CN108996896A - 玻璃微粒沉积体制造方法及玻璃母材制造方法 - Google Patents

玻璃微粒沉积体制造方法及玻璃母材制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种经由后续的透明化步骤而得到的玻璃母材内部不会产生气泡的玻璃微粒沉积体制造方法以及玻璃母材制造方法。一种玻璃微粒沉积体的制造方法，具有沉积步骤，在该沉积步骤中，将起始棒(11)和玻璃微粒生成用燃烧器(22)配置于反应容器(2)内，使玻璃原料以气体状态从燃烧器(22)喷出，在燃烧器(22)所形成的火焰中使玻璃原料进行火焰分解反应以生成玻璃微粒(30)，将所生成的玻璃微粒(30)沉积于起始棒(11)以制作玻璃微粒沉积体M，所述玻璃原料中，硅原子为偶数个的环状硅氧烷的含量为98质量％以上，硅原子为奇数个的环状硅氧烷的含量为2质量％以下。

Description

玻璃微粒沉积体制造方法及玻璃母材制造方法
技术领域
本发明涉及玻璃微粒沉积体的制造方法以及玻璃母材的制造方法。
背景技术
作为使用硅氧烷作为原料并采用气相合成法将玻璃微粒沉积于起始棒来制造玻璃微粒沉积体的方法，已知有以下的现有文献中记载的方法。
专利文献1记载了使用高沸点杂质浓度低的硅氧烷原料来形成玻璃颗粒沉积体。
专利文献2记载了以液体的状态直接对原料硅氧烷进行火焰分解反应。
专利文献3记载了通过向原料环状硅氧烷中添加封端化合物，从而键合到环结构被打开的部位以防止硅氧烷彼此的进一步聚合。
[现有技术文献]
[专利文献]
[专利文献1]日本特开平9-156947号公报
[专利文献2]日本特表2000-502040号公报
[专利文献3]日本特表2001-502312号公报
发明内容
[发明要解决的问题]
然而，即使采用专利文献1至3中所记载的技术，也会发生这样的事情：在经由形成玻璃微粒沉积体之后的透明化步骤而得到的玻璃母材的内部中发现有气泡。
因此，本发明的目的在于提供一种使经由后续的透明化步骤而得到的玻璃母材的内部不会产生气泡的玻璃微粒沉积体制造方法以及玻璃母材的制造方法。
[用于解决问题的手段]
本发明的玻璃微粒沉积体的制造方法具有沉积步骤，在所述沉积步骤中，将起始棒和玻璃微粒生成用燃烧器配置于反应容器内，使玻璃原料以气体状态从所述燃烧器喷出，在所述燃烧器所形成的火焰中使玻璃原料进行火焰分解反应以生成玻璃微粒，将所生成的玻璃微粒沉积于所述起始棒以制作玻璃微粒沉积体，
上述玻璃原料中，硅原子为偶数个的环状硅氧烷的含量为98质量％以上，硅原子为奇数个的环状硅氧烷的含量为2质量％以下。
另外，本发明的玻璃母材的制造方法具有：通过上述玻璃微粒沉积体的制造方法来制造玻璃微粒沉积体的玻璃微粒沉积体制造步骤、以及加热所制造的玻璃微粒沉积体以制造透明的玻璃母材的透明化步骤。
[发明的效果]
根据本发明，可提供一种经由后续的透明化步骤而得到的玻璃母材的内部不会产生气泡的玻璃微粒沉积体。
附图简要说明
[图1]图1是示出了用于实施本发明一个实施方案的玻璃微粒沉积体制造方法的制造装置的一个实施方案的结构图。
[符号说明]
1：制造装置
2：反应容器
3：升降旋转装置
5：控制部
10：支持棒
11：起始棒
21：原料供给装置
22：燃烧器
23：液体原料
24：原料容器
25：MFC
26：供给配管
27：温度调节室
28：带式加热器
30：玻璃微粒
M：玻璃颗粒沉积体
具体实施方式
[本发明实施方案的说明]
首先，列出本发明实施方案的内容来进行说明。
根据本发明一个实施方案的玻璃微粒沉积体的制造方法，
(1)具有沉积步骤，在所述沉积步骤中，将起始棒和玻璃微粒生成用燃烧器配置于反应容器内，使玻璃原料以气体状态从上述燃烧器喷出，在上述燃烧器所形成的火焰中使玻璃原料进行火焰分解反应以生成玻璃微粒，将所生成的玻璃微粒沉积于上述起始棒以制作玻璃微粒沉积体，
