DE102005058819A1

DE102005058819A1 - Verfahren zur Beschichtung eines Bauteils aus hochkieselsäurehaltigem Glas sowie mit einer SiO2-haltigen, glasigen Schicht versehenes Bauteil

Info

Publication number: DE102005058819A1
Application number: DE102005058819A
Authority: DE
Inventors: Waltraud Werdecker; Rolf Gerhardt; Armin Maul; Rainer Berg; Jürgen Weber; Wulf BRÄMER
Original assignee: Heraeus Quarzglas GmbH and Co KG
Current assignee: Heraeus Quarzglas GmbH and Co KG
Priority date: 2005-10-13
Filing date: 2005-12-09
Publication date: 2007-04-19
Anticipated expiration: 2025-12-10
Also published as: DE102005058819B4

Abstract

Es sind Verfahren zur Beschichtung eines Bauteils aus hochkieselsäurehaltigem Glas bekannt, indem ein Beschichtungsbereich der Bauteil-Oberfläche mit einer SiO¶2¶-haltigen, glasigen Schicht versehen wird, die sich in ihren optischen, physikalischen oder chemischen Eigenschaften vom Werkstoff des Bauteils unterscheidet. Um hiervon ausgehend eine neue Art der Beschichtung eines Quarzglas-Bauteils mit einer SiO¶2¶-glasigen Schicht anzugeben, die konstengünstig und reproduzierbar und in beliebiger Stärke hergestellt werden kann und die je nach ihrer konkreten Ausgestaltung unterschiedliche Funktionen erfüllen kann, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, dass der Beschichtungsbereich mit dem Flächengebilde und mit einem amorphe SiO¶2¶-Teilchen enthaltenden Schlicker unter Bildung einer fixierten Schlicker-Schicht belegt wird, die fixierte Schlicker-Schicht getrocknet und unter Bildung der SiO¶2¶-haltigen glasigen Schicht verdichtet wird. Das erfindungsgemäße Bauteil aus hochkieselsäurehaltigem Glas ist in einem Beschichtungsbereich mit einer SiO¶2¶-haltigen, glasigen Schicht versehen, die sich dadurch auszeichnet, dass sie ein eine Netzstruktur aufweisendes Flächengebilde umfasst, das in eine Glasmasse eingebettet ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Beschichtung eines Bauteils aus hochkieselsäurehaltigem Glas, indem ein Beschichtungsbereich der Bauteil-Oberfläche mit einer SiO₂-haltigen, glasigen Schicht versehen wird, die sich in ihren optischen, physikalischen oder chemischen Eigenschaften vom Werkstoff des Bauteils unterscheidet.
Außerdem geht es in der Erfindung um ein Bauteil aus hochkieselsäurehaltigem Glas, dessen Oberfläche in einem Beschichtungsbereich mit einer SiO₂-haltigen, glasigen Schicht versehen ist, die sich in ihren optischen, physikalischen oder chemischen Eigenschaften vom Werkstoff des Bauteils unterscheidet.

Unter einem hochkieselsäurehaltigen Werkstoff wird hier dotiertes oder undotiertes Quarzglas mit einem SiO₂-Gehalt von mindestens 99% verstanden. Quarzglas zeichnet sich durch einen niedrigen thermischen Ausdehnungskoeffizienten, durch optische Transparenz über einen weiten Wellenlängenbereich sowie durch hohe Bauteile aus Quarzglas werden für eine Vielzahl von Anwendungen eingesetzt, wie beispielsweise in der Lampenfertigung als Hüllrohre, Kolben, Abdeckplatten oder Reflektorträger für Lampen und Strahler im ultravioletten, infraroten und sichtbaren Spektralbereich, im chemischen Apparatebau oder in der Halbleiterfertigung in Form von Reaktoren und Apparaturen aus Quarzglas für die Behandlung von Halbleiterbauteilen, Trägerhorden, Glocken, Tiegeln, Schutzschilden oder einfachen Quarzglas-Bauteilen, wie Rohre, Stäbe, Platten, Flansche, Ringe oder Blöcke.

Zur Erzeugung oder Verbesserung spezifischer mechanischer, optischer oder chemischer Eigenschaften ist es bekannt, Quarzglas mit anderen Substanzen zu dotieren, wie etwa mit Titan, Aluminium, Bor, Germanium, Cer oder Rubidium.

Eigenschaftsänderungen werden häufig auch durch Modifikation der Bauteil-Oberfläche erreicht, wobei das vorab erzeugte Quarzglas-Bauteil mit einer an den spezifischen Verwendungszweck angepassten Funktionsschicht versehen wird. Als Beispiele hierfür seien eine Verbesserung der Standzeit durch eine Beschichtung mit einem Werkstoff mit höherer Erweichungstemperatur oder besserer chemischer Beständigkeit, eine Verringerung der von dem Bauteil ausgehenden Kontaminationsgefahr durch eine Beschichtung aus hochreinem Material, eine Veränderung der Wärmeisolierung oder der Reflektivität durch transparente oder opake Oberflächenschichten oder eine Beschichtung zur Herstellung einer Fügeverbindung mit einem anderen Bauteil genannt.

Im Folgenden werden für die beispielhaft genannten Beschichtungszwecke üblicherweise eingesetzte Methoden näher erläutert.

Beschichtung zur Verbesserung der chemischen Beständigkeit oder zur Verringerung der Kontaminationsgefahr

Derartige Beschichtungen spielen eine wichtige Rolle, wenn die Quarzglas-Bauteile hohen thermischen Belastungen und chemisch aggressiven Umgebungen ausgesetzt werden, wie beispielsweise bei Anwendungen in der Halbleiterfertigung. Die Quarzglas-Bauteil sollen hierbei eine hohe chemische Beständigkeit und Kontaminationsfreiheit zeigen und es werden hohe Anforderungen an die Standzeit gestellt. In Bezug auf die Standzeit von Quarzglas-Bauteilen sind die Ätzresistenz und die Blasenfreiheit oberflächennaher Bereiche zu beachten. Beispielsweise führen zunächst geschlossene Blasen in Quarzglas-Reaktoren von Halbleiter-Ätzanlagen, die im Verlaufe des Einsatzes durch Materialabtrag geöffnet werden, zu Verunreinigungen der im Reaktor zu behandelnden Halbleiter und beenden damit die Lebensdauer des Quarzglasreaktors. Auch mit Quarzglas reagierende, fluorhaltige Prozessgase, wie etwa CHF₃ oder CF₄, können durch Ätzabtrag die Lebensdauer eines Quarzglas-Bauteils verkürzen.

Außerdem tritt bei Halbleiterfertigungsprozessen, wie etwa bei Sputter- oder Aufdampfprozessen, häufig das Problem auf, dass sich Materialschichten auf allen Oberflächen innerhalb des Reaktors, und insbesondere auch auf den Quarzglasoberflächen, niederschlagen. Die Materialschichten können sich mit der ablösen und führen dann zu Partikelproblemen. Um dies zu vermeiden, werden die entsprechenden Quarzglasoberflächen von Zeit zu Zeit gereinigt, was üblicherweise durch ein Ätzen mit einem fluorhaltigen Medium, insbesondere mittels Flusssäure, erfolgt. Der Reinigungsprozess ist nicht nur zeit- und kostenaufwändig, sondern führt auch zu einem Abtrag von Quarzglas und einer allmählichen Verringerung der Wandstärke der Quarzglas-Bauteile. Auch dadurch wird die Lebensdauer der betreffenden Bauteile begrenzt.

In der DE 698 06 628 T2 wird vorgeschlagen, auf einem in einem separaten Verfahrensschritt vorab erzeugten Quarzglas-Basiskörper aus natürlichem Rohstoff eine Schicht aus synthetischem Quarzglas zu erzeugen. Hierzu werden durch Flammenhydrolyse einer siliciumhaltigen Ausgangsverbindung in einem Abscheidebrenner SiO₂-Partikel erzeugt und diese auf der Oberfläche des Basiskörpers abgeschieden und dort unter Bildung einer transparenten, blasenfreien, dichten und glatten Oberflächenschicht aus synthetischem Quarzglas sofort verglast.

Die Herstellung von Oberflächenschichten durch ein derartiges Abscheideverfahren – insbesondere die reproduzierbare Herstellung gleichmäßiger Schichtdicken – ist langwierig und erfordert einen hohen apparativen und zeitlichen Aufwand, insbesondere bei großen Schichtdicken. Außerdem können infolge der hohen Bearbeitungstemperaturen Fremdstoffe oder Verunreinigungen in die Oberflächenschicht und in das darunter liegende Quarzglas eingebracht werden, wobei insbesondere Hydroxylgruppen zu nennen wären.

Beschichtung zur Veränderung der Reflektivität

Bei Lampen spielen die zeitliche Konstanz und der Wirkungsgrad der abgegebenen Arbeitsstrahlung eine wichtige Rolle. Auch bei Heizvorrichtungen kommt es in der Regel auf geringe Wärmeverluste an. Um Strahlungsverluste zu minimieren, werden optische Strahler und Heizstrahler mit einem Reflektor versehen. Der Reflektor ist mit dem jeweiligen Strahler fest verbunden oder es handelt es sich um ein separat vom Strahler angeordnetes Reflektorbauteil.

