FI75333B - Foerfarande foer formning av en artikel av glas eller keramik. - Google Patents

Description

1 75333

Menetelmä lasisen tai keraamisen kappaleen muodostamiseksi Tämä keksintö kohdistuu menetelmään puhtaiden homogeenisten huokoisten lasi- tai keramiikkaesineiden valmistamiseksi osasmuodossa olevista oksidimateriaaleista, kuten höyryste-tyistä metallioksideista. Huokoiset kappaleet voidaan lujittaa tiiviiksi ontelovapaiksi lasisiksi tai keraamisiksi tuotteiksi.

Ajatus lasituotteiden valmistamiseksi alennetuissa lämpötiloissa sintraamalla lasiosasten massaa, on vanha. Lukuisia menetelmiä massan valmistamiseksi on ajateltu, mukaanluettuna liuku-valu, tiivistäminen, sedimentointi ja polymerointi tai kon-densointi liuoksista.

Ehkä kaikkein tavallisimmat menetelmät ovat liuosmenetelmät, joissa lasia muodostavien ainesosien liuoksia tai suspensoita käsitellään sakan, polymerointituotteen ja geelin muodostamiseksi, joka sen jälkeen kuivataan ja sintrataan lasin muodostamiseksi. US-patenttijulkaisuissa 3 535 890, 3 678 144 ja 4 112 032 on selostettu eräs tällainen lähestymistapa lasin muodostamiseksi, jossa silikaattiliuoksia tai -suspensioita geeliytetään, kuivataan ja poltetaan lasien muodostamiseksi. Epäkohtina tällaisissa menettelytavoissa on, että tarvitaan hyvin pitkäaikainen ja vaikea kuivausprosessi ja saadaan ainoastaan rajoittunut tuotepuhtaus johtuen raudan ja muiden metallisten epäpuhtauksien läsnäolosta lähtöaineessa.Päiviä, viikkoja tai kuukausia tarvitsevat kuivauskäsittelyt eivät ole epätavallisia.

Korkeampi puhtaus voidaan saavuttaa käyttämällä sellaisia lähtöaineita kuin alkoksideja saostusliuoksissa, kuten on todettu G.B.-patenttijulkaisussa 2 041 913, jossa on selostettu tällaisen prosessin sovellutusta lasisten optisten aaltoputkien valmistamiseksi. Jälleen kuivausvaihe kuitenkin on vaikea ja pitkäaikainen.

2 75333

Lietevalumenetelraiä on käytetty kauan keraamisten tuotteiden valmistamiseksi osasmuodossa olevista oksideista ja suuri osa julkaistusta kirjallisuudesta käsittelee teknologiaa tyydyttävän lietteen aikaansaamiseksi. US-patenttijulkaisussa 2 942 991 esimerkiksi selostetaan vesipitoisen valulietteen stabilointia, kun taas S.G. Whiteway et ai., julkaisussa "Slip Casting Magnesia", Ceramic Bulletin, 40 (7) sivut 432-438 (1961) selostaa vedettömien lietteiden etuja. Päinvastoin kuin yllä selostetuissa liuosmenetelmissä, on apuaineen poistaminen lietevalussa suhteellisen nopea ja helppo, johtuen osaksi suspendoituneiden oksidien suhteellisen suurista osasko1öistä. Siten geeliytyminen vältetään helposti eikä törmätä geelin hauraus- ja lohkearnisongelmiin, joskin tuotteen ulkomuoto on hieman rajoitettu.

Yrityksiä on tehty lietevaluteknologian soveltamiseksi erittäin puhtaiden höyrystettyjen oksidien käsittelyyn, kuten on selostettu US-patenteissa 4 042 361 ja 4 200 445. Höyrystettyjen oksidien kohdalla esiintyy vaikeuksia osaksi sen johdosta, että ne ovat höytälemäisiä, suuren pinta-alan omaavia aineita (pinta-ala alueella 25-400 m /g keskimääräisen osaskoon ollessa alle 1 yum, tavallisesti 0,01-1 mikronia), joita on vaikea käsitellä ja hankalaa lisätä juokseviin suspensioihin. Lisäksi valususpensiot tavallisesti murtuilevat kuivattaessa samalla tavoin kuin liuoksista valmistetut geelit. Siten on edellä mainituissa kahdessa patenttijulkaisussa ehdotettu höyrystet-tyjen oksidien vesisuspensioiden käyttöä osittain sintratun, hienonnetun välituotteen (osaskoko 1-10 ^um) valmistamiseksi käytettäväksi lähtöaineena tavanomaisessa lietevaluprosessissa.

