CN203700168U - 一种大尺寸石英玻璃精密气氛调节退火炉 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种大尺寸石英玻璃精密气氛调节退火炉，包括：支架、炉体、底座、驱动装置、气氛调节系统和温度控制系统。炉体安置在支架上且其内部中空形成炉膛，炉膛内壁设有加热层，加热层之外设有保温层；底座置于炉体的正下方，底座上依次设有保温层、加热层以及主轴，主轴的上端连接有托盘；驱动装置连接底座和主轴，驱动主轴旋转以及驱动底座沿支架垂向滑动；气氛调节系统包括设置于炉体上的进气通道和出气通道，进气通道上设有压力、流量调节器；温度控制系统包括多个分散设置于炉膛内壁的热电偶以及控制器。本实用新型可对直径600-700mm的石英玻璃进行精密退火，并制备结构浓度不同的石英玻璃，同时退火后应力双折射值达Ⅰ-Ⅱ类的要求。

Description

一种大尺寸石英玻璃精密气氛调节退火炉

技术领域

本实用新型涉及一种玻璃退火炉，特别是涉及一种大尺寸石英玻璃精密气氛调节退火炉。

背景技术

石英玻璃以其高纯、高的透光性以及低的热膨胀性等一系列优良的理化性能成为一种重要的基础材料，其广泛应用于微电子、光纤通讯、激光、传感技术等高新技术领域。

石英玻璃内部的羟基含量、氧空位等都是影响石英玻璃关键性能（如光学均匀性、激光损伤阈值、紫外红外光谱特性等）的重要因素。随着大尺寸石英玻璃应用领域的拓展，对控制不同羟基含量、氧空位等结构状态的石英玻璃的需求越来越多。但是，目前国内外熔制石英玻璃的工艺主要有四种，由其工艺决定的内部羟基、氧空位等状态基本一致。

同时，随着各领域技术的飞速发展，对石英玻璃的直径由100-500mm扩大到600-700mm，如此大尺寸的石英玻璃中应力的存在会影响石英玻璃的光学均匀性、表面面形稳定性等。

目前，国内外尚无一种大尺寸石英玻璃精密气氛调节退火炉，能够对直径600-700mm的大尺寸石英玻璃进行精密退火，还能获得不同羟基含量、氧空位等结构状态的石英玻璃。

实用新型内容

为了解决上述技术问题，本实用新型提供一种大尺寸石英玻璃精密气氛退火炉，本实用新型可对直径600-700mm的大尺寸石英玻璃进行精密退火，并制备结构浓度不同的石英玻璃，使退火后的石英玻璃应力双折射值达Ⅰ-Ⅱ类的要求。

为了实现上述技术目的，本实用新型采用如下技术方案：

一种大尺寸石英玻璃精密气氛调节退火炉，该退火炉包括：支架、炉体、底座、驱动装置、气氛调节系统以及温度控制系统；其中，

所述炉体安置在所述支架上，且所述炉体内部中空以形成炉膛，所述炉膛内壁设置有加热层，所述加热层与所述炉膛内壁之间设置有保温层；

所述底座安置于所述炉体的正下方，且滑动连接于所述支架，所述底座上依次铺设有保温层和加热层，所述底座上还设置有主轴，所述主轴穿过所述底座以及所述底座上的保温层和加热层，所述主轴的上端连接有托盘；

所述驱动装置分别连接所述底座、所述主轴，用于驱动所述底座沿着所述支架垂向滑动以及驱动所述主轴旋转；

所述气氛调节系统包括进气通道、出气通道以及压力、流量调节器；所述进气通道、出气通道设置于所述炉体上，所述压力与流量调节器设置于所述进气通道上；

所述温度控制系统包括多个热电偶以及控制器，所述多个热电偶分散地设置于所述炉膛内壁，所述控制器与所述多个热电偶以及所述加热层连接。

进一步地，所述炉膛为圆筒状，且所述炉膛的内径为800-900mm。

进一步地，所述托盘上设置有用于使石英玻璃竖直错位放置的样品架。

进一步地，所述样品架包括底板以及设置在底板上的多条平行的隔板，且所述隔板之间形成用于固定石英玻璃的槽。

进一步地，所述托盘与所述底座上加热层的距离为5-8mm，所述托盘的材质为耐高温材料。

进一步地，所述出气通道与所述进气通道相对设置，其中，所述进气通道与所述出气通道不在同一水平上，且所述出气通道与所述进气通道之间的纵向距离为150-250mm，进气通道与底座的纵向距离为15-50mm。

