专利名称：在石英玻璃管制造中撤出芯棒的方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种从疏松的SiO2-坯件中撤出芯棒的方法，这种坯件是通过在围绕其纵轴旋转的芯棒的圆柱形外壳表面上沉积SiO2-颗粒而形成的，随后加以烧结以制造出合成石英玻璃管。
此外，本发明还涉及一种装置，用来从疏松的SiO2-坯件中撤出芯棒，这种坯件是通过在芯棒的圆柱形外壳表面上沉积SiO2-颗粒而形成的。
US-PS4,362,545公开了一种符合文首所述类别的方法。按此法，为了生产光导纤维所用的雏型，利用火焰水解烧嘴一层一层地将SiO2-颗粒沉积到一个略呈锥形的芯棒的圆柱形外壳表面上，该芯棒以它的两个端固定在一车床上，并围绕自身的纵轴旋转。这时，借助沿着芯棒的纵轴的来回运动，形成一个纵长的疏松的由SiO2-颗粒组成的坯件。所提出的适合于制造芯棒的材料是氧化铝、石英、石墨或碳化硅。在对坯件继续处理之前，例如通过玻璃化或萎陷，一般要撤出芯棒。但在采用固定的芯棒情况下，上述做法可能导致损坏坯件的内壁。为了消除这一问题，曾提出了种种措施，使芯棒较易于撤出。例如使用石墨芯棒(FR-A2,178,177)或者用石墨粉在芯棒上预先涂层(US-PS4,233,052)，或者在芯棒上加一种所谓的薄层，这种薄层是由添加磷和锗的低粘度玻璃构成的(US-PS4,298,365)。但是，上述的这些措施仍有别的缺点，例如使用石墨会导致氧化条件下的烧损，而使用薄层则可能在坯件中留下污染。
由于其机械稳定性和化学稳定性之故，通常使用氧化铝(Al2O3)作制造芯棒的材料。为了便于撤出芯棒，将芯棒制成得略呈锥形，在文首述及的US-PS4,362,545中也介绍了这一点。用陶瓷特别是用Al2O3制作的这种锥形芯棒是通过磨削加工而成的。这种做法是很费工的，尤其对长的芯棒来说。此外，由于磨削加工之故，可能影响到芯棒的尺寸精确性，从而影响到坯件的尺寸稳定性。圆柱形芯棒的制作要简单得多，在成本上合算得多。圆柱形芯棒固然是可取的，但它们的撤出，特别在长坯件情况下，是很成问题的，而且要求用很大的力，这可能容易导致损害坯件。
因此，本发明的任务是提供一种成本上合算的方法，用来在制造石英玻璃管时撤出芯棒，这种方法有利于采用便宜的圆柱形芯棒，本发明还提供一种用于撤出芯棒的合适装置。
就方法而言，本发明的任务是从文首述及的方法出发按本发明采取以下措施加以解决的为了芯棒的撤出，坯件的一个端头如此地固定和定位在一个包含着一个通道和一个固定的由可变形物质做成的支座的护套中，使得芯棒可以穿过上述通道，于此，在芯棒上施加一个沿芯棒纵轴方向作用的拉力或推力，利用这个力将坯件的端头压向上述支座，这个力并且不断提高，直到芯棒脱离坯件为止。
为了撤出芯棒，必须将坯件置于一个预定的方向和位置中。为此，坯件的两个端头中至少一个被固定和调整在一个护套中。该护套有一个用可变形物质做成的支座。它还配有一个通道，芯棒可以穿过该通道。通过的孔径大于芯棒的外径，但小于坯件的外径。从坯件中撤出芯棒可以通过拔出或推出的办法来实现。不管怎样，在将一个沿着芯棒纵轴方向、对着支座作用的拉力或堆力施加在芯棒上时，坯件的端头被压向支座。
