CN1204069C - 制造旋转对称的石英玻璃坩埚的方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供制造旋转对称的石英玻璃坩埚的方法，借助一个由一个或多个阳极和一个阴极构成的电极结构产生电弧，由此加热转动的石英玻璃坩埚的壁或壁的一部分，在此通过至少另一个由一个或多个阳极和一个阴极构成的电极结构形成另一道电弧，由此加热该石英玻璃坩埚的壁的另一个部分。在制造石英玻璃坩埚的装置中，通过至少两个均匀分布在石英玻璃坩埚外周上的且产生第一电弧和另一道电弧的电极结构来分别加热转动的石英玻璃坩埚的壁的一部分。通过使用多个电极结构，可以在到达后续加热区前缩短壁部的冷却段并由此防止不希望太高的壁温差。同时，能降低每个电极结构的所需热功率，从而抑制蒸发现象和此外出现的起泡。

Description

制造旋转对称的石英玻璃坩埚的方法和装置

本发明涉及制造旋转对称的石英玻璃坩埚的方法，其中借助一个由一个或多个阳极和一个阴极构成的电极结构产生电弧并由此加热在这种情况下转动的石英玻璃坩埚的壁或壁的一部分。本发明还涉及执行该方法的装置。

由于其经济性高，在实践中经常使用上述类型的方法和装置。为此，用二氧化硅颗粒部分填充一个被驱动转动的熔模，其中所述二氧化硅颗粒可以是天然的或人造的二氧化硅颗粒。借助一块模板，在转动过程中由颗粒制造出随后的石英玻璃坩埚的预制模，随后借助电极结构起弧并使电弧沿着转动的石英玻璃坩埚壁的不同平面移动，在这里，石英玻璃颗粒被熔炼成成石英玻璃坩埚形式的玻璃壁。在石英玻璃坩埚冷却后，已形成了其最终形状，其中壁的内侧被涂上釉面，而二氧化硅颗粒仍然附着于壁的外侧上，这些颗粒在一个后续工序中被磨除掉。外侧未被涂上釉面。

这样的方法也是DE19710672A1的技术方案，其中还通过撒入含其它成分的二氧化硅颗粒而产生了具有特殊性能的层状结构。

尤其是保持通过确定石英玻璃坩埚的几何形状而确定的熔模转速对这种方法是有根本意义的，这是因为在这种情况下出现的离心力将二氧化硅颗粒保持在借助模板预成形的模子中。此外，离心力相应小的不够高的转速导致了无法把松散的二氧化硅颗粒保持在理想位置上并且二氧化硅颗粒在熔炼模中部分滑向底面。相反，太高转速导致石英玻璃坩埚底层外移并由此撕裂。因此，转速只能很有限地变化。

此外，事实证明这样的情况是不利的，即尤其是在石英玻璃坩埚较大时，只能通过这样的方式实现壁的足够高和均匀的加热，即电极结构以高热功率工作。但在这种情况下，当在撒入二氧化硅颗粒时出现了蒸发现象和起泡，由此一来，明显降低了终产品质量。此外，减慢了内层形成速度(由于蒸发较严重)。另外，转动壁局部的部分加热决定了等于一整圈时间的冷却段，直到该壁部重新进入加热区，尤其是在转速低且石英玻璃坩埚直径大的情况下，这段时间导致了强烈的温度波动并因而导致了质量下降。

基于这样的背景技术，本发明的任务是如此改进上述类型的方法，即可以与转动的石英玻璃坩埚的转速无关地明显减小出现的温度差，以便尤其是能够尽可能地消除不希望有的由强烈加热或冷却引起的蒸发和起泡。此外，还要提供一种执行该方法的装置。