进一步地，所述加热层内包括多片所述纤维炉材，且所述纤维炉材内设置有“S型”排布的电炉丝。

进一步地，所述底座上的加热层为圆柱状，且其直径与所述炉膛内壁的直径一致。

进一步地，所述支架的侧部设置有导轨，所述底座与所述导轨滑动连接。

进一步地，所述驱动装置包括第一驱动装置和第二驱动装置；其中，

所述第一驱动装置包括升降电机、齿轮以及链条，其中，所述升降电机安置于所述支架上，所述升降电机连接所述齿轮，所述齿轮设置在所述支架上，所述齿轮通过所述链条与所述底座连接，用于驱动所述底座沿着所述支架上的导轨垂向滑动。

所述第二驱动装置包括减速电机以及与所述减速电机连接的变向齿轮；其中，所述减速电机设置在所述底盘的下方，所述变向齿轮连接所述主轴，用于驱动所述主轴旋转。

本实用新型的有益效果是：

（1）本实用新型采用的气氛调节系统可以向炉膛内通入不同气体，以调节石英玻璃内部的羟基含量、氧空位等结构状态，实现不同应用要求的、特殊性能石英玻璃样品的制备，同时可满足退火后应力双折射值达Ⅰ-Ⅱ类的要求。

（2）本实用新型提供的炉体的炉膛内径为800-900mm，可对直径为600-700mm的石英玻璃进行气氛退火，且通过精密的温度控制系统，使炉膛内的最高温度可达1400℃且炉膛内各点温度差为0.5℃，从而能够对600-700mm的大尺寸石英玻璃进行精密退火，消除石英玻璃中的应力，使石英玻璃各部分结构趋于一致，以提高光学均匀性。

（3）本实用新型提供托盘以及托盘上设置的多条规格不同样品架可将多块石英玻璃竖直错位放置，增大了石英玻璃与气体的接触面积，更好地实现对石英玻璃内部结构的控制。

（4）本实用新型提供的驱动装置，一方面驱动底座沿着支架纵向滑动，从而方便放置样品或者取出样品；另一方面驱动所述底座上的主轴转动，从而带动托盘以及托盘上的石英玻璃做圆周运动，从而使石英玻璃受热均匀。

上述说明仅是本实用新型技术方案的概述，为了能够更清楚了解本实用新型的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本实用新型的较佳实施例并配合附图详细说明如后。

附图说明

图1是本实用新型提供的一种大尺寸石英玻璃精密气氛调节退火炉的结构示意图；

图2为本实用新型提供的一实施例示意图。

具体实施方式

为更进一步阐述本实用新型为达成预定实用新型目的所采取的技术手段及功效,以下结合附图及较佳实施例，对依据本实用新型提出的一种大尺寸石英玻璃精密气氛退火炉其具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如后。在下述说明中，不同的“一实施例”或“实施例”指的不一定是同一实施例。此外，一或多个实施例中的特定特征、结构、或特点可由任何合适形式组合。

