特別用于石英玻璃坩堝提拉法的組件及生產(chǎn)該組件的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及通過(guò)連接壁零件用于生產(chǎn)組件的方法，特別是用于生產(chǎn)在石英玻璃的坩禍提拉方法中在高操作溫度下使用的熔化坩禍的方法，其中提供至少兩個(gè)高熔點(diǎn)金屬或高恪點(diǎn)金屬的賤金屬合金(base alloy)的壁零件，將其對(duì)接以形成接頭，并通過(guò)在高于1500°C的溫度下燒結(jié)連接在一起以形成組件。
[0002]此外，本發(fā)明涉及組件，特別是熔化坩禍，特別是在石英玻璃的坩禍提拉方法中，其包含至少兩個(gè)高熔點(diǎn)金屬或高熔點(diǎn)金屬的賤金屬合金的壁零件，將其對(duì)接以形成接頭。
【背景技術(shù)】
[0003]坩禍提拉方法用于生產(chǎn)具有任何期望的截面輪廓的石英玻璃的圓筒形組件。使用的熔化坩禍由高熔點(diǎn)金屬組成，該高熔點(diǎn)金屬尤其包括金屬鉿(Hf)、鈮(Nb)、鉭(Ta)、鉬(Mo)和鎢(W)的組。通常使用鎢坩禍。除此之外，也使用鉬(Mo)作為坩禍材料用于壁零件，或媽和鉬的賤金屬合金。本發(fā)明含義內(nèi)的賤金屬合金是具有至少50wt%的量的基底元素(base element)的合金。然而，高恪點(diǎn)金屬或所述金屬的合金對(duì)恪化的石英玻璃不完全抗腐蝕，并且在高溫下與石英玻璃中的氧反應(yīng)。在該過(guò)程中形成金屬氧化物并且其在坩禍壁上和在坩禍底部富集，從該處該金屬氧化物不時(shí)與玻璃熔體的熔化流以濃縮形式被移除，并且隨后以石英玻璃線材的條紋或變色被注意到，而且還在石英玻璃熔體中生成正如不溶解的金屬氧化物顆粒的廢物。坩禍由單獨(dú)的壁零件組成，該壁零件以最高可能的裝配精度制造。將壁零件對(duì)接并在熔化操作期間燒結(jié)。然而，在該過(guò)程中，沒(méi)有達(dá)到氣密性；這導(dǎo)致了石英玻璃熔體中的氣泡夾雜物。此外，通過(guò)污染的或濕的氣體，從壁零件的對(duì)接接頭外部也觀察到腐蝕侵襲，其促進(jìn)高熔點(diǎn)金屬(通常是鎢)輸入到熔體中。
[0004]確實(shí)，銥、錸、鋨和釕組的高熔化金屬的坩禍對(duì)石英玻璃熔體有好得多的耐腐蝕性，然而它們昂貴。例如在JP 02-022132A中建議了由銥組成的坩禍的形成。
[0005]作為替換，有可能僅在坩禍內(nèi)部應(yīng)用銥、錸、鋨和釕組的金屬保護(hù)層，而不是由鎢或鉬組成。例如從US 6, 632, 086 BUUS 6,422,861 BI和US 6, 739, 155 BI已知該類(lèi)型的坩禍。其中建議坩禍內(nèi)部應(yīng)該具有由銥、錸、鋨或所述涂層金屬的合金組成的保護(hù)層。保護(hù)層或者冶金地連接至坩禍壁，或者其形成緊靠坩禍壁的單獨(dú)的嵌入物，并機(jī)械固定在那里。
[0006]最后說(shuō)明的坩禍顯示出改進(jìn)的對(duì)石英玻璃熔體的耐腐蝕性。然而，由于用于生產(chǎn)保護(hù)層的昂貴的涂層金屬，用于生產(chǎn)坩禍的材料費(fèi)用非常高。此外，即使具有內(nèi)涂層，也不可能達(dá)到坩禍壁的足夠的氣密性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]技術(shù)目標(biāo)
從目前的現(xiàn)有技術(shù)開(kāi)始，本發(fā)明的目標(biāo)是提供用于具有改進(jìn)的緊密性的石英玻璃的坩禍提拉方法的組件，和說(shuō)明用于生產(chǎn)此類(lèi)組件的方法。
[0008]發(fā)明的一般說(shuō)明關(guān)于所述方法，始于上述類(lèi)型的方法的該目標(biāo)是根據(jù)本發(fā)明將密封材料插入接頭中實(shí)現(xiàn)的。
[0009]在根據(jù)本發(fā)明的方法中，意圖在于在單獨(dú)的壁零件已經(jīng)以最高可能的裝配精度對(duì)接后，將密封材料插入壁零件之間的展開(kāi)接頭(evolving joint)。以這種方式連接的壁零件隨后在高于1500°C的溫度下燒結(jié)成組件。密封材料作為燒結(jié)助劑并確保單獨(dú)的零件壁之間的接頭在燒結(jié)期間以氣密方式封閉。借助于密封材料，燒結(jié)過(guò)程的持續(xù)時(shí)間可以縮短，其在經(jīng)濟(jì)方面是有益的。根據(jù)本發(fā)明的方法生產(chǎn)的組件特別適用于石英玻璃的坩禍提拉方法，因?yàn)闅饷苄栽诖耸侵匾摹?br>[0010]在高于1500°C的溫度的影響下，由于壁零件的接觸表面上的密封材料，形成由密封劑材料和高熔點(diǎn)金屬組成的混合相。這實(shí)現(xiàn)了在接頭上的氣密性，所以在壁零件燒結(jié)期間和在組件操作期間避免了污染的或濕的氣體的滲透。在其燒結(jié)之前組件的單獨(dú)的零件之間的密封作用已經(jīng)開(kāi)始，因此根據(jù)本發(fā)明的方法的壁零件的燒結(jié)比沒(méi)有密封材料的常規(guī)方法進(jìn)行得更快，因?yàn)闆](méi)有氣體，特別是沒(méi)有氧氣能傳到壁零件的接觸表面。當(dāng)密封材料僅從外部插入對(duì)接的壁零件的接頭中并僅占單獨(dú)零件的整個(gè)壁厚的小比例時(shí)就足夠了。
