专利名称：用于制造石英玻璃柱体的方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于拉制(Ziehen)石英玻璃柱体(Quarzglaszylinder) 的方法，在该方法中含有SW2的起始材料(Ausgangsmaterial)被供应给熔化坩埚 (Schmelztiegel)、在该熔化坩埚中软化成粘性的石英玻璃料(Quarzglasmasse)，并且通过 带有缝隙状的出口(该出口由底部开口和拉模内部件(Ziehdilsen-^menteil)来限定)且 设置在熔化坩埚的底部区域中的拉模(ZiehdUse)将该石英玻璃料作为圆柱状的石英玻璃 线(Quarzglasstrang)垂直向下拉出(abziehen)，并且从中定尺切害ij(ablangen)出石英玻 璃柱体。此外，本发明涉及用于拉制石英玻璃柱体的装置，该装置带有用于容纳含有SiO2 的起始材料的熔化坩埚，该熔化坩埚包括坩埚内腔，该坩埚内腔由侧壁和底部区域来限制； 带有用于软化起始材料的加热器械；以及带有具有缝隙状的出口且设置在熔化坩埚的底部 区域中的拉模。
背景技术：
垂直式坩埚拉制法(Vertikal-Tiegelziehverfahren)应用于制造圆柱状的构 件，尤其为带有任意横截面轮廓的由石英玻璃制成的管件或板件。在此，SiO2颗粒作为玻璃 起始原料在熔化坩埚中熔化(erschmelzen)成具有相对高粘性的石英玻璃料(在下文中还 称作“石英玻璃熔体(Quarzglasschmelze)，，)，并且通过在坩埚底部处的喷嘴作为玻璃线 (Glasstrang)而拉出。在此，特别注意的是，避免在所拉出的玻璃线中的不均勻性以及实现在坩埚内腔 中尽可能相同且恒定的熔炼条件。然而由于石英玻璃熔体的高的温度和粘度，使得不可借 助于对于低粘性的玻璃熔体(例如硅硼玻璃熔体或碱石灰玻璃熔体)常见的工艺使石英 玻璃熔体均勻化。尤其地，用于提炼这类玻璃熔体的搅拌器械(RUhreinrichtimg)不适用 于玻璃熔体的均勻化，因为在搅拌时所产生的气泡由于高的粘度在拉制过程期间不可再去 除。因此尝试，借助于特别合适的轴向上的温度变化过程在拉制熔炉(Ziehofen)中 实现尽可能地一致地熔化(Einschmelzen)玻璃起始原料(文件DE 22 17 725 B)，或通过 在熔体表面上待熔化的SiO2颗粒的可再现的分布和压紧(文件US 3, 249,417 A;文件WO 2006/015763 A)来保证相等的且恒定的熔化条件。还提出，为使温度均勻化指引粘稠的石英玻璃熔体的流动。文件DE 1 596 664 OS 描述了这种类型的方法，从该文件中同样已知开头所提及种类的装置。在此，为了从熔化 坩埚中拉制管状的石英玻璃线而应用了钨喷嘴(Wolfram-DUse)，该钨喷嘴由固定在熔炉壁 (Ofenwandung)处的内辊环(Innenkragen)和芯轴(Dorn)形成，该芯轴以悬挂由钨制成的 空心轴处的方式保持在石英玻璃熔体中。芯轴的位置是可变化的。为此，轴的上端保持在 定位器械处。芯轴具有带有以计时沙漏(Mimdenglas)的形式的凸出部(Ausbuchtimg)的 上部件，其通过中间环与截头锥状的(kegelstumpfformig)的下部件相连接，该下部件在保留在其宽度方面可变化的环状缝隙的情况下延伸直到由内辊环所撑开(aufsparmen)的 开口中。通过上部件的几何形状，使中央的、较冷的熔体流(Schmelzstrdme)转向，并且因 此在石英玻璃熔体中引起温度的均勻化。然而，已知的方法并不是无限制地适用于拉制带有较大的侧向尺寸的管状或板状 的石英玻璃柱体。这在下文中参照石英玻璃柱体通过以石英玻璃管的形式来进一步解释。 所拉出的管的直径及其壁厚通过拉模的几何形状、在拉模的区域中的玻璃的粘性和/或通 过拉出速度来确定。通常将玻璃流引导到管中，使得由于管内部的吹塑压力(Blasdruck) 使另一参数可用于扩大管直径。然而，这样的扩大仅在一定限值内是可行的。