[发明专利]掺杂氟的二氧化硅粉末的生产方法

说明书

本发明涉及一种掺杂氟的二氧化硅粉末的生产方法，这种掺杂的二氧化硅用于制造光纤的初步加工的成品。

发明背景

掺杂是一种在材料中加入原子或分子的操作，其目的是改善材料的性质。例如，在光纤领域里，为了改善二氧化硅的折射指数，向其中加入掺杂剂。如果人们希望增加二氧化硅的折射指数，这时掺杂剂可以是锗，相反地，如果人们希望降低该指数，则掺杂剂可以是氟。

使用的二氧化硅可以是天然的二氧化硅或合成的二氧化硅。但是，合成的二氧化硅往往用于光纤领域。合成二氧化硅是一种采用化学合成方法得到的二氧化硅，例如在热的存在下，通过氧化二氧化硅前体气体，像四氯化硅SiCl₄所得到的二氧化硅。这个反应可得到高纯度的、非常细粒度的，即0.1-100纳米尺寸，因此非常大的比表面的粉末。这样一种二氧化硅粉末称之为“白炭黑”。

例如，采用VAD法(汽相轴向沉积)或OVD法(外汽相沉积)，该汽相法白炭黑可用于生产一种初步加工的成品。

另外，JP62252335文件描述了一种初步加工成品的生产方法，其中在氟氧化硅存在下水解硅化合物，这样导致含氟的汽相法白炭黑的沉积，该白炭黑然后进行玻璃化。

这些方法是光纤领域的技术人员所熟知的，这里不再作详细描述。

根据在EP0578553文件中描述的方法也可以转化汽相法白炭黑。得到的二氧化硅晶粒这时可以沉积和玻璃化，以增加采用MCVD法(改进的化学汽相沉积)生产初步加工成品的直径。

为了生产这些二氧化硅晶粒，采用溶胶-凝胶法使白炭黑微粒聚集，形成颗粒然后通过加热使这些颗粒密实，加热能够消除在组成颗粒的这些不同微粒之间存在的孔隙度，以便得到的晶粒是密实的。这些晶粒的尺寸一般大于1微米(μm)。用术语“二氧化硅颗粒”表示在生产密实二氧化硅晶粒的中间阶段的多孔的二氧化硅微粒。

可能的是在含有所希望掺杂剂的前体气体的气氛下进行密实化操作。于是，为了氟化二氧化硅颗粒，可在含有例如六氟化硫SF₆或四氟化硅SiF₄含氟气体的气氛下进行密实化。二氧化硅颗粒放到坩埚中，该坩埚置于炉中，以便将其温度升到能够进行密实化的温度，而往该炉供应所希望掺杂剂的前体气体。通过掺杂剂分子在二氧化硅颗粒中的扩散和反应发生掺杂，这样导致生成SiO_2-xF_2x类型的复杂分子。该方法是在高温，即约1400℃下进行的。

在FR2749005中描述了一种可选择的设备，该设备能够在含氟气体的存在下使移动颗粒密实。

这些方法都存在许多缺陷。

它们的第一个缺陷在于含氟气体的侵蚀性。事实上，在高温下使用的含氟气体的高腐蚀性可造成炉子的严重腐蚀，这样大大增加了维护成本。另一个缺陷是这些气体的处理和它们的毒性所带来的处理或回收问题。最后，这些气体的成本不能忽略不计，特别是SiF₄。

它们的第二个缺陷在于如此进行掺杂的不均匀性，即主要是在粉末置于坩埚内的情况下，与含氟反应物在待处理粉末内扩散相关的不均匀性。

本发明的目的和简述

本发明的目的在于提出一种掺杂氟的二氧化硅密实晶粒粉末的生产方法，  该方法能够显著降低设备的腐蚀，而且没有上述那些缺陷。

因此，本发明提供一种掺杂氟的二氧化硅粉末的生产方法，该粉末用于制造光纤的初步加工成品，其特征在于：

-将固体的氟化合物与比表面大于30米²/克的二氧化硅颗粒混合；

-热分解所述固体的氟化合物；和

-对得到的掺杂二氧化硅颗粒进行密实化，以得到掺杂二氧化硅晶粒。

二氧化硅颗粒与所需要量的固体的氟化合物混合，再加入适当的容器中。根据一种实施方式，二氧化硅颗粒和固体氟化合物的混合物含有1-30％，特别地2-12％固体的氟化合物。

优选地，使用在处理温度下耐氟材料坩埚，如石英坩埚。

该方法使用的炉子可以是石英的水平旋转炉，它的附带好处是能够连续操作。也可以使用有石英反应器的固定炉。该炉可以水平或垂直放置，但优选地是垂直放置。这样放置的优点是使粉末与气氛之间的交换表面降至最低，因此SiF₄蒸发也降至最少。在所有这些情况下，炉保持在惰性气体，例如氦气吹扫之下。