[发明专利]二氧化硅－炭墨中空圆柱体的烧结方法和该中空圆柱体的固定装置

说明书

本发明涉及一种由二氧化硅-炭黑制成的中空圆柱体的烧结方法，其中借助固定装置使中空圆柱体竖直定位，并连续输至加热区段进行烧结。另外，本发明还涉及竖直定位二氧化硅-炭黑中空圆柱体的装置，这种装置具有一个从外部插入中空圆柱体孔内并在长度方向延伸的支加。

光学纤维预成形件和半导体工艺中炉子构件预成形件的生产经常以二氧化硅-炭黑中空圆柱体中间产品来进行。所谓的“炭黑体”存在着机械不稳定性，从而特别在大体积高重量的情况下，就难以操作。此外，用于光学通信工程技术和半导体技术中的炭黑体在纯度方面有着最高要求，所以在进一步加工步骤如加热处理或气体处理中，由于所需助剂的材料选择有限，使操作变得更加困难。

在处理室，例如在烧结炉中处理这种炭黑体时，存在的问题是这种机械上只能承受很小负荷的炭黑体的固定问题。在US-PS4,251,251公开的方法中，固定装置由铂丝制成的弓形夹构成，中空圆柱形的炭黑体挂在该弓形夹上。中空圆柱体上部有两个水平延伸的通孔，铂丝穿过该通孔从而固定在炭黑体上。连续将炭黑体输至立式烧结炉中烧结。此时，炭黑体在软化区中软化。软化区从炭黑体的下端开始。随着炭黑体在烧结炉中下降，炭黑体中软化区连续向上移动。同时，已经烧结的炭黑体部分悬挂在软化区的重量逐渐增加。基于软化区粘度小，炭黑体在下降时是因其自身重量而变长。所以，这种方法尤其不适于烧结大体积高重量的炭黑体。

由DE-A12906070已知另一种在收缩和纤维拉制期间用于竖立固定二氧化硅-炭黑中空圆柱体的装置，其中在毛坯的孔中插入约50mm长的石英玻璃管件，该管件的外径与毛坯内径大体相配，而且在其规定插入毛坯中的那端上有丘状加厚部。旋转丘状加厚部约90°，管件就可在孔中固定。在管件伸出孔外的这端上安有另一根石英玻璃管，该管上连有一个使毛坯在炉子中下降的驱动器。

由US-PS4,362,545已知另一种类型的固定装置，其中有一根基本呈套筒状石英玻璃把柄嵌入炭黑体的孔中。在该把柄与炭黑体相接触的端部设有环绕式环形加厚件，它起着后齿纹(Hinterzahnung)的作用，并防止把柄从孔中滑脱。把柄伸出孔外的端部呈锥形，经由它可将悬挂炭黑体用的装置固定在把柄上。此把柄应该在炭黑体的制造过程中嵌入。为此，要将套筒形把柄推到可分式型心上。而且淀积在型心上的炭黑粒子应用时覆盖一端已推入的把柄。

例如在烧结炉中进行烧结，二氧化硅-炭黑中空圆柱体可悬挂在已知的固定装置上。安装这种装置非常昂贵并易于磨损。已知的固定装置仅适用于小型炭黑体。对于大体积高重量炭黑体不满足中空圆柱体壁的机械稳定性，所以存在固定装置从炭黑体中脱落的危险。

本发明的目的是，提出一种适合于烧结大体积二氧化硅-炭黑中空圆柱体的方法，同时提供固定这种中空圆柱体的装置，这种装置装卸简便并保证操作安全稳定。

关于方法，根据本发明，本说明开头所提及方法的目的是这样实现的：在从时间上划分的烧结中空圆柱体上端部分的烧结阶段中，主要或完全使中空圆柱体竖立，在烧结中空圆柱体下端部分的另一烧结阶段，主要或完全将中空圆柱体悬挂起来。

在室温下，待烧结中空体(以下也可称作炭黑体)的尺寸基本稳定。也就是说，它能垂直竖立或垂直悬挂，不致在其自重下产生塑性变形。高温时，二氧化硅-炭黑在软化区软化。它的粘度减小，所以在对软化区有影响的力作用下炭黑体会变形。除重力外，体积收缩所致的应变力对炭黑体也产生影响。炭黑体的比重仅约固态石英玻璃的30％。因为连续进行烧结，所以软化区从炭黑体的一端移到相对的一端。鉴于变形，悬挂固定炭黑体的烧结阶段特别关键，在这一个烧结阶段软化区位于上端部分，所以炭黑体下端的重量使软化区变长。炭黑体也能被垂直竖立输至加热区。在软化区位于炭黑体下端部分的烧结阶段则反过来，炭黑体上端重量压在软化区上，由于会发生变形，这个烧结阶段就特别关键。因此，每个阶段的变形与炭黑体在加热区的输送方向无关。

本发明的第一种可选择方法是，炭黑体在一个烧结阶段以竖立方式输至加热区，在另一烧结阶段以悬挂方式输送。以此方法可实现：在竖立的炭黑体开始变形或变形明显增大的烧结阶段之前，炭黑体可由竖立固定转为悬挂固定，或者反之，在悬挂的炭黑体开始变形或变形明显增大的烧结阶段之前，炭黑体由悬挂固定转为竖立固定。这样可使影响软化区的压力或拉力尽可能保持很小。所以能在炭黑体长度方向上连续绕结而没有严重变形。竖立固定转换为悬挂固定，或者反之，悬挂固定转为竖立固定能连续进行，所以在转换期间两种固定方式都有效。