DE3025680A1

DE3025680A1 - Heizkoerper fuer einen hochtemperaturofen

Info

Publication number: DE3025680A1
Application number: DE19803025680
Authority: DE
Inventors: Hartmut Dr.rer.nat. 8000 München Schneider
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1980-07-07
Filing date: 1980-07-07
Publication date: 1982-02-04

Description

Heizkörper für einen Hochtemperaturofen
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Heizkörper aus einem Material mit hoher Schmelztemperatur für einen Hochtemperaturofen zum Erweichen oder Schmelzen von Glas.
Für die Herstellung von optischen Glasfasern, beispielsweise nach der CVD-Methode, werden Hochtemperaturöfen benötigt. Eine Temperatur von 1700°C ist erforderlich für die Beschichtung von Quarzglasrohren mit synthetischem Glas, bei 20000C erfolgt eine Verformung der Rohre zu Stäben, und bei 1900°C werden die Stäbe zu Fasern ausgezogen.
Es ist darauf zu achten, daß eine Verunreinigung der Glasoberfläche im Ofen vermieden wird, da eine solche im allgemeinen zu einer unerwünschten Festigkeitsminderung der Faser führt. Eine Ubersicht über bisher verwendete Heizverfahren ist aus Optical Spector, Oktober 1978, Seiten 42 bis 48 (Verfasser M.R.Montierth) zu entnehmen.
Als vorteilhaft hat sich ein Hochfrequenzofen mit einem Graphithohlzylinder als Heizkörper, in den der Quarzglaskörper axial eingeführt wird, erwiesen. Die Erfahrung hat jedoch gezeigt, daß dieser Ofen insbesondere beim Verformen von Rohren trotz einer Inertgasspülung nicht stairbfrei ist. Auf der Quarzglasoberfläche findet man Einschmelzungen und Blasen. Außerdem beobachtet man bei der Verformungstemperatur einen braunen Rauch.
Diese Erscheinungen sind vermutlich auf eine chemische Reaktion zwischen dem Glas und dem Kohlenstoff des Heiz- körpers gemäß der Formel SiO2 + C = SiO + CO zurückzuführen, nach der bei hohen Temperaturen SiO und CO entsteht. Dadurch wird die Korrosion des Heizkörpers beschleunigt und es entstehen Schäden auf der Glasoberfläche.
Der Sauerstofftransport zwischen Glas und Graphit wird vor allem gefördert durch die Verdampfung des Quarzglases einerseits sowie durch die Zerstäubung von Kohlepartikeln andererseits.
Aufgabe der Erfindung ist es, aufzuzeigen, wie in einem Hochtemperaturofen zum Erweichen oder Schmelzen von Glas mit einem Heizkörper ein Stofftransport zwischen dem Glas und dem Heizkörper und damit eine Verunreinigung der Glasoberfläche und eine Korrosion des Heizkörpers weitgehend vermieden werden können.
Diese Aufgabe wird mit einem Heizkörper der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß der Heizkörper eine Schutzschicht aus einem, auch bei hohen Temperaturen mit Glas nicht wesentlich reagierenden Stoff, insbesondere ein Platinmetall, vorzugsweise Iridium, aufweist.
Iridium beispielsweise reagiert bei den Erweichungs-oder Schmelztemperaturen des Quarzglases von etwa 17000C bis 20000C nicht wesentlich mit dem Quarzglas und es verhindert als Schutzschicht auf dem Heizkörper beispielsweise eine Kohlenstaubbildung. Auch wird eine Reaktion von im Ofen vorhandenem Restsauerstoff mit dem Kohlenstoff des Heizkörpers wesentlich verzögert.
Vorteilhafterweise reicht es aus, wenn die Schutzschicht eine Dicke von weniger als 10/um aufweist.
Ein vorteilhaftes Verfahren zum Aufbringen einer Schutzschicht auf einen Heizkörper eines Hochtemperaturofens besteht darin, daß die Schicht aus der Gasphase auf den Heizkörper abgeschleden wird. Zweckmäßig ist es, die Abscheidung im Ofen vorzunehmen. Bevorzugterweise wird ein Platinmetall unter Ausnutzung eines chemischen Transports des Platinmetalls in einem Trägergas abgeschieden.
Als geeignetes Trägergas kann ein Gemisch aus Cl2- und AlCl3-Gas verwendet werden.
Ein besonders vorteilhaftes Verfahren zum Aufbringen einer Schutzschicht auf einem Heizkörper eines Hochtemperaturofens besteht darin, daß die Schicht galvanisch auf den Heizkörper abgeschieden wird.
