CN1675134A - 厚壁石英管的制造 - Google Patents

Abstract

一种用于生产具有低气泡含量的石英玻璃体的方法，包括在回转炉外壳(20)的炉腔(62)内熔融石英砂，以形成熔融石英。在引入石英砂过程中和加热步骤过程中，含有氦气的气体被供入炉腔内。氦气比其它气体更易于从熔融石英中扩散，结果造成较低的气泡含量。在熔融阶段之后，氦气可被氩气替换，导致更低的气泡量。通过在炉腔内的间隔开的电极(64、66)之间建立电弧(60)，可将回转炉加热。

Description

厚壁石英管的制造

技术领域

本发明通常涉及石英(SiO₂)玻璃的制造，更具体地说，涉及一种气泡含量低的厚壁SiO₂的制造。

背景技术

有时称作“熔凝石英”的SiO₂玻璃被广泛地运用于各种应用中。在其是管状形式时，被用于半导体晶片处理。例如，所述管子被成形为用在半导体材料制造中所使用的高纯度容器，即在诸如熔融、区域精炼、扩散或者外延(epitaxy)的处理步骤中用于保持半导体材料。对这一应用和其它应用来说，无气泡且尽可能均匀的透明SiO₂玻璃是优选的。透明SiO₂玻璃的其它应用包括光学元件，诸如用于高温、高亮度并因此而具有高效率的灯泡以及用于光通信系统的能量传播光纤。

为制造这种管材，可以利用天然和人造的石英材料。天然石英包括从自形成的石英经过物理和化学选矿得到的粒状材料，如石英晶体或者他形矿脉或者伟晶岩石英。在需要高透明度时，通常不能使用有沉淀的石英(sedimentary quartz)。在人造石英中，其都是由含有SiO₂的溶剂或蒸汽以高纯度的沉淀和沉积物而获得的。

SiO₂玻璃管材的制造通常包括用粒状石英(SiO₂砂)将水平对齐的圆筒形炉腔装满，并通常在炉腔旋转的情况下将熔炉加热以熔融石英砂。利用内部电阻加热元件或者利用细长的高功率等离子电弧进行熔炉的加热。在这两个过程中，熔融从距热源最近的粒状炉料的一侧径向进行。随着热的流动，横过熔体厚度产生了温度梯度，并且因此所述熔融是非等温的。因为加热元件的固有限制，熔体加热表面上的温度通常不超过2000℃，同时所述熔体最远的层通常不超过方石英(cristobalite)的熔点，即1723℃。

例如，美国专利No.3,853,520披露了利用电阻或感应加热元件在真空下加热可旋转的中空形式的石英原材料。在冷却阶段中，容许使用诸如氮气的惰性气体以将该中空形式更快地冷却而不将石墨部件氧化。美国专利No.4,212,661中提出在形成熔凝石英锭的同时，循环流通诸如氮气或氩气的干燥惰性气体。

对于在半导体晶片处理工业中使用的厚壁(25mm或更大)熔融石英管材来说，管材的纯度极其重要。用作原材料的石英优选地不能含有混入的空气和杂质，即具有高的体积纯度。颗粒表面也优选地没有杂质。用于形成SiO₂玻璃的熔融设备也应该使得杂质的表面吸收(pick-up)最小化。

由于石英砂的颗粒尺寸相对较小，利用风力给料系统易于将其装载到回转炉腔内。将石英砂“喷射”到回转圆筒的内径上的技术能够得到很好的控制，以提供均匀的砂层厚度。然而，最终的熔融玻璃的气泡性质趋于受到熔融砂粒之间的空隙、典型地形成非常小的气泡(直径大约为20-50微米)的影响，特别是在砂粒表面被污染时。