受制造条件的限制，坯件的两个端头一般都朝外逐渐缩小。在这种情况下，逐渐缩小的端部范围内的外表面适合于作固定面，以用于坯件在护套中的定位，同时它还可作压合面而压紧在支座上。为了适应于坯件两端的精确几何构形可以变化这一具体情况，必须加以考虑的是支座应包含一种可变形的物质，这种物质能与坯件端部的相关几何构形相匹配。因此，支座能够容纳不同构形的坯件端部。从而可以使坯件的端头范围内的外表面与端头准确的几何构形无关地用作为固定面，在撤出芯棒时坯件被保持在这些固定面上，并可用作为压合面。可以变形的支座物质是弹性变形或塑性变形的。
通过在芯棒上施加一种拉力或推力，坯件的端头被压向支座的可变形物质。通过该物质的变形及其适配于坯件的相关几何构形，拉力或推力便被分布在坯件端头范围内的更大面积上；因此，将坯件的损坏减小了。继续提高作用在坯件上的力，直到芯棒脱离坯件为止。“继续”一词的意思在这里指的是连续不断或一步一步地提高上述的力。本发明提出的方法可以应用于任一种构形的芯棒的撤出，特别便于圆柱形芯棒的撤出。
特别可取的一种工艺方法是使用一个用可弹性变形的物质做成的支座。比起用可塑性变形的物质做成的支座来，这种工艺方法的优点在于支座的几何构形在取出坯件之后又会恢复原状，从而使支座的初始几何形状与前一次的使用无关总是保持不变。
已证明有利的做法是支座配备一个喇叭形开口，坯件的端头被压向该喇叭形开口的内壁。芯棒于此穿过该喇叭形开口，而坯件的端头则靠紧在该喇叭形开口的内壁上。
本发明提出的方法的有利之处特别表现在下述方面坯件被设计得具有一个在缩小范围内向外逐渐缩小的端部，支座的开口设计得具有一个沿着拉力或推力的作用方向逐渐缩小的内锥形，于是，根据作用在芯棒上的拉力或推力，坯件的缩小部位被压向该内锥形。在此情况下，特别就坯件的固定和作用于坯件上的压力分布来说，坯件端部和支座是有利地彼此配合的。这样，一方面坯件的缩小部位提供了一个大的面积以用于坯件在护套中的固定，另一方面该缩小部位由于作用在芯棒上的拉力或推力及支座的可变形性之故在一个大的面积上靠紧在内锥形的内壁上，所以使得作用在坯件端部上的压力分布在一个大的表面上。此外，支座的内锥具有一中轴线，该中轴沿着作用于芯棒上的拉力或推力的方向延伸，该内锥有助于坯件沿上述方向自定中心，从而防止在撤出芯棒时坯件歪斜。
一种工艺方法已证明是特别合适的，按此法，拉力或推力利用一个可沿着芯棒的纵轴方向移动的拉引装置或推动装置来施加。由于作用于芯棒的拉引装置或推动装置是准确地沿着芯棒纵轴方向移动的，所以作用于坯件上的弯曲应力就被保持尽可能的小；避免了坯件的歪斜。这一点可以特别简单地通过下述措施加以保证用于坯件的护套和拉引装置或推动装置被装配在一个共同的直线导轨上，其中，将坯件如此固定在护套中，使得芯棒纵轴沿着直线导轨的导引方向延伸。
就装置而言，本发明的上述任务是通过以下措施加以解决的一个保持装置用于坯件的固定和定位，该装置包括一个用于坯件的一个端部的护套，该护套配有一个用可变形物质做成的支座，而且具有一个通道，芯棒穿过该通道，还配有作用于芯棒并沿着芯棒纵轴方向产生作用的拉引装置或推动装置，利用此装置，与芯棒相连的坯件的端部便可对着支座移动。
在撤出芯棒时，至少一个护套用于坯件的固定、支承和定位。为此，坯件的两个端部之中至少一个被引入到护套中。护套包含一个用可变形物质做成的支座。它配有一个通道，芯棒穿过此通道。通道的孔径大于芯棒的外径，但小于坯件的外径。
