一种用于沉积石英疏松体的支撑组件的制作方法

本发明属于石英器件制造技术领域，特别涉及一种用于沉积石英疏松体的支撑组件。

背景技术：

合成石英玻璃中空圆筒通常被用来作为光纤预制棒或光学、化工工业中大量石英器件的中间产品。其生产主要包括沉积过程和烧结过程。沉积过程一般采用ovd或vad方法，将含硅原材料火焰水解或热解生成二氧化硅颗粒；所生成的二氧化硅颗粒沉积在绕纵轴旋转的圆柱体支撑物上，逐层生长为多孔的二氧化硅坯体，称为疏松体；在烧结之前将支撑物移除得到空心筒状的疏松体；烧结过程是将空心疏松体置于加热炉中，在氯气氛围下将其玻璃化，从而得到低羟基的透明石英圆筒。此制造过程的难点主要在于沉积后将支撑物移出。

目前已知的方法中，一般是在氧化铝表面涂覆碳层作为支撑物，或在石英玻璃或碳化硅表面涂覆bn粉末作为支撑物，或直接使用石墨作为支撑物。由于已知方法中沉积过程采用卧式，在所需疏松体内孔较小而外径尺寸和重量较大的情况下，移除支撑物的过程对支撑物的断裂强度提出了更高的要求。而且，石英筒的应用领域又对其纯度有较高的要求。以上提到的支撑物材料中，氧化铝、石英、石墨均不具备卧式沉积过程生产大外径小内孔疏松体时所要求的高断裂强度；而涂层或石墨支撑物虽然有助于支撑物的移除，但是却容易对疏松体内孔壁造成污染，且表面涂层往往需要对支撑物进行复杂的表面处理；碳化硅具有较高的断裂强度，但为了保证不污染疏松体的内孔壁，需要对其进行表面处理；专利cn102596829b中介绍了一种以碳化硅作为支撑物材料的方法，此方法所使用的支撑物为硅渗透的碳化硅(sisic)，其在沉积之前对支撑物在氧化氛围中以1200℃的温度进行处理，以在表面得到一层sio2来避免对疏松体的污染。但是此方法对支撑物的前处理过程复杂，且随着生产的次数增加，支撑物逐渐消耗，使生产成本增大。

另外在已知方法中，沉积后的疏松体在烧结过程中往往需要复杂的装置或在空心疏松体端部锚定一个部件来保证其能够保持垂直的状态在烧结炉中玻璃化。专利cn102036923b提供了一种复杂的保持装置，在烧结前将其组装在疏松体上以保证垂直烧结。专利cn1745043a中介绍了一种烧结方法，在去除支撑物的疏松体上端拧入一个保持螺母来保证后期的悬挂烧结。在专利us8266927b2中介绍了一种在空心疏松体内孔中使用锥形滑动体压紧一个夹紧体的保持装置。以上方法均是在移出支撑物后将保持装置部件嵌入疏松体，或是将复杂结构的保持装置与疏松体组装到一起，这样不仅操作过程繁杂，而且会对疏松体造成直接的伤害或不可见的裂纹，导致疏松体在后续烧结过程中开裂。

技术实现要素：

为解决上述技术问题，本发明的目的在于提供一种用于沉积石英疏松体的支撑组件；该支撑组件不会对空心石英疏松体的内壁造成污染，也可避免空心石英疏松体的开裂，并且无需使用复杂装置就可保证石英疏松体的垂直烧结。

为实现上述技术目的，达到上述技术效果，本发明通过以下技术方案实现：

一种用于沉积石英疏松体的支撑组件，其包括把持杆和支撑杆；该支撑杆为用于沉积石英疏松体的锥形石英杆；且该支撑杆包括支撑上杆和支撑下杆，该支撑下杆为上细下粗的圆锥形结构；支撑上杆设置于支撑下杆的上端上，且该支撑上杆为圆柱形结构；所述把持杆的中部具有圆柱孔道；支撑杆的支撑上杆插入于把持杆的圆柱孔道中；把持杆的中部为圆柱体结构，把持杆的下部具有一个位于把持杆下端上的内凹圆弧部和相接于内凹圆弧部上端的外凸圆弧部；内凹圆弧部和外凸圆弧部相对于把持杆中心位置的直径均大于把持杆的中部的直径；该支撑组件在垂直方向上绕其纵轴旋转，以用于沉积二氧化硅粉体，形成石英疏松体。

进一步的，该支撑杆的支撑下杆的最上端的直径设为r1，支撑下杆的最下端的直径设为r2，支撑下杆的长度为l，则该支撑下杆的锥度为(r2-r1):l；该支撑下杆的锥度控制为1:800～1:500。

更进一步的：所述支撑下杆的锥度为1:600。

进一步的，所述支撑上杆的上端和把持杆的上部上均设有销孔，销钉穿过支撑上杆上的销孔和把持杆上的销孔，将支撑杆和把持杆进行连接。

进一步的，支撑上杆的直径小于支撑下杆的最上端的直径。

进一步的，支撑下杆的上端与把持杆的下端之间通过所述内凹圆弧部过渡相接，且把持杆的最下端的直径等于支撑下杆最上端的直径。

更进一步的，把持杆的上端还具有一直径大于把持杆的中部的直径的把持部。

进一步的，把持杆的圆柱孔道为上端封闭下端开放的结构。

本发明的有益效果：

本发明的支撑组件中的支撑杆为锥形石英杆，其在沉积过程中为垂直状态，并配合上细下粗的锥形结构，可以使沉积的石英疏松体的重量均匀分布于整根支撑杆上，从而大大降低了大尺寸产品对支撑杆强度的要求；而且，支撑杆的锥形结构比较利于支撑物的移出，且其锥度设计为1:800～1:500，这种锥度不仅有利于支撑物抽出，而且可以控制抽出支撑物的力度，从而可避免石英疏松体开裂；本发明的支撑杆采用石英杆，可重复利用，制造成本低，且易加工，不需要对其表面进行复杂的预处理，不会对石英筒内壁造成污染；

