[发明专利]无羟基透明石英玻璃的连续电熔法

说明书

本发明属于石英玻璃的生产方法。

石英玻璃往往被人们称作“玻璃王”，这主要是指它与一般玻璃相比具有特殊的、极其宝贵的物理、化学性能。如石英玻璃的热稳定性和化学稳定性好，还有优良的电性能和光学性能，因而广泛用于半导体、新光源、冶金及化学工业、光学和声学的仪器仪表、原子能等各个领域。石英玻璃中透明石英玻璃用途最广，生产透明石英玻璃的方法分为气炼法和电炉法。气炼法是用可燃气体燃烧达到的高温来熔炼；而电炉法是以电炉加热达到的高温进行熔炼。气炼法生产出来的产品外观质量好、气泡气线少、金属杂技含量少、紫外线透过性能好，然而制品中羟基(-OH)含量高，不适合放电灯制作的要求。电炉法一般又分为真空常压、真空加压法及电炉连续熔融法(以下简称连熔法)三种，前两法都是间歇生产，真空常压法虽然单位时间内炉次多产量大，但原料挥发量大且产品质量不如真空加压法好。真空加压法生产出来的光学石英玻璃的气泡肉眼很难看出，红外线透过率很高，羟基含量低，然而以上两法都是生产效率低、产量小、电耗大、产品尺寸精度不高。连熔法机械化程度高，产品规格一致性好、原材料消耗低，产量大生产周期长，因而越来越受到普遍重视。目前连续电熔法生产工艺过程大致如图1所示。预热炉大多用不锈钢或钼筒制成，筒外用氧化铝、石英砂、石棉板、最外层由钢板制成，预热炉以钼丝加热，一般预热温度在400～800℃，预热的目的是除去水晶颗粒中溶解的水和气体的混合物，同时也是给原料水晶加热，给连续不断地熔炼和制材提供相当高温的水晶。一般预热炉的颗粒水晶是由不锈钢原料罐通过阀门不断提供的，同时通入保护气体防止金属件在高温下氧化和腐蚀并带走脱出的水与气体。预热炉下端有蘑菇伐，可调节预热好的水晶进入钨炉，钨捧炉是连续熔融工艺的主要设备，由钨坩埚、钨发热体及带保温层及钢制炉体制成，生产过程中通入保护气，在1800～2000℃下熔融水晶料，而后通过拉管机制成管材。USP3320045提供的是一种有螺旋形斜槽的园筒状的预处理炉，处理温度为1000～1700℃，在此温度下0.5～1g的原料晶体颗粒在保护气保护下预热脱气的有效时间约为1到分钟。在整个熔制过程中需使用保护气，保护气常使用氢气，因为氢气渗透力强，可把大量硅蒸气带走，对清除石英玻璃着色、提高保护效果、提高产品质量都起到良好作用。然而近代有用氮氢混合气体，甚至用氩气、氮氢混合气体(氮25％、氢75％)，但保护效果不如纯氢气好。而用纯氢气活性大，其制成管材含羟基高，为20～40ppm。透明石英玻璃在新型电光源上的用量是很大的，制作放电型光管不仅需要石英管的气泡少、透明度高，特别需要的是羟基含量较小。如果羟基含量在20ppm以上，灯管寿命就十分有限，因此要求透明石英管材羟基含量在10ppm以下(通常称此规格为无羟基石英玻璃管)。目前仅有真空加压法生产的透明石英管材合乎要求，然而其间歇法生产其产量有限。

本发明的目的是在连熔法的设备上改变其生产工艺，使得连续生产出来的石英玻璃管羟基含量在10ppm以下，完全满足放电光管的要求。