已经提出了降低有害气泡形成的各种建议方法(例如参见美国专利No.5,312,471)。已经提出，通过熔体的快速旋转，玻璃气泡将上浮并从熔体的内表面上逃逸。但是，即使在较高的旋转速度下，在熔体的外表面上仍可以观察到集中的气泡层。其它提议提出，在熔融炉内使用高的气体压力，从而试图减少或消除SiO₂气化以及促进熔体进一步过热。尽管较高的温度有利于增大气泡的流动性，而试图降低或消除气化的较高压力起反作用，其趋于压缩和降低气泡尺寸并因此降低了气泡的流动性，其中气泡的流动性与气泡半径的平方成比例。

在另一种方法中，结合使用两个热源，如电阻加热和火焰加热，以从炉料的两侧加热石英砂。然而，用作第二个热源的火焰释放出可导致玻璃不纯的羟基或其它种类气体。在美国专利No.5,312,471公开的另一种方法中，控制粒状石英馈送的引入速率，使得熔体内径的降低速率不大于存在于熔体中需要去除的最小气泡的逃逸速率，以获得规定的光学质量。该方法可以获得良好的结果，但是其增加了处理时间，特别是在需要高的光学质量时，即需要小的气泡尺寸时。

本发明提供一种形成SiO₂玻璃的新型改进方法，该方法克服了上述问题和其它问题。

发明内容

在本发明的示范性实施例中，提供一种用于生产具有低气泡浓度的石英玻璃体的方法。该方法包括将石英颗粒加入到回转炉的炉腔内，并在含有氦气的第一处理气体中将炉腔内的石英颗粒加热，以形成熔融石英。将熔融石英冷却，从而形成管形石英玻璃体。

在本发明的另一种示范性实施例中，提供一种用于生产具有低气泡浓度的石英玻璃体的方法。该方法包括通过在炉腔内的间隔开的电极之间建立气体等离子电弧从而将熔炉炉腔内的石英熔融。在熔融步骤过程中，处理气体被引入到炉腔内，处理气体包含至少大约70％重量的氦气。

在本发明的另一个示范性实施例中，提供一种用于生产具有低气泡浓度的石英玻璃体的装置。该装置包括形成内部炉腔的外壳和用于将石英颗粒加入炉腔内的装置。第一和第二间隔开的电极延伸入炉腔内。电源与电极连接，用于在电极之间产生电弧以加热所述炉腔。提供含有氦气的第一处理气体的气体源，并提供含有氩气的第二处理气体的气体源。支管可选择地将第一和第二处理气体的气体源与所述炉腔流体连接。

本发明的至少一个实施例的一个优点在于，其能够形成透明SiO₂玻璃。

本发明的至少一个实施例的另一个优点在于降低了玻璃的气泡含量。

通过阅读并理解优选实施例的下述详细说明，对于本领域普通技术领域人员来说，本发明的其它优点将变得更加清楚。

附图说明

图1是本发明的一个实施例中的熔炉的透视图；

图2是图1中示出的熔炉的横截面视图；

图3是本发明的另一个实施例中的熔炉的横截面视图；

图4是与图1中示出的熔炉结合的风力给料系统的示意图；

图5是与图1中示出的熔炉结合的处理气体给料系统的示意图；

图6是具有各种气体和混合物的熔炉循环的气泡密度(气泡数/cm³)与壁位置关系的曲线图；

图7是具有各种气体和混合物的熔炉循环的气泡直径与壁位置关系的曲线图。

具体实施方式

在玻璃的形成过程中通过增大气泡从熔融玻璃逸出的速率，来获得因降低气泡形成而得到的石英玻璃的质量上的改进。通过选择用于将石英砂加入到处理熔炉内的适合气体或气体混合物和/或用作熔化过程的处理气体，可以获得在气泡形成上的极大降低。

图1示出用于执行熔化过程的示范性回转炉10，尽管应该理解的是，熔炉的具体结构可以被改变。虽然示出的熔炉采用等离子电弧加热，但应该理解的是，对于熔炉来说可有选择地使用电阻加热或其它加热系统。

