專(zhuān)利名稱(chēng)：一種空心體的無(wú)工具成型方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種由非晶質(zhì)的，特別是由玻璃狀原料制成的管形空心體通過(guò)拉縮成為桿件的無(wú)工具成形方法，拉縮時(shí)通過(guò)持續(xù)的抽真空使管形部分內(nèi)保持低于大氣壓的低壓，此時(shí)空心體不斷地按規(guī)定轉(zhuǎn)速，水平地被導(dǎo)入一個(gè)加熱區(qū)并在該區(qū)內(nèi)降低它的粘度，使得空心體由于低壓和施于空心體上的外壓之間的壓差，在一個(gè)拉縮區(qū)內(nèi)被拉縮成為桿件，而該桿件以規(guī)定的轉(zhuǎn)速，不斷地從拉縮區(qū)被牽引出。
這類(lèi)方法為普遍公知并特別應(yīng)用于由添加石英玻璃制成的空心圓柱體經(jīng)拉縮而完成光導(dǎo)技術(shù)中的圓柱形初步成形。例如空心圓柱體由玻璃顆粒在一個(gè)以玻璃、石墨或氧化鋁制成的心軸上燃燒水解沉積生產(chǎn)，形成一種疏松的“灰質(zhì)體”，再經(jīng)加熱壓縮致密。心軸通過(guò)鉆孔，浸蝕成牽引的方法去除。為使內(nèi)表面光滑、均勻，通常在繼續(xù)加工前對(duì)空心體的內(nèi)側(cè)進(jìn)行磨光等處理。為干燥和凈化還經(jīng)常在拉縮前對(duì)空心圓柱體的內(nèi)表面用含氟或氯的氣體加以處理。如法國(guó)公開(kāi)說(shuō)明書(shū)FR-OS 2441 594所述那樣，將易揮發(fā)的鹵化物清除，因此要酸洗表層。由于它的化學(xué)活動(dòng)性，這種凈化和干燥的氣體也會(huì)腐蝕其他所有的表面，比如爐子的表面，并且劇毒。
從德國(guó)專(zhuān)利說(shuō)明書(shū)DE-PS 2827303可知，在空心圓柱體內(nèi)施以低壓可以促進(jìn)并加速拉縮過(guò)程。由于拉縮時(shí)在低壓作用下管壁因徑向向內(nèi)的，由低壓產(chǎn)生的力在拉縮區(qū)內(nèi)加速相互合攏，因偶然的管形不對(duì)稱(chēng)可能使相對(duì)的管壁形成超前而不可逆的接觸，因此在桿件的芯區(qū)產(chǎn)生展平或扭曲。因此，例如在“單模纖維非圓形核心的偏振特性”(V..拉馬斯威密，W.G..弗蘭奇和R.D..斯坦德利的“應(yīng)用光學(xué)”，卷17，第18期，1978年度，3014頁(yè)至3017頁(yè))一文中所述，較大的低壓形成啞鈴形而較小的低壓則造成橢圓形的芯區(qū)變形。在歐洲專(zhuān)利說(shuō)明書(shū)EP-PS 0 032 390中提到一種帶有橢圓截面芯區(qū)并保持偏振的光導(dǎo)纖維的制作。為取得橢圓芯區(qū)變形，在拉縮處理時(shí)，在外徑約20毫米和內(nèi)徑約17毫米、由添加石英玻璃制成的空心圓柱體內(nèi)相對(duì)于施于其上的外壓保持低壓在-0.1毫巴至-2毫巴之間。
在所述方法中整個(gè)空心圓柱體的內(nèi)表面在拉縮后構(gòu)成實(shí)心圓柱體的中心?？招膱A柱體的內(nèi)表面由于不潔、潮濕，表面缺陷或者由于表層不斷顯示有不同于實(shí)心料的另一種化學(xué)配比，而引起不可避免的干擾，導(dǎo)致所形成的桿件中心的不均勻性。一般上述因素對(duì)桿件中心是特別有妨礙的。
本發(fā)明的任務(wù)在于，提供一種方法，可以?xún)H用一道工序，不需工具而且低成本地由空心體生產(chǎn)出均勻的桿狀體。
依照本發(fā)明，這一任務(wù)通過(guò)開(kāi)頭所述的方法得以完成，空心體的外徑和內(nèi)徑，玻璃狀原料在拉縮區(qū)的粘度，低壓和外壓之間的壓差，低壓的大小，桿件的牽引速度和空心體的導(dǎo)入速度以及空心體和桿件的轉(zhuǎn)速這樣選定，使得在拉縮區(qū)相反干桿件牽引方向，沿空心體軸線形成一個(gè)其截面尺寸小于桿件的柱。
