DD287472A5

DD287472A5 - Schmelzvorrichtung fuer glas

Info

Publication number: DD287472A5
Application number: DD27786485A
Authority: DD
Inventors: Bernd Voigt; Knut Jakobi; Berndt Findeisen
Original assignee: Veb Jenaer Glaswerk,De; Veb Elektrokohle Lichtenberg,De
Priority date: 1985-06-27
Filing date: 1985-06-27
Publication date: 1991-02-28

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Erschmelzen von solchen Glaesern, deren Schmelzen durch eine hohe Aggressivitaet gegenueber keramischen Feuerfestmaterialien und/oder Edelmetallen sowie durch eine hohe Kristallisationsneigung und leichte Verdampfbarkeit einer oder mehrerer Komponente oder durch Reaktivitaet mit Luftsauerstoff charakterisiert sind, z. B. Phosphat- oder Chalkogenidglaeser. Die Aufgabe besteht darin, eine Schmelzvorrichtung zu schaffen, die derartige Glaeser in hoher Homogenitaet erschmelzen kann und die unerwuenschte chemische Wechselwirkungen zwischen der Schmelze und den Werkstoffen der Vorrichtung vermeidet. Die Aufgabe wird geloest mit einem Tiegel mit Auslaufstutzen und einem in einer Sperrfluessigkeit laufenden Deckelruehrer, wobei erfindungsgemaesz Tiegel, Auslaufstutzen und Deckelruehrer aus glasartigem Kohlenstoff bestehen, wobei der Tiegel samt Auslaufstutzen auf Passe in einen dickwandigen Zylinder aus Graphit eingelassen ist, der die Ankoppelbarkeit an ein elektromagnetisches Wechselfeld gewaehrleistet, wobei ueber dem Deckelruehrer eine entsprechende dicke Graphitrundscheibe positioniert ist, wobei das kompakte Graphitmaterial nach auszen mit einer Graphitfolie thermisch isoliert ist und wobei sich die gesamte Schmelzvorrichtung in einem evakuierbaren Kessel befindet, der eine nichtoxidierende Atmosphaere, vorzugsweise Argon, enthaelt. Figur

Description

daß der Tiegel samt Auslaufstutzen auf Passe in einen dickwandigen Zylinder aus Graphit eingelassen ist, der die Ankoppelbarkeit an ein elektromagnetisches Wechselfeld gewährleistet, daß über dem Deckelrührer aus dem gleichen Grunde eine entsprechend dicke Graphitrundscheibe positioniert ist, daß das kompakte Graphitmaterial nach außen mit einer Graphitfolie thermisch isoliert ist und daß die gesamte Schmelzvorrichtung sich in einem evakuierbaren Kessel befindet, der eine nichtoxidierende Atmosphäre, vorzugsweise Argon, enthält.

Entsprechend der Erfindung wird als Werkstoff für die unmittelbar mit der Schmelze oder ihren Dämpfen in Berührung kommenden Teile der Schmelzvorrichtung glasartiger, durch Carbonisierung eines räumlich vernetzten Kunstharzes hergestellter Kohlenstoff verwendet. Dieser innere Teil der Schmelzvorrichtung entspricht in Form und Funktion einem Tiagel, der durch einen in einer Tasche laufenden Deckelrührer abgeschlossen wird und der mit einem Auslaufstutzen versehen Ist. In der Tasche befindet sich eine geeignete Absperrflüssigkeit, z. B. eine Glasschmelze der gleichen Zusammensetzung wie das zu erschmelzende Glus oder andere niedrigschmelzende Systeme mit niedrigem Dampfdruck und geringer Reaktivität mit dem Dampf der Schmelze.

Der Tiegel ist in eine auf Passe ausgearbeitete Höhlung eines Blockes aus feinkörnigen-, "-lektrographit eingesenkt, der Stützform und Suszeptor zum Einkoppeln des durch eine Haupterregerspule erzeugten Feldes für die Beheizung der Schmelzanlage ist. Um ein gutes Ankoppeln zu gewährleisten, sollte die Wandstärke des zylindrischen Blockes mindestens 10mm betragen. Die gute Wärmeleitfähigkeit des Graphites mit 8OW · m"¹ · K"¹ gewährleistet eine gleichmäßige Temperaturverteilung. Die äußere Oberfläche des Blockes ist mit flexibler Graphitfolie belegt. Durch die extreme Anisotropie der Wärmeleitfähigkeit dieses Materials mit 200 bis 300W · m"¹ · K"' in Richtung der Folienebene und nur 2 bis 5W · m"¹ · K"¹ senkrecht zu ihr wird die Temperaturhomogenität der Schmelzvorrichtung weiter verbessert und gleichzeitig eine gute Wärmeisolation nach außen erreicht. Zur definierter Beheizung des Tiegeldeckels dient eine Rundscheibe aus Elektrographit als Deckelsuszeptor mit hinreichender Dicke, die in das Feld der Deckelspule eingekoppelt werden kann. Dieser Deckelsuszeptor ist ebenfalls außen mit Graphitfolie isoliert.

