專利名稱：氣煉法生產(chǎn)不透明乳白石英玻璃的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明提供一種生產(chǎn)不透明乳白石英玻璃的新方法，屬石英玻璃材料生產(chǎn)技術(shù)領(lǐng)域。
目前生產(chǎn)不透明乳白石英玻璃的方法多采用真空電阻爐熔融法和單棒法，其共同特點(diǎn)是直接以電為能源，以石墨為發(fā)熱體。真空電阻爐熔融法使用真空電阻爐，以筒形石墨為發(fā)熱體，水晶或硅石為原料，經(jīng)高溫熔融，用拉管機(jī)或人工拉制成一定規(guī)格的乳白石英管材。這種石英管在加熱過程中，普遍存在一種疵病-崩落，嚴(yán)重的可導(dǎo)致斷裂，它們一般用著遠(yuǎn)紅外加熱材料。單棒法使用棒式電阻爐，不抽真空，用石墨棒做發(fā)熱體，硅砂為原料，經(jīng)高溫熔化成石英玻璃，然后撥出石墨發(fā)熱棒，將熔化好的石英玻璃料塊夾出放在模型內(nèi)吹制成不透明石英玻璃管材(毛坯)。這種毛坯外表面有浮砂，壁厚不易均勻，熱穩(wěn)定性較差，急冷急熱易炸裂，它們主要用著絕緣和耐火材料。上述方法尚不能生產(chǎn)出電阻滲碳工藝中所需和不透明乳白石英管。至今國內(nèi)外未見有采用氣煉法生產(chǎn)不透明乳白石英玻璃管材的報道。
本發(fā)明的目的是提供一種生產(chǎn)不透明乳白石英玻璃的新方法，以提高產(chǎn)品質(zhì)量，擴(kuò)大產(chǎn)品適用范圍，從而克服現(xiàn)有技術(shù)的不足。
本發(fā)明的要點(diǎn)是采用自動氣煉機(jī)(也可用手動機(jī))為生產(chǎn)設(shè)備，以高熱值可燃?xì)怏w為熱源，以白硅石或白硅石與水晶的混合粉料為原料，通過逐層熔化、逐層加料的氣煉生產(chǎn)工藝生產(chǎn)出各種不透明石英玻璃管材或其它不透明乳白石英玻璃材料。上述自動氣煉機(jī)是指本申請人的89212180·7號專利申請技術(shù)。
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。


圖1是本發(fā)明的工藝流程框圖;
圖2是本發(fā)明中所使用的自動氣煉機(jī)整體結(jié)構(gòu)示意圖;
圖3是本發(fā)明實(shí)施例的微電控制系統(tǒng)原理框圖;
圖4是本發(fā)明實(shí)施例的氣體控制原理框圖。
圖中1-雙軌床體，2-走車機(jī)構(gòu)，3-退車機(jī)構(gòu)，4-托輪升降機(jī)構(gòu)，5-螺旋加料機(jī)構(gòu)，6-石英噴燈，7-耐火保溫爐膛，8-支架，9-石英管產(chǎn)品，10-升降托桿。
參照圖2，該自動氣煉機(jī)是由雙軌床體(1)、帶有夾具并可在雙軌床體水平移動的走車機(jī)構(gòu)(2)、控制走車機(jī)構(gòu)水平移動的退車機(jī)構(gòu)(3)、固定在雙軌床體一端的托輪升降機(jī)構(gòu)(4)、把粉料送進(jìn)高溫火焰的螺旋加料機(jī)構(gòu)(5)，其下方是置于支架(8)上的耐火保溫爐膛(7)，爐膛里設(shè)有燃燒可燃?xì)怏w的石英噴燈(6)，其燃燒產(chǎn)生的高溫火焰對著石英管產(chǎn)品(9)的頭部。