In der Schutzschicht können Risse vorhanden sein oder entstehen, wodurch die Haftung auf dem Heizkörper verschlechtert und Staub entstehen kann. Eine derartig mit Mängeln behaftete Schutzschicht auf einem Heizkörper eines Hochtemperaturofens kann auf einfachste Weise dadurch verbessert werden, daß der Heizkörper bis auf die Schmelztemperatur des Schutzschichtmaterials oder auf eine wenig darunter liegende Temperatur erhitzt wird. Dadurch können Risse in der Schicht verschmolzen werden, wodurch die Haftung der Schicht auf dem Heizkörper verbessert und die Bildung von Platinmetallstaub verhindert wird. Voraussetzung dafür ist, daß das Platinmetall eine niedrigere Schmelztemperatur aufweist als das Material des Heizkörpers. Bei Kohlenstoff als Heizkörpermaterial und Iridium ist diese Voraussetzung beispielsweise erfüllt.
Ein Hochtemperaturofen mit einem beschichteten Heizkörper ist zweckmäßigerweise so ausgebildet, daß der Heizkörper von einem Strahlungsschirm umgeben ist, der eine Oberfläche aus einem auch bei hohen Temperaturen mit Glas nicht wesentlich reagierenden Stoff aufweist, und daß ein am Heizkörper angebrachtes Befestigungselement ebenfalls eine Oberfläche aus einem derartigen Stoff aufweist. Dadurch wird erreicht, daß vom Heizkörper nach außen abgestrahlte Wärme von einem mit Glas nicht wesentlich reagierenden Schirm abgefangen wird, wodurch Schäden auf der Glasoberfläche auch von der Umgebung des Heizkörpers her verhindert werden, und daß ein am Heizkörper angebrachtes Befestigungselement ebenfalls aufgrund der mit Glas nicht wesentlich reagierenden Oberfläche keinen Schaden auf der Glasoberfläche verursachen kann.
Bevorzugterweise besteht ein am Heizkörper angebrachtes Befestigungselement aus dem gleichen Material wie der Heizkörper und weist eine Schutzschicht auf.
Die Erfindung wird anhand eines in der Figur dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.
Die Figur zeigt einen axialen Schnitt durch einen vollständigen Hochtemperaturofen mit einem z.ridiumbeschichteten Heizkörper.
Der beispielhafte Ofen ist ein induktiv beheizter Rohrofen mit 45 mm lichter Weite zur Aufnahme eines 30 mm dicken Quarzglasrohres. Der hohlzylindrische, iridiumbeschichtete Heizkörper 1 aus Graphit ist mit achsenparallelen, iridlumbeschichteten Halterungsstäben 2 aus Graphit versehen, die in Ringen 3 aus Quarzglas stecken.
Auf diese Weise wird eine berührungsarme Aufhängung des Heizkörpers 1 ermöglicht. Zur Einkopplung eines zur Beheizung des Heizkörpers dienenden Hochfrequenzfeldes ist eine elektrische Spule 4 vorgesehen. Die thermische Isolation weist Strahlungsbleche 5 aus Iridium auf, die den Heizkörper 1 umgeben. Die Strahlungsbleche 5 sind ihrerseits von Graphitfllz 6 umgeben, der seinerseits von einem Quarzglas-Schutzrohr 7 umgeben ist, das zwischen zwei wassergekühlten Flanschen 8 aufgenommen ist, die auf einer Grundplatte 9 aufstehen. Luftduschen 100 sorgen für die Kühlung des Schutzrohres 7. Die Flansche 8 sind jeweils mit einer Argon-Schleuse 11 bestückt, durch die hindurch der Ofen von beiden Seiten her berührungsfrei beschickt werden kann. Jede der Gasschleusen 11 besitzt mehrere hintereinander angeordnete Ringdüsen 12. Zur Aufheizung des Ofens im Vakuum können die Schleusen 11 verschlossen werden. Auf die Schleusen 11 aufgesteckte Irisblenden 13 ermöglichen es, die Ofenöffnung beim Betrieb an den Durchmesser des einzuführenden Glases anzupassen. Durch unterschiedliche Einstellung der Blenden 13 und durch unterschiedliche Spülgaszufuhr läßt sich ein Gasstrom durch den Raum bewerkstelligen.
Der Ofen kann sowohl horizontal wie auch vertikal betrieben werden. Er kann für die Beschichtung wie für die Verformung von Rohren und auch zum Ziehen von Vorformen von Fasern verwendet werden.
Anstelle eines induktiv beheizten Ofens kann auch ein Widerstandsofen mit einem platinmetallbeschichteten Heizkörper verwendet werden.
12 Patentansprüche 1 Figur Leerseite

