DE102004017572B3

DE102004017572B3 - Verfahren zur Herstellung eines Hohlzylinders aus synthetischem Quarzglas unter Einsatz einer Haltevorrichtung

Info

Publication number: DE102004017572B3
Application number: DE102004017572A
Authority: DE
Inventors: Jürgen Röper; Diana Küffner
Original assignee: Heraeus Tenevo GmbH
Current assignee: Heraeus Quarzglas GmbH and Co KG
Priority date: 2004-04-07
Filing date: 2004-04-07
Publication date: 2005-11-24
Anticipated expiration: 2024-04-08
Also published as: US20070214834A1; JP5055113B2; WO2005097693A1; JP2007532450A

Abstract

Ein bekanntes Verfahren zur Herstellung eines Hohlzylinders aus synthetischem Quarzglas erfolgt durch Flammenhydrolyse einer siliziumhaltigen Verbindung und schichtweises Abscheiden von SiO¶2¶-Partikeln auf einem rotierenden Träger, wobei ein langgestreckter poröser Sootkörper mit zentraler Innenbohrung hergestellt wird. Dieser wird einer Dehydratationsbehandlung unterzogen und danach in einem Verglasungsofen in vertikaler Ausrichtung gesintert, wobei er in dem Verglasungsofen mittels einer Haltevorrichtung gehalten wird, die einen in die Innenbohrung des Sootkörpers hineinragenden langgestreckten, Graphit enthaltenden Haltekörper umfasst, auf den der Sootkörper unter Bildung des Quarzglasrohres aufkollabiert. Um hiervon ausgehend ein Verfahren anzugeben, das einerseits Kontaminationen des Quarzglasrohres vermeidet und das andererseits in Bezug auf die Standzeit der Haltevorrichtung und den Kostenaufwand für ihre Herstellung optimiert ist, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, dass ein Haltekörper eingesetzt wird, der eine Oberflächenschicht aus beta-SiC aufweist, und dass die SiC-Oberflächenschicht vor dem Aufkollabieren des Sootkörpers bei hoher Temperatur einer Passivierungsatmosphäre ausgesetzt wird, die mindestens eine der Substanzen NO, HCl, Cl¶2¶ oder CO enthält.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Quarzglasrohres, indem durch Abscheiden von SiO₂-Partikeln auf einer Zylindermantelfläche eines um seine Längsachse rotierenden Trägers ein rohrförmiger, poröser Sootkörper mit zentraler Innenbohrung hergestellt wird, dieser einer Dehydratations-Behandlung unterzogen und danach gesintert und kollabiert wird, wobei der Sootkörper mittels einer Haltevorrichtung in einem Verglasungsofen gehalten wird, die einen in die Innenbohrung des Sootkörpers hineinragenden langgestreckten, Graphit enthaltenden Haltekörper umfasst, auf den der Sootkörper unter Bildung des Quarzglasrohres aufkollabiert.
Hohlzylinder aus synthetischem Quarzglas werden als Zwischenprodukte für eine Vielzahl von Bauteilen für die optische und für die chemische Industrie und insbesondere für die Herstellung von Vorformen für optische Fasern verwendet.
Bei der Herstellung eines rohrförmigen Sootkörpers nach dem „OVD-Verfahren" (Outside Vapour Deposition) werden feine SiO₂=Partikel durch Flammenhydrolyse von SiCl₄ gebildet und schichtweise auf einem um seine Längsachse rotierenden Träger abgeschieden. Ein derartiges Verfahren ist beispielsweise in der EP 701 975 A2 beschrieben. Zum Sintern und Kollabieren (auch als „Verglasen" bezeichnet) wird der rohrförmige Sootkörper in vertikaler Orientierung in einem Verglasungsofen mittels einer Haltevorrichtung gehalten, die einen Haltestab aufweist, der sich von oben durch die Innenbohrung des Sootkörpers erstreckt und mit einem Haltefuß verbunden ist, auf dem der Sootkörper mit seinem unteren stirnseitigen Ende aufsteht. Der Haltestab besteht aus kohlefaserverstärktem Grafit (CFC) und er ist im Bereich der Innenbohrung des Sootkörpers von einem gasdurchlässigen Hüllrohr aus reinem Grafit umhüllt. Das Hüllrohr dient beim Kollabieren des Sootkörpers als Distanzstück, so dass unabhängig vom Außen durchmesser des Haltestabes durch Variation der Dicke des Hüllrohres Hohlzylinder mit unterschiedlichen Innendurchmessern erzeugt werden können.
