DE102005012232B4

DE102005012232B4 - Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung eines Glaskörpers

Info

Publication number: DE102005012232B4
Application number: DE102005012232A
Authority: DE
Inventors: Michael HÜNERMANN
Original assignee: Heraeus Tenevo GmbH
Current assignee: Heraeus Quarzglas GmbH and Co KG
Priority date: 2005-03-15
Filing date: 2005-03-15
Publication date: 2007-04-05
Anticipated expiration: 2025-03-16
Also published as: US20060207295A1; DE102005012232A1; US7779652B2

Abstract

Verfahren zur Herstellung eines Glaskörpers, umfassend die Bildung eines zylindrischen Rohlings (2) durch sukzessives Abscheiden einer Vielzahl von Materialschichten auf der Mantelfläche eines um seine Längsachse rotierenden Substratkörpers (1) unter Einsatz einer Anordnung (7) mehrerer, auf den Substratkörper (1) gerichteter Abscheiden (31), denen über Zufuhrleitungen Prozessmedien für die Materialschichten-Abscheidung zugeführt werden, und die ohne Umkehr der Bewegungsrichtung entlang der Substratkörper-Längsachse (6) bewegt werden, dadurch gekennzeichnet, dass die Bewegung der Abscheiden-Anordnung (7) entlang der Substratkörper-Längsachse (6) mit einer translatorischen Verschiebung des Substratkörpers (1) einhergeht, wobei unter einer „translatorischen Verschiebung" des Substratkörpers eine Verschiebung des gesamten Substratkörpers oder zumindest seiner stirnseitigen Enden in einer Ebene entlang einer beliebig geformten Bahn verstanden, insbesondere entlang einer geraden, gekrümmten, geschlossenen oder im Spezialfall kreisförmigen Bahn, verstanden wird.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Glaskörpers, umfassend die Bildung eines zylindrischen Rohlings durch sukzessives Abscheiden einer Vielzahl von Materialschichten auf der Mantelfläche eines um seine Längsachse rotierenden Substratkörpers unter Einsatz einer Anordnung mehrerer, auf den Substratkörper gerichteter Abscheider, denen über Zufuhrleitungen Prozessmedien für die Materialschichten-Abscheidung zugeführt werden, und die ohne reversierende Bewegung relativ zur Substratkörper-Längsachse bewegt werden.
Weiterhin betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens, mit einer Abscheider-Anordnung aus mehreren Abscheidern, die mit Zufuhrleitungen für die Zufuhr von Prozessmedien für eine Materialschichten-Abscheidung verbunden sind, und die entlang der Längsachse mindestens eines um seine Längsachse rotierbaren Substratkörpers ohne reversierende Bewegung bewegbar sind.
Der Glaskörper wird durch Weiterverarbeitung eines Vorprodukts in Form eines zylinderförmigen Rohlings erhalten, der durch sukzessives Abscheiden von Materialschichten auf eine Substratkörper erzeugt wird. Die Weiterverarbeitung des Rohlings umfasst eine chemische, thermische oder mechanische Nachbehandlung des Rohlings, beispielsweise ein Dotieren, Verglasen, Tempern, plastische Umformschritte, Schleifen, Schneiden, ein vollständiges oder teilweises Entfernen des Sootkörpers und dergleichen.
Bei dem Rohling handelt es sich insbesondere um ein Rohr oder um einen Stab mit beliebigem Querschnittsprofil aus transparentem Glas, aus porösem Glas (Glasruß) oder um einen aus diesen Materialgruppen bestehenden Verbundkörper.
Bei dem Substratkörper handelt es sich um einen stabförmigen oder rohrförmigen Körper aus Graphit, aus einem keramischen Material wie Aluminiumoxid, aus Glas, insbesondere aus Quarzglas oder aus dotiertem oder undotiertem porösen SiO₂-Soot. Der Substratkörper wird nach dem Abscheideprozess entfernt oder er bildet einen integralen Bestandteil des Rohlings.
Bei den Abscheidern handelt es sich um Brenner, wie sie bei der Herstellung von synthetischem Quarzglas eingesetzt werden, insbesondere um Flammhydrolysebrenner oder Plasmabrenner, oder um Vorrichtungen zum Auftragen von Materialschichten durch Aufschütten, Spritzen oder Sprühen, insbesondere zum thermischen Spritzen und Sprühen.
Der nach einem Verfahren erhaltene Glaskörper wird als Fertig- oder Halbfertigprodukt für eine Vielzahl von Anwendungen eingesetzt, wie beispielsweise in den Bereichen Optik, Lampenfertigung, Halbleiterfertigung, im chemischen Apparatebau oder bei der Lichftwellenleiterherstellung. Er besteht aus transparentem Glas, insbesondere aus Quarzglas, das zum Erreichen besonderer Eigenschaften mit anderen Substanzen dotiert sein kann, wie etwa mit Titan, Aluminium, Bor, Germanium, Chlor, Fluor.
Die Herstellung von synthetischem Quarzglas erfolgt häufig nach dem bekannten OVD-Verfahren (Outside Vapor Deposition) durch Flammenhydrolyse geeigneter siliziumhaltiger Ausgangskomponenten unter Einsatz eines Abscheidebrenners, mittels dem SiO₂-Partikel gebildet und auf der Zylindermantelfläche eines rotierenden Substratkörpers abgeschieden werden. Zur Erhöhung der Abscheiderate werden mehrere Abscheidebrenner zu einer Brennerreihe zusammengefasst, die parallel zur Sootkörper-Oberfläche von einem Ende des sich bildenden Rohlings zum gegenüberliegenden Ende hin- und herbewegt wird. Bei dieser Verfahrensweise bilden sich jedoch nach außen konisch auslaufende Rohling-Endbereiche aus, deren Länge mit der Länge der Brennerreihe zunimmt, und die in aller Regel unbrauchbar sind.

Zur Lösung dieses Problems wird in der DE 196 28 958 A1 vorgeschlagen, eine Brenneranordnung entlang der Träger-Längsachse so reversierend hin- und her zu bewegen, dass jeder Abscheidebrenner jeweils nur einen kleinen Teilbereich der Oberfläche des sich bildenden Rohlings überstreicht. Dadurch werden kürzere verjüngte Endbereiche erzeugt, wobei es allerdings in den Bereichen um die Wendepunkte der Brennerbewegung infolge lokaler Änderungen der Temperatur, des Masseauftrag oder der Dichte zu Inhomogenitäten kommt. Außerdem wirken sich Unterschiede in der Abscheidecharakteristik verschiedener Abscheidebrenner lokal unterschiedlich auf die Oberflächentemperatur und auf den Masseauftrag aus, wodurch ebenfalls Inhomogenitäten verursacht werden. Inhomogenitäten können sich bei der Weiterverarbeitung des Rohlings ungünstig bemerkbar machen und damit die Qualität des aus dem Rohling erhaltenen Glaskörpers mindern.

Diese Nachteile werden bei einem Verfahren gemäß der US 4,684,384 A vermieden, in der es auch um eine gleichzeitige Herstellung mehrerer SiO₂-Rohlinge aus porösem Quarzglas in einem Arbeitsgang geht. Hierzu ist eine Vielzahl von Abscheidebrennern vorgesehen, die um eine geschlossene Schleife hintereinander umlaufend SiO₂-Partikel auf den um die Schleife angeordneten, und um ihre Längsachse rotierenden Trägern abscheiden. Die jeweiligen Rohling-Enden ergeben sich bei diesem Verfahren dadurch, dass alle Abscheidebrenner der Reihe nach bei ihrem Umlauf um die Schleife vom jeweiligen Träger wegschwenken, um auf den nächsten Träger zubewegt zu werden. Dabei ändern die Abscheidebrenner ihre Bewegungsrichtung nicht, so dass alle Abscheidebrenner immer wieder dieselben Schleifen-Positionen durchlaufen.

Diese Verfahrensweise zeichnet sich zwar durch eine hohe Abscheiderate bei gleichzeitig hoher Homogenität der erhaltenen SiO₂-Rohlinge und der daraus erzeugten Glaskörper aus. Jedoch erfordert die sich wiederholende Kreisbewegung der Abscheidebrenner den Einsatz einer Drehdurchführung zur Zuleitung der Medienströme zu den Abscheidebrennern, um eine Torsion der einzelnen Medienzufuhrleitungen und ein Verdrillen untereinander zu vermeiden.

Eine derartige, konstruktiv sehr aufwändige Drehdurchführung für die Zufuhr der Prozessmedien wird bei dem Vorschlag gemäß der DE 102 51 390 A1 vermieden, aus der auch ein Verfahren und eine Vorrichtung der eingangs genannten Gattung bekannt sind. Es geht darin um ein Verfahren zur Herstellung von porösen SiO₂-Rohlingen mittels OVD-Flammenhydrolyseverfahren unter Einsatz einer Reihe von Abscheidebrennern, die ohne Umkehr ihrer Bewegungsrichtung um eine geschlossene Bewegungsbahn transportiert werden, entlang der ein oder mehrere Träger angeordnet sind. Um ein Verdrillen der Medienzufuhrleitungen und ein damit einhergehendes Abscheren oder Abreißen der Leitungen zu vermeiden, wird vorgeschlagen, dass die Abscheidebrenner bei ihrem Bewegungsablauf eine Bewegungsbahn in Form einer Doppelschleife durchlaufen, die einen Streckenabschnitt mit Rechtsverdrillung der Medienzufuhrleitungen und einen weiteren Streckenabschnitt mit Linksverdrillung der Medienzufuhrleitungen aufweist, so dass sich Rechtsverdrillung und Linksverdrillung nach jedem Durchlaufen der Bewegungsbahn gegenseitig aufheben.

Die Realisierung der schleifenförmige Bewegungsbahn erfordert immer noch konstruktiv aufwändige Maßnahmen, wie etwa im Bereich der Kreuzungspunkte der Doppelschleife.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein weiteres Verfahren zur Herstellung eines Glaskörpers hoher Homogenität unter Einsatz einer Anordnung von Abscheidern anzugeben, wobei eine Hin- und Herbewegung der Abscheider-Anordnung relativ zur Substratkörper-Längsachse vermieden wird.

