專(zhuān)利名稱(chēng)：管形脆性材料內(nèi)表面拋光方法和由該方法得到的材料的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及管形脆性材料內(nèi)表面的拋光方法和由該拋光方法所獲得的管形脆性材料，特別是，它涉及用于生產(chǎn)有優(yōu)良表面精度光纖的石英玻璃管內(nèi)表面的拋光方法和有很高的內(nèi)表面精度的石英玻璃管。
背景技術(shù)：
已經(jīng)使用管形脆性材料，特別是高純度石英玻璃管作為生產(chǎn)光纖的內(nèi)部蒸汽沉降法(MCVD法)的反應(yīng)管，或者已經(jīng)使用該管作為由下述任一種方法先預(yù)制生產(chǎn)的套管改良的化學(xué)蒸汽沉降法(MCVD法)、軸向蒸汽沉降法(VAD法)、和外部蒸汽沉降法(OVD法)。當(dāng)用作先預(yù)制套管的高純度石英玻璃管的內(nèi)表面上存在不規(guī)則或裂縫時(shí)，在先預(yù)制和石英玻璃管互相熔融成一整體時(shí)就會(huì)產(chǎn)生空氣泡，而這樣產(chǎn)生的氣泡會(huì)造成在光纖拉伸時(shí)光纖斷裂、光纖接觸不良和類(lèi)似等問(wèn)題。由于這些原因，必需使石英玻璃管內(nèi)表面的表面精度很高。在JP-A No.2000-119034號(hào)專(zhuān)利中建議，在高純度石英玻璃坯料的內(nèi)圓周表面上由金剛石磨砂石進(jìn)行機(jī)械研磨處理，接著由氧化鈰制成的磨砂石在其內(nèi)表面上進(jìn)行機(jī)械拋光處理。
但是，在上述專(zhuān)利文獻(xiàn)中描述的方法會(huì)發(fā)生這種情況，在拋光時(shí)由氧化鈰制成的磨砂石的邊緣部分會(huì)脫落大的碎屑，這樣產(chǎn)生的碎屑卡在磨砂石和要拋光表面之間會(huì)造成要拋光物件內(nèi)表面上的劃痕。為了防止產(chǎn)生這樣的劃痕，已經(jīng)開(kāi)發(fā)了一種方法，在該方法中將氧化鈰制成的研磨顆粒首先分散到研磨液體中，然后用刷子或類(lèi)似物對(duì)要研磨的表面進(jìn)行研磨。但是，在這種情況下，拋光的時(shí)間非常長(zhǎng)因而該方法的生產(chǎn)能力很低。還有，已經(jīng)開(kāi)發(fā)出另一種方法，在該方法中使用在其上面粘著由氧化鈰制成的磨料顆粒的一種片材料(下面也稱(chēng)為“氧化鈰紙”)。但是，氧化鈰紙的初始拋光能力很低，即在初步拋光步驟的研磨中磨去不規(guī)則部分的能力很低，因而它不僅需要在這樣的初步拋光步驟中使內(nèi)表面的粗糙度更小，而且它還需要經(jīng)常更換新的氧化鈰紙，這是由于磨損很大；因此造成成本很高的問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的是提供一種拋光方法，它能進(jìn)行高表面精度的拋光而不會(huì)在管形脆性材料的內(nèi)表面上產(chǎn)生劃痕。
還有，本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種拋光方法，它能減小拋光時(shí)間。
另外，本發(fā)明還有另一個(gè)目的是提供有很高內(nèi)表面精度的管形脆性材料。
