形成熔凝石英玻璃的系统和方法_4

文档序号:9290932阅读:来源:国知局
的塑性变形。如果必要的话,可在该第一成型阶段将压缩压力施加到起始主体,以便引起期望的变形。例如,补充起始主体的形状的挤压板28或不同配置的挤压板可用在第一成型阶段。
[0061]本领域的技术人员将理解,本发明不限于本文所述的时间周期,因为实现起始主体10的石英玻璃材料的期望的塑性变形所需的时间将取决于各种参数,诸如炉温、任何压缩压力的存在、起始主体的形状和尺寸、所得的容器的形状和尺寸等。
[0062]在第一成型阶段期间,底板26与第一插入装置30和任何任选的横向支撑件和/或挤压板结合形成成型组件24,该成型组件24在起始主体10转变或变形为容器34时确定中间形状。更具体地,当底板26和第一插入装置30在1200°C到1700°C的温度下保持它们的形状时,起始主体10的熔凝石英玻璃材料在这些温度下受到塑性变形。因此,在成型工艺的第一阶段期间,周围的炉的热量引起起始主体围绕第一插入装置的变形,使得起始主体的形状被改变。更具体地,起始主体围绕第一插入装置的变形导致形状与起始主体的形状不同的中间主体48的变形。中间主体的形状由底板26和第一插入装置30的结构、配置和/或定位限定(参见图2B)。在一个实施例中,其中利用底板26和第一插入装置30的上述结构、配置和定位,大体圆柱形的起始主体10优选地转换或变形为大体成形为卵形或椭圆形的中间主体。
[0063]然而,应当理解,本发明并不限于大体成形为卵形或椭圆形的中间主体。中间主体的形状在必要时仅通过改变底板26和/或第一插入装置30的结构、配置和/或定位来调节。例如,可以通过将第一支撑板40和第二支撑板42布置成间隔开较大的距离来改变第一插入装置30的配置,使得板的相应横向侧40a、40b和42a、42b将在不同位置处接触起始主体10的内部表面18。如此,所得的中间主体将具有的形状和尺寸(例如,高度和宽度)与通过第一插入装置使支撑板更紧密地间隔在一起获得的形状和尺寸(例如,高度和宽度)不同。
[0064]在起始主体10的熔凝石英玻璃已充分变形以形成中间主体48的期望的形状、尺寸和大小之后,第二成型阶段开始。更具体地,在实现期望的中间主体之后,打开炉46,将第一插入装置30从中间主体48的内部腔体48a移除,并且将第二插入装置32定位在腔体48a 内。
[0065]优选地,在第一插入装置30从腔体48a移除并且第二插入装置32插入该腔体48a中之前,起始主体10和成型组件24经历冷却阶段。部件的冷却有利于插入装置的更容易的放置。冷却速度不是关键,因为熔凝石英玻璃是非常耐热冲击的。优选地,起始主体10和成型组件24的冷却是通过使炉46断电一段时间来执行的,优选地在15和20小时之间,并且更优选地为约18小时,直到达到约400°C至600°C的温度,并且更优选为约500°C。除了使炉46断电之外,也可通过打开炉46加快部件的冷却。
[0066]在一个实施例中,第二插入装置32具有的形状和结构与第一插入装置30非常类似,但是插入装置的大小不同。更具体地,第二插入装置优选地包括大体平坦配置的第一或上部水平取向的支撑板50、大体平坦配置的并且与第一支撑板40间隔开的第二或下部水平取向的支撑板52以及在这两者之间延伸的一个或多个垂直取向的间隔件54。一个或多个间隔件54可以具有多种形状、尺寸、配置、布置和大小,只要它们将第一支撑板50和第二支撑板52维持处于期望的空间布置。
[0067]在一个实施例中,其中待生产的所得的容器34的横截面为大体椭圆形或D形,第二插入装置32的大小和总体尺寸优选地补充该椭圆的大小和总体尺寸。更具体地,第二插入装置的大小和总体尺寸优选地比第一插入装置30更大,并且更优选地比第一插入装置30更宽。在此类实施例中,虽然第二插入装置的长度将与第一插入装置的长度相同或几乎相同,但第二插入装置的相对较大的宽度有利于中间主体48在其宽度方向上并且更具体地在垂直于起始主体10的长度L的方向上的拉伸或变形,使得所得的容器成形为椭圆形或卵形。