此外，配置一种拉引装置或推动装置，此装置作用在芯棒上，并产生一个沿着芯棒纵轴方向作用的拉力或推力。拉引装置或推动装置作用于从坯件中伸出的芯棒的两个端部之一，也就是说，在拉力情况下作用于那个穿过支座的芯棒端部，在推力情况下则作用于相对的芯棒端部。重要的是，芯棒和与之磨擦接触地相连的坯件由于拉力或推力之故可沿支座方向移动，所以坯件的朝向支座的一端被压向支座。
受制造条件的限制，坯件的两个端头一般都朝外逐渐缩小。在此情况下，逐渐缩小的端部范围内的外表面适合于作固定面，以用于坯件在护套中的定位，它同时还可作为压合面而压紧在支座上。为了适应于坯件两端的精确几何构形可以变化这一具体情况，必须加以考虑的是支座包含一种可变形的物质，这种物质能适配坯件端部的有关几何构形。因此，支座能够容纳不同构形的坯件端部。这样，就达到了下述目的，即坯件的端部范围内的外表面与其准确的几何构形无关，可以用作为固定面，使坯件在撤出芯棒时保持在此固定面上，还可以用作压合面。借助上述物质的变形及其与坯件端部的有关几何构形的适配，作用于坯件端部的压力便被分配到一个更大的表面上；因而避免了对坯件的损害。保持装置可以为坯件的每一端部具有相应的护套。
支座的可变形物质可以是可弹性变形的，或者可塑性变形的。但是，优先的支座是包含一种可弹性变形的物质的。比起用可塑性变形的物质做的支座来，上述宜优先使用的支座具有的优点是支座的几何构形在取出坯件之后又可以恢复原状，所以支座的初始几何构形与原先的使用无关总是保持不变的。
已证明一种特别合适的可弹性变形的物质是由聚合的硅树脂组成的。这样一种物质是具有永久弹性的，而且很稳定。例如，它可以通过液态硅树脂组份的硫化而制造出来，于此，在其几何构形上能简单地适合于使用目的。
有一种装置结构形式已证实特别合适，其上的支座具有一个喇叭形开口。被固定在护套中的坯件的芯棒穿过该喇叭形开口，而坯件的端头则靠紧在该喇叭形开口的内壁上。其中，该喇叭形开口最好配有一内锥形，此内锥形沿着拉引装置或推动装置的运动方向逐渐缩小，而且固定在护套中的坯件的一个在缩小范围内向外逐渐缩小的端部可以利用拉引装置或推动装置对着该内锥形移动。于此，坯件端部和支座，在坯件的固定方面和作用于坯件的压力的分配方面，都能有利地彼此配合。因为一方面缩小部位为坯件在护套中的固定提供了一个大的面积，另一方面缩小部位由于作用于芯棒的拉力或推力之故在一个大的面积上靠紧在内锥形的内壁上，所以作用于芯棒上的压力便被分配在一个大的表面上。此外，支座的内锥形有助于坯件的自定中心，从而在从坯件中撤出芯棒时可防止坯件的对向歪斜；支座的内锥形具有一中轴线，该中轴线沿着作用于芯棒的拉力或推力的方向延伸。
此外，有利的做法是保持装置和拉引装置或推动装置都安置在一个共同的直线导轨上，其中，拉引装置或推动装置可沿着芯棒纵轴方向移动。这样，在撤出芯棒时可以将作用于坯件上的弯曲应力保持很小，并可避免坯件的歪斜。由于共同的直线导轨一方面用于坯件的保持装置，另一方面用于拉引装置或推动装置，所以可特别简单地和可再现地使拉力或推力施加到芯棒上，这个力是准确地沿着芯棒纵轴方向作用的。
特别就撤出芯棒时作用于护套中固定的坯件的力的均匀分配而言，已证明有利的是将支座设计得围绕一个与芯棒纵轴相重合的旋转轴成旋转对称。这使得作用于坯件上的力可实现旋转对称分配。
下面将参照实施例和附图对本发明做更详细的说明。附图中分别以示意图表示
