DE2431723A1

DE2431723A1 - METHOD OF MANUFACTURING GLASS

Info

Publication number: DE2431723A1
Application number: DE2431723A
Authority: DE
Inventors: Cyril Francis Drake; Henley Frank Sterling; Clive Edward Ernest Stewart
Original assignee: International Standard Electric Corp
Current assignee: International Standard Electric Corp
Priority date: 1973-07-05
Filing date: 1974-07-02
Publication date: 1975-01-23
Also published as: JPS5039312A; FR2235885A1; NL7408905A; FR2235885B3; SE7408410L

Description

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Dipl. Phys. Leo T h u 1Patent attorney
Dipl. Phys. Leo T hu 1

7000 Stuttgart-Feuerbach 0/0-1"7OO7000 Stuttgart-Feuerbach 0 / 0-1 "7OO

Postfach 3OO 929 /2-H O I I £.6 P.O. Box 3OO 929/2-HOI I £ .6

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INTERNATIONAL STANDARD ELERTRIC CORPORATION, New YorkINTERNATIONAL STANDARD ELERTRIC CORPORATION, New York

Verfahren zur Herstellung von GlasProcess for making glass

Die Priorität der Anmeldung Nr. 32005/73 vom 5. Juli 1973 in
England wird beansprucht.The priority of application no. 32005/73 of July 5, 1973 in
England is claimed.

Die Erfindung betrifft die Herstellung von Glas aus einem Gemisch von Ausgangsmaterialien und insbesondere ein Verfahren zur Herstellung von hochreinem Glas, also Glas mit niedrigem optischem
Verlust, das zur Herstellung von optischen Fasern und als Wirtsglas (Basisglas) für die Laser-Herstellung erforderlich ist. The invention relates to the production of glass from a mixture of starting materials and in particular to a method for the production of high-purity glass, that is to say glass with low optical properties
Loss that is required for the production of optical fibers and as host glass (base glass) for laser production.

Wenn Glas auf die übliche Weise durch Erhitzen in einem elektrischen Ofen oder einem Flammenofen hergestellt wird, ist das Glas der Verschmutzung aus drei Hauptquellen ausgesetzt, aus der heißen, feuerfesten Auskleidung des Ofens, aus dem Heizelement oder der
Flamme und aus dem Schmelztiegel, der die Schmelze enthält. ZweiWhen glass is made in the usual way by heating it in an electric or flame oven, the glass is exposed to pollution from three main sources, the hot, refractory lining of the oven, the heating element, or the
Flame and from the crucible that contains the melt. Two

24. Juni 1974 Dr.Rl./kn - 2 -June 24, 1974 Dr.Rl./kn - 2 -

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Faktoren, die den Verschmutzungsgrad beeinflussen, sind Temperatur und Zeitdauer. Deshalb ist die Verunreinigung, die in der Anfangsphase des zum Verschmelzen des Rohmaterials notwendigen Heizens auftritt, normalerweise geringer als die Verschmutzung, die bei dem längeren Erhitzen auf hohe Temperaturen auftritt, das für die Läuterung und Homogenisierung des Glases erforderlich ist.Factors that influence the degree of pollution are temperature and duration. Therefore, the impurity is necessary in the initial stage of fusing the raw material Heating occurs, usually less than pollution, which occurs during prolonged heating to high temperatures, which is necessary for refining and homogenizing the glass.

Die Aufgabe der Erfindung besteht somit darin, ein Verfahren zur Herstellung von Glas zu schaffen, bei dem Verunreinigungen des Endproduktes vermieden werden. Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 angegebene Erfindung gelöst.The object of the invention is therefore to provide a method for the production of glass in which impurities of the End product can be avoided. This object is achieved by the invention specified in claim 1.

Durch die vorliegende Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung von Glas aus einem Gemisch von Rohmaterialien geschaffen, die sich in einem Schmelztiegel befinden, wobei zumindest das Heizen, das für die Läuterung und Homogenisierung des Glases erforderlich ist, durch HF-Heizen der Schmelze bewirkt wird. Dieses Verfahren gestattet es, den Schmelztiegel bei einer niederen Temperatur zu halten.The present invention provides a method of manufacturing Created by glass from a mixture of raw materials that turn located in a crucible, with at least the heating required for refining and homogenizing the glass, is effected by HF heating the melt. This method allows the crucible to be closed at a lower temperature keep.

