DE526901C - Verfahren zum Erzeugen vollkommen verglaster Bloecke aus geschmolzenem Quarz - Google Patents

Description

Die bekannten Verfahren zum Schmelzen von Quarz weisen sämtlich den Nachteil auf, daß es mit ihnen nicht gelingt, die Temperaturen beim Schmelzvorgang, ohne daß eine zu starke Verdampfung des geschmolzenen Materials eintritt, so hoch, zu steigern, daß die Viskosität des Schmelzgutes genügend erniedrigt und durch die ganze Masse des Materials gleichmäßig wird, um bei der nachfolgenden Verformung Stücke von vollkommener bzw. weitgehender Formgenauigkeit zu erhalten und um die erfahrungsgemäß im Schmelzgut enthaltenen Luftblasen so weit auszutreiben, daß die aus dem Schmelzgut hergestellten Formlinge durch den ganzen Scherben hindurch gleichmäßig verglast und durchsichtig sind.

Diese Nachteile weisen sowohl die seit langem gebräuchlichen Schmelzverfahren für

ao Quarz im elektrischen Widerstandsofen auf als auch die neuere Methode durch Schmelzen im Hochfrequenzinduktionsofen, wie sie beispielsweise in der französischen Patentschrift 585 213 beschrieben ist. Bei diesem Schmelzen im Hochfrequenzofen ist es zwar möglich, Blöcke von geschmolzenem Quarz herzustellen, jedoch sind auch diese Blöcke nicht vollkommen verglast, und vor allem besteht die Gefahr, daß ihre Oberfläche durch aus der Form aufgenommenen Kohlenstoff verunreinigt ist.

Die Erfindung gibt nun die Möglichkeit, die geschilderten Schwierigkeiten in vorzüglicher Weise zu vermeiden und ein in seiner ganzen Masse verglastes, also vollkommen durchgeschmolzenes, auf der Oberfläche völlig reines Material zu erzeugen, das sich in einem Zustand so niedriger Viskosität befindet, daß sich aus ihm bei der nachfolgenden Verformung Gegenstände, die in bezug auf Aussehen und Formgenauigkeit den schärfsten Anforderungen entsprechen, erzeugen lassen.

Diese Möglichkeit wird durch ein neuartiges Schmelzverfahren geschaffen, bei dem man einen auf irgendeine Weise erzeugten Rohquarzblock, den man gegebenenfalls vorher erwärmt, in einen durch Induktion auf Temperaturen von über 2000⁰ C vorerhitzten Tiegel einbringt und hier unter plötzlicher Bildung einer isolierenden Schicht von verdampfter Kieselsäure zwischen Wandung des Tiegels und Quarzblock durchgehend auf die. Temperatur des Tiegels erhitzt. Induktionsheizung ist erforderlich, weil nur bei einer solchen die erforderlichen Temperaturgrade durch das ganze Schmelzgut hindurch einwandfrei zu erhalten sind. Durch die Bildung einer isolierenden Schicht wird das Anhaften des Blockes am Tiegel und eine Verunreinigung des Schmelzgutes durch Carborundum oder das sonst verwendete Tiegelmaterial vollkommen verhindert, und es wird ein ge-

schmolzenes Material von außerordentlicher Homogenität und so hoher Temperatur erzeugt, daß es leicht nach den bekannten Preß- oder Blasverfahren zu verarbeiten ist. Besonders vorteilhaft ist es, den Tiegel so auszubilden, daß er während des Schmelzvorganges um eine zur Senkrechten geneigte Achse rotiert, damit ein Anhaften des geschmolzenen Blocks an der Sohle unter allen ίο Umständen vermieden wird. Gleichzeitig ist hiermit der Vorteil verbunden, daß der Quarzblock zu einem etwas abgeflachten Klumpen geformt wird, den man leichter erfassen und schnell zwischen Matrize und Patrize bringen bzw. aus dem Schmelztiegel durch eine Rinne durch Kippen des Ofens herabgleiten lassen kann.

Das so vorbereitete geschmolzene Material kann ohne jede Schwierigkeit durch Pressen verformt · werden. Weil seine Temperatur außerordentlich hoch und die Plastizität entsprechend groß ist, werden sogar bei sehr dünnen Preßlingen die kleinsten Einzelheiten der Matrize einwandfrei wiedergegeben. Das Erzeugen von Quarzblöcken im Induktionsofen ist an sich bekannt, nicht jedoch die besondere eigenartige Durchführung des Schmelzprozesses nach der Erfindung, die unter Bildung einer isolierenden Schient zwisehen Tiegelwandung und Schmelzgut, also eine plötzliche Erhitzung, die auf einer Art von Leidenfrostschen Phänomen beruht und es erstmalig ermöglicht, Quarz ohne unerwünschte, zu starke Verdampfung in einen so flüssigen Zustand zu bringen, daß diese genaue Art der Formgebung und HersteEung einwandfrei homogenisierter, von Verunreinigungen freier Stücke möglich ist. Das bekannte Verfahren zur Herstellung von Quarzglaszylindern im Widerstandsofen, bei dem eine Loslösung des Formlings von der Elektrode durch. Verdampfung des Silicium'dioxyds erfolgen soll, hat gleichfalls mit dem neuen Verfahren nichts zu tun.