Beim Verglasen des Sootkörpers kollabiert dieser auf das Grafit-Hüllrohr auf. Dabei können im Grafit vorhandene Verunreinigungen – insbesondere metallische Verunreinigungen – gelöst und in das Quarzglas des Sootkörpers transportiert werden. Dabei spielt eine dem Verglasen üblicherweise vorgeschaltete Dehydratations-Behandlung des Sootkörpers in chlorhaltiger Atmosphäre eine wesentliche Rolle, bei der es zu einem Transport von Verunreinigungen aus dem Hüllrohr in den Sootkörper kommen kann, der durch die Anwesenheit von Chlor und die Bildung flüchtiger Chlorverbindungen begünstigt wird.
Daher ist bei dem bekannten Verfahren die zu erreichende Reinheit des Hohlzylinders durch den Verunreinigungsgehalt des Grafit-Hüllrohres limitiert.
Nach dem Verglasen wird beim bekannten Verfahren das Hüllrohr entfernt und die Innenbohrung des Quarzglasrohres wird durch Bohren, Schleifen, Honen oder Ätzen abgetragen. Dieses Verfahren ist zeitaufwendig und es kommt zu Materialverlusten.
Während des wiederkehrenden Einsatzes einer solchen Haltevorrichtung unterliegen die Grafitteile einem fortschreitenden korrosiven Verschleiß. Dabei wird in erster Linie der zwischen den einzelnen Grafitpartikeln eingelagerte Binder sukzessive zerstört, beispielsweise durch die Umsetzung mit Chlor, Fluor oder Sauerstoff, die aus dem offenporigen Sootkörper während eines Heißprozesses entweichen. Dieser Prozess äußert sich visuell durch Vergrößerung der Oberflächenrauigkeit des jeweiligen Bauteils. Daraus ergeben sich zwei wesentliche Nachteile. Zum einen führt die korrosive Zerstörung der Grafitmatrix im Hochtemperaturprozess zur Freisetzung von Verunreinigungen aus dem Grafit, beispielsweise in Form flüchtiger Metallhalogenidverbindungen, welche wiederum über die Gasphase den SiO₂-Sootkörper kontaminieren. Zum zweiten nimmt die beim Kollabieren auf die korrodierte Grafitoberfläche aufkollabierende Innenbohrung des Sootkörpers dessen Oberflächentextur an, was eine aufwendige mechanische Nachbearbeitung erfordert.
Ein Teil dieser Nachteile wird durch das aus der US 5,076,824 A bekannte Verfahren zum Verglasen eines rohrförmigen Sootkörpers vermieden. Dabei wird fluorhaltiger SiO₂-Soot auf einem um seine Längsachse rotierenden Träger aus Grafit abgeschieden, der mit einer Schicht aus pyrolytisch hergestelltem Grafit oder pyrolytisch hergestelltem Bornitrid versehen ist. Beim anschließenden Sintern des rohrförmigen Sootkörpers in fluorhaltiger Atmosphäre dient derselbe Träger zum Halten des Sootrohres in vertikaler Orientierung in einem Verglasungsofen, wobei das Sootrohr mit seiner Unterseite auf einem Haltefuß aufsteht. Der Haltefuß ist dabei mit dem Träger verbunden, der sich durch die Bohrung des Sootrohres nach oben erstreckt. Auch der Haltefuß ist mit einer mit pyrolytisch hergestelltem Grafit oder Bornitrid beschichtet.
