Способ изготовления стеклянных стержней малого диаметра

 

Сущность изобретения: формуют стержни из расплава посредством формующего элемента в дне плавильного тигля. Вытягивают с созданием подсоса воздуха в зону формования у торца формующего элемента и в жаровое пространство печи. Во время процесса в нижней части тигля между торцом формующего элемента и нижней границей зоны максимальной температуры создают градиент температур, равный 2,7- 3,3°С/мм. При этом соотношение значений температуры у торца формующего элемента и в зоне максимальной температуры сохраняют в пределах 0,76-0,84. А через все пространство внутри формующего элемента расплав пропускают с одинаковой скоростью при продолжительности нахождения в этом пространстве каждой части протекающего через него расплава, равной 0,5-3 мин. 1 табл., 1 ил.i л

сОюз сОВетских

СОЦИЛЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)5 С 03 Â17/04

ГОСУДАРСТВЕ>НЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

1 (21) 4885826/33 (22) 29.11.90 (46) 23.09.92. Бюл. М 35 (71) Научно-исследовательский институт

"Домен" (72) Н.H.Ìàêñèìîâ и Л.Н.Соловьева (56) Авторское свидетельство СССР

O 1066944, кл. С 03 В 2С, 00, 1982. (54) СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ СТЕКЛЯННЫХ.СТЕРЖНЕЙ МАЛОГО ДИАМЕТРА (57) Сущность изобретения; формуют стержни из расплава посредством формующего элемента в дне плавильного тигля, Вытягивают с созданием подсоса воздуха в зону формования у торца формующего элемента

Изобретение относится к технологии вытягивания стержней из расплавленного стекла, используемых в электронной технике, в частности при соединении элементов магнитных головок для видео- и звукозаписывающих устройств и вычислительной техники.

Последние годы развития отечественной электронной техники отмечены резким ростом производства видео- и звукозаписывающих устройств и вычислительной техники. Соответственно этому очень быстро- на

200-3007 в год — увеличивается и потребность в стеклянных стержнях диаметром от Oi07 до 1,0 мм, используемых для формирования рабочих зазоров и других спаев магнитных головок. Насущной задачей технологов-стекольщиков в настоящее время оказывается выявление резервов повышения производительности имеющихся уста5U 1763395 А1 и в жаровое пространство печи. Во время процесса в нижней части тигля между торцом формующего элемента и нижней границей зоны максимальной температуры создают градиент температур, равный 2,7З,З С/мм. При этом соотношение значений температуры у торца формующего элемента и в зоне максимальной температуры сохраняют впределах 0,,76-0,84. А через все пространство внутри формующего элемента расплав пропускают с одинаковой скоростью при продолжительности нахождения в этом пространстве каждой части протекающего через него расплава, равной 0,5-3 мин, 1 табл., 1 ил. новок для изготовления стеклянных стержней. Рост производства стержней только за счет увеличения количества установок экономически нецелесообразен, Технологический процесс изготовления стеклянных стержней для спаивания элементов магнитных головок должен характеризоваться стабильностыю параметров качества получаемых стержней и высокой производительностью. Стержни не должны содержать кристаллических и газовых включений. Отклонения их диаметра от заданного не должны превышать 5, не допу-. скается овальность. При вытягивании стержней диаметром 0,6-1,0 мм должна быть обеспечена их прямолинейность (искривленные стержни не могуг бь.ть вставлены в соответствующие пазы спаиваемых элементов магнитных головок). Весьма существенным требованием к Указанному

1763395 процессу является также исключение возможности обрыва вытягиваемого стержня в зоне формования у торца формующего элемента плавильного тигля. При обрыве стержня в зоне формования необходимо затратить значительное время, чтобы восстановить процесс (для этого необходимо существенно снизить температуру расплавленного в тигле стекла, дождаться, когда медленно вытекающая из формующего элемента стекломасса вновь образует на его торце каплю — "луковицу", и последняя начнет опускаться и тянуть за собой стержень, направить его между вращающимися валками вытяжного устройства, повысить температуру и стабилизировать процесс вытягивания стержня заданного диаметра).

Известен способ изготовления стеклянных стержней, включающий формование стержней из расплава посредством формующего элемента в дне плавильного тигля и их вытягивание. Способ имеет следующие существенные недостатки: не обеспечивает отсутствия в вытягиваемых стержнях кристаллических и газовых включений, стабильности размеров поперечного сечения стержня, в частности овальности, не исключает обрыва стержня в зоне формования, характеризуется невысокой и роизводительностью — не более 4500 мм /час стержней диаметром 0,07-1,0 мм с допуском, не превышающим 5 g.