因为随着增 大管直径，为了维持理论直径(Soll-Durchmesser)必须引入更大的气体容积，该气体容积 使管内壁(Rohrirmenwandung)冷却并且使拉制过程变得困难。因此，待拉出的管的最大可 能的直径主要由拉模的尺寸来限定，以使得对于制造带有大外径的石英玻璃管还必须应用 相应大的拉模。然而，拉模宽度(Ziehdilsenweite)越接近于熔炉腔(Ofenraum)的内径， 拉模越有利于且促进在熔炉的边缘区域中的石英玻璃熔体的流动。在此，这样的边缘流 (Randstromung) ( S卩，该边缘流在其熔化条件并且因此在其组分和粘度方面显著地不同 于上文中的中央的熔炼流)可直接通过拉模离开(austreten)，以使得如此所获得的石英 玻璃管在其组分和密度方面可具有显著的不均勻性。利用已知方法可行的使中央的熔炼流 转向可能几乎无法改变这种状况。在文件DE 1 208 046 PS中意图，在从熔化坩埚中拉制石英玻璃管时获得小的、尽 可能旋转对称的拉制球状物(Ziehzwiebel)。为了该目的而提出，在拉模之上布置15mm厚 的环形板(Ringplatte)，该环形板具有与拉模相同的内径，并且该环形板设有六个指向内 部的齿状部。在石英玻璃熔体离开喷嘴时，齿状部引起流动的较小的偏转。仅引起石英玻璃熔体的较小的流动偏转的相类似的装置还可从文件US 2，486，737 A 和文件 US 2, 464, 028 A 中获知。从文件US 2005/0227027 Al中已知用于制造带有特别的内轮廓和/或外 轮廓的玻璃管的方法。为此，熔融的玻璃通过熔化槽(Schmelzwanne)的底部排出口 (Bodenauslauf)持续地获得，在成形体(Formk0rper)之上被引导，以使得产生空心的型坯 (KUlbel)，并且该型坯在另一布置在更下方的异型件(Profil)之上向下拉出。所拉出的线 (Strang)的直径近似与底部排出口的最小开口宽度一样大。
发明内容
因此，本发明的目的在于，给出这样的方法，即，该方法简化了均勻的石英玻璃柱 体的制造，即使该石英玻璃柱体的侧向尺寸处于通常的熔化坩埚的内径的数量级内，尤其 是带有外径大于200mm的石英玻璃管或带有宽度大于20mm的石英玻璃板。此外，本发明的目的在于，提出适用于执行该方法的装置。在装置方面，根据本发明该目的基于开头所提及的装置通过以下方式实现，S卩，在 拉模的上部的、面向坩埚内腔的区域中设置有流缩口 (Str0mungsverengung)，该流缩口 向下通过流通道(Str0mungskanal)而通到出口中，该出口具有大于流缩口的宽度的开口 宽度，并且其中，围绕流缩口的第一包络圆(HUllkreiS)具有这样的直径，即，该直径最大 为围绕待拉出的石英玻璃线的第二包络圆的直径的30%。
本发明的目的是，避免明显的边缘流以及低程度均勻的石英玻璃料直接进入到拉 模中的，如其在大的拉模尺寸时可能出现的那样。为此，多项措施的相互作用是至关重要 的1.在拉模的上部的区域中设置有用作流缩口的开口。使粘性的石英玻璃料强 制穿过该开口。该开口用作用于边缘流的流阻碍(Str0mungshindernis)，并且该开口有 助于在熔化坩埚的一定程度上中央的区域中的流动，该开口通过相对一致的温度分布和 均勻的化学组分而出众。在任一种情况中，该开口还引起石英玻璃料的一定的彻底混合 (Durchmischung)。流缩口的最大宽度通过围绕流缩口的第一包络圆的直径来限定。2.不同于已知的装置，流缩口不意在，在调节截面轮廓且尤其待拉出的石英玻璃 线的外尺寸时起协助作用。为此，设置有缝隙状的出口，该出口对于制造石英玻璃板构造成 简单的纵向缝隙，且对于制造石英玻璃管构造成环状缝隙。因此，该出口决定性地确定石英 玻璃线的侧向尺寸(该尺寸是垂直于拉制轴线的尺寸)。因此，出口的最大宽度在制造石英 玻璃板时对纵向的板宽是决定性的，并且在制造石英玻璃管时对该石英玻璃管的外径是决 定性的。出口的最大宽度大于流缩口的开口宽度。由此，通过流缩口离开的玻璃料的至少 一部分通过流通道向外偏转，该流通道通到出口中。