Die Diffusionsdichtigkeit derartige Beschichtungen ist gering, so das Verunreinigungen aus dem beschichteten Material in den Sootkörper gelangen können. Zudem sind Beschichtungen aus Bornitrid verhältnismäßig teuer.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung eines Quarzglasrohres unter Einsatz einer grafithaltigen Haltevorrichtung anzugeben, das einerseits Kontaminationen des Quarzglasrohres vermeidet und das andererseits in Bezug auf die Standzeit der Haltevorrichtung und dem Kostenaufwand für ihre Herstellung optimiert ist.

Diese Aufgabe wird ausgehend von dem eingangs genannten Verfahren erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass ein Haltekörper eingesetzt wird, der eine Oberflächenschicht aus SiC aufweist, und dass die SiC-Oberflächenschicht vor dem Aufkollabieren des Sootkörpers bei hoher Temperatur einer Passivierungsatmosphäre ausgesetzt wird, die mindestens eine der Substanzen NO, HCl, Cl₂ oder CO enthält.

Bei der erfindungsgemäßen Abwandlung des bekannten Verfahrens wird der Sootkörper beim Sintern und Kollabieren mittels einer Haltevorrichtung gehalten, die eine Oberflächenschicht aus SiC aufweist.

In der obengenannten US 5,076,824 A1 ist beschrieben, dass Halteteile mit einer Beschichtung aus SiC an und für sich ungeeignet seien, da es bei hoher Tempe raturen im Kontakt mit Quarzglas zu einer chemischen Reaktion kommt, infolge der das aufkollabierte Quarzglas beschädigt und das entsprechende Halteteil korrodiert wird. Aus dem Grunde werden in der US 5,076,824 A1 derartige Beschichtungen als Halteträger von SiO₂-Sootkörpern beim Verglasungsschritt nicht empfohlen. Die Erfinder haben jedoch eine Möglichkeit gesucht, wie trotz des erwähnten Nachteils bei direktem Kontakt mit Quarzglas eine gegenüber Bornitrid oder pyrolytisch erzeugtem Grafit preiswertere und dichtere Beschichtung aus SiC auf einem Haltekörper eingesetzt werden kann.

Ein Hinweis hierzu findet sich in W. Hertl, W.W. Pultz, Trans. Faraday Soc. 62, 3440 (1966). Dort wird berichtet, dass bei Anwesenheit von Gasen wie NO, HCl, Cl₂ und CO eine Herabsetzung der Reaktionsgeschwindigkeit zwischen SiC und SiO₂ beobachtet wurde.

Unter Berücksichtigung dieser Erkenntnis wird daher gemäß der vorliegenden Erfindung ein Verfahren vorgeschlagen, bei dem die Reaktion der SiC-Oberflächenschicht mit SiO₂ durch eine Kombination der Werkstoffauswahl und von Verfahrensparametern vermieden werden kann. Hierzu wird zum einen eine Oberflächenschicht aus SiC erzeugt, deren Permeabilität für Helium unterhalb von 1 × 10^–8 mbar × s^–1 liegt, und diese wird zum anderen vor dem Kontakt mit Quarzglas einer Atmosphäre ausgesetzt, die mindestens eines der Gase NO, HCl, Cl₂ oder CO enthält.
Es hat sich gezeigt, dass es dabei zu einer Chemisorption dieser Gase auf der SiC-Oberflächenschicht kommt, die eine für eine gewisse Zeitanhaltende Passivierung der SiC-Schicht erzeugt, welche beim späteren Kontakt mit dem kollabierenden Quarzglas die Reaktion mit dem SiO₂ verhindert oder zumindest deutlich verringert.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist somit ein zweistufiges Verfahren, wobei zunächst die SiC-Oberflächenschicht bei hoher Temperatur passiviert wird, und es allenfalls danach, nämlich auf der ausreichend passivierten SiC-Oberflächenschicht zu einem Kontakt mit dem kollabierenden Quarzglas kommt.