Während des Betriebes der Schmelzvorrichtung ruht er bündig auf den Seitenwänden des Tiegelsuszeptors. Zwischen Rührerschaft und Tiegeldeckel einerseits und Deckelsuszeptor andererseits besteht ein hinreichender lichter Abstand, um ein ungehindertes Rotieren des Deckelrührers zu ermöglichen.

Die gesamte Schmelzvorrichtung befindot sich in einem evakuierbaren Kessel, in dem die erforderlichen Manipulationen unter Schutzgas, vorzugsweise Argon, durchgeführt werden können.

Ausfuhrungsbeispiel

Die Abbildung zeigt das Ausführungsbeispiel für einen 0,8-l-Tiegel 1 mit Deckelrührer 2 aus Glaskohlenstoff mit Block 4 und Deckelsuszeptor 5 aus feinkörnigem Elektrographit. Der offene, leere Tiegel 1 wird in einer Argonatmosphäre mittels der Haupterregerspule 8 auf die gewünschte Einschmelztemperatur gebracht und der obere Teil des am unteren Ende gekühlten Auslaufstutzens 6 durch eine geeignete Weise auf die dem jeweiligen Schmelzverfahren entsprechende Temperatur aufgeheizt. Nach dem Einlegen des Materials in den Tiegel 1 und die Tasche 3 und dessen Aufschmelzen wird der Deckelrührer 2 eingesetzt und so justiert, daß er genau zentrisch und in der erforderlichen Höhe rotieren kann. Über die Deckelspule 9 und den Deckelsuszeptor 5 kann im Bereich des Deckels die gewünschte Temperatur eingestellt werden. Nun wird das für die jeweilige Glasart erforderliche Rühr- und Temperaturprogramm abgefahren. Die thermische Isolierung des Graphitblockes 4 wird mit einer flexiblen Graphitfolie 7 gewährleistet. Zum Gießen des Glases wird die Kühlung am unteren Ende des Auslaufstutzens 6 entfernt, die Schmelze läuft aus und wird nach einer geeigneten Methode weiterverarbeitet. Während des gesamten Schmelzprozesses wird die Schutzgasatmosphäre aufrechterhalten.

Erfindungsgemäß werden mit dieser Schmelzvorrichtung Gläser, deren Schmelzen andere Feuerfestmaterialien und/oder Edelmetalle angreifen, leicht verdampfende Komponenten enthalten oder mit Luftsauerstoff reagieren, z. B. Phosphat- oder Chalkogenidgläser, in einer besseren optischen Qualität erhalten als es die bisherigen technischen Lösungen ermöglichen.

Claims

Schmelzvorrichtung für Glas, bestehend aus einem Tiegel mit Auslaufstutzen und einem in einer Sperrflüssigkeit laufenden Deckelrührer, gekennzeichnet dadurch, daß Tiegel, Auslaufstutzen und Deckelrührer aus glasartigem Kohlenstoff bestehen, daß der Tiegel samt Auslaufstutzen auf Passe in einen dickwandigen Zylinder aus Graphit eingelassen ist, daß über dem Deckelrührer eine entsprechend dicke Graphitrundscheibe positioniert ist, daß das kompakte Graphitmaterial nach außen mit einer Graphitfolie thermisch isoliert ist und daß die gesamte Schmelzvorrichtung sich in einem evakuierbaren Kessel befindet, der eine nichtoxidierende Atmosphäre, vorzugsweie Argon, enthält.

Hierzu 1 Seite Zeichnung

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Erschmelzen von solchen Gläsern, deren Schmelzen durch eine ungewöhnlich hohe Aggressivität gegenüber keramischen Feuerfestmaterialien und/oder Edelmetallen sowie durch eine hohe Kristallisationsneigung und leichte Verdampfbarkeit einer oder mehrerer Komponenten cder durch Reaktivität mit Luftsauerstoff charakterisiert sind. Zweckmäßigerweise dient diese Vorrichtung zur Herstellung von Phosphat- oder Chalkogeniclgläsern. Solche Gläser werden in hoher Qualität für die Produktion hochleistungsfähiger optischer Systeme für den sichtbaren bzw. infraroten Spektraiberoich benötigt.

