CN1160264C - 玻璃质材料管,特别是石英玻璃管的制造方法 - Google Patents

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Abstract

本文涉及一种制造玻璃质材料管,特别是石英玻璃管的方法,其中一种玻璃质材料的空心圆柱半成品基本上垂直地送入加热区加热,并在由半成品形成管的过渡区的条件下不用工具向下拉伸,而且在过程连续地测量管的直径和壁厚,测出的管的几何数据用于产生控制信号,藉助该信号控制半成品、过渡区段和管的内空间压力P1和加热空间即至少在从半成品到管的过渡区段及其相邻的管区段的加热区内的压力P2之间的压差。这种方法应该进行扩展,以致可将各种尺寸的空心圆柱半成品加工成预期内外尺寸的管。本发明达到此一目标的措施是:为制造外径(DRa)/内径(DRi)比大于半成品外径(DHa)/内径(DHi)比的管子,将过渡区段和半成品及管内部空间的压力P1的值维持小于加热空间压力P2的值,其中压力P1藉助于抽吸泵维持。

Description

玻璃质材料管,特别是石英 玻璃管的制造方法
本发明涉及一种制造玻璃质材料管,特别是石英玻璃管的方法,其中一种玻璃质材料的空心圆柱半成品基本上垂直地送入加热区加热,并在由半成品形成管的过渡区的条件下不用工具向下拉伸,而且在过程连续地测量管的直径和壁厚,测出的管的几何数据用于产生控制信号,籍助该信号控制半成品、过渡区段和管的内空间压力P1和加热空间即至少在从半成品到管的过渡区段及其相邻的管区段的加热区内的压力P2之间的压差。
现有的一种方法可从EP-A1 394 640获知。为了制造管子,石英玻璃或硅酸含量高的玻璃呈空心圆柱半成品的形式以垂直方法拉伸成管,其间管内空间的压力高于外压,即在加热区内半成品和管外部形成的压力。用这种方法制造的管的外径和内径比最多只能相当于空心圆柱半成品的外径和内径比;但一般说来,用该已知方法得到的管子的外径和内径比要小于半成品外径和内径比。
此外,从EP-A1 259 877获知制造内径很小的毛细管的方法。此外这种毛细管的外径通常5倍于内径。这类毛细管的制造是通过多个直径不相同的玻璃管相互排列实现的,其中这些玻璃管各自的内径和外径相互匹配。将这些玻璃管相互插入之后,将排列件加热,各个管在纵向拉伸的条件下互相熔化。当然,这种过程方式要求储备大量内径和外径不同的玻璃管。此外,同轴排列要求在拉伸和熔化时将管的两端较精确地夹紧。再次,各预制的互相插入的玻璃管的几何尺寸应非常精确,以便尤其保证各管的均匀连结。
从现有的技术水平出发,本发明的目的在于,继续发展前言所述的方法,使其能将各种各样的空心圆柱半成品加工成预期的内尺寸和外尺寸的管子。
实现前言所述方法的目的的措施如下:为制造其外径(DRa)与内径(DRi)的比大于半成品的外径(DHa)与内径(RHi)比的管子,应将半成品内空间,即过渡区段和管的内空间的压力值P1维持在小于加热区的压力值P2,而且压力P1藉助抽吸泵维持。
通过对半成品或管内压力P1和其外部压力P2的定值调节和理论值与实际值的补偿调节可制造的外径与内径比在较大的范围的管子。特别是本发明的方法可制造壁厚与外径比大于半成品的壁厚与外径比的管子。藉助于这种措施可以大大扩展利用现有半成品制造管子的可能性,从而提高现有拉管装置的灵活性和经济性。
为了调节压力P1,宜在制管过程中将管的反向半成品的一端封死,然后通过进入半成品、过渡区段和管内的气流的引入调节管内压力P1,并藉助于一抽吸泵维持在预计值。用这种方式可保持和定值调节管内的定值低压。
曾经发现,管的质量很大程度上受管内压力波动的影响,在压力波动细小时亦是如此。为了克服这种压力波动的影响,本方法的另一个方案中,在气流引入半成品之前首先将其送入起缓冲作用的容器,该容器位于抽吸泵和管内空间之间。
其次,已经证明,将一种惰性气体引入半成品和管的内部空间是适宜的。惰性气体带来的优点是在其与热部件,甚至在与热的炉子部件接触时能避免发生氧化。
特别是在管和半成品内部空间的压力值P1要保持在比加热空间压力值P2小5mbar-200mbar的情况下,可以达到加工半成品外径(DHa)与半成品内径(DHi)的比在1.5-4.5范围内的半成品的目的,该范围是一个很宽的范围。
在加热空间压力P2接近大气压的情况下,本方法变得甚为简单。
当由半成品制成管子的过程中对要制造管子的内径和外径能产生影响,这时当DRa与DRi比偏离给定值时,产生一个控制信号,藉助此信号控制与抽吸泵串联的阀门,使其关闭一段时间,直至重新达到给定值,达到给定值之后,该阀门重新开启。这种控制过程不断重复,以便使要制造的管子的内径和外径保持在给定值范围。从管子拉伸的方向看,宜直接在过渡区段之后但仍在加热空间内设置管子的直径(内径和外径)的测量点,并利用这种几何数据产生控制信号以控制压差。
