專利名稱：制造石英玻璃板的方法和設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種制造石英玻璃板的方法和設(shè)備。
如所周知，石英玻璃板是用以高能耗和高成本制成的石英玻璃塊體經(jīng)鋸切而成的板材。鋸切出的板材經(jīng)過對(duì)鋸切表面的后處理可以滿足高的表面光潔度和平度的要求。但鋸切所用的刀具十分昂貴。石英玻璃塊體的生產(chǎn)和鋸切加工本身費(fèi)時(shí)多，材料損耗也大。鋸切的板越薄，材料損耗就越大。
英國(guó)專利GB-A2184434提出了一種制造石英玻璃板的方法該方法首先將石英玻璃管沿縱向剖開，然后軟化并成型板材。但這樣加工出來的板不平，成型后仍有較小的凹凸痕。
德國(guó)專利DE-A13226451提出了另一種制造石英玻璃板的方法和裝置此方法是將實(shí)心的石英玻璃圓棒放入熔爐，加熱到1700℃～1900℃時(shí)流入一石墨坩鍋。冷卻后，便可從石墨坩鍋中取出已淌開呈板狀的石英玻璃。這樣制成的板具有很高的光學(xué)均勻性，但制造過程很費(fèi)時(shí)間和能源。
上述兩種方法都需要首先制出粗坯，然后以很高的代價(jià)將之加工成板。德國(guó)專利DE-PS153503提出了一種制造型件例如石英玻璃板的方法此方法是將石英砂撒在例如用石英砂鋪成的襯底上，然后用電孤逐點(diǎn)熔化，從而在石英砂連在一起的范圍內(nèi)形成板材，但這種板的光學(xué)質(zhì)量很差。
此外，美國(guó)專利US-PS4,363,647提出了另一種方法和裝置此方法是在載體上，例如在用預(yù)燒結(jié)的玻璃化的砂或高純度的石英玻璃做的載體上，用一排水解燒嘴連續(xù)將石英玻璃粉分離成平面層，然后用帶式燒嘴燒成石英玻璃板。石英玻璃粉層可在它的整個(gè)厚度上玻璃化并與載體熔在一起。所以用這種方法可能在玻璃板上產(chǎn)生含TiO2的壓應(yīng)力層。載體也可用機(jī)械方法再清除掉，但十分費(fèi)事，特別是薄玻璃層更成問題。如果要石英玻璃粉層不與載體熔在一起，則在熔體前沿到達(dá)載體之前必須停止供熱，但熔體前沿不同。熔體前沿的繼續(xù)前進(jìn)取決于粉層的局部密度和局部的加熱功率。如果在粉層完成熔化之前停止供熱，就必須出現(xiàn)非玻璃化的石英粉區(qū)，所以即使玻璃板容易從載體上分開，但形成的玻璃板也是不平的。
日本專利JP-A4-55331(日本專利摘要，1992年6月8日，16卷249期)提出了爐料式的SiO2-玻璃板制造方法此方法將石英玻璃粒料用多孔的SiO2體作隔層相互隔開，重疊在一起進(jìn)行燒結(jié)。由于有隔層，避免了石英玻璃層的熔化，而且顆粒狀的石英玻璃層易于除氣。但由于上層的重量壓實(shí)了下面的石英玻璃粒料層，從而使下層燒結(jié)較快。這就會(huì)出現(xiàn)這樣的危險(xiǎn)下面的各隔層與夾在其間的石英玻璃粒料燒結(jié)成均勻的塊體，而上面的各層則尚未燒結(jié)透。
本發(fā)明的任務(wù)在于提出一種能制造出高光學(xué)質(zhì)量的石英玻璃板的經(jīng)濟(jì)的制造方法及其所用的設(shè)備。
本發(fā)明的方法是這樣解決這個(gè)任務(wù)的用一種其燒結(jié)活性比石英玻璃粉小的石英玻璃粒料作襯底，在襯底上連續(xù)加石英玻璃粉層并使之連續(xù)通過加熱區(qū)而燒結(jié)成石英玻璃帶以達(dá)到連續(xù)制造石英玻璃板或高硅酸玻璃板的目的。
石英玻璃粉層的連續(xù)形成和粉層的連續(xù)送入加熱區(qū)而獲得了連續(xù)制造石英玻璃板的經(jīng)濟(jì)方法。用石英玻璃粒料作為石英玻璃粉的襯底，從而保證了在燒結(jié)時(shí)非晶態(tài)石英玻璃粉的良好絕熱并防止了燒結(jié)好的石英玻璃帶附著在襯底上，同時(shí)防止了可能從襯底逸出的原子雜質(zhì)的滲入。