根据本发明，为了完成上述任务而提出一种制造旋转对称的石英玻璃坩埚的方法，其中，借助一个由一个或多个阳极和一个阴极构成的电极结构产生电弧，由此加热在这种情况下转动的石英玻璃坩埚的壁或壁的一部分，该方法的特征是，通过至少另一个由一个或多个阳极和一个阴极构成的电极结构形成另一道电弧，由此加热该石英玻璃坩埚的所述壁的另一部分。由此一来，每个电极结构以降低的热功率工作。因此，可以尽可能地消除尤其是在撒入二氧化硅颗粒时的蒸发现象。此外，在根据几何形状预定的转速下，可以明显缩短冷却段时间，直到各壁部重新进入下个电极结构的后续加热区。因此，明显降低了出现的温差。同时，通过撒入二氧化硅颗粒而产生的内层的厚度可增大，其中根据现有技术而在较高热功率下被蒸发的二氧化硅颗粒部分可被更大量地用于形成内层。此外，还节省了抽吸蒸发的二氧化硅颗粒部分的附加成本，从而可以实现生产过程的尽可能的自动化。此外，也可以缩短生产过程的时间，由此与更高的装置负载和进而与经济性提高有关。

在这种情况下，如此获得该方法的一个特别有利的改进方案，即通过这些电极结构来加热在该石英玻璃坩埚的转动轴线方向上相互间隔的多个壁部分。通过为此而设置在一个不同的垂直位置上的电极结构，可以获得大面积的加热和进而获得过程时间的缩短。同时，获得了质量相应提高的石英玻璃坩埚的均匀加热。

本发明的第二任务是要提供一种制造旋转对称的石英玻璃坩埚的装置，该装置借助一个被设置用于产生电弧的且由一个或多个阳极和一个阴极构成的电极结构来分段加热，该石英玻璃坩埚能绕其转动轴线转动，在这里，除第一电极结构之外，该装置还配备有由一个或多个阳极和一个阴极构成的至少另一个电极结构，所述的至少另一个电极结构接近该石英玻璃坩埚的一个远离该第一电极结构的部分。由此一来，可以与转速无关地使石英玻璃坩埚的温度保持在比较高的水平上，从而所出现的温差明显降低。此外，通过第一电极结构的电弧被加热的表面部且尤其是壁部或底面部在转角微小变化后到达了第二电极结构的电弧加热区，在这里，各电极结构可以以降低的热功率工作。通过与此有关的被消除的蒸发现象，一方面可以省掉抽吸蒸发部分的附加措施，另一方面，提高了撒入二氧化硅颗粒的可用含量，从而实现了更快速地形成明显更厚的内层。此外，形成了基本上没有气泡的内层，由此一来，顺利地实现了更高的质量要求。同时减少了所提供的石英玻璃坩埚的废料部分以及缩短了生产过程的时间，从而得到了更高的生产过程的经济性。另外，可以由此制造出其口径明显比迄今根据现有技术制成的坩埚口径更大的坩埚。

如此提供了本发明的一个特别有利的实施例，即这些电极结构被设置在一些在石英玻璃坩埚的转动轴线方向上相互间隔开的位置上。由此一来，可以例如在石英玻璃坩埚壁的局部或整个高度范围内实现大面积加热，以便获得均匀的加热效果。除了质量提高外，还缩短了所需的生产过程时间并由此降低了生产成本。

此外，如果这些电极结构能相互独立地移动，则这也是有利的。这样一来，可以通过相应地确定距壁的距离来实现与石英玻璃坩埚的不同形状的最佳匹配。因此，可进一步改善可用该装置获得的质量，在这里，尤其是不需要改变装置结构，就可以生产出例如口径更大的石英玻璃坩埚的不同于简单杯形或圆柱形的复杂形状。

本发明的一个改进方案特别适用于此，其中，这些电极结构被布置成相对石英玻璃坩埚的外周是均匀分布的。这样一来，通过包括由此产生的石英玻璃坩埚在内地确定几何形状而确定的、各电极结构的前后加热区之间的壁部的冷却时间是固定不变的，从而可以防止不理想的温度波动。由此一来，如此设计的装置导致了质量的进一步提高。

此外，如此得到本发明的另一个改型方案，即至少一个电极结构配设有二氧化硅颗粒供料机构，而至少另一个电极结构只被设置用于加热。由此一来，获得了装置及其控制的简化，在这里，一个电极结构只被用于加热壁部，而在另一个电极结构的电弧中，还撒入了二氧化硅颗粒并由此形成了石英玻璃坩埚内层。