Zur Verringerung der Transmission oder zur Veränderung des transmittierten Lichtwellenspektrums ist es bekannt, Lampenkolben zu mattieren, etwa durch Ät zen mit Säure oder durch Überziehen des Lampenkolbens im Inneren mit einem teilchenförmigen, lichtstreuenden Pulver, wie etwa einer Mischung aus Ton und Siliziumdioxid. Die Oberflächen hochwertiger Reflektoren, die in chemisch aggressiver Umgebung eingesetzt werden können, ohne dass das Reflektormaterial Schaden nimmt und der Reflexionsgrad merkbar nachlässt, bestehen aus Gold.

Ein mit einem Goldreflektor ausgestatteter Infrarotstrahlers ist beispielsweise aus der DE 40 22 100 C1 bekannt. Der Infrarotstrahler dient als Flächenstrahler und ist aus mehreren nebeneinander angeordneten Lampenrohren aus Quarzglas zusammengesetzt, die auf einer gemeinsamen Trägerplatte aus Quarzglas montiert sind, und in denen jeweils eine Heizwendel verläuft. Die Oberseite dieser Lampenrohranordnung bildet die Abstrahlfläche des Infrarot-Flächenstrahlers. Die freie Unterseite der gegenüberliegend davon angeordneten Quarzglas-Trägerplatte ist mit einer Reflektorschicht aus Gold beschichtet.

In der DE 198 22 829 A1 ist ein kurzwelliger Infrarotstrahler beschrieben, bei dem das Lampenrohr in Form eines sogenannten Zwillingsrohres ausgeführt ist. Hierbei ist ein Quarzglas-Hüllrohr durch einen Längssteg in zwei parallel zueinander verlaufende Teilräume unterteilt, wobei in einem oder in beiden Teilräumen eine Heizwendel verläuft. Die der Hauptabstrahlrichtung der IR-Strahlung abgewandte Seite des Zwillingsrohres ist mit einer Goldschicht belegt, die als Reflektor dient.

Reflexionsschichten aus Gold sind jedoch teuer und nur eingeschränkt temperatur- und temperaturwechselbeständig. Außerdem ist das Einsatzgebet von Goldreflektoren aus technologischen Gründen beschränkt. Sie können beispielsweise nicht stark korrosiver Umgebung eingesetzt werden oder innerhalb des Reaktionsraum für eine Wafer-Behandlung, da Gold als sogenanntes „Hlableitergift" wirkt.

Beschichtung zur Herstellung einer Fügeverbindung

Häufig stellt sich die Aufgabe, Glaselemente miteinander zu verbinden, etwa für die Fertigung von Bauteilen mit komplexer Form aus einfacheren Formteilen. In der Regel erfolgt diese Verbindung durch Verschweißen der Bauteile miteinander. In der EP 1 042 241 A1 ist beispielsweise ein Verfahren zum stoßweisen Verschweißen von Quarzglasrohren beschrieben. Das Verschweißen beinhaltet ein Aufschmelzen der miteinander zu verbindenden Flächen und ein Anpressen der erweichten Flächen gegeneinander, so dass sich leicht eine unerwünschte plastische Verformung im Bereich der Schweißzone einstellt. Durch aufwändige Nachbearbeitung können derartige Verformungen zwar wieder beseitigt werden, wobei jedoch in der Regel Maßabweichungen bleiben.

Für die Herstellung von Präzisionsteilen, die aus mehreren Quarzglasteilen zusammengesetzt sind, wurden daher Fügetechniken vorgeschlagen, die Klebeverfahren unter Einsatz organischer Klebstoffmassen – die jedoch nur geringen Temperaturen standhalten – oder Schmelzverbindungen unter Einsatz an den jeweiligen thermischen Ausdehnungskoeffizienten angepasster Glaslote beinhalten. Die Anpassung erfolgt dabei durch Zugabe geeigneter Zuschlagstoffe, die jedoch in der Regel als kontaminierend wirken und für Anwendungen mit hohen Reinheitsanforderungen nicht geeignet sind.

So nennt beispielsweise die Produktinformationsschrift Nr. 9016 der Firma Schott Glaswerke „Technische Gläser" (Druckvermerk:9016 d XII/81) eine Anzahl von Glasloten für unterschiedliche Verbindungswerkstoffe mit mittleren Ausdehnungskoeffizienten im Bereich zwischen 4 × 10^–6/°C und 11 × 10^–6/°C (der Ausdehnungskoeffizient von Quarzglas liegt bei etwa 0,5 10^–6/°C).

Ein Fügeverfahren unter Einsatz derartiger Glaslote ist aus der DD 289 513 A5 bekannt. Zum formstabilen und vakuumdichten Verbinden von Präzisionsteilen aus Quarzglas wird der Einsatz eines Glaslotes auf Blei-Zinkborat-Basis vorgeschlagen. Das Glaslot besteht aus Blei-, Zink-, Bor- und Silizium-Oxid mit folgenden Gewichtsanteilen: 76% PbO, 11% ZnO, 9% B₂O₃ und 2% SiO₂. Aus einem Pulver des Glaslotes mit Teilchengrößen zwischen 1 μm und 70 μm wird eine acetonlösliche Paste hergestellt, und diese auf einer der Verbindungsflächen aufgetragen. Die zu verbindenden Teile (Rohr und Platte) werden zueinander fixiert und die Verbindungsflächen gegeneinander gepresst. Dieser Verbund wird in einen Lötofen eingebracht und durchläuft eine Temperaturbehandlung mit einer Maximaltemperatur von 450°C und einer Dauer von 3,5 Stunden. Das Glaslot schmilzt dabei auf und wandelt sich gleichzeitig in eine kristalline Phase mit höherer Schmelztemperatur um.

Abgesehen von einer häufig notwendigen aufwändigen Oberflächenbearbeitung kann diese Fügeverbindung besonders hohen Anforderungen an die Temperaturfestigkeit und an die Temperaturwechselbeständigkeit jedoch nicht genügen, wie sie sich bei vielen wärmetechnischen Anwendungen von Quarzglas stellen. Darüber hinaus erfüllt die bekannte Fügeverbindung auch Anforderungen an die Reinheit und Kontaminationsfreiheit, wie sie beispielsweise bei Anwendungen in der Halbleiterfertigung, der Optik, aber auch im Bereich der Chemie, Medizin, Forschung und Analysetechnik bestehen, nicht. Bei der genannten Lot-Zusammensetzung wären beispielsweise alle Zuschlagstoffe Blei, Zink und Bor für Anwendungen in der Halbleiterfertigung zu vermeiden.

Diesen Nachteil vermeidet ein Fügeverfahren, wie es in der JP 63-069734 A beschrieben ist. Dort wird als Verbindungsmittel zum Verbinden einer optischen Faser mit einem Quarzglassubstrat ein polymerisierbares Sol aus Metall-Alkoxiden mit ähnlicher Zusammensetzung wie Faser und Substrat vorgeschlagen. Nach der Polymerisationsreaktion wird das erhaltene Gel zur weiteren Verfestigung des Verbundes mittels Laser oder Heizer erhitzt und verdichtet, so dass zwischen Verbindungsflächen der Bauteile eine SiO₂-haltige Verbindungsmasse entsteht, deren chemische Zusammensetzung arteigen in Bezug auf den hochkieselsäurehaltigen Werkstoff ist.

Ein ähnliches Verfahren ist in der Druckschrift DE 23 42 852 B2 beschrieben. Darin wird zum Verbinden optischer Präzisionsteile aus Silikatgläsern eine SiO₂-Bindeschicht vorgeschlagen, die durch Hydrolyse von zerstäubten SiCl₄-Dämpfen mittels Wasserdampf erzeugt wird. Die Dicke der SiO₂-Bindeschicht liegt im Bereich zwischen 100 bis 200 nm, ihre Verfestigung erfolgt durch Erhitzen in einem Ofen bei einer Temperatur zwischen 150°C und 250°C.

Die beiden zuletzt genannten Methoden erfordern teuere Ausgangssubstanzen und eine Anzahl diffiziler und aufwändiger Verfahrensschritte zu ihrer Durchführung, so dass sich diese Methoden zur Herstellung einer festen Fügeverbindung aus Kosten- und Produktivitätsgründen in der Praxis nicht durchgesetzt haben.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren anzugeben, mittels dem ein Bauteil aus hochkieselsäurehaltigem Werkstoff einfach, reproduzierbar und in beliebiger Stärke beschichtet werden kann, und das eine kostengünstige und reproduzierbare Herstellung einer an den spezifischen Einsatzzweck angepassten Funktionsschicht erlaubt.

Weiterhin liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Bauteil aus hochkieselsäurehaltigem Werkstoff bereitzustellen, das sich durch eine zuverlässige und kostengünstige Beschichtung auszeichnet, die je nach ihrer konkreten Ausgestaltung unterschiedliche Funktionen erfüllen kann

Hinsichtlich des Verfahrens wird diese Aufgabe ausgehend von dem eingangs genannten Verfahren erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass ein eine poröse Netzstruktur aufweisendes Flächengebilde bereitgestellt wird, und dass der Beschichtungsbereich mit dem Flächengebilde und mit einem amorphe SiO₂-Teilchen enthaltenden Schlicker unter Bildung einer fixierten Schlicker-Schicht belegt wird, die fixierte Schlicker-Schicht getrocknet und unter Bildung der SiO₂-haltigen glasigen Schicht verdichtet wird.

