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Die Erfindungbetrifft ein Verfahren zur Herstellung von wasser- und blasenfreiem, durchsichtigem Kie- selsäureglas optischer Qualität aus einem porösen Körper (Vorform), der durch Niederschlagen von kiesel- säurehaltigen Teilchen, die bei einem üblichen Flammhydrolysenverfahren gebildet werden, auf einem Dorn oder einem ähnlichen Träger erhalten wird.
Optisches Glas aus erschmolzener Kieselsäure, das durch Niederschlagen von 8i02 -Teilchen nach dem
Nordberg-Verfahren (USA-Patentschrift Nr. 2,326, 059) hergestellt wird, eignet sich seiner optischen Qua- lität wegen zur Fertigung von optischen Linsen, Prismen, Filtern und insbesondere auch optischen Wellen- leitern mit niedriger Dämpfung. Diese Gläser besitzen bereits grosse Reinheit und sind auch schon bis zu einem gewissen Grade wasserfrei (ss OH 0, 02), sie enthalten aber noch kleinere Schlieren, Gasblasen oder Einschlüsse ungesinterter Teilchen und sind auch hinsichtlich des Hydroxylgehaltes, der Dämpfung, Absorp- tion und Streuung bei schärferen Anforderungen, z. B. für Wellenleiter, noch verbesserungsbedürftig. Auch können wegen der starken Schrumpfung nur kleinere Gegenstände, z.
B. kleine Tiegel (Aussendurchmesser
5 cm, Höhe 5 cm, Wandstärke 2 mm) hergestellt werden ; oft reissen sie schon beim Niederschlagen der Teilchenschicht auf dem Dorn durch ungleiche Abkühlung oder beim Sintern. Bei der Übertragung der Teilchen- schicht auf einen andern Dorn zum Sintern besteht die Gefahr der Verunreinigung und Beschädigung.
Aufgabe der Erfindung ist die Herstellung von Kieselsäuregläsern durch Niederschlagen von Kieselsäureteilchen, welche Gläser eine verbesserte optische Qualität, auch in grösseren Abmessungen, aufweisen und zur Verwendung als optische Wellenleiter und für andere optische Teile geeignet sind.
Die Aufgabe wird im Prinzip dadurch gelöst, dass eine Siliziumverbindung durch Flammhydrolyse in Form von Teilchen auf einem nichtmetallischen Dorn zur Bildung einer Vorform, nachstehend auch als Rohformling bezeichnet, niedergeschlagen wird, wobei der Brenner für die Flammhydrolyse so dicht am Dorn angeordnet wird, dass sich der Dorn im äusseren Flammkegel befindet und der Dorn rotiert und vor-oder rückwärts verschoben wird, und nach Niederschlagung einer dichten, gleichmässigen Teilchenschicht die so erhaltene poröse Vorformmit solcher Geschwindigkeit in einen Sinterofen eingeführt wird, dass eingeschlossene Gase durch die Poren der nicht in der heissen Ofenzone befindlichen und noch nicht verdichteten Teile der Vorform entweichen können, während die Vorform selbst schrumpft und allmählich und fortschreitend verdichtet wird.
Das erfindungsgemässe Verfahren zur Herstellung von wasser-und blasenfreiem, durchsichtigem Kieselsäureglas optischer Qualität, bei welchem durch Flammhydrolyse einer Siliziumverbindung siliziumdi- oxydhaltige Teilchen gebildet und auf einem nichtmetallischen rotierenden bzw.
vor-und rückwärts bewegten Dom unter Bildungeiner gleichmässigenporösen Vorform niedergeschlagen werden, wonach die Vorform verdichtet wird, ist nun dadurch gekennzeichnet, dass die Vorform allmählich in einen Ofen zwecks Verdichtung des porösen Körpers zu einem nicht porösen Körper mit einer solchen Geschwindigkeit eingeführt wird, dass eingeschlossene Gase durch ausserhalb der heissen Ofenzone befindliche Teile der Vorform bei fortschreitender Verdichtung der Vorform um den Dorn herum entweichen können, worauf gegebenenfalls der Dorn unmittelbar nach vollendeter Verdichtung der porösen Vorform rasch aus dem Ofen entfernt wird.