與石英玻璃粉比較起來，石英玻璃粒料具有較小的燒結(jié)活性，因此，實(shí)現(xiàn)了粉層的燒結(jié)只涉及到石英玻璃粉，而不涉及或只在很小范圍內(nèi)涉及襯底。在粉料和粒料的化學(xué)成分相同時(shí)，例如可通過不同的粒度或顆料內(nèi)不同結(jié)晶相的部分而獲得燒結(jié)活性的差別。
本發(fā)明方法特別適用于連續(xù)制造合成石英玻璃板或高硅酸玻璃板。此方法是將合成的石英玻璃粉層加到用預(yù)燒結(jié)的合成石英玻璃粉作成的石英玻璃粒料襯底上。合成的非晶態(tài)石英玻璃粉由于其平均粒度很小一般都具有很高的燒結(jié)活性。在燒結(jié)時(shí)，這種非晶態(tài)的石英玻璃粉層會(huì)產(chǎn)生收縮，但石英玻璃粉附著在石英玻璃粒料襯底上卻阻止了粉層四周尺寸的收縮。因此，在燒結(jié)時(shí)主要只減小粉層的厚度。
通過合成石英玻璃粉的預(yù)燒結(jié)形成比粉小的表面積和比粉大的平均粒度，從而減小石英玻璃粒料的燒結(jié)活性，這是有益的。這種粒料的粒度分布范圍最好為30～350微米。在石英玻璃粒料的粒度小于上述值時(shí)，存在著非晶態(tài)石英玻璃粉燒結(jié)到襯底上的危險(xiǎn)；在其平均粒度大于上述值時(shí)，則石英玻璃粉層不能充分附著于襯底上。同時(shí)，石英玻璃粒料的層厚最好在40～80mm的范圍內(nèi)。
為了保證生產(chǎn)出的石英玻璃板沒有光學(xué)意義上的氣泡和達(dá)到光學(xué)要求的純度，使用的石英玻璃粒料的化學(xué)成分最好與石英玻璃的相同。
如果直接用氣相反應(yīng)在石英玻璃粒料上分離出層，則本發(fā)明的方法特別經(jīng)濟(jì)。用一個(gè)或多個(gè)水解燒嘴來回在襯底上運(yùn)動(dòng)就可特別簡(jiǎn)單地分離出等厚的非晶態(tài)硅酸層。
在形成粉層的過程中，最好將石英玻璃粉加熱到1000℃～1250℃的范圍，以使粉層易于燒結(jié)，從而便于非晶態(tài)的硅酸層硬化和處理。這樣，就可把例如在形成粉料層時(shí)可能產(chǎn)生的廢氣抽走，而不至于將非晶態(tài)的硅酸微粒一起抽走。采用水解燒嘴來產(chǎn)生層時(shí)，通過燒嘴氣體的熱反應(yīng)進(jìn)行燒結(jié)是特別簡(jiǎn)單的。
石英玻璃粒料最好連續(xù)加到輸送帶上。在通過加熱區(qū)后，可從輸送帶上再取下石英玻璃粒料并重新用作襯底。
加熱區(qū)的燒結(jié)溫度取決于粉層通過加熱區(qū)的速度和粉層的厚度。粉層的每個(gè)點(diǎn)在加熱區(qū)的平均停留時(shí)間約為一小時(shí)。粉層的厚度一般為10～30mm。在這些前提下，燒結(jié)溫度范圍以1300℃～1600℃為宜。
離開加熱區(qū)后，粉層就成了玻璃化的石英玻璃帶而可輕易地分割成板料。本發(fā)明方法可制造出的板厚約為10mm。
關(guān)于裝置方面，本發(fā)明的任務(wù)是這樣完成的，為連續(xù)制造石英玻璃板或高硅酸玻璃板設(shè)置了一個(gè)適于運(yùn)輸石英玻璃粒料用的輸送裝置、一個(gè)把石英玻璃粒料加到輸送裝置上的加料裝置、一個(gè)在石英玻璃粒料上產(chǎn)生合成石英玻璃粉層的噴射裝置和一個(gè)加熱粉層的加熱裝置。
本發(fā)明的輸送裝置可連續(xù)工作，特別適合的輸送裝置是鋪有耐熱板的輸送帶或滾道。輸送帶或滾道最好用耐熱材料如Al2O3或石墨作成。所鋪的板最好也用這種材料。這種板可防止輸送帶磨損，必要時(shí)易于更換。根據(jù)本發(fā)明的裝置的一個(gè)最佳實(shí)施例這種裝置相鄰的襯板相互連接而成只有很小縫隙的連續(xù)的平面。在這個(gè)平面上可堆放石英玻璃粒料而不致落到襯板之間。