因此，通过使料流向外偏转，均勻的、基 本上从熔化坩埚的中央的区域中所获得的石英玻璃料-并且不是源自边缘区域的石英玻 璃料-通过流通道进入到位于径向上较外部的区域中。3.流缩口相比于拉出的石英玻璃线的最大侧向尺寸越小，根据本发明的装置的彻 底混合效果和均勻化效果就越明显。该最大侧向尺寸通过围绕石英玻璃线的第二包络圆 的直径来限定。根据本发明设置成，围绕流缩口的第一包络圆最大为第二包络圆的直径的 30%。在最简单的情况中，流缩口为圆形，这还促进石英玻璃料基本上旋转对称地流入到空 腔中。在该情况中，围绕流缩口的第一包络圆与流缩口的直径相对应。否则，第一包络圆与 围绕流缩口的最小可能的圆环相对应。当在待拉出的石英玻璃线的最大侧向尺寸和在石英 玻璃料的离开区域中的流缩口的直径之间的差别较大时，也就是说在带有大的外径的石英 玻璃管的情况下，或者说是在带有大的板宽的石英玻璃板且流缩口的开口宽度相对较小的 情况下，则可特别有利地注意彻底混合效果。在带有显著地大于石英玻璃线的最大侧向尺 寸的30%的开口直径的流缩口的情况下，几乎不再存在彻底混合效果。另一方面，流缩口的 开口宽度还对石英玻璃料的通过量(Durchsatz)是决定性的。因此，在低于5相对于 石英玻璃线的最大侧向尺寸-的区域中的流缩口的较小的开口宽度以拉制过程的生产率 (Produktivitat)来看是不利的。如果在此处以及在下文中提及“流缩口的开口宽度”，则其所涉及的是在离开到流 通道中的情况下的开口宽度。因为在根据本发明的装置中调节石英玻璃柱体的侧向尺寸以 不取决于流缩口的方式而实现，因此该流缩口的几何形状就此而言仅具有较小的意义。例 如，该几何形状可构造成环状、圆形、椭圆形或多边形。流缩口还可由多个开口(例如穿孔 板)所形成，其中，在这种情况中包围所有开口的周缘圆⑴mfangskreis)作为第一包络圆。 同样，在流通道之上的流缩口的几何形状几乎与石英玻璃线的最终尺寸不相关。因此，例 如，流缩口的口径-以拉制方向来看-在流通道前可为恒定的、可减小或可增加。重要之处在于，在粘性的石英玻璃料离开到流通道中时的流缩口的开口宽度足够 小，以实现石英玻璃料流向外的显著的偏转。
因此，根据本发明的装置强制使粘性的石英玻璃料在流缩口之前和之后的流动偏 转，该偏转防止了明显的边缘流并且促进了石英玻璃料的彻底混合，以使得即使在拉制带 有大外径的石英玻璃柱体时，去除或防止进入到拉模中的石英玻璃料在密度和温度分布方 面的不均勻性。在根据本发明的装置的优选的实施形式中设置成，流缩口在围绕坩埚内腔的中轴 线的区域中伸延。因为流缩口在坩埚内腔的区域之内布置成越接近中轴线并且该流缩口的开口宽 度越小，根据本发明的装置的彻底混合效果和均勻效果就越明显，则优选这样的装置的实 施形式，即，在该实施形式中流缩口具有这样的开口截面，即，该开口截面的面积为小于坩 埚内腔的径向截面积的10%、优选小于50%。在带有显著大于坩埚内腔的径向面积的10 %的开口截面的流缩口中，边缘流可相 对不受阻碍地进入到流缩口中，从而产生相对较小的彻底均勻效果和混合效果。就此而言，也已证明特别有利的是，围绕流缩口的第一包络圆具有最大为第二包 络圆直径的20%的直径。在根据本发明的装置的特别优选的设计方案中，为了拉制管状的石英玻璃柱体而 设置有带有环状缝隙状的出口的拉模，该出口由底部开口和拉模内部件来限定，其中，流缩 口向下通到空腔中，并且拉模内部件包括在保留流通道的情况下伸入到空腔中的芯轴，该 芯轴具有这样的最大的外周缘，即，该最大的外周缘大于流缩口的宽度。不同于已知的装置，流缩口不意在，在调节待拉制的、管状的石英玻璃线的外直径 时起协助作用。取而代之的是，该流缩口向下通到坩埚底部的空腔中，单件或多件式芯轴从 上或从下伸入到该空腔中。从流缩口向下离开的料流进入到空腔中并且碰到芯轴的表面。芯轴通过以下方式而出众，S卩，该芯轴具有带有最大外径的区域，该区域大于流缩 口的开口宽度。因此，带有最大外径的区域设置在流缩口下方，由此，通过流缩口离开的玻 璃料向外-也就是环绕芯轴-偏转到流通道中，该流通道构造在芯轴和坩埚侧壁之间。布 置在坩埚内壁处且与该坩埚内壁相连接的构件(该构件伸到坩埚内腔中)也理解成在该意 义内的坩埚侧壁。