上述玻璃原料中，硅原子为偶数个的环状硅氧烷的含量为98质量％以上，硅原子为奇数个的环状硅氧烷的含量为2质量％以下。
通过具有这种特征的制造方法来制造玻璃微粒沉积体，可使通过后续的进行加热(烧结)的透明化步骤而得到的玻璃母材没有(或极少地具有)气泡或异常点。
(2)上述硅原子为偶数个的环状硅氧烷优选是八甲基环四硅氧烷(OMCTS)。
(3)上述硅原子为奇数个的环状硅氧烷是六甲基环三硅氧烷(HMCTS)及十甲基环戊硅氧烷(DMCPS)中的至少任意一者。
根据上述(2)及(3)的各构成，所使用的原料在工业上能够容易地得到，并且其保管或操作也容易。
(4)另外，根据本发明一个实施方案的玻璃母材制造方法具有：通过上述(1)至(3)中任一项的玻璃微粒沉积体的制造方法来制造玻璃微粒沉积体的玻璃微粒沉积体制造步骤，以及加热所制造的玻璃微粒沉积体以制造透明的玻璃母材的透明化步骤。
根据该构成，可使玻璃母材没有(或极少地具有)气泡或异常点。
[本发明实施方案的详细说明]
〔制造方法及使用装置的概要等〕
以下，将基于附图来说明根据本发明实施方案的玻璃微粒沉积体的制造方法以及玻璃母材的制造方法的实施方案的例子。需要说明的是，作为以下所示的制造方法，虽然以OVD(外部气相沉积，Outside Vapor Deposition)法为例子进行说明，但是本发明不限于OVD法。本发明也可适用于与OVD法同样地利用火焰热分解反应由玻璃原料而使玻璃沉积的方法，例如VAD(气相轴向沉积，Vapor Phase Axial Deposition)法或MMD(多燃烧器多层沉积，Multiburner Multilayer Deposition)法等。
图1是实施根据本实施方案的玻璃微粒沉积体制造方法的制造装置1的结构图。制造装置1具备：反应容器2、升降旋转装置3、原料供给装置21、玻璃微粒生成用燃烧器22、以及控制各部分操作的控制部5。
反应容器2为形成玻璃微粒沉积体M的容器，并具备安装于容器侧面的排气管12。
升降旋转装置3为经由支持棒10及起始棒11而使玻璃微粒沉积体M产生升降动作及旋转动作的装置。升降旋转装置3基于由控制部5传来的控制信号来控制支持棒10的动作。升降旋转装置3在使玻璃微粒沉积体M旋转的同时还使其升降。
支持棒10插入到形成于反应容器2上壁的通孔中而进行配置，配置于反应容器2内的一个端部(图1中的下端部)安装有起始棒11。支持棒10的另一个端部(图1中的上端部)由升降旋转装置3把持。
起始棒11为沉积玻璃微粒的棒，并安装于支持棒10上。
排气管12为将没有附着在起始棒11及玻璃微粒沉积体M上的玻璃微粒等排出至反应容器2的外部的管。
经由原料供给装置21将原料供给到燃烧器22。需要说明的是，在图1中，省略了用于供给火焰形成用气体的气体供给装置。
原料供给装置21由储存液体原料23的原料容器24、控制原料气体的供给流量的MFC(质量流量控制器，Mass Flow Controller)25、将原料导入至燃烧器22的供给配管26、以及使原料容器24和MFC25以及供给配管26的一部分保持为预定温度以上的温度调节室27构成。
原料容器24内的液体原料23在温度调节室27内被控制为沸点(例如，在作为主成分的OMCTS的情况下标准沸点为175℃)以上的温度，并且在原料容器24内被气化。供给到燃烧器22的气化后的原料气体的量由MFC25控制。需要说明的是，经由MFC25的原料气体供给量的控制基于来自控制部5的指令值来进行。
关于供给配管26的材质，通常使用氟树脂等，但是在保持200℃以上的温度的情况下，优选使用SUS等金属材料。另外，从温度调节室27直到燃烧器22的供给配管26的外周优选卷绕有作为发热体的带式加热器28等以加热供给配管26。
控制部5控制着升降旋转装置3、原料供给装置21等的各个动作。控制部5对升降旋转装置3发送用于控制玻璃微粒沉积体M的升降速度及旋转速度的控制信号。另外，控制部5对原料供给装置21的MFC25发送用于控制由燃烧器22射出的原料气体流量的控制信号。