Beim erfindungsgemäßen Verfahren wird auf einem Beschichtungsbereich des Bauteils eine fixierte SiO₂-Schlickerschicht unter Einsatz eines Flächengebildes erzeugt. Das Flächengebilde dient zur Fixierung der flüssigen oder pastösen Schlickermasse auf dem Beschichtungsbereich. Dadurch kann die Schlickermasse auch dann in vorgegebener Stärke auf dem Beschichtungsbereich erzeugt und aufrecht erhalten werden, wenn sie zum Abfließen tendiert, also zum Beispiel auf gewölbten oder gegenüber der Vertikalen geneigten Flächen.

Der Beschichtungsbereich umfasst die gesamte Bauteil-Oberfläche oder einen Teil davon.

Bei dem Flächengebilde handelt es sich um eine regelmäßige oder unregelmäßige, im wesentlichen flächige Anordnung aus strangförmigem Material oder Filamenten, die konglomerat-, netz- oder gitterartig miteinander verbunden sind. Als Beispiel für derartiges strangförmiges Material oder Filamente seien Fasern, Stäbe, Streifen oder Garne genannt. Wesentlich ist, dass das Flächengebilde eine poröse Netzstruktur aufweist, die zur Fixierung amorpher SiO₂-Teilchen des SiO₂-Schlickers oder zur Aufnahme von Feuchtigkeit geeignet ist.

Das Flächengebilde wird in einer Lage oder in mehreren aufgebracht, insbesondere durch Übereinanderwickeln oder mäanderförmiges Falten, so dass in einem Arbeitsgang beliebige Stärken der fixierten Schlicker-Schicht und der resultierenden Glasigen Schicht erzeugt werden können.

Der Einsatz des Flächengebildes vereinfacht nicht nur die Einstellung und Einhaltung einer vorgegebenen Schichtdicke, sondern es hat sich auch gezeigt, dass die Gefahr des Reißens der Schlicker-Schicht beim Trocknen oder Sintern vermindert wird.

Bei dem Schlicker handelt es sich um eine wässrige, homogene Suspension von amorphen SiO₂-Teilchen aus synthetisch hergestelltem SiO₂ oder aus natürlich vorkommendem Rohstoff. Infolge von Wechselwirkungen untereinander stabilisieren die amorphen SiO₂-Teilchen bereits die Schlicker-Schicht im pastösen und trockenen Zustand und sie fördern die Sinteraktivität, was das Sintern der getrockneten Schlicker-Schicht bei vergleichsweise niedriger Temperatur ermöglicht.

Der Schlicker wird auf den Beschichtungsbereich aufgebracht, nachdem oder zuvor dieser mit dem Flächengebilde belegt worden ist, oder das Flächengebilde wird mit dem Schlicker beschichtet oder getränkt auf den Beschichtungsbereich aufgelegt. Der auf dem Beschichtungsbereich aufgetragene Schlicker bildet zusammen mit dem Flächengebilde oder ohne das Flächengebilde die fixierte „Schlicker-Schicht", welche mittels der üblichen Verfahren vollständig oder mindestens teilweise getrocknet wird.

Nach dem Trocknen wird die Schlicker-Schicht durch Sintern oder Verglasen thermisch verfestigt, indem sie auf eine hohe Temperatur erhitzt wird, die zur Ausbildung einer dichten, rissfreien SiO₂-haltigen glasigen Schicht aus opakem, teils opakem und teils transparentem oder vollständig transparentem SiO₂ führt, und die den Beschichtungsbereich des Bauteils bedeckt. Das Flächengebilde wird vor der Verdichtung durch Sintern oder Verglasen von der Schlicker-Schicht abgenommen oder es verbleibt darin.

Die SiO₂-haltige glasige Schicht ist an den spezifischen Anwendungszweck des Bauteils angepasst. Sie kann an die Oberfläche im Beschichtungsbereich oder eine Verbindungsschicht zwischen zwei oder mehreren Bauteilen bilden. In der Regel ist sie in Form einer ebenen Schicht ausgeführt, sie kann aber auch eine Form bilden, die einen funktionellen Bestandteil des Bauteils ausmacht, beispielsweise als Verdickung oder Wulst.

Bei dem Bauteil handelt es sich um einen Körper aus Quarzglas, das aus synthetisch hergestellten oder aus natürlich vorkommenden Rohstoffen erzeugt ist. Das Quarzglas kann transparent oder opak (transluzent) sein.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird ein SiO₂-haltiges Flächengebilde eingesetzt.

Ein SiO₂-haltiges Flächengebilde vermeidet Verunreinigungen des SiO₂-Schlickers und es kann wegen eines ähnlichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten beim Trocknen und Sintern in der Schlicker-Schicht verbleiben, ohne dass dies zu Rissen führt.

In dieser Hinsicht hat sich ein Flächengebilde besonders bewährt, das aus Quarzglas besteht.

Bei Quarzglas handelt es sich um ein arteigenes Material in Bezug auf den Bauteil-Werkstoff.

Im einfachsten Fall ist das Flächengebilde aus Glasfasern, insbesondere Quarzglasfasern, Kunststoff, kohlenstoffhaltigen Fasern, Carbon-Nanotubes, Zellulose oder einem natürlichen textilen Werkstoff erzeugt.

Derartige Flächengebilde in Form von Netzen, Matten, Filzen, Vliesen, Bändern, Garnen, Tapes, Papier oder anderen textil-ähnlichen, flächigen Anordnungen im Handel erhältlich und für den hier maßgeblichen Einsatzzweck zu Fixierung von SiO₂-Schlicker gut geeignet.

Besonders bevorzugt wird ein Flächengebilde eingesetzt wird, dessen Form sich der Oberfläche des Basiskörpers im Beschichtungsbereich anpasst.

Flexible Flächengebilde passen sich der Unterlage an und erleichtern die Einstellung und Einhaltung einer vorgegebenen Schichtdicke auch auf unebenen Ober flächen und sie können leicht in mehreren Lagen übereinander aufgebracht werden.

Im Hinblick hierauf hat es sich als besonders vorteilhaft erwiesen, wenn der das Flächengebilde als Vlies ausgebildet ist.

Vliesstoffe – auch solche aus Quarzglasfasern – können einfach mit dem Schlicker getränkt werden, sie sind flexibel und sie passen sich der Unterlage exakt an.

In einer bevorzugten Verfahrensvariante wird das Flächengebilde vor dem Belegen des Beschichtungsbereichs mit dem Schlicker beschichtet und vor dem Verdichten entfernt.

Hierbei dient das Flächengebilde in erster Linie zur Übertragung einer Schlicker-Schicht auf den Beschichtungsbereich. Das Flächengebilde wird hierzu – in der Regel einseitig – mit dem Schlicker beschichtet. Dabei kommt es aufgrund der porösen Struktur des Flächengebildes zur Aufnahme von Wasser aus dem Schlicker, wodurch dieser fixiert und in gewissem Umfang getrocknet wird. Die beschichtete Seite des Flächengebildes wird auf den Beschichtungsbereich unter Bildung der fixierten Schlicker-Schicht aufgelegt. Das Flächengebilde verbleibt auf dem Beschichtungsbereich oder es wird nach einer gewissen Zeit, während der die Trocknung des Schlickers weiter fortgeschritten ist, entfernt. Das Entfernen kann durch Ätzen oder Verbrennen erfolgen oder durch einfaches Abheben oder Abziehen, wodurch keinerlei Reste des Flächengebildes in der Schlicker-Schicht verbleiben, ohne dass hierfür ein Ätzen oder eine Verbrennung erforderlich ist.

Alternativ dazu wird das Flächengebilde vor dem Verdichten oder während des Verdichtens – möglichst rückstandsfrei – verascht. Andernfalls verbleibt das Flächengebilde in der Schlicker-Schicht und bildet nach dem einen Teil der glasigen Schicht.

Vorzugsweise werden für die Bildung der glasigen Schicht SiO₂-Teilchen eingesetzt, die Teilchengröße im Bereich bis maximal 200 μm, vorzugsweise maximal 100 μm, aufweisen, wobei SiO₂-Teilchen mit Teilchengrößen im Bereich zwischen 1 μm und 60 μm den größten Volumenanteil ausmachen.

SiO₂-Teilchen in diesem Größenbereich zeigen ein vorteilhaftes Sinterverhalten und eine vergleichsweise geringe Trockenschwindung. Es hat sich gezeigt, dass bei einem derartigen Schlicker die fixierte Schlicker-Schicht besonders einfach ohne Rissbildung getrocknet und verdichtet werden kann. Das kann auf eine ausreichend geringe Trockenschwindung und auf Wechselwirkungen der SiO₂-Teilchen untereinander beruhen, die bis zur Ausbildung molekularer SiO₂-Bindungen führen können, und die das Trocknen und Verdichten erleichtern.

Im Hinblick hierauf hat es sich als besonders günstig erwiesen, wenn die SiO₂-Teilchen eine Teilchengrößenverteilung aufweisen, die durch einen D₅₀-Wert von weniger als 50 μm, vorzugsweise weniger als 40 μm, gekennzeichnet ist.

Es hat sich auch als vorteilhaft erwiesen, wenn der Feststoffgehalt des Schlickers mindestens 84 Gew.-%, vorzugsweise mindestens 86 Gew.-% beträgt.

