HUT66949A - Method of manufacturing tube glass - Google Patents

Description

A találmány tárgya eljárás üvegcső előállítására, melynek során az üvegcsövet olvadékból húzzuk, majd azt követően az üvegcső belső felületét kémiailag aktív gázzal vagy gázkeverékkel kezeljük.

Ilyen és ehhez hasonló eljárások természetesen ismertek már.

A technika állásának illusztrálására megemlíthetjük például az US-A- 4 717 607 lajstromszámú, Egyesült Államokban engedélyezett szbadalmat. A ‘leírás szerinti eljárás alkalmas arra, hogy az olvadékból való húzás során a keletkező üvegcső felületi régiójából az alkálifém és alkáliföldfém ionokat kivonják. Ebben az ismert eljárásban a reakciót kiváltó gáz valamilyen oxidáló gáz, és gáznemű szerves fluoridok keverékéből áll. A reakciót az üveg kellő hőmérséklete viszi végbe. A fluorid tartalmú gáz az üveg felületén reakcióba lép az alkálifém és alkáliföldfém ionokkal. Az alkálifém és alká1iföldfém ionokat tartalmazó összetevők az eljárás során kialakított, húzott üvegcső végén távoznak. Az ilyen módon nyert üvegcső jól alkalmazható a higany töltetet tartalmazó kisülölámpák gyártásához.

Hasonló megoldást ismerhetünk meg az NL-A- 79 06 006 számú holland közzétételi iratból. Itt egy illékony fémklorid és oxidáló anyag van a húzás közben az üvegcső belső terében eloszlatva. Az ottani magas hőmérsékleten (800 - 950 °C) a kérdéses fém oxidja a tér belső falán lerakódik. Ismeretes továbbá, hogy például az oxigén és például szilícium, titán, vagy ón kloridjai között reakció ezen hőmérséklet tartományban csak akkor megy végbe, ha a keverék egy bizonyos mennyiségű hidrogént vagy vízgőzt is tartalmaz. A fentemlített szabadalmi bejelentés ón, titán, és indium oxidjait említi a szóbajöhető rétegek közül.

Az ismert megoldások hátránya, hogy a keletkező üvegcső felületi rétegei a húzás során kisebb átmérőjűre deformálódnak. Amíg a kialakult rétegnek magasabb olvadási vagy lágyulási hőmérséklete van, min't az azt hordozó üvegnek, repedések keletkeznek az említett rétegben az üvegcső elkerülhetetlen húzás közbeni zsugorodása következtében. így az üveg védelmének feladata, vagy a kívánt optikai hatások elérése nem érvényesülhet teljes mértékben.

A találmány célkitűzése éppen ezen fenti hiányosság kiküszöbölése. A találmányi gondolat pedig az, hogy mindezt a már lehűlt üvegen, plazma hatására történő bevonatkialakítással érjük el.

A célkitűzésünknek megfelelő eljárásnál az üvegcső hú zásának hőmérsékletén kémiailag inaktív gázt vagy gázkeveréket vezetünk a húzás irányában az üvegcsőbe, amely gáz vagy gázkeverék az üvegcsővel annak azon pontjain lép a keletkező plazma útján reakcióba, ahol azt változatlan átmérőn tartva már lehűtöttük.

Amikor az ezen találmány szerinti eljárást alkalmazzuk, akkor a kialakult üvegcső többé már nem fog zsugorodási deformációt szenvedni, miután az anyag kilépett a plazmazónából. A plazmazónában kialakuló igen vékony felületi rétegek hatékony védelmet nyújtanak a korrózív atmoszférával illetőleg az üvegből származó alkálifém és/vagy alkáliföldfém ionokkal szemben. Ez lényegbevágó * · módon növeli az ilyen üvegcsőből előállított lámpák, például kisülőlámpák élettartamát. Ha azonban csupán kis mértékű termikus reakció megy végbe a cső húzási pontja környezetében, a keletkező kis repedéseket a plazmazónában végbemenő folyamat teljesen betö'lti, ezáltal az eljárásunk szerint szinte tökéletes védőbevonat nyerhető .

A találmány szerinti eljárás alkalmazható mindazon esetekben, amikor különféle kompozit felületi réteget szeretnénk az üvegcső belső felületére vinni, például az üveg felületi rétegtartományából való fémion kivonással, vagy az üvegfelületre való réteg felvitelével, amely lehet védelmi és/vagy optikai szerepet betöltő réteg. Ilyen speciális optikai szerep lehet a spektrum valamely szelektív szűrése, például amikor a réteg az UV fényt visszaveri, míg a látható fény tartományába eső sugárzást átengedi.