正如这里所使用的那样，术语“颗粒”通常是指在形成石英玻璃时用作原料的所有小的、粉碎的、粒状的、沉淀物、沉积物、碎屑(slug)或其它细微分割的石英。术语“SiO₂”和石英是可替换使用的，并且都是指天然和人造的石英材料及其组合物。

参考图2，熔炉10包括具有地面安装板14的机器底盘12及左右支架16、18。回转炉10的外壳20的形状为鼓形并且包括三个元件，即中空的圆筒形部分22、左手侧凸缘盖24和右手侧凸缘盖26。可选择地，用环形整体耐火材料28、30将两个凸缘盖24和26与朝向等离子电弧的熔炉内部热绝缘(图3)。额外的绝缘体32也可以覆盖圆筒形部分22的内部并且在本质上可以是粒状的或者固体的(整体式的)，诸如一层氧化锆或氧化铝，其可选择地由钼箔覆盖。

然而，对于高纯度玻璃来说，优选省去绝缘体28、30、32，如图2所示。在一个实施例中，在整个过程中保持不熔融的石英砂的层34用作熔融石英和外壳20的内表面36之间的绝缘层。在这个实施例中，外壳壁优选由低碳钢形成，诸如1018级的钢，其内表面36可被抛光。在使用之前用如甲醇的溶剂擦拭内表面36，以除去杂质。

用于熔炉外壳20的冷却系统40包括“淋浴头”类型的喷水器42，该喷水器42以平行于水平熔炉的轴线设置，直接布置在熔炉外壳20的上方(图4)。喷水器42具有多个小孔，其将喷雾射流指向熔炉外壳20。流出的水被收集在外壳20正下方的平底盘44内，在该平底盘44处水可以被收集、再循环并流经其自身的冷却系统(未示出)。可选择地，尽管一般利用喷雾射流冷却熔炉更有效，但为了获得其凸缘24和26的额外冷却，熔炉外壳自身被局部地浸入平底盘44内。这个冷却系统的一个目的是能够使熔炉外壳内的保护绝缘层28、30、32的厚度最小化，更优选地是完全消除所述保护绝缘层的厚度。

返回到图2，凸缘24、26的轴向伸出部50、52起到通过轴承组件54和56可旋转地支撑熔炉10的作用。在被限定在外壳20内的细长圆筒形炉腔62内产生电弧60。用由例如铜构成的不旋转的中空水冷的电极64、66来分别伸入凸缘盖24和26。电极64、66也适于与旋转的凸缘电隔离(绝缘)，从而容许强电流/高压DC电源的连接。

熔炉10被气密密封，从而容许在真空下或者在高压和在不同气体或气体混合物下操作熔炉。为此，提供衬垫类型的密封70、72以将凸缘盖24、26密封到圆筒形部分22上，以及设置O形圈74、76以将轴向伸出部50、52内的电极64、66密封。在用电弧60加热熔炉时，为维持电弧，优选的是使氦气压力处在大约0.1到3个的大气压范围内，更优选地是至少0.5个大气压。然而，如果使用其它加热源，如电阻加热器来替换电弧，也可以考虑在这个范围之外的压力。

回转炉组件10被接地。只要能够满足总功率及其调节的要求，可以采用任何DC电源80。可以附加与电源80串联的额外感应器82，以通过防止功率在熔融操作过程中降低至零来帮助维持电弧60的稳定性。中空的、可消耗的轴端90、92从电极延伸，其可由碳，诸如石墨、钨或其它导电、高温耐火材料形成。

用于使外壳20旋转的驱动系统100包括变速马达102，该变速马达102被用于旋转(直接或间接地)形成为左手侧熔炉凸缘24的一部分的中空轴或轴向伸出部50。

通过入口110、112引入用于循环通过中空电极64、66的环形通道114、116的冷却剂，从而控制电极的温度。

利用风力给料系统120(图4)将石英砂引入熔炉。风力给料系统120使用加料气，从而通过给料管122将石英砂颗粒输送到熔炉中。加料气由一个如增压气缸的加料气源124供应，并且加料气与通过给料管122的石英砂混合。给料管与穿过其中一个电极64(入口电极)而限定的孔126流体连接。在外壳仍旧是冷的时候(即在启动电弧60之前)，通过孔126优选地将石英砂和加料气的混合物加入空的回转外壳20中。尽管也可以考虑在引入石英砂之前将初始清洁的加料气供应到炉腔，但炉腔62内的大气环境起初是一些环境空气。经由另一电极66内的孔128将过量的压力从炉腔62释放，该电极66被称作排气电极。