其中，托輪升降機(jī)構(gòu)(4)包括一根受步進(jìn)電機(jī)控制能上、下移動的升降托桿(10)，在托桿上部固定有一至二個托輪用以控制石英管產(chǎn)品(9)的外徑，在托輪一端對應(yīng)于石英管(9)的位置設(shè)有由限位塊、偏心支塊、金屬杠桿、金屬觸板等組成的限位發(fā)訊器，所述限位塊及金屬杠桿固定于偏心支塊的支點(diǎn)上，而金屬觸板則固定于托輪支架上，平時該裝置借助于自身重量，使得金屬杠桿與金屬觸板不相接觸。但是當(dāng)石英管(9)觸動限位塊時，金屬杠桿就會產(chǎn)生一定偏移從而和金屬觸板相觸產(chǎn)生開關(guān)量，微電控制系統(tǒng)立即發(fā)出退車指令。該自動氣煉機(jī)床各部份的具體結(jié)構(gòu)已在89212180·7申請中所詳述，故這里不再贅述。
參照圖1，本發(fā)明包括加料、透燒、托升、成型、退車、托降、預(yù)燒等七個工藝程序。當(dāng)過程處于動態(tài)平衡時，沿圖1中虛線方向進(jìn)行工藝循環(huán)。如果由于隨機(jī)因素破壞了過程的動態(tài)平衡，則按實(shí)線方向進(jìn)行工藝循環(huán)，直至新的平衡狀態(tài)的建立。下面將對各個工藝程序作詳細(xì)介紹。
首先開機(jī)預(yù)熱爐膛，爐膛里的石英噴燈燃燒高熱值可燃?xì)怏w，如氫、氧氣體，爐溫急劇上升，當(dāng)爐溫上升到2000℃左右時，再按下控制系統(tǒng)的工作開關(guān)，進(jìn)行自動對位后，系統(tǒng)即進(jìn)入工作程序。每一個正常狀態(tài)下的工藝循環(huán)從加料開始。所謂加料，是借助于螺旋加料器將40-140目的石英粉料送入爐膛里的高溫火焰，噴射到石英管管頭。加料動作是間歇式進(jìn)行的，實(shí)現(xiàn)逐層熔化、逐層加料，并可提高石英粉料的利用率。加料量則根據(jù)產(chǎn)品的規(guī)格由微機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行定量控制，加料時間一般控制在20～80秒范圍。
透燒是將沾附并熔化在石英管頭的石英粉料，進(jìn)一步在2000℃左右的高溫下燒透變成玻璃態(tài)，透燒時間一般控制在5～30秒內(nèi)。
經(jīng)過透燒以后，升降機(jī)構(gòu)中的升降托桿在步進(jìn)電機(jī)的控制下，將托輪裝置從爐膛下部送入高溫爐膛，直至托輪與石英管接觸，并帶動托輪轉(zhuǎn)動。同時，當(dāng)托輪進(jìn)入到爐膛的某個位置時，爐膛內(nèi)的石英噴燈自動熄滅，以保護(hù)托輪裝置的安全。托升時間一般控制5～15秒內(nèi)。
成型當(dāng)托輪裝置上升到額定高度以后，再從石英母管尾端有節(jié)奏地送入高壓氧氣，氧氣壓力一般為1.5～3.5kg/cm2。由于石英管頭受到托輪的限制，在高壓氧氣的作用下，熔融態(tài)的石英管頭只能沿軸向不斷延伸，使石英管(產(chǎn)品)不斷加長。在石英管尾端應(yīng)有輸送高壓氧氣的裝置，如電磁閥。成型時間一般控制在5～10秒范圍。
退車是指當(dāng)向前延伸的石英管頭，一旦觸及限位發(fā)訊器中的限位塊(即到位)時，控制系統(tǒng)即發(fā)出退車指令，使走車機(jī)構(gòu)攜帶石英管向后移動某個長度。每次退車距離一般控制在5～15毫米，退車時間一般控制在3～8秒。
托降退車以后，托輪裝置在升降機(jī)構(gòu)的控制下，回復(fù)到初始位置，托降時間一般控制在5～15秒內(nèi)。當(dāng)托輪裝置下降到某個位置時，爐膛內(nèi)的石英噴燈自動開火。