支撑组件中的把持杆便于在沉积结束后使石英疏松体可以保持垂直状态转移至烧结炉中进行玻璃化烧结；其中，把持杆具有直径相对于圆柱结构的中部的直径较大的两个圆弧部，其中的内凹圆弧部用于实现把持杆和支撑杆连接处的平缓过渡，从而可以避免石英疏松体在沉积初期于把持杆和支撑杆连接位置处开裂；其中的外凸圆弧部对石英疏松体进行良好把持，可以保证在支撑杆移出后空心的石英疏松体仍能安全稳定的保持其垂直状态，以进行后续的转移和垂直状态的玻璃化烧结，无需额外的复杂装置和操作来保持石英疏松体的垂直烧结。

附图说明

图1为本发明实施例1提供的一种用于沉积石英疏松体的支撑组件用于沉积石英疏松体时的示意图。

图2为图1中的支撑杆的结构示意图。

图3为图1中的把持杆的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合具体实施例对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

如图1至图3所示，该支撑组件包括把持杆2和支撑杆1；该支撑杆1为用于沉积石英疏松体的锥形石英杆；且该支撑杆1包括支撑上杆11和支撑下杆12，该支撑下杆12为上细下粗的圆锥形结构；支撑上杆11设置于支撑下杆12的上端上，且该支撑上杆11为圆柱形结构；把持杆2的中部具有上端封闭下端开放的圆柱孔道25；支撑杆1的支撑上杆11插入于把持杆2的圆柱孔道25中；把持杆2的中部23为圆柱体结构，把持杆2的下部具有一个位于把持杆下端上的内凹圆弧部21和相接于内凹圆弧部上端的外凸圆弧部22；内凹圆弧21部和外凸圆弧部22相对于把持杆中心位置的直径均大于把持杆2的中部23的直径。

在该实施例1中，支撑杆1的支撑下杆12的最上端的直径r1＝40mm，支撑下杆12的最下端的直径r2＝45mm，支撑下杆12的长度l＝3000mm，则该支撑下杆12的锥度为(r2-r1):l＝1:600。

其中，支撑上杆11的直径小于支撑下杆12的最上端的直径；在该实施例1中，支撑上杆11的长度为395mm；把持杆2的圆柱孔道25的孔径为25mm，圆柱孔道25的深度为400mm，把持杆2的总长为430mm；把持杆2的圆柱孔道25的内壁与支撑上杆11的外壁之间的间隙小于0.05mm，可以保证沉积过程中把持杆2和支撑杆1之间不产生晃动。

支撑下杆12的上端与把持杆2的下端之间通过所述的内凹圆弧部21过渡相接，且把持杆2的最下端的直径等于支撑下杆12最上端的直径，形成良好对接；而且，在该实施例中，把持杆2的最下端的直径实际也等于把持杆的中部的圆柱结构的直径。

在该实施例1中，把持杆2的内凹圆弧部21是采用直径为50mm的圆弧形成；把持杆2的外凸圆弧部22是采用直径为20mm的圆弧形成。

此外，把持杆2的上端还具有一直径大于把持杆的中部的直径的把持部24，以便于在烧结结束后通过该把持部24对石英疏松体4进行转移。

再有，支撑上杆11的上端和把持杆2的上部上均设有销孔，销孔直径为10mm，销钉3(陶瓷销钉)穿过支撑上杆上的销孔和把持杆上的销孔，将支撑杆1和把持杆2进行连接。

沉积时，利用销钉3将该支撑组件垂直固定于沉积车床上；多个喷灯5按照200mm的等距间隔排列固定于喷灯支架6上，并保证喷灯中轴与支撑杆纵轴处于同一垂直面上；喷灯支架6上具有水平方向的滑轨，随着石英疏松体直径的增大，喷灯5逐渐移动，以保持与石英疏松体之间的距离；支撑组件中的支撑杆1和把持杆2绕纵轴旋转，同时上下往复运动，含硅原料火焰热解生成的二氧化硅颗粒通过喷灯喷到支撑杆1上并逐层生长得到石英疏松体4；沉积前期，支撑杆表面的石英疏松体密度为0.22g/cm³。沉积初期，支撑杆表面的5-10mm半径处的石英疏松体的密度控制在0.2g/cm³-0.25g/cm³，这样可以保证沉积初期石英疏松体不开裂，后续过程也可控制石英疏松体密度以一定的斜率增大，保证石英疏松体具有一定的强度，便于支撑杆移出操作和转移烧结。

沉积结束后，将石英疏松体4移出沉积车床，拔出销钉3，移出支撑杆1，得到由把持件2保持的空心石英疏松体。将该空心石英疏松体通过把持件2保持其垂直状态转移至烧结炉中；在烧结炉中，将把持件2悬挂于烧结炉中的夹具上，在氯气氛围中，于1400℃-1500℃高温下对石英疏松体4进行脱水和玻璃化处理，得到平均内径为38mm，外径为153mm的空心石英筒。

实施例2

与实施例1不同的是，其中的支撑杆的支撑下杆的最上端直径为45mm，最下端直径为50mm；利用该实施例2的支撑组件进行沉积石英疏松体的过程中，沉积前期，支撑杆表面的石英疏松体的密度为0.24g/cm³；沉积以及烧结过程结束后，得到平均内径为40mm，外径为153mm的空心石英筒。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

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