G.B.-patenttijulkaisussa 2 023 571 on ehdotettu koostumukseltaan säädettyjen oksidilasien kerrostamista kuivaamalla ja sintraamalla oksideja juoksevista suspensioista kuumennetun piioksidiputken sisäpuolelle. Joskin tätä tekniikkaa voidaan käyttää seosgradientin aikaansaamiseen kerrostuneessa lasissa, on aineen kerrostumisnopeus hitaampi kuin olisi toivottavaa. Lisäksi on vaikeaa aikaansaada tarttuvia murtumavapaita kerroksia ja menetelmä rajoittaa lisäksi hieman tuotteen muotoa.

Il 3 75333

Esillä olevan keksinnön ensisijaisena tarkoituksena on näin ollen aikaansaada parannettu menetelmä lasisten tai keraamisten tuotteiden valmistamiseksi höyrystetyistä oksideista sintrausmenetelmillä.

Keksinnön tarkoituksena on lisäksi aikaansaada menetelmä optista laatua olevan lasituotteen valmistamiseksi suhteellisen nopealla menetelmällä, joka mahdollistaa puhtaiden ontelova-paiden tuotteiden valmistuksen höyrystyneiden oksidien osas-suspensiosta.

Keksinnön mukaisessa menetelmässä (a) suspendoidaan osasmuodossa oleva oksidi ei-vesipitoiseen nestemäiseen apuaineeseen oksidiosasten stabiilin nestesus-pension aikaansaamiseksi, joiden osasten keskimääräinen halkaisija ei ylitä 0,5 mikronia; (b) muotoillaan suspensio halutun muotoiseksi vastaten valmistettavaa tuotetta; (c) destabiloidaan ja geeliytetään muotoiltu suspensio lisäämällä siihen geeliyttämisainetta ainakin niin paljon, että saadaan geeliytynyt välituote; (d) kuivataan geeliytetty välituote samalla säilyttäen sen ulkomuoto olennaisesti säröttömän huokoisen tuotekokonaisuuden aikaansaamiseksi, jolla on geeliytetyn välituotteen ulkomuoto ; ja (e) yhtenäistetään huokoinen tuote kuumentamalla se lämpötilaan, joka on ainakin niin korkea, että huokoinen tuote sint-rautuu ei-huokoiseksi lasiseksi tai keraamiseksi tuotteeksi.

4 75333

Keksinnön muut tarkoitusperät ja edut ilmenevät alla olevasta selostuksesta.

Esillä olevassa keksinnössä käytetään osasmuodossa olevien oksidien stabiileja suspensioita lähtöaineina valmistettaessa lasisia tai keraamisia tuotteita geeleistä, jolloin suspensioiden koostumus on sellainen, että se olennaisesti yksinkertaistaa jälkikäsittelyä ja parantaa saatujen tuotteiden ominaisuuksia. Jotkin näistä suspensioista aikaansaatuja geelejä on kuivattava säädetyissä olosuhteissa, on kuivaus suhteellisen nopea ja saadaan helposti suhteellisen suuria halkeamista vapaita huokoisia tuotteita, joilla on erinomainen homogeenisuus. Huokoiset tuotteet voidaan helposti sintrata tiiviiden, onteloista vapaiden lasisten tai keraamisten esineiden aikaansaamiseksi.

