ES2575579T3 - Hilos recubiertos de vidrio y procedimientos de producción de los mismos - Google Patents

Hilos recubiertos de vidrio y procedimientos de producción de los mismos Download PDF

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ES2575579T3 ES09700129.1T ES09700129T ES2575579T3 ES 2575579 T3 ES2575579 T3 ES 2575579T3 ES 09700129 T ES09700129 T ES 09700129T ES 2575579 T3 ES2575579 T3 ES 2575579T3
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Eliezer Adar
Yuri Bolotinsky
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Abstract

Un aparato (10) de producción de un hilo (19) recubierto de vidrio, comprendiendo el aparato: primer y segundo dispositivos de calentamiento, estando adaptado el primer dispositivo (14) de calentamiento para calentar el material del núcleo de metal hasta una temperatura de fusión del mismo, y estando adaptado el segundo dispositivo (17) de calentamiento para calentar separada e independientemente el material (11) de vidrio hasta una temperatura de estiramiento del mismo; estando adaptado dicho primer dispositivo (14) de calentamiento para recibir independientemente un suministro continuo de dicho material de núcleo y para hacer fluir partes del núcleo de metal fundido a través de un tubo (101) de conducción a dicho segundo dispositivo (17) de calentamiento; comprendiendo dicho segundo dispositivo (17) de calentamiento una primera y segunda zonas físicamente separadas, comprendiendo cada una, una cavidad, estando adaptada una primera cavidad de la zona (162) en dicha primera zona para recibir a través de dicho tubo (101) una parte del material del núcleo metálico fundido desde dicho primer dispositivo (14) de calentamiento, y hacer fluir el núcleo fundido hacia una salida (161) de dicho segundo dispositivo (17) de calentamiento, mientras mantiene y contiene dicha parte del núcleo fundido en su estado fundido en su interior y una cavidad (160) con forma de embudo en dicha segunda zona, estando adaptada dicha cavidad con forma de embudo para recibir independientemente un suministro continuo de dicho material (11) de vidrio, calentarlo mediante dicho segundo dispositivo de calentamiento hasta la temperatura de estiramiento y dirigir el material de vidrio ablandado hacia dicha salida (161), mientras se conforma el material de vidrio ablandado como un embudo con un orificio central para recibir el núcleo fundido desde la primera cavidad de zona; y estando adaptada dicha salida (161) del segundo dispositivo (17) de calentamiento para combinar el flujo del material del núcleo fundido desde la primera cavidad (162) de la zona del segundo dispositivo (17) de calentamiento con el material de vidrio ablandado con forma de embudo desde la cavidad (160) con forma de embudo mediante el flujo del núcleo del metal fundido al interior del orificio central formado en el vidrio ablandado con forma de embudo en dicha salida (161), para permitir de ese modo el estiramiento continuo de un tubo capilar de vidrio tensado lleno con el material del núcleo fundido a través de dicha salida (161).

Description

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DESCRIPCION
Hilos recubiertos de vidrio y procedimientos de produccion de los mismos Campo
La invencion se refiere a la fabricacion de hilos recubiertos de vidrio. Antecedentes
Los hilos recubiertos de vidrio generalmente, aunque no necesariamente, constan de un nucleo de metal de diametro relativamente pequeno (que vana tipicamente en diametro desde 1 pm hasta cualquier diametro mayor) recubiertos con un recubrimiento de vidrio relativamente delgado de unos pocos micrometros de grosor. Estos tipos de hilos han encontrado numerosas aplicaciones en los mercados de los hilos, incluyendo mercados de micro-hilos, por ejemplo, en componentes electronicos miniatura; en etiquetas de seguridad para personal; en etiquetas antirrobo para bienes y mercandas; en aplicaciones anti-falsificacion asf como en hilos de comunicacion; y otros similares.
Un procedimiento para el recubrimiento con vidrio de hilos metalicos se describio primero por G. F. Taylor en 1924, y posteriormente mejorado para produccion en relativamente gran escala por Ulitovsky en 1948. Generalmente denominado como el proceso Taylor-Ulitovsky, el proceso se basa en el calentamiento de un tubo de vidrio que contiene un metal hasta un punto en el que el metal se funde y el vidrio, que tiene un punto de fusion sustancialmente mas alto que el metal, se ablanda a partir del calor aplicado. El vidrio es estirado entonces para formar un tubo capilar con el metal fundido formando un nucleo metalico dentro del tubo. Frecuentemente, se usa induccion electromagnetica para calentar el metal hasta la fusion, y se usa el calor del metal para calentar el vidrio hasta que se ablanda y puede ser estirado.
La Publicacion de Patente de Estados Unidos n.° 2004/0103690 desvela un dispositivo y proceso que permite el procesamiento continuo de hilos metalicos enfundados en vidrio de considerable longitud. Normalmente una tubena de alimentacion que contiene todo el metal necesario, colocada a su vez dentro de un tubo de vidrio, de modo que suministre continuamente una gota a la parte inferior del tubo de vidrio. El calor de un primer inductor alrededor del tubo de vidrio y un segundo inductor bajo el tubo de vidrio permiten mantener la gota a una temperatura estable y de una forma continua y para obtener el proceso de estiramiento continuo de un hilo metalico enfundado en vidrio.
La Patente de Estados Unidos n.° 3.481.390 describe un proceso de preparacion de fibras y filamentos de metal compuesto que contienen un recubrimiento protector, en el que el metal y el recubrimiento protector son reactivos bajo las condiciones en las que se forma la fibra compuesta comprendiendo el mantenimiento del tiempo de residencia en el que dicho metal y recubrimiento se funden y estan en contacto y reaccionan en menos de 0,5 a 0,002 segundos, mediante lo que se elimina sustancialmente la reaccion entre el metal y el recubrimiento protector mediante el mantenimiento de dicho metal fundido fuera del contacto con dicho material de recubrimiento protector fundido hasta justamente antes de que se forme dicha fibra compuesta, y las fibras y filamentos compuestos se formen mediante dicho proceso.
