专利名称：石英溶液的超声波扩散装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于以溶胶一凝胶法制造石英玻璃的工艺过程中的超声波扩散石英溶胶的装置。
对于制造高速、低损数据传输介质的光纤来说，已知一种诸如双坩埚工艺的直接由液体材料拉成光纤的方法及一种由杆状预成型坯料拉成光纤的方法。
对于由预成型坯料拉成光纤的方法，有分别采用不同预成型坯料成型工艺的各种方法。例如，已知一种诸如改进的化学蒸汽相沉淀(NCVD)工艺的方法。按此方法，通过使蒸气相材料沉淀在基体管内或外表面而形成一种预成型坯料。还已知一种方法，通过模压一根芯杆和一根外套管，将它们组合起来形成预成型坯料。由石英玻璃制成的基体管和外套管则主要用一种溶胶-凝胶法形成管状的结构。
图1为表示用溶胶-凝胶法制造石英玻璃管的普通方法的流程方块图。如图1所示，制造一根石英玻璃管采用了混合工艺10，扩散工艺20，模压工艺30，脱模工艺40，干燥工艺50和烧结工艺60等工序。该方法的一个实例公开于题为“用聚合物添加剂借助溶胶-凝胶工艺制造透明石英产品”的美国专利NO.5，240，488。
在混合和扩散工序10和20中，初始材料与加有诸如扩散剂之类的添加剂的去离子水相混合以便使它均匀地扩散于去离子水中而形成均匀的溶胶。该初始材料可由烷氧基硅或烟化石英组成。尤其是，适于使初始材料均匀扩散到去离子水中的扩散工序20是一项决定最终石英玻璃产品均匀度的重要工艺。
在模压工序30中，将在混合和扩散工序10和20中形成的溶胶注入具有适当形状的模具中，以使其胶化。溶胶中加有粘合剂和胶凝剂以有助于形成颗粒-颗粒粘结物。用于模压例如基体管或外套管的石英玻璃管的模具具有一种包括一个圆柱部和一个置于圆柱部中的中心杆部的结构。
在脱模工序40中，将在模压工序30中模压成具有管状的凝胶从模具中取出。此工序可在水槽中进行以防凝胶管损坏。
在干燥工序50中，利用带恒温和恒温度室的干燥装置干燥从模具中取出的凝胶管，然后在低温下进行热处理以便除去或分解存在于凝胶管中的剩余的分子水和任何有机物质。然后，在氯气中加热凝胶管以除去金属杂质和氢化物。
在烧结工序60中，烧结由干燥工序50制成的成形物而使它呈玻璃状，结果，得到理想的石英玻璃产品。此工序是通过在烧结炉中在氦气中加热干燥和除杂质后的凝胶至1350℃至1400℃而进行的。
扩散程序用专门的超声波扩散装置进行。这一扩散工艺的实例公开于美国专利No.4，343，717。普通的超声波扩散装置分为直接型和简接型两种，直接型又分为直接静态型和直接动态型两种。
图2为表示上述直接静态型普通超声波扩散装置结构的透视图。由图2中序号100所指的这种超声波扩散装置包括一个上部敞开的水槽110和一个带探头122的杆式超声波振动器120。在使用这种普通超声波扩散装置的扩散工艺中，超声波振动器的探头122与装在水槽110中的溶胶102直接接触。超声波振动器120左右或前后运动，而使水槽110中的溶胶102以超声波方式扩散。
图3为表示直接动态型普通超声波扩散装置结构的透视图。由图3中序号200所指的超声波扩散装置包括一个具有溶胶入口和出口的扩散室210，以及一个带有位于扩散室210中的探头222的超声波振动器220。在用这种超声波扩散装置进行扩散的工艺中，在超声波振动器220工作状态下，溶胶通过溶胶入口送入扩散室210。溶胶通过扩散室210中的探头222产生的超声波进行扩散。扩散后，所生成的溶胶通过溶胶出口自扩散室210向外排出。
鉴于以上超声波装置100和200的结构，由于扩散是通过溶胶和探头之间的直接接触而进行的，故缩短了扩散所需的时间，且提高了扩散效率。然后，溶胶和探头之间直接接触会导致探头的腐蚀，从而产生杂质。因为产生的杂质加入溶胶，溶胶的纯度便会降低，因此也降低了所形成的石英玻璃的质量。
