[发明专利]用于从熔化坩埚中拉制石英玻璃柱体的方法和装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于从熔化坩埚(Schmelztiegel)中拉制石英玻璃柱体的方法，熔化坩埚包括坩埚内腔，其在坩埚中轴线的方向上延伸且由侧壁和底部限定，其中，SiO₂颗粒被供应给熔化坩埚，在其中被软化成粘性的石英玻璃料且其借助于第一拉出装置通过设置在熔化坩埚的底部中的第一拉模被竖直向下拉出为柱形的石英玻璃束(Quarzglasstrang)且石英玻璃柱体被从中截取。

此外，本发明涉及一种用于拉制石英玻璃柱体的装置，其带有：用于容纳SiO₂颗粒的熔化坩埚，其包括坩埚内腔，坩埚内腔在坩埚中轴线的方向上延伸且由侧壁和底部限定；用于软化SiO₂颗粒的加热装置；以及设置在熔化坩埚的底部中的第一拉模；和用于通过第一拉模拉出石英玻璃束的第一拉出装置。

背景技术

竖直-坩埚拉制方法被用于连续制造由石英玻璃构成的柱形的构件(例如带有任意的横截面轮廓的棒、管或板)。在此，SiO₂颗粒作为玻璃原材料在熔化坩埚中被熔解成相对高粘性的石英玻璃料(下面也称作“石英玻璃熔融物”)且经由轴向对称的、设计用于目标产品的拉模在坩埚底部处被拉出为玻璃束。从该玻璃束中截取部段，从其中所期望的石英玻璃构件被制成为成品或半成品。

在此特别注意的是避免在经拉出的玻璃束中的不均匀性且在坩埚内腔中提供尽可能相同的且恒定的熔化条件。然而由于其较高的温度和粘性，石英玻璃熔融物不可借助于如其在较低粘性的玻璃熔融物(例如硼硅玻璃熔融物或钠钙玻璃熔融物)中通用的技术被均匀化。尤其地，用于提炼此类玻璃熔融物的搅拌装置不适合用于石英玻璃熔融物的均匀化，这是因为在搅拌时所产生的气泡由于较高的粘性在拉制的过程中不再可被清除。

为了SiO₂颗粒的供应通常设置有料斗(Schuetttrichter)，其伸入到熔化坩埚中且其下端在粘稠的石英玻璃料的表面上方终止。在此构造有锥形堆(Schuettkegel)，其由悬浮在熔融物表面的、粒状的SiO₂原料构成。该拉制方法特征在于石英玻璃熔融物的流动特性，其中在熔化坩埚的中轴线区域中的流动比在边缘区域中显著更高，其可被称作“料仓流动”。

在此，在锥形堆中间与熔化坩埚的拉模之间的直接的连接线上的SiO₂小颗粒经历相对更少的在熔融物中的停留时间和相应更少的温度负载。该效果还由此被加强，即，沿着坩埚中轴线的轴向的温度分布相比在边缘处具有低了直至50℃的温度，这可使得在坩埚中间的SiO₂颗粒不被完全熔化且导致在所拉出的玻璃束中的缺陷。

“料仓流动”尤其对于较小的拉模尺寸变得明显不利且总体上要求SiO₂颗粒的平均停留时间的延长且限制了熔融物生产量的效率。

因此尝试借助于特别匹配的轴向的温度变化(Temperaturverlauf)在拉制炉(Ziehofen)中实现玻璃原材料的尽可能均匀的熔化(DE 22 17 725 B2)或经由待熔化的SiO₂颗粒在熔融物表面上的能复现的分布和凝聚(US 3,249,417A)确保相同的且恒定的熔化条件。

也提出，为了温度的均匀化而引导粘稠的石英玻璃熔融物的流动。DE 1 596 664 A1描述了一种该类型的方法，开头所提及的类型的装置从其中也是已知的。为了从熔化坩埚中拉制管状的石英玻璃束在此使用钨喷嘴，其撑开圆形的开口，芯轴从上面伸入到开口中，芯轴在由钨制成的空心杆(Hohlschaft)处被悬挂地保持在石英玻璃熔融物中。芯轴的位置是可变的。芯轴具有带有以沙漏(Stundenglas)的形式的凸出部(Ausbuchtung)的上部件，其通过中间环与截头锥状的下部件相连接，下部件在保留有在其宽度上可变化的环状缝隙的情况下延伸直至喷嘴开口中。通过上部件的几何形状使中间的、较冷的熔融物流偏转且由此引起在石英玻璃熔融物内温度的均匀化。

在已知的拉制方法中所使用的装置在其设计和操作上相对复杂，而该方法证实对在坩埚内腔中的温度波动是比较敏感的。

发明内容

因此，本发明的目的在于说明一种方法，其使在生产率较高的同时能够制造均质的石英玻璃柱体。

此外，本发明的目的在于提供一种用于执行该方法的设计上简单的且操作起来简单的装置。