本实用新型的一个实施例提供了一种大尺寸石英玻璃精密气氛调节退火炉，如图1所示，该退火炉包括支架1、炉体2、底座3、驱动装置、气氛调节系统以及温度控制系统。其中，炉体2安置在支架1的上端，炉体2内部中空以形成炉膛21，炉膛21的内壁上设置有加热层212，加热层212外还设置有保温层211。底座3置于炉体2的正下方且与支架1侧部设置的导轨11滑动连接，使底座3可以沿着导轨11垂向滑动以打开或者关闭炉膛21，从而方便放置或者取出样品；底座3上设置有加热层34和保温层33，保温层33设置于加热层34的下部，底座3上还设置有主轴31，且主轴31的上端依次穿过底座3以及底座3上的保温层33、加热层34；主轴31的上端设置有用于放置石英玻璃的托盘32。驱动装置分别连接底座3、主轴31，用于驱动底座3沿着支架1上的导轨11垂向滑动以方便取放样品，还驱动底座3上的主轴31旋转，以使托盘32上的石英玻璃受热均匀。气氛调节系统包括与炉膛21相通的进气通道51、出气通道54、压力流量调节器（如图1中的压力表53以及流量计52），其中进气通道51设置在炉体1的一侧，出气通道54设置在炉体1的另一侧，进气通道51用于连接进气管道，以向炉膛21输入气体，出气通道54连接出气管道，用于将炉膛21内的气体输出，且进气通道51和出气通道54上分别设置有阀门，用于实现炉膛21封闭和通气两种功能；进气通道51上设置有耐高温密封法兰，法兰采用硅胶密封圈密封，法兰内设置压力表53，可实测炉膛21压力，流量计52安装在进气通道51上用于精密控制输入炉体1内气体的流量。温度控制系统包括多个分散地设置在于炉膛21内壁的热电偶以及控制器，控制器设置在炉体2附近放置的电控柜（未示出）内，控制器与多个热电偶以及炉膛21内壁的加热层212、底座3上的加热层34连接；其中，热电偶用于测量炉膛21内壁各处的温度，并将实测温度反馈给控制器，控制器根据设定的温度与测试的温度做比较并自动对炉膛内的加热层34以及底座3上的加热层34调温，使其达到指定温度，通过温度控制系统炉膛21内的温度最高可达1400℃，且炉膛21内各点温度差不大于0.5℃，满足炉膛21内石英玻璃受热均匀的要求。

作为本实用新型的一优选实施例，托盘32上设置有用于使石英玻璃竖直放置的样品架，且样品架包括底板以及设置在底板上的多条平行的隔板321，隔板321之间形成用于固定石英玻璃的槽，退火时，将石英玻璃错位放置在槽内即可。作为优选，隔板321的规格、以及隔板321之间的距离不一致，使其可以放置不同规格尺寸的石英玻璃，以使石英玻璃竖直错位放置。通过本实施例提供的样品架可使多块石英玻璃竖直错位摆放，这样不仅可以增加石英玻璃与气体的接触面积，更好地实现对石英玻璃内部结构的控制，还可以使石英玻璃受热均匀。

作为本实用新型的一优选实施例，炉膛21为圆筒状，且炉膛21的内径为800-900mm，使其可以对直径为600-700mm的石英玻璃进行精密气氛退火，以填补了大尺寸石英玻璃精密气氛调节退火炉的空白。

作为本实用新型的一优选实施例，托盘32与底盘3上的加热层33的距离为5-8mm，托盘32以及主轴31的材质为耐高温材料；本实施例中，主轴31的材质优选为陶瓷，托盘32的材质优选为碳化硅、石英玻璃复合材料。

作为本实用新型的一优选实施例，炉膛21内壁上的加热层212以及底座上的加热层34内部都包含多片纤维炉材，且每片纤维炉材内设置有“S型”排布的电炉丝，本实施例中，纤维炉材选用高级莫来石纤维制作，其集耐火以及保温性能为一体，保温性能好、散热少。并且，底座3上的加热层34为圆柱状，其直径与炉膛21内壁的直径一致，底座3上保温层33的直径与炉膛21内壁上保温层211的外径相同，使得底座3上的加热层34与炉膛21内壁的加热层212紧密结合、底座3上的保温层33与炉膛21内壁的保温层212紧密结合使得炉膛21的热量很好地密封在炉膛21内，而不会散发出去。

作为本实用新型的一优选实施例，出气通道54设置于炉体2一侧的靠近炉体2上端的位置，进气通道51设置于炉体2的靠近底座3的位置处，且出气通道54与进气通道51之间的纵向距离优选为150-250mm，所述进气通道51的直径为50mm，且进气通道51与底座的距离优选为15-50mm。通过该设计，使炉膛21内的气流稳定，且可精密调节气体流量，便于调节石英玻璃内部的羟基含量、氧空位等结构状态，实现不同应用要求的、特殊性能石英玻璃样品的制备。