曾经表明,本方法特别适于制造管外径与管内径之比(DRa/DRi)大于1.5的管子;此外这个比值(DRa/DRi)宜在1.8-5.0范围内。此外,本方法还能对DRa与DRi比值大于1.5的管子进行优化,如果采用一种半成品外径DHa与半成品内径DHi之比在1.5-4.5范围之内的半成品。
本发明的方法特别适于制造内径小,抗断裂强度高的毛细管,因为在一个工序中能够产生壁厚较大的管子。
本发明的方法还特别适用于制造用于生产光波导管的管子。为此采用高纯石英玻璃,特别是合成玻璃的半成品。由此制造出的管子可用作套管,例如按著名的Stab-in-Rohr技术制造光波导体,或在著名的MCVD方法或PCVD方法中作为基材。
下面将参照附图叙述本发明方法的实施例子的优选工艺参数以及实施本方法的相应装置。
如图所示,实施本发明方法的布置方案包括-直立布置的炉1,其带有位于上部的炉的入口2和位于下部的炉的出口3,炉1的内加热空间4的加热温度可达2300℃以上。
石英玻璃空心圆柱5作为半成品,其上端用盖6密封,半成品经炉的入口2从上面藉助一种合适的引导装置送入炉的内部空间4。该石英玻璃空心圆柱5,其上端被盖6密封,通过供应导管7与工艺容器8相连,后者一方面经截止阀9与惰性气体供应罐相连,另一方面通过可调节阀11与真空泵12相连。
石英玻璃空心圆柱5作为半成品送入炉1的内部空间4,其中半成品在变形区13软化,该区大约位于炉内部空间4的中部,用点划线表示,这样,在按箭头14的方向拉伸下,石英玻璃空心圆柱5的壁截面的锥形化形成一种拉伸球茎体。炉1的出口装设带有引导辊17的拉伸装置16。
从图可以看出,在管的拉伸段18的管内空间19或石英玻璃空心圆柱5的内空间内用一塞子20,例如硅塞塞住。
在拉伸过程中炉1的内部空间4和管内空间19或石英玻璃空心圆柱5的内空间内的压力比可定值调节和改变。为此装有压力测仪器21监测内空间19的压力,以及另一压力测量仪器22测量炉1内部空间4的压力。此外,可从图看出,本装置还装有压力调节器23以控制调节阀11;温度调节器24以调节炉温;高温计25测量以监测设定的炉温;另一高温计26测量拉伸球茎15范围的温度;直径测量仪器27以测量拉伸管18直接靠近拉伸球茎15处(即炉空间4内)的直径;另一直径测量仪器28以测量炉1外面拉伸管18的直径;壁厚测量仪器29以测量炉1外面拉伸管18的壁厚;速度测量仪器30以测量管18在箭头14方向上的拉伸速度;以及速度调节31以控制拉伸装置16并从而调节导引辊17的转速。如前所述,全部调节器、测量仪器和其它装置皆与中心工艺调节装置和控制装置相连。通过此中心工艺调节装置和控制装置给出设定值,例如石英玻璃空心圆柱5以及要制造的管子18的管尺寸、要求的物料通过量等等,如输入箭头33表示。第一个直径测量点直接位于拉伸球茎15之下,其测量值通过直径测量仪器27获取,并单用箭头34表示,而对拉伸管18位于炉1外面的直径测量仪器28的第二个测量点用箭头35表示。
根据大量的测量和调节装置以及其它监测装置可以看出,预期尺寸的管18的制造,从石英玻璃空心圆柱5开始可自始至终得到监测和调节,以适宜既定条件。
作为一个典型的例子将用上述的流程和设备制造管18,该管的外径为50mm,内径12mm,即DRa/DRi直径为4.17,为此采用石英玻璃圆柱5作半成品,其外径DHa/内径DHi的比值为3.17。比例的生产量为34kg/h。拉伸在2300℃的加热空间温度(炉1内部空间4的温度)下进行。在炉1运行过程中,加热空间4内的压力P2约为1120mbar。为了得到上面给定的管子比值4.17,在管内空间19中的压力P1应设为1070mbar。为此管18的内空间19用硅塞20在管18的端部封塞。内压通过真空泵12经附件,图中的盖6,在石英玻璃空心圆柱5的上端形成。为了抑制可能产生的压力波动,在真空泵12和石英玻璃空心圆柱体之间用工艺容器8作缓冲。
在管18拉伸到预期的长度之后,可将管分离。因此,内室19的压力需在短时间内消除。在管端重新用塞子20塞封之后,由于压力调节的缘故,消失的压力可在<2秒的时间内得到补偿。
曾经表明,在这样短的时间内未曾发现对管子尺寸有负面影响,这样可拉伸出壁厚以及内径和外径保持不变的管子18。
下面列举两个由石英玻璃空心圆柱5制造的有典型尺寸的管子和操作参数的例子:
例1:
石英玻璃空心圆柱的外径DHa=162mm
石英玻璃空心主的内径DHi=48mm
比值DHa/DHi=3.375
管子尺寸
管外径(DRa)=60mm
管内径(DRi)=15mm
比值DRa/DRi=4
石英玻璃通过量:35kg/h
炉内部空间温度2200℃
加热空间压力P2和管子压力P1的压差为30mbar,其中P2=1090mbar。
例2
石英玻璃空心圆柱外径DHa=162mm
石英玻璃空心圆柱内径DHi=52mm
比值DHa/DHi=3.116
管子尺寸
管外径(DRa)=67mm
管内径(DRi)=16mm
比值DRa/DRi=4.188
石英玻璃通过量:47kg/h
炉内空间温度2300℃
加热空间压力P2和管内压力P1之间的压差为15mbar,其中P2=1090mbar。