图4为表示简接型普通超声波扩散装置结构的透视图。由图4中序号300所指的这种扩散装置包括一个装有水302的水槽310，一个配置在水槽310底部的超声波振动器330，和一个浮在水槽310中并装有溶胶312的容器320。由超声波振动器330产生的超声波被传播到水槽310的水302和容器320内的溶胶312中，从而使溶胶312通过由水302传播的超声波而扩散。
鉴于简接型普通超声波扩散装置300的结构，因为扩散是经水简接地进行的，故无杂质加入溶胶。然而，扩散所需的时间延长了。此外，扩散度将随容器中溶胶液位而变化。
本发明的目的是解决先有技术所存在的问题，以及提供一种能缩短扩散工序所需时间及防止进入杂质的超声波扩散石英溶胶的装置。
本发明的另一个目的是提供一种能使石英溶胶均匀扩散的超声波扩散石英涂胶的装置。
为达到以上目的，本发明提供一套扩散石英溶胶的装置，它包括一套填装主要由高速剪切混料器扩散的溶胶的溶胶加料部；一个盛装被超声波扩散过的溶胶的溶胶容器；一个盛装液相超声波介质的介质槽；一个在该槽内产生超声波的超声波振动器；以及一根提供连接溶胶加料部和溶胶容器的溶胶输送管路的溶胶管，溶胶管有一部分被埋入被盛装在介质槽中的超声波介质之下。
通过参考附图详细地说明优先实施例将使本发明的以上目的和优点更加明显，其中图1为表示用溶液-凝胶工艺制造石英玻璃的通道方法的流程方块图；图2为表示直接静态型普通超声波扩散装置结构的透视图；图3为表示直接动态型普通超声波扩散装置结构的透视图；图4为表示简接型普通超声波扩散装置结构的透视图；和图5为表示本发明优先实施例的超声波扩散装置结构的视图。
现参考相应的附图将详细说明本发明的优先实施例。在本发明的下列说明中，将省略掉一些已知的可能使本发明的主题更不清楚的有关功能和结构的详细说明。
图5为表示本发明优先实施例的超声波扩散装置结构的视图。如图5所示，本发明优先实施例的超声波扩散装置400包括一套溶胶加料部410，一台泵430，一根溶胶管440，一个介质槽450，一个超声波振动器460，和一个溶胶容器470。
采用溶胶加料部410填装尚未扩散的溶胶412。尚未扩散的溶胶412是一种初始材料与去离子水的混合物。该溶胶加料部410包括一个上盖，用以防止外部杂质进入溶胶加料部410内。这在该溶胶加料部410的底部设有一个溶胶出口。
溶胶管440是溶胶被超声波扩散的区域。该溶胶管440使溶剂加料部410和溶胶容器470相互连接，并在其一端提供一输入端420，以从溶胶加料部410输入溶胶，而在另一端提供一输出端442，以将扩散后的溶胶排入溶胶容器470中。溶胶管440除输入和输出端420和442以外均要埋于槽450所盛装的超声波介质452之下。该溶胶管440由不与该溶胶起化学反应的聚合物或玻璃材料制成。
在图示的情况，埋于超声波介质452下的那部分溶胶管440具有沿高度或宽度方向弯成Z字形的形状。由于溶胶管的这种Z字形弯曲结构，增加了溶胶的扩散区域，并在扩散期间，溶胶上下或左右运动。因此，在溶胶管440中运动的溶胶可连续地和均匀地被扩散。
泵430提供将溶胶自溶胶加料部410输送到溶胶容器470所需的力。泵430位于溶胶管440的入口端420附近。可不使用泵430将溶胶自溶胶加料部410输送到溶胶容器470。当然，此时，溶胶加料部410应置于比容器470更高的高度上，以便使溶胶可在其重量作用下自溶胶加料部410移动到溶剂容器470。
介质槽450贮存适用于将由超声波振动器460产生的超声波传播到溶胶的超声波介质452。介质槽450的尺寸由生产的溶胶数量和生产率而定。可采用水作为超声波介质452。也可采用具有良好的传播超声波特性的其它超声波介质。