在這些情況下，本發(fā)明者已經(jīng)進(jìn)行了深入的研究，結(jié)果，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)當(dāng)已經(jīng)使用搪磨機(jī)進(jìn)行過(guò)初步研磨處理的管形脆性材料的內(nèi)表面用粘連金剛石微粒的片材料(下面也稱(chēng)為“金剛石紙”或“金剛石片材料”)進(jìn)行拋光時(shí)。通過(guò)使用“金剛石紙”進(jìn)行最后拋光所獲得的內(nèi)表面粗糙度與使用氧化鈰進(jìn)行拋光所獲得的粗糙度相同或甚至更好，還有，拋光時(shí)間可以大大地縮短，因而實(shí)現(xiàn)本發(fā)明。
因此，實(shí)現(xiàn)上述各項(xiàng)目的本發(fā)明涉及拋光有優(yōu)良表面精度的管形脆性材料內(nèi)表面的一種方法，它的特征在于脆性材料的內(nèi)表面已經(jīng)用配備拋光頭的搪磨機(jī)進(jìn)行過(guò)初步研磨成管形，隨后用金剛石片材料進(jìn)行拋光。還有本發(fā)明涉及有高的內(nèi)表面精度的管形脆性材料。
這里所用的術(shù)語(yǔ)“脆性材料”打算包括這樣的一種材料，當(dāng)該材料在外力作用時(shí)能產(chǎn)生破裂有小的破碎毛刺，而這樣脆性材料的特定例子包括玻璃，和陶瓷。為了用脆性材料形成管形體，在搪磨機(jī)上裝上金剛石磨砂石和開(kāi)始研磨操作。當(dāng)研磨操作進(jìn)行時(shí)，從磨砂石上脫落的金剛石微粒和被研磨物體上脫落的顆粒在研磨時(shí)會(huì)粘接到磨砂石的表面造成阻塞。當(dāng)阻塞產(chǎn)生時(shí)，不僅研磨的能力降低，而且在磨砂石和要研磨物體之間的阻力也會(huì)變化從而產(chǎn)生振動(dòng)。在極端的情況下，會(huì)產(chǎn)生很大的應(yīng)力有時(shí)使磨砂石斷裂。當(dāng)使用有較小微粒尺寸的磨砂石進(jìn)行拋光-精加工時(shí)這個(gè)特點(diǎn)是值得令人注意的。另一方面，代替上述金剛石磨砂石使用粘連金剛石磨料微粒的片材料時(shí)，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，即使在產(chǎn)生阻塞時(shí)，由于片材料本身具有彈性，因而不會(huì)產(chǎn)生振動(dòng)，還有，片材料也不會(huì)產(chǎn)生斷裂，因而可以連續(xù)地進(jìn)行拋光處理。還發(fā)現(xiàn)，在上述這樣阻塞的狀態(tài)下連續(xù)進(jìn)行拋光時(shí)，拋光進(jìn)行得比給定的磨料微粒規(guī)格所期望的更加有利。這被認(rèn)為，當(dāng)脆性材料被連續(xù)拋光而同時(shí)金剛石片材料又被阻塞時(shí)，片材料的整個(gè)表面被在拋光時(shí)要拋光物體上脫落的顆粒覆蓋，因?yàn)樵擃w粒是由要拋光物體上相同的材料組成，因而在它們之間產(chǎn)生所謂的磨口狀態(tài)(ground-in)，接著，拋光顆粒本身在尺寸上逐漸被研磨得更小，從而能獲得有利的拋光。當(dāng)以上述的這樣方式使用金剛石片材料，由于可以獲得有高表面精度的管形脆性材料，所以?huà)伖獾臅r(shí)間可以顯著地降低而不需要將金剛石磨料微粒改變成更小的規(guī)格。
“金剛石片材料”的底層材料可以是紙、織物或塑料膜。附連著金剛石的表面可以是平的、波紋形的或者它可以有疙瘩。
