[发明专利]用于制备合成石英玻璃的方法

说明书

本发明涉及一种用于制备合成石英玻璃的方法，其中将非晶态石英玻璃粉颗粒供入反应区，该石英玻璃粉颗粒在该反应区中经加热并沉积在载体上。

背景技术

已知许多用于制备高纯合成石英玻璃的方法，这些方法中，由含硅起始物质以CVD-方法通过水解和/或氧化产生SiO₂颗粒，并将该颗粒沉积于载体上。这些方法可区分为外淀积法和内淀积法。外淀积法中是将SiO₂颗粒施加到旋转载体的外侧。作为实例可提及所谓的OVD-法(外侧气相沉积法)、VAD-法(气相轴向沉积法)或PECVD-法(等离子体增强化学气相沉积法)。内淀积法的最熟知的实例是MCVD-法(改良型化学气相沉积法)，该方法中是在外加热的管子的内壁淀积SiO₂颗粒。

在火焰水解中，例如将蒸气形式的SiCl₄与氧和氢一起供入燃烧器火焰中，在其中经水解和氧化形成SiO₂颗粒。将该SiO₂颗粒淀积在沉积面上形成多孔的所谓的“烟灰体”，在另一分开的方法步骤中通过烟灰体的玻璃化得到石英玻璃构件，或该SiO₂颗粒在淀积于沉积面上时直接经玻璃化制成石英玻璃构件(该方法也称为“直接玻璃化法”)。

在通过火焰水解的CVD-淀积以及等离子体-辅助CVD-淀积中，从所用原料收率和能量看主要是改进效率的问题。

为改进在按MCVD-法制备掺杂的石英玻璃时的淀积速率，在DE 3327 484 A1中建议，将反应气体混合物与粒度为约1μm的石英玻璃粉颗粒形式的冷凝核一起供入产生石英玻璃-基材管的淀积区内。将例如在火焰水解时作为合成的SiO₂的“烟灰尘”形成的石英玻璃粉颗粒混入载气或反应气中。

该冷凝核导致非均匀的核形成，并由此产生更高的反应气体产率。用于熔化冷凝核所需的热功率必须从基材管的外部通过基材管壁导入反应区，这会导致基材管的变形。

为改进在外淀积法中的淀积速率，DE 34 34 598 A1建议一种方法，在该方法中首先借助于通常的CVD-法制备0.01-0.05μm的热解二氧化硅颗粒，该二氧化硅颗粒容纳于分散溶液中，接着将该分散溶液供给到燃烧器火焰中。在该燃烧器火焰中，该二氧化硅颗粒经软化并同时在燃烧器火焰的压力下喷溅到载体上，以形成多孔SiO₂成型体。同时该分散溶液经蒸发。如此所得的多孔SiO₂成型体再经玻璃化成石英玻璃构件。

在EP 1 604 957 A1的该方法的改进中，首先产生的最大直径为0.2μm的热解二氧化硅颗粒借助于载气供入燃烧器火焰中，并作为多孔SiO₂成型体淀积在围绕其纵轴旋转的载体上。热解二氧化硅颗粒往往形成阻止均匀致密化的附聚物。

该两种方法的共同点是，在多孔成型体的干燥和玻璃化时产生相对高的收缩，其可导致裂纹和剥落。这也是烟灰法的固有问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于制备合成石英玻璃的外淀积方法，该方法的特征是高淀积效率，并可避免已知方法的上述缺点。

基于前述类的外淀积法，根据本发明，本发明的目的是通过如下方式实现的：将粒度至少为3μm的非晶态石英玻璃粉颗粒与含硅起始物质一起供入反应区，该含硅起始物质在反应区中转变成SiO₂颗粒，并且该SiO₂颗粒以与石英玻璃粉颗粒共淀积的方式沉积在载体上形成含SiO₂的层，层中石英玻璃粉颗粒占SiO₂的重量份额为30％-95％。

该反应区例如是CVD-淀积燃烧器的燃烧器火焰，其中通过含硅的起始物质的火焰水解和氧化形成SiO₂颗粒，或是等离子燃烧器的等离子体区，其中该含硅起始物质直接转变为SiO₂颗粒。在该反应区中，该含硅起始物质总是还经受氧化并形成SiO₂颗粒。

此外，将事先在单独过程中产生的石英玻璃粉颗粒供入反应区中，并在其中经加热和软化。由此本发明方法的核心特征是，使事先在单独方法步骤中产生的石英玻璃粉颗粒与原位产生的CVD-淀积过程的或等离子体淀积过程的SiO₂颗粒一起进行共淀积。