因此，通过使料流向外偏转，均勻的、基本上从熔化坩埚的中央的区域中 所获得的石英玻璃料通过流通道进入到位于径向上较外部的区域中，并且通到拉模的环状 缝隙状的出口中，该出口决定性地确定石英玻璃管的径向尺寸。重要之处在于，在粘性的石英玻璃料离开到空腔中时的流缩口的开口宽度小于芯 轴的最大周缘，以使得可实现石英玻璃料流向外的偏转。伸到空腔中的芯轴区段通常构造 成相对于拉制轴线旋转对称，并且决定性地通过以下方式确定，即，该芯轴区段使得粘性的 石英玻璃料向外的流出成为可能并且该芯轴区段具有这样的最大的周缘(以围绕拉制轴 线的径向方向来看)，即，该最大的周缘大于流缩口的开口宽度。在此，芯轴可借助于轴件(Schaft)来保持，该轴件延伸通过坩埚内腔，其中，尤其 为考虑“无指自定心件”的可行性，如其在文件DE 10 2006 011 579 Al中所描述的那样。 在根据本发明的装置的另一优选的实施形式中设置，芯轴保持在至少一个接片处或者借助 于该接片来定中心，该接片从坩埚侧壁延伸至芯轴。为此，芯轴借助于一个或借助于多个接片来保持或定中心在坩埚侧壁处，该接片 跨越流通道。芯轴的这种类型的保持具有的优点为，从上延伸通过整个坩埚内腔的轴件对保持芯轴而言为非必需的。在装置的备选的且同样优选的实施形式中设置成，芯轴保持在至少一个接片处或 借助于该接片来定中心，该接片从流缩口的边缘延伸至芯轴或延伸至芯轴的向上伸出的延 长部分。在此，芯轴同样在一个接片处或在多个接片处保持或定中心。然而，接片在流缩口 的区域中伸延，使得该接片仅具有必须短的长度以用于桥接至芯轴。此外，在流缩口的区域 中，石英玻璃料的粘度相对较小，使得通过环绕保持或定心接片的流动所引起的流动的不 均勻性再次相对迅速地去除。然而，为了通过一个或多个接片不会太多地减小流缩口的开 口截面，接片在该区域中优选构造成相当薄，并且设置成仅用于芯轴或芯轴的向上伸出的 延长部分-诸如例如轴件-的定中心。在根据本发明的装置的两个最后所解释的实施形式的特别优选的设计方案中设 置，接片构造成中空接片(Hohlsteg)，并且与用于将气体供应到拉出的石英玻璃线的内孔 中的构造在芯轴中的气体供应管线相连接。该实施形式使得气体供应通过中空接片到芯轴中，并且从该处起到待拉出的石英 玻璃管的内孔中。气体供应可用作调节在管内孔中的吹塑压力。与其它接片连接相结合， 中空接片同时可用作保持芯轴。在用于拉制石英玻璃柱体的方法方面，根据本发明，上文所给出的目的基于开头 所提及种类的方法通过以下方式实现，即，粘性的石英玻璃料通过设置在拉模的上部的、面 向坩埚内腔的区域中的流缩口而拉出，该流缩口向下通过流通道而通到出口中，其中，出口 具有大于流缩口的宽度的开口宽度，并且，其中，围绕流缩口的第一包络圆具有这样的直 径，即，该直径最大为围绕待拉出的石英玻璃线的第二包络圆的直径的30%。该方法的目的是，避免明显的边缘流以及低程度均勻的石英玻璃料直接进入到拉 模中，如其在大的拉模直径时可能发生的那样。为此，多项措施的相互作用是至关重要的1.在拉模的上部的区域中设置有用作流缩口的开口。使粘性的石英玻璃料强制穿 过该开口。该开口用作用于边缘流的流阻碍，并且该开口有助于在熔化坩埚的一定程度上 中央的区域中的流动，该开口通过相对一致的温度分布和均勻的化学组分而出众。在任一 种情况中，该开口还引起石英玻璃料的一定的彻底混合。2.不同于已知的方法，流缩口不意在，在调节待拉出的石英玻璃线的外尺寸时显 著地起协助作用。为此，相反地设置有缝隙状的出口。该出口对于制造石英玻璃板构造成 简单的纵向缝隙，且对于制造石英玻璃管构造成环状缝隙。因此，该出口显著地确定石英玻 璃线的截面轮廓(即，该石英玻璃线的尺寸垂直于拉制轴线)。因此，出口的最大宽度在制 造石英玻璃板时对纵向的板宽是决定性的，并且在制造石英玻璃管时对该石英玻璃管的外 径是决定性的。出口的最大宽度大于流缩口的开口宽度。由此，通过流缩口离开的玻璃料 的至少一部分通过流通道向外偏转，该流通道通到出口中。因此，通过使料流向外偏转，均 勻的、基本上从熔化坩埚的中央的区域中所获得的石英玻璃料-并且不是源自边缘区域的 石英玻璃料-通过流通道进入到位于径向上较外部的区域中。3.在根据本发明的方法中，流缩口相比于拉出的石英玻璃线的最大侧向尺寸越 小，根据本发明的装置的彻底混合效果和均勻化效果就越明显。该最大侧向尺寸通过围绕 石英玻璃线的第二包络圆的直径来限定。根据本发明设置成，围绕流缩口的第一包络圆最
