[发明专利]掺杂氮的石英玻璃制造方法及适于其实施的石英玻璃粒子

说明书

本发明涉及一种用于制造掺杂有氮的石英玻璃的方法，其中制备SiO₂粒子形式的或者由SiO₂粒子产生的多孔的半成品形式的SiO₂基本产品，在加热过程中在具有含氮的反应气体的气氛中将SiO₂基本产品加工成其中含有化学键合的氮的石英玻璃。

本发明还涉及一种适合于实施该方法的石英玻璃粒子。

在某些制造过程中，高的纯度至关重要，对于这样的制造过程来说，通常使用由石英玻璃构成的构件。在这里，石英玻璃的温度稳定性形成一个有限的因素。作为石英玻璃的下软化点，有文献给出了约1150℃的温度值。然而，所需要的过程温度通常高于该温度，致使石英玻璃构件会出现塑性变形。因此，提高石英玻璃构件如坩埚、管、支架、钟罩等的热稳定性，一直都受到特别的重视，为此还提出了很多措施。

背景技术

众所共知，掺杂氮会提高石英玻璃的粘度。已知有很多种方法用于掺杂氮。

在DE 10 2005 017 739 A1中记载了一种用于晶片支架的掺杂氮的石英玻璃，这种石英玻璃的特点是，热稳定性高，耐干刻蚀性高。在氨气氛中在1100℃处理石英玻璃支架，由此实现氮掺杂。由于氮渗入到致密的石英玻璃中决定于扩散，所以可到达石英玻璃支架的靠近表面的氮载荷。为了实现掺杂整个体积，提出在含有氨的气氛中烧结仍多孔的SiO₂烟灰体，接下来在1400℃~2000℃的温度范围内，在高压下在非氧化的气氛中将其玻璃化。这种用于给烟灰体掺杂氮的方法也由DE 695 29 824 T2已知。

在JP 54087534 A中记载了一种用于光学应用的采用MCVD工艺的石英玻璃制造方法。在这里，在内部给衬底管涂层，为了提高粘度，给衬底管掺杂氮。衬底管的制造方式为，制备一种多孔的初始管，其事先被掺杂B₂O₃，然后以掺杂B₂O₃的状态被浸滤出来。在含有氨和一氧化氮（NO）的气氛中，在低于烧结温度的处理温度下对这种多孔的管进行处理，从而得到氮掺杂物。接下来，使得掺杂氮的石英玻璃管玻璃化为衬底管。

在GB 2129417 A中记载了一种用于制造掺杂氮的合成石英玻璃的外部和内部沉积方法。在此，在含有氮化合物和氧化合物的气氛中形成一种含有硅的初始物质。作为氮化合物，要提及氨，作为氧化合物，要提及O₂、CO₂或NO₂。

GB 1450123 A介绍了制造由掺杂氮的石英玻璃构成的光学纤维。采用等离子沉积方法来制造石英玻璃。作为含有氮的反应物，首先推荐氨；但也可以提及其它氮化合物作为氧化剂，特别是也可提及一氧化二氮（N₂O）。

在EP 0 955 273 A1中记载了一种用于制造光学预制件（Vorform）的OVD沉积方法。使用SiCl₄使得SiO₂烟灰层沉积在围绕其纵轴线旋转的衬底体上，随后将其烧结成掺杂的石英玻璃。为了减小在SiCl₄转化时的反应温度，使用一氧化二氮（N₂O），其同时用作SiCl₄的氧化剂，进而用作SiCl₄转化的反应辅助剂。

在JP 62176937 A中记载了一种用于给石英玻璃掺杂氟的方法。为此，在氧缺乏的气氛中将SiH₄氧化，从而形成由亚化学计量的SiO_x （0<x<2）构成的多孔的烟灰体。接下来在含有氟的气氛中处理这种多孔的烟灰体，其中亚化学计量的SiO_x化合物的硅原子与氟发生反应，形成SiF₄。

由US 2,155,131 A已知一种用于制造石英玻璃棒的坩埚拉制方法。在拉制坩埚中产生还原的气氛，其由氮构成，或者由氮和氢的混合物构成。

在DE 19541372 A中记载了一种用于制造石英玻璃坩埚的方法，其中在坩埚形的真空熔炼模具的内壁上涂覆粒子层，并利用电弧将其玻璃化。在此，向熔炼模具内腔输送由氦或氮构成的气流，同时施加透过壁起作用的真空。采用该方式将避免产生含有气体的气泡。

JP 4349191 A涉及一种带有内层的石英玻璃坩埚，该内层掺杂有氮和碳。氮掺杂量在100~4000ppm的范围内，在含有氮的气氛中利用电弧加热坩埚，由此调节氮掺杂量。