Bei Zimmertemperatur sind die Leitfähigkeiten der meisten Gläser und auch ihrer Ausgangsstoffe für Wechselstrom so niedrig, daß die HF-Induktionshei.zung bei Raumtemperatur nicht durchführbar ist und deshalb ein anderes Heizverfahren angewendet werden muß, um den Ansatz auf eine Temperatur zu erhitzen, bei der er leicht in das angelegte Feld einkoppelt. Bei einigen Gläsern ist die Leitfähigkeit selbst in geschmolzenem Zustand so niedrig, daß die Verwendung einer HF-Kapazitätsheizung vorzuziehen ist und diese anstelle der dielektrischen Verluste benutzt wird. Die Wahl einer entsprechenden Frequenz, die charakteristischerweise im Bereich von einem bis mehreren tausend MHz liegt, hängt von den elektrischen Eigenschaften der herzustellenden speziellen Glaszusammensetzung ab. So hängt die Art des Ankoppeins der Hochfrequenz so-At room temperature, the conductivities of most glasses and their starting materials for alternating current are so low that HF induction heating cannot be carried out at room temperature and a different heating method must therefore be used to heat the approach to a temperature at which it easily couples into the applied field. With some glasses the conductivity is so low even in the molten state that the use of RF capacitance heating is preferable and this instead of dielectric losses. Choosing an appropriate frequency, which is characteristically in the range from one to several thousand MHz depends on the electrical properties of the particular glass composition to be produced away. The type of coupling of the high frequency depends

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wohl von den absoluten Werten der Wechselstromleitfähigkeit und dem dielektrischen Verlust als auch von deren Temperaturabhängigkeit ab, wobei diese Parameter im höchsten Maß sowohl temperaturals auch frequenzabhängig sind. So ist z.B. bekannt, daß ein typisches Natronglas in ein 2- bis 5-MHz-Feld bei ca. 100O C eingekoppelt werden kann. In diesem Fall geschieht das Einkoppeln prinzipiell induktiv, wobei die relativ hohe Leitfähigkeit des Glases auf der Beweglichkeit der Natriumionen beruht. Im Gegensatz dazu erfordert ein Glas, das nur aus Silxciumdioxyd und Bleidioxyd zusammengesetzt ist und das auch in geschmolzenem Zustand eine niedrige Leitfähigkeit besitzt, eine Kapazitätsheizung bei wesentlich höheren Frequenzen, charakteristischerweise von mehreren tausend MHz. Die Kombinationen von Induktions- und Kapazitätsplatten (bestimmt zur Heizung anderer Materialien), die für diesen Zweck geeignet sind, werden in der Literatur beschrieben.probably from the absolute values of the AC conductivity and the dielectric loss as well as its temperature dependence, with these parameters to the greatest extent both temperature and are also frequency dependent. For example, it is known that a typical soda glass coupled into a 2 to 5 MHz field at approx. 100 ° C can be. In this case, the coupling-in takes place inductively, whereby the relatively high conductivity of the Glass is based on the mobility of sodium ions. In contrast, requires a glass made only of silicon dioxide and lead dioxide is composed and which has a low conductivity even in the molten state, a capacitance heating at substantially higher frequencies, typically several thousand MHz. The combinations of induction and capacitance plates (intended for heating other materials) suitable for this purpose are described in the literature.

