Трубка из молочно-белого кварцевого стекла с высокой термостойкостью, изготовление по индивидуальным размерам

Производственный процесс и рабочий поток для кварцевых стеклянных труб

Кварцевые трубы в основном изготавливаются из плавленого кварца (аморфного диоксида кремния). Наиболее передний и распространённый промышленный метод производства непрерывных кварцевых труб — это процесс непрерывного плавления и вытягивания.

Весь рабочий процесс можно разделить на два основных этапа:

Этап 1: Непрерывное плавление и вытягивание труб (основной процесс)

Это ключевой этап, на котором сырьё преобразуется в непрерывную кварцевую трубу.

• Подготовка сырья

• Материалы: Высокочистый природный кварцевый песок или синтетические кварцевые гранулы (полученные методом пламенного сплавления). Степень чистоты выбирается в зависимости от конечного применения (например, оптическое, полупроводниковое).
• Обработка: Сырьё проходит тщательную очистку, кислотное выщелачивание и сушку для удаления металлических ионов, пыли и влаги.

• Непрерывная подача и плавление

• Очищённый кварцевый материал непрерывно подаётся в специальную вертикальную печь непрерывного плавления.
• Камера печи обычно изготавливается из огнеупорных металлов (например, молибдена) или графита и находится под защитной атмосферой (например, гелия, азота) для предотвращения окисления и загрязнения.
• Высокие температуры (приблизительно 2000 °C) создаются с помощью графитовых или вольфрамовых электродов, плавящих шихту в верхней части печи для образования однородного расплава кварца без пузырьков.

• Формование и протяжка труб

• Расплавленный кварц стекает вниз ко дну печи и проходит через прецизионную формующую матрицу или оправку.
• Эта матрица определяет конечный внешний диаметр и толщину стенки трубки. Обычно это концентрическая высокотемпературная графитовая форма.
• Точное управление температурой расплава, вязкостью, скоростью протяжки и внутренним давлением газа позволяет «протягивать» размягчённое кварцевое стекло вверх или вниз, формируя непрерывную трубку с постоянными размерами.

• Отжигание

• Недавно сформированная кварцевая трубка содержит значительные внутренние термические напряжения из-за неравномерного охлаждения, что делает её крайне хрупкой.
• Труба сразу после формования проходит через печь отжига непрерывного действия (лир). Эта печь обеспечивает медленное и точно контролируемое охлаждение, позволяя трубе постепенно охладиться в критическом диапазоне температур (например, от 1100 °C до 800 °C).
• Назначение: окончательное снятие внутренних напряжений, что стабилизирует механические свойства кварцевой трубы и предотвращает её растрескивание при последующей обработке или использовании.

• Резка и предварительный контроль

• Непрерывная труба нарезается на стандартные длины.
• Проводится предварительный осмотр на наличие видимых дефектов, таких как пузырьки, включения, царапины, а также проверяются размерные допуски (внешний диаметр и толщина стенки).

Этап 2: Вторичная обработка (адаптация под конкретное применение)

Полуфабрикатные трубы подвергаются различным финишным операциям в соответствии с техническими требованиями заказчика.

• Резка и торцевание

• Резка: кварцевые стеклянные трубки нарезаются на индивидуальные длины с использованием специализированных инструментов для резки кварца (например, алмазных пил или лазерных установок), чтобы обеспечить чистые, ровные края без сколов.
• Фаска/снятие фаски: обрезанные края шлифуются до гладкой, закруглённой поверхности, чтобы предотвратить концентрацию напряжений и обеспечить безопасность оператора.

• Чистка

• Тщательная очистка проводится с использованием воды высокой степени чистоты, кислотных растворов (например, смеси HF/HNO 3. смесью) и растворителей для удаления всех загрязнений, попавших на поверхность при резке и последующей обработке.

• Термическая обработка (огневая полировка)

• Назначение: для применений, требующих высокой чистоты и гладких внутренних поверхностей (например, в полупроводниковой промышленности), концы или вся внутренняя поверхность трубки могут подвергаться огневой полировке.
• Метод: поверхность кварцевой стеклянной трубки на мгновение нагревается до температуры размягчения с помощью водородно-кислородной горелки или плазменной дуги. Поверхностное натяжение заставляет расплавленный слой стать идеально гладким и запечатанным, устраняя микротрещины, снижая шероховатость поверхности и удаляя поверхностные примеси.
• Результат: кварцевые стеклянные трубки с огневой полировкой обладают повышенной механической прочностью и большей устойчивостью к девитрификации.

• Гибка и герметизация

• Термогибка: для получения нестандартных форм участок кварцевой стеклянной трубки локально нагревается до мягкого состояния, после чего изгибается по форме или вокруг шаблона.
• Герметизация концов: концы кварцевой стеклянной трубки расплавляют и запаивают с помощью высокотемпературной горелки, создавая кварцевые ампулы, втулки или другие закрытые ёмкости.

Преимущества кварцевой стеклянной трубки

• Кварцевая стеклянная трубка обладает устойчивостью к коррозии

Помимо плавиковой кислоты, кварцевое стекло практически не реагирует с другими кислотами при химической обработке, а его кислотостойкость в 30 раз превышает кислотостойкость керамики и в 150 раз — нержавеющей стали.

• Отличные диэлектрические свойства

Удельное электрическое сопротивление кварцевой стеклянной трубки в 10 000 раз выше, чем у обычного стекла. Это отличный электроизоляционный материал, сохраняющий хорошие электрические свойства даже при высоких температурах ‌

• Высокая термостойкость

Способность кварцевых стеклянных труб сохранять свои эксплуатационные характеристики и структурную устойчивость в условиях высоких температур

Поля применения

Кварцевые стеклянные трубы в основном используются в электроламповой, электротехнической, полупроводниковой, оптоволоконной промышленности, военной сфере, металлургии, строительных материалах, химической промышленности, машиностроении, энергетике, охране окружающей среды и других отраслях.

Технические данные непрозрачной кварцевой трубки