Außerdem liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine konstruktiv einfache Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens bereitzustellen.

Hinsichtlich des Verfahrens wird diese Ausgabe ausgehend von dem eingangs genannten Verfahren erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Bewegung der Abscheider-Anordnung entlang der Substratkörper-Längsachse mit einer translatorischen Verschiebung des Substratkörpers einhergeht.

Beim erfindungsgemäßen Verfahren geht es um Verfahren zum Abscheiden von Materialschichten auf einem Substratkörper ohne reversierende Bewegung der Abscheider-Anordnung oder des um seine Längsachse rotierenden Substratkörpers, also ohne Umkehr der Bewegungsrichtung der Relativbewegung zueinander, wie dies auch aus dem gattungsgemäßen Verfahren bekannt ist. Im Unterschied zum bekannten Verfahren beruht die Relativbewegung zwischen dem Substratkörper und der Abscheider-Anordnung jedoch nicht ausschließlich auf einer Bewegung der Abscheider-Anordnung entlang der Substratkörper-Oberfläche, sondern sie geht mit einer Verschiebung des Substratkörpers selbst einher.

Dadurch wird ein Verdrillen der Zufuhrleitungen für Prozessmedien (im Folgenden auch als „Medienzufuhrleitungen" bezeichnet) nicht – wie beim bekannten Verfahren – fortlaufend aufwändig beseitigt, sondern ein Verdrillen wird von Vornherein verhindert oder in einem akzeptablen Ausmaß gehalten, indem eine die Verdrillung erzeugende Bewegung der Abscheider-Anordnung vermieden wird, und statt dessen, der oder die Substratkörper bewegt werden oder eine Ausgleichsbewegung ausführen. Zwar werden auch für die Bewegung des Substratkörpers und des sich darauf bildenden Rohlings Zuleitungen benötigt, beispielsweise elektrische Zuleitungen für Durchführung und Steuerung der Rotation um die Substratkörper-Längsachse. Es ist jedoch konstruktiv wesentlich einfacher Verdrillungen elektrischer Zuleitungen zu vermeiden, als dies bei Medienzufuhrleitungen der Fall ist.

Unter einer „translatorischen Verschiebung" des Substratkörpers wird hier eine Verschiebung des gesamten Substratkörpers oder zumindest seiner stirnseitigen Enden in einer Ebene entlang einer beliebig geformten Bahn verstanden, insbesondere entlang einer geraden, gekrümmten, geschlossenen oder im Spezialfall kreisförmigen Bahn. Entlang der Bewegungsbahn des Substratkörpers oder mindestens entlang eines Teilabschnittes der Bewegungsbahn sind die Abscheider ortsfest oder beweglich angeordnet, wobei sich die Bewegung der Abscheider auf solche Bewegungen beschränkt, die keine oder allenfalls eine geringe Verdrillung der Medienzufuhrleitungen bewirken oder die eine Verdrillung vermindern, vermeiden oder dieser entgegenwirken.

Die Realisierung einer Relativbewegung zwischen der Abscheider-Anordnung und dem Substratkörper durch translatorische Verschiebung des Substratkörpers durch eine Verschiebung des Substratkörpers in Richtung seiner Längsachse kann zu einem hohen Platzbedarf führen. Dies vermeidet eine bevorzugte Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens, bei der die translatorische Verschiebung eine Drehung des Substratkörpers um eine quer – vorzugsweise senkrecht – zur Substratkörper-Längsachse verlaufende Drehachse umfasst.

Die Relativbewegung zwischen Substratkörper und Abscheider-Anordnung geht bei dieser Verfahrensvariante mit einer translatorischen Verschiebung der Substratkörper-Enden oder des gesamten Substratkörpers in einer Drehebene einher, wobei die Drehung um eine Drehachse erfolgt, die nicht der Substratkörper-Längsachse entspricht. Es ist nicht erforderlich, dass die Drehachse den Substratkörper schneidet. Die Drehachse verläuft quer – im einfachsten Fall senkrecht – zur Substratkörper-Längsachse, so dass die beiden Substratkörper-Enden jeweils eine geschlossene Kreisbahn in der Drehebene beschreiben. Der Raumbedarf beschränkt sich hierbei im Wesentlichen auf den Durchmesser der Kreisbahn oder gegebenenfalls auf den Durchmesser der Größeren der beiden Kreisbahnen.

Infolge seiner translatorischen Verschiebung durch Drehung wird der Substratkörper entlang der Abscheider-Anordnung bewegt. Dabei ist im Sinne einer gleichmäßigen Abscheidung und einer hohen Homogenität des zu bildenden Rohlings darauf zu achten, dass die Abscheider in etwa gleichem Winkel auf den Substratkörper gerichtet sind und auch in ungefähr gleichem Abstand auf den Substratkörper einwirken.

Diese Bedingungen werden besonders elegant durch eine Verfahrensweise erfüllt, bei der die Abscheider-Anordnung zusammen mit dem mindestens einen Substratkörper kontinuierlich um die Drehachse gedreht wird, wobei gleichzeitig die Abscheider in Gegenrichtung zu der durch die Drehung bewirkten Verschiebung der Abscheider-Anordnung kontinuierlich um eine umlaufende Bahn transportiert werden.

Die Abscheider der Abscheider-Anordnung werden in diesem Fall um eine umlaufende Bahn transportiert, wobei diese gleichzeitig zusammen mit dem mindestens einen Substratkörper um die Drehachse gedreht wird. Die umlaufende Bahn weist wenigstens einen Abschnitt auf, in dem die Abscheider entlang der Längsachse des Substratkörpers verlaufen, und in dem sie eine Abscheidung von Materialschichten bewirken. Da die umlaufende Bahn zusammen mit dem Substratkörper kontinuierlich um die Drehachse verschoben wird, ist die Beibehaltung der gegenseitigen Orientierung einfach zu gewährleisten. Ein Verdrillen der Medienzufuhrleitungen infolge der Drehung der gesamten Abscheider-Anordnung um die Drehachse wird durch den mit umgekehrten Drehsinn laufenden Transport der Abscheider um die umlaufende Bahn kompensiert.

Dabei hat es sich als besonders vorteilhaft erwiesen, wenn die Abscheider auf der umlaufenden Bahn mit unabhängig voneinander einstellbarer Geschwindigkeit transportiert werden.

Dadurch können die Abscheider auf Bahnabschnitten, auf denen keine Abscheidung von Materialschichten stattfindet, mit höherer Geschwindigkeit zum nächsten Bahnabschnitt transportiert werden. Bahnabschnitte ohne Materialschichten-Abscheidung können somit eine geringere Belegungsdichte an Abscheidern aufweisen als Bahnabschnitte mit Materialschichten-Abscheidung, was die Material- und Verbrauchskosten senkt.

Eine weitere Verbesserung ergibt sich, wenn mehrere Substratkörper zu einer starren Substratkörper-Anordnung zusammengefasst werden, wobei die Substratkörper-Längsachsen in einer gemeinsamen Substratkörperebene verlaufen, und die Substratkörper-Anordnung um eine quer – vorzugsweise senkrecht – zur Substratkörperebene verlaufende Drehachse gedreht wird.

Indem die Abscheidung von Materialschichten auf mehreren Substratkörpern erfolgt, die entlang der Abscheider-Anordnung bewegt werden, wird die Produktivität des Verfahrens verbessert. Die Abscheider-Anordnung kann dabei, wie oben erläutert, zusammen mit den Substratkörpern um die Drehachse gedreht werden, wobei die Abscheider gleichzeitig kontinuierlich in Gegenrichtung zur Drehrichtung der Abscheider-Anordnung um eine umlaufende Bahn „zurücktransportiert" werden, wobei Teilabschnitte dieser umlaufenden Bahn entlang der Substratkörper-Längsachsen verlaufen, auf denen eine Abscheidung von Materialschichten erfolgt.

Dabei hat es sich bewährt, wenn bei der Drehung um die Drehachse Lage oder Form der Substratkörper-Anordnung kontinuierlich an die Form oder Lage der Substratkörper-Anordnung angepasst werden.

Dadurch wird erreicht, dass die Abscheider der Abscheider-Anordnung stets optimal zu den Längsachsen der Substratkörper ausgerichtet sind.

Im Hinblick hierauf hat sich einen Verfahrensvariante als besonders günstig erwiesen, bei der die Substratkörper der Substratkörper-Anordnung in der Substratkörperebene entlang den Seiten eines Polygons angeordnet sind, und wobei die Abscheider-Anordnung in einer parallel zur Substratkörperebene verlaufenden Abscheiderebene gelagert ist, und die Abscheider kontinuierlich in Gegenrichtung zu der durch die Drehung bewirkten Verschiebung der Abscheider-Anordnung in einer umlaufenden Bahn entlang der Substratkörper-Anordnung transportiert werden.

Die umlaufende Abscheider-Bahn folgt wenigstens teilweise der Form des durch die Substratkörper aufgespannten Polygons. Die Anordnung der Substratkörper derart, dass sie in der Substratkörperebene entlang den Seiten eines Polygons angeordnet sind, ermöglicht eine Optimierung der Abscheider-Anordnung in Bezug auf eine möglichst kurze Länge und einer möglichst wenig unterbrochenen Abfolge von Bahnabschnitten, auf denen eine Materialschichten-Abscheidung erfolgt. Die Relativbewegung zwischen den Abscheidern und den Substratkörpern wird durch die kontinuierliche Drehung der Substratkörper-Anordnung und der Abscheider-Anordnung um die Drehachse bei gleichzeitigem kontinuierlichem Rücktransport der Abscheider auf der umlaufenden Bahn in Gegenrichtung bewirkt.

Dabei ist es nicht erforderlich, dass alle Seiten des Polygons mit Substratkörpern oder Rohlingen belegt sein müssen. Bei einer besonders bevorzugten Verfahrensvariante, bilden zwei parallel zueinander angeordnete Substratkörper eine Substratkörper-Anordnung, wobei die Substratkörper an den fangen Seiten eines Rechtecks angeordnet sind.

