DE1238627B - Verfahren zur Herstellung von Profilmaterial aus Quarz - Google Patents

Description

K IiJfUU JLlJi.

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

int. Ui.:

UUdD

Deutsche KL: 32 a-17/04

Nummer: 1 238 627

Aktenzeichen: G 39665 VI b/32 a

Anmeldetag: 22. Januar 1964

Auslegetag: 13. April 1967

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Profilmaterial aus Quarz.

Profilmaterial aus Quarz wird üblicherweise durch ein Verfahren hergestellt, bei dem Quarzsand zu einem Rohblock verschmolzen wird, welcher zur Ausbildung der gewünschten Form erneut geschmolzen wird. Ein derartiges Herstellungsverfahren ist jedoch sehr unwirtschaftlich, da z. B. nahezu 50 kg Rohmaterial zur Herstellung von 25 kg fertigen Profilmaterials benötigt werden und weil ferner Verluste durch Beschädigungen der Einrichtungen auftreten, die zum Schmelzen und Formen von Quarz verwendet werden. Ein Teil der Verluste tritt bei der Ausbildung des Rohblocks auf, weil Teile des Rohblocks absplittern oder weil zu viele Blasen oder Formrisse sich bilden. Die Öfen gestatten keine Beobachtung des Schmelzvorgangs, weshalb die einzelnen Verfahrensschritte ohne Beobachtungsmöglichkeit durchgeführt werden müssen. Der andere Teil der Verluste tritt bei den Ziehvorgängen auf, wenn die Rohre oder sonstiges Profilmaterial nicht den vorgegebenen Toleranzen entspricht und die Rohblöcke Endverlusten unterliegen. Schließlich sind die zur Ausbildung der Rohblöcke verwendeten Graphitformen gewöhnlich nach einmaliger Verwendung durch die Quarz-Graphit-Reaktion bei der Schmelztemperatur und durch Rissebildung während der Abkühlung unbrauchbar.

Es ist ferner ein Verfahren zur Herstellung von Kieselglasrohr in einem elektrischen Ofen bekannt, bei dem granulierter B.ergkristall in einen Schmelztiegel aus hochwertigem Graphit eingefüllt und der Ofen bis zur Beendigung der Schmelze evakuiert wird. Auch dieses Verfahren hat insbesondere den Nachteil, daß Graphitformen verwendet werden müssen, die schon nach einmaliger Verwendung unbrauchbar werden können. Der Verschleiß an Graphitformen ist besonders nachteilig, weil diese aus hochwertigem und damit teurem Graphit bestehen müssen. Ferner können die herzustellenden Quarzrohre durch Reaktionen mit dem Graphit verunreinigt werden, zumindest bei der ersten Schmelze. Schließlich ist auch hier der Schmelzvorgang nicht beobachtbar, und das Vakuum in der Graphitform kann nur verhältnismäßig schwer aufrechterhalten werden.

Unter Vermeidung der genannten Schwierigkeiten und Nachteile ist ein Verfahren zur Herstellung von Profilmaterial aus Quarz gemäß der Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß ein vorgeformtes, am einen Ende abgeschlossenes Quarzrohr in einer vertikalen Lage angeordnet wird, daß granulierter Verfahren zur Herstellung von Profilmaterial aus Quarz

Anmelder:

General Electric Company,
Schenectady, N. Y. (V. St. A.)

Vertreter:

Dipl.-Phys. F. Endlich, Patentanwalt,
Unterpfaffenhofen, Blumenstr. 5

Als Erfinder benannt:
Charles Robert Morelock,
New York, N. Y. (V. St. A.)

Beanspruchte Priorität:

V. St. v. Amerika vom 24. Januar 1963 (253 675)

Quarz in das Quarzrohr eingefüllt wird, daß das offene obere Ende des Quarzrohres an eine Evakuiereinrichtung angeschlossen wird, daß ständig ein Vakuum aufrechterhalten wird, daß das Quarzrohr und der granulierte Quarz in einer ersten Heizzone auf eine Temperatur erhitzt werden, die zu deren Entgasung ausreicht, daß das Quarzrohr durch die erste Heizzone in eine zweite Heizzone gesenkt wird, in der eine Erhitzung auf nicht weniger als etwa 1800⁰C erfolgt, um eine Schmelze aus dem Quarzrohr und dem granulierten Quarz herzustellen, und daß die Schmelze beim Austritt aus der zweiten Heizzone zu dem gewünschten Profil geformt wird.