Eine ausreichend passivierte, dichte und porenfreie SiC-Oberflächenschicht erweist sich unter den Prozessbedingungen als stabil und sie schirmt den Sootkörper und die Ofenatmosphäre insgesamt vor dem vergleichsweise verunreinigten Graftit des Haltekörpers ab. Die SiC-Oberflächenschicht kann außer auf dem Haltekörper auch auf anderen grafithaltigen Teilen der Haltevorrichtung vorgesehen sein.
Es hat sich gezeigt, dass die passivierte SiC-Oberfläche des Haltekörpers leicht von dem aufkollabierten Quarzglas getrennt werden kann, wobei der Zustand der SiC-Oberfläche danach weitgehend ihrem Ausgangszustand entspricht. Wegen seines geringen korrosiven Verschleißes kann ein entsprechend SiC-beschichteter und jedesmal passivierter Haltekörper mehrfach eingesetzt werden, ohne dass bei den aufkollabierten Quarzglasrohren eine wesentliche Verschlechterungen der Oberflächenbeschaffenheit der Innenbohrung beobachtet wird.
Die oben beschriebene Halterung des Sootkörpers wird in jedem oder in einzelnen der folgenden Erhitzungsprozesse eingesetzt. Die Dehydratationsbehandlung des Sootkörpers erfolgt in der Regel in einer halogenhaltigen, insbesondere in einer fluor- oder chlorhaltigen Atmosphäre in einem Dehydatrations-Ofen. In einem sich daran anschließenden Dotierprozess zum Einbringen eines Dotierstoffs in den Sootkörper wird der Sootkörper mittels der Haltevorrichtung in einem Dotier-Ofen gehalten. Die Dotierung kann auch mit der Dehydratation des Sootkörpers einhergehen, wenn der Dehydratations-Atmosphäre ein Dotierstoff (wie Fluor) beigefügt wird. Weiterhin kann in einem Verglasungsprozess zum Sintern und Kollabieren des Sootkörpers, dieser mittels der Haltevorrichtung in einem Verglasungsofen gehalten werden. Der Einsatz des gleichen Ofens für Dehydratation, Dotieren und/oder Verglasen ist nicht ausgeschlossen, wobei darauf zu achten ist, dass die Passivierung abgeschlossen ist, bevor es zu einem Kontakt zwischen dem kollabierenden Quarzglas und der SiC-Oberflächenschicht kommt.
Der Haltekörper besteht aus einem Werkstoff, der bei der Verglasungstemperatur für Quarzglas formstabil ist. Außerdem tragen eine hohe Bruchfestigkeit und eine gute Temperaturwechselbeständigkeit zur Betriebssicherheit bei. Der Haltekörper umfasst einen Stab oder ein Rohr. Stab oder Rohr sind einteilig ausgebildet oder aus mehreren Segmenten oder Teilstücken zusammengesetzt. Der Haltekörper kann auch ein Hüllrohr umfassen, das Stab oder Rohr umgibt. Als geeignete Werkstoffe kommen insbesondere Grafit bzw. CFC in Betracht.
Es hat sich als günstig erwiesen, wenn die SiC-Oberflächenschicht beim Aufkollabieren des Sootkörpers eine Oberflächentemperatur von weniger als 1350 °C, vorzugsweise eine Oberflächentemperatur von weniger als 1300 °C, aufweist.