Gegenüber dem bisher üblichen Verfahren, bei welchem ein poröser Körper rasch und zur Gänze in den Ofen eingeführt und als Ganzes verdichtet wurde, kann mit der erfindungsgemässen Vorgangsweise das bisher unerreichbare Ziel verwirklicht werden, nämlich Fasern, u. zw. auch bei grösseren Abmessungen derselben, von so hoher optischer Reinheit zu erzeugen, dass sie den Anforderungen der Wellenleitertechnik genügen und in der Praxis einen besonders niedrigen Grad der Dämpfung ergeben.
Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass es zur Erzielung der angestrebten günstigen Effekte notwendig ist, dass in den weitgehend, bis zum wesentlichen Verschwinden der Porosität verdichteten Fasern sowohl Einschlüsse von Wasserdampf als auch von andern gasförmigen Materialien unbedingt vermieden bzw. aus den SlOg-beschichteten Vorformen noch vor ihrem vollständigen Verdichten entfernt werden.
In der brit. Patentschrift Nr. 1, 289,737 wird vorgeschlagen, nach dem Flammhydrolysenverfahren und dem anschliessenden üblichen Sintervorgang glasartige Kieselsäurekörper zu erzeugen, die im wesentlichen wasserfrei bzw. frei von Hydroxylgruppen sind. Dabei wurde aber die kritische Bedeutung einer Entfernung von sämtlichen gasförmigen Einschlüssen, insbesondere zur Erzielung guter optischer Eigenschaften, noch nicht erkannt. Das Verfahren nach der brit. Patentschrift wäre ausserdem zum Entfernen von störenden gasförmigen Einschlüssen vor dem Verdichten und dem Verschwinden der Porosität nicht geeignet, weil eine blosse Dehydratisierung bzw. ein blosser Entzug von Hydroxylgruppen nicht zu verdichteten Faserprodukten, die als Material für optische Wellenleiter brauchbar wären, führen kann.
Das erfindungsgemässe Verfahren wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die in den Zeichnungen beispielsweise veranschaulichten Ausführungsformen näher erläutert. Darin zeigt Fig. l schematisch die Niederschlagung von Teilchen auf einen Dorn durch Flammhydrolyse. In Fig. 2 ist die anschliessende Verdichtung derporösen Vorform schematisch dargestellt. Flg. 3 und Fig. 4 sind Mikrophotographien, u. zw. eines erfindungsgemäss hergestellten Glasformlings von ausgezeichneter optischer Qualität, im Vergleich zu einem be- kanntenFormlingmit zahlreichen Fehlern. In Fig. 5 ist eine zur Durchführung des Verfahrens geeignete Vor-
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richtung für die Flammhydrolyse mit oder ohne Dotierung schematisch dargestellt.
Fig. 1 zeigt den Dom --10-- mit einer schmalen, zylindrischen Verlägerung Der Dorn wird in der pfeilrichtung --12-- rotiert und in pfeilrichtung --13-- bewegt, so dass die vom Brenner --14-- durch Flammhydrolyse erzeugten Teilchen als Schicht --15-- auf der Dornverlängerung-11-- niedergeschlagen werden. Der Dorn besteht z. B. aus Graphit grosser Reinheit, d. h. vorteilhaft mit einem maximalen Aschegehalt von 0, 1%, da bei höherem Aschegehalt Gase ausgetrieben und Metalloxydverunreinigungen in das Glas gelangen.
Der Dorn kann auch aus Quarzglas, Corning Kieselsäureglas mit 98% SiO und mehr oder einer dichten, feuerfesten, kristallinen Keramik wie A1203, Mullit, BN, SiC od. dgl. bestehen. Die z. B. durch Flammhydrolyse von Siliziumtetrachlorid niedergeschlagenen Teilchen können auch dotiert werden, z. B. mit Zink, Zinn, Germanium, Phosphor, Tantal, Titan, Aluminium, Wolfram, Molybdän, Beryllium, Niob, u. a. m. Der Brenner --14-- wird dicht am Dorn angeordnet, meist nur im Abstand von 10 bis 18 cm (s. den
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Dornbewegung, des geringen Abstands vom Brenner und des Dornmaterials ist die Schicht so dicht, kompakt und gleichmässig, dass sie weder reisst noch abblättert. Erfindungsgemäss reicht der Dorn in den äusseren Flammkegel selbst hinein.