通過(guò)確定空心體的幾何形狀和拉縮時(shí)的方法參數(shù)，使得在拉縮區(qū)沿空心體軸向相反于所拉縮桿件的牽引方向形成一個(gè)柱，這就使空心體相對(duì)的內(nèi)管壁提前合攏，由低壓導(dǎo)致的徑向向內(nèi)作用的力以及由此造成的芯區(qū)展平或者扭曲，得以阻止。因此，該柱就在拉縮區(qū)前穩(wěn)定了熔化空心體的對(duì)稱(chēng)性并且有利于其變換成桿件。同時(shí)，空心體內(nèi)表面層的物料被翻轉(zhuǎn)并形成柱遠(yuǎn)離拉縮區(qū)。因此由于拉縮成的桿件中心不含有原先構(gòu)成表面的物料，所有主要的、因表面性質(zhì)形成的干擾和影響，就均被排除。
為獲取這一優(yōu)點(diǎn)，無(wú)所謂將空心體導(dǎo)入一個(gè)固定的加熱區(qū)或是相反地將加熱區(qū)沿固定的空心體移動(dòng)。
依照本發(fā)明的方法被證明特別適用于空心圓柱體的導(dǎo)入。這里所述空心體的幾何形狀特別適宜的是，其內(nèi)徑在10毫米至120毫米之間，外徑與內(nèi)徑的比例在1.5到3的范圍內(nèi)。因拉縮過(guò)程要盡快進(jìn)行，加熱區(qū)的溫度最好是設(shè)在使得拉縮區(qū)玻璃狀原料的粘度達(dá)到103分帕·秒至107分帕·秒的范圍。管內(nèi)低壓還是決定柱的形成速度以及構(gòu)成柱所需料量的因素，其值最高定為1008毫巴較合適。同時(shí)低壓與作用于空心體上的外壓其壓差值定為5毫巴至813毫巴之間為宜，以使空心體在加熱區(qū)不致失去控制地變形。為使原料充分熱透并在拉縮區(qū)既具有足夠的熱穩(wěn)定性，又能達(dá)到一個(gè)經(jīng)濟(jì)的物料通過(guò)量，桿件從拉縮區(qū)出來(lái)的牽引速度定為10毫米/分至80毫米/分之間，空心體導(dǎo)入加熱區(qū)的速度則為8毫米/分至35毫米/分，證明是合宜的。由于空心體和桿件的旋轉(zhuǎn)使得柱穩(wěn)定在空心體的中心。最好是，將桿件的轉(zhuǎn)速值設(shè)在0轉(zhuǎn)/分至最高30轉(zhuǎn)/分之間，而空心體的轉(zhuǎn)速值則設(shè)在10轉(zhuǎn)/分至30轉(zhuǎn)/分之間?？招捏w和桿件最好以同向旋轉(zhuǎn)。
為阻止桿件形成不需要的變形，有利的是使桿件和空心體保持拉力，其中空心體的導(dǎo)入速度選為小于桿件的牽引速度。
為保證拉縮區(qū)有足夠的熱穩(wěn)定性，空心體和桿件的加熱用一個(gè)電加熱設(shè)備被證明合宜的，特別是用一個(gè)電阻爐來(lái)完成，該爐呈環(huán)形并緊繞拉縮區(qū)。代之以最為適宜的電加熱也可以借助于使用氣體燃燒器完成空心體和桿件的加熱，特別是當(dāng)空心圓柱體的尺寸較小時(shí)。
為提高材料的均勻性，事實(shí)證明使空心體和桿件以不同速度旋轉(zhuǎn)很有利，可能存在氣泡就可以因此被趕到桿件的邊緣上。
在拉縮后對(duì)桿件加以回火處理被證明是有利的，可使因內(nèi)應(yīng)力所致的材料不均勻性從而消除。
本方法特別適用于石英玻璃制成的空心體的變形處理，調(diào)整技術(shù)的實(shí)施因?yàn)槭⒉ＡУ恼扯葘?duì)溫度關(guān)系很小而比較容易進(jìn)行。