Sumario
Un aspecto de algunas realizaciones de la invencion se refiere a proporcionar un procedimiento y aparato para producir un hilo recubierto de vidrio en el que un material del nucleo y un material de vidrio usados para formar el hilo recubierto de vidrio pueden seleccionarse de modo que una temperatura de fusion del material del nucleo y una temperatura de estiramiento del material de vidrio (una temperatura a la que el vidrio puede ser tensado) son independientes entre sf.
En la tecnica anterior, el uso del procedimiento de Taylor-Ulitovsky implica la fusion del material del nucleo dentro de un tubo de vidrio. Usando el calor creado por induccion electromagnetica, el material del nucleo, por ejemplo metal (o una aleacion metalica) se funde y el calor del metal ablanda (funde) el vidrio hasta una temperatura de estiramiento. Esto requiere una coincidencia entre la temperatura de fusion del metal y la temperatura de estiramiento del vidrio. En consecuencia, la viscosidad tecnologica del vidrio necesaria para la fundicion del hilo recubierto de vidrio puede conseguirse a una temperatura que es aproximadamente igual a la de la temperatura de fusion del metal, limitando inherentemente una posibilidad de producir hilo recubierto de vidrio a partir de metales de alta temperatura (dado que es diffcil elegir tipos de vidrio que tengan una temperatura de estiramiento que coincida con la temperatura de fusion de metales de alta temperatura). Un problema similar existe con la produccion de hilos recubiertos de vidrio a partir de metales de baja temperatura, por ejemplo con Pb (plomo) o con Sn (estano) cuyas temperaturas de fusion, Tm = 327 °C y Tm = 232 °C, respectivamente, son mucho mas bajas en comparacion con la temperatura de estiramiento del vidrio (1100 °C).
Como se ha explicado anteriormente, en base al procedimiento de Taylor-Ulitovsky, se fabrican generalmente hilos recubiertos de vidrio usando un tubo de vidrio que contiene un lote metalico que se calienta a una temperatura suficiente para fundir el metal mediante un campo electromagnetico de un inductor. El metal fundido ablanda entonces las paredes del tubo de vidrio. Normalmente, el campo magnetico del inductor mantiene el metal fundido en el tubo de vidrio en un estado suspendido en una parte media del inductor; denominado “procedimiento de cafda
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suspendida”. Se estira entonces un vidrio capilar desde la parte de vidrio blanda y se envuelve sobre una bobina en rotacion. Como resultado se forma el hilo recubierto de vidrio a partir de un “microbano” que comprende el metal fundido y del vidrio formado en un capilar de vidrio lleno con un nucleo metalico conductor, permitiendo que se forme un hilo recubierto de vidrio continuo.
Aunque el proceso de Taylor-Ulitovsky puede parecer una tecnica inherentemente simple, hay un cierto numero de variables interrelacionadas sobre las que se requiere un control cuidadoso, y que pueden plantear limitaciones sobre la produccion en masa de hilos recubiertos de vidrio usando el proceso. Un factor importante en la consecucion de un proceso estable es una capacidad para mantener un tamano constante del microbano. Por ejemplo, para un proceso continuo, se requiere la adicion continua de metal usando una materia prima metalica que se suministra al interior de la fusion a una velocidad predeterminada. Adicionalmente, segun se gastan el metal y el vidrio se requiere una alimentacion de vidrio continua mediante un util de alimentacion en el area del inductor.
Al mismo tiempo, se requiere que la temperatura de fusion del metal este controlada mediante la variacion de una posicion del metal centro del inductor (bajo otras condiciones iguales), mientras que un diametro del hilo se controla mediante la variacion de la velocidad de estiramiento. Es esencial un control cuidadoso de estas variables dado que una reduccion en la velocidad de estiramiento dara como resultado un incremento del diametro del hilo mientras que un incremento en la velocidad de estiramiento dara como resultado una disminucion en el diametro del hilo. Por ejemplo, un hilo de 20 micras puede requerir una velocidad de estiramiento de aproximadamente 800 m/s, mientras que un hilo de 100 micras puede requerir una velocidad de estiramiento de aproximadamente 10 m/s.
De acuerdo con un aspecto de algunas realizaciones de la invencion, se proporciona un aparato para producir un hilo recubierto de vidrio, adaptado al aparato para fundir por separado el material del nucleo y ablandar el vidrio para su estiramiento, permitiendo que se use en el hilo recubierto de vidrio un material del nucleo con una temperatura de fusion sustancialmente mas alta que la del vidrio. Opcionalmente, la temperatura de fusion del material del nucleo puede ser la misma o sustancialmente mas baja en comparacion con la del vidrio.
En una realizacion de la invencion, el aparato comprende un primer dispositivo de calentamiento que se calienta mediante un primer inductor electromagnetico, adaptado el primer dispositivo para fundir el material del nucleo; y que comprende adicionalmente un segundo dispositivo que se calienta mediante un segundo inductor electromagnetico, adaptado el segundo dispositivo para ablandar el vidrio para estiramiento. El primer dispositivo puede ser de acero resistente al calor, y se usa para producir el hilo recubierto de vidrio a partir de metales de baja temperatura, por ejemplo, plomo, cobre, aluminio y similares. Dicha tecnologfa de fusion permite un uso de un intervalo de frecuencias de inductor, desde 0,5 kHz hasta 30 kHz para el primer inductor, por ejemplo, 2 - 10 kHz, proporcionando unas caractensticas de energfa relativamente superiores para el proceso. Para la preparacion del hilo recubierto de vidrio a partir de metales de alta temperatura puede usarse un dispositivo ceramico. El uso del dispositivo ceramico puede ser necesario cuando la temperatura de fusion de los metales de alta temperatura, por ejemplo, platino (Tm = 1769 °C), es mas alta que la temperatura de operacion del dispositivo fabricado a partir de acero de alta resistencia al calor. En este caso el calentamiento puede realizarse con un intervalo de frecuencias de 30 - 800 kHz, por ejemplo, 66 - 500 kHz.
