DE2224663A1 - Ofen zur Herstellung von Quarzhohl korpern - Google Patents

Description

Patentanwälte

Dr. Ing. Walter Abitz
Dr. Dieter F. Morf
Dr. Hans-A. ßrauns

8.München 06, Pianzensu&str. 28 19 . Mai 1972

AM-1083

Amersil, Inc. 685 Ramsey Avenue, Hillside, New Jersey, V.St.A.

Ofen zur Herstellung von Quarzhohlkörpern

Zum Schmelzen von Quarzpulver zu Körpern für die folgende "Verarbeitung zu Rohren ist elektrisch erzeugte Wärme in Vakuumöfen angewandt worden. Von der Anwendung eines Rohrziehturms mit Ziehdüse abgesehen ist in den Fällen, in denen pulverförmiges Material zu einem massiven Körper geschmolzen wurde, eine zweite Hochtemperaturbehandlung erforderlich gewesen, um durch Lochen einen Hohlkörper zu bilden.

Darüberhinaus besteht bei der Direktherstellung von Hohlkörpern durch Ofenschmelzen von Quarzpulver das Problem, einen Hohlkörper mit im wesentlichen gleichförmiger Innenfläche des geschmolzenen Quarzes zu bilden, da bei gewissen Bedingungen das Quarzpulver in dem Schmelzbereich nicht ausreichend kompakt gehalten wird, um ein Schmelzen unter befriedigender Anfonaung an den Umriss eines Heizolektro·- dendorns zu ermöglichen.

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Der Ofen gemäss der Erfindung zur Herstellung von Hohlkörpern bzw. Rohlingen aus geschmolzenem Quarz weist ein rohrförmiges Gehäuse mit Abschlussmitteln, wie Stirnkappen, auf, die durch Festklemmen oder auf andere Weise vakuumdicht an beiden Enden des Gehäuses festgelegt sind. Vorzugsweise ist in dem Gehäuse ein koaxiales Quarzrohr, z. B. ein Eohr aus klarem, geschmoleznem Quarz (Quarzglas) und in dem Quarzrohr ein langgestreckter Widerstandsheizkörper angeordnet. Zwischen der Heizeinrichtung und der Gehäusewand liegt eine Kammei¹ zur Aufnahme einer Quarzpulvercharge vor. Der Innenwand des Gehäuses benachbart und im Abstand von dieser ist im Gehäuse eine festgelegte elastische Schlauchauokleidung vorgesehen. Das Gehäuse ist mit Flüssigkeitseinlass und -auslass und einer Valummöffnimg versehen, die mit dem Raum zwischen der Auskleidung und der Gehäuseinnenwand in Verbindung stehen, wodurch beim Anlegen von Vakuum die Auskleidung sich radial nach aussen in Anlage an die Gehäusewand ausdehnt, worauf die Chargenkaminer beschickt wird. Nach Beschickung der Chargenkammer wird das Vakuum abgeschaltet und zwischen die Auskleidung und die Wand eine Flüssigkeit, z. B. Wasser, unter zweckentsprechendem hydrostatischem Druck eintreten gelassen, was eine Pressung der Auskleidung und der Pulvercharge in Richtung zur Heizeinrichtung auslöst.

Die Erfindung ist nachfolgend anhand der Zeichnungen näher erläutert, in denen

Fig. 1 einen Schnitt durch einen Ofen gemäss der Erfindung,

und

Fig. 2 einen Schnitt durch eine Abwandlungsform der Erfindung ζ ei gt.

Der in Fig. 1 dargestellte Ofen gemäss der Erfindung weist ein rohrfönniges Gehäuse 1, z. B. ein zylindrisches Rohrge-