Wird eine Induktionsheizung verwendet, kann die Schmelze in einem elektrisch leitenden, hohlwandigen, durch ein Strömungsmittel gekühlten, kalten Schmelztiegel von der Art enthalten sein, daß er einen fließenden Strom hereinläßt. Ein Beispiel eines derartigen Schmelztiegels ist in der DT-AS 1 293 934 beschrieben. Diese Art von Schmelztiegel bildet eine Art Transformator, der die Schmelze (die Beladung) mit der Arbeitsspule der Energiezufuhr des Induktionserhitzers verbindet. Als Alternative kann die Schmelze in einem elektrisch isolierenden Schmelztiegel untergebracht sein. In diesem Fall ist die Leistung direkt von der Arbeitsspule an die Schmelze angekoppelt. Geeignete Materialien für isolierende Schmelztiegel sind Silxciumdioxyd, Aluminiumdioxyd und Zirkondioxyd. In diesem Zusammenhang, bei dem sogenannte isolierende Schmelztiegel verwendet werden, muß erwähnt werden, daß die Leistung vorzugsweise an die Schmelze angekoppelt wird eher als an den Schmelztiegel, und deshalb muß der Schmelztiegel bessere dielektrische Eigenschaften besitzten als die Schmelze (insbesondere bei höheren Temperaturen).If induction heating is used, the melt can be in an electrically conductive, hollow-walled, through a fluid chilled, cold crucibles of the type that let in a flowing stream. An example of such a thing Crucible is described in DT-AS 1 293 934. This type of crucible forms a kind of transformer that connects the melt (the load) with the working coil of the energy supply of the induction heater. As an alternative, the Melt be housed in an electrically insulating crucible. In this case, the power is coupled directly from the work coil to the melt. Suitable materials for insulating crucibles are silicon dioxide, aluminum dioxide and zirconium dioxide. In this context, the so-called insulating Crucibles are used, it must be mentioned that the power is preferably coupled to the melt rather than to the crucible, and therefore the crucible must have better dielectric properties than the melt (in particular at higher temperatures).

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Während der Läuterungs- und Homogenisierungsstufe der Glasherstellung ist die Verunreinigung der Schmelze relativ gering, da die Wärmequelle nicht schmutzend ist und da auch die Verunreinigung durch den Schmelztiegel durch Kühlen desselben auf ein Minimum beschränkt werden kann, so daß er bei einer Temperatur unter der der Schmelze bleibt, und da außerdem der Schmelztiegel und die Schmelze in einer säuberen Umgebung enthalten sind.During the refining and homogenization stage of glass production the contamination of the melt is relatively low, since the heat source is not dirty and there is also the contamination by cooling the crucible to a minimum so that it is at a temperature below which the melt remains, and also since the crucible and the melt are contained in a clean environment.

Ist eine Vorheizstufe erforderlich, um das HF-Feld an die Schmelze anzukoppeln, wird gewöhnlich eine nichtschmutzende Heizquelle verwendet und der Schmelztiegel gekühlt. Keine dieser beiden Voraussetzungen ist jedoch bei niedrigen Temperaturen wesentlich. So läßt sich z.B. bei vielen Anwendungen die Verschmutzung innerhalb annehmbarer Grenzen halten, wenn das Vorheizen durch ausgestrahlte und abgeleitete Wärme von einem Suszeptor bewirkt wird, der charakteristischerweise aus Graphit besteht und unterhalb, oberhalb, darum herum oder innerhalb des Ansatzes aus gemischtem Rohmaterial angebracht ist. Eine Verunreinigung durch das Graphit kann dadurch vermieden werden, daß es z.B. in Silicium, Siliciumdioxyd oder Siliciumkarbid verkapselt wird. Silicium allein kann als mögliches Suszeptormaterial benutzt werden.If a preheating stage is required to couple the RF field to the melt, it usually becomes a non-polluting one Heat source used and the crucible cooled. However, neither of these two requirements is essential at low temperatures. For example, in many applications, pollution can be kept within acceptable limits when preheating caused by radiated and dissipated heat from a susceptor, which is characteristically made of graphite and is attached below, above, around or within the approach of mixed raw material. An impurity the graphite can be avoided by encapsulating it in, for example, silicon, silicon dioxide or silicon carbide. Silicon alone can be used as a possible susceptor material.