Für die Lagerung und Halterung des Substratkörpers – auch für die Ausführung der Rotation um die Längsachse – ist beiderseits der Substratkörper-Enden eine Halteeinrichtung erforderlich. Diese ragt über die stirnseitigen Enden des sich auf dem Substratkörper bildenden Rohlings hinaus. Bei paralleler Anordnung oder annähernd paralleler Anordnung der Substratkörper – wie in dieser bevorzugten Ausführungsform – behindern sich diese Halteeinrichtungen gegenseitig nicht. Die umlaufende Bahn der Abscheider-Anordnung verläuft in jedem Fall entlang der Abscheidebereiche der beiden Substratkörper. Ansonsten ist der Bahnverlauf zwar beliebig, jedoch vorteilhafterweise möglichst kurz und folgt daher dem durch die Substratkörper aufgespannten Rechteck. Auf den Bahnbereichen außerhalb der Abscheidebereiche kann die Medienzufuhr zu den Abscheidern ganz oder teilweise gestoppt werden. Außerdem können die Abscheider auf diesen Bahnbereich beschleunigt transportiert werden, sofern die Transportgeschwindigkeit der Abscheider separat eingestellt werden kann.

Im Idealfall geht eine vollständige Drehung der Substratkörper-Anordnung und der Abscheider-Anordnung um 360 Winkelgrad mit einem vollständigen Umlauf der Abscheider um die umlaufende Bahn einher.

Dadurch ist gewährleistet, dass die Medienzufuhrleitungen nach Abschluss eines jeden Umlaufs denselben Verdrillungszustand aufweisen, wie zu Beginn. Eine Zunahme der Verdrillung ist ausgeschlossen.

Es hat sich besonders bewährt, wenn die Drehachse vertikal verläuft.

Eine Drehung der Substratkörper-Anordnung um eine vertikale Drehachse ist konstruktiv vergleichsweise einfach zu realisieren. Zudem verläuft in dem Fall die Ebene, in der die Substratkörper-Längsachsen liegen (Substratkörperebene) horizontal, was die Materialschichten-Abscheidung durch oberhalb oder unterhalb der Substratkörperebene angeordnete Abscheider erleichtert, wenn sich Schwerkraft und thermischer Auftrieb auf die Materialschichten-Abscheidung auswirken, wie dies beispielsweise bei Sprüh- und Schüttverfahren oder bei Flammenabscheideverfahren der Fall ist.

Bei einer weiteren und gleichermaßen bevorzugten Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens bildet die Abscheider-Anordnung mindestens eine Abscheider-Strecke mit einer Länge, die größer ist als die Länge des zu erzeugenden Rohlings, wobei die Verschiebung des mindestens einen Substratkörpers in Richtung seiner Längsachse entlang der Abscheider-Strecke erfolgt, und wobei Maßnahmen vorgesehen sind, die eine Materialabscheidung im Bereich außerhalb der Rohling-Enden verhindern.

Bei dieser Verfahrensvariante erstreckt sich die Abscheider-Strecke über eine Länge, die deutlich größer ist als die Substratkörper-Länge. Durch Linearverschiebung in Richtung der Substratkörper-Längsachse wird der mindestens eine Substratkörper entlang der Abscheider-Strecke bewegt, wobei mittels der Abscheider die schichtweise Materialabscheidung auf dem Mantelfläche des Substratkörpers beziehungsweise auf dem sich ausbildenden Rohling erfolgt.

Der Rohling weist eine vorgegebene Länge auf. An den beiden stirnseitigen Enden des Rohlings wird die weitere Materialabscheidung vermieden oder vermindert. Die hierfür geeigneten Maßnahmen sind aus dem Stand der Technik allgemein bekannt, beispielsweise kann bei einem Abscheider, der auf einen Bereich außerhalb des durch den Rohling vorgegebenen Abscheidebereichs gerichtet ist, die Materialzufuhr gestoppt werden oder der Abscheider wird weggeschwenkt oder es sind Beschattungsmittel vorgesehen, die eine weitere Abscheidung auf dem Substratkörper außerhalb des Rohling-Bereichs verhindern.

Eine weitere Verbesserung ergibt sich, wenn mehrere Substratkörper eine Aufbaubahn bilden und die Abscheider-Strecke hintereinander angeordnet durchlaufen.

Dadurch, dass mehrere Substratkörper die Abscheider-Strecke durchlaufen, wird die Produktivität des Verfahrens erhöht.

Im Hinblick auf die Produktivität hat es sich auch besonders bewährt, wenn beiderseits der Abscheider-Strecke jeweils eine Aufbaubahn mit zueinander auf Lücke angeordneten Rohlingen vorgesehen ist, wobei die Abscheider wechselweise auf Substratkörper der einen und der anderen Aufbaubahn gerichtet werden.

Es sind hierbei zwei Aufbaubahnen vorgesehen, die zueinander und zu der Abscheider-Strecke parallel verlaufen. Die Abscheider-Strecke ist oberhalb, unterhalb oder zwischen den Aufbaubahnen vorgesehen. Die auf der Abscheider-Strecke angeordneten Abscheider sind schwenkbar, kippbar oder vorzugsweise quer zur Bahnrichtung verfahrbar, so dass sie wechselweise auf Substratkörper der einen Aufbaubahn und der anderen Aufbaubahn gerichtet werden können.

Im einfachsten Fall ist die Anzahl der Abscheider, die Länge der Abscheider-Strecke und die Geschwindigkeit der Verschiebung des mindestens einen Substratkörpers so zu wählen, dass der Verfahrensschritt des sukzessiven Abscheidens einer Vielzahl von Materialschichten zur Bildung des Rohlings abgeschlossen ist, wenn der Substratkörper die Abscheider-Strecke einmal durchlaufen hat.

Diese Verfahrensvariante erfordert zwar einerseits eine ausreichend lange Abscheiderstrecke, vermeidet jedoch die Notwendigkeit einer Zurückbewegung des Substratkörpers zum Anfang der Abscheiderstrecke, was mit Schwankungen von Prozessparametern einhergeht, wie beispielsweise der Temperatur oder der Oberflächenbeschaffenheit des Rohlings. Diese Verfahrensvariante trägt daher zur Herstellung besonders homogener Rohlinge und Glaskörper bei.

Alternativ dazu ist es in einer weiteren bevorzugten Verfahrensweise vorgesehen, dass der Substratkörper die Abscheider-Strecke zur Bildung des Rohlings mehrmals durchläuft.

Hierdurch wird eine – im Vergleich zur oben beschriebenen Variante – kürzere Abscheider-Strecke ermöglicht, wobei es sich jedoch bewährt hat, dass der sich bildende Rohling vor einem wiederholten Durchlaufen der Abscheider-Strecke erwärmt wird.

Durch das Erwärmen des Rohlings vor dem erneuten Durchlaufen der Abscheider-Strecke werden jeweils definierte Temperaturbedingungen geschaffen, was insbesondere bei Materialabscheidevorgängen wichtig ist, bei denen sich die Oberflächentemperatur des sich bildenden Rohlings auf die Abscheidebedingungen merklich auswirkt.

In einer weiteren bevorzugten Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens umfasst die Abscheider-Anordnung mindestens zwei Abscheider-Strecken, wobei die Verschiebung des mindestens einen Rohlings in Richtung der Substratkörper-Längsachsen entlang einer umlaufenden Bahn erfolgt.

Bei dieser Verfahrensvariante ist vorgesehen, dass der mindestens eine Substratkörper eine Verschiebung in Richtung seiner Längsachse erfährt, bei der er eine umlaufende Verschiebungsbahn beschreibt, entlang derer mindestens zwei Abscheider-Strecken vorgesehen sind, wobei auf der Mantelfläche des Substratkörpers bzw. auf der Mantelfläche des sich bildenden Rohlings bei der Bewegung entlang der Abscheider-Strecken Materialschichten abgeschieden werden. Die mindestens zwei Abscheider-Strecken sind somit entlang der Verschiebungsbahn des Substratkörpers angeordnet.

Auch bei dieser Verfahrensvariante sind Maßnahmen vorgesehen, die eine Materialabscheidung im Bereich außerhalb der stirnseitigen Rohling-Enden verhindern, wobei diese Maßnahmen im einfachsten Fall auch darin bestehen können, dass der sich bildende Rohling von der ersten Abscheider-Bahn auf die zweite transportiert wird und damit die Rohling-Enden dem Wirkungsbereich der Abscheider der ersten Abscheidebahn entzogen werden.

In einer besonders bevorzugten Verfahrensweise verlaufen die mindestens zwei Abscheider-Strecken parallel zueinander und werden von mehreren hintereinander angeordneten Substratkörpern durchlaufen, indem die Substratkörper vom Ende der einen Abscheider-Strecke zum Anfang der anderen Abscheider-Strecke überführt werden.

Die mindestens zwei Abscheider-Strecken werden hierbei von mehreren Substratkörpern nacheinander in räumlich entgegengesetzter Richtung durchlaufen, indem die Substratkörper bei Erreichen des Endes der einen Abscheiderstrecke mit ihrem vorderen Ende beginnend der anderen, parallel verlaufenden Abscheider-Strecke zugeführt werden und anschließend entlang dieser bewegt werden. Die parallele Anordnung der beiden Abscheider-Strecken ermöglicht einen möglichst raschen Übergang von der einen auf die andere Abscheider-Strecke, so dass sich durch den notwendigen Übergang eine möglichst geringe Veränderung relevanter Prozessparameter ergibt, wie beispielsweise der Oberflächentemperatur der sich bildenden Rohlinge.

Um dennoch aufgetretene Temperaturänderungen zu kompensieren hat es sich aus den oben genannten Gründen als günstig erwiesen, wenn der Rohling nach der Überführung von der einen auf die andere Abscheider-Strecke erwärmt wird.