這種裝置具有特別簡(jiǎn)單的連續(xù)工作方式，板與板的相鄰端用鉤連在一起。這種構(gòu)形的板可構(gòu)成幾乎是連續(xù)的連接在一起的平面而依次鋪到連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)的輸送帶上。在從加熱裝置出來后，可將板依次取下、清理并重新鋪到輸送帶上。
這種連續(xù)工作的裝置還有一個(gè)優(yōu)點(diǎn)其噴射裝置至少具有一個(gè)可至少沿一個(gè)方向在石英玻璃粒料上方來回運(yùn)動(dòng)的水解燒嘴。用這種燒嘴可在石英玻璃粒料上直接分離熱解的石英玻璃粉層。如果將多個(gè)水解燒嘴布置在垂直于輸送裝置運(yùn)動(dòng)方向來回運(yùn)動(dòng)的一個(gè)或多個(gè)支架上，則水解燒嘴在石英玻璃粒料上分離粉層時(shí)也來回運(yùn)動(dòng)。這樣的裝置，工作效率特別高、費(fèi)用特別低。同時(shí)，這個(gè)或這些支架結(jié)構(gòu)最好還可用來向水解燒嘴輸送反應(yīng)氣體。
加熱裝置最好設(shè)計(jì)成沿粉層整個(gè)寬度延伸的向下打開的燒結(jié)室，并采用電阻加熱。這樣，在整個(gè)寬度上粉層都可達(dá)到均勻的玻璃化。此外，在通過燒結(jié)室的時(shí)間內(nèi)，這種燒結(jié)室能保證粉層每個(gè)點(diǎn)保持大致相同的溫度。這一溫度與點(diǎn)狀加熱比較由于在燒結(jié)室中的加熱時(shí)間較長(zhǎng)而可低一些。從而達(dá)到均勻和完好的玻璃化。
下面結(jié)合附圖來詳細(xì)說明本發(fā)明的方法和設(shè)備的實(shí)施例。這些附圖是

圖1本發(fā)明設(shè)備的示意側(cè)視圖。
圖2噴射室垂直于輸送裝置的運(yùn)動(dòng)方向的示意截面圖。
在圖1所示裝置中，1表示用Al2O3做成的鏈?zhǔn)捷斔蛶В斔蛶箱佊蠥l2O3做成的耐高溫的襯板2。鉤形的板端3相互鉤緊。襯板2的前端4相互構(gòu)成一個(gè)幾乎是連續(xù)的堆料面5(除了一很小的間隙外)。
在堆料面5上方有一個(gè)加料斗6把熱解的硅酸石英玻璃粒料8的連續(xù)粒料層7加到堆料面5上。刮板9將粒料層7刮到均勻的層厚和平面。
輸送帶1用驅(qū)動(dòng)裝置10沿箭頭方向11運(yùn)行，從而將粒料層7運(yùn)送到噴射室12。噴射室中垂直于輸送方向11布置有幾個(gè)分別裝有多個(gè)水解燒嘴14的支架13。支架13是空心的，所以可用作所需燃燒氣體16(如SiCl4蒸汽、H2和O2)的供氣管15。如圖2所示，支架13兩端用適當(dāng)?shù)闹ё?7支承。用柱塞式驅(qū)動(dòng)裝置18使支架13垂直于輸送方向11產(chǎn)生如運(yùn)動(dòng)箭頭19所示的擺動(dòng)運(yùn)動(dòng)。用水解燒嘴14在粒料層7上分離非晶態(tài)的硅酸層20。
水解燒嘴14對(duì)面布置一個(gè)煙囪21把分離硅酸層20所產(chǎn)生的廢氣以及多余的非晶態(tài)硅酸抽到圖中沒有畫出的凈化裝置中。
從輸送方向11看，煙囪21后面是一個(gè)向下開著的燒結(jié)室22。燒結(jié)室22用電阻絲23加熱并用耐火材料襯砌四壁24。燒結(jié)室22保證硅酸層20在整個(gè)寬度上的均勻加熱和硅酸層20通過燒結(jié)室22時(shí)各點(diǎn)的恒定燒結(jié)溫度。非晶態(tài)硅酸層20通過燒結(jié)室22形成的石英玻璃帶26被送到切割裝置(圖中未示出)的托輥25上。