Ausbildungsformen der Erfindung werden nachfolgend in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen beschrieben. In diesen stellen dar:Embodiments of the invention are described below in conjunction with the accompanying drawings. In these places dar:

Fig. 1 ein Gerät zur Herstellung von Glas aus einem Rohmaterialgemisch durch HF-Induktionsheizung unter Vervendung eines Graphitsuszeptors zum Vorheizen und1 shows an apparatus for producing glass from a mixture of raw materials by RF induction heating using a graphite susceptor for preheating and

Fig. 2 ein Gerät nach Fig. 1, das so modifiziert ist, daß der Ansatz vom Rohmaterialgemisch durch ein HF-Plasiua vorerhitzt werden kann.Fig. 2 shows a device according to FIG. 1, which is modified so that the approach of the raw material mixture by an HF Plasiua can be preheated.

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In Fig. 1 umgibt die wassergekühlt Arbeitsspule 10 eines HF-Induktionsheizgerätes, das zwischen 2 und 6 MHz arbeitet und in der Lage ist, 25 KW einer HF-Leistung an eine entsprechende Beladung abzugeben, einen Siliciumdioxyd-Mantel 11, durch den gefilterter Stickstoff in einer Rate von ca. 20 l/min, gelangt. Innerhalb des Siliciumdioxyd-Mantels 11 befindet sich ein Schmelztiegel 12 aus SiliciumdLaxyd, der die Schmelze 13 enthält und der auf dem Aluminiumträger 14 ruht, der in einer Aussparung des Graphitsuszeptors 15 sitzt. Der Suszeptor 15 ruht auf einem weiteren Aluminiumträger 16, der auf dem Siliciumträger 17 sitzt. Der Siliciumträger 17 ist so konstruiert, daß er sich um seine Achse drehen kann und während der Herstellung des Glases nach oben und unten bewegt werden kann. Der Schmelztiegel 12 ist mit einem Schurz 18 versehen, der sein Herunterkippen von dem Träger 17 verhindert.In Fig. 1, the water-cooled work coil 10 of an HF induction heater surrounds, that works between 2 and 6 MHz and is able to deliver 25 KW of HF power to a corresponding To release the load, a silica jacket 11 through which filtered nitrogen passes at a rate of about 20 l / min. Inside the silicon dioxide jacket 11 is a crucible 12 made of silicon oxide, which contains the melt 13 and which rests on the aluminum support 14, which is seated in a recess in the graphite susceptor 15. The susceptor 15 rests on one another aluminum carrier 16, which sits on the silicon carrier 17. The silicon support 17 is constructed so that it can rotate about its axis and during the manufacture of the glass can be moved up and down. The crucible 12 is provided with a skirt 18 that can be tilted down from the Carrier 17 prevented.

Die Arbeitsspule 10 ist wassergekühlt und besteht aus vier Windungen einer Kupferröhre, die eine axiale Ausdehnung von ca. 10 cm und einen Innendurchmesser von ca. 7 cm besitzt. Der Schmelztiegel 12 ist ca. 8 cm hoch und hat einen Außendurchmesser von ca. 6 cm.The work coil 10 is water-cooled and consists of four turns of a copper tube which has an axial dimension of approx. 10 cm and an internal diameter of approx. 7 cm. The crucible 12 is approximately 8 cm high and has an outside diameter of approximately 6 cm.

Eine Reihe von Natrium-Kalk-Silicium-Gläsern der Zusammensetzungen:A range of sodium-lime-silicon glasses of the compositions:

Na₂ONa ₂ O 20 -20 - 2525th GewxchtsprozentWeight percent CaOCaO 3 -3 - 66th IlIl SiO„SiO " 70 -70 - 7575 IlIl

wurde in diesem Gerät unter Anwendung einer Frequenz von 3,5 bis 4 MHz hergestellt. Ein Ansatz von 500 g gepulverten Rohmaterialgemisches wurde für jede Glaszusammensetzung hergestellt, wobei Karbonate verwendet wurden, um dem Natriumoxyd und dem Kalziumoxyd mehr Masse zu geben. Der Schmelztiegel wird 2 cm hoch mit einem Teil des Ansatzes gefüllt. Ein nicht gezeigter Deckel wirdwas produced in this device using a frequency of 3.5 to 4 MHz. A batch of 500 g powdered raw material mixture was made for each glass composition, using carbonates to make the sodium oxide and calcium oxide to give more mass. The crucible will be 2 cm high with part of the approach filled. A lid, not shown, will

