[发明专利]通过由蒸汽相沉积和借助液体硅氧烷原料制造合成石英玻璃的方法

说明书

本发明涉及制造合成石英玻璃的方法，其包括方法步骤：

(A) 提供液体SiO₂原料，其具有多于70重量%的聚烷基硅氧烷D4，

(B) 将液体SiO₂原料(105)汽化成气态SiO₂原料蒸气(107)，

(C) 将SiO₂原料蒸气(107)转化成SiO₂颗粒，

(D) 使所述SiO₂颗粒沉积在沉积面(160)上，形成SiO₂灰料体(200)，

(E) 使SiO₂灰料体玻璃化，形成合成石英玻璃。

现有技术

为了制造用于商业用途的合成石英玻璃，测试无氯原料。可提及单硅烷、烷氧基硅烷和硅氧烷作为实例。例如从EP 463 045 A1中获知的聚烷基硅氧烷（也简称为“硅氧烷”）构成特别令人感兴趣的一类无氯原料。该硅氧烷物质类可细分为开链聚烷基硅氧烷和闭链聚烷基硅氧烷。该聚烷基硅氧烷具有通用总式Si_pO_p(R)_2P，其中P是 > 2的整数。残基“R”是烷基，在最简单的情况中是甲基。

聚烷基硅氧烷以每重量份额特别高的硅含量为特征，这有助于它们用于制造合成石英玻璃时的经济性。由于其能以高纯度大规模供应，当前优选使用八甲基环四硅氧烷（OMCTS）。这种物质根据General Electric Inc.引入的标记法也被称作“D4”，其中“D”代表基团[(CH₃)₂Si]-O-。

技术目的

该含硅原料可以以液体形式供应给消耗器（Verbraucher），例如沉积燃烧器。但是，通常，借助汽化器将该液体原料转化成气相或蒸气相并作为连续气流供应给消耗器。在已知汽化系统中，待汽化的液体与热表面接触。在有机原料的情况中，热表面可能导致不可预见的改变，如分解或聚合，以致不容易确定该蒸气的组成在多大程度上仍与液体的组成相符。由此导致工艺控制中一定的变异性和不可再现性，这可能在颗粒形成过程中造成缺陷并造成灰料结构的不均匀性。

本发明的目的是实现用于制造具有高材料均匀性的SiO₂灰料体的方法，由此避免所述缺点。

发明概述

由上述方法开始，根据本发明如下实现这一目的：汽化加热的SiO₂原料包括在膨胀室中的注射阶段，在该阶段中将SiO₂原料雾化成微滴，其中所述微滴具有小于5微米，优选小于2微米的平均直径。

不同于使用由尽可能纯的单种指定的硅化合物构成的原料的已知方法，本发明提出含有八甲基环四硅氧烷（在此也称作D4）作为主要组分的SiO₂原料。

本发明的方法的特殊之处在于，SiO₂原料的汽化以特别均匀的热输入为特征。现有技术中已知的是使液体流过热表面以实现热输入和汽化。但是，在基于聚烷基硅氧烷D4的SiO₂原料的情况中，这种方法导致凝胶形成，这可能堵塞汽化器和/或热表面。为了克服该缺点，根据本发明提出在膨胀室中将SiO₂原料汽化。SiO₂原料在此经进料管线流入膨胀室。不同于已知方法，本发明的方法的特征在于使用雾化喷嘴。这能将液体SiO₂原料雾化成具有微米尺寸的液体球。这种液体球，也称作微滴，具有与体积相比大的表面积。此外，通过球形确保热均匀输入液体中。因此将含D4分子的液滴均匀加热并防止聚烷基硅氧烷的热解离。由此显著降低在汽化过程中形成的凝胶量，这导致灰料体和因此石英玻璃的更均匀的密度分布。