Claims

Patentansprüche Heizkörper aus einem Material mit hoher Schmelztemperatur für einen Hochtemperaturofen zum Erweichen oder Schmelzen von Glas, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t , daß der Heizkörper (1) eine Schutzschicht (10) aus einem, auch bei hohen Temperaturen mit Glas nicht wesentlich reagierenden Stoff aufweist.
2. Heizkörper nach Anspruch 1, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß die Schutzschicht aus einem Platinmetall besteht.
3. Heizkörper nach Anspruch 2, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h ne t , daß die Schutzschicht (10) aus Iridium besteht.
4. Heizkörper nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Schutzschicht (10) eine Dicke von weniger als 10/um aufweist.
5. Hochtemperaturofen mit einem Heizkörper nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß der Heizkörper (1) von einem Strahlungsschirm (5) umgeben ist, der eine Oberfläche aus einem, auch bei hohen Temperaturen mit Glas nicht wesentlich reagierenden Stoff aufweist, und daß ein am Heizkörper (1) angebrachtes Befestigungselement (2) ebenfalls eine Oberfläche aus einem derartigen Stoff aufweist.
6. Ofen nach Anspruch 5, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t , daß ein am Heizkörper (1) angebrachtes Befestigungselement (2) aus dem gleichen Material wie der Heizkörper (1) besteht und eine Schutzschicht aufweist.
7. Verfahren zum Aufbringen einer Schutzschicht auf einen Heizkörper eines Hochtemperaturofens, d a -d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Schicht aus der Gasphase auf den Heizkörper (1) abgeschieden wird.
8. Verfahren nach Anspruch 7, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß die Abscheidung im Ofen vorgenommen wird.
9. Verfahren nach Anspruch 8. d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß ein Platinmetall unter Ausnutzung eines chemischen Transports des Metalls in einem Trägergas abgeschieden wird.
10. Verfahren nach Anspruch 9, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß als Trägergas ein Gemisch aus Cl2- und Al Cl-Gas verwendet wird.
11. Verfahren zum Aufbringen einer Platinmetallschicht auf einen Heizkörper eines Hochtemperaturofens, d a -d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Schicht galvanisch auf den Heizkörper abgeschieden wird.
12. Verfahren zum Verbessern der Qualität einer auf einen Heizkörper aufgebrachten Schutzschicht, deren Material eine geringere Schmelztemperatur aufweist als das Material des Heizkörpers, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Heizkörper (1) bis auf die Schmelztemperatur des Schutzschichtmaterials oder auf eine wenig darunter liegende Temperatur erhitzt wird.