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auf den Siliciumdioxyd-Mantel 11 aufgesetzt. Dieser Deckel ist mit einer Entlüftung versehen, damit der Stickstoff aus dem Innern des Mantels austreten kann. Dann wird der Siliciumdioxyd-Träger hochgehoben, bis der Suszeptor 15 in dem HF-Feld einkoppelt. Der Suszeptor heizt die Rohmaterialmischungen auf, so daß sie reagieren, Gas entwickeln und zu verschmelzen beginnen. Bei dieser Stufe liegt die Temperatur der Schmelze zwischen 800 C und 1000 C, der Widerstand beträgt Sou «cm oder weniger, und die HF-Leistung beginnt direkt in die Schmelze einzukuppeln. Dieser Wechsel der Leistungsverteilung erzeugt Wechsel in der Belastung, was man durch Überwachung der HF-Leistungsquelle feststellen kann.placed on the silicon dioxide jacket 11. This cover is provided with a vent so that the nitrogen can escape from the inside of the jacket. The silicon dioxide carrier is then lifted up until the susceptor 15 couples into the RF field. The susceptor heats the raw material mixtures so that they react, evolve gas and begin to fuse. At this stage, the temperature of the melt is between 800 ° C. and 1000 ° C., the resistance is 1 cm or less, and the HF power begins to be coupled directly into the melt. This change in power distribution creates changes in the load, which can be determined by monitoring the RF power source.

Anschließend wird der Siliciumdioxyd-Träger hinreichend abgesenkt, um den Suszeptor aus dem Feld herauszunehmen. Dann wird der Rest des Ansatzes vom Rohmaterialgemisch der Schmelze zugefügt. Das geschieht portionsweise, so daß die Entwicklung von Gasen nicht zu einem Verspritzen aus dem Schmelztiegel führt. Bei jedeiii Zusatz wird der Stickstoffstrom während dieser Zeit angehalten, der Deckel des Mantels 11 wird entfernt, und eine Portion (10 - 50 g) des Ansatzes wird durch einen Trichter in die Öffnung des Schmelztiegels eingebracht. Dann wird der De diel wieder aufgelegt und der Stickstoffstrom neu gestartet. Die HF-Bedingungen können eine geringe Regulierung zu diesem Zeitpunkt erforderlich machen.Then the silicon dioxide carrier is lowered sufficiently, to take the susceptor out of the field. Then the remainder of the batch from the raw material mixture is added to the melt. That happens in portions so that the development of gases does not lead to splashing out of the crucible. With every addition the nitrogen flow is stopped during this time, the The lid of the jacket 11 is removed and a portion (10-50 g) of the batch is poured through a funnel into the opening of the crucible brought in. Then the De diel is put back on and the Restarted nitrogen flow. RF conditions can be low Make regulation necessary at this point.

Sobald das gesamte Rohmaterial der Schmelze zugefügt ist, wird ein nicht gezeigter Siliciumdioxyd-Deckel über die Öffnung des Schmelztiegels gelegt, so daß die Läuterung durch Reduzierung der Temperaturgradienten in der Schmelze unterstützt wird.Once all of the raw material has been added to the melt, a silicon dioxide lid (not shown) is placed over the opening of the Crucible placed so that the refining by reducing the temperature gradient in the melt is supported.

Zur Läuterung und Homogenisierung wird die Schmelze anfänglich zwei Stunden lang auf einer Temperatur von ca. 1600 C geheilten. Anschließend wird die Temperatur auf ca. 150O C abgesenkt und weitere drei Stunden lang dabei gehalten. Während der ganzen ZeitFor refining and homogenization, the melt is initially cured for two hours at a temperature of approx. 1600 C. The temperature is then lowered to about 150 ° C. and held there for another three hours. During the whole time

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hält ein kontinuierlicher Stickstoffstrom den Siliciumdioxyd-Schmelztiegel auf einer weit niedrigeren Temperatur. Die Masse des resultierenden Glases ist im wesentlichen keimfrei, aber es besteht die Gefahr, daß eine kleine Menge von Keimen an der Oberfläche insbesondere im Zentrum und auch am Rand eingeschlossen wird. .a continuous stream of nitrogen maintains the silica crucible at a far lower temperature. The bulk of the resulting glass is essentially sterile, but it is there is a risk that a small amount of germs trapped on the surface, especially in the center and also at the edge will. .