另外，若玻璃原料中存在高沸点杂质，则有时会在供给配管及燃烧器自身内生成凝胶状物质。此外，有时会在使液态的玻璃原料成为气体状态的过程中生成凝胶状物质。进一步地，在使用诸如OMCTS之类的环状硅氧烷作为玻璃原料的情况下，由于环状结构被打开，因而有时已经开环的硅氧烷会彼此结合而成为凝胶状物质。若这样的凝胶状物质附着于玻璃微粒沉积体上，则会成为经由后续透明化步骤而得到的玻璃母材存在气泡的原因。
此外，作为针对这些凝胶状物质生成的对策，如专利文献3中所记载的技术那样，当添加封端化合物时，会产生以下问题：制造成本的增加、在最终玻璃制品中混入不需要的化合物、由此对光学特性带来不利影响等。
本发明人对于上述问题进行了各种验证，从而发现：在环状的硅氧烷当中，与硅原子为偶数个的环状硅氧烷相比，硅原子为奇数个的环状硅氧烷更容易在高温下发生开环。也就是说，在使用环状硅氧烷作为玻璃原料并且在气体状态下进行火焰分解反应时，当对液态的玻璃原料进行加热而使其成为气体状态时，与硅原子为偶数个的环状硅氧烷相比，硅原子为奇数个的环状硅氧烷更容易发生开环。
然后，本发明人研究了在使用环状硅氧烷作为玻璃原料的情况下硅原子为奇数个的环状硅氧烷可以容许的含量。结果发现，在环状硅氧烷玻璃原料中，若硅原子为奇数个的环状硅氧烷的含量为2质量％以下，则可以抑制经由后续透明化步骤而得到的玻璃母材内部产生气泡。
因此，在本实施方式中，作为玻璃原料(液体原料23)，使用硅原子为偶数个的环状硅氧烷的含量为98质量％以上、且硅原子为奇数个的环状硅氧烷的含量为2质量％以下的玻璃原料。硅原子为偶数个的环状硅氧烷的含量为98质量％以上、且硅原子为奇数个的环状硅氧烷的含量为2质量％以下，可以使经由后续透明化步骤而得到的玻璃母材内部的气泡或异常点变得极少，因而是优选的。另外，硅原子为偶数个的环状硅氧烷的含量为99质量％以上、且硅原子为奇数个的环状硅氧烷的含量为1质量％以下，可以使经由后续透明化步骤而得到的玻璃母材内部的气泡或异常点进一步变得极少，因而是更优选的。作为硅原子为偶数个的环状硅氧烷，没有特别的限定，从在工业上能够容易地得到、并且保管或操作也容易的观点出发，可列举出OMCTS等适宜的环状硅氧烷。需要说明的是，作为硅原子为奇数个的环状硅氧烷，没有特别的限定，可列举出六甲基环三硅氧烷(HMCTS，硅原子为3个)以及十甲基环戊硅氧烷(DMCPS，硅原子为5个)等。
需要说明的是，对于火焰形成用气体，只要其能够使燃烧器形成火焰以使玻璃原料发生火焰分解反应从而生成玻璃微粒，则没有特别的限定。一般而言，适当地混合作为可燃性气体的氢(H2)和作为助燃性气体的氧(O2)，并进一步混合作为密封气体的氮等，从而可形成火焰形成用气体。在这种情况下，优选使氢、氧和氮分别由分开的喷出口喷出，并在喷出后进行混合。
接下来，对于玻璃微粒沉积体及玻璃母材的制造方法的过程进行说明。
〔沉积步骤〕
通过OVD法(外部附着法)进行玻璃微粒的沉积，从而制造玻璃微粒沉积体M。
首先，如图1所示，将支持棒10安装于升降旋转装置3，另外将起始棒11安装于支持棒10的下端部，在这种状态下，将起始棒11及支持棒10的一部分容纳于反应容器2内。
接着，基于由控制部5传来的控制信号，MFC25在控制供给量的同时将原料气体供给到燃烧器22。
通过将原料气体及火焰形成用气体供给到燃烧器22并使原料在火焰内进行氧化反应，从而生成玻璃微粒30。
然后，燃烧器22将在火焰中生成的玻璃微粒30连续地沉积于旋转并升降的起始棒11上。
基于来自控制部5的控制信号，升降旋转装置3使起始棒11及沉积于起始棒11上的玻璃微粒沉积体M进行升降及旋转。
〔透明化步骤〕
接下来，在惰性气体和氯气的混合气氛中将所得的玻璃微粒沉积体M加热至1100℃，然后在He气氛中加热至1550℃，从而得到透明玻璃母材。重复进行这样的玻璃母材的制造。