Claims (13)

1.一种制造玻璃质材料管的方法,其中一种玻璃质材料的空心圆柱半成品垂直地送入加热区加热,并在由半成品形成管的过渡区的条件下不用工具向下拉伸,而且在过程连续地测量管的直径和壁厚,测出的管的几何数据用于产生控制信号,藉助该信号控制半成品、过渡区段和管的内空间压力P1和加热空间即至少在从半成品到管的过渡区段及其相邻的管区段的加热区内的压力P2之间的压差,其特征在于,为制造外径(DRa)/内径(DRi)的比值大于半成品外径(DHa)/内径(DHi)的比值的管子,过渡区段和半成品和管子内空间压力P1值保持小于加热空间内的压力P2的值,其中压力P1藉助抽吸泵维持。
2.权利要求1的方法,其特征在于,反向半成品的管端在其制造过程中保持密封,通过向半成品、过渡区段和管的内部空间引入调节气流并藉助抽吸泵将压力P1保持在预先计算的值。
3.权利要求2的方法,其特征在于,气流在进入到半成品、过渡区段和管子内空间之前,经由作为缓冲的与抽吸泵相连的容器引入。
4.权利要求2的方法,其特征在于,将一种惰性气体引入半成品、过渡区段和管的内空间。
5.权利要求1的方法,其特征在于,压力P1的值保持比压力P2的值小5-200mbar。
6.权利要求5的方法,其特征在于,压力P1的值保持比压力P2的值小10-60mbar。
7.权利要求1的方法,其特征在于,压力P2的值至少保持在1000mbar。
8.权利要求1的方法,其特征在于,在管外径/管内径的比值(DRa/DRi)偏离预定的设定值时,藉助于控制信号使与抽吸泵串联的阀门关闭,直到达到设定值再打开该阀门。
9.权利要求1的方法,其特征在于,从半成品制造管外径(DRa)/管内径(DRi)的比值>1.5的管子。
10.权利要求9的方法,其特征在于,从半成品制造管外径(DRa)/管内径(DRi)比值在1.8-5.0范围的管子。
11.权利要求1或9的方法,其特征在于,采用半成品外径(DHa)/半成品内径(DHi)的比值在1.5-4.5范围的半成品。
12.权利要求1的方法,其特征在于,由半成品拉制毛细管。
13.权利要求1的方法,其特征在于,合成石英玻璃的半成品制造用于生产光波导管的管子。
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