Eine möglichst geringe Oberflächentemperatur beim ersten Kontakt zwischen dem aufkollabierenden Quarzglases und der SiC-Oberflächenschicht trägt zusätzlich zu einer geringen Korrosion der SiC-Schicht und außerdem zu einer geringen Benetzung der miteinander in Kontakt stehenden Werkstoffe bei. In der Regel erfährt die Oberfläche zum Zeitpunkt des Aufkollabierens des Quarzglases die höchste Temperatur. Für das Sintern und Kollabieren von Quarzglas, das durch Flammhydrolyse von siliziumhaltigen Verbindungen erzeugt worden ist, liegen die oben genannten Temperatur-Obergrenzen von 1350 °C, beziehungsweise 1300 °C, besonders niedrig.
Beim Sintern und Kollabieren wird der Sootkörper entweder vollständig in eine innerhalb des Verglasungsofens ausgebildete Heizzone eingebracht und darin gleichzeitig über seine gesamte Länge erhitzt. Oder – und das ist hier die bevorzugte Verfahrensweise – der Sootkörper wird der Heizzone mit einem Ende beginnend zugeführt und darin zonenweise erhitzt. Dabei wird die SiC-Oberflächenschicht beim Aufkollabieren des Sootkörpers zonenweise auf eine Maximaltemperatur erhitzt wird, wobei jede Stelle der SiC-Oberflächenschicht während einer Dauer von weniger als 200 Minuten, vorzugsweise weniger als 150 Minuten auf der Maximaltemperatur gehalten wird.
Hierbei wird der Sootkörper zonenweise erweicht und dabei auf den Haltekörper aufkollabiert. Durch das zonenweise Sinter- und Kollabierverfahren wird gewährleistet, dass jede Stelle der SiC-Oberflächenschicht nur während einer kurzen Zeitspanne des gesamten Kollabier-Prozesses auf der Maximaltemperatur gehalten wird. Dadurch wird die Korrosion der SiC-Oberflächenschicht weiter verringert.
Es hat sich besonders bewährt, wenn die Passivierung durch Erhitzen der SiC-Oberflächenschicht auf eine Temperatur von 800 °C oder höher erfolgt.
Bei einer geringeren Temperatur als 800 °C erweist sich die Passivierung der SiC-Oberflächenschicht als ungenügend oder sie benötigt eine unwirtschaftlich lange Zeit.
Es hat sich auch als günstig erwiesen, wenn der Sootkörper beim Sintern Cl₂ oder HCl enthält.
Diese Substanzen können beispielsweise als Restmengen einer vorangegangenen Dehydratations- oder Passivierungsbehandlung in dem Sootkörper noch vorhanden sein. Sie tragen zu einer weitergehenden oder erneuten Passivierung der SiC-Oberfläche während des Kollabierschrittes bei.
Besonders bewährt hat sich eine mittels CVD-Abscheidung erzeugte SiC- Oberflächenschicht, die im wesentlichen aus beta-SiC besteht.
Eine durch CVD-Verfahren erzeugte Schicht aus beta-SiC zeichnet sich durch hohe Dichte und Gasundurchlässigkeit, sowie durch eine geringe Rauigkeit aus. Im Hinblick auf die Eignung der SiC-Oberflächenschicht für den oben erläuterten Zweck hat es sich als vorteilhaft erweisen, wenn das SiC wenigstens zum überwiegenden Volumenanteil in seiner beta-Phase vorliegt. Beta-SiC zeigt eine kubische Kristallstruktur, die auch unter dem Namen Zinkblende-Struktur bekannt ist. Die Permeabilität einer derartigen Schicht für Helium liegt unterhalb von 1 × 10^–8 mbar × s^–1. In seiner hexagonalen Struktur, welche auch unter dem Namen Wurzit-Struktur bekannt ist, wird Siliziumcarbid als „alpha-SiC" bezeichnet.
Die geringe Rauigkeit der durfch CVD-Verfahren erzeugten Oberflächenschicht hat eine geringe Größe der Kontaktfläche zwischen SiC und Quarzglas zur Folge und vermindert dadurch die Reaktivität der SiC-Schicht.