具体地说，如在图4中所示，呈支管阀130形式的加料器向熔炉10供给从加料斗132接收的粒状石英原料。支管阀134控制从压缩气体源124供给的加料气的引入速率。气体一旦通过支管阀134，其吸取加入料。气体将石英砂运送到炉腔62，在该炉腔内，石英砂直接撞击到旋转缸壁22上。当然，其它加料设备可代替支管阀130。例如，可以使用如文氏管的连续加料系统。

一旦石英砂已被装入炉腔中，风力给料系统就与熔炉10断开连接。然后将处理气体供应管140与孔126联结(图5)，并且处理气体流从处理气体的气体源，如增压气缸142，被馈送到炉腔62内。装到排气孔128上的节流阀144在炉腔62内维持一个微小的过压，以防止在熔化过程中空气的进入。调节器146控制进入炉腔62的流动，并且优选地维持在大约200立方英尺/小时。

一旦石英砂已被装入炉腔62内，就在可消耗的电极伸长部90、92之间建立等离子电弧60。这可以用各种方式实现。例如，触发器电极(strikerelectrode)150，如石墨棒可被装入消耗电极孔128内(图5)。触发器电极150被向前推进，直到其接触到电极64的轴端90(图2)时为止，且被供应电能从而产生电弧。触发器电极150逐渐回缩到消耗电极66内，且在电极64、66之间形成电弧。可替换地，利用移动装置将电极64、66中的一个或两个都置于邻接其它电极的位置处，以激发电弧，然后电极被移动分开回到其操作位置。

电弧将石英砂加热，并逐渐将其转化到熔融(熔化)状态。距电弧最近的石英砂层首先熔融，熔体前部逐渐向外朝向外壳壁表面36延伸，直到所有将要熔融的石英砂已被熔化为止(图2)。此时，在这里被称作“熔融时间”，未熔融石英砂的薄层34仍在熔融石英和外壳壁表面36之间，其在整个剩余的加工过程中仍保持不熔融状态。大约直到熔融时间的时间段将被称作处理的“最初阶段”或者熔融阶段，在最初阶段之后的期间，即大约在熔融时间之后的期间将被称作“第二阶段”或者后熔融阶段。圆筒形外壳的外表面154主动地被冷却，其在后熔融阶段阻止了熔体前部156的进一步扩展。剩余石英砂的薄层34有助于从炉腔62上移除完成的管。完成第一阶段所需的时间取决于供应的电能和其它因素，如加料量。通常，在输入功率为大约400KW时，20-30分钟足够完成该第一阶段。

加料气优选包括氦，所述加料气与石英砂混合，以风力将石英砂引入到炉腔62内。所述加料气可以是纯氦气或者是氦气和另一种或多种气体的混合物，诸如氧气。(就“纯氦气”来说，其意味着99.9％的He，或者更高)。例如，加料气可包含从0到大约20％重量的氧气及从100％到80％重量的氦气。也可以考虑在加料气中含有少量的氩气或其它惰性气体，优选含有低于20％重量的氩气，更优选含有低于10％重量的氩气，最优选地是加料气中不含氩气。在优选的实施例中，加料气是至少为70％重量的氦气，更优选地是95％的氦气，以及最优选地是大约100％的氦气。