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häuse, auf, an dessen "beiden gegenüberliegenden, offenen Enden jeweils ein kreisförmiger (erster bzw. zweiter) flacher Eing 2, 3 vorgesehen ist, die kreisförmige Flanschteile 4, 5? die radial von der Gehäusewand 6 nach aussen, und Flanschteile 7> 8» <üe von der Gehäusewand radial nach innen ragen, bilden. Über der einen offenen Stirnseite des Gehäuses ist auf dem Eing 2 ein dritter flacher Eing 9 mit Mttelöffnung 10 über der anderen offenen Stirnseite des Gehäuses auf dem ,Eing 3 ein vierter flacher Eing 11 mit Mttelöffnung 12 angebracht. Innerhalb des Gehäuses ist eine elastische Schlauchauskleidung 13 angeordnet, deren gegenüberliegende Endabsc?anitte 14, 15 über die Innenkanten der nach innen gerichteten Flanschteile 7» 8 greifen und radial nach aussen zwischen die Einge 2, 9 bzw. 3i 11 erstrecken, zwischen denen sie mit einer Eeihe von nicht dargestellten Klemmen oder Schrauben hermetisch festgelegt sind. Als Beispiele für die Orte, an denen eine Schraube in den Eingen an jeder Stirnseite des Gehäuses angebracht werden kann, sind die Stellen 16 und 17 eingezeichnet. Da die Auskleidung über die nach innen gerichteten Plansche 7 und 8 verläuft, hat sie normalerweise eine Lage in der Nähe," jedoch im Abstand von der Innenfläche der Gehäusewand 6.

Auf dem äusseren Eing 9 ist, z. B. mittels nicht dargestellter Schrauben an den Stellen 21, 22 und unter Zwischenlage eines O-Einges 23> ein Verschluss 19 in Form einor Kappe oder Platte mit einer Mittelöffnung 20 und auf dom Außsonring 11, z. B. mittels nicht dargestellter Schrauben a:u den Stellen 26 und 27 und unter Zwischenlage eines 0-lÜ.jjß-eß 28, ein weiterer Verschluss 24 in Form einer Kappe oder PIf;tte mit einer Mttelöffnung 25 angebracht» KoaxJHl U)Kl iia Abstand von der Auskleidung 1-3 ist in dem Gehäuse 1 ein Quarzrohr 29, z. B. aus klarem geschmolzenem Quarz, OTjgoorclnGt, das sich an beiden Stirnseiten des Ge-

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Muses durch die öffnungen 20 und 25 in den Verschlüssen 19 "bzw. 24 nach^ aussen erstreckt. An beiden Verschlüssen 19 und 24 ist um die Öffnungen 20 bzw. 25 und die sich aus diesen nach aussen erstreckenden Teile des Rohres 29 herum. je eine ringförmige Dichtungsscheibe 50 bzw. 31 vorgesehen, deren erstere mit 0~Ringen 32 und 35 und letztere mit 0-Ringen 35 und 34 zum vakuumdichten Abschluss zwischen den Verschlüssen und dem Quarzrohr 29 versehen ist. Wie die Zeichnung zeigt, ergibt die Anordnung des Rohres 29 koaxial und im Abstand von der Auskleidung 13 eine Chargenkammer 56 im Inneren des Gehäuses 1.

Über die Leitung 38 in der Öffnung 37 der Verschlussplatte 19 kann die Chargenkammer 36 und über den Vakuumanschluss 40 in einer Öffnung 39 der Wand 6 in der nachfolgend im einzelnen beschriebenen Weise der Innenraum 41 zwischen der Innenfläche der Wand 6 und der elastischen Auskleidung 15 unter Vakuum gesetzt werden. Über Durchlässe 42 und 43 in den flachen Ringen 2 und 3 zum Raum 41 kann dieser, wie nachfolgend im einseinen beschrieben, mit hydraulischer Flüssigkeit, z. B. Wasser, gefüllt werden, wobei vorzugsweise der Durchlass 43 ein Einlass und Durchlass 42 ein Auslass ist. Die Durchlässe 42 und 43 arbeiten über einen nicht dargestellten, jedoch allgemein bekannten Plüssigkeitsdruckregler.

In dem Quarzrohr 29 ist koaxial zu und vorzugsweise im Abstand von diesem ein langgestreckter Widerständeneizkörper 44, z. B. ein Graphit- oder Kohlenstab, angeordnet, an dessen gegenüberliegenden Enden innerhalb des QuarziOhres 29 Elektroden 45 und 46 angeschlossen sind. Während die Verschlüsse 19 und 24 und zugehörigen Diclfcungsscliciiben 30 und 31 nebst den O-Ringen bekannter Art die Chargenkammcr 36 unter Vakuum halten, wenn dieses durch die Vokuurden ·- tung 38 angelegt wird, ist das Rohr 29 zur Luft dor Unigobungsatmosphäro offen, so dass in ihm deren Druck herrscht,

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oder wird in dem Rohr in zweckentsprechender Weise eine Atmosphäre von gelenktem Druck und gelenkter chemischer Zusammensetzung vorgelegt.