Ein hoher Feststoffgehalt trägt zu einer gleichmäßigen und geringen Schwindung bei, so dass Trocknungs- und Sinterrisse vermindert werden.

Ein weitere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung besteht darin, dass die amorphen SiO₂-Teilchen eine mehrmodale Teilchengrößenverteilung aufweisen, mit einem ersten Maximum der Größenverteilung im Bereich von 2 und 6 μm und einem zweiten Maximum im Bereich von 20 bis 60 μm.

Eine derartige mehrmodale Teilchengrößenverteilung erleichtert die Einstellung einer hohen Feststoffdichte des Schlickers, wodurch die Schrumpfung beim Trocknen und Verdichten und damit die Gefahr einer Rissbildung vermindert werden.

Weiterhin hat es sich als günstig erwiesen, wenn mindestens ein Drittel der SiO₂-Teilchen sphärisch ausgebildet ist.

Dadurch wird die Einstellung einer hohen Feststoffdichte im Schlicker erleichtert und Spannungen beim Trockenen werden vermindert. Außerdem hat es sich gezeigt, dass sphärische Teilchen in opaken Glasschichten zu einer hohen Reflexion beitragen – vorallem im infraroten Bereich.

Zur Ausbildung molekularer SiO₂-Bindungen, die das Trocknen und Verdichten erleichtern, tragen die polare Natur der wässrigen Phase des Schlickers sowie eine Verfahrensweise bei, bei welcher die SiO₂-Teilchen durch Nassmahlen von SiO₂-Ausgangskörnung hergestellt werden.

Hierbei wird die gewünschte Teilchengrößenverteilung in Abhängigkeit von der Zugabe von Ausgangskörnung im Homogenisierungsprozess für den wässrigen Schlickers eingestellt, wobei die SiO₂-Teilchen ausgehend von vergleichsweise groben Körnern mit Durchmessern zum Beispiel im Bereich zwischen 200 μm und 5000 μm beim Homogenisieren in Abhängigkeit von deren Verfestigungsgrad verkleinert werden. Beim Nassmahlen entstehen innerhalb des Schlickers SiO₂-Teilchen jeder Größe, auch solche, die durch Wechselwirkungen untereinander bereits im Schlicker die oben beschriebenen und Bindungen ausbilden, was die Stabilität der Schlicker-Schicht verbessert.

Der SiO₂-Gehalt der amorphen SiO₂-Teilchen beträgt vorzugsweise mindestens 99,9 Gew.-%.

Der Feststoffanteil des unter Einsatz derartiger Teilchen hergestellten Schlickers besteht zu mindestens 99,9 Gew.-% aus SiO₂. Bindemittel oder dergleichen Zusatzstoffe sind nicht vorgesehen. Der Gehalt an Verunreinigungen beträgt vorzugsweise weniger als 1 Gew.-ppm. Eine Kontaminations- oder Kristallisationsgefahr geht von diesem Ausgangsmaterial nicht aus. Der Cristobalitanteil in der getrockneten SiO₂-Schlicker-Schicht sollte höchstens 0,1 Gew.-% betragen, da es andernfalls beim Verdichten der Schlicker-Schicht zu einer Kristallisation kommen kann, was zum Ausschuss des Bauteils führen kann.

Weiterhin hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn das Verdichten der getrockneten, fixierten Schlicker-Schicht mittels eines Lasers mit einer vorgegebenen Arbeitswellenlänge erfolgt, wobei die fixierte Schlicker-Schicht eine Komponente enthält, welche die Arbeitswellenlängen-Strahlung absorbiert.

Bei dieser Verfahrensvariante ist die Hitzeeinwirkung beim Verdichten zeitlich kurz und lokal auf die Bereiche zu beschränken, die mit einer zu verdichtenden SiO₂- Schlicker-Schicht belegt sind, so dass plastische Verformungen oder das Einbringen von thermischen Spannungen weitgehend vermieden werden können.

Bei der die Laserstrahlung bevorzugt absorbierenden Komponente handelt es sich um einen Zusatzstoff in Form von Teilchen einer anderen chemischen Komponente als SiO₂ oder um eine Dotierung der amorphen SiO₂-Teilchen, oder es handelt sich um Grenzflächen, an denen die Laserstrahlung diffus reflektiert und dadurch absorbiert wird, beispielsweise um Grenzflächen des Flächengebildes.

Es hat sich außerdem bewährt, in den Schlicker Dotierstoffe in Form von Yttrium, Aluminium, Stickstoff, Kohlenstoff oder deren Verbindungen einzubringen.

Bei dieser Verfahrensvariante werden in die SiO₂-haltigen glasigen Schicht ein Dotierstoff oder mehrere Dotierstoffe eingebracht, die in Quarzglas eine spezifische Wirkung entfalten, wie etwa eine färbende Wirkung oder eine die Gasstruktur versteifende Wirkung. So bildet beispielsweise ein Zusatz von Aluminium im Quarzglas der glasigen Schicht Al₂O₃, welches die Ätzresistenz und die Temperaturstabilität von Quarzglas erhöht und damit zu einer Verlängerung der Lebensdauer des beschichteten Quarzglas-Bauteils führt. Ähnlich wirken Zusätze von Stickstoff oder Kohlenstoff, welche in Form von Nitriden oder Carbiden in die Quarzglasstruktur eingebaut werden, und die eine Versteifung der Glasstruktur und damit zum Beispiel eine bessere Ätzresistenz bewirken. Geeignete Ausgangssubstanzen, beispielsweise Silazane oder Siloxane, werden im Schlicker besonders gleichmäßig verteilt, woraus letztlich eine homogene Dotierung des Quarzglases resultiert. Eine besonders vorteilhafte Wirkung hinsichtlich der Trockenätzbeständigkeit des beschichteten Bauteils wird durch einen Zusatz an Yttrium erreicht, das im Quarzglas als Y₂O₃ vorliegt.

Zur Herstellung einer selektiv wirkenden Reflexion der glasigen Schicht wird vorzugsweise in den Schlicker mindestens ein Dotierstoff eingebracht, der in Quarzglas im ultravioletten, sichtbaren oder infraroten Spektralbereich eine optische Absorption erzeugt.

Im Schlicker wird der Dotierstoff gleichmäßig verteilt, woraus letztlich eine besonders homogene Dotierung des Quarzglases resultiert. Es ist aber auch möglich, den Dotierstoff in die flüssige, getrocknete oder vorverdichtete Schlickerschicht einzubringen, solange diese noch aufnahmefähig ist.

Die unter Einsatz eines Flächengebilde erzeugte SiO₂-Glasschicht wird werkzeugfrei durch Sintern oder Verglasen (Schmelzen) mittels einer Brennerflamme, einem Laser oder in einem Ofen erhalten und sie zeichnet sich durch Rissfreiheit und durch hohe Haftfestigkeit auf dem Quarzglas des Bauteils aus und sie ist chemisch und mechanisch bearbeitbar, etwa durch Schleifen, Polieren oder Strahlen. In ihren Eigenschaften ist sie durch einfache Verfahrensänderungen – etwa der Verglasungstemperatur oder der Zugabe von Dotierstoffen leicht modifizierbar und an eine Vielzahl konkreter Anwendungen anpassbar. Geeignete Ausführungen für den Einsatz in der Halbleiterfertigung, der Lampen- und Reaktorfertigung oder zur Herstellung von Fügeverbindungen werden weiter unten noch näher beschrieben.

Hinsichtlich der Quarzglas-Bauteils wird die oben genannte Aufgabe ausgehend von dem eingangs beschriebenen Bauteil erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die SiO₂-haltige glasige Schicht ein eine Netzstruktur aufweisendes Flächengebilde umfasst, das in eine Glasmasse eingebettet ist.

Eine derartige SiO₂-haltige glasige Schicht wird durch Auftragen einer Masse eines SiO₂-Teilchen enthaltenden Schlickers auf einem Beschichtungsbereich des Bauteils unter Einsatz eines porösen Flächengebildes und durch anschließendes Trocknen und Verdichten der Masse erhalten, wie dies oben für das erfindungsgemäße Verfahren näher erläutert ist.

Die SiO₂-haltige glasige Schicht besteht zum größten Teil aus SiO₂, welches mittels Schlickerverfahren aufbereitet wurde, und sie bedeckt die Bauteil-Oberfläche vollständig oder nur zum Teil. Sie bildet eine ebene Schicht auf der Bauteil-Oberfläche oder sie trägt zur geometrischen Form des Bauteils bei und bildet dabei einen funktionellen Bestandteil des Bauteils, beispielsweise eine Verdickung oder einen Wulst, der beispielsweise als Flansch oder Schliffteil dienen kann.

Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Bauteils ergeben sich aus den Unteransprüchen. Soweit in den Unteransprüchen angegebene Ausgestal tungen des Bauteils den in Unteransprüchen zum erfindungsgemäßen Verfahren genannten Verfahrensweisen nachgebildet sind, wird zur ergänzenden Erläuterung auf die obigen Ausführungen zu den entsprechenden Verfahrensansprüchen verwiesen.

Die in den übrigen Unteransprüchen genannten, besonderen Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Bauteils werden nachfolgend näher erläutert.

Eine erste bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Bauteils zeichnet sich dadurch aus, dass die glasige Schicht opak ist und als diffuser optischer Reflektor dient.