在熔融过程的最初阶段并且在第二阶段中也是可选择地被引入到炉腔62内的处理气体，优选的也是氦气或者是氦气与其它一种或多种气体的混合气体。处理气体可以是与加料气相同的气体或者是混合气体。例如，就加料气而言，处理气体可以是纯氦气或者是氦氧混合气体，例如，从0到大约20％重量的氧气和从100％到80％重量的氦气。更优选地，至少在熔融过程的最初阶段，处理气体不含氧气，且优选包含100％重量或者接近100％重量的氦气(即，至少70％重量的氦气，更优选地，至少80％重量的氦气，且最优选地，超过95％重量的氦气)。也可以考虑在熔融阶段的最初阶段过程中，在处理气体中也含有少量的氩气，优选低于10％的氩气。

已经发现当在石英上存在杂质时，氧气作为精炼剂是有帮助的。与熔化过程的热量相结合，氧气提供了一种大气环境，烧掉石英砂上的碳氢化合物和其它挥发性杂质。杂质因此可在玻璃熔化之前，即在其作为气泡被截留在玻璃内之前从砂层上和炉腔62的大气环境中被去除。然而，已经发现，就气泡形成而言，氧气是有害的。因而，在使用高纯度石英砂时(石英砂中含有少量或者不合易挥发的有机成分)，可降低加料气和/或处理气体中的氧气浓度，或者可被完全消除。因此，通过确保高纯度的石英砂并且降低或者完全消除加料气和处理气体中的氧气，可以获得改进的玻璃质量。当使用纯度更差的石英砂时，由于氧气的精炼特性，氧气的存在可能在总体上具有好处。通过实验，可以确定氧气的最低水平，该最低水平能够在获得最低气泡形成的同时去除易挥发的有机物。这个水平是通常在大约为1％重量到大约为20％重量之间的氧气。

在一个实施例中，加料气除含有氦气之外，还含有氧气，而处理气体不含或者基本不含氧气。或者，处理气体中的氧气浓度在加工的最初阶段过程中逐渐降低。

已经发现，氦气在最后的熔凝石英产品中在降低气泡形成方面是特别有效的。在与其它处理气体相比较时，降低了气泡量(每单位体积上的气泡数量)。已经发现至少在处理的最初阶段，氦气在熔融石英中具有高的扩散速率，它比诸如氮气和氩气的其它气体能更迅速地扩散穿过熔融的石英。另外，在1700℃到2000℃的温度范围内，在大致的熔融温度范围中，所述温度对其扩散系数具有相对较小的影响。

通常，在任何石英熔融过程中，较大的气泡(大约200微米和更大)倾向于上升到熔体的内表面160上，以从玻璃中逸出(图2)。然而，较小的气泡(大约小于100微米)没有上升这样快，且具有被截留在玻璃内的趋势。已经发现，氦气对减少大气泡和小气泡都有作用。在加料气和/或处理气体中使用氦气会致使大、小气泡都降低。尽管不能完全理解，但可以认为由于通过扩散气泡熟化或者尺寸增大致使小气泡降低。氦气在熔融玻璃中可容易地扩散，从而使得随着气体从小气泡逐渐扩散到大气泡时小气泡变得更小。随着这些气泡逐渐变大，所以其在熔化周期过程中能够穿过熔体上升得更快，且更有可能从玻璃逸出。

可选择地，在加工过程中，可用氩气替换处理气体中的至少一些或者所有氦气。已经发现，理想的是在至少一部分，优选的是全部最初阶段，在处理气体中包含氦气。然而，后来在所述处理的过程中，优选地在第二阶段中使用氩气时，已经发现气泡质量得到改进的结果。

例如，在最初阶段使用氦气或者主要是氦气连同其它一种或多种气体的混合气体。然后，在第二阶段使用纯氩气或者主要是氩气连同其它多种气体的混合气体。(就“纯氩气”来说，其意味着99.9％的Ar，或者更高)。例如，阀146形成支管148的一部分，该支管148有选择地分别从含有氦气的气体和氩气的第一和第二气缸内供应处理气体。纯氩气优选用于第二阶段，尽管也可以在第二阶段使用氩气和诸如氦气的其它气体的混合气体，其中，混合气体中优选含有低于50％重量的氦气，更优选含有低于20％重量的氦气，且最优选含有低于10％重量的氦气。如同第一阶段的情况一样，压力优选地足够维持电弧，即炉腔压为大约0.1到3个大气压，更优选为至少0.5个大气压。