El material del nucleo fundido circula (como una corriente o gotas, dependiendo de los requisitos de produccion) desde el primer dispositivo al segundo dispositivo. El segundo dispositivo, que puede fabricarse de acero resistente al calor, se adapta adicionalmente para permitir que el material del nucleo fundido combine con el vidrio ablandado formando un hilo recubierto de vidrio. El hilo recubierto de vidrio (tubo capilar de vidrio lleno con el nucleo fundido) puede entonces estirarse desde el segundo dispositivo para refrigeracion y procesamiento posterior segun se requiera para la produccion del hilo recubierto de vidrio (por ejemplo, enrollado). Una alimentacion continua de material del nucleo dentro del primer dispositivo y de material de vidrio dentro del segundo dispositivo puede permitir una produccion continua del hilo recubierto de vidrio.
Un sistema, que comprende el aparato anteriormente descrito, comprende tambien un dispositivo de refrigeracion para la refrigeracion del hilo recubierto de vidrio estirado. El dispositivo de refrigeracion, que puede incluir un tanque con un lfquido de refrigeracion, esta adaptado para proporcionar al hilo recubierto de vidrio estirado un entorno estable, no turbulento de refrigeracion, en lugar de pasar a traves de una corriente de refrigeracion inestable y turbulenta como es comun en la tecnica. Como resultado, se aplica una refrigeracion uniforme a todos los lados del hilo recubierto de vidrio, y puede conseguirse un recubrimiento de vidrio uniforme y sin distorsiones. Se obtiene para el hilo recubierto de vidrio una seccion transversal uniforme esencialmente circular.
El aparato comprende una salida adaptada para combinar el material del nucleo fundido con el material de vidrio calentado para formar un hilo que comprende material de nucleo fundido recubierto con vidrio. En algunas realizaciones de la invencion, el aparato comprende ademas al menos un inductor electromagnetico adaptado para calentar el al menos un dispositivo de calentamiento. Opcionalmente, al menos un dispositivo de calentamiento comprende un metal resistente al calor. Adicional o alternativamente, al menos un dispositivo de calentamiento comprende una ceramica resistente al calor. El material del nucleo se suministra continuamente hacia el al menos un dispositivo de calentamiento. El material de vidrio se suministra continuamente hacia el al menos un dispositivo de calentamiento.
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El aparato comprende un tubo conductor adaptado para conducir el flujo de material del nucleo fundido desde el primer dispositivo al segundo dispositivo. Opcionalmente, el flujo de material del nucleo fundido es una corriente. Adicional o alternativamente, el flujo de material del nucleo fundido comprende gotas cayendo. El segundo dispositivo comprende una primera zona adaptada para contener el material del nucleo fundido. El segundo dispositivo comprende una segunda zona adaptada para contener el material de vidrio calentado.
Se proporciona, de acuerdo con una realizacion de la invencion, un procedimiento de produccion de un hilo recubierto de vidrio, comprendiendo el procedimiento independientemente, el calentamiento de un material del nucleo hasta una temperatura de fusion del mismo y el calentamiento del material de vidrio a una temperatura de estiramiento del mismo; y la combinacion del material del nucleo fundido con el material de vidrio calentado para formar un hilo que comprende material de nucleo fundido recubierto con vidrio. Opcionalmente, el procedimiento comprende adicionalmente el calentamiento de modo independiente por induccion electromagnetica. El procedimiento comprende el suministro de modo continuo del material del nucleo. El procedimiento comprende adicionalmente el suministro de modo continuo del material de vidrio.
El procedimiento comprende el calentamiento del material del nucleo en un primer dispositivo de calentamiento, y el calentamiento del material de vidrio en un segundo dispositivo de calentamiento. Opcionalmente, el primer dispositivo y/o el segundo dispositivo comprenden un metal resistente al calor. Opcionalmente, el primer dispositivo y/o el segundo dispositivo comprenden una ceramica resistente al calor. El procedimiento comprende ademas la conduccion del flujo de material del nucleo fundido desde el primer dispositivo al segundo dispositivo. Opcionalmente, el flujo de material del nucleo fundido es una corriente. Opcionalmente, el flujo de material del nucleo fundido comprende gotas cayendo. El procedimiento comprende la contencion del material del nucleo fundido en una primera zona en el segundo dispositivo. El procedimiento comprende la contencion del material de vidrio calentado en una segunda zona en el segundo dispositivo.
Es posible implementar un sistema de produccion de hilo recubierto de vidrio, comprendiendo el sistema un aparato de produccion de un hilo recubierto de vidrio, comprendiendo el aparato al menos un dispositivo de calentamiento adaptado para, independientemente, calentar un material del nucleo hasta una temperatura de fusion del mismo y calentar un material de vidrio hasta una temperatura de estiramiento del mismo; y un dispositivo de refrigeracion para refrigerar el hilo recubierto de vidrio. Opcionalmente, el dispositivo de refrigeracion comprende un tanque lleno con un lfquido. Opcionalmente, el dispositivo de refrigeracion comprende ademas al menos una polea en el interior del tanque alrededor de la que pasa el hilo recubierto de vidrio. Adicional o alternativamente, el dispositivo de refrigeracion comprende ademas al menos una polea en el exterior del tanque alrededor de la que pasa el hilo recubierto de vidrio.
El sistema comprende una salida adaptada para combinar el material del nucleo fundido con el material de vidrio calentado para formar un hilo que comprende material del nucleo fundido recubierto con vidrio. El sistema comprende ademas al menos un inductor electromagnetico adaptado para calentar el al menos un dispositivo de calentamiento. Opcionalmente, el al menos un dispositivo de calentamiento comprende un metal resistente al calor. Adicional o alternativamente, el al menos un dispositivo de calentamiento comprende una ceramica resistente al calor. El material del nucleo se suministra continuamente para el al menos un dispositivo de calentamiento. El material de vidrio se suministra continuamente para el al menos un dispositivo de calentamiento.
El sistema comprende un primer dispositivo de calentamiento adaptado para calentar el material del nucleo hasta una temperatura de fusion del mismo, y un segundo dispositivo de calentamiento adaptado para calentar el material de vidrio hasta una temperatura de estiramiento del mismo. El sistema comprende ademas un tubo de conduccion adaptado para conducir el flujo de material del nucleo fundido desde el primer dispositivo al segundo dispositivo. Opcionalmente, el flujo de material del nucleo fundido es una corriente. Adicional o alternativamente, el flujo de material del nucleo fundido comprende gotas cayendo. El segundo dispositivo comprende una primera zona adaptada para contener el material del nucleo fundido. El segundo dispositivo comprende una segunda zona adaptada para contener el material de vidrio calentado.