Keksinnön menetelmä käsittää yleisesti ottaen seuraavat vaiheet. Ensiksi valmistetaan stabiili, juokseva, vedetön suspensio osasmuodossa olevasta oksidiaineesta käyttäen oksideja, joiden osaskoot ovat alle noin 0,5 mikronia. Oksidit voidaan valmistaa esimerkiksi liekkihapetuksella ja niiden pinta-ala on ta- 2 vallisesti alueella noin 25-400 m /g. Suspensio voidaan valmistaa sekoittamalla, tehosekoittamalla, märkäjauhamalla tai sentapaisella ja voidaan stabiloida käyttäen lisättyjä dis-pergointiaineita mikäli tarpeen geeliytymisen tai osasten agglomeroitumisen ja laskeutumisen ehkäisemiseksi.

Il 5 75333

Vedettömän nestemäisen apuaineen ja edullisesti vedettömän oksidin käyttö on hyvin tärkeää esillä olevan keksinnön tarkoitusperien saavuttamiseksi. Veden läsnäolo voi aiheuttaa kontrolloimatonta geeliytymistä suspensiossa. Veden poissulkeminen apuaineesta helpottaa myös suuresti jälkikäsittelyn aikaisia esimuodon lohkeiluongelmia.

Keksinnön mukaisen menetelmän toinen vaihe käsittää suspension muodostamisen tuotteelle valittuun muotoon ja sen geeliyttä-minen tähän muotoon. Geeliyttäminen aikaansaadaan lisäämällä geeliyttämisainetta suspensioon muotoilun jälkeen määrässä, joka riittää aikaansaamaan täydellisen geeliytymisen. Valu on tavallisesti tapa, jota suositaan suspension muotoilemiseksi haluttuun muotoon, koska suspension viskositeetti on tavallisesti alhainen huolimatta sen suhteellisen korkeasta kiinto-ainepitoisuudesta.

Kun suspensio on muotoiltu tuotteelle haluttuun muotoon ja geeliytetty tähän muotoon, kuivataan se tähän muotoon ajamalla nestemäinen apuaine pois sen huokosrakenteesta. Geeliytynyt muoto säilytetään, kunnes geeliytynyt välituote on oleellisesti kuivunut geelin vääristymismahdollisuuden ja lohkeamisen minimoimiseksi. Geeliytyneen aineen homogeenisuuden ja suhteellisen suuren huokoskoon ansiosta ja koska apuaine on olennaisesti ei-vesipitoinen, jäävät kuivausrasitukset mahdollisimman pieniksi ja kuivaus voi olla suhteellisen nopea ilman vaaraa, että tuote lohkeaa, niin että voidaan aikaansaada tuotekokonaisuus, jolla on geeliytyneen suspension ulkomuoto kuivauskutistumista lukuunottamatta.

Edellä selostetusta prosessista saatu tuote on tavallisesti hyvin homogeeninen mikrorakenteeltaan. Sitä voidaan käyttää kuivattuna tai osittaisen sintrauksen jälkeen mihin tahansa käyttötarkoitukseen, jossa halutaan puhdas mikrohuokoinen kantava rakenne, suodatin tai sentapainen. Vaihtoehtoisesti voidaan käyttää lisäkuumennusvaihetta, jossa tuote täysin sintrataan tiiviiksi ontelovapaaksi lasiseksi tai keraamiseksi tuotteeksi. Osaskoot kuivatussa geelissä ovat riittävän pieniä, niin että sintraus on helppoa ja läpinäkyvä lasi- 6 75333 tuote aikaansaadaan helposti, jolla on yhtä hyvä optinen laatu kuin millä tahansa tunnetulla lasilla, esimerkiksi riittävän hyvä käytettäväksi pienhävikkisten optisten kuitujen valmistukseen telekommunikaatiota varten.

Keksinnön menestyksekäs käyttö vaatii aluksi stabiilin neste-dispersion valmistuksen niistä oksidiosasista, jotka on valittu lisättäväksi haluttuun tuotteeseen. Stabiililla dispersiolla tarkoitetaan sellaista, jossa osaset pysyvät suspensiossa ilman pysyvää agglomeroitumista tai geeliytymistä niin kauan, että suspensio voidaan muotoilla valamalla tai muilla tavoin. Hieman laskeutumista sallitaan tietenkin, jos suspensio on helposti aikaansaatavissa yksinkertaisella sekoituksella ennen muotoilua.