雖然通常是使用裝備拋光頭的搪磨機(jī)對(duì)管形脆性材料進(jìn)行拋光，但是很難將拋光頭擴(kuò)大使得拋光頭壓在脆性材料的整個(gè)內(nèi)表面上，在內(nèi)表面上拋光頭是部分?jǐn)U大的。因此，將磨砂石附連到這樣擴(kuò)大的部分。當(dāng)用附連這種拋光頭的搪磨機(jī)對(duì)管形脆性材料進(jìn)行拋光時(shí)，與要研磨表面接觸的磨砂石的邊緣部分有時(shí)會(huì)產(chǎn)生大的碎片。這樣產(chǎn)生的碎片被卡在磨砂石的邊緣部分和要研磨的表面之間，在要研磨的表面上留下很深的劃痕。因此，優(yōu)選地是將整個(gè)拋光頭用金剛石片材料覆蓋，即使在擴(kuò)大部分存在邊緣時(shí)，由于金剛石片材料是連續(xù)地裝設(shè)，所以不會(huì)發(fā)生碎片的入侵，因而在脆性材料的內(nèi)表面上不會(huì)產(chǎn)生劃痕。
上述所用的金剛石片材料的金剛石的微粒直徑優(yōu)選地是在#500到#10000的范圍之內(nèi)(符號(hào)#代表附連在片材料的微粒的篩目尺寸)。
在按照本發(fā)明方法的優(yōu)選實(shí)施例中，使用鉤和圈緊固件將有金剛石磨料附連在上面的片材料固定到拋光頭。鉤和圈緊固件有利于更換用過(guò)的金剛石涂復(fù)的片。
已經(jīng)發(fā)現(xiàn)如果將金剛石磨料附連在有疙瘩或波紋形的片材料表面上有各種優(yōu)點(diǎn)。這樣的表面允許流體流動(dòng)，使用流體作為輔助的拋光劑用于輸送和除去磨下的玻璃顆粒。
特別通過(guò)參考下述的各實(shí)施例將進(jìn)一步解釋本發(fā)明，但這并不意味著對(duì)這些實(shí)施例進(jìn)行限制。
按照日本工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)(JIS)B0601設(shè)立的定義在每10mm長(zhǎng)的距離上測(cè)量最大粗糙度Rmax和中心線(xiàn)平均粗糙度Ra，使用接觸型簡(jiǎn)化表面粗糙度計(jì)來(lái)進(jìn)行測(cè)量(型號(hào)Surfcom 300B；由Tokyo SeimitsuCo.，Ltd.公司制造)。


圖1是示意畫(huà)的圖，表示按照本發(fā)明的拋光方法，圖2是示意畫(huà)的圖，表示在4個(gè)方向有擴(kuò)大部分的拋光頭，圖3是示意畫(huà)的圖，表示圍繞整個(gè)擴(kuò)展部分纏繞金剛石片材料的拋光頭。
具體實(shí)施例方式
實(shí)例1汽化四氯化硅，然后將這樣汽化的四氯化硅在酸性的氫火焰中進(jìn)行火焰水解，接著使石英玻璃的細(xì)微顆粒沉降在轉(zhuǎn)動(dòng)基片的周?chē)鷧^(qū)域。按照OVD法獲得大尺寸的多孔灰體。將這樣制備的多孔灰體放入電爐中，同時(shí)考慮到玻璃芯棒的折射率和類(lèi)似條件，由He和Cl2混合氣體加熱到1100℃脫水，接著在He的大氣中通過(guò)加熱到1600℃使其轉(zhuǎn)變成透明的玻璃以便產(chǎn)生出圓柱形的石英玻璃坯料。切割這樣生產(chǎn)的圓柱形石英玻璃坯料的兩端，然后用垂直的搪磨機(jī)研磨它的內(nèi)部，搪磨機(jī)有如在圖2中所示的圓柱形拋光頭，該頭有擴(kuò)大部分3(機(jī)器搪磨)，擴(kuò)大部分圍繞表層的表面均勻分配并沿著它的整個(gè)長(zhǎng)度伸展。擴(kuò)大部分3的尺寸是25cm長(zhǎng)和5mm寬，用#800樹(shù)脂粘接的金剛石磨砂石裝設(shè)它們，以便制備有內(nèi)徑50mm和長(zhǎng)2m的石英玻璃管。包括擴(kuò)大部分3的整個(gè)拋光頭用金剛石紙4圍繞包裹和用鉤和圈緊固件固定在其上面，如在圖3中所示。