En algunas realizaciones de la invencion, el material del nucleo comprende un metal, una aleacion metalica, un semiconductor elemental, un compuesto semiconductor no ceramico, o polvo ceramico, o cualquier combinacion de los mismos. Adicional o alternativamente, el material del nucleo se conforma como una varilla, una barra, o un hilo. Opcionalmente, el material de vidrio comprende silicato alcalino, borosilicato, aluminosilicato, cuarzo, sflice, cal-sosa, plomo, o cualquier combinacion de los mismos. Adicional o alternativamente, el material de vidrio comprende una forma de polvo de vidrio, una bola de vidrio, o un tubo de vidrio.
Opcionalmente, el hilo metalico recubierto de vidrio comprende una seccion transversal esencialmente circular.
El primer dispositivo puede adaptarse para ser calentado a una primera temperatura, adaptada la primera temperatura para fundir un material del nucleo; adaptado el segundo dispositivo para ser calentado a una segunda temperatura, adaptada la segunda temperatura para llevar a un material de vidrio a una temperatura de estiramiento; y adaptada la salida para combinar el material del nucleo fundido con el material de vidrio calentado para formar un hilo que comprende material del nucleo fundido recubierto con vidrio. Opcionalmente, la primera temperatura es mayor que o igual a la segunda temperatura. Opcionalmente, la primera temperatura es menor que la segunda
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temperatura. Opcionalmente; el aparato comprende ademas un primer inductor electromagnetico adaptado para calentar el primer dispositivo. Opcionalmente, el aparato comprende ademas un segundo inductor electromagnetico adaptado para calentar el segundo dispositivo. Adicional o alternativamente, el material del nucleo se suministra continuamente al primer dispositivo. Opcionalmente, el material de vidrio se suministra continuamente al segundo dispositivo. Opcionalmente, el primer dispositivo y/o el segundo dispositivo comprenden un metal resistente al calor. Opcionalmente, el primer dispositivo y/o el segundo dispositivo comprenden una ceramica resistente al calor. El aparato comprende ademas un tubo de conduccion adaptado para conducir el flujo de material del nucleo fundido desde el primer dispositivo al segundo dispositivo. Opcionalmente, el flujo de material del nucleo fundido es una corriente. Opcionalmente, el flujo de material del nucleo fundido comprende gotas cayendo. El segundo dispositivo comprende una primera zona adaptada para contener el material del nucleo fundido. El segundo dispositivo comprende una segunda zona adaptada para contener el material de vidrio calentado.
Un sistema de produccion de un hilo recubierto de vidrio puede comprender un aparato de produccion de un hilo recubierto de vidrio, comprendiendo el aparato un primer dispositivo adaptado para ser calentado a una primera temperatura, adaptada la primera temperatura para fundir un material del nucleo; un segundo dispositivo adaptado para ser calentado a una segunda temperatura, adaptada la segunda temperatura para llevar a un material de vidrio a una temperatura de estiramiento; adaptada la salida para combinar el material del nucleo fundido con el material de vidrio calentado para formar un hilo que comprende material del nucleo fundido recubierto con vidrio; y un dispositivo de refrigeracion para refrigerar el hilo recubierto de vidrio. Opcionalmente, el dispositivo de refrigeracion comprende un tanque lleno con un lfquido. Opcionalmente, el dispositivo de refrigeracion comprende ademas al menos una polea en el interior del tanque alrededor de la que pasa el hilo recubierto de vidrio. Adicional o alternativamente, el dispositivo de refrigeracion comprende ademas al menos una polea en el exterior del tanque alrededor de la que pasa el hilo recubierto de vidrio. Opcionalmente, la primera temperatura es mayor que o igual a la segunda temperatura. Opcionalmente, la primera temperatura es menor que la segunda temperatura. Opcionalmente, el aparato comprende ademas un primer inductor electromagnetico adaptado para calentar el primer dispositivo. Opcionalmente, el aparato comprende ademas un segundo inductor electromagnetico adaptado para calentar el segundo dispositivo. Adicional o alternativamente, el material del nucleo se suministra continuamente al primer dispositivo. Opcionalmente, el material de vidrio se suministra continuamente al segundo dispositivo. Opcionalmente, el primer dispositivo y/o el segundo dispositivo comprenden un metal resistente al calor. Opcionalmente, el primer dispositivo y/o el segundo dispositivo comprenden una ceramica resistente al calor. El aparato comprende un tubo de conduccion adaptado para conducir material del nucleo fundido desde el primer dispositivo al segundo dispositivo. Opcionalmente, el flujo de material del nucleo fundido es una corriente. Opcionalmente, el flujo de material del nucleo fundido comprende gotas cayendo. El segundo dispositivo comprende una primera zona adaptada para contener el material del nucleo fundido. El segundo dispositivo comprende una segunda zona adaptada para contener el material de vidrio calentado.
En algunas realizaciones de la invencion, el material de vidrio comprende una forma de polvo de vidrio, una bola de vidrio, o un tubo de vidrio. Opcionalmente, el material de vidrio comprende un silicato alcalino, borosilicato, aluminosilicato, cuarzo, sflice, sosa-cal, plomo, o cualquier combinacion de los mismos.
En algunas realizaciones de la invencion, el material del nucleo se conforma como una varilla, una barra o un hilo. Opcionalmente, el material del nucleo comprende un metal, una aleacion metalica, un semiconductor elemental, un compuesto semiconductor no ceramico, o polvo ceramico, o cualquier combinacion de los mismos.