A találmány szerinti eljárásnál két vagy több összetevőből álló reaktív gázt vagy gázkeveréket alkalmazunk. Az üvegcső előállításakor a húzás talppontjánál a lágy üveg hőmérséklete például 800°C, az alkalmazott reaktív gáz vagy gázkeverék az üveg felületével egészen 800°C-ig, vagy annál némileg megesabb hőmérsékletig nem mutat értékelhető reakciót, de amely plazma hatása által reakcióképessé tehető, méghozzá olyan hőmérsékleten, amelyen az üveg nem deformálható tovább, így a cső átmérője is változatlan marad.

A reaktív gázra az alábbi példák hozhatók fel :

• · marató hatású gázok, mint például CF₄, C₂F_&, C₂F₄, ^NF3' SF^, és SO₂F2 ; a felsorolt gázok alkalmazhatóak levegővel vagy oxigénnel elegyítve is.

A védelmi és/vagy optikai szerepet betöltő réteg kialakításához használatos reaktív gázkeverék lehet például illékony vagy gáznemű fém-halogenidek és oxidálószerek keveréke. Az alábbi példák hozhatók fel : SiF₄, SiCl₄, A1C1₃, SnCl₄, TiCl₄, ZrCl₄, BF₃, BC1₃, PCl-j, YC1₃, CrO₂Cl₂/ CH₄, HfCl₄, LaCl₃, Ni(CO)₄, TaFj. és a hasonló anyagok ; az oxidálószerek lehetnek például : O₂, NO₂, és CO₂/H₂ keverék. Ezek segítségével C, SiO₂, A1₂O₃, SnC^TiC^, ^2,r°₂ stb. rétegeket nyerhetünk. Természetesen megfelel az is, ha ezen összetevők, fém-halogenidek és oxidok keverékeként nyerjük a szükséges bevonati réteget. Általánosságban elmondhatjuk, hogy olyan gázkeverék használható, amely maró hatású, és amelyből fémréteget tudunk kicsapatni, és általában az ilyenek a fém-fluoridok, de elképzelhető mondjuk fém-klorid és valamilyen maró gáz, mint C₂F^ keveréke is.

Ennek megfelelően nitrid-réteget is lecsapathatunk, például SiCl₄ és NH₃ tartalmú keverékből.Az egyetlen feltétel amelynek a gázkeverék kiválasztásánál teljesülnie kell, hogy a húzási pontnán ne menjen végbe, vagy csak igen csekély mértékben menjen végbe reakció.

A plazma lehet nagyfrekvenciás plazma, vagy mikrohullámú plazma. Amikor magas hőmérsékletű izotermikus plazmát használunk, amelyet jellemzően légköri vagy annál nagyobb nyomású keveréknél célszerű használni, az üvegcső plazmazónán keresztüli haladási sebességének elegendően nagynak kell lennie ahhoz, hogy megakadályozza az üvegcső lágyulási hőmérsékletre való felmelegedést.

Előnyösen a reakciót magas hőmérsékletű izotermikus plazmával és legalább légköri nyomású gázkeverékkel tudjuk létrehozni, úgy hogy az üvegcső plazmazónán keresztüli haladási sebességét elegendően nagyra szabjuk meg ahhoz, hogy megakadályozzuk az üvegcső lágyulási hőmérsékletre való melegedését.

Általánosságban elmondható, hogy a plazma előnye, hogy nagyobb reakciósebesség érhető el általa, mint az ún. termikus CVD eljárással. A plazma hatása alatt többnyire tökéletesebb lesz a gáz átalakítási hatásfoka, mint ha tisztán termikus reakciót alkalmaznánk. A találmány szerinti eljárással egy jobban szabályozható eljárást kapunk, amely nem annyira érzékeny az üveg húzási hőmérsékletére és húzási sebességére mint az ún. termikus CVD eljárás, amikoris plazma egyáltalában nincs jelen a folyamatban.

A találmány szerinti eljárással részletesebben egy példa és egy ábra segítségével ismerkedhetünk meg a kő vetkezőekben. Az ábra váz1atszerüen mutatja be az üvegcső húzását az ún. Danner eljárással, (lásd pl. az A1 219 709 lajstromszámú Egyesült Államokban engedélyezett szbadalmat), és a belső csőfelület azt követő kezelését. A cső előállítható az ún. Vello eljárással (lásd pl. az A- 2 009 793 lajstromszámú Egyesült Államokban engedélye

zett szbadalmat) vagy más megfelelő módszerrel, amelynél a húzási pont környezete olyan formát ölt, amely alkalmas a gáz bevezetésére.