預(yù)燒其目的是為下一個工藝循環(huán)作準(zhǔn)備，使石英管頭在2000℃左右高溫下基本燒熔，為加料粘附創(chuàng)造條件。
上述工藝程序是在動態(tài)平衡時的工藝過程。如果某種隨機(jī)因素，破壞了這個平衡狀態(tài)，將造成石英管頭向前延伸的長度不夠，觸不到限位塊，即不到位，這時，到額定的時間以后，托輪裝置將自動下降，回復(fù)到初始狀態(tài)，石英噴燈自動開火預(yù)燒。而這時的預(yù)燒則相當(dāng)于“透燒”，托輪再次上升，繼續(xù)下面的工藝程序，直至完成退車、托降、預(yù)燒，而后進(jìn)行新的工藝循環(huán)，又從加料開始。
為保持爐溫基本恒定，石英噴燈所燃燒的可燃?xì)怏w壓力與流量必須穩(wěn)定，因此工藝中必須要有氣體控制裝置，圖4便是本發(fā)明實(shí)施例中采用的氣體控制裝置原理框圖，它包括二極控制第一級為氣體壓力控制裝置，第二級為氣體流量及其自動開關(guān)裝置。氣體壓力控制裝置是由壓力變送器、電動調(diào)節(jié)器、Q型操作器、電氣轉(zhuǎn)換器和氣動薄膜調(diào)節(jié)閥等定型儀表組成，完成對氣體壓力的控制;氣體流量控制裝置是由二至四臺流量計、四至六臺電磁閥和多個閥門及三通組成，用于完成對氣體的自動開關(guān)和流量控制。經(jīng)過二級控制的氣體供給石英噴燈燃燒，實(shí)現(xiàn)基本恒定的爐膛溫度，滿足動態(tài)平衡的要求。
本發(fā)明采用天然白硅石粉料為原料，但最好采用白硅石與水晶的混合粉料為原料。水晶所占比例最好是10～50%(重量)，原料粒徑均為40～140目。
微電控制系采用微機(jī)為主體的控制系統(tǒng)，如TP801單板機(jī)(也可采用數(shù)字控制)，圖3便是本發(fā)明實(shí)施例中采用TP801單板機(jī)的控制系統(tǒng)原理框圖，系統(tǒng)軟件是由初始化程序、主程序和若干子程序構(gòu)成的，采用模塊結(jié)構(gòu)，調(diào)試修改靈活方便，簡單易讀，軟件具有點(diǎn)動功能、工藝參數(shù)的線性變化功能、工藝參數(shù)的可調(diào)功能和閉環(huán)控制，其特點(diǎn)是程序控制和驅(qū)動系統(tǒng)組成一個緊湊的整體，根據(jù)氣煉自動化工藝流程進(jìn)行編程。源程序用磁帶保存，使用時將程序輸入到單板機(jī)的隨機(jī)存貯器RAM中，只需將預(yù)定的工藝參數(shù)通過鍵盤寫入到數(shù)據(jù)庫即可生產(chǎn)出各種任意直徑與壁厚的優(yōu)質(zhì)石英坯管，然后通過機(jī)械化二次整形即可得到優(yōu)質(zhì)石英管材及其制品。
利用本發(fā)明方法生產(chǎn)的不透明乳白石英管材，其化學(xué)純度、硬度、熱穩(wěn)定性和使用壽命等主要性能指標(biāo)，均達(dá)到或超過進(jìn)口石英的水平，已在全國滲碳生產(chǎn)線得到了廣泛推廣應(yīng)用，并可望開拓國外市場，創(chuàng)造外匯收入。此外，本發(fā)明產(chǎn)品還可用于電子、化工、冶金、科研等領(lǐng)域，具有顯著的社會效益與經(jīng)濟(jì)效益。
