本發(fā)明涉及先進(jìn)陶瓷的制備，具體為一種單向?qū)Я餍透呒兪⑦B熔爐。

背景技術(shù)：

1、高純石英因其獨(dú)特的分子鏈結(jié)構(gòu)、晶格形狀和晶格變化規(guī)律，使其具有極好的化學(xué)穩(wěn)定性、極低的體膨脹系數(shù)、極高的耐溫性、高絕緣耐壓能力、低而穩(wěn)定的超聲延遲性能、高于普通玻璃的機(jī)械性能、透紫外光譜性能以及透可見光及近紅外光譜性能，在半導(dǎo)體、光伏、光纖、電光源等領(lǐng)域占有舉足輕重的地位。

2、目前，高純石英制備主要是通過電加熱方式將坩堝內(nèi)的粉末狀石英原料進(jìn)行熔化，隨后經(jīng)快速冷卻形成石英玻璃。在熔化過程中石英晶體的結(jié)構(gòu)歷經(jīng)從β-石英到α-石英，再到α-方石英(同時(shí)伴隨有非晶相的產(chǎn)生)的轉(zhuǎn)變，直至加熱到約1723℃時(shí)開始形成石英熔體。

3、在現(xiàn)有的技術(shù)方案中，普通的連熔爐無溫度控制程序，部分高純石英生產(chǎn)廠家基于人工調(diào)節(jié)的方式進(jìn)行爐腔溫度控制，以肉眼觀察物料狀態(tài)，調(diào)整生產(chǎn)工藝，造成產(chǎn)品穩(wěn)定性差、良品率低。并且，部分連熔爐爐體無保溫結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，通常采用單一氧化鋯保溫結(jié)構(gòu)，保溫效果較差、爐溫?fù)p失嚴(yán)重。除此之外，采用直列進(jìn)氣的惰性保護(hù)方式，無法對(duì)加熱體全部位置進(jìn)行保護(hù)，加熱體邊緣存在氧化現(xiàn)象，無法達(dá)成設(shè)備的長(zhǎng)效服役，具有極高的維護(hù)成本。

4、為了解決石英連熔爐存在的能源利用率低、腔體溫度控制穩(wěn)定性差、爐體保溫結(jié)構(gòu)差、加熱體邊緣位置氧化等技術(shù)難題，本發(fā)明公開一種單向?qū)Я餍透呒兪⑦B熔爐。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明公開的一種單向?qū)Я餍透呒兪⑦B熔爐，采用熱流導(dǎo)向的方式，結(jié)合熱電偶測(cè)溫、歐陸表控溫，實(shí)現(xiàn)熱流的定向輻射，提高了能源的利用率，降低生產(chǎn)成本。

2、為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：一種單向?qū)Я餍透呒兪⑦B熔爐，高純石英連熔爐包括氧化鋯底座、鎢坩堝、氧化鋁結(jié)構(gòu)件、氧化鋯蓋板，氧化鋯底座的上部裝配鋼板保溫層，氧化鋯底座內(nèi)插入t型氮化硼陶瓷絕緣套管，鎢坩堝的在氧化鋯底座上部放置鉬底座，鎢坩堝裝配在鉬底座上，鋼板保溫層的內(nèi)壁與鎢坩堝的外壁之間由外向內(nèi)依次設(shè)置為硅酸鋁棉保溫層、氧化鋁保溫層、氧化鎂粉末保溫層、氧化鋯保溫層，且氧化鎂粉末保溫層的底部由氧化鋁保溫層包圍裝配，氧化鋯保溫層與鎢坩堝的外壁之間填充有氮化硼粉末層，氮化硼粉末層的內(nèi)部沿鎢坩堝軸向方向分布有鎢加熱棒，鎢加熱棒在鎢坩堝的外壁周向限位安裝，鎢坩堝與氧化鋯保溫層之間的頂部設(shè)置為氧化鋯蓋板，以通過氧化鋯蓋板封閉安裝鎢坩堝與氧化鋯保溫層之間的連接，氧化鋯蓋板的外壁裝配為氧化鋁蓋板，氧化鋁蓋板與鋼板保溫層之間設(shè)置為硅酸鋁棉砧，硅酸鋁棉砧上部通過鋼蓋板封裝，鋼蓋板與鋼板保溫層頂部裝配封裝，氧化鋯蓋板與氧化鋁蓋板之間的頂部設(shè)置為氧化鋁結(jié)構(gòu)件，氧化鋁結(jié)構(gòu)件與鎢坩堝同軸設(shè)置，氧化鋁結(jié)構(gòu)件上設(shè)置有氮?dú)夤堋犭娕?，氧化鋯底座的出料口端安裝有氧化鋯塞與鋼板擋板。