Infolge der grossen Dichte schrumpft die Teilchenschicht beim anschliessenden Ver- dichten der porösen Vorform nur um etwa 30%, im Gegensatz zu bisher üblicher Schrumpfung von 50 bis 60%.
Zum Sintern wird der Rohformling --15-- in einen z. B. induktiv auf 1400 bis 17000C erhitzten Ofen --20-- z. B. in pfeilrichtung --21-- von oben oder auch in anderer Richtung eingeführt. Diese Einführung muss verhältnismässig langsam vorgenommen werden, nämlich z. B. je nach der Schichtdicke mit Geschwin- digkeiten von 0, 254 bis 2, 54 cm/min. Zur Ausschaltung einer Oxydation des Graphitdorns ist die Ofenatmos-
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es entsteht der feste,Einführung der Vorform in den Ofen vom einen bis zum andern Ende fort, wobei eingeschlossene Gase --24-jeweils aus dem unverdichteten Abschnitt --25-- herausgedrückt werden. Nach vollständigem Verdichten wird der Körper rasch aus dem Ofen genommen.
Er ist frei von Gasen oder andern Einschlüssen, wie ein Vergleich der Mikrophotographie der Fig. 3 mit dem Produkt bekannter Verfahren gemäss Fig. 4 mit zahlreichen Gasblasen und Einschlüssen zeigt. Auch ist der Tiegel der Fig. 4 z. B. nur 1, 5 mm dick, während erfindungsgemäss hergestellte Tiegel 18 mm und dicker sein können.
Da günstigerweise der gleiche Dom für die erste Niederschlagung der porösen Vorform und als Träger
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Verdichteneine Übertragung auf einen andern Träger unnötig und schaltet Verunreinigungen bei der Handhabung aus.
Auf diese Weise sind die verschiedensten Formen und Abmessungen herstellbar, so z. B. Rohre für Wellenleiter mit 2, 54 cm Aussendurchmesser und 6, 35 mm lichter Weite, dotiert oder undotiert, oder zylindrische und quadratische Rohre mit 2, 54 cm im Durchmesser, 10 cm Länge, 6, 35 mm Dicke und mit verschiedenen Oxyden dotiert, wie GeO2,SnO2,WO3,MOO3,Ta2O5. ALLe Produkte haben ausgezeichnete optische Qualität, sind sehr rein und wasserfrei (ssOH 0, 01) und sind mannigfaltig verwendbar, z. B. als Linsen, Prismen, Filter, Hochtemperaturlampenmäntel, Rohre, Wellenleiter usw. oder als Tiegel, z. B. mit der Abmessung 11 cm Aussendurchmesser, 15 cm Höhe, 3, 175 mm Wandstärke, die sich zum Erschmelzen von Silizium und zum Züchten von Siliziumkristallen eignen.
Eine in der Fig. 5 gezeigte Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens besteht aus den Baueinheiten --A, B, C und D--, nämlich der Einheit --A-- zur Verdampfung von Dotiermaterial, falls eine Dotierung beabsichtigt ist,-B-eine Gaszuführung, in der Dotiermitteldämpfe und SiC14 gemischt werden, --C-- ein Gas-Sauerstoffgebläse für die Hydrolyse der entstandenen Halogeniddämpfe und-D-eine Einheit für die Erzeugung der teilchenbildenden SiC14 Dämpfe, z. B. durch Hindurchperlen von Sauerstoff durch flüssiges Sicle oder zur etwas schwierigeren Herstellung von Dämpfen aus festen Halogenidverbindungen wie ZrCl, TaClg, AlCLusw.
Der Dampfgenerator --A-- besteht aus einem Rohrofen --30-- und der Generatorkammer --31--. Der Rohrofen enthält einen feuerfesten Kern --33--, um den ein elektrisches Heizelement --34-- gewickelt ist.
Er ist von dem Isolator --35-- umgeben und in einem Gehäuse aus rostfreiem Stahl eingeschlossen. An den Enden befinden sich die Durchgangsplatten --36--. Die ganz aus rostfreiem Stahl gefertigte Generatorkammer --31-- wird in dem Ofen angeordnet und an ein Einlassrohr für das Trägergas angeschlossen. Das Rohr besteht aus mehreren Windungen, die das Gas erhitzen und gleichzeitig als Träger für die Kammer dienen. Sie ruhen auf dem feuerfesten Ziegel --38--. Die pulverförmige Halogenidverbindung, wie z. B. Zirkontetrachlorid, wird auf eine Reihe von Gittern --39-- aus rostfreiem Stahl mit einer lichten Maschenweite von z. B. 0, 149 mm gebracht, so dass alle Siebe bedeckt sind, mit Ausnahme des obersten, das frei bleibt und als Filter Feststoffe vom Abgabeende fernhält.
