一种半导体玻璃管制造装置及制造方法与流程

本发明涉及半导体玻璃管制造领域，更具体地说涉及一种半导体玻璃管制造装置。

背景技术：

制造体电导微通道板所需的半导体玻璃管，高温制管成型的技术要求比较苛刻。因为该玻璃的成型温度范围较狭，并且表面挥发容易引起在成型制作过程中析晶，难以采用通用制管机来制造这种玻璃管。

技术实现要素：

本发明克服了现有技术中的不足，提供了一种半导体玻璃管制造装置，利用玻璃的热塑性能，在加热和加压下让玻璃料通过带环状通道的模具挤出，从而得到尺寸精确的半导体玻璃管，所对应的玻璃管制作温度和粘度，处于玻璃析晶范围之外。

本发明的目的通过下述技术方案予以实现。

一种半导体玻璃管制造装置，包括机架、施压部、加热成型部、成型辅助部及牵引部，所述施压部设置在所述机架的顶部，所述加热成型部设置在所述施压部底部，所述牵引部设置在所述机架上且对应于所述加热成型部的挤出模的下方，所述成型辅助部位于所述加热成型部与所述牵引部之间；所述成型辅助部为水冷环和定位销，所述筒身配置可卸底板，所述底板下面为加热炉的底座，所述底板的底部设有出料冷却环，通过所述底板利用所述定位销对准所述挤出模和所述丝杠滑块之间的相对位置。

进一步，所述施压部包括涡轮升降机构、减速箱、压杆、挤压板和筒身，所述涡轮升降机构与所述减速箱传动配合，所述减速箱设置在所述机架顶部，所述涡轮升降机通过压杆和所述挤压板相连，所述挤压板在加入玻璃料时上升到所述筒身之外；施压时设置在所述筒身内，实现向下挤压已加热的玻璃料。

进一步，所述加热成型部设有加热炉和所述挤出模，所述加热炉用于加热筒身、玻璃块和挤出模，所述挤出模包括模身和模芯，所述模身和所述模芯之间形成环形通道，所述环形通道上部扩张成喇叭口，所述筒身的可卸底板位于所述挤出模的下面，施压时玻璃料经由所述喇叭口通过所述环形通道挤出，形成玻璃管。

进一步，所述喇叭口的张角为90-150°。

进一步，所述环形通道的长度与当量直径的比为0.5-2.5。

进一步，所述牵引机构由丝杠滑块和气动夹持机构组成，所述气动夹持机构设置在所述丝杠滑块上实现夹持挤出成型的玻璃管向下运动。

进一步，所述挤压板和所述筒身由镍铬合金制成。

进一步，所述压杆和所述底板由耐热钢制成。

进一步，所述挤出模由铝青铜制成。

一种玻璃管制造装置制备半导体玻璃管的方法：

第一步，由涡轮升降机构、压杆、挤压板将加热的玻璃料块挤压，按照玻璃流体在挤压状态下的流动特性，决定挤出模的几何参数和工作参数，从而由挤出模挤出成型；

第二步，所述第一步中成型为管状的玻璃体通过成型辅助装置，克服玻璃料在离开挤出模时自由膨胀带来的后续变形效应并且使成型的玻璃管精确对准牵引装置。

本发明的有益效果为：

本发明用于制造尺寸精确的特种半导体玻璃管，也适用于其他易于析晶和成型温度范围狭窄的特种玻璃制造玻璃管。

本方法利用玻璃的热塑性能，在加热和加压下让玻璃料通过带环状通道的模具挤出，从而得到尺寸精确的半导体玻璃管；所对应的玻璃管制作温度和粘度，处于玻璃析晶范围之外。

附图说明

图1a、图1b是玻璃流体挤出流动形态的实验模型显示；

图2是玻璃管的基础成型设备示意图；

图3是玻璃管成型的挤出模和辅助成型机构示意图；

图中：

1、涡轮升降机构；2、减速箱；3、压杆；4、挤压板；5、筒身；

6、可卸底板；7、底座；8、加热炉；9、挤出模；10、模芯；11、喇叭口；

12、环形通道；13、定位销；14、冷却环；15、丝杠滑块；16、夹持机构；

17、机架。

具体实施方式

下面通过具体的实施例对本发明的技术方案作进一步的说明。

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明中半导体玻璃管制造方法，所对应的玻璃管制作温度和粘度，处于玻璃析晶范围之外。本方法实施的技术方案是：由涡轮升降机构、压杆、挤压板将加热的玻璃料块挤压，通过挤出模挤出成型；按照玻璃流体在挤压状态下的流动特性，决定了挤出模的几何参数和工作参数；成型为管状的玻璃体由于黏滞弹性特性，在离开挤出模时自由膨胀，由成型辅助装置克服这种后续变形效应。

如图2、3所示一种半导体玻璃管制造装置，包括机架17、施压部、加热成型部、成型辅助部及牵引部，所述施压部设置在所述机架的顶部且延伸至所述加热成型部的筒身内，所述牵引部设置在所述机架上且对应于所述加热成型部挤出模的下方，所述成型辅助部位于所述加热成型与所述牵引部之间，所述成型辅助部调节所述加热成型部挤出的玻璃管的温度，并且使成型的玻璃管精确对准牵引装置；

所述施压部包括涡轮升降机构1、减速箱2、压杆3、挤压板4和筒身5，涡轮升降机构1与减速箱2传动配合，减速箱2设置在机架17顶部，涡轮升降机1通过压杆3与挤压板4相连，挤压板4设置在筒身5内挤压玻璃料，筒身5内径<100毫米，涡轮升降机构1的压力为3-10吨。涡轮升降机构1带有附加减速箱2；调节涡轮升降机构1的下移速度，使得玻璃料经过挤出模下部通道12时的速度为2-50毫米/分。挤压板4和筒身5由镍铬合金制成；压杆3和底板6由耐热钢制成；