3、優(yōu)選的，氧化鋁結(jié)構(gòu)件的外壁裝配有氧化鋁鋼板保溫層。

4、優(yōu)選的，鎢加熱棒為結(jié)構(gòu)為分體式、均勻分布在鎢坩堝的外壁周向，且鎢加熱棒為非均一性加熱部件。

5、優(yōu)選的，鎢加熱棒的結(jié)構(gòu)設(shè)置為上粗下細(xì)，且外徑尺寸呈梯度減小分布。

6、優(yōu)選的，鎢加熱棒的結(jié)構(gòu)分布為上、中、下三段，且三部分的頂端外徑尺寸比例為0.4:0.3:0.3，其中，鎢加熱棒中段為：其頂端外徑尺寸至底端外徑尺寸無直徑差分布，上段與下段均為從頂端至底端的外徑尺寸均勻遞減分布，以形成鎢加熱棒呈梯度熱流，使鎢坩堝內(nèi)的石英物料快速軟化。

7、優(yōu)選的，熱電偶為鎢錸熱電偶，高純石英連熔爐的高度中段處設(shè)置有兩個(gè)熱電偶，熱電偶用于對(duì)爐體內(nèi)溫度進(jìn)行測(cè)量、控溫，且熱電偶距離鎢加熱棒的尺寸為10mm～50mm。

8、優(yōu)選的，熱電偶裝配有歐陸表，鎢加熱棒裝配電極、由外部供電。

9、優(yōu)選的，氮?dú)夤苤性趹?yīng)用過程中使用的進(jìn)氣為氮中氫氣體。

10、優(yōu)選的，氧化鋯保溫層使用的材料為氧化釔穩(wěn)定的立方相氧化鋯陶瓷。

11、優(yōu)選的，氧化鋯底座的外圍裝配有鋼板艙室。

12、綜上，本發(fā)明提供一種單向?qū)Я餍透呒兪⑦B熔爐，與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)：

13、①節(jié)能，所用的單向?qū)Я魇郊訜峤Y(jié)構(gòu)，使得熱場(chǎng)具備溫度梯度，使得被堆積的物料能夠更好的完成熔融過程，減少了熱量的損失；

14、②本發(fā)明對(duì)物料無污染，本發(fā)明使用的鎢為加熱體，且加熱體與物料不發(fā)生接觸，較傳統(tǒng)介入式的加熱方式，本發(fā)明對(duì)材料無污染，顯著提升了原料的利用率；

15、③本發(fā)明引入歐陸表對(duì)設(shè)備對(duì)加熱溫度進(jìn)行控制，溫度波動(dòng)范圍為±0.3℃，較原有人工調(diào)節(jié)的溫度控制方式或plc型電加熱系統(tǒng)，本發(fā)明設(shè)備的均勻性更好、產(chǎn)品穩(wěn)定性高，解決了高純石英相同物料批次穩(wěn)定性差的問題；

16、④本發(fā)明保護(hù)氣氛是自上而下的形式進(jìn)行填充，填充均勻性好、氣體損失小，能夠完整的對(duì)加熱體進(jìn)行有效保護(hù)，提升了設(shè)備的使用壽命。

技術(shù)特征：

1.一種單向?qū)Я餍透呒兪⑦B熔爐，其特征在于，高純石英連熔爐包括氧化鋯底座(16)、鎢坩堝(12)、氧化鋁結(jié)構(gòu)件(1)、氧化鋯蓋板，氧化鋯底座(16)的上部裝配鋼板保溫層(6)，氧化鋯底座(16)內(nèi)插入t型氮化硼陶瓷絕緣套管(20)，鎢坩堝(12)的在氧化鋯底座(16)上部放置鉬底座(22)，鎢坩堝(12)裝配在鉬底座(22)上，鋼板保溫層(6)的內(nèi)壁與鎢坩堝(12)的外壁之間由外向內(nèi)依次設(shè)置為硅酸鋁棉保溫層(7)、氧化鋁保溫層(9)、氧化鎂粉末保溫層(8)、氧化鋯保溫層(11)，且氧化鎂粉末保溫層(8)的底部由氧化鋁保溫層(9)包圍裝配，氧化鋯保溫層(11)與鎢坩堝(12)的外壁之間填充有氮化硼粉末層(13)，氮化硼粉末層(13)的內(nèi)部沿鎢坩堝(12)軸向方向分布有鎢加熱棒(24)，鎢加熱棒(24)在鎢坩堝(12)的外壁周向限位安裝，鎢坩堝(12)與氧化鋯保溫層(11)之間的頂部設(shè)置為氧化鋯蓋板(2)，以通過氧化鋯蓋板(2)封閉安裝鎢坩堝(12)與氧化鋯保溫層(11)之間的連接，氧化鋯蓋板(2)的外壁裝配為氧化鋁蓋板(3)，氧化鋁蓋板(3)與鋼板保溫層(6)之間設(shè)置為硅酸鋁棉砧(4)，硅酸鋁棉砧(4)上部通過鋼蓋板(5)封裝，鋼蓋板(5)與鋼板保溫層(6)頂部裝配封裝，氧化鋯蓋板(2)與氧化鋁蓋板(3)之間的頂部設(shè)置為氧化鋁結(jié)構(gòu)件(1)，氧化鋁結(jié)構(gòu)件(1)與鎢坩堝(12)同軸設(shè)置，氧化鋁結(jié)構(gòu)件(1)上設(shè)置有氮?dú)夤?18)、熱電偶(15)，氧化鋯底座(16)的出料口端安裝有氧化鋯塞(14)與鋼板擋板(32)。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種單向?qū)Я餍透呒兪⑦B熔爐，其特征在于，氧化鋁結(jié)構(gòu)件(1)的外壁裝配有氧化鋁鋼板保溫層(26)。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種單向?qū)Я餍透呒兪⑦B熔爐，其特征在于，鎢加熱棒(24)為結(jié)構(gòu)為分體式、均勻分布在鎢坩堝(12)的外壁周向，且鎢加熱棒為非均一性加熱部件。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種單向?qū)Я餍透呒兪⑦B熔爐，其特征在于，鎢加熱棒(24)的結(jié)構(gòu)設(shè)置為上粗下細(xì)，且外徑尺寸呈梯度減小分布。