Der mit dem Verfahren gemäß der Erfindung erreichte Fortschritt besteht insbesondere darin, daß jetzt keine Graphitformen mehr verwendet werden.

Die dafür verwendeten vorgeformten Quarzformen werden ohne Materialverluste zu dem Endprodukt mitverarbeitet. ,:

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Zweckmäßigerweise kann die Schmelze durch eine Matrize mit einem Dorn beim Austritt der zweiten Heizzone als Rohr abgezogen werden.

An Hand der Zeichnung soll die Erfindung näher erläutert werden. Es zeigt

F i g. 1 eine teilweise im Schnitt dargestellte Seitenansicht einer Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß der Erfindung und

F i g. 2 einen Querschnitt entlang der Linie 2-2 in Fig. 1. ίο

In F i g. 1 ist ein Quarzrohr 10 in einer vertikalen Lage dargestellt, wobei das untere Ende 11 abgeschlossen und das obere Ende 12 mit einer Vakuumpumpe über das Anschlußrohr 13 verbunden ist. Das Quarzrohr 10 besitzt einen größeren Durchmesser als das fertige Profil, so daß ein verhältnismäßig kurzes Stück eines Ausgangsrohrs 10 zur Herstellung von verhältnismäßig langen Fertigprodukten führen kann. Das Ende 12 des Quarzrohres 10 ist mit dem Anschlußrohr 13 mit Hilfe einer abdichtenden Befestigungseinrichtung 14 verbunden.

In dem geschlossenen Quarzrohr 10 ist z. B. Quarzsand 20 enthalten, welches Material vor dem Verschluß des Quarzrohres mit der Einrichtung 14 eingefüllt wurde. Der Quarzsand kann natürlich auftretender Quarzsand oder granuliertes Quarzgestein sein. Die jeweils gewünschte Sorte kann an sich beliebig ausgewählt werden.

Nach der Anordnung des Quarzrohres in der in Fig. 1 dargestellten Vertikallage und nach der Verbindung seines offenen Endes mit einer nicht dargestellten Evakuiereinrichtung, wird es in eine erste Heizeinrichtung abgesenkt, welche in diesem Beispiel ein Ofen 21 ist, der eine erste Heizzone 22 begrenzt. Wenn das Quarzrohr auf einen Druck evakuiert ist, der nicht größer als etwa 5·10~² mm Hg ist, erhöht der Ofen 21 aufeinanderfolgende Teile des Quarzrohres 10 und seines Inhalts 20 auf eine Temperatur zwischen etwa 900 und 1600⁰C. Eine Temperatur von etwa HOO⁰C genügt jedoch in den meisten Fällen. Durch diese anfängliche Erhitzung soll das Quarzrohr 10 und sein Inhalt 20 entgast werden, damit in der Schmelze keine Gasbläschen enthalten sind, welche diese unbrauchbar machen würden. Das Vakuum wird während der gesamten Verarbeitung des Rohmaterials zu dem Fertigprodukt aufrechterhalten.

Unmittelbar unter dem Ofen 21 ist ein zweiter Ofen 25 angeordnet, der von dem ersten durch eine Wärmeabschirmung 23 getrennt ist. Der Ofen 25 arbeitet bei einer höheren Temperatur als der Ofen 21 und erzeugt in einer zweiten Heizzone 26 eine Temperatur von nicht weniger als etwa 1800⁰C. Eine Temperatur von mindestens 1800⁰C wird "benötigt, weil dies die Mindesttemperatur ist, bei der die Verschmelzung des Quarzsandes 20 und des Quarzrohres 10 vorteilhaft durchgeführt werden kann. Der Ofen 25 hat eine durchsichtige Öffnung 27, die sich durch dessen Wand erstreckt und eine Beobachtung der abgeschlossenen, verschmolzenen Endwand 11 des Quarzrohres 10 ermöglicht. An diesem unteren Ende wird die Verschmelzung des Quarzsandes 20 und des Quarzrohres 10 durchgeführt, so daß sich eine Schmelze aus geschmolzenem Quarz ergibt. Die Durchblicköffnung 27 ist wichtig zur Vereinfachung der Durchführung des Verfahrens, da eine visuelle Beobachtung gerade in dem Augenblick möglich ist, wenn das Ende 11 des Quarzrohres 10 für den folgenden Formvorgang hinreichend viskos ist. Ohne diese vorteilhafte Möglichkeit wäre die Durchführung des Verfahrens schwieriger, weil sonst der genaue Zeitpunkt cles Beginns des Form- oder Ziehvorgangs von Schätzungen abhinge.

