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CN104098255A - 烧结装置 - Google Patents

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CN104098255A
CN104098255A CN201410138172.5A CN201410138172A CN104098255A CN 104098255 A CN104098255 A CN 104098255A CN 201410138172 A CN201410138172 A CN 201410138172A CN 104098255 A CN104098255 A CN 104098255A
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井上大
内田一也
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Shin Etsu Chemical Co Ltd
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Shin Etsu Chemical Co Ltd
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Abstract

本发明提供一种烧结装置，用于对由包含二氧化硅的粉末形成的烟灰沉积体进行加热烧结以制造石英玻璃，该烧结装置包括：炉心管，其结构为在上端部具有导入所述烟灰沉积体的开口部，从下方导入气氛气体并从上方排出；轴体，使所述烟灰沉积体垂下；盖子，穿插有所述轴体并能够将所述开口部堵塞；加热炉，加热导入所述炉心管内的所述烟灰沉积体；内盖，设置于所述炉心管的上部，将所述炉心管的上部区域分成上下两个区域；以及气体流路，连通所述两个区域，供所述气氛气体流过；所述气体流路的与所述气氛气体的移动方向正交方向的截面积的总和小于所述炉心管的与所述气氛气体的移动方向正交方向的截面积。

Description

烧结装置
技术领域
本发明涉及光纤等用的高纯度合成石英玻璃的制造。
背景技术
作为合成石英玻璃的制造方法，在日本特开2012-250887号公报中记载了对使硅化合物反应后生成的微细的二氧化硅粉末进行沉积而制造的烟灰沉积体在烧结炉中进行加热烧结的方法。作为烟灰沉积体的制造方法已知有VAD法、OVD法等。烧结炉的结构为例如具有加热炉和炉心管，在炉心管内导入或排出适用于烧结气氛的气体。向该炉心管内导入上述烟灰沉积体，在适当的气氛下进行加热，成为透明玻璃体。为了将烧结时的气氛维持到适当的状态，炉心管例如为底部被堵塞的管状。另一方面，炉心管的上端为了导入烟灰沉积体而开设有开口，并由盖子进行封闭。炉心管的底部设置有用于导入气体的气体导入口，在盖子上设置有用于排出气体的气体排出口。进一步地，在盖子与炉心管之间设置有垫片，以提高气密性。作为气氛气体优选为向玻璃溶解的溶解度高且导热率高的氦气。另外，在光纤用玻璃的制造过程中，由于优选要去除水分，因此经常会添加氯气作为脱水剂。
发明内容
发明要解决的问题
目前，随着对更大型玻璃体的需求的提高，上述炉心管的口径也变大。随之而来的是维持上述盖子与上述炉心管之间的气密性变得困难。这是因为盖子或炉心管凸缘的少量翘曲都会造成泄漏。另外，存在暴露于高温且腐蚀性气体这样的条件显著地限制了用于提高气密性的垫片可选范围的困难。而且，在常温下导入的气体在加热炉中被加热至高温而膨张，离开加热炉后被冷却而收缩，由于采用这样的机制，因此很难使炉心管内的压力保持一定，有时甚至会降低到大气压以下。
为了防止这样的情况，如果要使炉心管内维持较高的压力，炉心管内的压力会变得过高，从而存在石英玻璃制等的炉心管发生破损的危险。另一方面，如果气密性未保持正常，当炉心管内成为大气压以下时，大气会混入炉心管内。当大气混入时，会在玻璃中残留有向玻璃溶解的溶解度比氦气低的氮气等，氮气等成为气泡，造成玻璃的品质显著下降。
为此，本发明为解决上述问题而提供一种烧结装置，该烧结装置能够制造高品质的玻璃。
用于解决问题的方案
本发明第一方式中提供一种烧结装置，用于对由包含二氧化硅的粉末形成的烟灰沉积体进行加热烧结以制造石英玻璃，其中，该烧结装置包括：炉心管，其结构为在上端部具有导入所述烟灰沉积体的开口部，从下方导入气氛气体并从上方排出；轴体，使所述烟灰沉积体垂下；盖子，穿插有所述轴体并能够将所述开口部堵塞；加热炉，加热导入所述炉心管内的所述烟灰沉积体；内盖，设置于所述炉心管的上部，将所述炉心管的上部区域分成上下两个区域；以及气体流路，连通所述两个区域，供所述气氛气体流过；所述气体流路的与所述气氛气体的移动方向正交方向的截面积的总和小于所述炉心管的与所述气氛气体的移动方向正交方向的截面积。
另外，上述发明内容并未列举出本发明的全部特征。并且，所述特征组的子组合也有可能构成发明。
附图说明
图1为表示光纤母材的烧结装置1的示意图。
图2为实施例1中使用的盖子4附近结构的示意图。
图3为实施例2中使用的盖子4附近结构的示意图。
具体实施方式
以下通过发明实施方式对本发明进行说明，但以下实施方式并非对权利要求书所涉及的发明进行限定。并且，实施方式中说明的特征组合也并非全部为本发明的必要特征。
本实施方式所述的玻璃烧结装置为用于对由包含微细的二氧化硅等的粉末形成的烟灰沉积体进行加热烧结以制造石英玻璃的烧结装置。烧结装置包括：在上端部具有向炉心管内导入烟灰沉积体的开口部且从炉心管内部的下方导入气氛气体并从上方排出的结构的炉心管、使烟灰沉积体垂下的轴体；穿插有该轴体并能够堵塞开口部的盖子、对导入到炉心管内的烟灰沉积体进行加热的加热炉、设置于炉心管的上部且将炉心管的上部区域分成上下两个区域的内盖、以及连通两个区域使所述气氛气体流过的气体流路。而且，该气体流路的与气氛气体的移动方向正交方向的截面积总和小于炉心管的与气氛气体的移动方向正交方向的截面积。