Bei thermisch beeinflussten Abscheideprozessen handelt es sich bei den Abscheidern um Abscheidebrenner und es kommt beim Prozess zu einem Erwärmen der Oberfläche des Rohlings. Um ein Abkühlen der Rohling-Oberfläche bei der Überführung von der einen auf die andere Abscheider-Strecke zu vermeiden, erfolgt der Überführungsvorgang so schnell wie möglich. Zur Kompensation eines trotzdem aufgetretenen Temperaturabfalls vor Wiederaufnahme des Abscheideprozesses wird der Rohling vorab erwärmt, wobei dies am einfachsten unter Einsatz der vorhandenen Abscheidebrenner der Abscheider-Strecke geschieht, indem diese in einer Vorheizphase als reine Brenner zum Erwärmen des Rohlings ohne Materialschichten-Abscheidung eingesetzt werden.

Alternativ oder ergänzend dazu hat es sich auch bewährt, wenn bei der Überführung des Substratkörpers vom Ende der einen Abscheider-Strecke zum Anfang der anderen Abscheider-Strecke die Materialschichten-Abscheidung andauert.

Dies kann zum Beispiel dadurch erreicht werden, dass bei der Überführung des Substratkörpers die letzten Abscheider der einen Abscheider-Strecke zusammen mit dem Substratkörper zu der anderen Abscheider-Strecke wechseln, wobei die Relativbewegung zwischen Substratkörper und Abscheider beibehalten wird. Mit fortschreitender Sootkörper-Bewegung werden die Abscheiden nacheinander wieder auf ihre ursprüngliche Abscheiden-Strecke zurück transportiert.

Es hat sich als besonders vorteilhaft erwiesen, wenn als Abscheider Abscheidebrenner eingesetzt werden, denen Ausgangsmaterial für das abzuscheidende Material zugeführt werden, wobei die Zufuhr des Ausgangsmaterials für jeden Abscheidebrenner individuell einstellbar ist.

Die separat einstellbare Zufuhr des Ausgangsmaterials ermöglicht beispielsweise die individuelle Abschaltung der Zufuhr des Ausgangsmaterial, wenn der betreffende Abscheidebrenner auf einen Bereich außerhalb der Enden eines sich bildenden Rohlings gerichtet ist. Die gleiche Maßnahme kann auch für andere Prozessmedien sinnvoll sein, beispielsweise für die Zufuhr eines Brennstoffes oder eines Oxidationsmittels, um die Temperatur des Abscheiders individuell einstellen und verändern zu können.

Aus dem oben genannten Grund hat es sich besonders bewährt, wenn mindestens die Zufuhr des Ausgangsmaterials für jeden Abscheidebrenner in Abhängigkeit von der Position des Substratkörpers einstellbar ist.

Es hat sich weiterhin als günstig erwiesen, wenn elektrische Zusatzheizer vorgesehen sind, die die stirnseitigen Enden des sich bildenden Rohlings erwärmen, und die ortsfest mit dem Substratkörper verschoben werden.

Die elektrischen Zusatzheizer dienen dazu, die Enden des sich bildenden Rohlings auf hoher Temperatur zu halten und dadurch thermisch zu verfestigen, wodurch eine höhere mechanische Stabilität des sich bildenden Rohlings erreicht werden kann. Die Zusatzheizer werden zusammen mit dem jeweiligen Substratkörper translatorisch verschoben. Sie sind nicht mit Medienzufuhrleitungen ausgestattet, die sich infolge der Verschiebung des Substratkörpers verdrillen könnten, sondern die Zusatzheizer werden elektrisch betrieben.

Hinsichtlich der Vorrichtung wird die oben genannte Aufgabe ausgehend von einer Vorrichtung der eingangs erwähnten Gattung erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass eine Verschiebeeinrichtung für eine translatorische Verschiebung des Substratkörpers, die mit der Bewegung der Abscheiden-Anordnung entlang der Substratkörper-Längsachse einhergeht, vorgesehen ist, wobei unter einer „translatorischen Verschiebung" des Substratkörpers eine Verschiebung des gesamten Substratkörpers oder zumindest seiner stirnseitigen Enden in einer Ebene entlang einer beliebig geformten Bahn verstanden, insbesondere entlang einer geraden, gekrümmten, geschlossenen oder im Spezialfall kreisförmigen Bahn, verstanden wird.

Die Vorrichtung dient zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Abscheiden von Materialschichten auf einem Substratkörper ohne reversierende Bewegung der Abscheiden-Anordnung oder des um seine Längsachse rotierenden Substratkörpers. Die Erzeugung einer Relativbewegung des Substratkörpers entlang der Abscheider umfasst eine translatorische Verschiebung des Substratkörpers in einer Ebene. Zu diesem Zweck weist die erfindungsgemäße Vorrichtung eine Verschiebeeinrichtung für den Substratkörper auf, die es erlaubt, den Substratkörper entlang einer beliebigen Bewegungsbahn in einer Ebene zu verschieben. insbesondere entlang einer geraden, gekrümmten, geschlossenen oder im Spezialfall kreisförmigen Bewegungsbahn. Entlang der Bewegungsbahn des Substratkörpers oder mindestens entlang eines Teilabschnittes der Bewegungsbahn sind die Abscheider ortsfest oder beweglich angeordnet, wobei sich die Bewegung der Abscheiden auf solche Bewegungen beschränkt, die keine oder allenfalls eine geringe Verdrillung der Medienzufuhrleitungen bewirken oder die eine Verdrillung vermindern oder vermeiden.

Da die Verschiebeeinrichtung – im Gegensatz zur Abscheiden-Anordnung – nicht zwangsläufig mit Medienzufuhrleitungen verbunden ist, gestaltet sich die Bewegung des Substratkörpers unter Einsatz der Verschiebeeinrichtungen konstruktiv einfacher als die Realisierung einer umlaufenden Bewegung durch die Abscheider, wie im Stand der Technik vorgeschlagen.

Hinsichtlich der Definition einer „translatorischen Verschiebung" des Substratkörpers wird auf die obigen Erläuterungen zum erfindungsgemäßen Verfahren hingewiesen.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung ergeben sich aus den Unteransprüchen. Soweit die darin beschriebenen Ausgestaltungen der Vorrichtung den in den Unteransprüchen zum erfindungsgemäßen Verfahren genannten Verfahrensweisen nachgebildet sind, wird zur ergänzenden Erläuterung auf die obigen Ausführungen zu den entsprechenden Unteransprüchen verwiesen.

Weitere vorteilhafte Modifikationen der erfindungsgemäßen Vorrichtung werden nachfolgend erläutert.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung umfasst die Verschiebeeinrichtung eine Drehvorrichtung zur Drehung des Substratkörpers um eine quer – vorzugsweise senkrecht – zur Substratkörper-Längsachse verlaufende Drehachse.

Mittels der Drehvorrichtung eine translatorische Verschiebung der Substratkörper-Enden oder des gesamten Substratkörpers in einer Drehebene bewirkt, auf der wird die Relativbewegung zwischen Substratkörper und Abscheider-Anordnung ganz oder teilweise beruht. Es ist nicht erforderlich, dass die Drehachse den Substratkörper schneidet. Die Drehachse verläuft quer – im einfachsten Fall senkrecht – zur Substratkörper-Längsachse, so dass die beiden Substratkörper- Enden jeweils eine geschlossene Kreisbahn in der Drehebene beschreiben. Der Raumbedarf beschränkt sich bei dieser Ausführungsform im Wesentlichen auf den Durchmesser der Kreisbahn oder gegebenenfalls auf den Durchmesser der Größeren der beiden Kreisbahnen.

Diese Bedingungen werden konstruktiv besonders effektiv durch eine Drehvorrichtung erfüllt, die zur Drehung der Abscheider-Anordnung zusammen mit dem mindestens einen Substratkörper ausgebildet ist, wobei die Abscheider mit einem Antrieb versehen sind, mittels dem sie in Gegenrichtung zu der durch die Drehung bewirkten Verschiebung der Abscheider-Anordnung um eine umlaufende Bahn transportierbar sind.

Die Abscheiden der Abscheiden-Anordnung sind in diesem Fall mittels eines Antriebes um eine umlaufende Bahn transportierbar und gleichzeitig mittels der Drehvorrichtung um die Drehachse drehbar gelagert. Die umlaufende Bahn weist wenigstens einen Abschnitt auf, in dem die Abscheider entlang der Längsachse des Substratkörpers verlaufen, und in dem sie eine Abscheidung von Materialschichten bewirken. Da die umlaufende Bahn der Abscheider-Anordnung zusammen mit dem Substratkörper kontinuierlich um die Drehachse verschoben wird, ist die Beibehaltung der gegenseitigen Orientierung einfach zu gewährleisten. Ein Verdrillen der Medienzufuhrleitungen infolge der Drehung der gesamten Abscheider-Anordnung um die Drehachse wird durch den mit umgekehrten Drehsinn laufenden Transport der Abscheider um die umlaufende Bahn kompensiert.

Dabei hat es sich als besonders vorteilhaft erwiesen, die Abscheider kettenartig miteinander verbunden sind, wobei der Antrieb auf die Abscheiderkette einwirkt.

Bedingt durch die kettenartige Verbindung der Abscheider genügt ein Antrieb für die Bewegung der Abscheider entlang ihrer umlaufenden Bahn. Die kettenartige Verbindung gewährleistet einen stets konstanten Abstand zwischen den Abscheidern und sie ermöglicht darüberhinaus eine gewisse Flexibilität und Beweglichkeit, aufgrund derer unterschiedliche Formen der umlaufenden Bahn einfach zu realisieren sind.

Bevorzugt umfasst der Antrieb eine Antriebskette, mittels der Abscheider miteinander verbunden sind. Bei einer Antriebskette handelt es sich um ein einfaches und verlässliches Bauteil, das durch die Winkelbeweglichkeit der einzelnen Kettenglieder leicht zu einem Polygon beliebiger Form aufgespannt werden kann, wobei entsprechende Stützpunkte an den Ecken des Polygons vorgesehen sind. Zwischen den Stützpunkten verläuft die Antriebskette längs geraden Strecken, die als Abscheider-Strecken im Sinne der Erfindung geeignet sind.

Alternativ oder ergänzend dazu umfasst der Antrieb bevorzugt eine starre Führungsschiene, an der die Abscheider gleitbar gelagert sind.

