熔融石英砂生产工艺 熔融石英


熔融石英(熔融石英砂生产工艺)

摘要:等离子熔融工艺是目前国际上生产高纯度熔融石英玻璃圆筒最先进的工艺之一 , 在产品的低羟基浓度、低缺陷浓度、成品率、生产效率和节能环保等方面具有非常突出的优势 。本文针对石英玻璃等离子熔融工艺成型设备 , 设计并提出了一种真空过程实现方案 , 可进行等离子加热过程中的炉内真空度(气压)实时控制和监测 , 以满足高纯度熔融石英等离子工艺过程中的不同需要 。
1. 简介等离子熔融工艺是目前生产透明和不透明熔融石英空心圆筒坯件最先进的工艺技术 , 通过此工艺可以一次完成高纯度熔融石英圆筒胚件的制造 , 在成品率、生产效率和节能环保等方面具有独到的优势 。
在等离子熔融工艺过程中 , 将高纯石英砂注入到旋转炉中 , 依靠离心力控制成品尺寸 。在熔融工艺过程中 , 旋转炉中的高纯保护气体使得电极间能够激发等离子电弧 , 所产生的等离子电弧使晶态石英砂熔化为熔融石英 。
【熔融石英砂生产工艺 熔融石英】目前全球唯一采用此独特工艺生产熔融石英空心圆筒的厂家是德国昆希(Qsil)公司 , 如图 1所示 , 昆希公司使用这种独有的“一步法”等离子加热熔融工艺生产透明和不透明熔融石英空心圆筒(坯) 。
图1. 德国昆希(Qsil)公司等离子熔融工艺石英玻璃成型设备
熔融石英玻璃在生产过程中 , 熔融态的石英玻璃将发生极其复杂的气体交换现象 , 此时气体的平衡状态与加热温度、炉内气压、气体在各相中的分压及其在玻璃中的溶解、扩散速度有关 。因此 , 为获得羟基浓度小于50ppm且总缺陷(直径小于20um的气泡和夹杂物)浓度小于50个/立方厘米的高纯度熔融石英玻璃锭 , 需要根据加热温度选择不同的气体和真空工艺 。本文提出了一种真空工艺实现方案 , 可进行等离子加热过程中的炉内气压实时控制和监测 , 以满足高纯度熔融石英等离子熔融工艺过程中的各种不同需要 。
2. 真空度(气压)控制和监测方案与等离子熔融工艺石英玻璃成型设备配套的真空系统框图如图 2所示 , 可实现成型设备加热桶内的真空度(气压)在0.1~700Torr范围内的精确控制 , 控制精度可达到±1%以内 。
如图2所示 , 真空系统的设计采用了下游控制模式 , 也可根据具体工艺情况设计为上游和下游同时控制模式 。整个真空系统主要包括气源、进气流量控制装置、真空度探测器、出气流量控制和真空泵等部分 。
图2. 真空系统框图
来自不同气源的气体通过可控阀门形成单独或混合气体进入歧管 , 然后通过一组质量流量控制器和针阀来控制进入成型设备的气体流量 , 由此既能实现设备中的真空度快速控制和避免较大的过冲 , 又能有效节省某些较昂贵的惰性气体 。

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