使用本实施方式所述的烧结装置对由微细的二氧化硅等的粉末形成的烟灰沉积体进行加热烧结以制造石英玻璃。如此所述，烧结装置具有加热炉、炉心管、轴体和盖子。而且，炉心管在上部具有开口部，从该开口部将烟灰沉积体导入到炉心管内。另外，轴体使烟灰沉积体垂下并支撑。在盖子上设置有穿插轴体的孔，盖子将炉心管的开口部封闭。烧结用的气氛气体从炉心管的下方导入并从上方排出。
进一步地，烧结装置包括：在炉心管的上部将炉心管的上部区域分成上下两个区域的内盖、以及连通上下两个区域且供气氛气体流过的气体流路。而且，气体流路的与气氛气体的移动方向正交方向的截面积的总和小于炉心管的与气氛气体的移动方向正交方向的截面积。这种烧结装置能够使流经气体流路的气氛气体的线速度比流经炉心管的气氛气体的线速度更快，从而能够大大降低从炉心管的盖子附近无意中吸入的大气扩散到烟灰沉积体的烧结区域的风险。因此，通过使用该烧结装置对烟灰沉积体进行烧结，能够制造出高品质的玻璃。
另外，为了将内盖设置于设定位置，可以在炉心管的内壁上设置凸起或在炉心管的内壁上设置台阶，通过该凸起或台阶来支撑内盖。
图1为表示光纤母材的烧结装置1的示意图。烧结装置1包括加热炉2、炉心管3及盖子4。使用例如电炉作为加热炉2。炉心管3被形成为底部被堵塞的管状。炉心管3的内径被形成为例如350mm。炉心管3的上端部开设有开口，能够由盖子4将该开口封闭。在炉心管3的底部设置有导入气体的气体导入口5，在盖子4上设置有用于排出气体的气体排出口6。在烧结时，从气体导入口5向炉心管3的内部导入适用于烧结时的气氛的气体，并从气体排出口6排出。从上端部的开口向该炉心管3的内部导入悬吊于轴体7的烟灰沉积体8，并用盖子4封闭。在盖子4与炉心管3的凸缘之间设置有垫片9（例如O型密封圈），以提高炉心管3的气密性。在进行烧结时，通过对经过气体导入口5和气体排出口6的气氛进行控制，从而在维持适当气氛的状态下加热烟灰沉积体8，并形成透明玻璃体。
采用OVD法制造外径为320mm、长度为2000mm的烟灰沉积体8，采用上述这种结构的烧结装置1进行烧结。烧结时的气氛气体是在氦气中添加有氯气的气体，由该氯气将烟灰沉积体8脱水。以下通过对实施例与比较例进行比较来说明本发明。
[比较例]
采用上述结构，即不设置内盖11，在炉心管3中对烟灰沉积体8进行烧结后发现，在所得到的玻璃体上残留了很多微小气泡，这些气泡一般认为是由于以2～3%的比例混入了大气而造成的。在炉心管3的上部产生气氛气体的对流，由该对流使气流紊乱，从而在炉心管3的上部产生局部且瞬间的压力变化。由该压力变化使炉心管3上部的内压低于外压，从垫片9的间隙向炉心管3内混入包含N2的外部气体。混入的N2借助于气流的紊乱而混入炉心管3内的气氛气体中。然后，混入到气氛气体中的N2进入烟灰沉积体，从而变成微小气泡。
[实施例1]
图2为实施例1中使用的盖子4附近结构的示意图。如图2所示，在炉心管3内壁的上端部附近设置有凸起10，并设置有被该凸起支撑的内盖11，将炉心管3的上端部区域一分为二。内盖11与炉心管3之间的空隙为0.5mm，内盖11与使烟灰沉积体8垂下的轴体7之间的空隙为1mm。由这些空隙形成使由内盖11沿上下一分为二的区域相连通的气体流路，不完全阻止气氛气体的流动。通过这样的结构与比较例同样地对烟灰沉积体8进行烧结后发现，在所得到的玻璃体上完全未残留有在比较例中见到的那种微小气泡。
由此可见，通过使由内盖11与轴体7之间的空隙所形成的气体流路的与气氛气体的移动方向正交方向的截面积的总和小于炉心管的与所述气氛气体的移动方向正交方向的截面积，能够加快气氛气体朝上方的线速度。例如，当使炉心管3的内径为350mm、轴体7的外径为50mm时，炉心管3上部的与气氛气体移动方向正交方向的流路截面积约为1000cm2。此时，假设炉心管3上部的盖子4附近的气氛气体的流量为100cm3/秒，则对气氛气体的线速度进行计算的结果为0.1cm/秒。
另一方面，当设置内盖11而使气体仅在由内盖11与轴体7之间的空隙形成的气体流路中进行流动时，由于轴体7的外径为50mm，空隙为1mm，因此气体流路的截面积约为1.5cm2。根据该截面积及气氛气体的流量计算出的流经气体流路的气体线速度为66.7cm/秒。如此能够使流经气体流路的气氛气体的线速度比炉心管上部中的气氛气体的线速度更快，即便由局部对流引起了向下流动（例如，-1cm/秒），但流经气体流路的气氛气体的朝上方向的线速度仍然大幅度地提高。因此，即使在内盖11的上侧区域中混入了气氛气体N2，也能够防止N2进入到由加热炉2加热烟灰沉积体8的内盖11的下侧区域中。另外，气体流路既可以通过在内盖11及凸起10的至少之一设置凹部而在内盖11与凸起10的接触面上形成，也可以通过在内盖11上设置贯通孔而形成。
[实施例2]
图3为在实施例2中使用的盖子4附近结构的示意图。如图3所示，在炉心管3内壁的上端部附近设置有台阶12，并设置被该台阶12支撑的内盖11，将炉心管3的上端部区域沿上下一分为二。内盖11与使烟灰沉积体8垂下的轴体7之间的空隙为1mm。该空隙形成使由内盖11沿上下一分为二的区域相连通的气体流路，不完全阻止气氛气体的流动。通过这种结构与比较例同样地对烟灰沉积体8进行烧结后发现，所得到的玻璃体上完全未残留有在比较例中见到的那种微小气泡。
以上，使用本发明的实施方式进行了说明，但本发明的技术范围不限于上述实施方式所记载的范围。另外，本领域技术人员应当清楚，在上述实施方式的基础上可加以增加各种变更或改进。此外，由权利要求的记载可知，这种加以变更或改进的实施方式也包含在本发明的技术范围内。
附图标记说明:
1烧结装置、2加热炉、3炉心管、4盖子、5气体导入口、6气体排出口、7轴体、8烟灰沉积体、9垫片、10凸起、11内盖、12台阶