對(duì)于石英玻璃空心圓柱體的變形處理就本發(fā)明所述方法下面的參數(shù)經(jīng)證明是適宜的空心體的幾何形狀以?xún)?nèi)徑在40毫米至100毫米之間，外徑與內(nèi)徑的比例為1.7至3為宜。因?yàn)槔s過(guò)程應(yīng)盡快進(jìn)行，加熱區(qū)的溫度最好是設(shè)置成，使得拉縮區(qū)玻璃狀原料的粘度達(dá)到104分帕·秒至107分帕·秒的范圍。管內(nèi)的低壓還是決定柱的形成速度以及構(gòu)成柱所需料量的因素，其值最高定為993毫巴比較合適，同時(shí)低壓與作用于空心體上的外壓其壓差值為20毫巴至8.3毫巴之間為宜，以使空心體在加熱區(qū)不致失控地變形。為使原料充分熱透并在拉縮區(qū)既具有足夠的熱穩(wěn)定性，又能達(dá)到一個(gè)經(jīng)濟(jì)的物料通過(guò)量，桿件從拉縮區(qū)出來(lái)的牽引速度定為15毫米/分至80毫米/分，空心體導(dǎo)入加熱區(qū)的速度則為12毫米/分至29毫米/分被證明是合宜的。由于空心體和桿件的旋轉(zhuǎn)使得柱穩(wěn)定在空心體的中心，最好是桿件的轉(zhuǎn)速最高30轉(zhuǎn)/分，而空心體的轉(zhuǎn)速值則在10轉(zhuǎn)/分至30轉(zhuǎn)/分之間。
為提高材料的均勻性，事實(shí)證明使空心體和桿件以不同速度旋轉(zhuǎn)是有利的，可能存在的氣泡就可以由此被趕到桿件的外部。
本發(fā)明所述方法現(xiàn)借助一個(gè)示意圖例作如下說(shuō)明件號(hào)12表示一個(gè)電阻加熱爐，它包圍加熱區(qū)1并環(huán)繞待拉縮處理的石英玻璃管2和已經(jīng)拉縮處理的桿件3某一段。在加熱區(qū)1內(nèi)石英玻璃2的內(nèi)壁4在拉縮區(qū)5收縮，產(chǎn)生一個(gè)柱6，并相反于桿件3的牽引方向從拉縮區(qū)5引出。桿件3的牽引方向以箭頭7標(biāo)出，柱的方向則以箭頭8標(biāo)出。石英玻璃管2在其遠(yuǎn)離拉縮區(qū)5的一端用一個(gè)栓塞10封閉。成形過(guò)程中在石英玻璃管2的內(nèi)部借助一個(gè)真空泵9保持900毫巴的低壓。該泵經(jīng)真空密封套管通過(guò)栓塞10與石英玻璃管2連接。石英玻璃管2，其外徑為120毫米，內(nèi)徑為60毫米，保持水平方向并連續(xù)以20轉(zhuǎn)/分的速度旋轉(zhuǎn)，以23毫米/分的導(dǎo)入速度被導(dǎo)入加熱區(qū)1，在那里加熱到2100℃。在拉縮區(qū)5石英玻璃的平均粘度為10分帕·秒。在拉縮時(shí)真空泵9保持石英玻璃管2內(nèi)的低壓為900毫巴，使其相對(duì)于鄰近石英玻璃管表面外的大氣壓保持壓差為113毫巴。桿件3的牽引速度為23.5毫米/分并因此略高于石英玻璃管2的導(dǎo)入速度，因而使石英玻璃管2和石英玻璃桿件3總是保持拉力。桿件的轉(zhuǎn)速選為5轉(zhuǎn)/分，稍低于石英玻璃管2的轉(zhuǎn)速，因而在拉縮區(qū)5得以實(shí)現(xiàn)石英玻璃的均勻混合和勻化。
根據(jù)上述的試驗(yàn)參數(shù)在石英玻璃管2的軸線上形成一個(gè)柱6。該柱由石英玻璃管2的內(nèi)壁4表面附近區(qū)域11的物料組成，內(nèi)壁在拉縮區(qū)5的粘度較低，使其由在軸向，相反于桿件3牽引方向作用的壓力或真空力作用到柱端面13而變形，并在柱增長(zhǎng)的方向8翻轉(zhuǎn)。因此，通過(guò)柱6使表面附近區(qū)域11的污物和雜質(zhì)從拉縮區(qū)5除去。此外，通過(guò)柱6的形成也阻止了石英玻璃管2的相對(duì)于內(nèi)壁4合攏，從而直接穩(wěn)定了石英玻璃管2在拉縮區(qū)5前的對(duì)稱(chēng)性以利于變換成為桿件3。
權(quán)利要求
1.一種由非晶質(zhì)的，特別是玻璃狀原料制成的管形空心體通過(guò)拉縮成為桿件的無(wú)工具成形方法，拉縮時(shí)通過(guò)持續(xù)的抽真空使管形部分內(nèi)保持低于大氣壓的低壓，此時(shí)空心體不斷地按規(guī)定轉(zhuǎn)速，水平地被導(dǎo)入一個(gè)加熱區(qū)并在該區(qū)內(nèi)降低其粘度，使得空心體由于低壓和施于空心體上的外壓之間的壓差，在一個(gè)拉縮區(qū)內(nèi)被拉縮成為桿件，而該桿件以規(guī)定的轉(zhuǎn)速，不斷地從拉縮區(qū)被牽引出，其特征是，空心體(2)的外部尺寸和內(nèi)部尺寸，玻璃狀原料在拉縮區(qū)(5)的粘度，外壓和低壓的壓差，低壓的大小，桿件(3)的牽引速度和空心體(2)的導(dǎo)入速度以及桿件(3)和空心體(2)的轉(zhuǎn)速是選成，使得在拉縮區(qū)(5)相反于桿件(3)的牽引方向，沿空心體(2)軸向形成一個(gè)其截面尺寸小于桿件(3)的柱(6)。