尽管不能完全理解，但可以认为，在第二阶段(即当发生熔融时)使用的基于氩气的处理气体具有有益的效果。一旦玻璃熔融前部已经用圆筒形外壳的冷却外表面稳定，熔融玻璃就会清除任何剩余的气泡。将处理气体混合物从氦气或氦气-氧气变成氩气，降低了这些剩余气泡的数目。利用这种两阶段过程生产的玻璃样品在玻璃管的内表面160附近具有多个低气泡量的区域(图2)。可以认为，改变成氩气的效果是降低了炉腔62内氦气和氧气(存在的情况下)在大气环境中的局部压力。这种降低为氦气扩散到内部熔体表面160并扩散出玻璃提供了附加的驱动力。另外，氩气扩散到熔融玻璃中的趋势小于其它气体。

优选地，处理气体以及加料气不含或基本不含(即低于5％重量，更优选地，低于1％重量)氮气。

意外地，已经发现，氩气在第二阶段中的优点在第一阶段中基本上没有被发现。利用两阶段过程(在一个阶段用氦气，第二个阶段用氩气)形成的玻璃与在整个过程中都在氩气环境中形成的玻璃的比较示出，在两阶段过程中气泡分布更加均匀。氩气处理过的样品具有多个混合区域，即一些区域具有较高的气泡量，其它一些区域具有较低的气泡量。尽管示出全部用氦气环境生产的玻璃比全部用氩气环境生产的玻璃有所改进，但是两阶段过程表示出总体最好的结果。

可选择地，可将少量的腐蚀性气体和活性气体加到加料气或者等离子电弧的环境中，从而在微粒状的加料实际上变成熔体一部分之前将其纯化。优选地，在加料气中可含有低于1％的氯气或者类似的腐蚀性气体。

在完成加热阶段之后，熔融玻璃被冷却或者在炉腔62内可被冷却到玻璃可变成固体的温度。然后，由此形成固态的石英玻璃体从炉腔内取出。

这个方法特别适用于形成在半导体工业的加工应用中所使用的管子。例如，利用所述的过程可以容易地形成壁厚大约为1cm到大约10cm且外径(O.D.)大约为15cm到大约50cm的管，尽管也可以考虑形成其它尺寸的管。管可被切割成多个环，并被安装到适当的基片上用于半导体的加工应用。

不意在限制本发明的范围，下面的示例说明使用本发明的处理来降低气泡的形成。

示例

几种不同类型的气体被用于加料和熔化，从而研究气体类型在熔化质量和气泡含量上的影响。用于这个实验的气体类型如下：

1、纯Ar(99.998％的Ar，O₂＜5ppm，H₂O＜3ppm)

2、纯He(99.995％的He，O₂＜5ppm，H₂O＜5ppm)

3、He(为80％重量)/O₂(为20％重量)

4、纯N2

这些气体被用于供入石英砂，而且在熔化过程中也作为电弧放电媒介(处理气体)。在相同的运行条件下测试所有气体类型。这些参数包括：

砂型	QQII
		载荷重量(lb)	100
加料气流(SCFH)	200
		载管材料	6061 A1
泵/冲洗周期	无
		真空	无
功率表	350kW时15分钟，220kW时5分钟
		熔化时间	20分钟
处理气体流(SCFH)	大功率时为250，低功率时为150

在图6(气泡密度，数目/cm³)和图7(气泡大小，以微米计的直径)中示出获得的气泡数据，利用气体类型分组，然后利用壁位置分组(例如：80/20HeO₂ ID表示采用80％的He、20％的O₂在管的内径附近测量的石英样品)。气泡密度表示每单位体积上的气泡总数。气泡直径是使用假设为球形的气泡区域来估计得到的气泡大小。