当给超声波振动器460施加电压时，即产生超声波。由超声波振动器460产生的超声波经超声波介质452传播到在溶胶管440中运动的溶胶，从而使溶胶中的粒子均匀地扩散，超声波也可用以减小溶胶的粘度。另一方面，也可将超声波振动器460置于介质槽450的底部或内壁。
超声波是20，000赫芝以上的听不到的频带的声波，而用于工业扩散工艺的超声波的频率范围一般为20，000赫芝至40，000赫芝。超声波在通过介质时使溶胶粒子产生机械振动。
溶胶容器470用作存贮经超声波扩散的溶胶472。该溶胶容器470可包括一个防止杂质进入溶胶容器470内的上盖。
现对利用具有上述结构的本发明的超声波扩散装置进行超声波扩散石英溶胶的工序加以说明。
尚未扩散的盛装在溶胶加料部410内的溶胶412经泵430输送到溶胶管440内。溶胶412通过埋于介质槽450内的超声波介质452下的溶胶管440的Z字形部分。当溶胶412通过溶胶管440的Z字形部分时，由超声波振动器460产生的超声波使其均匀地扩散。然后，扩散的溶胶通过溶胶管440的输出端442排入溶胶容器470。
由以上说明可见，本发明的超声波扩散装置，溶胶的扩散是在溶胶管内进行的，故不可能使杂质进入扩散工艺中的溶胶。按本发明，溶胶的扩散是以连续的方式进行的，所以可减小扩散所需的时间。此外，还可实现均匀的溶胶扩散。
虽然就目前认为是最实用和优先的实施例对本发明已作了说明，但应理解，可对它作为其它修改而不脱离本发明的范围。因此，本发明不应被限制于所公开的实施例，而应受所附权利要求及其等同物的范围的限定。
权利要求
1．一种用于扩散石英溶胶的装置，包括一个填装主要由高速剪切混料器扩散的溶胶的溶胶加料部；一个盛装超音波扩散溶胶的溶胶容器；一个盛装液相超声波介质的介质槽；一个在该槽内产生超声波的超声波振动器；和一根提供连接溶胶加料部与溶胶容器的溶胶输送管路的溶胶管，该溶胶管具有一部分被埋于被盛装在介质槽中的超声波介质之下。
2．按权利要求1所述的装置，其特征在于，该溶胶加料部位于比溶胶容器更高的高度上。
3．按权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括一台位于溶胶加料部与溶胶容器之间并用于将溶胶自溶胶加料部强制输至该溶胶容器的泵。
4．按权利要求1所述的装置，其特征在于，埋于超声波介质之下的那部分溶胶管具有沿介质箱高度方向弯成Z字形的形状。
5．按权利要求1所述的该装置，其特征在于，埋于超声波介质之下的那部分溶胶管具有沿介质箱宽度方向弯成Z字形的形状。
6．按权利要求1所述的该装置，其特征在于，该溶胶管由不与该溶胶起化学反应的聚合物材料制成。
7．按权利要求1所述的该装置，其特征在于，该溶胶管由不与该溶胶起化学反应的玻璃材料制成。
8．按权利要求1所述的该装置，其特征在于，该超声波介质是水。
全文摘要
本发明公开的是一种用于以溶胶－凝胶方法制造石英玻璃的工艺过程中的用超声波方法扩散石英溶胶的装置。该装置包括一套填装主要由高速剪切混料器扩散的溶胶的溶胶加料部,一个盛装超声波扩散溶胶的溶胶容器,一个盛装液相超声波介质的介质箱,一个在箱中产生超声波的超声波振动器,以及一根提供连接溶胶加料部与溶胶容器相互的溶胶输送管路的溶胶管,该溶胶管有一部分被埋于被盛装在介质箱中的超声波介质之下,埋于超声波介质之下的那部分熔胶管具有弯成Z字形的形状。
文档编号B01J19/10GK1286227SQ00126038
公开日2001年3月7日 申请日期2000年8月25日 优先权日1999年8月31日
发明者吴廷贤, 朴根德, 金东俊, 白永玟 申请人:三星电子株式会社