In dem Zusammenhang hat es sich als besonders vorteilhaft erwiesen, wenn die SiC-Oberflächenschicht eine mittlere Rauigkeit R_a von weniger als 3 μm aufweist.
Die Dicke der SiC-Oberflächenschicht liegt bevorzugt im Bereich zwischen 50 μm und 150 μm.
Der genannte Bereich ergibt sich als Kompromiss zwischen einer ausreichenden mechanischen Festigkeit, Dichtheit und Standzeit der Schicht einerseits, und dem Aufwand für die Erzeugung der Schicht andererseits.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels und einer Zeichnung näher erläutert. Als einzige Figur der Zeichnung zeigt in schematischer Darstellung
1 einen Sootkörper beim Sintern und Kollabieren, der mittels einer Haltevorrichtung in einem Verglasungsofen gehalten wird.
Der Haltevorrichtung gemäß 1 ist insgesamt die Bezugsziffer 1 zugeordnet. Sie weist eine Tragestange 2 aus CFC auf, die von einem Grafitrohr 3 umgeben ist und an einem Haltefuß 4 aus Grafit befestigt ist.
Das Grafitrohr 3 ist über seine Länge mit einer gleichmäßig dicken und dichten Oberflächenschicht 6 aus beta-SiC versehen, deren Permeabilität für Helium unterhalb von 1 × 10^–8 mbar × s^–1 liegt. Die Dicke der SiC-Oberflächenschicht 6 beträgt etwa 100 μm und ihre mittlere Oberflächenrauigkeit liegt bei maximal 2 μm (R_a-Wert). Die SiC-Oberflächenschicht 6, die in 1 aus Gründen der Darstellungsgründen übertrieben dick dargestellt ist, verhindert einen direkten Kontakt zwischen dem Grafit des Rohres 3 und dem Sootrohr 5 und sie schirmt die Ofenatmosphäre insgesamt vor Verunreinigungen aus dem Grafit ab. Die SiC-Oberflächenschicht 6 vermindert so auch die Gefahr einer Kontamination des Sootrohres 5 durch gasförmige Verunreinigungen, die aus der Tragestange 2 oder dem Grafitrohr 3 herausdiffundieren.
Die Definition der Oberflächenrauigkeit R_a ergibt sich aus EN ISO 4287, die Messbedingungen aus EN ISO 4288 oder EN ISO 3274, je nachdem, ob die SiC-Oberfläche der Messprobe ein nicht periodisches Oberflächenprofil (wie hier) oder ein periodisches Oberflächenprofil aufweist.
Der Haltefuß 4 ist mit einer waagerecht orientierten Aufnahmefläche versehen, auf der ein rohrförmiger Sootkörper (Sootrohr 5) aus SiO₂ in vertikaler Orientierung aufsitzt. Haltefuß 4 und Tragestange 2 sind mittels Gewinde fest miteinander verbunden. Der Haltefuß 4 dient zur Aufnahme der Anordnung von Tragstange 2 und Sootrohr 5 in einem Dehydratationsofen und einem Dotier- und Verglasungsofen, welche in 1 jeweils durch ein ringförmiges Heizelement 8 symbolisiert sind.
Die Tragestange 2 erstreckt sich durch die gesamte Innenbohrung 7 des Sootrohres 5. Zum Hantieren dient der über das obere Ende 9 des Sootrohres 5 hinausragende Teil der Tragestange 2. Infolge ihrer hohen Zugfestigkeit ist ein relativ kleiner Durchmesser der CFC-Tragestange 2 von 30 mm ausreichend.
Zwischen dem SiC-beschichteten Grafitrohr 3 und der Innenwandung des Sootrohres 5 verbleibt ein Spalt 10 mit einer mittleren Spaltweite von 2 mm.
Das Sootrohr 5 hat einen Innendurchmesser von 43 mm und ein Gewicht von ca. 100 kg. Es kann mittels der Haltevorrichtung 1 transportiert und in dem jeweiligen Behandlungsraum (Dehydratations, Dotier- und Verglasungsofen) gehalten werden.
Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel für das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung eines Rohres aus synthetischem Quarzglas unter Einsatz der in 1 dargestellten Haltevorrichtung 1 näher beschrieben:
Durch Flammenhydrolyse von SiCl₄ werden in der Brennerflamme eines Abscheidebrenners SiO₂-Sootpartikel gebildet und diese auf einem um seine Längsachse rotierenden Trägerstab aus Al₂O₃ unter Bildung eines Sootkörpers aus porösem SiO₂ schichtweise abgeschieden. Nach Abschluss des Abscheideverfahrens wird der Trägerstab entfernt. Aus dem so erhaltenen Sootrohr 5, das eine Dichte von etwa 25 % der Dichte von Quarzglas aufweist, wird ein transparentes Quarzglasrohr anhand des nachfolgend beispielhaft erläuterten Verfahrens hergestellt:
Das Sootrohr 5 wird zum Entfernen der herstellungsbedingt eingebrachten Hydroxylgruppen einer Dehydratations-Behandlung unterworfen. Hierzu wird das Sootrohr 5 in einen Dehydratations-Ofen eingebracht und darin mittels der Haltevorrichtung 1 in vertikaler Ausrichtung gehalten. Das Sootrohr 5 wird zunächst bei einer Temperatur um 900°C in einer chlorhaltigen Atmosphäre behandelt. Die Behandlungsdauer liegt bei etwa acht Stunden. Die Behandlung chlorhaltigen Atmosphäre führt zu Chemisorption von Chloratomen oder -molekülen auf der SiC- Oberflächenschicht 6 und bewirkt dadurch eine Passivierung in Bezug auf die Reaktion mit SiO₂, deren Wirkung weiter unten näher beschreiben ist.
Das so vorbehandelte Sootrohr 5 wird anschließend mittels der Haltevorrichtung 1 in einen Verglasungsofen mit vertikal orientierter Längsachse eingebracht. Der Verglasungsofen ist evakuierbar und mit dem ringförmigem Graphit-Heizelement 8 ausgestattet, das ebenfalls mit einer Oberflächenschicht aus beta-SiC versehen ist. Die Beschichtung des Heizelementes zeigt insbesondere bei einem Betrieb des Ofens ohne Vakuum Vorteile hinsichtlich der Reinhaltung des Ofenraums weniger im Vakuumbetrieb. Das Sootrohr 5 wird mit seinem unteren Ende beginnend, dem Heizelement 8 mit einer Zufuhrgeschwindigkeit von 10 mm/min kontinuierlich von oben zugeführt und darin zonenweise erhitzt. Die Temperatur des Heizelements 8 wird auf 1400°C voreingestellt, wodurch sich auf der Oberfläche der SiC-Oberflächenschicht 6 eine Maximaltemperatur von ca. 1300 °C ergibt. Beim Sintern und Kollabieren des Sootrohres 5 wandert eine Schmelzfront innerhalb des Sootrohres 5 von außen nach innen und gleichzeitig von oben nach unten. Der Innendruck innerhalb des Verglasungsofens wird beim Verglasen durch fortlaufendes Evakuieren bei 0,1 mbar gehalten. Während des Verglasens schrumpft das Sootrohr 5 auf das SiC-beschichtete Grafitrohr 3 zonenweise auf. Beim Sintern und Kollabieren entweichende Gase werden über den noch offenporigen Bereich des Sootrohres 5 und über den noch offenen Teil des Spalts 10 zwischen Grafitrohr 3 und Sootrohr 5 abgeleitet, so dass eine Blasenbildung vermieden wird. im Verlauf des Verglasungsvorgangs setzt sich eine in den Sootkörper 5 eingedrehte Haltemutter 11 auf das obere Ende des Grafitrohres 3 auf, so dass danach das weitere Verglasen mit hängendem Sootkörper (5) erfolgt, wie dies in der EP 701 975 A2 beschrieben ist.