Charakteristik des bekannten Standes der Technik

Optische Phosphatgläser, insbesondere solche mit hohen Bleigehalten, können wegen der starken Wechselwirkung ihrer Schmelzen mit oxidkeramischen oder metallischen Feuerfestmaterialien und wegen der leichten Verdampfbarkeit einer oder mehrerer Komponenten mit den üblichen Schmelzvorrichtungen für Glas nur mit geringer optischer Qualität erschmolzen werden. Durch partielles Auflösen der Schmelzgefäße und durch teilweises Verdampfen von Komponenten der Schmelze ist das Glas entweder stark schlierig bzw. bei Verwendung von Platin und seinen Legierungen zwar weniger verschliert, aber zusätzlich mehr oder weniger gelb- oder graustichig (J.H.Cowan, Jr.: „Platinum - Glass Reactions", Ceramic Engineering and Science Proc. 1982,218-228).

Gemäß DD-WP 147093 sollen Gläser, deren Schmelzen durch eine hohe Kristallisationsneigung und leichte Verdampfbarkeit einer oder mehrerer Komponenten charakterisiert sind, unter anderem auch Phosphatgläser, in einem induktiv beheizbaren Tiegel, der durch einen fest mit dem Rührer verschweißten, in einer Glastasche laufenden, gewölbten Deckel hermetisch abgeschlossen ist und über einen langen Auslaufstutzen verfügt, in hoher Ausbeute und ausgezeichneter Qualität hergestellt werden können. Derartige Tiegel werden nach dem Stand der Technik aus Platin oder seinen Legierungen gefertigt. Der Nachteil dieses Lösungsweges besteht darin, daß zwar die Verdampfung von Komponenten der Schmelze unterdrückt wird, aber die Kontamination des Glases durch Platin und die Gefährdung einer raschen lokalen Zerstörung des Platintiegels durch Korrosion nicht ausgeschlossen ist.

Chalkogenidgläser werden wegen der spezifischen Eigenschaften ihrer Schmelzen - hohe Aggressivität gegenüber Metallen, Brennbarkeit in Gegenwart von Luft und leichte Verdampfbarkeit - gewöhnlich in evakuierten, abgeschmolzenen Kieselglasampullen erschmolzen (A.Feltz, D.Linke und B.Voigt: „Chalkogenidgläser als infrarotdurchlässige optische Medien", Z. Chem. 20 [1980] 81-89).

Die Nachteile dieser Lösung bestehen darin, daß nach erfolgter Schmelze und Kühlung die Kieselglasampullo zerstört werden muß, daß die Abmessungen der gewonnenen Glaskörper durch die der verwendeten Ampullen festgelegt sind, daß die Homogenisierung der Schmelzen problematisch ist und daß die erhaltenen Gläser häufig Einschlüsse von SiOj-Partikeln enthalten, die durch die Schmelze von der Innenwand der Ampulle abgetragen wurden (B.Voigt und G. Dresler: „Microheterogeneities in infrared optical selenides glasses", J. Non-Cryst. Solids 58 (1983] 41-45).

Ziel der Erfindung

Das Ziel dsr Erfindung besteht in der Schaffung einer Vorrichtung zum Erschmelzen von Gläsern, deren Schmelzen mit keramischen Feuerfestmaterialien und/oder Edelmetallen und deren Legierungen in einem unerwünscht starken Maße wechselwirken, leicht kristallisieren und leicht verdampfende Komponenten enthalten, um z.B. Phosphat- oder Chalkogenidgläser mit höherer optischer Homogenität und im Falle der Phosphatgläser mit höherer optischer Transmission im kurzwelligen Spektralbereich als wio sie mit den bisherigen technischen Lösungen erreicht werden können und den hohen Ansprüchen der Optikanwender genügen, herzustellen.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Aufgabe der Erfindung ist es, oino Vorrichtung zum Schmelzen von Glas zu schaffen, womit einerseits Gläser in hoher Homogenität erhalten und andererseits unerwünschte chemische Wechselwirkungen zwischen den Werkstoffen der Vorrichtung und aggressiven Schmelzen, z.B. Phosphat- oder Chalkogenidschmeizen, vermieden werden. Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß bei Vorwendung eines Tiegels mit Auslaufstutzen und mit einem in einer Sperrflüssigkeit laufenden Dockelrühre·' Tiegel, Auslaufstutzen und Deckelrührer aus glasartigem Kohlenstoff bestehen,