[发明专利]一种石英锭的制备方法、装置及系统

说明书

本发明公开了一种石英锭制备方法、装置及系统。所述方法采用石英颗粒熔融沉积石英锭并按照以下步骤控制下料速率：当在沉积的石英锭高度低于截面尺寸变化临界高度时，按照其高度越小下料速度越小的原则对自重引起的石英锭截面尺寸偏差引起的形变进行补偿，控制下料速率；当在沉积的石英锭高度高于截面尺寸变化临界高度时，按照截面尺寸变化临界高度的补偿量控制下料速率。所述装置包括旋转平台升降电机、石英原料投料量控制器、以及上位机。所述系统包括修正系数获取模块、下料速度控制模块、石英锭高度检定模块、以及石英锭下段截面尺寸检定模块。本发明在不增加沉积装置、不提高原料损失、减少加工工序的前提下，得到尺寸均匀的石英锭。

技术领域

本发明属于石英材料制备领域，更具体地，涉及一种石英锭的制备方法、装置及系统。

背景技术

光纤预制棒使用的石英材料对其外观均匀性、气泡含量、以及杂质含量等都有较为苛刻的要求，目前以高纯石英砂为原材料制备出来的石英材料，其外观均匀性需要通过后续多道工序加工才能满足要求。

气炼法是目前以天然石英砂为原材料制备石英胚体材料的主要手段，这种方法是将石英砂在氢氧焰下熔融形成直径较大的石英锭，得到的石英锭在不同高度上的横截面尺寸偏差较大，无法满足直接拉伸的要求。为解决上述问题，需要将制成的石英锭放入石墨坩埚内熔融牵引拉伸形成直径较细的石英棒，但是在牵引拉伸过程中，石英材料处于相对熔融流动状态，石英棒外观尺寸均匀性仍不容易控制，而且在拉伸过程中石英材料的表面很容易引入各种杂质和气泡，需通过机械加工或者腐蚀来去除外观尺寸不均匀的部分以及表面杂质和缺陷含量较高的部分，若需要更细的石英材料，则再通过拉伸装置拉伸至所需尺寸的石英材料，在整个加工过程中，会在熔融牵引拉伸和机加工等过程中，浪费大量的材料，特别是熔融牵引拉伸过程中，会在坩埚中残留大量的材料。

目前气炼法制备的石英锭的尺寸越来越大，专利CN105314825A中提到可制备直径700mm以上的石英锭，可以在一定程度上减少石英材料在熔融牵引拉伸和其他加工过程中的损耗，但得料率不超过80％。

专利CN105036520A中提到了一种基础杆结构的沉积炉，可减少沉积面的温度梯度，有利于产品的尺寸均匀，但仍需后续的熔融牵引拉伸加工；

因此需要减少石英材料的加工工序，提高石英锭的尺寸均匀性，并且降低杂质的引入，提升得料率，进一步的降低整个制备过程的成本。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种石英锭的制备方法、装置及系统，其目的在于通过物料控制对重力进行补偿，利用现有的石英锭制备装置，制备尺寸均匀的石英锭，且得料率高，由此解决石英锭制备方法制备的石英锭尺寸不均匀或者得料率低的技术问题。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种石英锭的制备方法，采用石英颗粒熔融沉积石英锭并按照以下步骤控制下料速率：

当在沉积的石英锭高度低于截面尺寸变化临界高度时，按照其高度越小下料速度越小的原则对自重引起的石英锭截面尺寸偏差引起的形变进行补偿，控制下料速率；

当在沉积的石英锭高度高于截面尺寸变化临界高度时，按照截面尺寸变化临界高度的补偿量控制下料速率。

优选地，所述石英锭的制备方法，其当在沉积的石英锭高度低于截面尺寸变化临界高度时，所述下料速率满足以下关系：

V₁＝[1+k(r,h)]V₂r²ρ

其中：V₁为下料速率，即单位时间内原料投放量；V₂为采用石英颗粒熔融沉积的旋转平台下降速率；r为目标石英锭半径；ρ为石英材料密度；k(r,h)为修正系数，其与在沉积的石英锭高度h单调正相关，其与在沉积的石英锭半径单调正相关。