Vorzugsweise wird unter dem untersten Gitter eine 30 p, poröse
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Nickelplatte --40-- vorgesehen, die das einströmende Trägergas gleichmässig verteilt und einen möglichst grossen Kontakt zwischen Gas und Pulver gewährleistet. Die Gitter reichen über den gesamten Kammerquerschnitt, so dass das Trägergas durch sie hindurch aber nicht um sie herum strömen kann. Zur Beschickung wird der Kammerdeckel abgenommen und ein beladenes Gitter nach dem andern eingesetzt, zwischen die Gitter werden Abstandshalter eingesetztund der Deckel dicht verschlossen. Silikon-O-Ringehalten den Deckel und die Endkappe gasdicht.
Die entstehenden Dämpfe werden über die Abgabeleitung-41, 44-und das Ventil --42-- der Gas-Sauerstoffflamme--45-- zugeleitet, in der sie zu Oxyden hydrolysiert werden, z. B. nach der Gleichung
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+ 2H20 4 Si02 + Hcl tVerstopfen der Leitungen zu verhindern. Die Temperatur kann mit den Thermoelementen-47 und 48-über- wacht werden.
In einem Ausführungsbeispiel wird flüssiges Siliziumtetrachlorid in einem Behälter auf 350C erhitzt und mit Sauerstoff durchperlt. Die entstehenden Dämpfe fliessen durch die auf 45 bis 50 C erhitzte Leitung zum Ventil --43--. Zur Erhöhung des Brechungsindex des Kerns eines optischen Wellenleiters wird mit Zirkon dotiert und hiezu pulverförmiges Zirkontetrachlorid in einem Trockenbehälter in die Kammer gesetzt und diese verschlossen (Fig. 5). Beim anschliessenden Erhitzen werden die Ventile --42 und 43-- geschlossen gehalten.
Sobald die jeweilige Temperatur der Kammer 250 C, der Leitung 3000C und des Brenners 2750C erreicht hat, wird der Brenner angezündet und das Ventil--42-- geöffnet. In die Kammer wird bei --49-ein trockenes Trägergas, z. B. trockener Sauerstoff eingelassen, z. B. miteinem Durchsatz von 2900 cm3 Imin, nachdem es durch die Windungen --37-- vorerhitzt wurde. Beim Durchlauf durch die Gitter nimmt es Zirkontetrachloriddämpfe auf und trägt diese über die Leitung --41-- und die Abzweigung --44-- zum Brenner.
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undSpi02. Die feinteilige Mischung kann durch Erhitzen (z. B. im Induktionsofen der Fig. 2) zu dotiertem Kiesels äureglas verdichtet werden.
Wird das Ventil--42-- geschlossen und nur SiCl4 zum Brenner geleitet, so besteht das Glas aus reiner Kieselsäure. Diese kann aber auch mit andern Chloriden, z.B. flüssigem TiCl4 mit Tio2 oder mit SnCl4: GeCl4 oder PClg usw. dotiert werden.
Durch die langsame Einführung der porösen Vorform in den sehr heissen Ofen erfolgt die Verdichtung nacheinander, so dass die Gase durch die noch nicht verdichteten Teile entweichen können. Die Fertigform ist daher frei von Gasen und andern Einschlüssen. Die inerte Atmosphäre verhindert die Blasenbildung und erlaubt die Auflösung etwaiger Gasblasen in der Kieselsäure, wo sie unschädlich sind. Die höhere Verdichtungstemperatur als üblich begünstigt eine vollständigere Verdichtung und lässt weniger unverdichtete Partikel zurück. Der geringe Abstand von Dorn und Brenner und das Dornmaterial begünstigt die Bildung einer dichten Teilchenschicht, die nicht abblättert oder reisst und weniger stark schrumpft. Grössere Vorformen sind daher herstellbar.