8大为第二包络圆的直径的30 %。在最简单的情况中，流缩口为圆形，这还促进石英玻璃料基 本上旋转对称地流入到空腔中。在该情况中，围绕流缩口的第一包络圆与流缩口的直径相 对应。否则，第一包络圆与围绕流缩口的最小可能的圆环相对应。当在待拉出的圆柱体状 的石英玻璃线的最大侧向尺寸和在石英玻璃料的离开区域中的流缩口的直径之间的差别 较大时，也就是说在带有大的外径的石英玻璃管的情况下，或者说是在带有大的板宽的石 英玻璃板且流缩口的开口宽度相对较小的情况下，则可特别有利地注意彻底混合效果。在 带有显著地大于石英玻璃线的最大侧向尺寸的30 %的开口直径的流缩口的情况下，几乎不 再存在彻底混合效果。另一方面，流缩口的开口宽度还对石英玻璃料的通过量是决定性的。 因此，在低于5 %-相对于石英玻璃线的最大侧向尺寸-的区域中的流缩口的较小的开口宽 度以拉制过程的生产率来看是不利的。因为石英玻璃线的侧向尺寸以不取决于流缩口的方式来调节，因此该流缩口的几 何形状就此而言仅具有较小的意义，如在上文中借助于根据本发明的装置已经进一步解释 的那样。重要之处在于，在粘性的石英玻璃料离开到流通道中时的流缩口的开口宽度足够 小，以实现石英玻璃料流向外的偏转。因此，根据本发明的方法导致使粘性的石英玻璃料在流缩口之后的流动偏转，该 偏转防止了明显的边缘流并且促进了石英玻璃料的彻底混合，以使得即使在拉制带有大外 径的石英玻璃柱体时，去除或防止进入到拉模中的石英玻璃料在密度和温度分布方面的不 均勻性。根据本发明的方法的有利的设计方案从从属权利要求中获得。至于在从属权利要 求中给出的方法的设计方案仿照在从属权利要求中针对根据本发明的装置所提及的实施 形式，则参考上文对相应的装置权利要求的实施方案来作为补充性解释。
在下文中借助于实施例和附图进一步解释本发明。在附图中详细地图1以示意性的示图显示带有在第一实施形式中的根据本发明的拉模的熔炼炉，图2以示意性的示图显示带有在另一实施形式中的根据本发明的拉模的熔炼炉，图3以三维示图显示用于在根据本发明的用于拉制石英玻璃板的装置和方法中 使用的拉模的技术图示，以及图4以流缩口的俯视图的方式显示图3的拉模。
具体实施例方式根据图1的拉制熔炉包括由钨制成的熔化坩埚1，从上方通过供应接头 (Zufuhrstutzen) 2持续地将SW2颗粒3注入到该熔化坩埚1中。在形成利用保护气体来清 洗的保护气腔(Schutzgasraum) 10的情况下，熔化坩埚1由水冷却的熔炉套(Ofenmantel)6 所环绕，在该保护气腔10的内部安置有由氧化绝缘材料制成的多孔的绝缘层8和用于对 SiO2颗粒3加热的电阻加热器械13。保护气腔10朝向下方敞开并且此外利用底板15和 利用盖板16向外密封。熔化坩埚1包围坩埚内腔17，该坩埚内腔17同样相对于周围环境 借助于覆盖件18和密封元件19来密封。用于以纯净氢气的形式的坩埚内腔气体的进口 22 和出口 21伸出通过覆盖件18。同样，保护气腔10在上部区域中设有用于纯净氢气的气体进口 23。由钨制成的拉模4位于熔化坩埚1的底部区域中。该拉模4由拉模外部件7和芯 轴9组成。环状的拉模外部件7插入到熔化坩埚1的底部区域中并且与熔化坩埚1的侧壁相 连接。该拉模外部件7限定了在中轴线沈中的圆环形的流缩口 12以及向下邻接该流缩口 12的穹顶形的空腔。芯轴9延伸到该空腔中，该芯轴9基本上以带有穹顶形的上侧的向下 逐渐收缩的截头锥的形式而构造。在芯轴9和外部件7之间保留有流通道14，流缩口 12通 到该流通道14中，并且该流通道14从该流缩口 12起通过芯轴9的穹顶形的上侧向外伸延， 并且此后沿着截头锥状的芯轴区段向下轻微地逐渐收缩直到喷嘴出口 25。