[發明專利]一種利用高頻感應爐制備光學玻璃的熔煉裝置

無效

• 申請號: 201410089950.6
• 申請日: 2014-03-12
• 公開（公告）號: CN103896476A
• 公開（公告）日: 2014-07-02
• 發明（設計）人: 韋瑋;鄭銳林;唐子匯;全昭;王東東
• 申請（專利權）人: 南京郵電大學
• 主分類號: C03B5/02
• 分類號: C03B5/02
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 葉連生

技術領域

本發明涉及一種特種光學玻璃熔煉的裝置，特別適合于實驗室用的小尺寸、高純度光學玻璃。

背景技術

目前實驗室制作小尺寸、多組分光學玻璃的方法主要采用硅碳棒電爐加熱、模具澆注及退火工序等過程。玻璃在熔制過程中的化料、澄清、攪拌、均化等過程均在敞開的電爐加熱環境中進行，極易引入空氣中的粉塵、水蒸氣等雜質，嚴重影響了玻璃的物理化學性質和光學性能。并且由于電爐加熱速度較慢，玻璃熔制時間較長，使得多組分玻璃的結構成分，特別是一些含有易揮發性的物質，如磷酸鹽、氟化物等，在熔制后的組分比例和原料配比相差較大，不利于光學玻璃成分的定量研究。

實驗室制備小塊玻璃常使用的坩堝有剛玉坩堝、石英坩堝和鉑金坩堝。受其本身性質的影響，各種坩堝的使用范圍有限，如剛玉坩堝不耐稀土元素的侵蝕，同時制備的玻璃含有較多的氣泡和條紋；石英坩堝可提高玻璃的良品率，但是不適用于高堿玻璃及含氟玻璃；鉑金坩堝可以提高玻璃的光學均勻性降低坩堝對玻璃的污染，但無法熔制含有磷酸鹽、硫、硒、碲及高含量氟化物的玻璃。

本發明的光學玻璃熔煉裝置采用玻璃碳坩堝，配合高頻感應爐進行熔制，避免了坩堝對光學玻璃的污染，方便對熔體的淬冷，滿足了一些玻璃快速冷卻的要求；同時可以采用多種氣氛保護，在熔制裝置頂端預留攪拌端口，可以實現氣氛保護下攪拌。是一種試用范圍廣，制備高質量高均勻度的光學玻璃熔制裝置。

發明內容

技術問題：本發明的目的在于，克服傳統技術的不足，提供一種用于實驗室中小尺寸高純光學玻璃熔煉的裝置。光學玻璃熔煉裝置采用玻璃碳坩堝，配合高頻感應爐進行熔制，避免了坩堝對光學玻璃的污染，方便對熔體的淬冷，滿足了一些玻璃快速冷卻的要求；同時可以采用多種氣氛保護，在熔制裝置頂端預留攪拌端口，可以實現氣氛保護下攪拌。提高了玻璃的透明度，減少了條紋、氣泡和結石的產生，減少玻璃的析晶和炸裂可能性，從而滿足制作實驗研究用光學玻璃的需求。

技術方案：本發明的一種用于光學玻璃熔煉的裝置，包括石英罩、玻璃碳坩堝和隔熱板，所述石英罩由石英杯和石英蓋組成，石英杯的下部設有一進氣石英支管，石英杯內壁底部有一個帶網狀小孔的倒U型隔熱板，隔熱板上放置圓柱形玻璃碳坩堝，石英蓋的下緣內徑與石英杯的上緣外徑相當，石英蓋的頂端設有一個出氣石英管。

所述石英罩的進氣支管孔徑小于出氣支管孔徑，石英杯內部底部設有一倒U型隔熱板，隔熱板頂部為圓形平板，平板中心區域正下方為小半球體，周圍是一帶有網狀小孔的環形區域，平板正上方放置一圓柱形坩堝，坩堝直徑與小半球體上表面直徑相當。

所述的石英罩蓋子和杯子結合處經過磨砂處理，達到氣封效果。石英罩的彎角處均采用弧形設計，增加結構的穩定性。石英罩頂部的出氣支管直徑大于底部的進氣支管，大小可提供攪拌的空間。位于石英罩底部的隔熱板網狀小孔總面積和石英杯底面積比例足夠大，保證氣流通暢。

所述的倒U型隔熱板頂部為圓形平板，平板中心區域正下方為小半球體，周圍是一帶有網狀小孔的環形區域，正上方放置一圓柱形坩堝，坩堝直徑與圓環內徑相當，保證氣流在坩堝周圍分布均勻，有利于急速降溫時玻璃的成型。隔熱板材質為氧化鋁空心球，可耐溫度1800℃。

所述的坩堝材質為玻璃碳，具有氣孔率低、高穩定性及化學惰性等優點。玻璃碳坩堝作為加熱光學玻璃的容器，具有較好的熱傳導性，在高溫下不與玻璃發生粘結，從而可實現玻璃在坩堝內的直接成型。玻璃碳坩堝的高溫加熱在惰性氣體的保護中進行。

有益效果：與現有的技術相比，本發明的優點在于：

（1）控溫速度快，可實現快速升溫和迅速降溫過程。本發明采用高頻爐作為加熱元件，玻璃碳坩堝作為載體，升溫效率高，低耗節能，從而減少玻璃熔制過程中造成的玻璃組分的揮發影響。通過氣流載熱實現對玻璃熔體的迅速降溫，減少析晶的可能性。

（2）本發明通過在進氣口持續通入惰性氣體，形成石英罩內外正壓，使坩堝處于充分的惰性氣體環境保護中，從而消除熔制過程中雜質的引入。

（3）由于石英罩的透明性質，便于觀察熔體的狀態，石英罩的出氣孔較大，可實現實時攪拌。

（4）本發明采用直接成型法，避免了模具澆注過程中產生附加的氣泡條紋。采用帶網狀小孔的隔熱板，保證了石英罩內部的氣體均勻向上流動，避免急速冷卻下溫度場橫向不均勻變化造成的玻璃炸裂等現象。

（5）結構簡單、操作方便安全。本發明的光學玻璃熔制裝置在高溫工作均在石英罩內部進行，避免人體直接接觸高溫環境，操作方便安全。

附圖說明

圖1是本發明的整體結構示意圖。