Diese Ausführungsform des erfindungsgemäßen Quarzglas-Bauteils umfasst eine Reflektorschicht aus dotiertem oder aus undotiertem, mindestens teilweise opakem Quarzglas. Das Quarzglas wirkt als diffuser optischer Reflektor. Das Bauteil wird vorzugsweise in der Prozessreaktor-, Lampen- und Reflektorfertigung eingesetzt, wobei es in Form eines Rohres, Kolbens, einer Kammer, Halbschale, Kugel- oder Ellipsoid-Segments, Platte, eines Hitzeschildes oder dergleichen vorliegt. Das Quarzglas-Bauteil ist entweder Bestandteil eines optischen Strahlers oder eines Heizreaktors mit integriertem Reflektor, wobei dieser von der SiO₂-Deckschicht gebildet wird, oder das Bauteil bildet einen separaten Reflektor und wird in Verbindung mit einem optischen Strahler oder Heizreaktor eingesetzt.

Es hat sich gezeigt, dass eine nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erzeugte SiO₂-haltige glasige Schicht aus mindestens teilweise opakem Quarzglas einen Reflexionsgrad aufweist, der für die meisten Anwendungen genügt. Die SiO₂-haltige glasige Schicht zeichnet sich durch eine hervorragende chemische und thermische Beständigkeit und mechanische Festigkeit aus. Besonders hervorzuheben ist ihre hohe Temperaturwechselbeständigkeit.

Außerdem ist die SiO₂-haltige glasige Schicht preisgünstig herstellbar. Eine geeignete Verfahrensweise ist oben anhand des erfindungsgemäßen Verfahrens erläutert. Dabei wird auf dem als Reflektor vorgesehenen Beschichtungsbereich des Bauteils ein SiO₂-Teilchen enthaltender Schlickers unter Einsatz eines Flächengebildes aufgebracht. Aus dem fließfähigen Schlicker, der mittels des Flä chengebildes auf dem Beschichtungsbereich fixiert wird, wird durch anschließendes Trocknen und Verdichten (Sintern oder Verglasen) die SiO₂-Glasmasse erhalten. Beim Verdichten ist darauf zu achten, dass die SiO₂-Glasmasse mindestens teilweise opak bleibt, damit ein ausreichender Reflexionsgrad erhalten bleibt. Bei Anwendungen, die eine hohe Dichte der glasigen Schicht voraussetzen – zum Beispiel um eine Generierung von Partikeln aus der Schicht zu vermeiden – kann die verringerte Opazität der Schicht durch eine größere Dicke ausgeglichen werden.

Bei einer vorteilhaften Modifikation dieser Ausführungsform des erfindungsgemäßen Bauteils enthält die Glasmasse mindestens einen Dotierstoff, der in Quarzglas im ultravioletten, sichtbaren oder infraroten Spektralbereich eine optische Absorption erzeugt.

Die SiO₂-Glasmasse enthält hierbei einen oder mehrere Dotierstoffe, die eine selektive Reflexion der Reflektorschicht hervorrufen. Hierzu wird ein Dotierstoff eingesetzt, der im ultravioletten, sichtbaren und/oder im infraroten Spektralbereich eine oder mehrere Absorptionslinien in Quarzglas erzeugt. Dadurch ist in dem von der Reflektorschicht reflektierten Lichtwellenspektrum ein Anteil der absorbierten Strahlung nicht mehr enthalten. Insoweit wirkt die Reflektorschicht auch als Filter und kann insoweit eine ansonsten notwendige Filtermaßnahme, wie eine Dotierung des Quarzglases des Bauteil-Quarzglases oder eine Beschichtung mit einem Filtermaterial ersetzen oder ergänzen.

Die wellenlängenselektiv reflektierende Glasmasse ist mittels des oben beschriebenen Verfahrens über ein Schlickerverfahren preisgünstig herstellbar, wobei dem Schlicker oder der noch porösen SiO₂-haltigen, getrockneten Schlicker-Schicht (vor dem Verdichten) ein oder mehrere Dotierstoffe oder ein Vorprodukt, aus dem sich im Verlauf der Weiterverarbeitung der Dotierstoff bildet, zugefügt wird.

Eine weitere bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Bauteils zeichnet sich dadurch aus, dass die Glasmasse in Bezug auf den Werkstoff des Bauteils aus arteigenem Material besteht und eine rissfreie und werkzeugfrei geformte Schutzschicht mit einer mittleren Oberflächenrauigkeit R_a von mindestens 0,5 μm bildet.

Die Oberfläche der SiO₂-haltigen Glasmasse ist nach dem Verdichten nicht besonders glatt, sondern im Gegenteil, sie ist vielmehr durch eine gewisse Oberflächenrauigkeit gekennzeichnet. Die Oberflächenrauigkeit ergibt sich infolge ihrer Herstellung mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens durch den Einsatz eines SiO₂-Teilchen enthaltenden Schlickers für die Bildung der Glasmasse. Je nach Größe und Größenverteilung der im Schlicker enthaltenen amorphen SiO₂-Teilchen stellt sich nach dem Verglasen eine Rauigkeit der Oberfläche automatisch ein, ohne dass hierfür weitere Maßnahmen, wie etwa ein aufrauhendes Ätzen oder eine mechanisch aufrauhende Oberflächenbearbeitung erforderlich sind.

Die „natürliche" Rauigkeit der Oberfläche des erfindungsgemäßen Bauteils prädestiniert es zum Einsatz in der Halbleiterfertigung. Denn sie bewirkt eine bessere Haftung von Materialschichten und führt damit zu einer geringeren Partikelbelastung beim Einsatz des Bauteils bei der Halbleiterfertigung. Außerdem erlaubt das Bauteil eine Verlängerung der Reinigungszyklen und zeigt damit einhergehend eine höhere Lebensdauer.

Die Definition der Oberflächenrauigkeit R_a ergibt sich aus der EN ISO 4287, die Messbedingungen aus EN ISO 4288 (es liegt hier der Fall eines nicht periodischen Oberflächenprofils vor). Die mittlere Oberflächenrauigkeit R_a der SiO₂-Glasmasse beträgt mindestens 0,5 μm, vorzugsweise mindestens 1,0 μm.

Die SiO₂-Glasmasse kann opak, teilweise opak und transparent oder vollständig transparent ausgebildet sein. Sie besteht in Bezug auf den Werkstoff des Bauteils aus arteigenem Material. Unter „Arteigenheit" wird hier verstanden, dass sich der SiO₂-Gehalt der Glasmasse von demjenigen des Bauteils um maximal 1 Gew.-%, vorzugsweise um maximal 0,1 Gew.-%, unterscheidet. Durch die Verwendung von „arteigenem Material" wird zum einen eine möglichst weitgehende Annäherung der thermischen Ausdehnungskoeffizienten zwischen dem Quarzglas des Bauteils und der Glasmasse ermöglicht, und damit einhergehend eine besonders gute Haftung der verfestigten SiO₂-haltigen Glasmasse am Beschichtungsbereich, und insbesondere eine hohe Temperaturwechselbeständigkeit erreicht. Und zum anderen werden Kontaminationen des Quarzglases des Bauteils oder deren Einsatzumgebung durch Fremdstoffe aus dem arteigenen Material vermieden oder vermindert.

Je nach Einsatzzweck des Quarzglas-Bauteils ist es vorteilhaft, wenn die SiO₂-Glasmasse Dotierstoffe in Form von Yttrium, Aluminium, Stickstoff, Kohlenstoff oder deren Verbindungen enthält. Auf die diesbezüglichen obigen Erläuterungen zum erfindungsgemäßen Verfahren wird hingewiesen.

Eine weitere bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Bauteils zeichnet sich dadurch aus, dass es Teil eines Bauteil-Verbundes bildet, der mindestens ein weiteres Bauteil aus hochkieselsäurehaltigem Werkstoff umfasst, wobei die Glasmasse zur Ausbildung einer stoffschlüssigen Verbindung zwischen Verbindungsflächen der Bauteile vorgesehen ist.

Die Glasmasse bildet hierbei eine amorphe SiO₂-haltige Verbindungsmasse zwischen zu verbindenden Bauteilen. Sie weist eine chemische Zusammensetzung auf, die arteigen in Bezug auf den hochkieselsäurehaltigen Werkstoff der zu verbindenden Bauteile ist. Hinsichtlich der Definition des Begriffes „arteigen" wird auf die obigen Ausführungen verwiesen.

Die Bildung dieser Verbindungsmasse erfolgt vorzugsweise anhand des oben beschriebenen erfindungsgemäßen Verfahrens unter Einsatz eines amorphe SiO₂-Teilchen enthaltenden Schlickers unter Einsatz eines Flächengebildes zur Fixierung. Daher ist die SiO₂-haltige Verbindungsmasse aus gesinterten oder verglasten amorphen SiO₂-Teilchen mit Teilchengrößen im Bereich bis 200 μm hergestellt, wobei amorphe SiO₂-Teilchen mit Teilchengrößen im Bereich zwischen 1 μm und 60 μm den größten Volumenanteil ausmachen.