Ej η anderes Läuterungs- und Reinigungsverfahren, das weniger Keime erzeugt, erfordert mechnisches Rühren der Schmelze. Zuerst wird das Glas ohne Deckel auf ca. 1600°C erhitzt. In dieser Stufe wird ein luftgekühlter Siliciumdioxyd-Rührer in Form eines kalten Fingers in den Schmelztiegel bis nahe auf den Boden der Schmelze eingetaucht, und dann wird der Schmelztiegel eine halbe Stunde lang rotieren gelassen. Am Ende dieser Periode wird der Rührer entfernt, der Deckel wieder aufgesetzt und die Schmelze eine weitere halbe Stunde bei ca. 1600°C gehalten, ehe sie auf 1500 C gebracht und dabei weitere zwei Stunden gehalten wird.Ej η another refining and purification process that is less Generates germs, requires mechanical stirring of the melt. First, the glass without the lid is heated to approx. 1600 ° C. In this Stage is an air-cooled silica stirrer in the form of a cold finger immersed in the crucible to close to the bottom of the melt, and then the crucible becomes a half Rotated for one hour. At the end of this period, the stirrer is removed, the lid is put back on and the melt is put on held at about 1600 ° C for another half hour before opening Bringing 1500 C and holding it for a further two hours.

Beim Entfernen des Rührers aus der Schmelze nimmt dieser eine geringe Menge der Schmelze mit, und wenn diese abkühlt, neigt sie dazu, den Rührer zu zersplittern. Wenn statt des Rührers die Glasschmelze mit Wasser gekühlt wird, fällt sie vom Rührer ab, ohne diesen zu zerstören. Die Verwendung eines "wassergekühlten Siliciumdioxyd-Rührers ist jedoch gefährlich, da sich das Wasser in die Schmelze ergießen kann, wenn er beim Eintauchen zerbrechen sollte. Aus diesem Grund ist eine bevorzugte Alternative ein wassergekühlter Rührer aus Silber. Dieser kann die Form einer einfachen ü-Röhre besitzen. Verunreinigungen auf seiner Oberfläche werden durch die Glasschicht zurückgehalten, wenn er in die Schmelze eingetaucht wird, die sofort an ihm anfriert, und diese Verunreinigung wird aus der Schmelze entfernt, wenn der Rührer herausgenommen wird.When the stirrer is removed from the melt, it takes a small amount of the melt with it, and when it cools it tends use them to shatter the stirrer. If the glass melt is cooled with water instead of the stirrer, it falls off the stirrer without destroying it. The use of a "water-cooled The silica stirrer is dangerous, however, as the water can spill into the melt if it breaks when immersed should. For this reason, a preferred alternative is a water-cooled stirrer made of silver. This can take the form of a own simple ü-tube. Impurities on its surface are retained by the glass layer when it enters the Melt is immersed, which instantly freezes to it, and this impurity is removed from the melt when the stirrer is turned is taken out.

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Man nimmt an, daß die Bildung eines dünnen Films aus Cristobalit auf der Innenwand des Schmelztiegels ein Faktor ist, der den Angriff auf den Schmelztiegel tatsächlich verhindert.It is believed that the formation of a thin film of cristobalite on the inner wall of the crucible is a factor affecting the Attack on the crucible actually prevented.

