[发明专利]用于由电熔化的合成的石英玻璃制造成形体的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于由电熔化的合成的石英玻璃制造成形体的方法，其方式是提供合成产生的石英玻璃晶粒并且在形成软化的石英玻璃块的情况下在电加热的熔化容器中进行加热并且使软化的石英玻璃块形成成形体。

合成产生的石英玻璃晶粒通过热压缩多孔的SiO₂颗粒获得。这样的颗粒通过预压缩SiO₂煤烟粉末或者SiO₂纳米微粒产生，比如所述颗粒例如在制造合成石英玻璃时通过聚合作用、缩聚作用、沉淀或者CVD沉积方法制造合成石英玻璃时积累。作为常规的粒化方法的例子可列举在使用粒化磨碎、压实、滚压、压制成砖块、结疤形成或者挤出时的滚动粒化作用、喷射粒化作用、离心雾化、涡流层粒化、粒化方法。

在此积累的离散的、以机械以及可能还有热学方式预先压缩的颗粒在此称作“SiO₂颗粒微粒”。其整体上形成了多孔的“SiO₂颗粒”。

由于其多孔性，直接熔化这样的SiO₂颗粒是有问题的。因为在直接熔化时存在形成封闭的气体填充的空腔的危险，所述空腔不能从高粘性的石英玻璃块中除去或者只能很缓慢地除去，并且如此引起石英玻璃中的气泡。因此对于全看最终产品的无气泡性的高要求的应用来说，通常需要事先玻化多孔的颗粒。通过玻化多孔的SiO₂颗粒微粒获得的紧密的玻璃微粒在此称作“石英玻璃微粒”，其整体上形成了合成的“石英玻璃晶粒”。

这样的石英玻璃晶粒可以在电加热的熔化锅或者熔化模具中由含高硅酸的玻璃加工成用于半导体或灯制造以及化学的方法技术的部件，例如筒、棒、柄、罩、反应器或锅子。

“含高硅酸的玻璃”在此理解为未经掺杂的、或者具有至少90%重量百分比的SiO₂含量的经掺杂的石英玻璃。这样的玻璃下面为简单起见也简称为“石英玻璃”并且软化的块由此称作“石英玻璃熔液”。

所述石英玻璃熔液甚至在接近于SiO₂的升华温度的温度下仍具有相对高的粘度。由于其较高的温度以及粘性，不能容易地地借助于在玻化处理中在其它情况下常规的措施例如提炼或搅拌使得石英玻璃熔液均匀化。

因此，在熔化石英玻璃晶粒时，紧密的石英玻璃微粒之间的气体空间也引起了附加的气泡问题。因为在熔化过程中包含在有粘性的玻璃块中的气体几乎不能事后排泄出来并且也不会通过均匀化措施而除去。其在制成的石英玻璃成形体中引起气泡以及其它干扰。

形成气泡的问题尤其出现在具有由工艺引起的受限制的熔化持续时间的熔化过程中，例如在以熔化锅拉出方法连续地熔化石英玻璃晶粒时。在该方法中从上面向熔化锅输送石英玻璃晶粒，在此所产生的晶粒装料被加热并且熔化成高粘度的石英玻璃熔液，并且其连续地经由锅底部上的拉出喷嘴作为具有任意横截面形状的石英玻璃条拉出。从石英玻璃条中切段为圆柱形的成形体。

在熔化锅拉出方法中几乎还不能除去包含到粘性石英玻璃熔液中的气体。其在拉出的石英玻璃条中产生了气泡以及其它干扰，并且会引起拉出过程中的不连续性并且由此引起尺寸偏差。

背景技术

从上面的阐述中知道了，气泡夹杂问题即在将多孔的SiO₂颗粒玻化成合成石英玻璃晶粒时、又在将这样产生的石英玻璃晶粒熔化成石英玻璃成形体时起到了重要的作用。以在相应处理阶段中实现无气泡性或者少气泡性为目的，公开了大量不同的技术。

将颗粒玻化成石英玻璃晶粒

如此，在EP 1 076 043中提出了将多孔SiO₂颗粒逐渐添加（einrieseln）到燃烧火焰中，使得其精细地分布在其中并且在2000到2500℃的温度下玻化。所述颗粒优选通过过滤尘（Filterstaub）的喷射或者湿粒化获得，并且具有5到300μm范围内的晶粒尺寸。在玻化之前可以通过用微波辐射进行的处理来加热以及预压缩。

给定的颗粒微粒的烧结程度取决于其微粒尺寸和热量输入，该热量输入又由在燃烧火焰中的逗留时间以及火焰温度确定。然而所述颗粒通常具有一定的微粒尺寸分布，并且燃烧气体火焰具有不同的流动速度和火焰温度的范围。这引起了不均匀的并且可再现性低的烧结程度。此外存在以下危险，即燃烧气体弄脏石英玻璃微粒。在此上下文中特别是可以列举在使用含氢气的燃烧气体时用羟基进行的加载，随之而来的是石英玻璃的相对低的粘度。