Aus der Bohrung des auf diese Weise durch Sintern und Kollabieren erhaltenen Quarzgtasrohres werden die Tragstange 2 und das SiC-beschichtete Grafitrohr 3 entfernt. Es zeigt sich, dass die Innenoberfläche des Quarzglasrohres eben und sauber ist, so dass eine mechanische Nachbearbeitung nicht erforderlich ist. Auch die SiC-Beschichtung weist keinerlei visuell erkennbare Korrosion auf. Eine Überprüfung der Reinheit der Kontaktfläche zur SiC-Oberflächenschicht 6 ergab we sentlich geringere Verunreinigungsgehalte als bei einer Kontaktfläche zu dem nicht beschichteten Grafitrohr 3.
Das Quarzglasrohr wird abschließend auf einen Außendurchmesser von 46 mm und einem Innendurchmesser von 17 mm elongiert. Das so erhaltene Quarzglasrohr zeigt eine hohe Reinheit und eine geringe Verunreinigung, was einen Einsatz im kernnahen Bereich einer Vorform für optische Fasern – zum Beispiel als Substratröhr für die Innenabscheidung mittels MCVD-Verfahren – ermöglicht. Das Quaizglasrohr ist selbstverständlich auch zum Überfangen eines Kernstabs beim Faserziehen oder zur Herstellung einer Vorform geeignet.

Claims

Verfahren zur Herstellung eines Quarzglasrohres, indem durch Abscheiden von SiO₂-Partikeln auf einer Zylindermantelfläche eines um seine Längsachse rotierenden Trägers ein rohrförmiger, poröser Sootkörper (5) mit zentraler Innenbohrung (7) hergestellt wird, dieser einer Dehydratations-Behandlung unterzogen und danach gesintert und kollabiert wird, wobei der Sootkörper (5) mittels einer Haltevorrichtung (1) in einem Verglasungsofen gehalten wird, die einen in die Innenbohrung (7) des Sootkörpers (5) hineinragenden langgestreckten, Graphit enthaltenden Haltekörper (3) umfasst, auf den der Sootkörper (5) unter Bildung des Quarzglasrohres aufkollabiert, dadurch gekennzeichnet, dass ein Haltekörper (3) eingesetzt wird, der eine Oberflächenschicht (6) aus SiC aufweist, und dass die SiC-Oberflächenschicht (6) vor dem Aufkollabieren des Sootkörpers (5) bei hoher Temperatur einer Passivierungsatmosphäre ausgesetzt wird, die mindestens eine der Substanzen NO, HCl, Cl₂ oder CO enthält.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die SiC-Oberflächenschicht (6) beim Aufkollabieren des Sootkörpers (5) eine Oberflächentemperatur von weniger als 1350 °C, vorzugsweise eine Oberflächentemperatur von weniger als 1300 °C aufweist.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die SiC-Oberflächenschicht (6) beim Aufkollabieren des Sootkörpers (5) zonenweise auf eine Maximaltemperatur erhitzt wird, wobei jede Stelle der SiC-Oberflächenschicht (6) während einer Dauer von weniger als 200 Minuten, vorzugsweise weniger als 150 Minuten auf der Maximaltemperatur gehalten wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Passivierung durch Erhitzen der SiC-Oberflächenschicht (6) auf eine Temperatur von 800 °C oder höher erfolgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Sootkörper (5) beim Sintern Cl₂ oder HCl enthält.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die SiC-Oberflächenschicht (6) im wesentlichen aus beta-SiC besteht und mittels CVD-Abscheidung erzeugt ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke der SiC-Oberflächenschicht (6) im Bereich zwischen 50 μm und 150 mm liegt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die SiC-Oberflächenschicht (6) eine mittlere Rauigkeit R_a von weniger als 3 μm aufweist.