Der Cristobalitanteil in der SiO₂-haltigen Verbindungsmasse beträgt höchstens 1 Gew.-%, vorzugsweise 0,1 Gew.-%, da andernfalls die Kristallbildung zu einer Schwächung der Fügeverbindung führt. Eine derartige aus arteigenen Werkstoffteilchen bestehende Verbindungsmasse führt zu einer besonders guten Haftung und einer hohen Temperaturwechselbeständigkeit des Bauteil-Verbundes, der auch für kontaminationsempfindliche Anwendungen geeignet ist, und der auch hohe Anforderungen an die Maßhaltigkeit erfüllt. Die Anwendungsmöglichkeiten sind vielfältig. Als Beispiele seien Waferträger genannt, die hohen Anforderungen an die Maßhaltigkeit, die thermische Beständigkeit und die Kontaminationsfreiheit genügen müssen, oder Strukturelemente aus Quarzglas, die aus einfachen Elementen zusammenfügt sind, etwa Gerüste für Teleskope, Spiegel oder dergleichen, die sich durch geringes Gewicht oder durch einen niedrigen thermischen Ausdehnungskoeffizienten auszeichnen. Vorteilhaft bestehen auch Behältnisse, wie Reaktorhüllen für die Durchführung chemischer und physikalischer Prozesse oder Tanks für die Aufnahme von Flüssigkeiten, Gasen und Feststoffen aus dem Bauteil-Verbund.

Vorteilhafterweise beträgt die spezifische Dichte der SiO₂-haltigen Verbindungsmasse mindestens 2,0 g/cm³, vorzugsweise mindestens 2,1 g/cm³.

Eine derartige Fügestelle eines Bauteil-Verbunds zeichnet durch besonders hohe mechanische Festigkeit, chemische Beständigkeit, Gasdichtheit sowie durch Partikelfreiheit aus. Im Hinblick auf die Partikelfreiheit genügt es, wenn die SiO₂-haltige Verbindungsmasse nur oberflächlich verglast und im Inneren noch opak ist.

Die oben genannte Aufgabe wird hinsichtlich des Bauteils ausgehend von dem eingangs genannten Bauteil erfindungsgemäß auch dadurch gelöst, dass die SiO₂-haltige, glasige Schicht als diffuser Reflektor wirkende SiO₂-Opakschicht aus mindestens teilweise opakem, synthetisch hergestelltem SiO₂ ausgebildet ist.

Bei dieser Ausführungsform des erfindungsgemäßen Quarzglas-Bauteils dient die SiO₂-haltige, glasige Schicht als diffuser Reflektor für einen Einsatz über einen besonders breiten Wellenlängenbereich, der insbesondere auch den ultravioletten Wellenlängenbereich umfasst. Hierzu ist eine SiO₂-Opakschicht vorgesehen, die aus mindestens teilweise opakem, synthetisch hergestelltem SiO₂ mit hoher Reinheit hergestellt ist. Das hochreine Quarzglas hat einen Verunreinigungsgehalt von weniger als 1 Gew.-ppm und absorbiert somit im UV-Bereich bis etwa 180 nm wenig und ist damit als diffuser optischer Breitband-Reflektor und speziell für den VUV-Bereich geeignet.

Das Bauteil wird vorzugsweise in der Prozessreaktor-, Lampen- und Reflektorfertigung eingesetzt, wobei es in Form eines Rohres, Kolbens, einer Kammer, Halbschale, Kugel- oder Ellipsoid-Segments, Platte, eines Hitzeschildes oder dergleichen vorliegt. Das Quarzglas-Bauteil ist entweder Bestandteil eines optischen Strahlers oder eines Heizreaktors mit integriertem Reflektor, wobei dieser von der SiO₂-Deckschicht gebildet wird, oder das Bauteil bildet einen separaten Reflektor und wird in Verbindung mit einem optischen Strahler oder Heizreaktor eingesetzt.