基于气泡密度和大小数据，He气给出整个壁厚上的均匀气体含量，而在气体含量中的所有其它气体产量梯度从ID到OD(外径)增大。对于ID取样来说，He/O₂混合气体、He和Ar产生类似的区域片断和密度。

已经参考优选实施例叙述了本发明。可明显看出，一旦阅读并理解了前述的详细说明书之后，可以进行各种优化和改变。本发明试图包括所有在权利要求书或其等价物的范围内的这些优化和改变。

Claims (21)

1.一种用于生产具有低气泡浓度的管形石英玻璃体的方法，包括下述步骤：

将石英颗粒加入回转炉(10)的炉腔(62)内；

在炉腔内在含有氦气的第一处理气体中将石英颗粒加热，以形成熔融石英；以及

将熔融石英冷却，以形成管形石英玻璃体。

2.如权利要求1所述的方法，其中第一处理气体包含至少80％重量的氦气。

3.如权利要求2所述的方法，其中第一处理气体是纯氦气。

4.如权利要求1所述的方法，其中第一处理气体包含小于大约20％重量的氧气。

5.如权利要求2所述的方法，其中第一处理气体包含小于大约1％重量的氧气。

6.如权利要求5所述的方法，其中第一处理气体不含氧气。

7.如权利要求1所述的方法，其中加热步骤还包括：

用第二处理气体替换第一处理气体以从熔融石英中驱逐氦气，其中所述第二处理气体至少主要是氩气。

8.如权利要求7所述的方法，其中在基本上所有有待在加热步骤中熔融的石英颗粒已被熔融之后，将所述第二处理气体引入。

9.如权利要求7所述的方法，其中第二处理气体是纯氩气。

10.如权利要求1所述的方法，其中加入石英的步骤包括：

将石英与加料气混合；以及

将加料气引入炉腔内，所述加料气包含氦气。

11.如权利要求10所述的方法，其中加料气包含小于20％重量的氧气。

12.如权利要求11所述的方法，其中加料气包含大约1％重量的氧气，以在加热步骤过程中从石英除去易挥发的有机杂质。

13.如权利要求10所述的方法，其中加料气至少包括90％的氦气。

14.如权利要求1所述的方法，其中加热步骤包括：

在炉腔内的间隔开的电极(64、66)之间形成气体等离子电弧(60)以加热炉腔。

15.如权利要求14所述的方法，其中加热步骤包括：

通过由第一电极(64)限定的通道(126)使第一处理气体流入炉腔内。

16.如权利要求1所述的方法，其中加热步骤包括使第一处理气体以200立方英尺/小时的速率流过炉腔。

17.一种用于生产具有低气泡含量的石英玻璃体的方法，包括下述步骤：

通过在炉腔内的间隔开的电极之间形成气体等离子电弧(60)，在炉(10)的炉腔(62)内将石英熔融；

在熔融步骤过程中，将处理气体加入炉腔内，处理气体包括至少大约70％重量的氦气。

18.如权利要求17所述的方法，其中处理气体包括至少95％重量的氦气。

19.如权利要求17所述的方法，其中炉腔内的压力为从大约0.1到大约3个大气压。

20.如权利要求17所述的方法，还包括在熔融步骤之后：

将第二处理气体加入炉腔内，所述第二处理气体包含氩气。

21.一种用于生产具有低气泡浓度的石英玻璃体的装置，包括：

外壳(20)，其限定出内炉腔(62)；

用于将石英颗粒加入炉腔内的装置(120)；

第一和第二间隔开的电极(64、66)，延伸入炉腔内；

与各电极相连接的电源(80)，其用于在电极之间产生电弧(60)用于加热所述炉腔；

第一处理气体的气源(124)，其包含氦气。

第二处理气体的气源(142)，其包含氩气；以及

导管(134)，其可选择地将第一和第二处理气体源与所述炉腔流体连接。

Images