[0068]在第二成型阶段期间,熔凝石英玻璃的中间主体48定位在第一横向支撑件36和第二横向支撑件38之间的固定底板26上。另外,第二插入装置32定位在中间主体的内部腔体48a内,使得第一支撑板50的第一表面50a靠近中间主体的内部表面48b,并且第二支撑板52的第一表面52a接触或靠在中间主体的内部表面48b上。最后,挤压板28被放置在挤压位置中,其中挤压板的第一表面28a接触中间主体的外部表面48c并且将压缩力施加到该外部表面48c。优选地,多至200镑的压缩力被施加到中间主体的外部表面。所施加的压缩力更优选地在20至100镑的范围内,并且最优选地为约64镑。
[0069]类似于底板26,挤压板28优选地具有大体平坦的配置,但该板的接触表面28a可包括各种配置的一个或多个突出部或一个或多个凹槽,以便形成所得的容器34中的对应结构。在一个实施例中,挤压板的大小(例如,长度和宽度)优选地足够大,以便确保中间熔凝石英玻璃主体48的至少一部分被挤压板覆盖。更优选,挤压板的尺寸使得整个中间主体48被挤压板覆盖。优选地,挤压板具有矩形或正方形形状,但是应当理解,所述板可以具有任何形状,只要其可以充分地将需要的压缩力施加到中间熔凝石英玻璃主体。
[0070]第一横向支撑件36和第二横向支撑件38定位在中间主体48的相对侧上。第一横向支撑件和第二横向支撑件各自具有大体C形横截面,使得椭圆形形状的中间主体的相对侧被接收在第一横向支撑件36和第二横向支撑件38的相应的C形凹槽36a、38a内。
[0071]—旦中间主体48被牢固地定位横向支撑件36、38中间的底板26上,并且挤压板28被移动到挤压位置,如果必要的话中间主体48的温度回到期望的成型温度,并且挤压板28在期望的成型温度下加热预定的时间周期。因此,在第二成型阶段期间,中间主体通常同时受到挤压和加热以实现所述主体的变形。
[0072]优选地,起始主体被加热至在约1200°C和约1700°C之间的成型温度,并且更优选地在约1300°C和约1400°C之间,并且最优选地位约1375°C。一旦已达到所期望的成型温度(例如,约1375°C),就在期望的成型温度下将中间主体在炉46中加热约I至3小时,并且更优选地为约1.5至2.5小时,并且最优选地为约2小时,以实现熔凝石英玻璃材料的变形直到容器34的期望形状形成。更具体地,在成型温度下,中间主体的熔凝石英玻璃材料围绕第二插入装置32变形以形成熔凝石英玻璃容器。
[0073]本领域的技术人员将理解,使中间主体48的石英玻璃材料变形为期望的容器形状所需的时间将取决于各种参数,诸如炉温、由挤压板施加的压缩力、中间主体的形状和尺寸等。
[0074]还应当理解,成型工艺可以重复(S卩,两个以上成型阶段),以便获得进一步的复杂形状。
[0075]在一个实施例中,在第一成型阶段和第二成型阶段中的一者或两者期间,惰性气体通过气体入口(图中未示出)被引入炉中,使得第一成型阶段和第二成型阶段在防止石墨成型组件部件氧化的惰性气体气氛下执行。惰性气体可以是氮、氩、稀有气体(例如,氦,氖,氪和氙)、氢、烃(天然气)、盐酸或不会氧化石墨的任何其他气体中的任何一种。优选地,待引入炉中的气体是氮。该气体优选地以2立方英尺每分钟的速率被引入。然而,本领域的技术人员将理解,只要实现了炉中的正压力和低氧含量(优选地低于1%)的环境,流动速率就可变化。
[0076]本领域的技术人员将理解,第二成型阶段是任选的。具体地,如果在第一成型阶段中通过使用第一插入装置30得到容器34的期望的形状、尺寸和形式,则不需要第二成型阶段(以及不需要第二插入装置32)。代之,如下面更详细所述,通过第一成型阶段形成的石英玻璃优选地在第一(以及唯一)成型阶段之后立即受到冷却。
[0077]在起始主体10的熔凝石英玻璃已成型或模塑为期望的容器形状之后,所形成的容器34经受预定持续时间的冷却周期,特别是为了防止熔凝石英玻璃的失透。优选地,对于容器34的冷却,停止炉46的操作,并且允许该容器在密闭炉中冷却至室温。容器34冷却至室温通常需要约10至24小时,并且更优选为约18小时。本领域的技术人员将理解,可以采用本领域中已知的或待开发的其他冷却技术。另外,应当理解,可以打开炉以加快冷却。
[0078]所得的容器34完全不
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