Suspensoiden valmistuksessa käyttökelpoiset osasmuodossa olevat oksidiaineet käsittävät lasimaiset tai amorfiset oksidit, esimerkiksi höyrystetty Si02, GeO2, p2°5' n^iden höyrystetty-jen oksidien seokset keskenään tai täyteaineiden kuten Ti02, A^2°3' Sn02' Zr02' Zn0» MgO, Sb20^ kanssa ja mikä tahansa muu höyrystetty oksidi tai oksidiyhdistelmä, joka voidaan valmistaa liekkihapettamalla tai hydrolysoimalla lasisen tuhka-' tuotteen muodostamiseksi halutulla osaskoolla. Joissakin tapauksissa keksinnön tuote on kiteinen keraaminen kappale ja tässä tapauksessa suspendoitunut osasmuodossa oleva oksidi-nen aine voi olla kiteinen. Esimerkkejä kiteisistä aineista, joita voidaan käyttää ovat yllä olevien oksidien kiteiset muodot ja tavanomaisten tai kaupallisten keraamisten tuotteiden mikä tahansa muu ainesosa, joka voidaan valmistaa tarvittavalla osaskokoalueella.

Kuten yllä todettiin, on oksidin osaskoko erittäin tärkeä esillä olevan keksinnön tarkoitusperien aikaansaamiseksi.

On edullista, että valittujen oksidien osaskoot ovat alueella noin 0,01-0,5 mikronia, mikä vastaa noin 15-100 m /g pinta-alaa aineen näytteelle. Jos käytetään pienempiä osaskokoja, on kuivausprosessi monimutkainen, joissakin tapauksissa vaaditaan turvautumista autoklaavikuivaukseen apuaineen kriitti-

II

7 75333 sen lämpötilan yläpuolella olevissa lämpötiloissa käyttökelpoisten kuivausnopeuksien aikaansaamiseksi ilman lohkeilua.

Tunnetaan lukuisia eri tapoja oksidiaineiden suspensoiden aikaansaamiseksi nestemäisessä apuaineessa sekä maaliteollisuudesta että perustutkimuksesta kolloidikemiassa. Tunnetut mekanismit dispersioiden stabiloimiseksi ehkäisemällä osasia agglomeroitumasta apuaineessa ovat sähköisen kaksoiskerroksen muodostaminen, steerinen dispersio ja polaarinen seulonta.

Stabilointi steerisellä dispersiotekniikalla on erityisen käyttökelpoinen, koska osasilla olevat dispersiokerrokset ovat ohuita, niin että voidaan valmistaa suhteellisen väkeviä mutta stabiileja suspensioita. Voidaan tietenkin käyttää muita stabilisointimenetelmiä mukaanluettuna sähköinen kak-soiskerros- ja polaarinen seulontamenetelmä, edellyttäen että niistä voidaan valmistaa stabiileja nestedispersioita, jotka kykenevät flokkuloitumaan yhteensopivan geeliyttämisaineen kanssa.

Esimerkkejä apuaineesta, jota voidaan käyttää oksidisten osasten kuten dioksidin ja silikaattilasien kanssa ovat hydrofobiset liuottimet kuten n-heksaani, kloroformi, metyleeniklo-ridi tai sen tapainen kuten myös määrätyt apuaineet, jotka ovat veteen sekoittuvia, esimerkiksi n-propanoli. Esimerkkejä dispergointiaineista joita voidaan käyttää sellaisissa liuot-r timissa kuin yllä on selostettu, ovat steariinihappo, stea-riinialkoholi ja jopa lyhyempiketjuiset alkoholit, jotka ovat nestemäisiä huoneen lämpötiloissa, kuten suoraketjuiset alkoholit, joiden hiiliketjussa on 3-10 atomia.