實(shí)施例實(shí)施例1以40～140目、100%的白硅石粉料為原料，以氫、氧氣體為熱源，氫∶氧＝2.5∶1(體積，下同)，氫氣壓力≥1.0kg/cm2，氧氣壓力≥3.0kg/cm2，爐溫為2000℃左右。工藝參數(shù)為加料時間25秒左右，透燒10秒左右，托升8秒左右，成型6秒左右，退車4秒左右，托降8秒左右，予燒8秒左右，得優(yōu)質(zhì)石英坯管(必要時再經(jīng)整形)。產(chǎn)品規(guī)格為φ70mm，壁厚5mm，不透明乳白石英管，其主要技術(shù)性能指標(biāo)為1、使用溫度正常使用溫度1100℃，最高可達(dá)1200℃;2、熱穩(wěn)定性好，耐急冷急熱;3、化學(xué)成分SiO2含量≥99.5%，這種不透明乳白石英管可廣泛應(yīng)用于電子、化工、冶金、科研等領(lǐng)域。
實(shí)施例2采用40～140目的混合粉料為原料，其中，白硅石為60%，水晶為40%(重量)，氫、氧氣體為熱源，氫∶氧＝2.2∶1，爐溫2000℃左右。工藝參數(shù)如下加料時間60秒，透燒20秒，托升10秒，成型7秒，退車5秒，托降10秒，予燒15秒。產(chǎn)品規(guī)格為φ103mm，壁厚8mm，不透明乳白石英管，其兩頭空管，內(nèi)表面光滑，外表面呈自然粗糙面，兩端口裁齊磨平并內(nèi)外倒角。其主要性能指標(biāo)與例1產(chǎn)品基本一致，它們主要用作被碳工藝生產(chǎn)線及彩色顯像管生產(chǎn)線用爐管，同時也可用于其它領(lǐng)域。
權(quán)利要求
1.一種不透明乳白石英玻璃的生產(chǎn)方法，其特征是以高熱值可燃?xì)怏w為熱源，以40-140目白硅石粉料為原料，并采用申請?zhí)枮?9212180.7的自動氣煉機(jī)為生產(chǎn)設(shè)備，通過逐層熔化、逐層加料的氣煉生產(chǎn)工藝生產(chǎn)各種不透明乳白石英玻璃材料。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的生產(chǎn)方法，其特征在于以白硅石與水晶的混合粉料為原料。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的生產(chǎn)方法，其特征在于水晶在混合料中的比例為10～50%(重量)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的生產(chǎn)方法，其特征在于采用氫、氧氣體為熱源。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的生產(chǎn)方法，其特征在于氫氣壓力≥1.0kg/cm2，氧氣壓力≥3.0kg/cm2。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種生產(chǎn)不透明乳白石英玻璃材料的新方法，其特點(diǎn)是以高熱值可燃?xì)怏w為能源，以白硅石或白硅石與水晶的混合粉料為原料，采用自動氣煉機(jī)，通過逐層熔化、逐層加料的氣煉生產(chǎn)工藝生產(chǎn)各種不透明乳白石英玻璃材料，如電阻瓷基體表面滲碳用不透明乳白石英玻璃爐管，其主要性能指標(biāo)均達(dá)到或超過同類進(jìn)口石英管的水平，還廣泛適用于電阻瓷基體表面滲碳、彩色顯像管熒光粉料燒結(jié)以及電子、化工、冶金、科研等領(lǐng)域。
文檔編號C03B20/00GK1045758SQ8910568
公開日1990年10月3日 申請日期1989年3月22日 優(yōu)先權(quán)日1989年3月22日
發(fā)明者謝裕安 申請人:長沙市電子材料二廠