金剛石紙4的基底材料是織物有波紋形狀的表面，在表面上附連金剛石微粒。根據(jù)用于包裹的金剛石紙4的金剛石微粒直徑為基準(zhǔn)，首先使用#1200，其次#2000和最后#3000，先后更換紙三次。將拋光頭插入到石英玻璃管中和沿著石英玻璃管的整個(gè)長(zhǎng)度往復(fù)運(yùn)動(dòng)80次，同時(shí)拋光頭以100rpm(轉(zhuǎn)/分鐘)的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動(dòng)和以3m/min(米/分鐘)的速度移動(dòng)，如在圖1中所示。這樣獲得的石英玻璃管的內(nèi)表面的最大粗糙度Rmax和中心線(xiàn)平均粗糙度Ra分別是0.08μm和0.007μm。
拋光處理所花費(fèi)的時(shí)間包括更換金剛石紙的時(shí)間是略小于6小時(shí)。當(dāng)用#6000微粒尺寸的金剛石紙?jiān)谑⒉ＡЧ軆?nèi)表面上再往復(fù)運(yùn)動(dòng)80次后，石英玻璃管內(nèi)表面的最大粗糙度Rmax和中心線(xiàn)平均粗糙度Ra分別變?yōu)?.06μm和0.005μm。
實(shí)例2用在實(shí)例1中相同的方法進(jìn)行拋光—精加工，除了將金剛石紙4僅附連在4個(gè)圍繞拋光頭4均勻分布的擴(kuò)大部分3上(機(jī)器搪磨)。獲得的石英玻璃管的內(nèi)表面的最大粗糙度Rmax和中心線(xiàn)平均粗糙度Ra近似與實(shí)例1的數(shù)據(jù)相同；但是觀(guān)察到一條螺旋形的劃痕，它可能是由磨砂石或石英玻璃的碎屑造成的，碎屑卡在內(nèi)表面上產(chǎn)生劃痕。因此，該結(jié)果僅對(duì)質(zhì)量要求較低的情況是可以接受的，和這不是實(shí)現(xiàn)按照本發(fā)明的方法的最好模式。
比較實(shí)例1通過(guò)研磨與實(shí)例1相同尺寸的石英玻璃坯料已經(jīng)獲得內(nèi)徑50mm和長(zhǎng)2m的石英玻璃管，為了拋光該石英玻璃管的內(nèi)表面，將附連尼龍刷的搪磨機(jī)頭部放入到石英玻璃管內(nèi)，接著將由氧化鈰制成的磨料顆粒與純水混合得到的拋光液體從管的上部注入到管內(nèi)，沿著石英玻璃管的整個(gè)長(zhǎng)度使上述的刷子連續(xù)往復(fù)運(yùn)動(dòng)240次(三次往復(fù)運(yùn)動(dòng)80次)，同時(shí)刷子以500rpm的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動(dòng)和以3m/min的速度移動(dòng)。得到的石英玻璃管的內(nèi)表面的最大粗糙度Rmax和中心線(xiàn)平均粗糙度Ra分別為0.5μm和0.2μm。為了使這樣得到的石英玻璃管的內(nèi)表面精度與實(shí)例1的石英玻璃管的內(nèi)表面精度相同，進(jìn)行960次的往復(fù)運(yùn)動(dòng)需要花費(fèi)略少于22小時(shí)的時(shí)間。