Yllä selostetulla tavalla valmistetun steerisen dispersion flokkuloinnin tai geeliytymisen oletetaan käsittävän disper-gointiaineen syrjäyttämisen oksidiosasten pinnoilta sellaisten ainesosien toimesta, joilla on voimakkaampi affiniteetti niihin kuin dispergointiaineella. Vesi ja happojen tai emästen vesiliuokset ovat aineita, jotka voivat aikaansaada tällaisen tuloksen, joskin vesideflokkulointi ja geeliytyminen on suhteellisen hidas prosessi tapauksissa, joissa disper- gointiaineen sitoutuminen oksidiosasiin on voimakas.

8 75333

Esillä oleva keksintö käsittää suspension destabilisoinnin ja geeliyttämisen sen jälkeen kun se on muotoiltu haluttuun muotoonsa. On mahdollista lisätä nestemäisiä geeliyttämisai-neita nestesuspensioon valun jälkeen, mutta käyttökelpoisempi tapa on johtaa kaasumaista geeliyttämisainetta, kuten ammoniak-kikaasua muotoillun suspension yli, ympäri tai läpi sen gee-liyttämiseksi valumuotoon.

Koska geeliytynyt välituote valamisen jälkeen on suhteellisen heikko ja alttiina säröilylle kutistumisen aikana, joka liittyy nestefaasin poistamiseen, on osoittautunut hyväksi valaa suspensio pinnalle, joka muuttaa muotoaan välituotteen kanssa sen kutistuessa kuivauksessa. Eräs sopiva tapa tämän aikaansaamiseksi, on vuorata valumuotti muotoaan muuttavalla poly-meerikerroksella, kuten ohuella muovikalvolla, joka tarttuu ja muuttaa muotoaan välituotteen kanssa sen kutistuessa kuivauksen alkuvaiheissa. Tämä kalvo voidaan sen jälkeen edullisesti poistaa kun välituote on saavuttanut riittävän lujuuden kuivausprosessin aikana.

Kuivatun huokoisen lasi- tai keramiikkatuotteen sintraus voidaan edullisesti aikaansaada kuumentamalla lämpötiloihin, jotka ovat käytettyjen oksidien sulamispisteen alapuolelle. Kuivatun tuotteen huokoshomogeenisuuden ansiosta, joka johtuu kontrolloidusta geeliyttämisestä ja liian suurten agglomeraat-tien välttämisestä prosessin suspensiovaiheen aikana, saadaan helposti ontelovapaa kiinteytyminen ja läpinäkyvät amorfiset tuotteet ja jopa läpinäkyvät kiteiset tuotteet ovat mahdollisia. Siten lasisten ja keraamisten tuotteiden valmistus lämpötiloissa, jotka ovat selvästi alempana kuin niiden oksidi-ainesosien sulamislämpötilat, helpottuu huomattavasti.

Keksintöä selostetaan alla lähemmin esimerkkien avulla, joissa havainnollistetaan keraamisten tuotteiden valmistusta.

Il 9 75333

Esimerkki I

Valmistetaan apuaineseos höyrystetyn oksidin suspensiota varten, jossa on noin 150 ml kloroformia liuottimena ja 16,8 ml 1-propanolia dispergointiaineena. Tähän apuaineeseen lisätään höyrystettyä oksidia, jossa on 72 g Siesta, jonka keskimääräinen osaskoko on 0,06 mikronia, valmistettu liekkihapetuk-sella, joka on poltettu 1000°C:ssa puolitoista tuntia hapessa. Ennen käyttöä tätä silikaa kuivataan 200°C:ssa tunnin ajan tyhjössä varastoinnissa adsorboituneen veden poistamiseksi.

Höyrystetty oksidi dispergoidaan apuaineseokseen kuulajauha-malla molempia yhdessä noin 16 h. Suspensiota sentrifugoi-daan 2000 kierr/min 10 min kaikkien suurten agglomeraattien poistamiseksi.

Näin saatu suspensio kaadetaan sen jälkeen erotussuppiloon kontrolloitua siirtoa varten muottiin. Tähän suppiloon ime-tään osatyhjö ilman poistamiseksi suspensiosta. 3 mm:n Teflon -muoviputki yhdistää suppilon poistoaukon muotin pohjassa olevaan tuloaukkoon, joka on tankomuotoista esimuottia varten.