柔软的石英玻璃料27通过流缩口 12进入到流通道14中，并且通过该流通道14 引导直到喷嘴出口 25，并且作为管线5垂直向下在拉制轴线沈的方向上被拉出。拉模4的芯轴9与由钨制成的保持管11相连接，该保持管11延伸通过坩埚内腔 17并且通过上覆盖件18从该坩埚内腔17引出。除用于保持芯轴9外，保持管11还用作供 应工艺气体(Prozessgas)以用于调节在管线5的内孔M中预设的吹塑压力。保持管11 的从熔化炉(Schmelzofen)突出的上端与示意性示出的高度调节及移位器械观相连接，该 高度调节及移位器械观除用于芯轴9的高度调节外还使得在侧向中的自由的移位成为可 能，如方向箭头四所表明的那样。为了使保持管11和芯轴9更良好地定中心，在流缩口 12 的区域中设置有定心指状件(Zentrierfinger) 20，该定心指状件20从拉模外部件7起延伸 直到保持管11处。熔化坩埚1的内径为400mm，圆形的流缩口 12的最小直径为50mm，并且芯轴9在 其穹顶形的上侧的区域中的最大外径为360mm。拉制带有190mm内径和210mm外径的管线 5。图2示意性地显示了带有在本发明的范围内的拉模34的变型的拉制熔炉。如果 使用与图1相同的参考标号，则由此表示装置的结构上相同的或等同的构件和组件，该构 件和组件在上文中已借助于根据本发明的拉制熔炉的第一种实施形式的描述详细地解释。拉模34由拉模外部件37和芯轴39组成，两者由钨制成。环状的拉模外部件37 插入到熔化坩埚1的底部区域中，并且与侧壁相连接。该拉模外部件37限定了在中轴线沈 中的圆环形的流缩口 32以及向下邻接该流缩口 32的穹顶形的空腔。芯轴39延伸到该空 腔中，该芯轴39基本上以带有穹顶形的上侧的截头锥的形式而构造。在芯轴39和外部件 37之间保留有流通道40，流缩口 32通到该流通道40中，并且该流通道40从该流缩口 32 起通过芯轴39的穹顶形的上侧向外伸延直到喷嘴出口 36。柔软的石英玻璃料通过流缩口 32进入到流通道40中，并且通过该流通道40引导 直到喷嘴出口 36，并且作为管线33垂直向下在拉制轴线沈的方向上被拉出。拉模34的芯轴3在空腔中借助于多个由钨制成的中空接片35来保持且固定，该 中空接片35延伸通过拉模外部件37并且通过熔化坩埚1的壁部。该中空接片35与气体 供应通道38相连接，该气体供应通道38构造在芯轴39的内部，并且该气体供应通道38通 到管线5的内孔M中。因此，除了保持芯轴39外，中空接片35还用作供应工艺气体以用 于调节在管线5的内孔M中预设的吹塑压力。熔化坩埚1的内径为400mm，圆形的流缩口 12的最小直径为50mm，以及芯轴39在其穹顶形的上侧的区域中的最大外径为360mm。拉制带有220mm内径和230mm外径的管线 33。在图3中所显示的拉模44用作制造石英玻璃板。该石英玻璃板的外径为400mm， 并且其高度为150mm。因此，该石英玻璃板适应熔化坩埚，如该熔化坩埚在上文中借助于图 1和2所描述的那样。拉模44在其上侧41处具有带有直径为55mm的中央圆形开口 42 (在 图3中没有按比例绘出)。在本发明的意义中，开口 42用作流缩口并且在朝向下侧45的 方向连续过渡到带有缝隙宽度为8mm和长度为315mm的长形的拉制缝隙43。以虚线46 ；47 来表示为此所必要的流通道的边界，该流通道一方面从上向下变窄(直线46)且另一方面 从上向下变宽(直线47)。相应于拉制缝隙43的尺寸，在应用拉模44的情况下待制造的石 英玻璃板具有约8mm的厚度和约315mm的宽度。在图4的拉模44的俯视图中，用作流缩口的中央开口 42和在拉制轴线的方向上 布置在该中央开口 42下方的拉制缝隙43以及向下在朝向拉制缝隙43的方向上而变宽的 流通道47是可见的。在下文中，借助于实施例和图1来进一步解释根据本发明的方法。通过供应接头2，持续地将SW2颗粒3输送到熔化坩埚1中，并且在该熔化坩埚1 中将SiA颗粒3加热到约2100°C至2200°C的温度。在此，均勻的、无气泡的玻璃料27构造 在熔化坩埚1的下部区域中，在该玻璃料27上悬浮由SiO2微粒3形成的颗粒层。