[发明专利]一种旋转式石英玻璃熔炉

说明书

本发明属于石英玻璃制备领域，并公开了一种旋转式石英玻璃熔炉。该熔炉包括炉壳、坩埚、加热器、搅拌器，炉壳呈封闭壳体状，坩埚设置在炉壳中，加热器用于加热并熔融坩埚中的石英原料，坩埚的底部设置有自旋转驱动机构，用于驱动坩埚自旋转，以此引发坩埚中熔融的石英玻璃垂直截面的对流；搅拌器上下运动使得该搅拌器进入和退出熔融的石英玻璃，另外，当搅拌器进入熔融的石英玻璃后，其上下和旋转运动用于增强熔融的石英玻璃中垂直截面的对流强度，通过搅拌器和坩埚的配合运动，带动熔融的石英玻璃中的气泡从内部运动到表面，以此实现气泡的排出。通过本发明，提供结构简单，成本低廉的熔炉，有效解决石英玻璃中的气泡问题。

技术领域

本发明属于石英玻璃制备领域，更具体地，涉及一种旋转式石英玻璃熔炉。

背景技术

石英玻璃属于特种玻璃的一种，其具有优异的光学、机械、热学和电学性能，被广泛应用于航空航天、激光、半导体、电光源、精密光学仪器等领域。石英玻璃的纯度是衡量其品质的重要指标，极其微量的杂质都会显著降低石英玻璃的光学性能和使用寿命。工业界制备高纯石英玻璃主要有两种方法，一种是采用纯净的天然石英为原料(如水晶或硅石)熔制而得；另一种是采用含硅化合物，如四氯化硅(SiCl₄)、有机硅等通过化学气相沉积(CVD)方法制得，也称为合成石英玻璃。CVD方法根据沉积温度的不同又可分为两种，一种是在高温下直接沉积得到石英玻璃，称为一步法；另一种是在较低的温度下沉积得到二氧化硅疏松体，然后将疏松体在高温熔炉中熔制得到石英玻璃，称为两步法。采用两步法可以制得低羟基或者羟基含量可控的石英玻璃，因此更为重要。

无论是采用天然原料熔制还是采用两步法合成，熔制过程都需要在高度真空的环境中进行以排出该过程中产生的气泡，得到高纯的石英玻璃。然而，随着熔制过程的进行，石英原料或者疏松体大部分熔化，抽气条件逐渐恶化，往往导致气体不能完全排除。这种情况下，在原料最后熔化的地方会聚集大量的气泡。由于熔融石英的粘度非常大(比普通玻璃熔体的粘度高出几个数量级)，其在静置时几乎没有对流产生，所以内部的气泡不能通过澄清等传统的方式进行排出。此外，石英在高温下会挥发，通过升温的方式排出气泡在实际应用中也受到很大限制。

专利CN105463565A一种石英玻璃熔化炉，公开了一种上装料、下取料的全密闭式石英玻璃熔炉，该设计能够在炉内实现石英熔体的升降和旋转过程，成型过程中洁净度高，适用于各类大尺寸的光学石英玻璃的二次成型处理。但是该熔化炉针对的是石英玻璃的二次成型处理，无法去除石英玻璃制备过程中产生的气泡；目前熔融玻璃采用的搅拌器多为螺旋形叶片。如专利CN205461991U一种玻璃熔炉用搅拌器，公开了一种由两根旋向相反的螺旋叶片组成的熔融玻璃搅拌器，其能够对熔融玻璃中的气泡起到剪切作用，有利于气泡的上升和去除；同时能够打散熔融玻璃中的结块，提高其均匀性。但是采用螺旋形或者其他复杂形状叶片的缺点在于，叶片的制造较为困难，对工艺提出了很高的要求。另外，复杂形状的叶片对流场的扰动难以预测，容易在熔融玻璃液中形成多个回流区，增加气泡的排除时间，难以实现对流场的有效控制。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种旋转式石英玻璃熔炉，通过对其关键组件坩埚和搅拌器的结构设计和位置布局，其目的在于通过坩埚和搅拌器配合运动，引发和增强坩埚中熔融的石英玻璃的垂直截面的对流，从而使得熔融的石英玻璃中的气泡从其内部运动至表面，进而排除，由此解决熔融的石英玻璃中内部存在气泡的技术问题。

为实现上述目的，按照本发明，提供了一种旋转式石英玻璃熔炉，所述熔炉包括炉壳、坩埚、加热器、搅拌器，其特征在于，

所述炉壳呈封闭壳体状，所述坩埚设置在所述炉壳中，用于存放石英玻璃，所述加热器设置在所述坩埚的上方，用于加热并熔融所述坩埚中的石英原料，所述坩埚的底部设置有自旋转驱动机构，用于驱动所述坩埚自旋转，以此引发所述坩埚中熔融的石英玻璃垂直截面的对流；