比較實(shí)例2重復(fù)與實(shí)例1中相同的步驟，除了用氧化鈰紙代替金剛石紙和一個(gè)拋光周期是沿著石英玻璃管的整個(gè)長(zhǎng)度拋光頭往復(fù)運(yùn)動(dòng)80次同時(shí)拋光頭以100rpm的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動(dòng)和以3m/min的速度移動(dòng)，重復(fù)三個(gè)周期每次更換紙。得到的石英玻璃管的內(nèi)表面的最大粗糙度Rmax和中心線(xiàn)平均粗糙度分別為0.35μm和0.15μm。為了用這個(gè)拋光方法得到與實(shí)例1相同的內(nèi)表面，需要重復(fù)80次往復(fù)運(yùn)動(dòng)一個(gè)周期7次同時(shí)每個(gè)周期更換紙。拋光處理花費(fèi)的時(shí)間包括更換紙所花費(fèi)的時(shí)間約為13小時(shí)。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)按照本發(fā)明的拋光方法，在相對(duì)較短的時(shí)間內(nèi)可以生產(chǎn)有高表面精度，它的內(nèi)表面的最大粗糙度Rmax和中心線(xiàn)平均粗糙度Ra分別為0.1μm或更小和0.01μm或更小的石英玻璃管，因此，然后應(yīng)用這樣生產(chǎn)的石英玻璃管作為MCVD法的先預(yù)制的套管或反應(yīng)管，可以很容易地生產(chǎn)高質(zhì)量的光纖。
符號(hào)的解釋1石英玻璃管2拋光頭3伸出部分4金剛石紙5軸6推桿
權(quán)利要求
1.一種用于在高表面精度下拋光管形脆性材料內(nèi)表面的方法，其特征在于內(nèi)表面先用裝備拋光頭(2)的搪磨機(jī)進(jìn)行初步的研磨處理，接著用有金剛石磨料附連在其上面的片材料(4)進(jìn)行拋光。
2.如權(quán)利要求1所述的拋光方法，其特征在于圍繞搪磨機(jī)的拋光頭(2)包裹有金剛石磨料附連在其上面的片材料(4)。
3.如權(quán)利要求2所述的拋光方法，其特征在于使用鉤和圈緊固件將有金剛石磨料附連在其上面的片材料(4)固定在拋光頭(2)。
4.如前述權(quán)利要求中一個(gè)所述的拋光方法，其特征在于金剛石磨料的微粒直徑是在#500到#10000的范圍內(nèi)。
5.如前述權(quán)利要求中一個(gè)所述的拋光方法，其特征在于將金剛石磨料附連在帶突出或波紋形的片材料(4)的表面上。
6.應(yīng)用如權(quán)利要求1或2所述的拋光方法得到的有高的內(nèi)表面精度的管形脆性材料，它有最大粗糙度Rmax為0.1μm或更小和中心線(xiàn)平均粗糙度Ra為0.01μm或更小的內(nèi)表面精度。
7.如權(quán)利要求6所述的一種管形脆性材料，其特征在于該管形脆性材料是用于生產(chǎn)光纖的一種石英玻璃管。
全文摘要
本發(fā)明的目的是提供一種拋光方法，用于在相對(duì)較短的時(shí)間內(nèi)生產(chǎn)管形脆性材料，該材料有其最大粗糙度Rmax為0.1μm或更小和中心線(xiàn)平均粗糙度Ra為0.01μm或更小的高表面精度的內(nèi)表面，和用所述拋光方法提供有高精度的管形脆性材料。按照本發(fā)明的拋光方法其特征在于使用搪磨機(jī)將管形材料的內(nèi)表面預(yù)切割成管形，并進(jìn)一步用有金剛石磨料附連在其上面的片材料進(jìn)行拋光。同樣要求權(quán)利的是應(yīng)用所述拋光方法獲得的管形脆性材料。
文檔編號(hào)B24B33/00GK1750906SQ200480004121
公開(kāi)日2006年3月22日 申請(qǐng)日期2004年2月11日 優(yōu)先權(quán)日2003年2月12日
發(fā)明者T·楚穆拉亞, M·蘇祖基 申請(qǐng)人:赫羅伊斯·坦尼沃有限責(zé)任公司, 信越石英株式會(huì)社