进水口流入，从出水口流出，给炉体（1）外壁降温。
4.根据权利要求1或2所述的石英玻璃熔化炉，其特征在于，所述的加热器（2）分为主加热器（201）和下补偿加热器（202），主加热器（201）安装在炉体（1）的中炉筒（105）内壁，下补偿加热器（202）安装在炉体（1）的炉底盘（107）内壁。
5.根据权利要求1或5所述的石英玻璃熔化炉，其特征在于，所述的反射屏（3）为多层结构，每层反射屏（3）用小块搭接，各层之间用支撑条隔开。
6.根据权利要求1或5所述的石英玻璃熔化炉，其特征在于，所述的隔热屏（4）内层为碳毡，外层包裹钼片。
7.根据权利要求1或2所述的石英玻璃熔化炉，其特征在于，所述的装料机构（5）与副炉筒（102）通过转轴连接，副炉筒（102）旋转打开可露出上炉盖（103）顶部的装料口（104），通过装料口（104）装入石英锭料。
8.根据权利要求1或2所述的石英玻璃熔化炉，其特征在于，所述的籽晶旋转提升装置（101）安装于副炉筒（102）上，控制炉体（1）内熔制的石英锭料提升和旋转。
9.根据权利要求1或2所述的石英玻璃熔化炉，其特征在于，所述的炉底盘（107）上安装有坩埚旋转升降机构（106），控制炉体（1）内坩埚托盘（108）的升降和旋转；与炉底盘（107）连接的取料机构（6），控制炉底盘（107）向下打开，叉车臂伸入炉体（1）取出坩埚托盘（108）及熔制后的产品。
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