Da der Ofen "bei hoher, zum Schmelzen eines Bettes von Quarzteilchen genügender Temperatur arbeitet, stellt die durch den Einlass 4-3 und Auslass 42 strömende Flüssigkeit ein Kühlmittel dar. Ebenso werden die Elektroden, da sie bei hoher Temperatur arbeiten, flüssigkeitsgefüllt. Die Elektrode 4-5 ist eine Hohlelektrode mit Innenraum 4-7, Einlass 48 und Auslass 49 sowie einem rohrförmigen, mit dem Einlass 48 in Verbindung stehenden Leitungsteil 50, durch das über den Einlass 48 flüssiges Kühlmittel einströmt, um die Elektrode 4-5 durch den Auslass 49 wieder zu verlassen. Die andere Elektrode 4-6 ist ebenfalls eine Hohlelektrode mit Innenraum 51* Einlass 52 und Auslass 53 sowie einem rohrförmigen Leitungsteil 54-, das mit dem Einlass 52 in Verbindung steht, wobei flüssiges Kühlmittel durch den Einlass 52 eintritt, das Leitungsteil 54- durchströmt und durch den Auslass 53 austritt.

Der Ofen nach Fig. 2 ist ähnlich dem Ofen gemäss Fig. 1 mit der Abänderung ausgebildet, dass das Quarzrohr 55 j welches das Kohr 29 von Fig. 1 ersetzt, vollständig hermetisch in dem Gehäuse 1 abgedichtet und nicht zur Atmosphäre oder einer Gasquelle geöffnet ist. Die Dichtungsscheiben 30 und 31 sind hierbei auf ihren Verschlussplatten 19 und 24- um die öffnungen 20 und 25 und in direkter Berührung mit den Elektroden 4-5 und 46 angeordnet, wobei 0-IÜ.nge 32 bzw. 34 unter Anlage an den Elektroden eine hermetische Abdichtung herstellen. Bei dieser Anordnung ist die Innenseite des Quarzrohre» 50 der in der Chargenkammer 36 während des Schmelzenc dos Quarzpulvers vorherrschenden Atmosphäre ausgesetzt.

In Abhängigkeit von der für bestimmte Verwendungen benötigten Güte dann hergestellter Eohre kann das Quarz-Schutzrohr 55 auch weggelassen werden.

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Bei in senkrechter Lage, wie in Fig. 1 dargestellt, befindlichem Ofen.und vor Montieren der oberen Verschlussplatte 19 und Dichtung 30 wird an den Raum 41 über den Vakuumanschluss 40 Vakuum angelegt, welches, wie bei I3¹ gezeigt, die elastische Auskleidung 13 aus ihrer natürlichen Abstandslage in Bezug auf die Wand 6 zu deren Innenfläche hin ausdehnt. Bei in ihrer Ausgedehnt-Lage befindlicher Auskleidung wird der Bodenteil der Chargenkammer 36 mit einer Bodenschicht aus Isoliermaterial in Pulver-oder Kornform, z. B. zerstossenem Graphit 56, wie bis auf eine Höhe 57i versehen. Koaxial über das Quarzrohr 29 und auf der Bodenschicht des Isoliermaterials 56 stehend wird ein (nicht dargestelltes) Füllrohr aus zweckentsprechendem Material angeordnet, dessen Durchmesser grosser als derjenige des Quarzrohrs ist, worauf man in die Chargotikammer weiteres Isoliermaterial das Füllrohr umgebend bis zu dessen Kopf, wie bei 58, eingibt. Hit Quarzpulver 59 wird das Füllrohr um das Quarzrohr 29 herum gefüllt. Dann wird das Hüllrohr entfernt und die Chargenkammer unter Bildimg einer oberen Abdeckschicht weiter mit Isoliermaterial 56 gefüllt, worauf man die Verschlussplatte 19 und Dichtungsscheibe 30 aufsetzt und am Gehäuse festlegt, um die Chargenkammer hermetisch abzudichten. Hierauf wird der Vakuumanschluss 40 in zweckentsprechender Weise abgeschlossen und eine Flüssigkeit, z. B. Wasser, dem Flüssigkeit?!einlass 43 bei entsprechendem hydrastotisehern Druck zugeführt, während der Austritt durch den Auslass 42 in zweckentsprechender Weise durch ein (nicht dargestelltes) Ventil gesteuert wird. Während des selektiven Zurwirkungsbringens des hydr ostatischen Drucks im Raum 41 unterliegen hierdurch das Isoliermeiterial 56 und das Quarzpulver 59 einer Zusammenp.ver.-sung und Verdichtung durch die hydrostatisch aktivierte Auskleidung zu dem Quarzrohr 29 geraäss Fig. 1 oder Quur^rohr 55 gfcmäss Fig. 2 und die umschloseenc Heizeinr.iclruunr; 44, wie in Fig. 1 und 2 dargestellt. Während der Verdichtung des Isoliermaterial« und Quarzpulvera oder danach l:o.<iim I