图1本发明提出的一种装置的侧视图，局部以断面图表示，图2图1所示装置的平面图，图3在本发明提出的装置上用于坯件的护套的侧视图，以断面图表示，图4图3所示护套的正视图，沿方向箭头“X”所示方向观看。
图1所示装置的基本部分是一个直线模件1，在该模件上安置了三个彼此并列的紧固台2、3、4。前紧固台2装有一个用于坯件6的夹紧工具5。夹紧工具5包括一个带槽的夹紧钳7，一个螺母8和一个配有空心锥的夹头9。拧紧螺母8，便可将夹紧钳7拧入夹头9的空心锥中。夹紧钳7就是符合DIN 6341的弹簧卡头。前紧固台2经过一个螺杆与一手轮10相连，而且可以通过手轮10的转动来调整。
在居中的紧固台3上，固定地安置了一个用于坯件6的护套11。护套11由一个特殊钢外壳12构成，其中插置了一个一体式的硅树脂的夹紧模具13。夹紧模具13，其结构细节见图3和4所示，配有一个喇叭形开口31，该开口与特殊钢外壳12的通道15相连通。其中，硅树脂的夹紧模具13加以如此定位，使得喇叭形开口31和通道15的中轴线平行于直线模件1的导引方向16延伸。
在后紧固台4上，装配了一个用于坯件6的右护套17。该护套的设计结构与左护套11完全相同，其中，在特殊钢外壳18中套置了一个聚树脂的夹紧模具19，其形状、尺寸及制造将参照图3和4在下面加以详细说明。两个硅树脂的夹紧模具13如此装配在它们各自的特殊钢外壳12、18中，使得它们的最大开口彼此相对，特殊钢外壳12、18的通道15、20彼此反向。后紧固台4经过一个螺杆与手轮21相连，从而可沿着直线模件1的导引方向移动。
坯件6延伸在两个护套11、17之间。坯件6处在一个所谓的疏松碳黑体的模型内，后者的长度约为100cm，其外径约为10cm，其中，坯件6的两个端部朝外逐渐缩小。朝向护套11的一端在图1中以代号25表示，该端部的缩小部位以代号26表示。坯件6被保持在一个用氧化铝做的圆柱状支承管22上，该支承管在本实施例中所具有的外径为8mm，它的两头从坯件6中伸出。坯件6和支承管22具有同一中轴线23。坯件6的锥形端部25如此地伸入到夹紧模具13中，使得缩小部位26靠紧在开口31的内壁上。与此相应，坯件6的相对的一端也被保持在护套17中。支承管22的两端分别伸过通道15，20。支承管22的左端被保持在夹紧钳7中，其中，夹紧钳7的夹紧轴24正好与支承管22的中轴线23共轴地延伸。
从图2所示的平面图中可以看出支承管22的中轴线23是平行直线模件1的导引方向16延伸的；此外它是与夹紧钳7的夹紧轴24相一致的。
图3以侧视图示明护套11的细节。护套11包含斗形的特殊钢外壳12，在其内部安置了硅树脂的夹紧模具13。特殊钢外壳12是设计成旋转对称的，其中，旋转轴在图3中以代号30表示。外壳的内径为180mm，高度为160mm。特殊钢外壳12的底部28中央配有一直径为45mm的通道15。硅树脂夹紧模具13紧贴在特殊钢外壳12的内壁上。它具有一个喇叭形开口31，该开口与旋转轴30共轴地延伸，沿着旋转轴30的方向观察，它被分为三个区域。在前一个朝向坯件(图3中未示出)的圆柱状区域32中，开口31具有100mm的最大直径。圆柱状区域32延伸长度为50mm，并过渡到一中间区域，该中间区域是设计成内锥27的形状。内锥27经过一段50mm的距离逐渐缩小到60mm的内径，而过渡到后一个圆柱状区域29，该区域的直径为60mm。护套11经过角件33而与中间的紧固台3牢固地相连。
