[发明专利]由陶瓷材料制成的空心柱筒、用于其制造的方法及其应用

说明书

说明了一种由陶瓷材料或玻璃陶瓷材料或其混合物制造圆管的方法。所述方法包括将硅酸盐陶瓷的、氧化物陶瓷的和/或非氧化物陶瓷的材料组分装入熔化容器中，所述熔化容器沿纵轴线具有限定了管状的空腔的管状的壁，其中熔化容器围绕其纵轴线旋转。在此借助于通过旋转产生的离心力构造由陶瓷的和/或玻璃陶瓷的材料组分组成的位于壁的内侧处的均匀的层，并且借助于布置在熔化容器的内部的空腔中的热源这样久地加热所述层，直到至少材料组分层的内部的侧面熔化。这种管可用于多方面的工业目标。

本发明涉及一种用于制造陶瓷的和/或玻璃陶瓷的管的方法、利用该方法获得的管以及其应用，该管特别是气密性的以及耐腐蚀的。

耐腐蚀的、特别地还是气密性的另外还耐磨的管对于现代化学方法变得越来越重要。然而，该管的制造是巨大的挑战。这特别地针对：由高温烧结的和高熔点的材料来制造管，其中原料及其混合物必须熔化或烧结，以加工成陶瓷、玻璃陶瓷或玻璃。对于这样的方法，通常需要超过1900℃的温度。由于对于该温度范围几乎不存在稳定的用于熔炉的衬垫的材料，因此这些材料通常在没有坩埚的情况下在由其自身的材料散料（Materialschüttung）形成的壁中熔化。因此，在已知的冷坩埚方法（Skull-Verfahren）中常见的是，通过由借助于高频场的气体烧暖和加热形成的组合来熔化由高熔点的氧化物形成的材料散料。材料散料在此被一系列水冷管包围并且从外面冷却。在加热期间，在这样地冷却的外侧上形成烧结层，该烧结层将熔化液与熔化容器或熔化炉的内壁分开，并且因此保护冷却管免于过热以及与熔化液的接触。以这种方式，将高纯度的以及高熔点的材料制造成玻璃和玻璃陶瓷或陶瓷是可能的。然而，在这种情况下产生的材料具有块的形状，在另一工作步骤中必须从块切割出各种需要的形状。

从DE 10 2011 087 065 A1中已知一种用于在熔化容器中借助于电弧制造高熔点材料的方法。正如例如DE 3633517 A1中所说明的那样，这种熔化容器可以垂直于突出到熔炉中的电子而移动，以便控制熔化速度。将由此获得的熔化液在熔化过程结束后浇注并结晶成块或其他几何形状。

从US 4188201已知用于制造石英玻璃的熔炉结构，其中在旋转的熔炉容器中通过离心力固定在炉壁上的石英粒度通过将热量通过气体烧暖和/或通过直接的电供暖（石墨元件）输送给旋转对称的石英玻璃体而熔合。在此产生了在被烧暖的管内侧和外侧之间的强烈的温度差，因为石英玻璃只出现小的热膨胀，所以所述温度差因此才没有导致材料破坏。

现有技术

在EP 1 110 917 A2中描述了一种用来制造不透明的石英玻璃的方法。其中通过给材料添加了释放杂质和气体的挥发性的添加剂来产生不透明性，由此产生不透明的玻璃。然而，这种产品由无定形的玻璃质材料组成，也就是说，它作为凝固的熔化液存在。在此所用的挥发性添加剂在ppm范围中并且因此不能产生特别地耐温度变化的稳定的结晶材料。

在US 5312471中描述了一种具有突出光学特性的SiO₂玻璃管。这种材料通过以下方式来制造：在旋转的管中加入纯净的SiO₂材料，并且该SiO₂材料在电弧中被熔化。通过将另外的SiO₂加入到所形成的内部空间中，从外向内产生玻璃状的管。同样在这里产生玻璃状的非结晶材料。此外已知的是，纯净的SiO₂玻璃由于其无定形结构和它的甚至在非常高的温度梯度的情况下的极小的膨胀系数而仅在材料中产生小的应力，并且由于在高于玻璃化转变温度Tg的宽的温度范围上的粘弹性流动而在材料中出现的应力能够在冷却时松弛，这使得所述材料适合以大的局部出现的温度梯度来制造。由此获得的材料仅具有有限的机械强度和非常好的耐温度变化性。

对于所有的上面所描述的方法步骤，除了制造石英玻璃管之外，为了制造高熔点的陶瓷的和玻璃陶瓷的材料通常需要两个单独的设备、即各一个熔化设备和各一个冷却设备。另一个缺点在于，除了石英玻璃，在没有使用成本高的机械加工阶段的情况下不能利用这些方法制造旋转对称的空心柱筒。