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die Chargenkammer unter die' Einwirkung von Vakuum, welches durch die Vakuumleitimg 38 angelegt wird, worauf die Elektroden mit einer Stromquelle verbunden werden und der. Widerstand 44 "beheizt wird, wodurch das Quarzrohr 29 "bzw. 55 plastisch wird und sich dem Umriss des Heizkörpers 44- anpasst "bzw. -formt, während das Quarzpulver fortschreitend einer Verschmelzung mit dem Quarz des Quarzrohres in Form "bzw. unter Bildung eines Quarzkörpers unterliegt. Nach Bildung eines Quarzkörpers von vorgegebener Dicke wird die Stromzufuhr zu den Elektroden unterbrochen und die Masse in der Chargenkammer abkühlen gelassen. Beim Abkühlen trennt sich das verschmolzene Quarz des Quarzrohres von der Heizeinrichtung, da deren Material sich stärker zusammenzieht als das Quarzmaterial, wodurch der Inhalt der Chargenkammer leicht entfernt \irerden kann, wobei die ' Innenfläche des auf diese V/eise gebildeten Q.uarzhohlkörpers in einem im v/es ent liehen gleichförmigen ^zustand verbleibt.

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Claims (6)

1. AM-1083 19. Mai ^,^

   Patentansprüche

   /ί.. Ofen zum Herstellen von Hohlkörpern aus geschmolzenem Quarz, dadurch gekennzeichnet, dass in einem rohrförmigen Gehäuse mit vakuumdichter Verschlusseinrichtung an beiden Enden (2, 3) eine langgestreckte Widerstandsheiζeinrichtung (44) koaxial angeordnet und zwischen dieser und der rohrförmigen Geliäusewand (6) eine Chargenkammer (36) vorgesehen ist, wobei im Gehäuse (6) dessen rohrförmiger Wand benachbart und im Abstand von dieser eine elastische schlauchartige Auskleidung (13) angeordnet ist und eine Einrichtung (40), die den Kaum zwischen der Auskleidung (I3) wiü. der rohrförmigen Wand unter Vakuum setzt, und eine Einrichtung (42, 43)5 die der Auskleidung (13) hydrostatisch einen Antrieb in Richtung zu der elektrischen Widerstandsneiζeinrichtung (44) hin erteilt, vorgesehen sind.
2. 2. Ofen nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine an beiden Enden der langgestreckten Widerstandsheizeinrichtung (44) vorgesehene Elektrodenanordnung (45, 46).
3. 3. Ofen nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch ein langgestrecktes., in· dem Gehäuse (6) koaxial um die Widerstands!} ei ζ einrichtung (44) herum, angeordnetes Quarzrohr (29)«. dessen gegenüberliegende Eudabschnitte sich vakuumdicht durch die Verschlusseinrichtung erstrecken, wobei der Innenraum des Quarssrohreß mit einer Atmosphäre zweckentsprechenden Drucks in Verbindung steht«.
4. 4. Ofen nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis gekennzeichnet durch ein langgestrecktes, in den Gehäuse (6) angeordnetes Quar^rohr (i/?) , das die V.'itlc:·:'·- standsheizeinrichtunß (44) onthjU t; und volü^tüiicUi¹;

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   im Gehäuse (6) enthalten ist.
5. 5. Ofen nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 "bis 4-, gekennzeichnet durch eine Vakuumeinrichtung (38), die mit der Chargenkammer (3>6) in Verbindung steht und diese unter Vakuum setzt.
6. 6. Ofen nach einem oder mehreren der Ansprüche 2 bis 5i dadurch gekennzeichnet, dass die Elektroden (4-5* 4-6) zu Hohl elektroden mit inneren Hohlräumen (47, 5Ό ausgebildet und Anordnungen (48, 49; 52, 55) zum Zuführen einer Kühlflüssigkeit in die Hohlräume vorgesehen sind.

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