Наиболее близким к предлагаемому является способ изготовления .стеклянных стержней, который включает формование стержней из расплава посредством формующего элемента в дне плавильного тигля и их вытягивание с созданием подсоса возду;а в зону формования у торца формующего элемента и в жаровое пространство печи.

Используемый в нем подсос воздуха в зону формования позволяет уменьшить опасность обрыва вытягиваемого стержня за счет снижения температуры луковицы и свести к минимуму процессы образования кристаллических и газовых включений в стекломассе, находящейся в плавильном тигле, за счет создания тока воздуха над поверхностью расплава, способствующего благоприятному изменению состава газовой среды в жаровом пространстве печи.

Скислительная газовая среда над расплавленным стеклом препятствует восстановлению отдельных его компонентов, особенно оксидов элементов переменной валентности, и значительно снижает интенсивность селективного улетучивания компонентов ,стекла с поверхности расплава, что сводит

55 пространстве же между уровнями Б и В, т.е между нижней границей зоны максимальной температуры и торцом формующего элемента 2,создают указанный выше градиент температур. В подставке 3 вырезаны сквозные каналы 5,.соединяющие жаровое к минимуму образование кристаллов и газовых пузырьков в стекломассе.

Однако этот способ имеет существенные недостатки: при его использовайии

5 для вытягивания стержней диаметром

0,07-1,0 мм с допуском на размеры поперечного сечения не более «+5;ь от заданного диаметра имеет место недостаточно высокий выход годных — 45-60%; это обстоятель10 ство, а также сравнительно малая скорость вытягивания стержня, характерная для рассматриваемого способа, обуславливают невысокую производительность процесса, не превышающую 5000 мм /час годных

15 стержней; не исключается овальность вытягиваемого стержня и его обрыв в зоне формования; при вытягивании стержней диаметром 0.6-1,0 мм не обеспечивается их прямолинейность.

20 Целью изобретения является повышение качества стержней и производительности процесса, Поставленная цель. достигается тем, что в известном способе изготовления стеклянных стержней малого

25 диаметра путем вытягивания через формующий элемент в дне плавильного тигля и одновременного подсоса воздуха в зону формования у торца формующего элемента и в жаровое пространство печи, в нижней

30 части игля между торцом формующего элемента и нижней границей зоны максимальной температуры создают градиент температур, равный 2;7-3,3 С/мм, при соотношении значений температуры у торца

35 формующего элемента и в зоне максимальной температуры в пределах 0,76-0,84, причем через все пространство внутри формующего элемента расплав пропускают с одинаковой скоростью при продолжитель40 алости нахождения вэтом пространстве каждой части протекающего через него расплава, равной 0,5-3 мин.

На чертеже приведен эскиз установки для вытягивания стеклянных стержней, про45 дольный разрез.

Тигель 1 с формующим элементом-патрубком 2 заполняют стеклом и помещают в жаровое пространство вертикальной трубчатой печи на огнеупорную подставку 3. С

50 помощью нагревателя 4 в верхней части жарового пространства печи, ограниченной на рисунке уровнями А и Б, формируют так называемую зону максимальной температуры с практически нулевым градиентом. В

1763395 прос. ранство с атмосферой в зоне форма- тигля с определенными указанным спосования, создаваемой между уровнями В и Г бом размерами патрубка. (см. рисунок) под торцом формующего эле- Обычно создание градиента температур мента. Печь разогревают с помощью нагре- в нижней части тигля и соответствующее вателя 4 и при этом создают подсос воздуха 5 охлаждение стекломассы у торца патрубка, в зону формования и в жаровое пространст- предпринимаемое для снижения опасности во печи посредством каналов 5 за счет есте- обрыва стержня в зоне формования, приво- . ственной конвенции. Медленно дит к существенному снижению производивытекающее из патрубка расплавленное тельности процесса вытягивания стержней. стекло в виде капли, тянущей за собой стер- 10 Если же с целью сохранения уровня произжень, заправляют между вращающимися водительности процесса понижение темпевалками 6 вытяжного устройства и, регули- ратуры в зоне формования компенсируют руя температуру в печи и скорость. враще- увеличением внутреннегодиаметра патрубния валков, следовательно. и скорость ка, в большом числе случаев получаютстервытягивания стержня 7, осуществляют про- 15 жни овального и даже пластинчатого цесс. профиля, Это обусловлено нарушением опРасчет конкретных параметров предла- тимального соотношения между скоростью гаемого способа изготовления стержней, истечения стекломассы через отверстие в составляющих предмет изобретения и при- формующем элементе и накопления ее на веденных в таблице, производят следую- 20 торце этого элемента в виде постоянно свищим образом, причем в этих примерах сающей капли — "луковицы" 8(см. рисунок), произвольно выбраны стекла с различной с одной стороны, и скоростью отбора стектемпературой растекания следующих Ма- ломассы из "луковицы", с другой стороны. рок: СМГ3-108/1 (ПЯО.027.002 ТУ) СМГК- При увеличении скорости вытягивания "лу94/1 (ПЯО.027.009 ТУ), СМГ-107/1 25 ковица" исчезает,, место отбора стекломас(ПЯО,027.006ТУ) и СМГК-97/1(ПЯО.027.000 сы смещается к внутренней стенке