Die in F i g. 1 dargestellte Einrichtung enthält eine Einrichtung zum Formen der in der Heizzone 26 enthaltenen Quarzschmelze. Diese Einrichtung umfaßt ein Matrizenglied 30, das an einem Flansch 29 auf der Grundfläche des Ofens 25 befestigt ist. Wie aus F i g. 2 ersichtlich ist, weist das Matrizenglied 30 einen zentralen Dorn 31 auf, der damit über Steg 32 verbunden ist. Wenn die Anordnung 30, 31 an dem Flansch 29 beispielsweise mit Hilfe von Bolzen 33 befestigt ist, kann die durch das Verschmelzen des Quarzsandes 20 mit dem Quarzrohr 10 gebildete Quarzschmelze durch die Anordnung 30, 31 zu Profilen gezogen werden. Wenn die Quarzschmelze kontinuierlich zur Herstellung eines Profils abgezogen wird, wird neues Material durch Senken des Quarzrohres 10 mit dem Quarzsand 20 in die zum Schmelzen dienende zweite Heizzone 26 geliefert. Die Länge des hergestellten Profils hängt prinzipiell von der Länge des Quarzrohres 10 ab. Der Arbeitsvorgang ist beendet, wenn der Druck des Quarzsandes 20 zusammen mit der viskosen Kraft des geschmolzenen Quarzes nicht auf einer Höhe gehalten werden können, die zur Verhinderung des Einziehens von Luft nach oben durch das neu gebildete Profil in den Innenraum des Quarzrohres 10 auf Grund des darin vorhandenen Unterdrucks erforderlich ist.

Während sich die Beschreibung in erster Linie mit der Herstellung von Rohren befaßt, können mit dem Verfahren gemäß der Erfindung jedoch beliebige Profile und Gegenstände mit einer anderen Ausbildung hergestellt werden. Zum Beispiel können durchsichtige Stäbe aus geschmolzenem Quarz ebenso wie Rohre hergestellt werden. Beispielsweise führt die Entfernung des Domes 31 aus der Matrize 30 oder das Einsetzen einer Matrize ohne Dorn zur Herstellung langer Stäbe oder Stangen aus geschmolzenem Quarz.

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung von Profilmaterial aus Quarz, dadurch gekennzeichnet, daß ein vorgeformtes, am einen Ende abgeschlossenes Quarzrohr in einer vertikalen Lage angeordnet wird, daß granulierter Quarz in das Quarzrohr eingefüllt wird, daß das offene obere Ende des Quarzrohres an eine Evakuiereinrichtung angeschlossen wird, daß ständig ein Vakuum aufrechterhalten wird, daß das Quarzrohr und der granulierte Quarz in einer ersten Heizzone auf eine Temperatur erhitzt werden, die zu deren Entgasung ausreicht, daß das Quarzrohr durch die erste Heizzone in eine zweite Heizzone gesenkt wird, in der eine Erhitzung auf nicht weniger als etwa 1800⁰C erfolgt, um eine Schmelze aus dem Quarzrohr und dem granulierten Quarz herzustellen, und daß die Schmelze beim Austritt aus der zweiten Heizzone zu dem gewünschten Profil geformt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schmelze durch eine Matrize mit einem Dorn beim Austritt aus der zweiten Heizzone als Rohr abgezogen wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß in der ersten Heizzone auf eine Temperatur zwischen 900 und 1600⁰C erhitzt wird.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die an das vorgeformte Quarzrohr angeschlossene Evakuierungseinrichtung auf einen Druck evakuiert, der nicht höher als etwa 5-10~²mmHg ist.

In Betracht gezogene Druckschriften:

I. I. Kitaigorodski, »Technologie des Glases«, R. Oldenburg Verlag, München, 1957, S. 632.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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