Tangon muodostamiseen käytetty muotti on sylinterimäinen poly-etyleenipussi, joka on noin 3,2 cm ulkohalkaisijaltaan ja 35 cm pitkä. Pohjassa oleva tuloaukko muodostuu 0,3 cm:n Teflon®-muo-viputkesta, joka on liitetty pussin pohjaan. Pussin yläosaa kannatetaan ja pidetään avoimena hiotulla liitoksella sylinteri-mäisen lasimuottipitimen yläosassa, joka on noin 6,4 cm ulkohalkaisi jaltaan ja 40 cm pitkä, johon pussi on ripustettu. Tämä pidin on varustettu suljettavilla 6 mm ulkohalkaisijaltaan yläventtiileillä.

Erotussuppilon venttiili avataan ja suspension annetaan virrata painovoiman avulla noin 6 mm/min pussimuotin pohalle. Poistamalla pohjasta vältetään sulkeuksiin jäänyt ilma valamisessa. Käyttäen 180 ml suspensiota miodostetaan valu, joka on suurin piirtein 3,2 cm ulkohalkaisijaltaan ja 22 cm pitkä.

Heti kun pussi on täyttynyt suljetaan venttiilit ja kaasumaista ammoniakeista muodostuva geeliyttämisaine saatetaan virtaa.

10 75333 maan muottipitimeen ja avoimen pussin ympäri ja yli nopeudella noin 35 cm^/min 15 min ajan. Tämä käsittely riittää suspension geeliyttämiseksi täydellisesti puolikiinteäksi geeliytyneeksi valuksi lasitankoa varten.

Kun tämä valu on geeliytynyt, avataan muottipitimen yläosassa olevat venttiilit ja valun annetaan kuivua. Täydellinen kuivuminen huokoiseksi oksidiesimuotokokonaisuudeksi pienellä kutistumisella, mutta ilman säröilyä, aikaansaadaan suurin piirtein 72 tunnissa.

Näin saatu kuivattu tankoesimuoto, joka nyt on noin 25 an ulkohalkai-sijaltaan ja 20 cm pitkä, sovitetaan tyhjöön 3 tunniksi ja kuumennetaan sen jälkeen 1000°C:een hapessa kaikkien orgaanisten jäännösainesosien poistamiseksi. Sen jälkeen sitä kuumennetaan vielä kiinteyttämistä varten 1500°C:een heliumatmosfäärissä, jossa on 2 tilavuus-% klooria, läpinäkyvän lasitangon aikaansaamiseksi, joka on suurin piirtein 10 cm pitkä x 15,6 mm ulkohalkaisijaltaan.

Näin aikaansaatu lasitanko, joka on yhtenäinen esimuoto optisen tutkakuidun sydänelementille, vedetään lasisauvaksi, jonka halkaisija on noin 4 mm. Sen jälkeen se päällystetään tuhka-kerroksella, joka koostuu osasmuodossa olevasta boorisilikaat-tilasista tunnetulla liekkihapetusprosessilla. Tämä tuhka-kerros yhdistetään sen jälkeen läpinäkyväksi päällystyskerrok-seksi ja päällystysesimuoto vedetään optiseksi tutkakuiduksi, jonka halkaisija on noin 125 ^um.

Näin aikaansaadulla kuidulla on halkaisijaltaan 19 mikronin ydin, joka muodostuu sulatetusta silikasta ja boorisiliteatti-lasipäällystyksestä, jonka taittokerroin on pienempi kuin silikalla, joka kuidun numeerinen aukko on 0,10. Kuidun vaimennus on 14 db/km aaltopituudella 850 nm, jolloin pääosa tästä vaimennuksesta johtuu taivutushäviöistä, johtuen kuidun suhteellisen alhaisesta numeerisesta aukosta.