ТУ). С учетом свойств стекла и заданного патрубка, в результате профиль стержня диаметра стержня выбирают ориентировоч- становится сплюснутым и непригодным для ное значение скорости вытягивания и вы- спаивания элементов магнитных головок, числяют расход потока стекломассы, 30 Обычно и увеличение продолжительнопроходящей через патрубок, как произведе- сти прохождения расплавом пространства ние площади поперечного сечения стержня внутри патрубка, реализуемое увеличением на скорость его вытягивания, затем — обьем длины последнего (при этом увеличивается внутреннего пространства патрубка как сопротивление движению стекломассы в произведение оптимальной продолжитель- 35 патрубке), также приводит к снижению проности прохождения всего внутреннего про- изводительности процесса вытягивания странства патрубка каждой частью стержняикуказанномунежелательномуизрасплава на расход потока стекломассы, менениюпрофиляегопоперечногосечения. проходящей через патрубок, а также внут- Только в том случае, когда на торце патрубренний диаметр патрубка и его длину. Да- 40 ка во время вытягивания стержня постоянлее с учетом свойств стекла выбирают но висит "луковица" стекломассы, могут значение температуры у торца патрубка быть получены стержни круглого профиля. (уровень В, см. рисунок) и оптимальную ве- В ходе проведенного исследования выличину соотношения температур у торца явился неожиданный положительный эфпатрубка и взоне максимальной температу- 45 фект предлагаемого сочетания градиента ры, и, разделив первую величину на вторую,. температур в нижней части тигля и кинетинаходят значение максимальной температу- ческих характеристик течения стекломассы ры в тигле. Наконец, из соотношения значе- внутри патрубка тигля — распределения знания разности температур в этих двух зонах чений скорости течения стекломассы по его и выбранной с учетом свойств стекла вели- 50 поперечному сечению и продолжительночины градиента температур в нижней части сти прохождения каждой частью расплава тигля, определяют расстояние между тор- через этот элемент тигля, определяющих цом патрубка и нижней границей Б (см. ри- выбор формы и размеров патрубка, Предласунок) зОны максимальной температуры, гаемое сочетание параметров процесса сокоторая распространяется в печи на всю 55 эдает благоприятные условия подготовки верхнюю часть тигля, не изменяясь. расплава стекла к формованию стержня по

С помощью нагревателя 4 и подбором мере приближения к патрубку. Указанное высоты подставки 3 создают рассчитанное снижение температуры по ходу движения распределение температур в нижней части расплава способствует поглощению им мелких пузырьков, ранее не успевших поднять1763395 ся к поверхности расплава и выйти в атмосферу, сводит K мйнимуму возможность отрыва вытягиваемого стержня от "луковицы", И несмотря на это снижение темйературы, предложенное сочетание параметров процесса вытягивания позволяет неожиданно резко йовысить его производительность.

Благоприятный ход процесса вытягивания стержней нарушается, если градиент температур в нижней части тигля между торцом формующего элемента и нижней границей зоны максимальной температуры оказывается как меньше 2,7 С/мм, так и больше 3,3 С/мм, В первом случае указанный положительный эффект от сйижения температуры не проявляется, во втором— существенно снижается производительность процесса.

Соотношение значений температуры в зоне формования к торцу формующего элемента и в зоне максимальной температуры определяет выбор. оптимального расстояния между этими зонами и само значение максимальной температуры в тигле. Если это соотношение меньше 0,76, то, с одной стороны, существенно снижается производительность процесса — при уменьшении температуры у торца патрубкэ и, с другой стороны — при увеличении максимальной температуры — заметно увеличивается интенсивность селективного улетучивэния компонентов расплавленного стекла, что приводит к неблагоприятному изменению

его свойств. Увеличение этого соотношения сверх 0,84 приводит к обрыву вытягиваемого стержня.