作为本实用新型的一优选实施例，支架1优选4个，其分别用于支承炉体2下侧的四角，每个支架1的侧部都设有导轨11，导轨11与底座3滑动连接，具体为，通过将滑块嵌在导轨11内，底座3与滑块连接，使滑块带动底座3沿着导轨11垂向滑动。

作为本实用新型的一优选实施例，驱动装置包括第一驱动装置和第二驱动装置。其中，第一驱动装置连接底座3，用于驱动底座3沿着支架1上的导轨11垂向滑动。第二驱动装置连接主轴31，用于驱动主轴31转动，使与主轴31连接的托盘32做圆周转动，从而保证托盘32上的竖直放置在样品架上的石英玻璃受热均匀。

作为优选，第一驱动装置包括升降电机（未示出）、4条链条42以及8个齿轮41；升降电机优选安置在支架1上，4个支架1的上端和下端分别设置有齿轮41，链条42通过支架1上端和下端的齿轮41。如图2所示，图2为4个支架的俯视图，支承炉体1前侧的两个支架1上端的齿轮41通过第一轴43连接，支承炉体1后侧的两个支架1上端的齿轮41通过第二轴44连接，升降电机的输出端连接第一轴43、第二轴44用于驱动4根支架1上的齿轮41转动，从而带动链条42传动，使与链条42连接的底座3在链条42的带动下做垂向滑动。并且，第一轴43和第二轴44通过同步轴45连接，以保证4条链条42同步驱动底座3垂向滑动。

第二驱动装置包括减速电机43以及与所述减速电机43连接的变向齿轮44。其中，减速电机43设置于底座3的中心处下方，变向齿轮44连接主轴31，用于驱动主轴31旋转，使托盘32以及托盘32上的石英玻璃做圆周运动。

作为本实用新型的一优选实施例，支架1上还设置有行程开关（未示出），行程开关的输出端连接升降电机，行程开关可以设置成底座3上的保温层33与炉膛21内壁的保温层211紧密结合时，行程开关发出信号使升降电机停下。

使用上述实施例提供的大尺寸石英玻璃精密气氛调节退火炉进行退火时，首先启动升降电机使底座3沿着支架1上导轨11垂向下滑动至导轨11的最低点，将多块待退火的大尺寸石英玻璃放置在托盘32上的样品架上，再次启动升降电机，通过齿轮41连接的链条42带动底座3向上滑动，当底座3上的保温层33与炉膛21内壁的保温层211紧密结合时，则炉膛21完全闭合，通过行程开关控制关闭升降电机。启动电机43，通过变向齿轮44驱动主轴31旋转，同时带动托盘32、样品架一同做圆周运动，此时，通过进气通道51开始缓慢通气，气体的流量由流量计52控制，并打开出气通道54，通气1-2h，待炉膛21内部气流稳定后，开始加热，升温速率不可大于1.6-5℃/min，待温度稳定在1000-1300℃（不同气体的温度不同）后，通过阀门先后关闭出气通道54和进气通道52，通过压力表53读数，保压炉体内气体的压力为0.1-0.5Pa，持续4-5h后，通过阀门开启出气通道54和入气通道51，使得炉膛21内部的气体重新开始流动，精密控制流量为10-50sccm，每24h保压一次。保持温度不变，持续5-25天后，以0.1-3℃/min的速率降温，待温度低于300-500℃后，关闭流量计52、出气通道54、总电源，待炉膛21内的温度自然冷却至室温，便完成了对大尺寸石英玻璃的精密气氛调节退火。

利用该实施方法通气后可获得含相应ppm的羟基含量<1ppm,1-10ppm,10-200ppm,200-500ppm,500-800ppm,800-1000ppm,1000-1200ppm，从而可以制备不同内部结构的大尺寸石英玻璃，经测试，制备的大尺寸的应力双折射值满足Ⅰ-Ⅱ类的要求。