〔作用效果〕
根据以上说明的实施方式的方法，由于在使液态的玻璃原料成为气体状态的过程中使得凝胶状物质的产生变得极少，因而可以使对所得玻璃微粒沉积体进行透明化而得到的玻璃母材具有极少的气泡及异常点。
[实施例]
以下，示出了采用本发明的实施例及比较例的评价试验的结果，更详细地说明本发明。需要说明的是，本发明不限于这些实施例。
使用图1所示的制造装置并通过OVD法，进行玻璃微粒的沉积即玻璃微粒沉积体M的制造[沉积步骤]。另外，将所得的玻璃微粒沉积体M在惰性气体和氯气的混合气氛中加热到1100℃，然后在He气氛中加热到1550℃，从而进行透明玻璃化[透明化步骤]。
使用纯石英玻璃作为起始棒11。
将起始棒11和玻璃微粒生成用燃烧器22配置于反应容器2内，并将下表1中所示的5种组成的物质作为玻璃原料以气体状态导入至燃烧器22中。需要说明的是，通过将液态的玻璃原料加热至200℃，从而进行玻璃原料的气化。需要说明的是，在玻璃原料的气化中，期望在比玻璃原料的沸点高10℃至60℃的温度范围内加热液态的玻璃原料。在比上述温度低的温度下，玻璃原料的气化变得不充分，在过高的温度下，玻璃原料会发生热分解，因而不优选。
在燃烧器22所形成的火焰内使气体状态的玻璃原料发生火焰分解反应以生成玻璃微粒，并将所生成的玻璃微粒30沉积于起始棒11上，从而制作了玻璃微粒沉积体M。
接着，对所制作的5种玻璃微粒沉积体M进行加热以制作透明的玻璃母材。对于所制作的玻璃母材，进行气泡或异常点的评价，结果如下表1所示。
需要说明的是，在气泡或异常点的评价中，从玻璃母材的侧面照射卤素灯光，通过目视观察玻璃母材内部，测定大小为1mm以上的气泡、以及可由目视确认的有色异物的数量，通过换算为拉丝时的长度每100km的玻璃母材中所含的气泡或异常点的数量来进行评价。
需要说明的是，在下表1中，No.1至4为实施例，No.5至6为比较例。
[表1]
在上述表1的No.1至2中，由于硅原子为偶数个的OMCTS为98质量％以上、并且硅原子为奇数个的HMCTS及DMCPS的总含量为2.0质量％以下，因而在最终得到的玻璃母材中极少产生气泡或异常点。
另外，在上述表1的No.3至4中，由于硅原子为偶数个的OMCTS为99质量％以上、并且硅原子为奇数个的HMCTS及DMCPS的总含量为1.0质量％以下，因而在最终得到的玻璃母材中几乎没有产生气泡或异常点。
与此相对，在上述表1的No.5至6中，由于硅原子为偶数个的OMCTS不足98质量％、并且硅原子为奇数个的HMCTS及DMCPS的总含量超过2.0质量％，因而在最终得到的玻璃母材中观察到了较多的气泡或异常点。

Claims (4)

1.一种玻璃微粒沉积体的制造方法，其具有沉积步骤，在所述沉积步骤中，将起始棒和玻璃微粒生成用燃烧器配置于反应容器内，使玻璃原料以气体状态从所述燃烧器喷出，在所述燃烧器所形成的火焰中使玻璃原料进行火焰分解反应以生成玻璃微粒，将所生成的玻璃微粒沉积于所述起始棒以制作玻璃微粒沉积体，
所述玻璃原料中，硅原子为偶数个的环状硅氧烷的含量为98质量％以上，硅原子为奇数个的环状硅氧烷的含量为2质量％以下。
2.根据权利要求1所述的玻璃微粒沉积体的制造方法，其中，所述硅原子为偶数个的环状硅氧烷是八甲基环四硅氧烷(OMCTS)。
3.根据权利要求1或2所述的玻璃微粒沉积体的制造方法，其中，所述硅原子为奇数个的环状硅氧烷是六甲基环三硅氧烷(HMCTS)及十甲基环戊硅氧烷(DMCPS)中的至少任意一者。
4.一种玻璃母材的制造方法，其具有：通过权利要求1至4中任一项所述的玻璃微粒沉积体的制造方法来制造玻璃微粒沉积体的玻璃微粒沉积体制造步骤、以及加热所制造的玻璃微粒沉积体而制造透明的玻璃母材的透明化步骤。
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