本发明可以通过各种实施例来实现。为了进一步说明本发明的工作原理，为此在附图1中示出了一个实施例并且以下对其进行说明。

图1在侧截面图中示出了一个熔模1，它具有一个安装在其中的且成坩埚状的石英玻璃坩埚2。在石英玻璃坩埚2的开口3上方，安放着一个配备有成冷却板形状的冷却体4的装置5，经过该装置，第一电极结构7和第二电极结构8突入石英玻璃坩埚2的内腔6中。分别配备有一个或多个阳极9和一个阴极10的电极结构7、8在起弧后分别在石英玻璃坩埚2的壁13区域内构成了加热区11、12。在加热区11、12中，分别加热壁13的一部分14、15，其中各部分14、15的加热时间由在这里绕转动轴线16转动的石英玻璃坩埚2的转速来定。所述转速又在很大程度上尤其是通过石英玻璃坩埚2的几何形状来定的，这是因为暂时未复合地贴在熔模1上的且构成随后的石英玻璃坩埚2的二氧化硅颗粒只通过转动时的离心力保持在通过一块模板形成的预制模中。此外，尤其是在石英玻璃坩埚2的底部17区域内，太高的石英玻璃坩埚2转速导致了不理想的二氧化硅颗粒外移，相反，太低的转速导致了颗粒在熔模1中下滑。因此，通过采用两个电极结构7、8，缩短了在前后加热区11、12之间的部分14、15的冷却段时间并由此缩小了壁13的温差。同时，可以降低各电极结构7、8的热功率，从而只在很小程度上出现了被撒入的二氧化硅颗粒部分的蒸发并由此生产出尽可能没有气泡的终产品。

                    附图标记说明

1-熔模；2-石英玻璃坩埚；3-开口；4-冷却体；5-装置；6-内腔；7-电极结构；8-电极结构；9-阳极；10-阴极；11-加热区；12-加热区；13-壁；14-壁部；15-壁部；16-转动轴线；17-底部；

Claims (10)

1、一种制造旋转对称的石英玻璃坩埚的方法，其中，借助一个由一个或多个阳极和一个阴极构成的电极结构产生电弧，由此加热在这种情况下转动的石英玻璃坩埚的壁或壁的一部分，其特征在于，通过至少另一个由一个或多个阳极(9)和一个阴极(10)构成的电极结构(8)形成另一道电弧，由此加热该石英玻璃坩埚(2)的所述壁的另一部分。

2、如权利要求1所述的方法，其特征在于，通过这些电极结构来加热在该石英玻璃坩埚的转动轴线方向上相互间隔的多个壁部分。

3、一种制造旋转对称的石英玻璃坩埚的装置(5)，该装置借助一个被设置用于产生电弧的且由一个或多个阳极和一个阴极构成的电极结构来分段加热，该石英玻璃坩埚能绕其转动轴线转动，其特征在于，除第一电极结构(7)之外，该装置(5)还配备有由一个或多个阳极(9)和一个阴极(10)构成的至少另一个电极结构(8)，所述的至少另一个电极结构接近该石英玻璃坩埚(2)的一个与该第一电极结构(7)背对的部分(15)。

4、如权利要求3所述的装置，其特征在于，这些电极结构(7，8)被设置在一些在该石英玻璃坩埚的转动轴线方向上相互间隔开的位置上。

5、如权利要求3或4所述的装置，其特征在于，这些电极结构(7，8)能相互独立地移动。

6、如权利要求3或4所述的装置，其特征在于，这些电极结构(7，8)被布置成相对该石英玻璃坩埚(2)的外周是均匀分布的。

7、如权利要求5所述的装置，其特征在于，这些电极结构(7，8)被布置成相对该石英玻璃坩埚(2)的外周是均匀分布的。

8、如权利要求3、4或7所述的装置，其特征在于，至少一个电极结构(7，8)配设有一个二氧化硅颗粒供料机构，而至少另一个电极结构(7，8)只被设置用于加热。

9、如权利要求5所述的装置，其特征在于，至少一个电极结构(7，8)配设有一个二氧化硅颗粒供料机构，而至少另一个电极结构(7，8)只被设置用于加热。

10、如权利要求6所述的装置，其特征在于，至少一个电极结构(7，8)配设有一个二氧化硅颗粒供料机构，而至少另一个电极结构(7，8)只被设置用于加热。