專利名稱：制造旋轉(zhuǎn)對稱的石英玻璃坩堝的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及制造旋轉(zhuǎn)對稱的石英玻璃坩堝的方法，其中借助一個(gè)由一個(gè)或多個(gè)陽極和一個(gè)陰極構(gòu)成的電極結(jié)構(gòu)產(chǎn)生電弧并由此加熱在這種情況下轉(zhuǎn)動(dòng)的石英玻璃坩堝的壁或壁的局部。本發(fā)明還涉及執(zhí)行該方法的裝置。
由于其經(jīng)濟(jì)性高，在實(shí)踐中經(jīng)常使用上述類型的方法和裝置。為此，用二氧化硅顆粒部分填充一個(gè)被驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)的熔模，其中所述二氧化硅顆?？梢允翘烊坏幕蛉嗽斓亩趸桀w粒。借助一塊模板，在轉(zhuǎn)動(dòng)過程中由顆粒制造出隨后的石英玻璃坩堝的預(yù)制模，隨后借助電極結(jié)構(gòu)起弧并使電弧沿著轉(zhuǎn)動(dòng)的石英玻璃坩堝壁的不同平面移動(dòng)，在這里，石英玻璃顆粒被熔煉成成石英玻璃坩堝形式的玻璃壁。在石英玻璃坩堝冷卻后，已形成了其最終形狀，其中壁的內(nèi)側(cè)被涂上釉面，而二氧化硅顆粒仍然附著于壁的外側(cè)上，這些顆粒在一個(gè)后續(xù)工序中被磨除掉。外側(cè)未被涂上釉面。
這樣的方法也是DE19710672A1的技術(shù)方案，其中還通過撒入含其它成分的二氧化硅顆粒而產(chǎn)生了具有特殊性能的層狀結(jié)構(gòu)。
尤其是保持通過確定石英玻璃坩堝的幾何形狀而確定的熔模轉(zhuǎn)速對這種方法是有根本意義的，這是因?yàn)樵谶@種情況下出現(xiàn)的離心力將二氧化硅顆粒保持在借助模板預(yù)成形的模子中。此外，離心力相應(yīng)小的不夠高的轉(zhuǎn)速導(dǎo)致了無法把松散的二氧化硅顆粒保持在理想位置上并且二氧化硅顆粒在熔煉模中部分滑向底面。相反，太高轉(zhuǎn)速導(dǎo)致石英玻璃坩堝底層外移并由此撕裂。因此，轉(zhuǎn)速只能很有限地變化。
此外，事實(shí)證明這樣的情況是不利的，即尤其是在石英玻璃坩堝較大時(shí)，只能通過這樣的方式實(shí)現(xiàn)壁的足夠高和均勻的加熱，即電極結(jié)構(gòu)以高熱功率工作。但在這種情況下，當(dāng)在撒入二氧化硅顆粒時(shí)出現(xiàn)了蒸發(fā)現(xiàn)象和起泡，由此一來，明顯降低了終產(chǎn)品質(zhì)量。此外，減慢了內(nèi)層形成速度(由于蒸發(fā)較嚴(yán)重)。另外，轉(zhuǎn)動(dòng)壁局部的部分加熱決定了等于一整圈時(shí)間的冷卻段，直到該壁部重新進(jìn)入加熱區(qū)，尤其是在轉(zhuǎn)速低且石英玻璃坩堝直徑大的情況下，這段時(shí)間導(dǎo)致了強(qiáng)烈的溫度波動(dòng)并因而導(dǎo)致了質(zhì)量下降。
基于這樣的背景技術(shù)，本發(fā)明的任務(wù)是如此改進(jìn)上述類型的方法，即可以與轉(zhuǎn)動(dòng)的石英玻璃坩堝的轉(zhuǎn)速無關(guān)地明顯減小出現(xiàn)的溫度差，以便尤其是能夠盡可能地消除不希望有的由強(qiáng)烈加熱或冷卻引起的蒸發(fā)和起泡。此外，還要提供一種執(zhí)行該方法的裝置。