Die Führungsschiene gewährleistet eine positionsgenaue Führung der Abscheiden und kann beispielsweise die Durchbiegung einer Antriebskette kompensieren.

Die Verschiebeeinrichtung umfasst vorteilhafterweise eine Halterung für den Substratkörper und eine Rotationseinrichtung zur Rotation des Substratkörpers um seine Längsachse, wobei im Bereich der Halterung Heizelemente zur Beheizung der Enden des Rohlings vorgesehen sind.

Mittels der Heizelemente wird eine Verdichtung der Enden des Rohlings und eine mechanische Stabilisierung erreicht.

Die Abscheider sind beispielsweise Abscheidebrenner, denen Ausgangsmaterial für das Material, Brennstoff und ein Oxidationsmittel zugeführt werden, wobei sie bevorzugt in einem Winkel bis maximal 30 Winkelgrad zur Vertikalen geneigt auf die Substratkörper-Längsachse gerichtet sind.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen und einer Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigen im einzelnen in schematischer Darstellung:

1: eine erste Ausführungsvariante der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Durchführung einer ersten Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens mit einer langen horizontalen Brennerreihe, entlang derer zwei Abscheidebahnen mit transportierbaren Substratkörpern verlaufen, in einer Ansicht von oben auf die Substratkörper,

2: eine zweite Ausführungsvariante der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Durchführung einer weiteren Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens, mit einer Anordnung mehrerer Substratkörper, die um eine Abscheidebahn entlang einer doppelten Brennerreihe transportierbar sind, in einer Ansicht von oben auf die Substratkörper,

3: eine weitere Ausführungsvariante der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Durchführung einer weiteren Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens, mit einer Anordnung zweier Substratkörper, die um eine gemeinsame vertikale Drehachse in einer Substratkörperebene drehbar gelagert sind, zusammen mit einer unterhalb der Substratkörperebene vorgesehenen Brenneranordnung, mit auf die Substratkörper gerichteten Abscheidebrennern, in einer Ansicht von oben auf die Substratkörper, teilweise im Schnitt,

4: ein Detail eines Antriebs für eine umlaufende Bewegung der Abscheidebrenner bei der in 3 gezeigten Vorrichtung in einer Seitenansicht,

5: das Detail des Antriebs gemäß 4 in einer Draufsicht, und

6: ebenfalls in Draufsicht verschiedene Bewegungsphasen a), b) und c) bei der Drehung der in 3 gezeigten Vorrichtung um die vertikale Drehachse.