Das Bauteil wird nach dem oben genannten Verfahren unter Einsatz eines entfernbaren Flächengebildes hergestellt.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen und einer Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigt in schematischer Darstellung im Einzelnen:
1 einen Reaktor für die Behandlung von Wafern, dessen Außenwandung von einer Schicht aus opakem Quarzglas gebildet wird, in einer Ansicht auf die Stirnseite,
2 einen UV-Strahler in Form eines Zwillingsrohrstrahlers mit einem Hüllrohr, dessen Oberseite teilweise mit einer Schlickerschicht bzw. mit einer Reflektorschicht bedeckt ist,
3 eine Ausführungsform eines Bauteil-Verbundes in Form eines aus Einzelelementen gefügten Laborgeräts in einer Seitenansicht,
4 einen Quarzglas-Flansch für einen Single-Wafer-Halter, dessen Oberfläche von einer transparenten SiO₂-Glasmasse gebildet wird, und
5 eine Reflexionskurve für die in den 1 und 2 dargestellten Reflektorschichten.
1. Herstellen eines SiO₂-Schlickers
Es wird ein homogener Grundschlicker hergestellt. Für einen Ansatz von 10 kg Grundschlicker (SiO₂-Wasser-Schlicker) werden in einer mit Quarzglas ausgekleideten Trommelmühle mit ca. 20 Liter Volumeninhalt, 8,2 kg einer amorphen Quarzglaskörnung aus natürlichem Rohstoff mit Korngrößen im Bereich zwischen 250 μm und 650 μm mit 1,8 kg deionisiertem Wasser mit einer Leitfähigkeit von weniger als 3 μS vermischt. Die Quarzglaskörnung wurde vorab in einem Heißchlorierverfahren gereinigt; es wird darauf geachtet, dass der Cristobalitgehalt unter 1 Gew.-% liegt.
Diese Mischung wird mittels Mahlkugeln aus Quarzglas auf einem Rollenbock bei 23 U/min während einer Dauer von 3 Tagen soweit vermahlen, dass sich ein homogener Grundschlicker mit einem Feststoffgehalt von 79% bildet. Im Verlauf des Vermahlens kommt es infolge des in Lösung gehenden SiO₂ zu einer Absenkung des pH-Werts auf etwa 4.
Dem so erhaltenen homogenen Grundschlicker werden sphärische, amorphe SiO₂-Partikel mit einer mittleren Korngröße um 5 μm zugemischt (D₅₀-Wert), bis ein Feststoffgehalt von 84 Gew.-% erreicht ist. Alternativ können auch Körnungen mit D₅₀-Werten von 15 μm, 30 μm oder 40 μm oder Mischungen dieser Körnungen eingesetzt werden.
Der so gefüllte Schlicker wird weitere 12 Stunden lang in einer Trommelmühle bei einer Drehzahl von 25 U/min homogenisiert und hat dann einen Feststoffgehalt von 84%. Die nach dem Vermahlen der Quarzglaskörnung erhaltenen SiO₂-Teilchen im Schlicker 14 zeigen eine Teilchengrößenverteilung, die durch einen D₅₀-Wert von etwa 8 μm und durch einen D₉₀-Wert von etwa 40 μm gekennzeichnet ist.
Der so hergestellte SiO₂-Schlicker ist unter Einsatz eines Flächengebildes zur Beschichtung von Bauteilen zu unterschiedlichen Zwecken geeignet. Einige Beispiele werden nachfolgend erläutert.
2. Beschichten von Bauteilen
Beispiel 1: Herstellen reflektierender Oberflächenbereiche
1 zeigt schematisch und als Längsschnitt einen kuppelförmigen Reaktor 1, wie er für Ätz- oder CVD-Prozesse bei der Halbleiterherstellung eingesetzt wird.
Der Reaktor 1 besteht aus einem kuppelförmigem Basiskörper 2 aus transparentem Quarzglas, der mit einer Außenschicht 3 aus opakem Quarzglas versehen ist und an dessen Unterseite ein Flansch 5 aus opakem Quarzglas vorgesehen ist.
Der Quarzglas-Reaktor hat einen Außendurchmesser von 420 mm, eine Höhe von 800 mm und eine Wandstärke von 4 mm. Die Außenschicht 3 ist aus einer auf Stoß gewickelten Bahn aus Quarzglas-Vlies mittels Wickeltechnik hergestellt, indem eine vorab zugeschnittene Bahn des Quarzglas-Vlieses beidseitig mit dem SiO₂-Schlicker getränkt und dann auf der Außenmantelfläche des Basiskörpers 2 aufgewickelt wird, bis diese vollständig – bis auf den Flansch 5 – mit dem schlicker-getränkten Vlies bedeckt und die gewünschte Grünkörper-Stärke der Wickelschicht erreicht ist, was im Ausführungsbeispiel nach einer Lage der Fall ist. Die Dicke der so erzeugten Außenschicht 3 vor dem Verdichten beträgt etwa 4 mm.
Die so aufgebrachte Schicht wird getrocknet und durch thermische Behandlung (Sintern) bei einer Temperatur von 1180°C während einer Dauer von 1 Stunde verfestigt, wobei sich aber die Dichte um 2,16 g/cm³ wenig ändert.
Das eingesetzte Vlies besteht aus Quarzglas-Filamenten mit einem Durchmesser von etwa 30 μm und eine Stärke von 3,5 mm und ist im Handel erhältlich.
Durch den Einsatz des mit dem Schlicker getränkten Quarzglas-Vlieses kann trotz der gewölbten Oberfläche des Basiskörpers 2 eine gleichmäßige Stärke der Schlicker-Schicht gewährleistet und dadurch eine optisch homogene und ästhetisch ansprechende opake Außenschicht 2 erzeugt werden. Diese Außenschicht 2 weist über einen großen Wellenlängenbereich eine hohe Reflektivität auf und sie kann – im Gegensatz zu Gold-Reflektorschichten – auch auf einem derartigen Reaktor 1 eingesetzt werden, wenn dieser induktiv beheizt wird. Eine Gold-Reflektorschicht würde hierbei durch eingekoppelte Energie sofort zerstört.
Bei diesem Einsatz kommt es besonders auf die IR-Reflexionseigenschaften an, denn die Wärme soll nicht nach Außen abstrahlen, sondern innerhalb des Reaktors 1 bleiben, um den Energiebedarf und die Temperaturbelastung der umliegenden Anlagenteile zu verringern und um eine möglichst homogene Temperaturverteilung im Inneren des Reaktors 1 zu erreichen.
Das Sintern und Trocknen der Schlicker-Schicht wird weiter unten noch näher erläutert, ebenso die Reflektivität der opaken Außenschicht anhand der Reflexionskurve von 5.
Beispiel 2: Herstellen reflektierender Oberflächenbereiche
Es wird ein Schlicker hergestellt, ähnlich wie eingangs beschrieben, jedoch mit der Maßgabe, dass zur Herstellung des Grundschlickers ausschließlich synthetisch hergestellte, hochreine SiO₂-Körnung eingesetzt wird, und dass dieser auch ausschließlich mit synthetisch hergestellten, hochreinen, sphärischen SiO₂-Partikeln gefüllt wird, und zwar mit sphärischen SiO₂-Partikeln mit einer mittleren Korngröße von 30 μm (D₅₀-Wert). 1700 g dieser Körnung wurden 5000 g eines Grundschlicker mit einem Feststoffgehalt von 79% und einer Korngrößenverteilung, die durch einen D₉₀-Wert von 42 μm charakterisiert ist, beigemischt. Es ergab sich damit ein Feststoffgehalt von 85% und eine Korngrößenverteilung des Gesamt-Schlickers, die durch einen D₉₀-Wert von 37 μm charakterisiert ist. Die verwendeten Mahlkörper bestehen aus synthetischem Quarzglas.
Dieser Schlicker aus synthetischem SiO₂ ist frei von Cristobalit und zeichnet sich durch einen geringen Verunreinigungsgehalt von weniger als 1 Gew.-ppm aus. Er wird zur Herstellung einer Reflektorschicht auf einem Hüllrohr für einen UV-Strahler in Form eines sogenannten „Zwillingsrohres" aus Quarzglas eingesetzt.
Ein derartiges Zwillingsrohr 21 ist in 2 schematisch dargestellt. Dieses besteht aus einem im Querschnitt 8-förmigen Hüllrohr aus Quarzglas, das durch ei nen Mittelsteg 22 in zwei Teilräume unterteilt ist, die zur Aufnahme jeweils einer Heizwendel dienen. Die Hauptabstrahlrichtung des Zwillingsrohres 21 zeigt im Ausführungsbeispiel nach unten und ist durch den Richtungspfeil 25 symbolisiert. Auf der der Hauptabstrahlrichtung 25 abgewandten Oberseite 26 ist ein Reflektor in Form einer Opakbeschichtung 23 ausgebildet, deren Herstellung im Folgenden näher erläutert wird.
Die Oberfläche des Zwillingsrohres 21 wird mit Alkohol und anschließend zur Beseitigung anderer Oberflächenverunreinigungen, insbesondere von Alkali- und Erdalkakali-Verbindungen, in 30%-iger Flusssäure gereinigt. Anschließend wird ein Zellulose-Streifen, der einseitig (ähnlich wie beim Einkleistern einer Tapetenbahn) mit dem Schlicker beschichtet ist, so aufgelegt wird, dass die unbeschichtete Seite nach Außen weist. Die auf der Unterseite des Zellulose-Streifens aufgebrachte Schlickerschicht wird so auf die Quarzglasoberfläche übertragen. Aufgrund des hohen Feststoffgehalts des Schlickers wird dieser durch Wasserentzug über den porösen Zellulose-Streifen rasch fest, so dass der Zellulose-Streifen abgezogen und verworfen werden kann. Die Schichtdicke der so erzeugten Schlickerschicht liegt bei etwa 3,5 mm.
Alternativ dazu wird der Zellulose-Streifen verascht, wobei diese Maßnahme wegen möglicherweise zurückbleibender Verunreinigungen für diesen speziellen Einsatzzweck (UV-Reflektorschicht) weniger bevorzugt ist.
Der Einsatz des Zellulose-Streifens ermöglicht trotz der gewölbten Oberfläche des Zwillingsrohres 21 eine gleichmäßige Belegung der Oberfläche mit der Schlicker-Schicht und gewährleistet so – nach dem weiter unten noch näher erläuterten Trocknen und Sintern – die Ausbildung einer optisch homogenen und ästhetisch ansprechenden opaken Reflektorschicht, die wegen ihrer hohen Reinheit auch im ultraviolette Wellenlängenbereich wirksam ist und die insofern die ansonsten übliche Gold-Außenbeschichtung auf dem Zwillingsrohr 21 ersetzen kann. Außerdem eignet sich die opake Reflektorschicht auch für einen Einsatz bei hohen Temperaturen über 1000°C. Die Reflektivität der opaken Reflektorschicht wird anhand der Reflexionskurve von 5 näher erläutert.
Beispiel 3: Herstellen eines Fügeverbundes aus Quarzglas-Bauteilen
3 zeigt ein aus zwei einfachen Quarzglas-Bauteilen gefügtes Kernschliff-Teil. Hierzu wird ein Kernschliff 31 mit Kegelschliff bereitgestellt und dieses anschließend mit einem hülsenförmigen Schaft 32 durch stoffschlüssiges Fügen verbunden, indem zwischen dem Kernschliff 31 und dem Schaft 32 eine umlaufende Kehlnaht 33 aus opakem SiO₂ nach Art einer Schweißnaht ausgebildet wird.
Die umlaufende Kehlnaht 33 wird erzeugt, indem Kernschliff 31 und Schaft 32 zueinander fixiert werden und auf die beiderseitigen Verbindungsflächen ein Streifen aus Quarzglas-Vlies aufgelegt wird, der mit dem Schlicker getränkt ist, wie anhand Beispiel 1 beschrieben. Das Quarzglas-Vlies wird zusammen mit dem Schlicker getrocknet und mittels einer Brennerflamme verglast.
Die so hergestellte Fügeverbindung in Form der umlaufenden Kehlnaht 33 besteht aus reinem SiO₂ und damit aus einem in Bezug auf Kernschliff 31 und Schaft 32 arteigenen Material und sie weist eine mittlere spezifische Dichte von etwa 2,20 g/cm³ auf.
Der Einsatz des Quarzglas-Vlieses erleichtert das Aufbringen der flüssigen oder pastösen SiO₂-haltigen Schlickermasse auf den zueinander fixierten Verbindungsflächen der zu verbindenden Bauteile.
Beispiel 4: Herstellen einer ätzresistenten und partikelarmen Oberflächenschicht
4 zeigt schematisch und anhand einer Schnittdarstellung einen Quarzglas-Flansch zur Prozessierung von Halbleiter-Wafern, bestehend aus einem ringförmigen Basiskörper 40 aus transparentem Quarzglas, der allseitig von einer rissfreien und transparenten SiO₂-Schicht 41 umgeben ist. Die Mittelachse des Flansches ist mit der Bezugsziffer 42 bezeichnet.
Die SiO₂-Schicht 41 wird hergestellt, indem die innere und die äußere Zylindermantelfläche des Basiskörpers 40 mit einem porösen Zellulose-Streifen belegt wird, und der Basiskörper 40 danach in einer Orientierung mit senkrechter Mittelachse 42 in den leichtflüssigen SiO₂-Schlicker kurzzeitig eingetaucht wird. Danach haftet an der Oberseite 43 und an den mit porösen Zellulose-Streifen belegten Mantelflächen 44 eine ausreichend dicke SiO₂-Schlicker-Schicht. Nach dem Antrocknen dieser Schicht wird der beschichtete Basiskörper 40 umgedreht und auf die Unterseite 45 wird eine ähnlich dicke Schlicker-Schicht aufgesprüht. Das Aufsprühen wird mehrmals wiederholt, bis die gewünschte Schichtdicke erreicht ist.
Nach dem Trocknen und dem Verglasen der Schlicker-Schicht wird die SiO₂-Schicht 41 erhalten, die in 4 aus Darstellungsgründen übertrieben dick eingezeichnet. Ihre mittlere Schichtdicke liegt um 3 mm. Sie zeichnet sich durch hohe Temperaturwechselbeständigkeit sowie eine hohe Dichte aus, die derjenigen von Quarzglas entspricht.
Infolge einer Schlussbehandlung im Sinterofen zeigt sie eine rissfreie Oberfläche mit einer mittleren „natürlichen" Oberflächenrauigkeit (R_a) von etwa 1,2 μm, die sich ausschließlich – das heißt, ohne weitere Nachbearbeitung – infolge ihrer Herstellung unter Einsatz eines SiO₂-Körnung enthaltenden Schlickers ergibt. An der Oberfläche haften Materialschichten besonders gut, so dass sich eine Verlängerung der Reinigungszyklen gegenüber bekannten Quarzglasflanschen und damit eine Verlängerung der Lebensdauer ergibt.
3. Trocknen und thermische Verfestigung der SiO₂-haltigen Schlicker-Schichten
Die mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens unter Einsatz eines Flächengebilde aufgebrachte und fixierte Schlicker-Schicht wird langsam getrocknet, indem sie an Luft mehrere Stunden ruht. Die vollständige Trocknung erfolgt unter Einsatz eines IR-Strahlers an Luft.
Die getrocknete Schlicker-Schicht wird anschließend in einem Sinterofen, mittels eines Lasers oder mittels eines Brenners verglast.
Beispiel 5: Sintern in einem Sinterofen
Beim Sintern in einem Ofen unter Luft umfasst das Heizprofil eine Heizrampe, während der die Schlicker-Schicht von Raumtemperatur innerhalb von einer Stunde auf eine untere Heiztemperatur von 1000°C erhitzt wird. Auf dieser Heiztemperatur wird das Bauteil eine Stunde lang gehalten. Anschließend erfolgt ein langsames Aufheizen während 4 Stunden auf eine Endtemperatur im Bereich zwischen 1150 und 1450°C, je nach der Heizdauer und dem einzustellenden Opazitätsgrad. Das Abkühlen erfolgt mit einer Abkühlrampe von 15°C/min auf eine Ofentemperatur von 500°C und danach ungeregelt bei geschlossenem Ofen.
Durch eine Temperaturbehandlung um 1200°C wird die Schlicker-Schicht vollständig gesintert und verfestigt, die resultierende SiO₂-Opakschicht zeigt eine hohe Dichte von etwa 2,18 g/cm³, ist jedoch noch opak. Die Opazität zeigt sich dadurch, dass die direkte spektrale Transmission im Wellenlängenbereich zwischen 200 nm und 2500 nm unterhalb von 2% liegt. Dementsprechend ergibt sich ein hoher Reflexionsgrad von mehr als 95% im infraroten Wellenlängenbereich. Bei Einsatz von hochreinem, synthetischem SiO₂-Ausgangsmaterial ergibt sich auch eine hoher Reflexionsgrad im UV-Wellenlängenbereich (siehe Beispiel 2).
Zur Herstellung einer Deckschicht aus transparentem Quarzglas erfolgt das Sintern bei höherer Temperatur (etwa 1450°C), längerer Haltedauer und/oder unter wasserstoff- oder heliumhaltiger Atmosphäre.
Durch eine Temperaturbehandlung um 1400°C wird die Schlicker-Schicht vollständig gesintert und verfestigt, wobei die resultierende SiO₂-Deckschicht – je nach ihrer Dicke – vollständig transparent sein kann.
Beispiel 6: Verglasen mittels Laser
Die getrocknete Schlicker-Schicht wird mittels eines CO₂-Lasers verglast, wobei der Laserstrahldurchmesser mittels einer Optik auf etwa 5 mm aufgeweitet wird, und der Laserstrahl mit einer Translationsgeschwindigkeit von 500 mm/min rasterförmig über die zu verglasende Oberfläche geführt wird. Der Abstand zwischen Laseraustritt und Oberfläche wird dabei konstant auf 300 mm gehalten.
Es wird eine rissfreie und transparente SiO₂-Schicht erhalten, die sich durch einen besonders geringen Blasengehalt auszeichnet und deren Merkmale und Qualität ansonsten der oben anhand 4 beschriebenen Schicht 41 entsprechen.
4. Reflexionskurve
5 zeigt das Reflexionsverhalten des gemäß den Beispielen 1 und 2 hergestellten diffusen Reflektors in Form einer opaken SiO₂-Opakschicht im Wellenlängenbereich von 200 bis 2500 nm. Auf der y-Achse ist hier der Reflexionsgrad „R" in relativen Einheiten (bezogen auf die Reflektivität der Teflon-Auskleidung der Ulbrichtkugel) aufgetragen und auf der x-Achse die Wellenlänge λ der Arbeitsstrahlung in nm.
Die Kurve 51 zeigt den Reflexionsverlauf bei einer 3 mm dicken opaken SiO₂-Opakschicht, wobei das Sintern in einem Sinterofen bei 1180°C (1 h) unter Luft erfolgte. Daraus ist erkennbar, dass die SiO₂-Opakschicht aus undotiertem SiO₂ im Wellenlängenbereich zwischen etwa 300 und 2100 nm einen in etwa gleichmäßigen Reflexionsgrad R um 98% aufweist. Der Reflexionsgrad R ist in diesem Wellenlängenbereich im Übrigen höher als der Reflexionsgrad R einer Goldbeschichtung. Vielversprechend sind auch die immer noch hohen Reflexionswerte im UV-Wellenlängenbereich, wo Gold transparent wird.