软化的 玻璃料27在熔化坩埚的中央区域中是特别均勻的，并且通过拉模4的流缩口 12从该区域 中流出，并且从该流缩口 12进入到流通道14中，借助于该流通道14使所软化的玻璃料27 向外偏转并且供应到喷嘴出口 25，从该喷嘴出口 25该软化的玻璃料27紧接着以带有给出 的截面轮廓的管状的石英玻璃线5的形式而向下拉出，并且定尺切割成带有期望的长度的 部件。因此，在根据本发明的拉制熔炉和方法中，尽管拉制带有大外径的石英玻璃管，但 避免了明显的边缘流以及避免了将低程度均勻的石英玻璃料引入到拉模中。这通过以下方 式实现，即，使粘性的石英玻璃料27强制通过中央的、用作流缩口 12的开口。该开口引起 石英玻璃料27的一定的彻底混合，并且有利于石英玻璃料27离开熔化坩埚1的中央区域 而流入，该石英玻璃料27通过相对一致的温度分布和均勻的化学组分而出众。均勻的石英 玻璃料27从流缩口 12起通过流通道14向外偏转，并且作为高品质的石英玻璃管5 ；33向 下拉出。
权利要求
1.一种用于拉制石英玻璃柱体(5 ；33)的装置，所述装置带有用于容纳含有SiO2的起 始材料(3)的熔化坩埚(1)，所述熔化坩埚(1)包括坩埚内腔(17)，所述坩埚内腔(17)由 侧壁和底部区域来限制；带有用于软化所述起始材料(3)的加热器械(1 ；以及带有具有 缝隙状的出口(25 ；36)且设置在所述熔化坩埚(1)的底部区域中的拉模G ；34)，其特征在 于，在所述拉模0，34)的上部的、面向所述坩埚内腔的区域中设置有流缩口(12;32)，所述 流缩口(12;32)向下通过流通道通到所述出口 05;36)，所述出口(25;36)具有大于所述 流缩口(12;32)的宽度的开口宽度，并且其中，围绕所述流缩口(12;32)的第一包络圆具 有这样的直径，即，该直径最大为围绕所述待拉出的石英玻璃线(5;3；3)的第二包络圆的直 径的30%。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述流缩口(12;32)在围绕所述坩埚内 腔(17)的中轴线(26)的区域中伸延。
3.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述流缩口(12;32)具有这样的开 口截面，即，所述开口截面的面积小于所述坩埚内腔(17)的径向截面积的10%、优选小于5%。
4.根据上述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，所述第一包络圆具有最大为 所述第二包络圆直径的20%的直径。
5.根据上述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，为了拉制管状的石英玻璃柱 体而设置有带有环状缝隙状的出口(25;36)的拉模0;34)，所述出口(25;36)由底部开 口和拉模内部件(9;39)来限定，其中，所述流缩口(12;32)向下通到空腔中，并且所述拉 模内部件包括在保留所述流通道的情况下伸入到所述空腔中的芯轴(9;39)，所述芯轴(9; 39)具有这样的最大外周缘，即，所述最大外周缘大于所述流缩口(12;3幻的宽度。
6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述芯轴(39)保持在至少一个接片(35) 处或者借助于所述接片(35)来定中心，所述接片(35)从所述坩埚侧壁延伸至所述芯轴 (39)。
7.根据权利要求5或6所述的装置，其特征在于，所述芯轴(9)保持在至少一个接片 (20)处或者借助于所述接片00)来定中心，所述接片00)从所述流缩口(12)的边缘延伸 至所述芯轴(9)或延伸至所述芯轴(9)的向上伸出的延长部分(11)。
8.根据权利要求6或7所述的装置，其特征在于，所述接片O0;35)构造成中空接片， 并且与用于将气体供应到所述拉出的石英玻璃管(33)的内孔04)中的构造在所述芯轴 (39)中的气体供应管线(38)相连接。