Bei den im Folgenden näher erläuterten Ausführungsbeispielen der Erfindung wird jeweils mittels des bekannten OVD-Verfahrens (Outside Vapour Deposition) auf einem Träger 1 ein poröser SiO₂-Sootkörper 2 gebildet, indem Abscheidebrennern 3 über voneinander getrennte Medienzufuhrleitungen jeweils SiCl₄, Wasserstoff und Sauerstoff zugeführt werden, daraus in einer jedem Abscheidebrenner 3 zugeordneten Brennerflamme durch Hydrolyse SiO₂-Partikel gebildet, und die SiO₂-Partikel auf dem Träger 1 unter allmählichem Aufbau des porösen SiO₂-Sootkörpers 2 schichtweise abgeschieden werden. Die Darstellungen in den 1 bis 6 sind rein schematischer Natur und nicht maßstabsgetreu.
1 zeigt eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Durchführung einer ersten Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens, bei der mehrere Träger 1 in zwei parallelen Aufbau-Bahnen A, B hintereinander entlang einer langgestreckten, gemeinsamen Brennerbahn 7 verfahren werden.
Die Brennerbahn 7 ist in 1 durch eine strichpunktierte Linie symbolisiert. Sie setzt sich aus einer Vielzahl in einer Reihe angeordneter Abscheidebrenner 3 zusammen, mittels denen auf den Trägern 1 SiO₂-Partikel abgeschieden und schichtweise zu je einem Sootkörper 2 aufgebaut werden.
Die einzelnen Abscheidebrenner 3 sind in axialer Richtung der Brennerbahn 7 ortsfest, jedoch quer zur Brennerbahn 7 verschiebbar gelagert, so dass jeder Abscheidebrenner 3 wechselweise beide Aufbau-Bahnen A, B bedienen kann. Die Abscheidebrenner 3 sind unterhalb der Aufbau-Bahnen A, B angeordnet und können senkrecht und bis zu einem Winkel von ca. 30°C zur Vertikalen geneigt auf die Längsachse die Träger 1 gerichtet werden. Außerdem sind die Abscheidebrenner 3 auch noch in Richtung senkrecht zur Papierebene verschiebbar, um einen konstanten Abstand zu den sich allmählich vergrößernden Sootkörpern 2 einhalten zu können. Die Zufuhr der Prozessmedien Wasserstoff, Sauerstoff und Siliziumtetrachlorid ist für jeden der Abscheidebrenner 3 separat einstellbar.
Der axiale Abstand der Abscheidebrenner 3 zueinander beträgt 10 cm und die Länge der Brennerbahn 7 insgesamt liegt bei 30 m und der Abstand der Aufbau-Bahnen A, B liegt bei 30 cm.
Die Träger 1 sind jeweils in Farm eines Aluminiumoxidrohres ausgeführt, das beiderseits mittels einer Drehbank 4 gehalten und um seine Längsachse 6 rotierbar ist. Die Drehbank 4 ist auf einem Transportschlitten 5 montiert, der auf Schienen entlang der Brennerbahn 7 in Richtung der Richtungspfeile 8 transportierbar ist. Beiderseits eines vorgegebenen Abscheidebereichs, der der Länge eines Saotkörpers 2 entspricht, sind elektrische Infrarot-Heizstrahler 9 auf den Träger 1 gerichtet. Jeder Transportschlitten 5 ist mit einem separaten Antrieb für die Durchführung der axialen Bewegung entlang seiner Aufbau-Bahn A, B und für die Durchführung der Rotation des Sootkörpers 2 ausgestattet, und mit den entsprechenden elektrischen Anschlussleitungen für die Antriebe und für die elektrischen Heizstrahler 9 verbunden. Bei diesem Ausführungsbeispiel und auch bei den im Folgenden näher beschriebenen sind alle Transportschlitten 5 und die Aufbauten darauf jeweils baugleich.
Die Träger 1 sind auf den beiden Aufbau-Bahnen A und B axial so verteilt, dass die sich bildenden Sootkörper 2 jeweils auf Lücke gesetzt sind.
Nachfolgend wird das erfindungsgemäße Verfahren beispielhaft anhand der Vorrichtung gemäß 1 näher erläutert.
Zur Herstellung eines porösen SiO₂-Sootkörpers 2 mit einer Länge von 3 Metern in einem einzigen Durchlauf über die Aufbaubahnen A, B wird der Transportschlitten 5 mit einer Geschwindigkeit von 5 cm pro Minute entlang der Brennerbahn 7 bewegt. Dabei werden die Träger 1 mit 20 Umdrehungen pro Minute um ihre Längsachse 6 rotiert.
Den Abscheidebrennern 3 werden die oben erwähnten Prozessmedien zugeführt. Es bildet sich eine Brennerflamme, deren Ausbreitungungsrichtung in der Darstellung von 1 senkrecht zur Blattebene verläuft und die auf die Längsachse 6 des Sootkörpers 2 gerichtet ist. In der Brennerflammen werden SiO₂-Partikel gebildet und diese werden auf der Mantelfläche des Trägers 1 bzw. des sich bildenden Sootkörpers 2 schichtweise abgeschieden.
Die Menge der Brennergase Wasserstoff und Sauerstoff wird mit steigendem Durchmesser der Sootkörper 2 kontinuierlich angehoben, so dass die Oberflächentemperatur der Sootkörper 2 in etwa konstant bleibt, gleichzeitig wird durch Absenken der Abscheidebrenner 3 auch der Abstand zur Sootkörper-Oberfläche in etwa konstant gehalten.
Die Sootkörper 2 sind auf den Aufbau-Bahnen A und B versetzt zueinander angeordnet. Sobald der Transportschlitten 5 auf der Aufbau-Bahn A eine Position erreicht hat, ab der die Materialabscheidung eines Abscheidebrenners 3 außerhalb des vorgesehenen Abscheidebereichs auf den Träger 1 oder auf der Drehbank 4 erfolgen würde, wird der entsprechende Abscheidebrenner 3 zur Aufbau-Bahn B verschoben, wo die SiO₂-Partikelabscheidung auf dem „auf Lücke gesetzten" Sootkörper 2 fortgeführt wird. In 1 sind diejenigen Abscheidebrenner 3a, die bei anhaltender axialer Verschiebung der Träger 1 als nächste auf die gegenüberliegende Aufbau-Bahn A, B umgeschwenkt werden, mit einem entsprechenden Richtungspfeil gekennzeichnet.
Durch den wechselweisen Betrieb der Abscheidebrenner 3 auf der einen und der anderen Aufbau-Bahn A, B wird ein fortlaufender Einsatz der Abscheidebrenner 3 und damit eine hohe Produktivität und gleichzeitig ein Abscheiden von SiO₂-Partikeln außerhalb des vorgegebenen Abscheidebereichs verhindert.
Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht eine homogene Abscheidung von SiO₂-Partikeln mit hoher Abscheiderate und ohne Umkehr der Bewegungsrichtung beim Abscheideprozess, wobei Verdrillungen der Medienzufuhrleitungen zu den Abscheidebrennern 3 mangels einer Rotations- oder Kreisbewegung der Abscheidebrenner 3 ausgeschlossen sind.
Aus den so erhaltenen Sootkörpern 2 werden durch anschließendes Verglasen und etwaige weitere Bearbeitungs- und Umformschritte transparente Quarzglaskörper erhalten, die sich durch besonders hohe Homogenität und Blasenfreiheit auszeichnen.
Sofern in den 2 bis 6 die gleichen Bezugsziffern wie in 1 verwendet werden, so bezeichnen diese gleiche oder äquivalente Teile der Vorrichtung wie die entsprechenden Bezugsziffern in 1. Erläuterungen dazu ergeben sich aus obigen Ausführungen.
In einer Abwandlung des oben beschriebenen Verfahrens und unter Einsatz der anhand 1 beschriebenen Vorrichtung erfolgt der Aufbau der Sootkörper 2, indem diese die Aufbau-Bahnen A, B mehrfach durchlaufen. Dabei wird der Transportschlitten 5 jeweils wieder an die Startposition gebracht, wobei die Sootkörper 2 vor jedem Durchlauf auf eine vorgegebene Temperatur, die etwa der Temperatur beim Abscheideprozess entspricht, vorgewärmt werden.
Die Darstellung von 2 zeigt schematisch eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung für den gleichzeitigen Aufbau mehrerer Sootkörper 2 beim Umlauf um eine geschlossene Aufbau-Bahn 20. Die Aufbau-Bahn weist zwei langgestreckte, parallele Teilstücke 21, 22 auf, die an den Enden über halbkreisförmige Bögen 23 miteinander verbunden sind. Entlang jedes der parallelen Teilstücke 21, 22 verläuft eine jeweils eine gerade Brennerreihe 7a, 7b, die sich aus einer Vielzahl von Abscheidebrennern 3, die jeweils einen Abstand von 15 cm zueinander haben, zusammensetzt. Die Abscheidebrenner 3 sind in axialer Richtung ortsfest.
Entlang der Aufbau-Bahn 20 werden kontinuierlich mehrere Transportschlitten 5, auf denen Träger 1 für die Abscheidung von Sootkörpern 2 montiert sind, transportiert und dabei hintereinander an den Abscheidebrennern 3 entlang bewegt, wie dies die Richtungspfeile 25 anzeigen. Der Abstand zwischen den Transportschlitten 5 kann auf ein Minimum beschränkt werden.
Nachfolgend wird ein weiteres Ausführungsbeispiel für das erfindungsgemäße Verfahren anhand der Vorrichtung gemäß 2 näher erläutert.
Zur Herstellung poröser SiO₂-Sootkörper 2 mit einer Länge von jeweils 3 Metern werden 15 m lange Brennerreihen 7a, 7b eingesetzt. Entlang dieser bewegen sich die Transportschlitten 5 mit einer Geschwindigkeit von 20 cm pro Minute, wobei gleichzeitig die Träger 1 mit 30 Umdrehungen pro Minute um ihre Längsachse 6 rotiert werden.
Den Abscheidebrennern 3 werden die oben erwähnten Prozessmedien zugeführt. Es bildet sich eine Brennerflamme, deren Ausbreitungungsrichtung in der Darstellung von 2 leicht (um ca. 30 Grad) zur Vertikalen geneigt auf die Längsachse 6 des Sootkörpers 2 gerichtet ist. In den Brennerflammen werden SiO₂-Partikel gebildet, die auf der Mantelfläche des Trägers 1 bzw. des sich bildenden Sootkörpers 2 schichtweise abgeschieden werden.
Die Menge der Brennergase Wasserstoff und Sauerstoff wird mit steigendem Durchmesser der Sootkörper 2 kontinuierlich angehoben, so dass die Oberflächentemperatur der Sootkörper 2 in etwa konstant bleibt, gleichzeitig wird durch Absenken der Abscheidebrenner 3 auch der Abstand zur Sootkörper-Oberfläche in etwa konstant gehalten.
Die Zufuhr an SiCl₄ ist für jeden Abscheidebrenner 3 separat ein- und abschaltbar, außerdem ist der Massendurchfluss für die Brenngase individuell variierbar. Die SiCl₄-Zufuhr wird positionsabhängig abgeschaltet, sobald ein Abscheidebrenner 3 auf einen Bereich außerhalb des vorgesehenen Abscheidebereichs gerichtet ist, so dass eine Partikel-Abscheidung auf dem Träger 1 oder auf der Drehbank 4 vermieden wird. Gleichzeitig wird die Brennergaszufuhr gedrosselt, jedoch nur soweit dass die Brennerflamme nicht erlischt. Die SiCl₄-Zufuhr wird wieder eingeschaltet und die Brennergaszufuhr auf den Standardwert eingestellt, sobald der Abscheidebrenner 3 wieder auf einen Sootkörper 2 gerichtet ist. Zur Verdeutlichung sind beim in 2 dargestellten Prozessstadium die Abscheidebrenner 3 ohne aktuelle SiCl₄-Zufuhr als Kreise mit weißem Rand dargestellt, und die Abscheidebrenner 3 mit SiCl₄-Zufuhr mit grauem Rand.
Weiterhin werden die Abscheidebrenner 3 zur Verdichtung der Endbereiche der sich bildenden Sootkörper 2 eingesetzt. Zu diesem Zweck wird den Abscheidebrennern 3, die sich im Bereich einer Sootkörper-Endkappe befinden positionsabhängig eine größere Menge an Brenngasen zugeführt, so dass sich eine höhere Flammentemperatur einstellt, die im Bereich der Endkappen zu einer stärkeren Verdichtung des SiO₂-Sootmaterials führt. Die im Prozessstadium von 2 aktuell so wirkenden Abscheidebrenner 3 sind mit einem auf den jeweiligen Sootkörper-Endbereich gerichteten Blockpfeil 26 gekennzeichnet.