根據(jù)本發(fā)明，如此完成上述任務(wù)，即通過至少另一個(gè)由一個(gè)或多個(gè)陽極和一個(gè)陰極構(gòu)成的電極結(jié)構(gòu)形成另一道電弧，由此加熱了石英玻璃坩堝壁的另一個(gè)部分。由此一來，每個(gè)電極結(jié)構(gòu)以降低的熱功率工作。因此，可以盡可能地消除尤其是在撒入二氧化硅顆粒時(shí)的蒸發(fā)現(xiàn)象。此外，在根據(jù)幾何形狀預(yù)定的轉(zhuǎn)速下，可以明顯縮短冷卻段時(shí)間，直到各壁部重新進(jìn)入下個(gè)電極結(jié)構(gòu)的后續(xù)加熱區(qū)。因此，明顯降低了出現(xiàn)的溫差。同時(shí)，通過撒入二氧化硅顆粒而產(chǎn)生的內(nèi)層的厚度可增大，其中根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)而在較高熱功率下被蒸發(fā)的二氧化硅顆粒部分可被更大量地用于形成內(nèi)層。此外，還節(jié)省了抽吸蒸發(fā)的二氧化硅顆粒部分的附加成本，從而可以實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程的盡可能的自動(dòng)化。此外，也可以縮短生產(chǎn)過程的時(shí)間，由此與更高的裝置負(fù)載和進(jìn)而與經(jīng)濟(jì)性提高有關(guān)。
在這種情況下，如此獲得了方法的一個(gè)特別有利的改進(jìn)方案，即通過電極結(jié)構(gòu)來加熱在石英玻璃坩堝轉(zhuǎn)動(dòng)軸線方向上相互間隔的一些壁部。通過為此而設(shè)置在一個(gè)不同的垂直位置上的電極結(jié)構(gòu)，可以獲得大面積的加熱和進(jìn)而獲得過程時(shí)間的縮短。同時(shí)，獲得了質(zhì)量相應(yīng)提高的石英玻璃坩堝的均勻加熱。
上述第二任務(wù)是要提供一種通過借助一個(gè)被設(shè)置用于產(chǎn)生電弧的且由一個(gè)或多個(gè)陽極和一個(gè)陰極構(gòu)成的電極結(jié)構(gòu)來分段加熱而制造旋轉(zhuǎn)對稱的石英玻璃坩堝的裝置，其中該石英玻璃坩堝可以繞其轉(zhuǎn)動(dòng)軸線轉(zhuǎn)動(dòng)，根據(jù)本發(fā)明，如此完成這項(xiàng)任務(wù)，即該裝置除了第一電極結(jié)構(gòu)外還配備有由一個(gè)或多個(gè)陽極和一個(gè)陰極構(gòu)成的第二電極結(jié)構(gòu)，使第二電極結(jié)構(gòu)接近一個(gè)與第一電極結(jié)構(gòu)背對的石英玻璃坩堝局部。由此一來，可以與轉(zhuǎn)速無關(guān)地使石英玻璃坩堝的溫度保持在比較高的水平上，從而所出現(xiàn)的溫差明顯降低。此外，通過第一電極結(jié)構(gòu)的電弧被加熱的表面部且尤其是壁部或底面部在轉(zhuǎn)角微小變化后到達(dá)了第二電極結(jié)構(gòu)的電弧加熱區(qū)，在這里，各電極結(jié)構(gòu)可以以降低的熱功率工作。通過與此有關(guān)的被消除的蒸發(fā)現(xiàn)象，一方面可以省掉抽吸蒸發(fā)部分的附加措施，另一方面，提高了撒入二氧化硅顆粒的可用含量，從而實(shí)現(xiàn)了更快速地形成明顯更厚的內(nèi)層。此外，形成了基本上沒有氣泡的內(nèi)層，由此一來，順利地實(shí)現(xiàn)了更高的質(zhì)量要求。同時(shí)減少了所提供的石英玻璃坩堝的廢料部分以及縮短了生產(chǎn)過程的時(shí)間，從而得到了更高的生產(chǎn)過程的經(jīng)濟(jì)性。另外，可以由此制造出其口徑明顯比迄今根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)制成的坩堝口徑更大的坩堝。
如此提供了本發(fā)明的一個(gè)特別有利的實(shí)施例，即電極結(jié)構(gòu)被設(shè)置在一些在石英玻璃坩堝轉(zhuǎn)動(dòng)軸線方向上相互間隔的位置上。由此一來，可以例如在石英玻璃坩堝壁的局部或整個(gè)高度范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)大面積加熱，以便獲得均勻的加熱效果。除了質(zhì)量提高外，還縮短了所需的生產(chǎn)過程時(shí)間并由此降低了生產(chǎn)成本。