A Danner eljárás esetében a megolvasztott üveget egy tartályból húzzák - ez nem látható az ábrán és egy 1 forgó csőhúzótüskét használnak. Az 1 forgó csőhűzótüske belsejében egy 2 cső van a reaktív gáz bevezetésére, amely 2 cső a lágy üveg 3 húzási zónája felé nyílik. A 3 húzási zónában a hőmérséklet tipikusan valamely 800°C és 950°C közötti értéken van. A 4 és 5 húzó vezetőgörgök közötti elhelyezésű 7 eszköz hozza létre a plazmát a 6 üvegcsőben, amely már annyira lehűlt, hogy tovább már nem deformálódik. A hőmérséklet ezen a ponton legyen példánkban 400^cC. A plazmát létrehozó 7 eszköz lehet egy rezonátor, egy haladóhullámú eszköz, avagy egy egyszerű tekercs.

Egy gyakorlati kiviteli alak esetében a gázkeverék SiF^, oxigén és nitrogén 0,1 : 1 : 5 arányú elegye, a húzás közben ezt fújjuk a 3 húzási zónába. Ez a keverék 1000°C alatt nem vagy csak alig mutat termikus reakciót. A 6 üvegcső húzási sebessége a plazmazónában 5 m/s. A gázkeveréket 2 m /óra mennyiségben áramoltatjuk a 6 üvegcsőbe. A 7 eszköz egy üregrezonátor, amely 2,45 Ghzes váltakozó teret kelt, amely légköri nyomáson magas hőmérsékletű plazmát indukál. A 6 üvegcső plazmazónán keresztüli haladási sebességét elegendően nagyra szabjuk meg ahhoz, hogy megakadályozzuk az alkalmazott húzóeő mellett a 6 üvegcső lágyulási hőmérsékletre való felmelegedését. így 65 mm belső átmérőjű, a belső felületén vékony SiO₂ réteggel bevont csövet nyerünk a lágy üveg 3 húzási zónájából. Amikor ilyen 6 üvegcsövet használunk kisülőlámpákhoz, a bevonat hatékony Védelmet nyújt a nátriumionok üvegből történő kidiffundá1ása ellen. A lecsapódási reakcióban keletkező fluorvegyületeknek köszönhetően a nátrium ionok az üveg felszíni rétegéből kimaródtak.

Claims (5)

Szabadalmi igénypontok

1. Eljárás üvegcső előállítására, melynek során az üvegcsövet olvadékból húzzuk, majd azt követően az üvegcső belső felületét kémiailag aktív gázzal vagy gázkeverékkel kezeljük, azzal jellemezve, hogy az üvegcső (6) húzásának hőmérsékletén kémiailag inaktív gázt vagy gázkeveréket vezetünk a húzás irányában az üvegcsőbe (6) , amely gázt vagy gázkeveréket az üvegcsővel (6) annak azon szakaszán hozzuk plazma keltése útján reakcióba, ahol az üvegcsövet (6) változatlan átmérőn tartva már lehütöttük.

2. Az 1. igénypont szerinti eljárás üvegcső előállítására, azzal jellemezve, hogy az alkalmazott gáz vagy gázkeverék az üvegcső (6) felületével a keletkező plazma fémionokat eltávolító hatása útján lép reakcióba.

3. Az 1. igénypont szerinti eljárás üvegcső előállítására, azzal jellemezve, hogy az alkalmazott gáz vagy gázkeverék az üvegcső (6) felületén a keletkező plazma hatására réteget képez.

4. Az 1. igénypont szerinti eljárás üvegcső előállítására, azzal jellemezve, hogy SiF^, oxigén és nitrogén összetevőjű gázkeveréket alkalmazunk, és SiO₂ réteget hozunk létre.

5. Az 1. igénypont szerinti eljárás üvegcső előállítására, azzal jellemezve, hogy magas hőmérsékletű, izotermikus plazmát, és legalább légköri nyomású gázkeveréket alkalmazunk, és az üvegcsövet (6) a plazmazónán olyan sebességgel vezetjük keresztül, ‘amely elegendően nagy az üvegcső (6) áthaladás alatti lágyulási hőmérsékletre való felmelegedésének megelőzésére.