连熔法,全称为连续熔化直接拉制工艺,是现代制备高纯度、高性能透明石英玻璃管/棒的主流和核心方法。它彻底革新了传统间歇式(如电熔二步法、气炼法)的生产模式,实现了从原料到成品的连续化、自动化生产。

核心原理

核心特点
整个连熔工艺在一个立式的连熔炉系统中完成,主要流程如下:
原料准备与加料
原料:使用高纯度天然水晶粉或合成石英砂(四氯化硅为原料制得),纯度通常在99.99%(4N)以上,甚至可达6N-7N。对于半导体级产品,必须使用合成石英砂。
处理:原料需经过严格清洗、烘干、筛分,确保颗粒均匀、无污染。
加料系统:原料存储于顶部的密闭料仓,通过振动给料器或螺杆,均匀、连续、可控地送入熔炉上部的熔化室。

高温连续熔化
加热方式:通常采用中频感应加热或电阻加热。感应加热的发热体是导电的“埚”(早期用石墨,现多用难熔金属如钨、钼或其合金制成),通过电磁感应使其发热,间接熔化内部的石英料。电阻加热则直接通过加热元件产生高温。
熔化过程:原料在下落过程中,在炉体上部约1800℃开始软化,在中央高温区(2000-2200℃)完全熔化成均匀、无气泡的玻璃液,并向下流动。

澄清与均化
成型与拉制
退火与后处理
切割与检测:完全冷却后的连续石英管,根据订单长度,由自动切割机进行切割。
清洗与包装:切割后的石英管经过超声清洗、干燥,在洁净环境下进行尺寸、外观、光学性能(如透过率、条纹、气泡等)和羟基含量的检测,合格后包装入库。
高纯石英原料→ 加料系统 → 连熔炉(熔化、澄清、均化) → 成型模具 →熔融石英流 →牵引拉制→ 冷却定型 → 在线退火炉 → 自动切割 → 清洗检测 → 成品
气氛保护:整个熔化和成型过程必须在惰性气体(氩气、氮气)正压保护下进行,防止加热元件(钨/钼)和石英玻璃在高温下氧化,也防止外界空气污染。
温度与压力控制:温度场和炉内压力的稳定性直接关系到熔化质量、气泡含量和产品尺寸精度。
模具设计与材质:模具需耐高温、不变形,其加工精度是控制产品几何尺寸的核心。
原料纯度:这是决定最终产品纯度等级的根本。
连熔法生产的石英管/棒因其高纯度、优异的透光性和热学性能,广泛应用于:
半导体工业:扩散炉管、氧化炉管、承载器(石英舟)。
光通信产业:光纤预制棒支撑管(把管)、套管。
电光源行业:高强度气体放电灯(金卤灯、汞灯)的外壳。
高端实验室仪器:光学元件、视窗、管式反应器。
总地来说,连熔法代表了现代石英玻璃大规模、高质量生产的先进方向,特别是在对纯度和一致性要求极高的半导体和光通信领域,它已成为不可替代的支柱工艺。
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