Man könnte daran denken, im Hinblick auf den niedrigen Gehalt an Verunreinigungen vorzugsweise synthetisches Siliciumdioxyd anstelle von gewöhnlichem natürlichem Siliciumdioxyd zur Herstellung des Schmelztiegels zu verwenden. Aus den Gründen, die nun dargelegt werden, besitzt das synthetische Siliciumdioxyd normalerweise einen zu hohen Hydroxy !--Gehalt, als daß es ein brauchbares Material zur Herstellung von Schmelztiegeln wäre. Wenn diese Gläser in einem Siliciumdioxyd-Schmelztiegel hergestellt werden, reagieren sie mit der Innenfläche des Schmelztiegels und regen dessen Entglasung an. Bei dem durchschnittlichen Siliciumdioxyd ist der Hydroxy1-Gehalt für das resultierende Cristobalit niedrig genug, daß sich eine zusammenhängende Schicht bildet, die einen weiteren Angriff auf den Schmelztiegel verhindert. In Gegenwart eines zu hohen Hydroxyl-Gehalts jedoch wird die Bildung dieser koherenten Schicht anscheinend verhindert und der Schmelztiegel verhältnismäßig rasch zerstört. One might think of synthetic silica instead of synthetic silica because of the low level of impurities of common natural silica to make the crucible. For the reasons that have now been set out synthetic silica normally has too high a hydroxy content to be a useful material for making crucibles. When these glasses are made in a silica crucible, they react they with the inner surface of the crucible and stimulate its devitrification at. In the average silica, the hydroxyl content is low enough for the resulting cristobalite that a coherent layer is formed which prevents further attack on the crucible. In the presence of one too However, with high hydroxyl content, the formation of this coherent layer is apparently prevented and the crucible is destroyed relatively quickly.

Als weiteres Beispiel wurden zwei Natrium-Bor-Silikat-Gläser nach derselben Technik in dem gleichen Gerät hergestellt. Die Zusaiamensetzungen der zwei Gläser sind jeweils:As a further example, two sodium boron silicate glasses were produced using the same technique in the same device. The compositions of the two glasses are each:

Na~O 25 Gewichtsprozent B₂O₃ 50 ■
SiO₂ 25 "Na ~ O 25 percent by weight B ₂ O ₃ 50 ■
SiO ₂ 25 "

Na₂O 27 "Na ₂ O 27 "

13 "
60 "13 "
60 "

409884/1123 " ⁹ 409884/1123 " ⁹

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Der grundlegende Unterschied in der Herstellung dieser Gläser bestand darin, daß unter Verwendung von im wesentlichen gleichen HF-Bedingungen die direkte Einkopplung der Hochfrequenz in die Schmelze bei der niedrigeren Temperatur von ca. 70O⁰C - 800 C erfolgte; die Läuterungstemperatur war gleichfalls niedriger, und zwar ca. 1200 C.The fundamental difference in the production of these glasses was that, using essentially the same HF conditions, the direct coupling of the high frequency into the melt took place at the lower temperature of approx. 70O ⁰ C - 800 C; the refining temperature was also lower, about 1200 C.

Fig. 2 zeigt ein modifiziertes Gerät, das es ermöglicht, mit einem HF-Plasma den Ansatz des Rohmaterialgemisches vorzuheizen, so daß jegliche Verunreinigung, die auf der Verwendung eines Suszeptors beruht, vermieden wird. Die Abänderungen ergeben eine Verteilung durch den Suszeptor und den oberen Aluminium-Träger und eine Neuordnung des Gasstromes.Fig. 2 shows a modified device that makes it possible to use a RF plasma preheat the approach of the raw material mixture so that any contamination that may result from the use of a susceptor is avoided. The changes result in distribution through the susceptor and the upper aluminum support and rearrangement of the gas flow.

Das Gas gelangt in den Siliciumdioxyd-Mantel 11 über das Rohr 2O, das im wesentlichen tangential zu dem Mantel 11 angebracht ist, so daß eine Turbulenz in dem Gasstrom erzeugt wird. Zuerst strömt reines Argon durch das Rohr, und das Plasma 21 in der Zentralregion des HF-Feldes, erzeugt durch die Arbeitsspule 10, wird durch die Entladung einer Tesla-Spulen-Elektrode (nicht gezeigt) außerhalb des Rohres gestartet. Sobald das Plasma in dem Argon vorhanden ist, wird der Gasstrom allmählich auf reinen Stickstoff umgestellt. Der Siliciumdioxyd-Träger, 17 wird dann emporgehoben, bis die Spitze 22 des Plasmas 21 über die Oberfläche des Ansatzes 23 aus gepulvertem Rohmaterialgemisch streicht, das sich in dem Siliciumdioxyd-Schmelztiegel 12 befindet.The gas enters the silicon dioxide jacket 11 via the pipe 2O, which is attached substantially tangentially to the jacket 11, so that a turbulence is generated in the gas flow. First flows pure argon through the tube, and the plasma 21 in the central region of the RF field, generated by the work coil 10, is passed through the Discharge of a Tesla coil electrode (not shown) outside of the pipe started. Once the plasma is present in the argon, the gas flow is gradually switched to pure nitrogen. The silica support 16, 17 is then lifted up until the tip 22 of the plasma 21 rises above the surface of the projection 23 powdered raw material mixture, which is in the silica crucible 12 is located.