Claims (5)

1.一种烧结装置，用于对由包含二氧化硅的粉末形成的烟灰沉积体进行加热烧结以制造石英玻璃，其中，该烧结装置包括：
炉心管，其结构为在上端部具有导入所述烟灰沉积体的开口部，从下方导入气氛气体并从上方排出；
轴体，使所述烟灰沉积体垂下；
盖子，穿插有所述轴体并能够将所述开口部堵塞；
加热炉，加热导入所述炉心管内的所述烟灰沉积体；
内盖，设置于所述炉心管的上部，将所述炉心管的上部区域分成上下两个区域；以及
气体流路，连通所述两个区域，供所述气氛气体流过；
所述气体流路的与所述气氛气体的移动方向正交方向的截面积的总和小于所述炉心管的与所述气氛气体的移动方向正交方向的截面积。
2.根据权利要求1所述的烧结装置，其中，所述气体流路的至少一部分由所述内盖构成。
3.根据权利要求1所述的烧结装置，其中，所述气体流路设置于所述轴体与所述内盖的嵌合部处。
4.根据权利要求1所述的烧结装置，其中，所述内盖由设置于所述炉心管的内壁上的凸起支撑。
5.根据权利要求1所述的烧结装置，其中，所述内盖由设置于所述炉心管的内壁上的台阶支撑。
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