Bei praktischer Anwendung konnten z. B. 1 km lange Wellenleiter mit einer Dämpfung von weniger als 20 dB/km für die meisten brauchbaren Wellenlängen erzeugt werden.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur Herstellung von wasser-und blasenfreiem, durchsichtigem Kieselsäureglas optischer Qualität, bei welchem durch Flammhydrolyse einer Siliziumverbindung siliziumdioxydhaltige Teilchen gebildetund auf einem nichtmetallischen rotierenden bzw. vor-und rückwärts bewegten Dorn unter Bildung einer
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einem nicht porösen Körper mit einer solchen Geschwindigkeit eingeführt wird, dass eingeschlossene Gase durch ausserhalb der heissen Ofenzone befindliche Teile der Vorform bei fortschreitender Verdichtung der Vorform um den Dorn herum entweichen können, worauf gegebenenfalls der Dorn unmittelbar nach vollendeter Verdichtung der porösen Vorform rasch aus dem Ofen entfernt wird.
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The invention relates to a process for producing water- and bubble-free, transparent silica glass of optical quality from a porous body (preform), which is formed by depositing silica-containing particles, which are formed in a conventional flame hydrolysis process, on a mandrel or a similar carrier is obtained.
Optical glass made from fused silica, which is produced by the precipitation of 8iO2 particles after the
Nordberg process (USA Patent No. 2,326,059) is produced, because of its optical quality, it is suitable for producing optical lenses, prisms, filters and, in particular, optical waveguides with low attenuation. These glasses are already very pure and are also water-free to a certain extent (ss OH 0.02), but they still contain smaller streaks, gas bubbles or inclusions of unsintered particles and are also important in terms of hydroxyl content, damping, absorption and Scatter for more stringent requirements, e.g. B. for waveguides, still needs improvement. Also, because of the strong shrinkage, only smaller objects, e.g.
B. small crucibles (outer diameter
5 cm, height 5 cm, wall thickness 2 mm); they often tear when the particle layer is deposited on the mandrel due to uneven cooling or during sintering. When the particle layer is transferred to another mandrel for sintering, there is a risk of contamination and damage.
The object of the invention is to produce silica glasses by depositing silica particles, which glasses have an improved optical quality, even in larger dimensions, and are suitable for use as optical waveguides and for other optical parts.
In principle, the object is achieved in that a silicon compound is precipitated by flame hydrolysis in the form of particles on a non-metallic mandrel to form a preform, also referred to below as a blank, the burner for flame hydrolysis being arranged so close to the mandrel that the mandrel is located in the outer flame cone and the mandrel is rotated and displaced forwards or backwards, and after a dense, uniform layer of particles has been deposited, the porous preform obtained in this way is introduced into a sintering furnace at such a speed that trapped gases through the pores of the non-hot Oven zone located and not yet compacted parts of the preform can escape, while the preform itself shrinks and is gradually and progressively compressed.
The method according to the invention for the production of water- and bubble-free, transparent silica glass of optical quality, in which particles containing silicon dioxide are formed by flame hydrolysis of a silicon compound and placed on a non-metallic rotating or
Dome moved back and forth are deposited to form a uniform porous preform, after which the preform is compacted, is now characterized in that the preform is gradually introduced into a furnace for the purpose of compacting the porous body into a non-porous body at such a speed that trapped Gases can escape through parts of the preform located outside the hot furnace zone as the preform compacts progressively around the mandrel, whereupon the mandrel is quickly removed from the furnace immediately after the porous preform is compacted.
Compared to the previously customary method, in which a porous body was introduced quickly and completely into the furnace and compacted as a whole, the previously unattainable goal can be achieved with the inventive method, namely fibers, u. between producing them of such high optical purity even with larger dimensions that they meet the requirements of waveguide technology and in practice result in a particularly low degree of attenuation.
The invention is based on the knowledge that in order to achieve the desired beneficial effects it is necessary that inclusions of water vapor and other gaseous materials in the fibers, which have largely been compressed until the porosity has disappeared, be absolutely avoided or coated from the SLOG Preforms are removed before they are completely compacted.