Wenn der Ansatz zu schmelzen beginnt, wird das Plasma durch momentane Unterbrechung der HF-Quelle ausgelöscht, und der Schmelztiegel wird emporgehoben, bis die HF-Leistung direkt in die Schmelze einzukoppeln beginnt. Daraufhin wird der Heizzyklus zur Läuterung und Homogenisierung in der gleichen Weise wie beim Gerät nach Fig. 1 fortgesetzt.When the batch begins to melt , the plasma is extinguished by momentarily interrupting the RF source and the crucible is raised until the RF power begins to couple directly into the melt. The heating cycle for refining and homogenization is then continued in the same way as with the device according to FIG.

.- 1O -.- 1O -

.499114/1123.499114 / 1123

H.F. Sterling et al 62-46-2 λ* HF Sterling et al 62-46-2 λ *

Eine weitere Alternative zum Vorheizen besteht in der Fokussierung einer Infrarot-Emission einer Hochleistungs-Infrarot-Lampe auf einem Teil des Ansatzes in dem Schmelztiegel. Bei bestimmten Glaszusammensetzungen wird das Einkoppeln der HF-Leistung dadurch erleichtert, daß die Bestandteile des Rohmaterialgemischs im wesentlichen ungemischt bleiben und daß das fokussierte Licht so eingerichtet wird, daß es auf einen bestimmten Bestandteil gerichtet ist, der in der Lage ist, bei niedrigerer Temperatur als die anderen Bestandteile in der HF-Leistung einzukuppeln.Another alternative to preheating is to focus an infrared emission from a high power infrared lamp on part of the base in the crucible. With certain Glass compositions, the coupling of the RF power is facilitated by the fact that the constituents of the raw material mixture remain essentially unmixed and that the focused light is arranged so that it is on a particular component is directed, which is able to couple at a lower temperature than the other components in the RF power.

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Claims

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Claims

(1. A process for the production of glass from a raw material mixture which is located in a crucible, characterized in that at least the heating required for refining and homogenization is effected by HF heating of the melt.

2. The method according to claim 1, characterized in that the Heater is an HF induction heater.

3. The method according to claims 1 and 2, characterized in that the crucible is an electrically conductive, hollow-walled, liquid cooled, cold crucible is the type that the introduction of flowing currents is permitted.

4. The method according to claims 1 and 2, characterized in that the crucible is a crucible with dielectric Properties is.

5. The method according to claim 4, characterized in that the crucible is made of silicon dioxide.

6. The method according to claims 4 or 5, characterized in that that the crucible is gas-cooled at least during the refining and homogenization.

7. The method according to the preceding claims, characterized in that that part of the raw material mixture is preheated prior to the RF heating by radiant heating from a susceptor will.

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8. The method according to claim 7, characterized in that during preheating of the susceptor in the raw material gel located in the crucible.

9. The method according to claims 7 or 8, characterized in that that the susceptor is made of graphite.

10. The method according to claims 1 to 6, characterized in that that at least a part of the raw material mixture is preheated by an HF-excited plasma before the HF heating.

11. The method according to claims 1 to 6, characterized in that that at least a part of the raw material is pre-heated by infrared radiation prior to the RF heating.

12. The method according to the preceding claims, characterized in that that the melt is stirred with a liquid-cooled stirrer during the refining and homogenization will.

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