Se proporciona, de acuerdo con una realizacion de la invencion, un procedimiento de produccion de un hilo recubierto de vidrio, comprendiendo el procedimiento el calentamiento de un primer dispositivo que contiene un material del nucleo hasta una primera temperatura, fundiendo de ese modo el material del nucleo; calentamiento del segundo dispositivo que contiene un material de vidrio a una segunda temperatura, llevando de ese modo al material de vidrio a una temperatura de estiramiento; y la combinacion del material del nucleo fundido con el material de vidrio calentado para formar un hilo que comprende material del nucleo fundido recubierto con vidrio. Opcionalmente, la primera temperatura es mayor que o igual a la segunda temperatura. Opcionalmente, la primera temperatura es menor que la segunda temperatura. Adicional o alternativamente, el procedimiento comprende ademas el calentamiento del primer dispositivo con un primer inductor electromagnetico. Opcionalmente, el procedimiento comprende ademas el calentamiento del segundo dispositivo con un segundo inductor electromagnetico. El procedimiento comprende el suministro continuamente del material del nucleo al primer dispositivo. El procedimiento comprende el suministro continuamente de material de vidrio al segundo dispositivo. Adicional o alternativamente, el primer dispositivo y/o el segundo dispositivo comprenden un metal resistente al calor. Opcionalmente, el primer dispositivo y/o el segundo dispositivo comprenden una ceramica resistente al calor. El procedimiento comprende la conduccion del flujo de material del nucleo fundido desde el primer dispositivo al segundo dispositivo. Opcionalmente, el flujo de material del nucleo fundido es una corriente. Opcionalmente, el flujo de material del nucleo fundido comprende gotas cayendo. El procedimiento comprende la contencion del material del nucleo fundido en una primera zona en el segundo dispositivo. El procedimiento comprende la contencion del material de vidrio calentado en una segunda zona en el segundo dispositivo.
En algunas realizaciones de la invencion, el procedimiento comprende ademas la conformacion del material del nucleo como una varilla, una barra o un hilo. Opcionalmente, el material del nucleo comprende metal, una aleacion metalica, un semiconductor elemental, un compuesto semiconductor no ceramico, o polvo ceramico, o cualquier
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combinacion de los mismos.
En algunas realizaciones de la invencion, el procedimiento comprende ademas la formacion del material de vidrio en polvo de vidrio, una bola de vidrio, o un tubo de vidrio. Opcionalmente, el material de vidrio comprende silicato alcalino, borosilicato, aluminosilicato, cuarzo, sflice, sosa-cal, plomo o cualquier combinacion de los mismos.
Opcionalmente, el hilo metalico recubierto de vidrio puede comprender una seccion transversal esencialmente circular.
Breve descripcion de las figuras
Se describen a continuacion ejemplos ilustrativos de realizaciones de la invencion con referencia a las figuras adjuntas a los mismos. Las figuras, estructuras, elementos o partes identicos que aparecen en mas de una figura se etiquetan en general con el mismo numero en todas las figuras en las que aparecen. Las dimensiones de los componentes y caractensticas mostradas en las figuras se eligen generalmente por conveniencia y claridad de presentacion y no estan necesariamente mostradas a escala. Las figuras se listan a continuacion.
La Fig. 1 ilustra esquematicamente un aparato ejemplar de produccion de un hilo recubierto de vidrio, de acuerdo con una realizacion de la invencion;
la Fig. 2 ilustra esquematicamente un aparato ejemplar de produccion de un hilo recubierto de vidrio;
la Fig. 3 ilustra esquematicamente un sistema ejemplar de produccion de un hilo recubierto de vidrio con una
seccion transversal esencialmente circular; y
la Fig. 4 ilustra esquematicamente un diagrama de flujo que ilustra un procedimiento de produccion de hilo recubierto de vidrio, de acuerdo con una realizacion de la invencion.
Descripcion detallada
Se hace referencia a la Fig. 1, que esquematicamente ilustra un aparato 10 ejemplar de produccion de un hilo 19 recubierto de vidrio, de acuerdo con una realizacion de la invencion. El aparato 10 esta adaptado para producir un hilo recubierto de vidrio que comprende un material del nucleo con una temperatura de fusion y un material de vidrio con una temperatura de estiramiento, que son independientes entre sf. El aparato 10 comprende un primer dispositivo 14, que se calienta mediante un primer inductor 15 electromagnetico, adaptado el primer dispositivo para fundir un material 13 del nucleo, que se suministra al interior del dispositivo, por ejemplo, continuamente. El aparato 10 comprende ademas un segundo dispositivo 17 que se calienta mediante un segundo inductor 18 electromagnetico, adaptado el segundo dispositivo para fundir (ablandar) un material 11 de vidrio suministrado al interior del dispositivo, por ejemplo, continuamente, para el estiramiento como un tubo capilar. De acuerdo con una realizacion de la invencion, el suministro continuo del material 13 del nucleo al interior del primer dispositivo 14 y del material 11 de vidrio al interior del segundo dispositivo 17, permiten una produccion continua de un hilo recubierto de vidrio. El primer dispositivo 14 y el primer inductor 15 pueden incluirse como parte de un primer horno de calentamiento por induccion; y el segundo dispositivo 17 y el segundo inductor 18, pueden incluirse como parte del segundo horno de calentamiento por induccion.
El termino “continuo” o “produccion continua” puede referirse a, de acuerdo con algunas realizaciones, un proceso que produce una longitud requerida de hilo (tal como un hilo recubierto de vidrio) sin necesidad de conectar dos o mas elementos de un hilo para formar la longitud de hilo requerida. El termino “continuo” o “produccion continua” puede referirse tambien, de acuerdo con algunas realizaciones, a un proceso que puede producir una longitud requerida de un hilo (tal como un hilo recubierto de vidrio) siempre que se esten suministrando al interior del sistema el material del nucleo y el material de vidrio.
El termino “dispositivo”, que puede tambien denominarse como un “dispositivo de calentamiento”, puede referirse a, de acuerdo con algunas realizaciones, cualquier equipo o parte de un equipo que pueda calentarse y/o generar calor, por ejemplo, un crisol, caldera, horno, sistema de calentamiento, y similares.
El primer dispositivo 14 puede ser de acero resistente al calor y puede usarse para la produccion de hilo recubierto de vidrio a partir de metales de baja temperatura, por ejemplo, plomo, cobre, aluminio y similares. Dicha tecnologfa de fusion permite el uso de una frecuencia de inductor variable desde 0,5 - 30 kHz, por ejemplo, desde 2 kHz hasta 10 kHz para el primer inductor 15, proporcionando caractensticas energeticas relativamente superiores para el proceso. Para la preparacion del hilo recubierto de vidrio a partir de metales de alta temperatura el primer dispositivo 15 puede ser un dispositivo de ceramica resistente al calor. El uso del dispositivo de ceramica puede ser necesario cuando la temperatura de fusion de los metales de alta temperatura, por ejemplo, platino (Tm = 1769 °C), es mas alta que la temperatura de operacion del dispositivo fabricado de acero resistente al calor. En este caso, el calentamiento puede realizarse dentro de un intervalo de frecuencia de 30 - 800 kHz, por ejemplo, 66 - 500 kHz.