在用上述設(shè)備的情況下，下面描述本發(fā)明的石英玻璃板制造方法。用加料斗6把熱解制成的和預(yù)燒結(jié)的石英玻璃粒料8的粒料層7加到每小時(shí)大約1米速度的輸送帶1上，并用刮板9把粒料層7調(diào)整到大約60mm的厚度。然后在輸送方向11用水解燒嘴14在粒料層7上分離非晶態(tài)的硅酸薄層20。另一排燒嘴把薄層20加厚到15mm。成排布置在共同支架13上的水解燒嘴14與輸送方向11的粒料層7的表面成一傾斜角度。通過水解燒嘴14產(chǎn)生的擺動(dòng)運(yùn)動(dòng)19而達(dá)到均勻的層結(jié)構(gòu)。燃燒熱把硅酸層20加熱到1100℃，從而易于燒結(jié)和硬化。分離時(shí)產(chǎn)生的廢氣通過煙囪21從噴射室12中抽走。石英玻璃粒料8的化學(xué)成分與作為層20分離出的非晶態(tài)硅酸層相同。
這樣被分離出來的非晶態(tài)硅酸層20隨后由輸送帶1送入燒結(jié)室22并在此于1400℃玻璃化。同時(shí)玻璃化前沿在從上至下通過非晶態(tài)硅酸層20的整個(gè)層寬上均勻推進(jìn)。在非晶態(tài)硅酸層20玻璃化時(shí)，由于層20附著在粒料層7上而避免了層的長(zhǎng)度和寬度尺寸的收縮。由于粒料層7對(duì)輸送帶1是絕熱的，所以容易在整個(gè)層寬上實(shí)現(xiàn)非晶態(tài)硅酸層20的均勻燒結(jié)。此外，粒料層7防止了燒結(jié)后的石英玻璃帶26附著在襯板2上。非晶態(tài)硅酸層20經(jīng)過燒結(jié)后形成的板狀石英玻璃帶26的厚度約為5mm，相當(dāng)于非晶態(tài)硅酸層20原來層厚的30％。
離開燒結(jié)室22后，襯板2下降，石英玻璃帶26懸空，可引導(dǎo)到切割裝置的托輥25上并在那里按要求長(zhǎng)度切割。這樣制成的石英玻璃板按已知的方法進(jìn)行研磨、清潔和最后做成產(chǎn)品。
權(quán)利要求
1.石英玻璃板或高硅酸玻璃板的連續(xù)制造方法是通過連續(xù)將石英玻璃粉層(20)加到其燒結(jié)活性小于石英玻璃粉的石英玻璃粒料(8)的襯底(7)上，并通過將粉層(20)連續(xù)輸入加熱區(qū)(22)進(jìn)行燒結(jié)而形成石英玻璃帶(26)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征是，在用預(yù)燒結(jié)的合成石英玻璃粉制成的石英玻璃粒料(8)的襯底(7)上形成合成的石英玻璃粉層(20)，以實(shí)現(xiàn)連續(xù)制造合成石英玻璃板或高硅酸玻璃板。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征是，石英玻璃粒料(8)與石英玻璃粉的化學(xué)成分相同。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3所述的方法，其特征是，石英玻璃粒料(8)的平均粒度范圍為30微米～350微米。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4所述的方法，其特征是，層(20)的形成是用氣相反應(yīng)分離石英玻璃粉來實(shí)現(xiàn)的。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征是，通過在襯底(7)上來回運(yùn)動(dòng)的一個(gè)或多個(gè)水解燒嘴(14)來形成層(20)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1-6中一項(xiàng)或多項(xiàng)所述的方法，其特征是，在形成層的過程中，石英玻璃粉加熱的溫度范圍為1000℃～1250℃。
8.根據(jù)權(quán)利要求1-7中一項(xiàng)或多項(xiàng)所述的方法，其特征是，石英玻璃粒料(8)連續(xù)加到輸送帶(1)上。
9.根據(jù)權(quán)利要求1-8中一項(xiàng)或多項(xiàng)所述的方法，其特征是，層(20)連續(xù)通過燒結(jié)室在溫度范圍為1300℃～1600℃進(jìn)行燒結(jié)。