[0011]鉿、鈮或鋯或由鉿、鈮或鋯作為基底元素的合金的密封材料特別適合于根據(jù)本發(fā)明的方法。由所述金屬或金屬合金組成的密封材料與壁零件的高熔點(diǎn)金屬接觸特別容易形成混合相。純鉿作為密封材料與鎢的壁零件形成鉿-鎢合金，所述合金促進(jìn)壁零件的燒結(jié)。三種元素鉿、鈮和鋯的合金也能用作密封材料；然而，除了作為密封材料的加工性能，對(duì)氧化熔體的耐腐蝕性和機(jī)械性能(例如延展性)在此也是重要的。不能避免的其它元素可以作為合金中少量的雜質(zhì)被接受，但是原則上高純度應(yīng)該針對(duì)于避免潛在形成易碎的陶瓷混合相，特別是碳化物，其可以阻礙壁零件的燒結(jié)。
[0012]關(guān)于燒結(jié)行為，已經(jīng)證明當(dāng)密封材料包含具有78wt%的鉿量的鎢-鉿合金時(shí)特別有利。根據(jù)鎢-鉿相圖，該合金組合物顯示約1950°C的熔點(diǎn)。因此，在對(duì)應(yīng)的燒結(jié)溫度下，密封材料軟化并且能沒(méi)有任何間隙地填充壁零件之間的接頭并能以氣密方式將其密封。
[0013]作為鉿、鈮或鋯或所述元素的合金的替代物，也可能使用鉑或鉑合金的密封材料。當(dāng)鉑或鉑合金用作密封材料時(shí)，不得不預(yù)料到材料費(fèi)用比使用高熔點(diǎn)非貴金屬(例如鉿、鈮或鋯)的情況高。然而，鉑和鉑合金同樣地適合作為本發(fā)明含義內(nèi)的密封材料，如同鉿、鈮和鋯一樣。已經(jīng)證明鉑-鎢合金可用作鉑合金；取決于鎢的量，這些具有約1850°C至1910 °C的熔化范圍。
[0014]已經(jīng)證明鎢或鉬或鎢或鉬的賤金屬合金可用作壁零件的材料。這些高熔點(diǎn)金屬顯示出高熔點(diǎn)、相對(duì)低的熱膨脹和比較高的熱導(dǎo)率和電導(dǎo)率，因此它們非常適合作為在高溫下使用的材料，特別是用于生產(chǎn)石英玻璃的坩禍。
[0015]在根據(jù)本發(fā)明的方法的變體中，對(duì)接的壁零件之間的接頭包含密封材料插于其內(nèi)的槽。此處的單獨(dú)的壁零件的鄰接表面具有槽式凹穴，隨后在壁零件連接在一起之前將密封材料插入該凹穴內(nèi)。因此密封材料被特別好地固定在其位置上并且在受到影響時(shí)，例如，在燒結(jié)單獨(dú)的零件之前，在重新定位仍然松弛地彼此連接的壁零件時(shí)，不會(huì)迷失(getlost)ο
[0016]關(guān)于密封材料，將密封材料以結(jié)構(gòu)組件的形式插入根據(jù)本發(fā)明的方法的優(yōu)選變體中。粘著的幾何形式的完成零件被認(rèn)為是結(jié)構(gòu)組件。這種形式的密封材料具有以下優(yōu)點(diǎn):沒(méi)有添加劑被引入至接頭中并因此構(gòu)成在該位置的雜質(zhì)的潛在來(lái)源，所述添加劑例如對(duì)密封材料的粘合或流動(dòng)性有影響。
[0017]已經(jīng)證明當(dāng)密封材料以線的形式插入時(shí)特別有優(yōu)勢(shì)。已經(jīng)證明有圓形輪廓和有0.1mm至1.0mm范圍的線直徑的線可用作線的實(shí)施方案。
[0018]當(dāng)插入有多邊形輪廓，優(yōu)選三角型輪廓的線時(shí)同樣地有優(yōu)勢(shì)。圓形或角形的線輪廓是市售的不同尺寸的標(biāo)準(zhǔn)形式。由于密封材料以線的形式插入，在組件的生產(chǎn)中不需要顯著的額外的努力。
[0019]這對(duì)于替代的并且同樣優(yōu)選的方法的變體也是如此，在該變體中密封材料以膜厚度為0.05mm至0.5mm范圍的膜形式插入。膜(例如給膜)也是市售的結(jié)構(gòu)組件。薄金屬片材也被認(rèn)為是本發(fā)明含義內(nèi)的膜。
[0020]關(guān)于組件，始于上述類(lèi)型的組件的上述目標(biāo)是根據(jù)本發(fā)明將所述接頭通過(guò)密封材料以氣密方式封閉來(lái)實(shí)現(xiàn)的。
[0021]根據(jù)本發(fā)明的組件是在提拉過(guò)程中與S12接觸的制品。熔化坩禍及其組件，例如噴嘴或噴嘴支撐物，或用于氣體供應(yīng)的伸進(jìn)石英玻璃塊的管道，測(cè)量設(shè)備或混合裝置的殼體，將作為實(shí)例提及。在組件的預(yù)期使用期間的操作溫度明確地高于2000°C，通常為2050°C至2300°C的溫度范圍。組件的壁基本上