El material 13 del nucleo puede comprender cualquier forma adaptada para ser recibida por el primer dispositivo 14, por ejemplo, forma de varilla, forma de hilo, forma de barra y similares, y puede ser de una longitud continua u opcionalmente, de longitud limitada. Un diametro de un material 13 del nucleo con forma de varilla puede variar desde 0,1 mm - 15 mm, por ejemplo, desde 0,1 mm - 1 mm, 1 mm - 2 mm, 2 mm - 6 mm, 6 mm - 8 mm, 8 mm - 12 mm, 12 mm - 15 mm. De acuerdo con una realizacion de la invencion, el material 13 del nucleo puede ser
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cualquier metal, aleacion metalica, semiconductor elemental, compuestos semiconductores no ceramicos o superconductores de base metalica, con temperaturas de fusion mayores que las del vidrio. Opcionalmente, el material 13 del nucleo puede tener una temperatura de fusion igual o menor que el vidrio. Ejemplos de metales pueden incluir cobre, oro, plata, titanio, platino, rodio, hierro, plomo, mquel, aleaciones de estos metales y similares. Ejemplos de semiconductores pueden incluir silicio (Si), germanio (Ge) y similares. Ejemplos de compuestos semiconductores no ceramicos pueden incluir antimoniuro de galio (GaSb) y antimoniuro de indio (InSb).
De acuerdo con algunas realizaciones de la invencion, el material 16 del nucleo fundido producido en el primer dispositivo 14 mediante la fusion del material 13 del nucleo, fluye al exterior del primer dispositivo, a traves de un tubo 101 de conduccion (opcionalmente termicamente aislado) que une el primer dispositivo con el segundo dispositivo 17, al interior de la primera zona que comprende una cavidad 162 en el segundo dispositivo. El flujo de material 16 del nucleo fundido desde el primer dispositivo 14 al interior del segundo dispositivo 17 puede estar en la forma de una corriente continua o unas gotas en cafda continua, dependiendo de los requisitos de produccion. Opcionalmente, el flujo puede ser intermitente (detenerse tras un penodo de tiempo).
El segundo dispositivo 17, que puede estar fabricado de acero resistente al calor, esta adaptado adicionalmente para permitir que el material 16 del nucleo fundido se combine con el vidrio 12 ablandado formando un hilo recubierto de vidrio. El material 11 de vidrio, que puede estar en la forma de un polvo de vidrio, bolas de vidrio, tubos de vidrio y similares, puede suministrarse, por ejemplo, continuamente, al interior de la segunda zona que comprende una cavidad 160 en embudo en el segundo dispositivo 17. El material 11 de vidrio puede comprender, por ejemplo, cuarzo, sflice, silicato alcalino, sosa-cal, borosilicato, aluminosilicato, plomo o una combinacion de los mismos. El material 11 de vidrio se funde en vidrio 12 ablandado mediante el calor generado en el segundo dispositivo 17 por el segundo inductor 18, conformado el vidrio ablandado como un embudo en el interior de la cavidad 160 de embudo con un pequeno orificio en una salida 161.
El vidrio 12 ablandado fluye entonces (o es estirado) desde el segundo dispositivo 17 a traves de la salida 161, adaptada la salida para combinar el material 16 del nucleo fundido con el vidrio 12 ablandado que se tensa en un tubo capilar en la salida, formando el hilo 19 recubierto de vidrio. Un tamano de la salida 161 depende de un diametro requerido del hilo 19 recubierto de vidrio, por ejemplo, tal como puede ser ordenado por un usuario final del hilo. El tamano puede estar limitado por una tension superficial del vidrio 12 ablandado a una condicion de viscosidad que puede permitir el control del flujo del vidrio ablandado y/o del metal 16 fundido. Puede usarse un vacfo para mejorar las condiciones de tension superficial, y puede permitirse un tamano de salida mayor, por ejemplo, un diametro de 5 mm.
Se hace referencia a la Fig. 2, que ilustra esquematicamente un aparato 20 ejemplar de produccion de un hilo 29 recubierto de vidrio. El aparato 20 comprende un dispositivo 27 que se calienta mediante un inductor 28 electromagnetico, adaptado el dispositivo para producir un hilo 29 recubierto de vidrio a partir de un material 23 del nucleo y un material 21 de vidrio que comprenden una temperatura de fusion y temperatura de estiramiento similares (proximas), respectivamente. El interruptor 28 y el dispositivo 27, que comprenden una cavidad 262 (primera zona), cavidad 260 de embudo (segunda zona) y una salida 261, pueden ser similares al segundo inductor 18 y segundo dispositivo 17 mostrados en la Fig. 1, incluyendo la cavidad 162, cavidad 160 de embudo, y salida 161, respectivamente. El material 21 de vidrio puede ser el mismo que el mostrado en la Fig. 1 en 11.
De acuerdo con una realizacion de la invencion, el material 23 del nucleo que puede conformarse de modo similar al material 13 del nucleo de la Fig. 1 se coloca en la cavidad 262 donde puede fundirse en material 26 del nucleo fundido mediante la conductividad termica desde la fusion del material 21 de vidrio en vidrio 22 ablandado. El vidrio 22 ablandado fluye (o es estirado) desde el dispositivo 27 a traves de la salida 261, combinando el material del nucleo fundido con vidrio 22 ablandado cuando se tensa en un tubo capilar en la salida, formando el hilo 29 recubierto de vidrio.