Den Bereich der Bögen 23 beim Übergang vom Teilstück 21, 22 auf das andere Teilstück 22, 21 passieren die Transportschlitten 5 möglichst schnell, um das Abkühlen der Sootkörper-Oberfläche zu minimieren. Hierzu wird die SiCl₄-Zufuhr bei den zuletzt noch aktiven Abscheidebrennern 3 abgeschaltet und der Transportschlitten 5 zu den ersten Abscheidebrennern 3 der anderen Brennerreihe 7a, 7b verbracht. Bei diesen ist ebenfalls die SiCl₄-Zufuhr zunächst abgeschaltet. Der Sootkörper 2 wird entlang der Abscheidebrenner 3 mit der oben genannten Geschwindigkeit von 20 cm pro Minute über eine Strecke von 2 bis 3 Brennerabständen verschoben, dabei vorgewärmt und anschließend wird die SiCl₄-Zufuhr der dann aktiven Abscheidebrenner 3 eingeschaltet.
Infolge des geringen Abstandes zwischen benachbarten Sootkörpern 2 wird ein fast kontinuierlicher Einsatz der Abscheidebrenner 3 und damit eine hohe Produktivität erreicht. Auch diese Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens ermöglicht eine homogene Abscheidung von SiO₂-Partikeln mit hoher Abscheiderate und ohne Umkehr der Bewegungsrichtung beim Abscheideprozess, wobei Verdrillungen der Medienzufuhrleitungen zu den Abscheidebrennern 3 mangels einer Rotations- oder Kreisbewegung der Abscheidebrenner 3 ausgeschlossen sind, und wobei auf konstruktiv aufwändige Drehdurchführungen für die Medienzufuhr oder auf komplizierte Bahnführungen für die Abscheidebrenner 3 verzichtet wird.
In einer Abwandlung des oben beschriebenen Verfahrens erfolgt das Beheizen der Sootkörper 2 im Bereich der Bögen 23 dadurch, dass die endständigen Abscheidebrenner 3 der Brennerreihe 7 um die Bögen 23 verfahrbar gelagert sind, und so zusammen mit dem Transportschlitten 5 den Übergang der Sootkörper 2 von dem einen Teilstück 21, 22 auf das andere Teilstück 22, 21 der Aufbaubahn 20 unter Beibehaltung der axialen Relativverschiebung begleiten können.
Anschließend werden die endständigen Abscheidebrenner 3 wieder an ihre Ausgangsposition zurück verfahren.
Eine besonders bevorzugte Ausführungsform der Erfindung ist in 3 schematisch dargestellt. Die Figur zeigt in Draufsicht eine Anordnung 30 zweier parallel zueinander angeordneter Träger 1 mit jeweils darauf aufgebautem Sootkörper 2. Die Enden des Trägers 1 sind eine Drehbank 4 eingespannt, mittels der der Träger um seine Längsachse 6 rotierbar ist. Die Träger-Anordnung 30 ist über ein Lager 31 starr an einem Kranz 32 montiert, der Teil einer Drehvorrichtung ist, mittels dem die Anordnung 30 um eine vertikale Drehachse 33, die mittig zwischen den beiden Längsachsen 6 und senkrecht zur Blattebene verläuft, drehbar ist. Die Drehrichtung wird durch die Richtungspfeile 34 symbolisiert. Auf dem Kranz 32 sind außerdem vier Infrarot-Heizstrahler 9 montiert, die auf die stirnseitigen Enden der beiden Sootkörper 2 gerichtet sind, und die über elektrische Anschlüsse 35 und Schleifkontakte mit einer Stromquelle verbunden sind.
Die Längsachsen der beiden Sootkörper 2 spannen eine Sootkörperebene auf. In der Draufsicht von 3 befindet sich unterhalb dieser Sootkörperebene ein am Kranz 32 befestigter Rahmen 36, der ebenfalls um die Drehachse 33 drehbar ist, und der eine rechteckige Fläche mit abgerundeten Ecken aufspannt, die parallel zur Sootkörperebene verläuft. Im Bereich der Ecken des Rechteck-Rahmens sind vier Stützpunkte 37 vorgesehen, um die herum eine metallische Brennerkette 38 gespannt ist.
An der Brennerkette 38 sind in vorgegebenem Abstand von 10 cm Abscheidebrenner 3 befestigt, die vertikal nach oben gerichtet sind. Einer der Stützpunkte 37 dient gleichzeitig als Kettenantrieb, mittels dem die Brennerkette 38 mitsamt der daran montierten Abscheidebrenner 3 in der durch die Richtungspfeile 39 gezeigten Richtung in einer umlaufenden Bahn 7 um den Rahmen 38 herum transportierbar ist, wobei der umlaufende Rechteck-Rahmen 36 gleichzeitig als Führungsschiene 40 (siehe 4) für die Abscheidebrenner 3 dient.
Die umlaufende Bahn 7 der Abscheidebrenner 3 folgt dabei den Längsachsen 6 der Träger 1 bzw. der Sootkörper 2. Der Verlauf der umlaufenden Bahn 7 ist in 3 erkennbar, wobei die Abscheidebrenner 3 als konzentrische Kreise und die durch die Sootkörper 2 verdeckten Abscheidebrenner 3 transparent dargestellt sind.
Der Rahmen 38 ist in Richtung der Drehachse 33 auf und ab verschiebbar, um den Abstand der Abscheidebrenner 3 von der Sootkörper-Oberfläche einstellen zu können.
Um die umlaufende Bahn 7 verläuft eine Führungsschiene 40, die in den 4 und 5 im Detail dargestellt ist. der Abscheidebrenner 3 ist leicht auswechselbar in einem Halteblock 41 fest montiert. Die biegsamen Medienzufuhrleitungen in Form von Schläuchen aus PTFE sind mit der Bezugsziffer 42 gekennzeichnet. Der Halteblock 41 wird einerseits in einer Gleitnut 43 der Führungsschiene 40 verschiebbar geführt, andererseits ist er mit der Brennerkette 38 fest verbunden, so dass der Abscheidebrenner 3 mittels der Brennerkette 38 entlang der Führungsschiene 40 transportierbar ist, wobei die auf Führungsschiene 40 eine definierten ebene Bahnführung gewährleistet. Die Brennerkette 38 gewährleistet im Bereich der geraden Transportstrecken entlang der Sootkörper-Längsachse eine konstanten Abstand der Abscheidebrenner 3 von 10 cm zueinander.
Nachfolgend wird ein weiteres Ausführungsbeispiel für das erfindungsgemäße Verfahren unter Einsatz der in den 3 bis 5 schematisch dargestellten Vorrichtung und anhand 6 näher erläutert.
Zur Herstellung zweier poröser SiO₂-Sootkörper 2 mit einer Länge von jeweils 3 m werden die in die Drehbank 4 eingespannten Träger 1 um ihre Längsachse 6 rotiert und dabei gleichzeitig kontinuierlich mittels der Drehvorrichtung (32) um die vertikale Drehachse 33 in Richtung der Richtungspfeile 34 gedreht. Um dieselbe Drehachse 33, in gleicher Drehrichtung und mit gleicher Drehgeschwindigkeit wird auch die Anordnung der auf dem Rahmen 36 transportierbar gelagerten Abscheidebrenner 3 kontinuierlich gedreht. Somit wird die Lage der umlaufenden Brennerbahn bei der Drehung um die Drehachse 33 kontinuierlich an die Form der Sootkörper-Anordnung angepasst.
Infolge der gemeinsamen Drehung von Sootkörper-Anordnung und Rahmen 36 sind die Stützpunkte 37 der umlaufenden Brennerkette 38 zu jeder Zeit den Ecken des durch die Sootkörper 2 aufgespannten Rechtecks zugeordnet. Die Abscheidebrenner 3 werden mittels der sich gegensinnig zur Drehrichtung 34 drehenden Brennerkette 38 kontinuierlich in Richtung des Richtungspfeiles 39 verschoben, so dass sich zwischen den Abscheidebrennern 3 und der Sootkörper-Oberfläche eine konstante Relativbewegung ergibt, die zu einem gleichmäßigen schichtweisen Abscheiden von SiO₂-Partikeln auf der Mantelfläche der Träger 1 führt. Der Transport der Abscheidebrenner 3 gegensinnig zur Drehrichtung 34 vermeidet eine Torsion und ein Verdrillen der Medienzufuhrleitungen 42 der Abscheidebrenner 3. Die notwendigen elektrischen Anschlüsse für die Drehbänke 4, den Kettenantrieb und die Heizstrahler werden über Schleifkontakte geführt, so dass keine Verdrillungen auftreten können Die Drehgeschwindigkeit der Drehvorrichtung und die Transportgeschwindigkeit der Kettenantriebs sind so aufeinander abgestimmt, dass eine Drehung der Sootkörper-Anordnung und der Abscheidebrenner-Anordnung um 360 Grad mit einem vollständigen Umlauf der Abscheidebrenner 3 um die umlaufende Bahn einhergeht. Bei der Länge der Brennerkette von 7 m und einer Relativgeschwindigkeit von 60 cm/min ergibt sich im Ausführungsbeispiel eine Dauer für eine Umdrehung der Drehvorrichtung und für einen vollständigen Umlauf der Brennerkette 38 von etwa 11,7 min. Dadurch wird gewährleistet, dass die Medienzufuhrleitungen 42 der Abscheidebrenner 3 nach jedem Durchlauf exakt die gleichen Verdrillungszustand aufweisen wie zu Beginn des Durchlaufs.
Die Medienversorgung ist für jeden Abscheidebrenner 3 separat einstellbar. Dadurch kann sowohl die Versorgung mit SiCl₄ nach Bedarf dosiert und insbesondere ein- oder ausgeschaltet werden, als auch durch Variation der Brenngase die Temperatur des Sootkörpers 2 beeinflusst werden. Die Menge der Brennergase wird mit steigendem Durchmesser der Sootkörper 2 kontinuierlich angehoben, so dass die Oberflächentemperatur der Sootkörper 2 in etwa konstant bleibt, gleichzeitig wird durch Absenken der Plattform 36 auch der Abstand zur Sootkörper-Oberfläche in etwa konstant gehalten.
Die gegenläufige Bewegung von Sootkörper 2 (vertikale Drehung) und Abscheidebrenner 3 (Translation) zeigen schematisch die Bewegungsphasen a), b) und c) in 6, wobei der Übersichtlichkeit halber jeweils nur ein einzelner Abscheidebrenner 3 der gesamten Brennerreihe dargestellt ist.
In der in 6a) gezeigten Phase ist der Abscheidebrenner 3 aktiv. Er befindet sich unmittelbar unterhalb des einen Sootkörpers 2 und ist auf dessen Längsachse 6 gerichtet.
In der Phase b), die sich nach einer Weiterdrehung der Sootkörper-Anordnung um etwa 30 Grad gegenüber der Phase a) und einem der Drehbewegung entgegengerichteten Transport der Abscheidebrenner 3 um etwa 58 cm einstellt, ist der Abscheidebrenner 3 nicht aktiv, die Zufuhr von SiCl₄ ist abgeschaltet und Brennergase unverändert. Es findet in dieser Phase keine SiO₂-Partikelabscheidung auf dem Sootkörper 2 statt.
In der Phase c) hat sich die Sootkörper-Anordnung gegenüber der Stellung in Phase a) um 90 Grad gedreht und der Abscheidebrenner 3 ist mittels der Brennerkette 38 um 1,75 m entlang der umlaufenden Bahn in Gegenrichtung transportiert worden. Er ist jetzt wieder aktiv, befindet sich nun unmittelbar unterhalb des anderen Sootkörpers 2, ist auf dessen Längsachse 6 gerichtet.
In einer Abwandlung des oben beschriebenen Verfahrens erfolgt der Transport der Abscheidebrenner 3 um die umlaufende Bahn nicht durch eine gemeinsame Antriebskette, sondern mittels eines separaten Antriebs für jeden Abscheidebrenner 3. Dadurch ist es möglich, die Anspruch 3 in den Bereichen der umlaufenden Bahn, in denen keine Abscheidung von SiO₂-Partiklen erfolgt, schneller zu transportieren und dadurch die Anzahl der zur vollständigen Belegung der umlaufenden Bahn erforderlichen Abscheidebrenner von 70 auf 64 zu senken.
In einer weiteren Abwandlung des oben näher erläuterten Verfahrensvarianten werden die Abscheidebrenner 3 anstelle der separaten Heizstrahler 9 zur Verdichtung der Sootkörperenden eingesetzt. Die Brennergasmengen werden hierzu in Abhängigkeit von der Position des Abscheidebrenners 3 im Bereich der Sootkörperenden so verändert, dass sich eine höhere Oberflächentemperatur einstellt. Dazu ist es notwendig, dass die Abscheidebrenner 3 unabhängig voneinander mit Brennergasen versorgt werden können.