Необходимым условием стабильности процесса вытягивания является одинаковая скорость движения расплава внутри формующего элемента в каждой части его пространства. Это предполагает одинаковое сопротйвление движению стекломассы по асей длине патрубка. Этим же создается предпосылка для обеспечения возможности сочетания стабильности процесса с резким повышением его производительности. Несоблюдение указанного условия приводит к отрыву вытягиваемого стержня от "луковицы" или к снижению производительности. . СочЕтание стабильности процесса вытягивания (исключение отрыва стержня от

"луковицы" и колебаний егодиаметра) и резкого повышения производительности этого йроцвСсй достигается при указанйой выше продолжительности нахождения в пространстве внутри формующего элемента кэя дой части протекающего через него расплава, определяющей общее оптимальное сопротивление движению стекломассы в

5 патрубке и выбор размеров последнего, Снижение этой продолжительности менее

0,5 мин приводит к отрыву вытягиваемого стержня от "луковицы" или к резким колебаниям диаметра стержня, увеличение сверх

10 3,0 мин — к существенному снижению производительности процесса.

Выход годных стержней диаметром от . 0,07 до 0,30 мм при их изготовлении предлагаемым способом составляет 90%, спо15 собом по прототипу 3-60, стержней диаметром от 0,31 до 1,0 мм, соответственно 80 и 45%.

Максимальная и роизводительность технологического процесса изготовления

20 стэржней (диаметром 0.70 мм иэ стекла

СМЁК-94/1, см. таблицу) по предлагаемому способу при выходе годных 80 составляет

732.60.0,8 = 35136 мм /ч годных стержней, сйособом по прототипу при выходе годных

25 45% — 5000.0,45 - 2250 мм /ч годных стержней. .. При вытягивании наиболее широко использующихся стержней диаметром 0,20 мм предлагаемым способом производитель 30 ность при выходе годных 90% составляет

122,4.60.0,9 = 6609.6 мм /ч годных стержней (например, из стекла СМГЗ-108/1, см, таблицу), а по прототипу при выходе годных

60% — 2500.0,6 = 1500 мм /ч.

35 Формула изобретения

Способ изготовления стеклянных стержней малого диаметра путем вытягивания через формующий элемент в дне плавильного тигля и одновременного подсоса воздуха

40 в зону формования у торца формующего элемента и в жаровое пространство печи, о т л и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения качества стержней и производительности процесса, в нижней части тигля

45 между торцом формующего элемента и нижней границей зоны максимальной температуры создают градиент температур 2,73,3 С/мм при отношении значений температуры у торца формующего элемента

50 и в зоне максимальной температуры в пределах 0,76-0,84, причем через все пространство внутри формующего элемента расплав пропускают с одинаковой скоростью при продолжительности нахождения в этом и ро55 странстве каждой части протекающего через него расплава 0,5-3 мин.

1763395

Наименование лараиетвою текчологмчаского рочасса

II аитлгиеамин стернмей

Пример совокупности параметров процесса

1 2

СН Гц-97/1

СНГК-94/1

CIIf)-108/I

2 90

0, 0 7

9000! tt4OICd CTCltllp снг)-108/I

СНГ-107/l

4,20 5ь90

0,50 1,0

)ОЬ 600

4,65

0,70

1920

Плотность стекла ° r/ñì

Диаметр витнгиеаеного стерюмл ° ин

2,90

0,20

3900

Скорость вмтлгиеаинл, ии/мим

Раслод потока стачлонассн, прокодлцаго через патрубок, мм>/ммм йродонкнтелъмость макомдемил кендой части расплава внутри патрубка при нстечании, мин

Объем внутреннего пространства патрубка, нмт

Внутренний диаметр иатрубка, им

Длина патрубка, ии температура у торца патрубка,тС йаксммальнал температура а тигле, С

Соотмоаюмне таиператув у торца натрубив и ° томе максинальмой тачперлтури

Градмеит температур ° линней части тигле канду торцом патрубка и ммэмед границей аоич максимальной температурм,ьС/мм

Расстолние некду торцом натрубив и нмнмей граммцей доим максинальмод тенператЮн, нм

122,4

471

)h,0

732

0 ° 5

367

& ° 0

13,0

620

1 ° 75

214

4,5

13 ° 5

623

765

0,70

369

0,61

36 3

6,0

12,8

762

3,0

В

IÜ

II 12

10h

),2

12,9 .

720

6,0

13 0

545

0 ° 76

0,79 0,84

0,02

0 81

2,9

Э,В

3.0

2,7

3 ° 3

43

45

t

/

У г

Составитель Н, Максимов

Техред M.Моргентал Корректор С, Лисина

Редактор Т. Шагова

Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина. 101 Заказ 3425 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям Г1ри ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Рауаская наб., 4/5