Se hace referencia a la Fig. 3, que ilustra esquematicamente un sistema 30 ejemplar de produccion de un hilo 32 recubierto de vidrio con una seccion transversal esencialmente circular. El sistema 30 comprende un aparato 31 de produccion de hilo recubierto de vidrio y un dispositivo 35 de refrigeracion para refrigerar un tubo capilar estirado lleno con el material del nucleo fundido (hilo 32 recubierto de vidrio). El dispositivo 35 de refrigeracion, que puede incluir un tanque con un lfquido de refrigeracion, esta adaptado para proporcionar al hilo 32 recubierto de vidrio estirado un entorno de refrigeracion estable, no turbulento, en lugar de pasar a traves de una corriente de refrigeracion inestable y turbulenta como es comun en la tecnica. Como resultado, se aplica una refrigeracion uniforme a todos los lados del hilo 32 recubierto de vidrio, y puede conseguirse un recubrimiento de vidrio uniforme y sin distorsiones. Se obtiene una seccion transversal uniforme esencialmente circular para el hilo 32 recubierto de vidrio. El aparato 31 y el hilo 32 recubierto de vidrio pueden ser iguales o sustancialmente similares a los mostrados en la Fig. 1 en 10 y 19, respectivamente. Opcionalmente, el aparato 31 y el hilo 32 recubierto de vidrio pueden ser iguales o sustancialmente similares a los mostrados en la Fig. 2 en 20 y 29.
El sistema 30 comprende adicionalmente al menos una polea 36 en el interior del tanque 35, y al menos una polea 33 en el exterior del tanque 35, adaptadas las poleas para permitir que el hilo 32 recubierto de vidrio sea tensado a traves del tanque 35 de refrigeracion a una velocidad constante segun es bobinado, manteniendo de ese modo una velocidad de refrigeracion uniforme a lo largo de una longitud del hilo recubierto de vidrio. Adicionalmente esta
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comprendida una lmea 34 de entrada de Kquido adaptada para permitir un flujo de Kquido de refrigeracion dentro del tanque 35, tal como puede requerirse para mantener unos niveles apropiados de la temperatura del Kquido de refrigeracion dentro del tanque. El lfquido de refrigeracion puede incluir cualquier lfquido adecuado para la refrigeracion del hilo 32 recubierto de vidrio y puede incluir, por ejemplo, agua, aceite, alcohol, emulsiones y similares.
Se hace referencia a la Fig. 4, que ilustra esquematicamente un diagrama de flujo que ilustra un procedimiento ejemplar de produccion de un hilo recubierto de vidrio con el aparato 10 mostrado en la Figura 1, de acuerdo con una realizacion de la invencion. El procedimiento ejemplar descrito no se pretende que sea imitativo en ninguna forma o manera, y los expertos en la materia pueden apreciar que son posibles variaciones en la implementacion del procedimiento.
[Etapa 41] En una primera etapa del procedimiento, la temperatura del primer dispositivo 14 puede calentarse hasta una temperatura de fusion del material 13 del nucleo. El primer inductor 15 electromagnetico se energiza de modo que provoque el calentamiento del primer dispositivo. De modo similar, la temperatura del segundo dispositivo 17 debe calentarse hasta una temperatura de estiramiento del material 11 de vidrio. El segundo inductor 18 electromagnetico se energiza de modo que provoque el calentamiento del segundo dispositivo.
[Etapa 42] En una segunda etapa del procedimiento y a continuacion de que el primer dispositivo 14 y el segundo dispositivo 17 alcancen las temperaturas requeridas, respectivamente, el material 13 del nucleo se suministra al interior del primer dispositivo y el material 11 de vidrio se suministra al interior de la cavidad 160 de embudo en el segundo dispositivo. El suministro del material del nucleo y del material de vidrio puede ser continuo de modo que se considera una produccion continua del hilo 19 recubierto de vidrio. Opcionalmente, el suministro de los materiales puede ser de una duracion limitada.
[Etapa 43] En una tercera etapa del procedimiento, el material 13 del nucleo se funde en el primer dispositivo 14 en material 16 del nucleo fundido, y el material 11 de vidrio se funde en vidrio 12 ablandado.
[Etapa 44] En una cuarta etapa del procedimiento, el material 16 del nucleo fundido fluye al interior de la cavidad 162 en el segundo dispositivo 17. El flujo de material del nucleo fundido puede estar en una corriente desde una salida en el primer dispositivo 14 a traves de un conducto al interior de la cavidad. Opcionalmente, el flujo puede ser como gotas. El flujo del nucleo fundido puede ser continuo, o intermitente, variando de acuerdo con los requisitos de produccion.
[Etapa 45] En una quinta etapa del procedimiento, el vidrio 12 fundido fluye (o es estirado) desde el dispositivo 17 a traves de la salida 161, y se combina con el material 16 del nucleo fundido que fluye desde la cavidad 162 cuando el vidrio ablandado se tensa en un tubo capilar en la salida.
[Etapa 46] En una sexta etapa del procedimiento, el hilo 19 recubierto de vidrio en la forma de un tubo capilar de vidrio con material del nucleo fundido en el interior es estirado desde el segundo dispositivo 17 para refrigeracion.
En la descripcion y reivindicaciones de realizaciones de la presente invencion, cada una de las palabras, “comprende”, “incluye” y “tiene”, y formas de las mismas, no estan limitadas necesariamente a elementos en una lista con las que puedan asociarse las palabras.
La invencion se ha descrito usando varias descripciones detalladas de realizaciones de la misma que se proporcionan a modo de ejemplo y no se pretende que limiten el alcance de la invencion. Las realizaciones descritas pueden comprender diferentes caractensticas, no todas las cuales se requieren en todas las realizaciones de la invencion. Algunas realizaciones de la invencion utilizan solo algunas de las caractensticas o combinaciones posibles de las caractensticas. Se les ocurriran a los expertos en la materia variaciones de realizaciones de la invencion que se ha descrito y realizaciones de la invencion que comprenden diferentes combinaciones de caractensticas observadas en las realizaciones descritas.