In British Patent No. 1, 289,737, it is proposed to produce glass-like silica bodies which are essentially anhydrous or free of hydroxyl groups by the flame hydrolysis process and the subsequent conventional sintering process. However, the critical importance of removing all gaseous inclusions, in particular to achieve good optical properties, has not yet been recognized. The method according to the British patent would also not be suitable for removing troublesome gaseous inclusions before the compression and the disappearance of the porosity, because a mere dehydration or a mere removal of hydroxyl groups does not lead to compressed fiber products that would be useful as material for optical waveguides , can lead.
The method according to the invention is explained in more detail below with reference to the embodiments illustrated by way of example in the drawings. FIG. 1 shows schematically the deposition of particles on a mandrel by flame hydrolysis. In Fig. 2 the subsequent compaction of the porous preform is shown schematically. Flg. 3 and 4 are photomicrographs, and the like. between a molded glass article produced according to the invention of excellent optical quality compared to a known molded article with numerous defects. In Fig. 5 is a suitable for performing the method before
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direction for the flame hydrolysis with or without doping shown schematically.
Fig. 1 shows the dome --10-- with a narrow, cylindrical extension. The mandrel is rotated in the direction of the arrow --12-- and moved in the direction of the arrow --13-- so that the burner --14-- moves through Flame hydrolysis produced particles are deposited as a layer --15-- on the mandrel extension -11--. The mandrel is z. B. made of graphite of great purity, d. H. advantageously with a maximum ash content of 0.1%, since with a higher ash content gases are expelled and metal oxide impurities get into the glass.
The mandrel can also consist of quartz glass, Corning silica glass with 98% SiO and more or a dense, refractory, crystalline ceramic such as A1203, mullite, BN, SiC or the like. The z. B. by flame hydrolysis of silicon tetrachloride precipitated particles can also be doped, e.g. B. with zinc, tin, germanium, phosphorus, tantalum, titanium, aluminum, tungsten, molybdenum, beryllium, niobium, and the like. a. m. The burner --14 - is placed close to the mandrel, usually only at a distance of 10 to 18 cm (see
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Due to the mandrel movement and the small distance from the torch and the mandrel material, the layer is so dense, compact and uniform that it neither cracks nor flakes off. According to the invention, the mandrel extends into the outer flame cone itself.
As a result of the high density, the particle layer only shrinks by around 30% during the subsequent compression of the porous preform, in contrast to the previous shrinkage of 50 to 60%.
For sintering, the blank --15-- is placed in a z. E.g. furnace heated inductively to 1400 to 17000C --20-- e.g. B. in the direction of the arrow --21-- introduced from above or in another direction. This introduction must be made relatively slowly, namely z. B. depending on the layer thickness at speeds of 0.254 to 2.54 cm / min. To avoid oxidation of the graphite mandrel, the furnace atmosphere
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The result is the solid introduction of the preform into the furnace from one end to the other, with trapped gases --24 - being pressed out of the uncompacted section --25--. When it is completely compacted, the body is quickly removed from the oven.
It is free from gases or other inclusions, as a comparison of the photomicrograph of FIG. 3 with the product of known methods according to FIG. 4 shows with numerous gas bubbles and inclusions. The crucible of FIG. 4 is also e.g. B. only 1, 5 mm thick, while crucibles produced according to the invention can be 18 mm and thicker.
The same dome is conveniently used for the first deposition of the porous preform and as a carrier
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Compresses transfer to another carrier unnecessarily and eliminates contamination in handling.
In this way, a wide variety of shapes and dimensions can be produced, such. B. Tubes for waveguides with 2.54 cm outside diameter and 6.35 mm clearance, doped or undoped, or cylindrical and square tubes with 2.54 cm in diameter, 10 cm in length, 6.35 mm in thickness and doped with various oxides such as GeO2, SnO2, WO3, MOO3, Ta2O5. ALL products have excellent optical quality, are very pure and anhydrous (ssOH 0, 01) and can be used in a variety of ways, e.g. B. as lenses, prisms, filters, high temperature lamp jackets, tubes, waveguides, etc. or as crucibles, e.g. B. with the dimensions 11 cm outer diameter, 15 cm height, 3, 175 mm wall thickness, which are suitable for melting silicon and for growing silicon crystals.