Um das Auftreten von Rissen und inneren Spannungen auf jeden Fall zu vermeiden, wird zweckmäßig bei der Verformung durch Pressen mit auf Temperaturen von 1000 bis iioo⁰ C erhitzten Matrizen gearbeitet, und die gepreßten Stücke werden nach ihrer Entfernung aus der Form alsbald wieder auf wenigstens 1200⁰C erhitzt, damit eine ungleichmäßige Abkühlung durch zu starken Wärmeverlust nach außen vermieden wird. Eine zur Durchführung des Verfahrens geeignete Vorrichtung ist in der Abbildung dargestellt. In dem Ofen ist eine Temperatur von bis zu 2200⁰ C erzielbar.

Der Schmelzbehälter wird zweckmäßig ausZirkon hergestellt. Er kann aber auch aus Graphit oder irgendeiner Kohlenstoffmasse bestehen.

Eine praktische Ausführungsform des Ofens besteht aus einem Graphittiegel, der stark wärmeisoliert ist und sich um die Achse einer Drahtspirale drehen kann, welche von Hochfrequenzströmen durchflossen wird, die durch Induktion den Tiegelinhalt beheizen. Durch eine Öffnung im Verschluß deckel kann man den Gang des Schmelzprozesses verfolgen.

Die Preßformen, die nicht Gegenstand der vorliegenden Erfindung sind, können aus einem beliebigen Stoff, ζ. B. aus Graphit oder Kohlenstoffmasse, bestehen. Man kann sie aber auch aus einem polierten Metall herstellen, um ein schöneres Aussehen der fertigen Stücke zu erzielen, und zwar vorteilhaft aus einem wenig oxydierbaren Metall mit hohem Schmelzpunkt, wie Nickel und gewissen Ferrochromlegierungen. Diese können ohne Unzuträglichkeiten auf eine Temperatur von 1000 bis 1100⁰C gebracht werden, und zwar entweder durch das zu pressende Material selbst oder auch unter zusätzlicher Wärmezufuhr von außen, wenn die Eigenwärme der Preßlinge nicht ausreicht. Diese zusätzliche Erwärmung kann in beliebiger Weise erfolgen.

In der Zeichnung ist α der Tiegel, der durch Hochfrequenzinduktionsströme erhitzt wird, die durch die feste Wicklung b erzeugt werden. Er besitzt einen Mantel c und eine Wärmeisolation d. Mittels einer Kurbel / kann das ganze um die Achse e gedreht werden, g ist der Verschlußdeckel, der mit einer Bohrung h versehen ist, durch die man die Temperatur überwachen und die Verflüchtigung kontrollieren kann.

Selbstverständlich' kann außer durch Pressen der gewonnene Klumpen nach jedem beliebigen Verfahren weiterverarbeitet werden.

Das Verfahren ermöglicht es erstmalig, in ihrer ganzen Masse verglaste Stücke mit glatter Oberfläche und beliebiger Scherbenstärke in einem Arbeitsgang herzustellen und stellt daher für die Quarzgegenstände herstellende bzw. verbrauchende Industrie einen erheblichen technischen und wirtschaftlichen Fortschritt dar.

Claims (2)

1. Patentansprüche:

   i. Verfahren zum Erzeugen vollkommen verglaster Blöcke aus geschmolzenem Quarz als Ausgangsmaterial für Quarzgegenstände in einem durch Induktion erhitzten Ofen oder Tiegel, dadurch gekennzeichnet, daß ein in einem vorangegangenen Schmelzverfahren erhaltener Quarzblock, gegebenenfalls nach vorheriger Erwärmung, in einen auf Temperaturen von über 2ooo^Q C vorerhitzten Tiegel oder Ofen gebracht und in diesem unter

   plötzlicher Bildung einer isolierenden Schicht von verdampfter Kieselsäure zwischen Ofenwandung und Quarzblock durchgehend auf die Temperatur des Schmelztiegels bzw. -ofens erhitzt wird.
2. 2. Verfahren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß der Schmelztiegel oder -ofen während des Schmelzvorganges um eine zur Senkrechten geneigte Achse rotiert.

   Hierzu ι Blatt Zeichnungen