Claims

Verfahren zur Herstellung eines Glaskörpers, umfassend die Bildung eines zylindrischen Rohlings (2) durch sukzessives Abscheiden einer Vielzahl von Materialschichten auf der Mantelfläche eines um seine Längsachse rotierenden Substratkörpers (1) unter Einsatz einer Anordnung (7) mehrerer, auf den Substratkörper (1) gerichteter Abscheiden (31), denen über Zufuhrleitungen Prozessmedien für die Materialschichten-Abscheidung zugeführt werden, und die ohne Umkehr der Bewegungsrichtung entlang der Substratkörper-Längsachse (6) bewegt werden, dadurch gekennzeichnet, dass die Bewegung der Abscheiden-Anordnung (7) entlang der Substratkörper-Längsachse (6) mit einer translatorischen Verschiebung des Substratkörpers (1) einhergeht, wobei unter einer „translatorischen Verschiebung" des Substratkörpers eine Verschiebung des gesamten Substratkörpers oder zumindest seiner stirnseitigen Enden in einer Ebene entlang einer beliebig geformten Bahn verstanden, insbesondere entlang einer geraden, gekrümmten, geschlossenen oder im Spezialfall kreisförmigen Bahn, verstanden wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verschiebung eine Drehung des Substratkörpers (1) um eine quer – vorzugsweise senkrecht – zur Substratkörper-Längsachse (6) verlaufende Drehachse (33) umfasst.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Abscheider-Anordnung (7) zusammen mit dem mindestens einen Substratkörper (1) kontinuierlich um die Drehachse (33) gedreht wird, wobei die Abscheiden (3) gleichzeitig in Gegenrichtung zu der durch die Drehung bewirkten Verschiebung der Abscheiden-Anordnung (7) kontinuierlich um eine umlaufende Bahn transportiert werden.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Abscheiden (3) auf der umlaufenden Bahn mit unabhängig voneinander einstellbarer Geschwindigkeit transportiert werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Substratkörper (1) zu einer starren Substratkörper-Anordnung (30) zusammengefasst werden, wobei die Substratkörper-Längsachsen (6) in einer gemeinsamen Substratkörperebene verlaufen, und dass die Substratkörper-Anordnung (30) um eine quer – vorzugsweise senkrecht – zur Substratkörperebene verlaufende Drehachse (33) gedreht wird.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Drehung um die Drehachse (33) Lage oder Form der Abscheiden-Anordnung (7) kontinuierlich an Form oder Lage der Substratkörper-Anordnung (30) angepasst wird.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Substratkörper (1) in der Substratkörperebene entlang der Seiten eines Polygons angeordnet sind, und dass die Abscheiden-Anordnung (7) in einer parallel zur Substratkörperebene verlaufenden Abscheiderebene gelagert und die Abscheider (3) in Gegenrichtung zu der durch die Drehung bewirkten Verschiebung der Abscheiden-Anordnung (7) in einer umlaufenden Bahn entlang der Substratkörper-Anordnung (30) transportiert werden.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass zwei parallel zueinander angeordnete Substratkörper (1) eine Substratkörper-Anordnung (30) in Form eines Rechtecks bilden, wobei die Substratkörper (1) an den langen Seiten des Rechtecks angeordnet sind.
Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass eine Drehung der Substratkörper-Anordnung und der Abscheider-Anordnung (7) um 360 Winkelgrad mit einem vollständigen Umlauf der Abscheiden (3) um die umlaufende Bahn einhergeht.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehachse (33) vertikal verläuft.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Abscheider-Anordnung (7) mindestens eine Abscheiden-Strecke mit einer Länge bildet, die größer ist als die Länge des zu erzeugenden Rohlings (2), und dass die Verschiebung des mindestens einen Substratkörpers (1) in Richtung seiner Längsachsen (6) entlang der Abscheider-Strecke erfolgt, wobei Maßnahmen vorgesehen sind, die eine Materialabscheidung im Bereich außerhalb der Rohling-Enden verhindern.
Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Substratkörper (1) eine Aufbaubahn (A, B) bildend die Abscheider-Strecke hintereinander angeordnet durchlaufen.
Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass beiderseits der Abscheider-Strecke eine Aufbaubahn (A, B) mit zueinander auf Lücke angeordneten Rohlingen vorgesehen ist, wobei die Abscheider (3) wechselweise auf Substratkörper (1) der einen und der anderen Aufbaubahn gerichtet werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Substratkörper (1) die Abscheider-Strecke zur Bildung des Rohlings (2) mehrmals durchläuft.
Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Rohling (2) vor einem wiederholten Durchlaufen der Abscheider-Strecke erwärmt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl der Abscheider (3), die Länge der Abscheider-Strecke und die Geschwindigkeit der Verschiebung des mindestens einen Substratkörpers (1) so gewählt werden, dass der Verfahrensschritt des sukzessiven Abscheidens einer Vielzahl von Materialschichten zur Bildung des Rohlings (2) abgeschlossen ist, wenn der Substratkörper (1) die Abscheider-Strecke einmal durchlaufen hat.
Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Abscheiden-Anordnung (7) mindestens zwei Abscheiden-Strecken (7a, 7b) umfasst, und dass die Verschiebung des mindestens einen Rohlings (2) in Richtung der Substratkörper-Längsachsen (6) entlang einer umlaufenden Bahn erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens zwei Abscheiden-Strecken (7a, 7b) parallel zueinander verlaufen und von mehreren hintereinander angeordneten Substratkörpern (1) durchlaufen werden, indem die Substratkörper (1) vom Ende der einen Abscheider-Strecke (7a, 7b) zum Anfang der anderen Abscheider-Strecke (7b, 7a) überführt werden.
Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass der Rohling (2) bei der Überführung von der einen auf die andere Abscheiden-Strecke (7a, 7b) erwärmt wird.
Verfahren nach Anspruch 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Überführung des Substratkörpers (1) vom Ende der einen Abscheider-Strecke (7a, 7b) zum Anfang der anderen Abscheider-Strecke (7b, 7a) die Materialschichten-Abscheidung andauert.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Abscheiden Abscheidebrenner eingesetzt werden, denen Ausgangsmaterial für das abzuscheidende Material zugeführt werden, und dass die Zufuhr des Ausgangsmaterials für jeden Abscheidebrenner individuell einstellbar ist.
Verfahren nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens die Zufuhr des Ausgangsmaterials für jeden Abscheidebrenner in Abhängigkeit von der Position des Substratkörpers (1) einstellbar ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass elektrische Zusatzheizer (9) vorgesehen sind, die die
Vorrichtung zur Durchführung des Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit einer Abscheider-Anordnung (7) aus mehreren Abscheidern (3), die mit Zufuhrleitungen für die Zufuhr von Prozessmedien für eine Materialschichten-Abscheidung verbunden sind, und die entlang der Längsachsen (6) mindestens eines um seine Längsachsen (6) rotierbaren Substratkörpers (1) ohne reversierende Bewegung bewegbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass eine Verschiebeeinrichtung (5, 32) für eine translatorische Verschiebung des Substratkörpers (1), die mit der Bewegung der Abscheiden-Anordnung (7) entlang der Substratkörper-Längsachse (6) einhergeht, vorgesehen ist, wobei unter einer „translatorischen Verschiebung" des Substratkörpers eine Verschiebung des gesamten Substratkörpers oder zumindest seiner stirnseitigen Enden in einer Ebene entlang einer beliebig geformten Bahn verstanden, insbesondere entlang einer geraden, gekrümmten, geschlossenen oder im Spezialfall kreisförmigen Bahn, verstanden wird.
Vorrichtung nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass die Verschiebeeinrichtung eine Drehvorrichtung (32) zur Drehung des Substratkörpers (1) um eine quer – vorzugsweise senkrecht – zur Substratkörper-Längsachsen (6) verlaufende Drehachse (33) umfasst.
Vorrichtung nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehvorrichtung (32) zur gemeinsamen Drehung der Abscheider-Anordnung (7) mit dem mindestens einen Substratkörper (1) ausgebildet ist, und dass die Abscheider (3) mit einem Antrieb (37, 38, 40) versehen sind, mittels dem sie in Gegenrichtung zu der durch die Drehung bewirkten Verschiebung der Abscheider-Anordnung (7) um eine umlaufende Bahn transportierbar sind.
Vorrichtung nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, dass die Abscheider (3) mittels des Antriebs (37, 38, 40) auf der umlaufenden Bahn mit unabhängig voneinander einstellbarer Geschwindigkeit transportierbar sind.
Vorrichtung nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, dass die Abscheider (3) kettenartig miteinander verbunden sind und dass der Antrieb (37, 40) auf die Abscheiderkette (38) einwirkt.
Vorrichtung nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, dass der Antrieb (37, 38, 40) eine starre Führungsschiene (40) umfasst, an der die Abscheiden (3) gleitbar gelagert sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 24 bis 29, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Substratkörper (1) zu einer starren Substratkörper-Anordnung (30) zusammengefasst werden, wobei die Substratkörper-Längsachsen (6) in einer gemeinsamen Substratkörperebene verlaufen, und dass die Substratkörper-Anordnung (30) mittels der Dreheinrichtung (32) um eine quer – vorzugsweise senkrecht – zur Substratkörperebene verlaufende Drehachse (33) drehbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, dass die Substratkörper (1) in der Substratkörperebene entlang der Seiten eines Polygons angeordnet sind, und dass die Abscheiden-Anordnung (7) in einer parallel zur Substratkörperebene verlaufenden Abscheiderebene gelagert ist und die Abscheiden (3) in Gegenrichtung zu der durch die Drehung bewirkten Verschiebung der Abscheiden-Anordnung (7) in einer umlaufenden Bahn entlang der Substratkörper-Anordnung (30) transportierbar sind.
Vorrichtung nach Anspruch 31, dadurch gekennzeichnet, dass zwei parallel zueinander angeordnete Substratkörper (1) eine Substratkörper-Anordnung (30) in Form eines Rechtecks bilden, wobei die Substratkörper (1) an den langen Seiten des Rechtecks angeordnet sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 24 bis 32, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehachse (33) vertikal verläuft.
Vorrichtung nach Anspruch 33, dadurch gekennzeichnet, dass die Abscheiden-Anordnung (7) mindestens eine Abscheiden-Strecke mit einer Länge bildet, die größer ist als die Substratkörper-Länge, und dass die Verschiebeeinrichtung (5) entlang der Abscheiden-Strecke bewegbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 34, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Verschiebeeinrichtungen (5) zur Aufnahme je eines Substratkörpers (1) vorgesehen sind, die hintereinander angeordnet eine entlang einer Abscheiden-Strecke verlaufende Aufbaubahn (A; B) bilden.
Vorrichtung nach Anspruch 34 oder 35, dadurch gekennzeichnet, dass beiderseits der Abscheiden-Strecke eine Aufbaubahn (A, B) mit zueinander auf Lücke angeordneten Rohlingen vorgesehen ist, wobei die Abscheiden (3) mit einer Bewegungsvorrichtung versehen sind, mittels der sie wechselweise auf Substratkörper (1) der einen und der anderen Aufbaubahn zu richten sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 34 bis 36, dadurch gekennzeichnet, dass die Abscheiden-Anordnung (7) mindestens zwei Abscheiden-Strecken umfasst, entlang denen die Substratkörper (1) in einer umlaufenden Bahn (20) bewegbar sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 24 bis 37, dadurch gekennzeichnet, dass die Verschiebeeinrichtung (5) eine Halterung (4) für den Substratkörper (1) und eine Rotationseinrichtung zur Rotation des Substratkörpers (1) um seine Längsachsen (6) umfasst.
Vorrichtung nach Anspruch 38, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Verschiebeeinrichtung (5) Heizelemente (9) zur Beheizung der Enden des Rohlings (2) montiert sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 24 bis 39, dadurch gekennzeichnet, dass die Abscheider (3) in einem Winkel bis maximal 30 Winkelgrad zur Vertikalen geneigt angeordnet sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 24 bis 40, dadurch gekennzeichnet, dass die Abscheider (3) Abscheidebrenner sind, denen Ausgangsmaterial für das Material, Brennstoff und ein Oxidationsmittel zugeführt werden.