5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種單向?qū)Я餍透呒兪⑦B熔爐，其特征在于，鎢加熱棒(24)的結(jié)構(gòu)分布為上、中、下三段，且三部分的頂端外徑尺寸比例為0.4:0.3:0.3，其中，鎢加熱棒(24)中段為：其頂端外徑尺寸至底端外徑尺寸無直徑差分布，上段與下段均為從頂端至底端的外徑尺寸均勻遞減分布，以形成鎢加熱棒(24)呈梯度熱流，使鎢坩堝(12)內(nèi)的石英物料快速軟化。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種單向?qū)Я餍透呒兪⑦B熔爐，其特征在于，熱電偶(15)為鎢錸熱電偶，高純石英連熔爐的高度中段處設(shè)置有兩個(gè)熱電偶(15)，熱電偶(15)用于對(duì)爐體內(nèi)溫度進(jìn)行測(cè)量、控溫，且熱電偶(15)距離鎢加熱棒(24)的尺寸為10mm～50mm。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種單向?qū)Я餍透呒兪⑦B熔爐，其特征在于，熱電偶(15)裝配有歐陸表，鎢加熱棒(24)裝配電極、由外部供電。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種單向?qū)Я餍透呒兪⑦B熔爐，其特征在于，氮?dú)夤?18)中在應(yīng)用過程中使用的進(jìn)氣為氮中氫氣體。

9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種單向?qū)Я餍透呒兪⑦B熔爐，其特征在于，氧化鋯保溫層(11)使用的材料為氧化釔穩(wěn)定的立方相氧化鋯陶瓷。

10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種單向?qū)Я餍透呒兪⑦B熔爐，其特征在于，氧化鋯底座(16)的外圍裝配有鋼板艙室(17)。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種單向?qū)Я餍透呒兪⑦B熔爐，高純石英連熔爐包括氧化鋯底座、鎢坩堝、氧化鋁結(jié)構(gòu)件、氧化鋯蓋板，氧化鋯底座的上部裝配鋼板保溫層，氧化鋯底座內(nèi)插入T型氮化硼陶瓷絕緣套管，鎢坩堝的在氧化鋯底座上部放置鉬底座，鎢坩堝裝配在鉬底座上，鋼板保溫層的內(nèi)壁與鎢坩堝的外壁之間由外向內(nèi)依次設(shè)置為硅酸鋁棉保溫層、氧化鋁保溫層、氧化鎂粉末保溫層、氧化鋯保溫層，采用熱流導(dǎo)向的方式，結(jié)合熱電偶測(cè)溫、歐陸表控溫，實(shí)現(xiàn)熱流的定向輻射，提高了能源的利用率，降低生產(chǎn)成本；本發(fā)明保護(hù)氣氛是自上而下的形式進(jìn)行填充，填充均勻性好、氣體損失小，能夠完整的對(duì)加熱體進(jìn)行有效保護(hù)，提升了設(shè)備的使用壽命。

技術(shù)研發(fā)人員：張樂,邵岑,邱凡,王彤,李明洲,陳士衛(wèi),李貴明,陳浩
受保護(hù)的技術(shù)使用者：江蘇錫沂高新材料產(chǎn)業(yè)技術(shù)研究院有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/5/8