从图4所示的正视图中可以看出，护套11整个地特别是硅树脂夹紧模具13是设计成围绕旋转轴30径向对称的。这种设计有助于在拔出支承管时作用于坯件上的力的径向对称分配。
硅树脂夹紧模具13是用一种硅树脂橡胶做成的，这种硅有机橡胶由一种二组份混合物配制而成，其商品名称是RTV-ME 622(Fa.Wacker Chemie GmbH,München)，在市场上可以购得。为了制造硅树脂夹紧模具13，将两种组份按9∶1的比例混合起来。将可流动的混合物倒入一个铸模中，在此铸模中安置了一个与硅树脂夹紧模具13的喇叭状开口31相应的铸芯。最好将特殊钢外壳12本身用作为铸模，这样便能保证在聚合之后硅树脂夹紧模具13的尺寸稳定性和配合精度。
下面将参照一个实施例和附图1至4对本发明提出的方法做更详细的说明疏松的坯件6是按照已知的VAD-法(汽相外部沉积法)制造的，就是通过一种含硅化合物(SiCl4)的火焰水解和将SiO2颗粒沉积到支承管22的圆柱形外壳表面上。
随后将支承管22拔出。为此要将坯件6连同支承管22夹紧在如图1和2中所示的装置中。在右护套和左护套11、17之间的距离粗调节之后，首先将坯件6送到左护套11的硅树脂夹紧模具13中，于此，支承管22的左自由端从通道15中伸出大约15cm的长度。然后以坯件6的另一端和右护套17做相应的处理，于此，通过手轮21的转动来移动右护套17而首先将坯件6加以水平定位，然后将锥形的坯件端头固定在两个硅树脂夹紧模具13、19之间，从而有弹性地和可靠地将坯件6夹住。这样，硅树脂夹紧模具13、19的弹性就保证了坯件6的完好的几乎无任何损害的支承与固定。借助螺杆上的锁定机构便可防止在夹紧坯件6时由于对硅树脂的压缩而出现的硅树脂夹紧模具19的回弹现象。
随后相应地操作手轮10，将紧固台2连同固定在其上的夹紧工具5移向支承管22的左自由端。这时，夹紧钳7夹住支承管22的这一端部。然后转动螺母8，将夹紧钳7拧入夹头套9的锥形部中，从而将支承管22的自由端牢固地夹住。
紧接着转动手轮10，将紧固台2从夹紧的坯件6逐渐移开，直到支承管22脱离坯件6。其中，将坯件6的缩小部件26压靠在硅树脂夹紧模具13的内锥部27上。由于硅树脂夹紧模具13的弹性，防止了对坯件6的损坏。对此很有帮助的还有下述一点内锥部27的喇叭形内壁通过弹性变形而适合于坯件6的缩小部位26，从而将这一区域中坯件6的整个圆周包围起来，并且使作用于坯件端部25上的压力因此分布到一个更大的面积上。
由于紧固台2、3和4布置在一个共同的直线模件1上，而且通过坯件6的定位，从而保证了支承管22的中轴线23和夹紧钳7的夹紧轴24彼此共轴地延伸。这就确保达到了下述目的在操作紧固台2时，施加在支承管22上的力准确地沿着支承管22的中轴线23的方向作用，从而避免了坯件6的弯曲应力。
由如此制造出来的坯件6通过在1500℃温度条件下的烧结而制得致密的透明石英玻璃管。
权利要求
1．从疏松的SiO2-坯件中撤出芯棒的方法，这种坯件是在围绕其纵轴旋转的芯棒的圆柱形外壳表面上沉积SiO2-颗粒而形成的，随后加以烧结而制造出合成石英玻璃管，其特征在于为了撤出芯棒(22)，坯件(6)的一个端头(25)被固定和如此定位在一个包括一通道(15)和一用可变形材料做成的固定的支座(13)的护套(11)中，使得芯棒(22)穿过该通道(15)，其中，一个沿着芯棒纵轴(23)方向作用的拉力或推力施加到芯棒(22)上，坯件(6)的端部(25)就是利用这个力被压紧在支座(13)上，这个力不断提高直到芯棒(22)脱离坯件(6)为止。