所述加热成型部设有加热炉8、筒身5和挤出模，筒身5设置在加热炉8内，加热炉8底部设有挤出模，所述挤出模包括模身和模芯10，模身和模芯10之间形成环形通道12，挤出模9及模芯10由铝青铜制成，环形通道12的顶部扩张成喇叭口11；调节加热炉8的温度，以控制玻璃料的成型温度，使得玻璃料经过环形通道12时的粘度为10^6.5～8.5泊。

喇叭口11的张角为90-150°，环形通道12的长度与当量直径的比为0.5-2.5。

所述牵引机构由丝杠滑块15和气动夹持机构16组成，所述气动夹持机构设置在丝杠滑块15上实现夹持挤出成型的玻璃管向下运动，丝杠滑块机构15的电机驱动器速度信号，与涡轮升降机构1的电机驱动器速度信号按照玻璃料流量相匹配。气动夹持机构16作为玻璃管的夹持机构，它使夹持玻璃管的动作带有柔性，易于调节。

所述成型辅助部设置水冷环14和定位销13，玻璃管从挤出模9挤出后的温度，由水冷环14辅助调节，以达到所要求的玻璃管退火温度。筒身5配置可卸底板6，底板6下面为加热炉8的底座7，底板6的底部设有出料冷却环14；通过底板6利用定位销13对准挤出模9和丝杠滑块15之间的相对位置。

按图2、3所示的挤出成型装置制造半导体玻璃管；管件外径为30毫米，管壁厚度为3毫米。所采用玻璃的软化点为600℃，退火点为480℃。玻璃料块放在内径75毫米、壁厚10毫米的镍铬耐热合金挤压筒内加热软化。压杆的挤压力<3吨；成型温度对应的粘度为10^7.5泊，成型速度为10毫米/分。采用铝青铜或镀镍铝青铜材料制造挤出管模具。挤出模下部环形通道的当量直径de为6毫米；取l/de＝1.5，于是挤出模的环形通道长度l为9毫米。

本方法的挤出成型设备如图2和图3所示。玻璃料块置于筒身5内加热软化，筒身5的底板6可拆卸。涡轮升降机构1通过压杆3和挤压板4向加热的玻璃料施压；处于压力下的玻璃料通过挤出模9挤出，形成管状，然后冷却成型；由丝杠滑块15和夹持器16组成的玻璃管牵引机构，将璃管向下拉引。

玻璃料在热压下的挤出流动特性，由图1a、图1b的实验模型显示。图1a中层叠的玻璃片(表面涂色)放在类似的容器模型内，在加热和施压后挤入模管通道，这时玻璃在模管内的流动速度呈径向抛物线分布(管中心速度最大，而管壁处速度为零)。这表明玻璃料通过挤出模9时，其特性为层流流动的牛顿型粘滞流体，挤出通道12内流体的平均流速vm，服从hagen-poiseuille公式：vm＝δpd²/32ηl(其中δp、η、d、l分别是流体的压力、粘度和通道的内径和长度)。

玻璃在挤出模具的环形通道中流动时，上式中d应该是当量直径de(当量直径de为环形通道的外径减去内径)。此外，玻璃与通道壁之间的移动摩擦阻力，与通道材料有关，普通不锈钢模具高温时与玻璃之间的摩擦阻力大于镍铬合金钢，而镍铬合金钢与玻璃之间的摩擦阻力大于铝青铜；因此，玻璃在通道中的流动阻力，除了玻璃粘度和通道的几何因素以外，还要考虑到玻璃与通道壁之间的移动摩擦，实际的流体阻力还应该在上式中加上大于1的经验校正系数c(使得ve＝vm/c)。于是得到：ve＝δpde²/c32ηl，此式表明了挤压法制管的各个主要工艺参数之间的关系。

本制造方法的成型温度和粘度处于玻璃的析晶范围以外，玻璃料经过挤出模下部12时具有比一般制管法较高的粘度η(10^6.5-8.5泊)。这决定了较低的成型挤出速度ve(2-50毫米/分)；由此所需的较高的挤压力δp，由带有附加减速箱2的涡轮升降机构1(额定压力3-10吨)来实现。与此配合，挤出模具9的主要几何参数，即下部环形通道12的长度l与当量直径de之比为l/de＝0.5-2.5，以及上部喇叭口11的张角为90°-150°。

从模具挤出后的玻璃管的形状，需要继续进行控制；这时玻璃呈黏滞弹性特性，在离开挤出模时自由膨胀，由成型辅助装置克服这种后续变形效应。这时玻璃从粘滞流动状态转变成刚性固体状态。玻璃从挤出模9中挤出的成型温度，在冷却环14的温度调节下，降温到玻璃的退火温度，对应于玻璃粘度10^13-14.5泊。

以往的玻璃挤压制管法专利中，曾经采用过一些措施，用于防止挤出后的玻璃管偏离所需的正确几何尺寸。例如，在模具挤出部位加强冷却(uspatent:4,350,513),或者移动调整模口位置以补偿挤出管的弯曲倾向(uspatent:5,743,928)。然而，本挤出方法的特点是在较高的玻璃粘度和较低的成型温度下进行操作，采取更直接、更有效的辅助成型校准装置，以得到几何尺寸精确符合要求的玻璃管。

以上对本发明的一个实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。