Claims (11)

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    REIVINDICACIONES
    1. Un aparato (10) de produccion de un hilo (19) recubierto de vidrio, comprendiendo el aparato:
    primer y segundo dispositivos de calentamiento, estando adaptado el primer dispositivo (14) de calentamiento para calentar el material del nucleo de metal hasta una temperatura de fusion del mismo, y estando adaptado el segundo dispositivo (17) de calentamiento para calentar separada e independientemente el material (11) de vidrio hasta una temperatura de estiramiento del mismo;
    estando adaptado dicho primer dispositivo (14) de calentamiento para recibir independientemente un suministro continuo de dicho material de nucleo y para hacer fluir partes del nucleo de metal fundido a traves de un tubo (101) de conduccion a dicho segundo dispositivo (17) de calentamiento;
    comprendiendo dicho segundo dispositivo (17) de calentamiento una primera y segunda zonas ffsicamente separadas, comprendiendo cada una, una cavidad, estando adaptada una primera cavidad de la zona (162) en dicha primera zona para recibir a traves de dicho tubo (101) una parte del material del nucleo metalico fundido desde dicho primer dispositivo (14) de calentamiento, y hacer fluir el nucleo fundido hacia una salida (161) de dicho segundo dispositivo (17) de calentamiento, mientras mantiene y contiene dicha parte del nucleo fundido en su estado fundido en su interior y una cavidad (160) con forma de embudo en dicha segunda zona, estando adaptada dicha cavidad con forma de embudo para recibir independientemente un suministro continuo de dicho material (11) de vidrio, calentarlo mediante dicho segundo dispositivo de calentamiento hasta la temperatura de estiramiento y dirigir el material de vidrio ablandado hacia dicha salida (161), mientras se conforma el material de vidrio ablandado como un embudo con un orificio central para recibir el nucleo fundido desde la primera cavidad de zona; y
    estando adaptada dicha salida (161) del segundo dispositivo (17) de calentamiento para combinar el flujo del material del nucleo fundido desde la primera cavidad (162) de la zona del segundo dispositivo (17) de calentamiento con el material de vidrio ablandado con forma de embudo desde la cavidad (160) con forma de embudo mediante el flujo del nucleo del metal fundido al interior del orificio central formado en el vidrio ablandado con forma de embudo en dicha salida (161), para permitir de ese modo el estiramiento continuo de un tubo capilar de vidrio tensado lleno con el material del nucleo fundido a traves de dicha salida (161).
  2. 2. El aparato de la reivindicacion 1 en el que el tubo (101) de conduccion esta aislado termicamente.
  3. 3. El aparato de la reivindicacion 1 o 2 que comprende un dispositivo (35) de refrigeracion configurado para aplicar una refrigeracion uniforme a todos los lados del tubo capilar de vidrio estirado mediante su paso a traves de un ffquido de refrigeracion.
  4. 4. El aparato de una cualquiera de las reivindicaciones precedentes en el que el material del nucleo fundido que fluye a traves del tubo (101) desde el primer dispositivo (14) de calentamiento al segundo dispositivo (17) de calentamiento esta en forma de corriente o gotas en cafda, continua, o intermitente.
  5. 5. El aparato de una cualquiera de las reivindicaciones precedentes que comprende al menos un inductor (15/18) electromagnetico adaptado para calentar al menos uno de dicho primer dispositivo (14) de calentamiento y dicho segundo dispositivo (17) de calentamiento.
  6. 6. Un procedimiento de produccion de un hilo recubierto de vidrio, comprendiendo el procedimiento:
    proporcionar un primer y un segundo dispositivos de calentamiento (14, 17), que estan ffsicamente separados para permitir de ese modo calentar independiente y separadamente materiales del nucleo metalico y de vidrio en el primer y segundo dispositivos de calentamiento a sus temperaturas de fusion y de estiramiento respectivas; suministrar continua e independientemente un material del nucleo metalico dentro de dicho primer dispositivo (14) de calentamiento y suministrar continua e independientemente un material (11) de vidrio dentro de una cavidad (160) de embudo en dicho segundo dispositivo (17) de calentamiento, calentando de ese modo el material (16) del nucleo metalico hasta la temperatura de fusion del mismo en dicho primer dispositivo (14) de calentamiento y calentar el material (11) de vidrio hasta la temperatura de estiramiento del mismo en la cavidad de embudo del segundo dispositivo (17) de calentamiento para de ese modo conformarlo como un embudo con un orificio central;
    verter el material del nucleo fundido desde dicho primer dispositivo (14) de calentamiento al interior de la cavidad (162) de la primera zona en el segundo dispositivo (17) de calentamiento, estando dicha cavidad de la primera zona ffsicamente separada de dicha cavidad (160) de embudo en la que el vidrio esta siendo ablandado y conformado como el embudo con el orificio central;
    hacer fluir el material (16) del nucleo fundido desde la cavidad (162) de la primera zona y el vidrio ablandado conformado como embudo desde la cavidad (160) de embudo, hacia una salida (161) del segundo dispositivo (17) de calentamiento;
    en dicha salida (161), combinar de modo continuo un flujo del material del nucleo fundido desde la cavidad (162) de la primera zona con el material (12) de vidrio ablandado desde la cavidad (160) de embudo del segundo dispositivo (17) de calentamiento, mediante el flujo del nucleo (16) fundido desde la cavidad (162) de la primera zona al interior del orificio central del vidrio ablandado con forma de embudo, y
    estirar el vidrio calentado a traves de dicha salida (161) para obtener de ese modo un tubo capilar de vidrio
    tensado lleno con el material del nucleo fundido.
  7. 7. El procedimiento de la reivindicacion 6 que comprende la refrigeracion del tubo capilar de vidrio tensado estirado mediante su paso a traves de un lfquido de refrigeracion.
  8. 8. Procedimiento de la reivindicacion 6 o 7 en el que al menos uno de entre el primer dispositivo (14) de 5 calentamiento y el segundo dispositivo (17) de calentamiento comprende un metal resistente al calor.
  9. 9. Procedimiento de una cualquiera de las reivindicaciones 6 a 8 en el que al menos uno de entre el primer dispositivo (14) de calentamiento y el segundo dispositivo (17) de calentamiento comprende una ceramica resistente al calor.
  10. 10. El procedimiento de una cualquiera de las reivindicaciones 6 a 9 que comprende aislar termicamente el material 10 del nucleo fundido que fluye desde el primer dispositivo de calentamiento al segundo dispositivo de calentamiento.
  11. 11. El procedimiento de una cualquiera de las reivindicaciones 6 a 10 en el que dicho calentamiento de modo independiente es por induccion electromagnetica.
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