CN1438193A - 在溶胶－凝胶工艺中除去大气泡的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种生产石英玻璃的工艺，其中溶胶在一定的压力下从混合器转移到成型设备中。对溶胶的转移通道抽真空，以除去当溶胶从混合器转移到成型设备时可潜在产生的大气泡。连接在用于盛溶胶的混合器和用于形成凝胶的成型设备之间的管道内部维持真空状态，以便有效地除去在转移溶胶的过程中可潜在产生的大气泡。
Description
技术领域
本发明涉及一种使用溶胶-凝胶工艺生产石英玻璃的方法，更具体而言，涉及一种在溶胶-凝胶工艺过程中除去在溶胶上形成的大气泡的方法，以生产高纯度的石英玻璃。
背景技术
由于石英玻璃材料的透明性、化学惰性、优异的热稳定性和强度、以及低的热膨胀系数，其被广泛用作光学元件，例如光纤和光学透镜。光纤是由内芯和包层构成的，内芯和包层具有不同的折射率，以确保光学信号在芯元件内部的全反射。这种光纤通常是由光纤预制品生产的，其是通过进行热处理，然后拉伸该预制品到一定的直径而进行生产的，所述预制品是由芯棒和围绕芯棒的被覆管构成的。生产光纤预制品所用的常规技术是改进的化学气相沉积(MCVD)法，外气相沉积(OVD)法等。MCVD技术允许使用溶胶-凝胶工艺由高纯度石英玻璃被覆管来制造光学纤维。
溶胶-凝胶工艺包括能够给出高产率和高经济效率的液相操作，例如制品的组成可自由调整并可在低温下处理。在操作中，溶胶-凝胶工艺在混合器中将石英、添加剂和去离子剂混合形成溶胶。关于这点，申请人在1998年2月16日提交的标题为“石英玻璃的生产方法”的韩国公开专利申请1998-4604中公开了一种方法，该方法是在惰性气体的压力下将溶胶注入到模具中，然后利用水含量的差别或利用泵将它们注入到混合器中。然而，该方法将溶胶暴露于环境大气下，以致于气泡和残余气体有留在溶胶中的倾向，由此会使制品的可靠性降低。
发明内容
本发明通过提供一种除去在溶胶-凝胶过程中可能潜在产生的大气泡的方法而解决上述问题，并提供另外的优点。
根据本发明的一个方面，在溶胶-凝胶过程中除去大气泡的方法包括除去在溶胶转移到成型设备的过程中产生的气泡，由此生产形成制品的高纯度石英玻璃。
根据本发明的另一个方面，除去大气泡的方法包括用真空泵同时对溶胶的转移通道和含有溶胶的混合器抽真空。
根据本发明的另一个方面，除去大气泡的方法包括下列步骤：在预定的压力下将溶胶从混合器中转移到成型设备中，对溶胶的转移通道抽真空，以除去在溶胶从混合器转移到成型设备的过程中产生的大气泡。为了有效地除去在转移阶段于溶胶中产生的大气泡，该发明方法不仅对含有溶胶的混合器抽真空，也对将溶胶从混合器转移到成型设备的过程抽真空。
根据本发明的再一个方面，抽真空是指利用安装在含有溶胶的混合器中的真空泵。同样地，当保持混合器的内部处于真空状态时，该真空泵可同时保持溶胶的转移通道处于真空状态，所述溶胶的转移通道连接于混合器和成型设备之间。
根据本发明的再一个方面，在混合器和成型设备之间的溶胶的转移通道是采用管和安置在管的某些部分的阀门形成的，以致于该阀门在安置在混合器中的真空泵的驱动下密闭，使管的内部同样也成为真空状态。该阀门可优选安置在过滤器的后端，以在溶胶通过过滤器时除去溶胶中产生的大气泡。而且，限定溶胶转移通道的管具有除去凝聚粒子的过滤器，该粒子是在从混合器开始的转移过程中在溶胶中产生的。
在实施方案中，溶胶从混合器到成型制品的转移通道可以是除管之外的其它替代品，只要其它替代品可实现该目的即可。虽然本发明同时将真空泵应用到混合器和转移通道，也可使用附加的真空装置对转移通道进行抽真空。
根据本发明的又一个方面，生产石英玻璃的设备包括：用于盛溶胶的混合器；用于将其中得到的溶胶凝胶化的成型设备；用于将溶胶从混合器转移到成型设备的连接装置；与混合器相连的真空泵；和连接到混合器上的真空装置，其用于对混合器和连接装置的内部抽真空。该设备还包括在混合器和成型设备之间沿着连接装置安置的阀门，其中该阀门是密闭的，以保持混合器和连接装置处于真空状态，并且当溶胶从混合器通过所述的连接装置转移到连接装置时，该阀门是打开的。
附图说明
从下面的结合附图的详细描述中，将会更清楚地理解本发明的上述特征和其它优点，其中：
图1是根据本发明优选实施方案的溶胶-凝胶工艺的示意图；
图2是采用常规石英玻璃生产方法生产的石英玻璃图；和
图3是根据本发明优选实施方案生产的石英玻璃图。
具体实施方案
在下面的说明中，为了解释而非限定的目的，列出了诸如特定的构造、界面、技术等的具体细节，以提供对本发明的详细理解。但是，本领域的技术人员应该清楚，可采用脱离这些具体细节的其它实施方案进行本发明。从简洁和清楚的目的出发，省略了众所周知的装置、线路和方法的详细描述，以便不用非必要的细节遮掩本发明的说明书。