综上，本实用新型提供的大尺寸石英玻璃精密气氛调节退火炉，不仅能够对600-700mm的大尺寸石英玻璃进行精密退火，消除石英玻璃中的应力，使石英玻璃各部分结构趋于一致，以提高光学均匀性，还能获得不同羟基含量、氧空位等结构状态的石英玻璃，同时满足退火后应力双折射值达Ⅰ-Ⅱ类的要求。

以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例而已，并非对本实用新型作任何形式上的限制，依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本实用新型技术方案的范围内。

Claims (10)

1.一种大尺寸石英玻璃精密气氛调节退火炉，其特征在于，该退火炉包括：支架、炉体、底座、驱动装置、气氛调节系统以及温度控制系统；其中，

所述炉体安置在所述支架上，且所述炉体内部中空以形成炉膛，所述炉膛内壁设置有加热层，所述加热层与所述炉膛内壁之间设置有保温层；

所述底座安置于所述炉体的正下方，且滑动连接于所述支架，所述底座上依次铺设有保温层和加热层，所述底座上还设置有主轴，所述主轴穿过所述底座以及所述底座上的保温层和加热层，所述主轴的上端连接有托盘；

所述驱动装置分别连接所述底座、所述主轴，用于驱动所述底座沿着所述支架垂向滑动以及驱动所述主轴旋转；

所述气氛调节系统包括进气通道、出气通道以及压力、流量调节器；所述进气通道、出气通道设置于所述炉体上，所述压力、流量调节器设置于所述进气通道上；

所述温度控制系统包括多个热电偶以及控制器，所述多个热电偶分散地设置于所述炉膛内壁，所述控制器与所述多个热电偶以及所述加热层连接。

2.根据权利要求1所述的大尺寸石英玻璃精密气氛调节退火炉，其特征在于，所述炉膛为圆筒状，且所述炉膛的内径为800-900mm。

3.根据权利要求1所述的大尺寸石英玻璃精密气氛调节退火炉，其特征在于，所述托盘上设置有用于使石英玻璃竖直错位放置的样品架。

4.根据权利要求3所述的大尺寸石英玻璃精密气氛调节退火炉，其特征在于，所述样品架包括底板以及设置在底板上的多条平行的隔板，且所述隔板之间形成用于固定石英玻璃的槽。

5.根据权利要求4所述的大尺寸石英玻璃精密气氛调节退火炉，其特征在于，所述托盘与所述底座上加热层的距离为5-8mm，所述托盘的材质为耐高温材料。

6.根据权利要求1所述的大尺寸石英玻璃精密气氛调节退火炉，其特征在于，所述出气通道与所述进气通道相对设置，其中，所述进气通道与所述出气通道不在同一水平上，且所述出气通道与所述进气通道之间的纵向距离为150-250mm，进气通道与底座的纵向距离为15-50mm。

7.根据权利要求1所述的大尺寸石英玻璃精密气氛调节退火炉，其特征在于，所述加热层内包括多片所述纤维炉材，且所述纤维炉材内设置有“S型”排布的电炉丝。

8.根据权利要求7所述的大尺寸石英玻璃精密气氛调节退火炉，其特征在于，所述底座上的加热层为圆柱状，且其直径与所述炉膛内壁的直径一致。

9.根据权利要求1所述的大尺寸石英玻璃精密气氛调节退火炉，其特征在于，所述支架的侧部设置有导轨，所述底座与所述导轨滑动连接。

10.根据权利要求9所述的大尺寸石英玻璃精密气氛调节退火炉，其特征在于，所述驱动装置包括第一驱动装置和第二驱动装置；其中，

所述第一驱动装置包括升降电机、齿轮以及链条，其中，所述升降电机安置于所述支架上，所述升降电机连接所述齿轮，所述齿轮设置在所述支架上，所述齿轮通过所述链条与所述底座连接，用于驱动所述底座沿着所述支架上的导轨垂向滑动。

所述第二驱动装置包括减速电机以及与所述减速电机连接的变向齿轮；其中，所述减速电机设置在所述底盘的下方，所述变向齿轮连接所述主轴，用于驱动所述主轴旋转。