2．按权利要求1所述的方法，其特征在于支座(13)是用一种可弹性变形的材料做的。
3．按权利要求1或2所述的方法，其特征在于支座(13)设有一个喇叭形开口(31)，坯件(6)的端部(25)被压靠在该开口的内壁上。
4．按以上的权利要求之一所述的方法，其特征在于坯件(6)设计得具有一个在一缩小区域(26)中向外逐渐缩小的端部(25)；支座(13)的开口(31)设计得具有一个沿着拉力或推力的作用方向逐渐变窄的内锥(27)，其中，坯件(6)的缩小部位(26)由于作用于芯棒(22)上的拉力或推力而被压紧在内锥(27)上。
5．按以上权利要求之一所述的方法，其特征在于拉力或推力是利用一个可沿着芯棒(22)的纵轴(23)的方向移动的拉引装置推动装置(5)来施加的。
6．按权利要求5所述的方法，其特征在于用于坯件(6)的护套(11)和拉引装置或推动装置(5)安装在一个共同的直线导轨(1)上，其中，坯件(6)如此固定在护套(11)中，使得芯棒纵轴(23)沿着直线导轨(1)的导引方向延伸。
7．用来从疏松的SiO2-坯件中撤出芯棒的装置，该坯件是通过在芯棒的圆柱形外壳表面上沉积SiO2-颗粒而形成的，其特征在于用于坯件(6)的固定和定位的一个保持装置(11；17)包括一个用于坯件(6)的一个端部(25)的护套(11)，该护套配有一个用可变形材料做成的支座(13)，还有一个通道(15)，芯棒(22)穿过该通道(15)，还配有一个作用在芯棒(22)上并沿着芯棒纵轴(23)的方向作用的拉引装置或推动装置(5)，利用该装置与芯棒(22)相连的坯件(6)的端部(25)可以朝支座(13)移动。
8．按权利要求7所述的装置，其特征在于支座(13)包含一种可弹性变形的材料。
9．按权利要求7或8所述的装置，其特征在于可弹性变形的材料含有硅树脂。
10．按以上装置权利要求之一所述的装置，其特征在于支座(13)具有一个喇叭状开口(31)。
11．按权利要求10所述的装置，其特征在于开口(31)配有一个内锥(27)，该内锥沿着拉引装置或推动装置(5)的运动方法逐渐收窄，固定在护套(11)中的坯件(6)的在缩小区域(26)中向外逐渐缩小的端部(25)可以利用拉引装置或推动装置(5)朝上述内锥移动。
12．按以上装置权利要求之一所述的装置，其特征在于支座(13)是设计成围绕一旋转轴(30)旋转对称的，该旋转轴与固定在护套(11)中的坯件(6)的芯棒(22)的纵轴(23)相重合。
13．按以上装置权利要求之一所述的装置，其特征在于保持装置(11；17)和拉引装置或推动装置(5)安置在一个共同的直线导轨(1)上，其中，拉引装置或推动装置(5)可沿着芯棒(22)的纵轴(23)方向移动。
全文摘要
已知一些合成石英玻璃管的制造方法,按这些方法,疏松的SiO
文档编号C03B8/04GK1287541SQ99802009
公开日2001年3月14日 申请日期1999年11月2日 优先权日1998年11月5日
发明者A·凯霍尔兹, U·克里斯天森 申请人:赫罗伊斯石英玻璃股份有限两合公司, 信越石英株式会社