图1是说明根据本发明的优选实施方案的溶胶-凝胶工艺的示意图。根据本发明，在将溶胶11提供给成型设备16的过程中，液体形式的溶胶11最初是置于混合器10中的。溶胶11是通过将高纯度石英、添加剂和去离子水混合在一起形成的。添加剂可包括分散剂、偶联剂、增塑剂和胶凝剂等。分散剂可利用氢氧化四甲铵、氢氧化四乙铵等，即4级氢氧化铵。偶联剂可利用polyethyl oxasoline，聚乙酸乙烯酯等。增塑剂可利用诸如乙二醇的多元醇。最后，胶凝剂可包括甲酸甲酯、乳酸甲酯等，即选自甲酸、乳酸和乙二醇酸的水溶性脂肪族酯。
如图1所示，通过将上述石英和添加剂混入混合器10中形成溶胶11，然后将溶胶11老化预定的时限。之后，将溶胶11通过连接装置转移进入成型设备16中，然后在其中进行凝胶化作用。连接装置可包括具有特定直径的导管或管道13。沿管道13安置过滤器14，以清理在转移过程中于溶胶11中形成的凝聚粒子。
盛有溶胶11的混合器10安装有真空泵12，采用该真空泵来清理溶胶11的气泡或残余气体。在泵12的运行过程中，安置在过滤器14输出端的阀门15被关闭，以致于作用于混合器10直到管道13的阀门15上的真空效果被施加于其上。上述过程重复几次，以使从混合器10到阀门15的区域达到真空状态，然后将惰性气体引入到真空状态的混合器10中，以便该惰性气体的压力可将溶胶11从混合器10中转移到成型设备16中。惰性气体可以是氮气或其它相当的气体。请注意，阀门15位于成型设备16的入口之前，以保持整个管道13处于真空状态。
图2是采用常规石英玻璃生产方法生产的石英玻璃图，而图3是根据本发明优选实施方案生产的石英玻璃图。比较图2和3，从图3中可以看出，可有效地从石英玻璃中除去大气泡的存在，所述石英玻璃是根据本发明得到的。本发明的方法可保持连接在混合器和成形设备之间的管道内部处于真空状态，以有效除去如在现有技术中当溶胶通过过滤器时可潜在产生的大气泡。
当具有这样描述的除去在制造过程中于溶胶中形成的气泡的方法的优选实施方案后，本领域的技术人员将很清楚，本发明的某些优点可实现。虽然已举例说明和描述了本发明的优选实施方案，本领域的技术人员应理解，各种改变和修改是可以进行的，在不脱离本发明实际范围的条件下，对其要素可进行等同替换。另外，在不脱离核心范围的条件下，可进行多种修改以适应本发明的特定条件和教导。因此，本发明不局限于如进行本发明的最佳模式所公开的特定实施方案，但本发明包括所有落在后附权利要求范围中的实施方案。
Claims (19)
1.一种生产石英玻璃的方法，该方法包括下列步骤：
(a)在预定的压力下将溶胶从混合器转移到成型设备中；和
(b)通过对将溶胶从混合器转移到成型设备的转移通道抽真空来除去大气泡。
2.权利要求1的方法，其中通过抽真空操作将溶胶的转移通道和混合器同时维持在真空状态。
3.权利要求1的方法，其中使用连接到混合器的真空泵将混合器和溶胶的转移通道维持在真空状态。
4.权利要求1的方法，还包括沿溶胶的转移通道安置过滤器的步骤，以除去经过其中的凝聚粒子。
5.权利要求4的方法，其中真空泵在过滤器后端的阀门关闭后被驱动，以维持混合器和溶胶的转移通道处于真空状态。
6.权利要求1的方法，其中溶胶的转移通道包括连接在混合器和成型设备之间的具有预定厚度的中空管。
7.权利要求1的方法，还包括重复所述的步骤(a)和(b)预定的时间次数的步骤，以使从混合器到成型设备的区域处于真空状态。
8.权利要求1的方法，还包括在真空状态下将惰性气体引入到混合器中的步骤，以便该惰性气体的压力可将溶胶从混合器转移到成型设备中。
9.权利要求8的方法，其中惰性气体是氮气。
10.一种生产石英玻璃的方法，包括下列步骤：
在混合器和连接混合器和成型设备的转移通道中提供溶胶；
在混合器和转移通道中提供真空状态；和
在真空状态下将惰性气体引入到混合器中，以便该惰性气体的压力可将溶胶从混合器中转移到成型设备中。
11.权利要求10的方法，其中通过连接到混合器的真空泵将溶胶的转移通道和混合器同时维持在真空状态。
12.权利要求10的方法，还包括沿溶胶的转移通道安置过滤器的步骤，以除去经过其中的凝聚粒子。
13.权利要求10的方法，其中溶胶的转移通道包括连接在混合器和成型设备之间的具有预定厚度的中空管。
14.一种用于进行溶胶-凝胶工艺以生产石英玻璃的装置包括：
用于盛溶胶的混合器；
用于将其中得到的溶胶凝胶化的成型设备；
用于将溶胶从混合器转移到成型设备的连接装置；
与混合器相连的真空泵；和
和连接到混合器上的真空装置，其用于对混合器和连接装置的内部抽真空。
15.权利要求14的装置，还包括在混合器和成型设备之间沿着连接装置安置的阀门。
16.权利要求15的装置，其中所述阀门是密闭的，以便维持混合器和连接装置处于真空状态。
17.权利要求15的装置，其中当溶胶从混合器经过连接装置转移到成型设备时，所述阀门是打开的。
18.权利要求14的装置，其中通过将惰性气体引入到混合器中，以便该惰性气体的压力将溶胶从混合器转移到成型设备中，将溶胶从混合器中经过连接装置转移到成型设备中。
19.权利要求14的装置，还包括沿所述连接装置的过滤器，以除去经过其中的凝聚粒子。
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