2.按權(quán)利要求1所述的方法，其特征是，被加工成形的圓柱形空心體(2)其內(nèi)徑在10毫米到120毫米的范圍內(nèi)，外徑與內(nèi)徑的比例則為1.5到3之間，原料在拉縮區(qū)(5)的粘度值設(shè)在103分帕·秒到107分帕·秒范圍內(nèi)，空心體(2)內(nèi)的低壓最高值保持在1008毫巴，壓差值則設(shè)在5至813毫巴的范圍內(nèi)，桿件(3)的牽引速度值設(shè)在10毫米/分和80毫米/分之間，而空心體(2)的導(dǎo)入速度值則設(shè)在8毫米/分和35毫米/分的范圍，桿件(3)以0轉(zhuǎn)/分到最高30轉(zhuǎn)/分之間的速度旋轉(zhuǎn)，空心體(2)以10轉(zhuǎn)/分至30轉(zhuǎn)/分的速度范圍繞其縱軸旋轉(zhuǎn)。
3.按權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征是，桿件(3)和空心體(2)保持拉力的作用。
4.按權(quán)利要求1至3之一所述的方法，其特征是，空心體(2)和桿件(3)以不同速度旋轉(zhuǎn)。
5.按權(quán)利要求1至4之一所述的方法，其特征是，桿件(3)經(jīng)回火處理。
6.按權(quán)利要求1至5之一所述的方法，其特征是，空心體(2)和桿件(3)在加熱區(qū)(1)由一個(gè)電加熱設(shè)備(12)加熱。
7.按權(quán)利要求6所述的方法，其特征是，加熱區(qū)(1)由一個(gè)電阻爐(12)包圍。
8.按權(quán)利要求1至7之一所述的方法，其特征是，使用主要由石英玻璃制成的空心體(2)。
9.按權(quán)利要求2至7之一所述的方法，其特征是，被加工成形的圓柱形空心體(2)，其內(nèi)徑在40毫米到100毫米的范圍內(nèi)，外徑與內(nèi)徑的比例則為1.7到3之間，原料在拉縮區(qū)(5)的粘度值設(shè)在104分帕·秒到107分帕·秒的范圍內(nèi)，空心體(2)內(nèi)的低壓最高值保持在993毫巴，壓差值則設(shè)在20至813毫巴的范圍內(nèi)，桿件(3)的牽引速度設(shè)在15毫米/分和80毫米/分之間，而空心體(2)的導(dǎo)入速度則設(shè)在12毫米/分和29毫米/分的范圍，桿件(3)最高以30轉(zhuǎn)/分的速度旋轉(zhuǎn)，空心體(2)則以10轉(zhuǎn)/分至30轉(zhuǎn)/分的速度繞其縱軸旋轉(zhuǎn)。
全文摘要
一種由非晶質(zhì)的，特別是玻璃狀原料制成的管形空心體通過(guò)拉縮成為桿件的無(wú)工具成型方法，本發(fā)明是利用這種方法，僅用一道工序，而且低成本地由空心體生產(chǎn)出均勻的桿狀體，空心體的外徑和內(nèi)徑，玻璃狀原料在拉縮區(qū)的粘度，低壓和外壓之間的壓差，低壓的大小，桿件的牽引速度和空心體的導(dǎo)入速度以及桿件和空心體的轉(zhuǎn)速是選成，使得在拉縮區(qū)，相反于桿件牽引方向，沿空心體軸線形成一個(gè)其截面尺寸小于桿件的柱。
文檔編號(hào)C03B19/00GK1056671SQ9110340
公開(kāi)日1991年12月4日 申請(qǐng)日期1991年5月18日 優(yōu)先權(quán)日1990年5月18日
發(fā)明者赫爾穆特·萊伯, 克勞斯·賴(lài)曼 申請(qǐng)人:赫羅伊斯石英玻璃有限公司