10.根據(jù)權(quán)利要求1-9中一項(xiàng)或多項(xiàng)所述的方法，其特征是，粉層(20)離開加熱區(qū)(22)后形成為玻璃化的石英玻璃帶(26)，可按需切割成板件。
11.連續(xù)制造石英玻璃板或高硅酸玻璃板的設(shè)備，它具有一個(gè)輸送石英玻璃粒料用的適當(dāng)輸送裝置(1、2、10)、一個(gè)將石英玻璃粒料(8)分層加到輸送裝置(1、2、10)上的加料裝置(6)、一個(gè)在石英玻璃粒料層(98)上產(chǎn)生石英玻璃粉層(20)的噴射裝置(12、13、14、15)和一個(gè)用來加熱粉層(20)的加熱裝置(22、23、24)。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的設(shè)備，其特征是，輸送裝置(1、2、10)包括襯有耐高溫板(2)的輸送帶(1)。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的設(shè)備，其特征是，相鄰的襯板(2)相互連接成其間只有很小縫隙的連續(xù)平面(5)。
14.根據(jù)權(quán)利要求12或13所述的設(shè)備，其特征是，襯板(2)的相鄰端部(4)相互鉤緊。
15.根據(jù)權(quán)利要求12-14中的一項(xiàng)所述的設(shè)備，其特征是，襯板(2)用氧化鋁或石墨做成。
16.根據(jù)權(quán)利要求11-15中一項(xiàng)或多項(xiàng)所述的設(shè)備，其特征是，噴射裝置(12、13、14、15)至少包括一個(gè)可至少在一個(gè)方向(19)內(nèi)進(jìn)行擺動(dòng)運(yùn)動(dòng)的水解燒嘴(14)。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的設(shè)備，其特征是，水解燒嘴(14)裝在一或多個(gè)支架(13)上，它們可在一個(gè)垂直于輸送裝置(1、2、10)的運(yùn)動(dòng)方向(11)的方向(19)內(nèi)擺動(dòng)運(yùn)動(dòng)。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的設(shè)備，其特征是，支架(13)用作為水解燒嘴(14)所需反應(yīng)氣體(16)的供氣管(15)。
19.根據(jù)權(quán)利要求11-18中一項(xiàng)或多項(xiàng)所述的設(shè)備，其特征是，加熱裝置(22、23、24)構(gòu)成一個(gè)向下開著的、沿石英玻璃粉層(20)整個(gè)寬度延伸的并用電阻絲(23)加熱的燒結(jié)室(22)。
全文摘要
為提出一種制造具有高光學(xué)質(zhì)量的石英玻璃板的經(jīng)濟(jì)制造方法，本發(fā)明建議，將石英玻璃粉層連續(xù)加到用一種比石英玻璃粉的燒結(jié)活性小的石英玻璃粒料鋪成的襯底上，并使之連續(xù)通過加熱區(qū)而燒結(jié)成石英玻璃帶以實(shí)現(xiàn)連續(xù)制造上述石英玻璃板；實(shí)施這個(gè)方法所需的設(shè)備包括一個(gè)適于輸送石英玻璃粒料的輸送裝置，一個(gè)把石英玻璃粒料加到輸送裝置上的加料裝置、一個(gè)在石英玻璃粒料上產(chǎn)生合成石英玻璃粉層的噴射裝置，和一個(gè)加熱石英玻璃粉層的加熱裝置。
文檔編號(hào)C03B19/00GK1122783SQ95106679
公開日1996年5月22日 申請(qǐng)日期1995年5月22日 優(yōu)先權(quán)日1994年5月26日
發(fā)明者U·克里斯蒂安森, A·施坦科爾 申請(qǐng)人:赫羅伊斯石英玻璃有限公司