A device shown in FIG. 5 for performing the method consists of the structural units --A, B, C and D--, namely the unit --A-- for the evaporation of doping material, if doping is intended, -B- a gas supply in which dopant vapors and SiC14 are mixed, --C-- a gas-oxygen blower for the hydrolysis of the halide vapors and -D- a unit for the generation of the particle-forming SiC14 vapors, e.g. B. by bubbling oxygen through liquid sicle or for the somewhat more difficult production of vapors from solid halide compounds such as ZrCl, TaClg, AlCL, etc.
The steam generator --A-- consists of a tubular furnace --30-- and the generator chamber --31--. The tube furnace contains a refractory core --33-- around which an electrical heating element --34-- is wrapped.
It is surrounded by the insulator --35-- and enclosed in a stainless steel housing. The through plates --36-- are located at the ends. The generator chamber --31 - made entirely of stainless steel is placed in the furnace and connected to an inlet pipe for the carrier gas. The tube consists of several windings that heat the gas and at the same time serve as a carrier for the chamber. They rest on the refractory brick --38--. The powdery halide compound, such as. B. zirconium tetrachloride, is on a series of grids --39-- made of stainless steel with a mesh size of z. B. 0.149 mm, so that all screens are covered, with the exception of the top one, which remains free and as a filter keeps solids away from the dispensing end.
Preferably a 30 p, porous grid is placed under the lowest grid
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Nickel plate --40-- is provided, which evenly distributes the inflowing carrier gas and ensures the greatest possible contact between gas and powder. The grids extend over the entire cross section of the chamber so that the carrier gas can flow through them but not around them. For loading, the chamber lid is removed and one loaded grid is inserted after the other, spacers are inserted between the grids and the lid is tightly closed. Silicone O-rings keep the lid and the end cap gas-tight.
The resulting vapors are fed via the discharge line -41, 44- and the valve -42- to the gas-oxygen flame -45-, in which they are hydrolyzed to oxides, e.g. B. according to the equation
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+ 2H20 4 Si02 + Hcl t Prevent clogging of the lines. The temperature can be monitored with the thermocouples 47 and 48.
In one embodiment, liquid silicon tetrachloride is heated to 350C in a container and bubbled with oxygen. The resulting vapors flow through the pipe heated to 45 to 50 C to the valve --43--. To increase the refractive index of the core of an optical waveguide, zirconium is doped and powdered zirconium tetrachloride is placed in a drying container in the chamber and the chamber is closed (FIG. 5). During the subsequent heating, valves --42 and 43 - are kept closed.
As soon as the respective temperature of the chamber has reached 250 C, the pipe 3000 C and the burner 2750 C, the burner is lit and the valve - 42 - is opened. At -49- a dry carrier gas, e.g. B. let in dry oxygen, e.g. B. with a throughput of 2900 cm3 Imin after it has been preheated by the windings -37-. As it passes through the grids, it absorbs zirconium tetrachloride vapors and carries them to the burner via line --41-- and junction --44--.
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andSpi02. The finely divided mixture can be compressed into doped silica glass by heating (e.g. in the induction furnace of FIG. 2).
If the valve - 42 - is closed and only SiCl4 is fed to the burner, the glass consists of pure silica. But this can also be done with other chlorides, e.g. liquid TiCl4 can be doped with Tio2 or with SnCl4: GeCl4 or PClg etc.
By slowly introducing the porous preform into the very hot furnace, the compression takes place one after the other, so that the gases can escape through the not yet compressed parts. The finished form is therefore free of gases and other inclusions. The inert atmosphere prevents the formation of bubbles and allows any gas bubbles in the silica to dissolve where they are harmless. The higher than usual compaction temperature favors more complete compaction and leaves fewer uncompacted particles. The small distance between the mandrel and the burner and the mandrel material favors the formation of a dense layer of particles that does not flake or tear and does not shrink as much. Larger preforms can therefore be produced.
In practical application such. B. 1 km long waveguides with an attenuation of less than 20 dB / km for most useful wavelengths.
PATENT CLAIMS:
1. A process for the production of water- and bubble-free, transparent silica glass of optical quality, in which particles containing silicon dioxide are formed by flame hydrolysis of a silicon compound and on a non-metallic rotating or moving back and forth mandrel to form a
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a non-porous body is introduced at such a speed that trapped gases can escape through parts of the preform located outside the hot furnace zone as the preform continues to be compressed around the mandrel, whereupon the mandrel quickly out of the furnace immediately after the porous preform has been fully compressed Will get removed.