4. Технология изготовления прозрачного кварцевого стекла плазмохимическим и парофазный методами.

Парофазный метод. В пламя водородно-кислородной горелки подаётся смесь газов. Этим методом можно получить легированные стёкла. SiCl4+O2; SiCl4+TiCl4. Недостатки: 1. Стёкла поглощают излучения в ИК области за счёт гидроксильных групп. При получении легированного стекла в установку попадает смесь газов.

Плазмо-химический метод. Наплавление кварцевого стекла осуществляется в высокотемпературной плазме. Для получения стекла используют SiCl4+O2.

1-корпус печи(водоохлаждамый),2-индуктор,3-футеровка,4-кварцевая трубка,5-подложка,6-наплавляемое кварцевое стекло,7-графитовая трубка.

Внутрь печи с постоянной скоростью подают O2. В электрическом поле высокой частоты происходит ионизация и образуется плазма с t=10000˚С. В эту плазму подают смесь газов, в результате чего образуется SiO2, которая осаждается на подложки, формируя блок кварцевого стекла. Этим методом получают стёкла, прозрачные во всех областях.

5. Технология изготовления прозрачного кварцевого стекла электрохимическим и газопламенный методами. Технологические аспекты плавки кварцевой крупки в газопламенных, стержневых и тигельных электропечах.

Электротермический метод получения кварцевого стекла

Используются печи сопротивления (тигельные печи). Стержневая печь сопротивления.

1-Корпус печи, 2- кварцевая крупка,3- кварцевое стекло,4- кварцевая трубка, 5- нагреватель.

t= 1750-1800˚С. При температуре выше 1200˚С оксид кремния взаимодействует с углеродом, при этом образуется монооксид кремния, он летуч и устойчив при температурах выше 1200˚С.

Газопламенный метод.

1-муфель,2-питатель,3-горелка,4-наплавляемая заготовка,5-подложка из кварцевого стекла.

В пламя водородно-кислородной горелки подаётся кварцевая крупка, она быстро оплавляется и капли расплава, попадая на подложку из кварцевого стекла и формируют блок наплавляемого стекла. Время плавления =1 сек (размер 0,4 мм)

Плавка идёт в муфеле. По мере наплавления, подложка опускается вязкость 10⁴.

Преимущества: 1. Можно получить заготовки из прозрачного кварцевого стекла больших размеров, 2. Высокая производительность. Недостатки: 1. Стёкла поглощают ИК излучение. Si⁴⁺ + H2O → Si³⁺ - OH. 2. Этим методом нельзя получить стёкла прозрачные в ИК области.

Тигельный метод наплавления.

1-корпус, 2-индуктор(проводник электрического тока),3-футеровка,4-подставка,5-тигельграфитовый,6-система подачи газа.

Кварцевая крупка насыпана в графитовый тигель, тигель устанавливают внутрь печи. К печи подводят ток высокой частоты, это приводит к появлению индуктивных токов в графите, он разогревается до температуры до t=2000˚C, и кварцевая крупка в тигле плавится. На первом этапе на плавление кварца происходит в вакууме. Затем в печь нагнетается газ (смесь азота с водородом: 20 – водорода, 80 – азота). В печи создаётся давление равное 1·10⁵ Па; 1,5-1,6·10⁶ Па. Такой способ называется вакуум-атмосферный или вакуум-компрессионный. Тигельные печи могут быть не только индукционными, но и печами сопротивления. В этом случае устанавливаются нагреватели. Оснастка печи может быть как графитовой так и молибденовой, вольфрамовой, которая позволяет вести плавку при более высоких температурах (2000˚С) и при более глубоком вакууме, т.к. нет взаимодействия. Глубина вакуума с графитовой оснасткой 13,3 Па, а с металлической 0,013 Па.

Для получения кварцевых трубок используют печь непрерывного действия:

1-корпус,2-нагреватели,3-дюзы,4-тянульная машина,5-футеровка,6-питатель,7-тигель.

Дюзы и сам тигель выполнены из молибдена, нагреватель из вольфрама. У молибдена t_{огнеупорности}=2600˚С, но на воздухе образуется оксид молибдена с t=700˚C, поэтому плавка и наплавление плавленой крупки идёт в замкнутой атмосфере. Формуемая трубка разрезается на трубки нужной длинны. Таким методом получают трубки диаметром до 50мм. Они предназначены для получения прозрачных трубок.

6. Технология изготовления непрозрачного кварцевого стекла. Сырье и его характеристика. Технологические особенности получения заготовок из непрозрачного кварцевого стекла в электрических печах сопротивления с графитовыми нагревателями.

Непрозр. кв. стекло использ. для изгот. кислотноупорной арматуры., хим. посуды, емкостей для произ-ва реакторов, сосудов для варки стекла (тиглей 300 л и более), для изготовления огнеупорного припаса.

Для пр-ва такого стекла использ. кв. пески с сод. SiO₂ – 99,5% не менее. При этом в них ограничено сод-ние некоторых оксидов: Fe₂O₃ – 0,04 %; CaO – 0,08%; MgO – 0,05%; Na₂O + K₂O – 0,07%; Al₂O₃ – 0,12%. Самые вредные примеси: примеси оксидов щел. Ме, Fe – они повышают крист. способность.

Кв. песок перед использованием обогащают. Его классифицируют (ситовое обогащение); в основном применяют фракцию 0,1-0,5 мм. Затем его промывают, что позволяет исключить глинистые минералы. Далее, если кв. песок сод Fe₂O₃, то он проходит хим. обработку HCl и H₂SO₄. Промытый и высушенный песок исп-ют в производсте.

Для наплавления такого стекла использ. электротермические, металлические и стержневые печи.

1 - копус (чугун); 2 - кв. песок; 3 - кв. стекло; 4 - стержень (графит); 5 - соединительный блок (графит).

К графитовому стержню подводиться ток 2000 – 2500 А, напряжение 30 – 40 В. Стержень нагревается от Т=2000⁰С, кв. песок при этом плавится. SiO₂ взаимод-ет с графитом.

Из наплавляемого таким образом кв. стекла изделия формуют прокатом, выдуванием, прессованием. Из печи извлекают графит. стержень и вводят графит. конус, через который подают сжатый воздух, и заготовка принимает форму печи. Давление в печи 3 – 8 атм.

Прессуют изделия при давлении 20 – 30 атм. Заготовку также можно прокатывать. Формование д. б. завершено при Т=1550⁰С. Кв. стекло остывает со скоростью 60 м/с, т. к. вязкость при Т=1550⁰С составляет 10⁵ – 10⁷ Па с.

Для проз-ва кв. труб диаметром до 500 мм и длиной 2200 мм использ. ротерные электрич. печи.

Если формуют массивные изделия до 2 м длиной, то вместо граф. стержня использ. низкотемпературную плазму или электрич. дугу.

Для накапливания кв. стекла виде блоков больших размеров (1:1:2) использ. многостержнеые печи.

В стержневых печах нагреватели всегда находятся в кв. песке, кот. плавят, при этом опускается подложка или кв. пески постоянно поднимаются к нагревателям. Чтоб снять напряжение использ. отжиг.