此外，如果電極結(jié)構(gòu)可以彼此無關(guān)地移動(dòng)，則這也是有利的。這樣一來，可以通過相應(yīng)地確定距壁的距離來實(shí)現(xiàn)與石英玻璃坩堝的不同形狀的最佳匹配。因此，可進(jìn)一步改善可用該裝置獲得的質(zhì)量，在這里，尤其是不需要改變裝置結(jié)構(gòu)，就可以生產(chǎn)出例如口徑更大的石英玻璃坩堝的不同于簡單杯形或圓柱形的復(fù)雜形狀。
本發(fā)明的一個(gè)改進(jìn)方案特別適用于此，其中電極結(jié)構(gòu)被布置成相對石英玻璃坩堝外周是均勻分布的。這樣一來，通過包括由此產(chǎn)生的石英玻璃坩堝在內(nèi)地確定幾何形狀而確定的、各電極結(jié)構(gòu)的前后加熱區(qū)之間的壁部的冷卻時(shí)間是固定不變的，從而可以防止不理想的溫度波動(dòng)。由此一來，如此涉及的裝置導(dǎo)致了質(zhì)量的進(jìn)一步提高。
此外，如此得到了本發(fā)明的另一個(gè)改型方案，即至少一個(gè)電極結(jié)構(gòu)配設(shè)有二氧化硅顆粒供料機(jī)構(gòu)，而至少另一個(gè)電極結(jié)構(gòu)只被設(shè)置用于加熱。由此一來，獲得了裝置及其控制的簡化，在這里，一個(gè)電極結(jié)構(gòu)只被用于加熱壁部，而在另一個(gè)電極結(jié)構(gòu)的電弧中，還撒入了二氧化硅顆粒并由此形成了石英玻璃坩堝內(nèi)層。
本發(fā)明可以通過各種實(shí)施例來實(shí)現(xiàn)。為了進(jìn)一步說明本發(fā)明的工作原理，為此在附圖
中示出了一個(gè)實(shí)施例并且以下對其進(jìn)行說明。該圖在側(cè)截面圖中示出了一個(gè)熔模1，它具有一個(gè)安裝在其中的且成坩堝狀的石英玻璃坩堝2。在石英玻璃坩堝2的開口3上方，安放著一個(gè)配備有成冷卻板形狀的冷卻體4的裝置5，經(jīng)過該裝置，第一電極結(jié)構(gòu)7和第二電極結(jié)構(gòu)8突入石英玻璃坩堝2的內(nèi)腔6中。分別配備有一個(gè)或多個(gè)陽極9和一個(gè)陰極10的電極結(jié)構(gòu)7、8在起弧后分別在石英玻璃坩堝2的壁13區(qū)域內(nèi)構(gòu)成了加熱區(qū)11、12。在加熱區(qū)11、12中，分別加熱壁13的一部分14、15，其中各部分14、15的加熱時(shí)間由在這里繞轉(zhuǎn)動(dòng)軸線16轉(zhuǎn)動(dòng)的石英玻璃坩堝2的轉(zhuǎn)速來定。所述轉(zhuǎn)速又在很大程度上尤其是通過石英玻璃坩堝2的幾何形狀來定的，這是因?yàn)闀簳r(shí)未復(fù)合地貼在熔模1上的且構(gòu)成隨后的石英玻璃坩堝2的二氧化硅顆粒只通過轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的離心力保持在通過一塊模板形成的預(yù)制模中。此外，尤其是在石英玻璃坩堝2的底部17區(qū)域內(nèi)，太高的石英玻璃坩堝2轉(zhuǎn)速導(dǎo)致了不理想的二氧化硅顆粒外移，相反，太低的轉(zhuǎn)速導(dǎo)致了顆粒在熔模1中下滑。因此，通過采用兩個(gè)電極結(jié)構(gòu)7、8，縮短了在前后加熱區(qū)11、12之間的部分14、15的冷卻段時(shí)間并由此縮小了壁13的溫差。同時(shí)，可以降低各電極結(jié)構(gòu)7、8的熱功率，從而只在很小程度上出現(xiàn)了被撒入的二氧化硅顆粒部分的蒸發(fā)并由此生產(chǎn)出盡可能沒有氣泡的終產(chǎn)品。