Il 11 75333

Esimerkki II

Valmistetaan apuaineseos höyrystyneen oksidin suspensiota varten, jossa on noin 408 ml kloroformia liuottimena ja 60,8 ml 1-propanolia dispergointiaineena. Tähän apuaineeseen lisätään osasmuodossa olevaa höyrystettyä oksidia, jossa on 196,5 g kolloidista silikaa, jolloin tämän silikan keskimääräinen osaskoko on suuruusluokkaa 0,06 mikronia ja joka on kaupallisesti saatavana "QX-50” silikana yhtiöltä Degussa, Inc, Teterboro, NJ. Tätä silikaa on kuumennettu 1000°C:ssa 1/2 h hapessa sitoutuneen veden poistamiseksi ja ennen käyttöä kuivattu 200°C:ssa tunnin ajan tyhjössä adsorboituneen veden poistamiseksi.

Silika dispergoidaan apuaineseokseen kuulajauhamalla molempia yhdessä noin 16 h. Näin saatu suspensio sentrifugoidaan sen jälkeen 2000 kierr/min 10 min. Sentrifugoitu suspensio kaadetaan sen jälkeen erotussuppiloon ja ilma poistetaan imemällä osatyhjö, kuten yllä olevassa esimerkissä I.

Suspensio, josta ilma on poistettu, poistetaan suppilosta muoviputken läpi lasiseen painesylinteriin sylinteissä olevan moottorikäyttöisen muovimännän avulla. Sen jälkeen se pakotetaan männän avulla pussimuotiin taipuisan muoviputken läpi, joka päättyy 35,5 cm:n pituiseen ruostumattomasta teräksestä olevaan syöttöputkeen, jonka sisähalkaisija on 0,3 cm.

Pussimuotti on muotoiltu siten, että aikaansaadaan tangon muotoinen valu optisen tutkakuidun ydinelementille, joka muodostuu polyetyleenipussista, jonka ulkohalkaisija on 4,8 cm ja pituus 35,5 cm. Toinen pää on suljettu kuumasaumaamalla ja toista päätä pidetään avoimena hiotulla lasiliitoksella, joka on sylinterimäisen lasisen muottipitimen, jonka ulkohalkaisi ja on 6,4 cm ja pituus 40 cm, yläreunassa, johon pussi on ripustettu. Sekä muottipitimen hiottu lasinen yläosa että muottipitimen pohjaosa on varustettu ulkohalkaisijaltaan o,64 cm:n venttiiliputkilla.

Muotin täyttämiseksi sovitetaan ruostumaton syöttöputki muotti- 12 75333 pitimen yläventtiilin läpi ja muottiin, niin että se on 1,3 cmjn päässä pussin pohjasta. Kolloidaalinen suspensio injisoidaan sen jälkeen pussiin syöttösylinteristä nopeudella noin 15-30 ml/min. Muotin täytöissä poistetaan syöttöputkea, niin että ilmakuplia ei jää valmiiksi suspensioon.

Kun muotti on täytetty, suljetaan venttiilit ja ammoniakkia saatetaan virtaamaan muottipitimeen ja valun ympäri virtaus- 3 nopeudella 35 cm /min 85 min ajan. Tämän ajanjakson lopussa on suspensio geeliytynyt puolikiinteäksi valuksi ja on valmis kuivausta varten.

Kuivaus suoritetaan avaamalla poistoaukot muottipitimessä, antamalla apuaineen hitaasti haihtua 16 päivän aikana. Loppu-kuivaus aikaansaadaan sen jälkeen sovittamalla tankoesimuoto-kokonaisuus, jonka koko nyt on 6,4 cm x 20 cm ja joka on olennaisesti ilman säröjä, tyhjöön 3 tunniksi ja kuumentamalla sen jälkeen 1000°C:een hapessa 90 min orgaanisten jäännösten poistamiseksi.

Huokoisen esimuodon kiinteyttäminen kirkkaaksi lasiksi aikaansaadaan kuumentamalla tankoa vielä 1500°C:een heliumatmosfäärissä, jossa on 2 tilavuus-% kloorikaasua. Läpinäkyvä yhtenäinen tanko on noin 10 cm pitkä ja 2,2 cm halkaisijaltaan.