9.一种用于拉制石英玻璃柱体的方法，在所述方法中含有SiO2的起始材料C3)供应到 熔化坩埚(1)、在所述熔化坩埚(1)中软化成粘性的石英玻璃料(27)，并且通过带有缝隙状 的出口(25 ；36)且设置在所述熔化坩埚(1)的底部区域中的拉模G ；34)将所述石英玻璃 料(XT)作为圆柱状的石英玻璃线(5 ；33)垂直向下拉出，并且从中定尺切割出所述石英玻 璃柱体，其特征在于，所述粘性的石英玻璃料(XT)通过设置在所述拉模的上部的、 面向所述坩埚内腔的区域中的流缩口(12;32)而拉出，所述流缩口(12;32)向下通过流通 道而通到所述出口(25;36)中，其中，所述出口具有大于所述流缩口(12;32)的宽度的开 口宽度，并且其中，围绕所述流缩口(12;3幻的第一包络圆具有这样的直径，即，该直径最 大为围绕所述待拉出的石英玻璃线(5;3；3)的第二包络圆的直径的30%。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述流缩口(12;32)在围绕所述坩埚内 腔(17)的中轴线(26)的区域中伸延。
11.根据权利要求9或10所述的方法，其特征在于，所述流缩口(12;3幻具有这样的 开口截面，g卩，所述开口截面的面积小于所述坩埚内腔(17)的径向截面积的10%、优选小 于5%。
12.根据权利要求9至11中任一项所述的方法，其特征在于，所述第一包络圆具有最大 为所述第二包络圆直径的20%的直径。
13.根据权利要求9至12中任一项所述的方法，其特征在于，为了拉制石英玻璃管而应 用带有环状缝隙状的出口 05 ；36)的拉模G ；34)，所述出口 05 ；36)由底部开口和拉模内 部件来限定，其中，所述粘性的石英玻璃料(XT)通过所述流缩口(12;3幻向下进入到空腔 中，芯轴(9;39)在保留所述流通道的情况下伸入到所述空腔中，所述芯轴(9;39)具有这 样的最大的外周缘，即，所述最大的外周缘大于所述流缩口(12;32)的宽度。
14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，所述芯轴(39)保持在至少一个接片 (35)处或者借助于所述接片(35)来定中心，所述接片(35)从所述坩埚侧壁延伸至所述芯 轴(39)。
15.根据权利要求12或13所述的方法，其特征在于，所述芯轴(9)保持在至少一个接 片00)处或者借助于所述接片OO)来定中心，所述接片OO)从所述流缩口(1 的边缘 延伸至所述芯轴(9)或延伸至所述芯轴(9)的向上伸出的延长部分(11)。
16.根据权利要求14或15所述的方法，其特征在于，所述接片O0;35)构造成中空接 片，并且与用于将气体供应到所述拉出的石英玻璃线(33)的内孔04)中的构造在所述芯 轴(39)中的气体供应管线(38)相连接。
全文摘要
在用于拉制管状的石英玻璃线的已知的方法中，含有SiO2的起始材料供应到熔化坩埚、在该熔化坩埚中软化成粘性的石英玻璃料(27)，并且通过带有缝隙状的出口(25；36)且设置在熔化坩埚(1)的底部区域中的拉模(4；34)将该石英玻璃料(27)作为圆柱状的石英玻璃线(5；33)垂直向下拉出，该缝隙状的出口(25；36)由底部开口和拉模内部件来限定，并且从中定尺切割出石英玻璃柱体。为了基于此而给出方法，该方法简化了均匀的石英玻璃柱体的制造，即使该石英玻璃柱体的侧向尺寸处于通常的熔化坩埚(1)的内径的数量级内，根据本发明提出，粘性的石英玻璃料通过设置在拉模(4；34)的上部的、面向坩埚内腔的区域中的流缩口(12；32)而拉出，该流缩口(12；32)向下通过流通道而通到出口(25；36)中，其中，出口具有大于流缩口(12；32)的宽度的开口宽度，并且，其中，围绕流缩口(12；32)的第一包络圆具有这样的直径，即，该直径最大为围绕待拉出的石英玻璃线(5；33)的第二包络圆的直径的30％。本发明还涉及相应的装置。
文档编号C03B17/04GK102076622SQ200980125640
公开日2011年5月25日 申请日期2009年6月25日 优先权日2008年6月27日
发明者H·莱伯, N·怀佩伊, R·贝格 申请人:赫罗伊斯石英玻璃股份有限两合公司