附圖標(biāo)記說明1-熔模；2-石英玻璃坩堝；3-開口；4-冷卻體；5-裝置；6-內(nèi)腔；7-電極結(jié)構(gòu)；8-電極結(jié)構(gòu)；9-陽極；10-陰極；11-加熱區(qū)；12-加熱區(qū)；13-壁；14-壁部；15-壁部；16-轉(zhuǎn)動(dòng)軸線；17-底部；
權(quán)利要求
1.一種制造旋轉(zhuǎn)對稱的石英玻璃坩堝的方法，其中借助一個(gè)由一個(gè)或多個(gè)陽極和一個(gè)陰極構(gòu)成的電極結(jié)構(gòu)產(chǎn)生了電弧并由此加熱在這種情況下轉(zhuǎn)動(dòng)的石英玻璃坩堝的壁或其局部，其特征在于，通過至少另一個(gè)由一個(gè)或多個(gè)陽極(9)和一個(gè)陰極(10)構(gòu)成的電極結(jié)構(gòu)(8)形成另一道電弧，由此加熱了石英玻璃坩堝(2)壁的另一個(gè)部分。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，通過電極結(jié)構(gòu)來加熱在石英玻璃坩堝轉(zhuǎn)動(dòng)軸線方向上相互間隔的一些壁部。
3.一種通過借助一個(gè)被設(shè)置用于產(chǎn)生電弧的且由一個(gè)或多個(gè)陽極和一個(gè)陰極構(gòu)成的電極結(jié)構(gòu)來分段加熱而制造旋轉(zhuǎn)對稱的石英玻璃坩堝的裝置，其中該石英玻璃坩堝可以繞其轉(zhuǎn)動(dòng)軸線轉(zhuǎn)動(dòng)，其特征在于，該裝置(5)除了第一電極結(jié)構(gòu)(7)外還配備有由一個(gè)或多個(gè)陽極(9)和一個(gè)陰極(10)構(gòu)成的第二電極結(jié)構(gòu)(8)，使第二電極結(jié)構(gòu)接近一個(gè)與第一電極結(jié)構(gòu)(7)背對的石英玻璃坩堝(2)局部(15)。
4.如權(quán)利要求3所述的裝置，其特征在于，電極結(jié)構(gòu)(7，8)被設(shè)置在一些在石英玻璃坩堝轉(zhuǎn)動(dòng)軸線方向上相互間隔的位置上。
5.如權(quán)利要求3或4所述的裝置，其特征在于，電極結(jié)構(gòu)(7，8)可以彼此無關(guān)地移動(dòng)。
6.至少如權(quán)利要求3-5之一所述的裝置，其特征在于，電極結(jié)構(gòu)被布置成(7，8)相對石英玻璃坩堝(2)的外周是均勻分布的。
7.至少如權(quán)利要求3-6之一所述的裝置，其特征在于，至少一個(gè)電極結(jié)構(gòu)(7，8)配設(shè)有一個(gè)二氧化硅顆粒供料機(jī)構(gòu)，而至少另一個(gè)電極結(jié)構(gòu)(7，8)只被設(shè)置用于加熱。
全文摘要
在制造玻璃坩堝(2)的裝置(5)中,通過至少兩個(gè)均勻分布在石英玻璃坩堝(2)外周上的且產(chǎn)生第一電弧和另一道電弧的電極結(jié)構(gòu)(7,8)來分別加熱在這里轉(zhuǎn)動(dòng)的石英玻璃坩堝(2)的壁(13)的一部分(14,15)。通過使用多個(gè)電極結(jié)構(gòu)(7,8),可以在到達(dá)后續(xù)加熱區(qū)(11,12)前縮短壁部(14,15)的冷卻段并由此防止不希望太高的壁(13)溫差。同時(shí),可以降低每個(gè)電極結(jié)構(gòu)(7,8)的所需熱功率,從而抑制了蒸發(fā)現(xiàn)象和此外出現(xiàn)的起泡。除了可由此獲得的更高的質(zhì)量要求外,同時(shí)也縮短了生產(chǎn)過程的時(shí)間。
文檔編號(hào)H05B7/18GK1386111SQ01801975
公開日2002年12月18日 申請日期2001年7月9日 優(yōu)先權(quán)日2000年7月11日
發(fā)明者J·萊斯特, R·格貝爾, H·弗里茨 申請人:赫羅伊斯石英玻璃股份有限兩合公司