Läpinäkyvä tanko vedetään sen jälkeen optiseksi aaltoputki-kuituydinelementiksi, jonka halkaisija on noin 125 mikronia.

Kun sitä vedetään, päällystetään se silikonimuovipäällysteai-neella, jolla on alhaisempi taittokerroin kuin silikalla.

Tämä päällyste muotostaa läpinäkyvän päällystyselementin optiselle aaltoputkikuidulle. Tämän aaltoputken optinen vaimennus on noin 3,6 db/krn aaltopituudella 850 nm.

Keksinnön suspensiovalu- ja geeliyttämistekniikan joustavuuden ansiosta on mahdollista muodostaa ydinelementtejä, päällys-tyselementtejä, ydin-päällystysyhdistelmiä ja taittoluvultaan epäyhtenäisiä (esim. kalibroituja) ydinelementtejä suoralla valulla, kuten yllä on selostettu. Jälkimmäisiä aikaansaadaan 13 75333 kerrosvalutekniikalla muuttamalla suspension koostumusta, kun sitä valetaan.

Kun muodostettava kappale on lasiydinelementti optista aalto-putkea varten, voidaan päällystyselementti levittää valamalla toista suspensiota geeliytyneen ensimmäisen suspension ympäri tai vaihtoehtoisesti muilla päällystysmenetelmillä. Päällystys voidaan esimerkiksi levittää liekkihydrolyysillä sen jälkeen kun ydinelementin valu on kuivunut tai sen jälkeen kun se on kiteytetty kirkkaaksi lasiksi. Muovinen päällyste voidaan levittää sen jälkeen kun ydinelementti on muodostettu tai sen aikana kiinteytetystä esimuodosta vetämällä.

Esillä olevalla keksinnöllä on aikaansaatu olennainen parannus n.k. liuosmenetelmiin verrattuna silikaattilasin valmistamiseksi, joissa nesteseoksia geeliytetään ja geeliytetty välituote kuivataan pitkiä aikoja ja sintrataan mikrohuokoisten tai ei-huokoisten lasien aikaansaamiseksi. Käyttämällä osas-kooltaan yllä selostettuja osasmuodossa olevien oksidien ei-vesipitoisia suspensioita ja geeliyttämällä suspensio sen jälkeen kun se on muodostettu halutun muotoiseksi tuotteeksi, helpotetaan tuotteen särötöntä kuivausta huomattavasti ja suhteellisen suuria säröttömiä tuotteita voidaan aikaansaada nopeammin ja helpommin.

Claims (3)

14 75333

1. Menetelmä lasisen tai keraamisen tuotteen valmistamiseksi, tunnettu siitä, että: (a) suspendoidaan osasmuodossa oleva oksidi ei-vesipitoiseen nestemäiseen apuaineeseen oksidiosasten stabiilin nestesus-pension aikaansaamiseksi, joiden osasten keskimääräinen halkaisija ei ylitä 0,5 mikronia; (b) muotoillaan suspensio halutun muotoiseksi vastaten valmistettavaa tuotetta; (c) destabiloidaan ja geeliytetään muotoiltu suspensio lisäämällä siihen geeliyttämisainetta ainakin niin paljon, että saadaan geeliytynyt välituote; (d) kuivataan geeliytetty välituote samalla säilyttäen sen ulkomuoto olennaisesti säröttömän huokoisen tuotekokonaisuuden aikaansaamiseksi, jolla on geeliytetyn välituotteen ulkomuoto; ja (e) yhtenäistetään huokoinen tuote kuumentamalla se lämpötilaan, joka on ainakin niin korkea, että huokoinen tuote sintrautuu ei-huokoiseksi lasiseksi tai keraamiseksi tuotteeksi.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että tuote on lasisen optisen aaltoputkiesiasteen lasi-ydin tai päällystyselementti.

3. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että osasmuodossa oleva oksidi on amorfinen höyrystetty oksidi, joka sisältää yhtä tai useampaa seuraavista oksideista: SiC^/ P2°5' ^θθ2/ A^2^3' T^2' Zr02' ZnO' MgO, Sb20^ ja Sn02.