Claims

Verfahren zur Beschichtung eines Bauteils aus hochkieselsäurehaltigem Glas, indem ein Beschichtungsbereich der Bauteil-Oberfläche mit einer SiO₂-haltigen, glasigen Schicht versehen wird, die sich in ihren optischen, physikalischen oder chemischen Eigenschaften vom Werkstoff des Bauteils unterscheidet, dadurch gekennzeichnet, dass ein eine poröse Netzstruktur aufweisendes Flächengebilde bereitgestellt wird, und dass der Beschichtungsbereich mit dem Flächengebilde und mit einem amorphe SiO₂-Teilchen enthaltenden Schlicker unter Bildung einer fixierten Schlicker-Schicht belegt wird, die fixierte Schlicker-Schicht getrocknet und unter Bildung der SiO₂-haltigen glasigen Schicht verdichtet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein SiO₂-haltiges Flächengebilde eingesetzt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Flächengebilde aus Quarzglas besteht.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Flächengebilde aus Glasfasern, insbesondere Quarzglasfasern, Kunststoff, kohlenstoffhaltigen Fasern, Carbon-Nanotubes, Zellulose oder einem natürlichen textilen Werkstoff erzeugt ist.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Flächengebilde als Vlies ausgebildet ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Flächengebilde eingesetzt wird, dessen Form sich der Oberfläche des Basiskörpers im Beschichtungsbereich anpasst.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Flächengebilde vor dem Belegen des Beschichtungsbereichs mit dem Schlicker beschichtet wird und vor dem Verdichten entfernt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Flächengebilde vor dem Verdichten oder während des Verdichtens verascht wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die amorphen SiO₂-Teilchen Teilchengrößen im Bereich bis maximal 200 μm, vorzugsweise maximal 100 μm, aufweisen, wobei SiO₂-Teilchen mit Teilchengrößen im Bereich zwischen 1 μm und 60 μm den größten Volumenanteil ausmachen.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die SiO₂-Teilchen eine Teilchengrößenverteilung aufweisen, die durch einen D₅₀-Wert von weniger als 50 μm, vorzugsweise weniger als 40 μm, gekennzeichnet ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Feststoffgehalt des Schlickers mindestens 84 Gew.-%, vorzugsweise mindestens 86 Gew.-% beträgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die amorphen SiO₂-Teilchen im Schlicker eine mehrmodale Teilchengrößenverteilung aufweisen, mit einem ersten Maximum der Größenverteilung im Bereich von 2 und 6 μm und einem zweiten Maximum im Bereich von 20 bis 60 μm.
Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Drittel der SiO₂-Teilchen sphärisch ausgebildet ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die SiO₂-Teilchen durch Nassmahlen von SiO₂-Ausgangskörnung hergestellt werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der SiO₂-Gehalt der amorphen SiO₂-Teilchen mindestens 99,9 Gew.-% beträgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verdichten der getrockneten, fixierten Schlicker-Schicht mittels eines Lasers mit einer vorgegebenen Arbeitswellenlänge erfolgt, und dass die fixierte Schlicker-Schicht eine Komponente enthält, welche die Arbeitswellenlängen-Strahlung bevorzugt absorbiert.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Verfahrensansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dem Schlicker Dotierstoffe in Form von Yttrium, Aluminium, Stickstoff, Kohlenstoff oder deren Verbindungen hinzugefügt werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in den Schlicker mindestens ein Dotierstoff eingebracht wird, der in Quarzglas im ultravioletten, sichtbaren oder infraroten Spektralbereich eine optische Absorption erzeugt.
Bauteil aus hochkieselsäurehaltigem Glas, dessen Oberfläche in einem Beschichtungsbereich mit einer SiO₂-haltigen, glasigen Schicht versehen ist, die sich in ihren optischen, physikalischen oder chemischen Eigenschaften vom Werkstoff des Bauteils unterscheidet, dadurch gekennzeichnet, dass die SiO₂-haltige glasige Schicht ein eine Netzstruktur aufweisendes Flächengebilde umfasst, das in eine Glasmasse eingebettet ist.
Bauteil nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass das Flächengebilde SiO₂-haltig ist.
Bauteil nach Anspruch 19 oder 20, dadurch gekennzeichnet, dass das Flächengebilde aus Quarzglas besteht.
Bauteil nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass das Flächengebilde aus Glasfasern, Kunststoff, kohlenstoffhaltigen Fasern, Carbon-Nanotubes, Zellulose oder einem natürlichen textilen Werkstoff erzeugt ist.
Bauteil nach einem der Ansprüche 19 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass das Flächengebilde als Vlies ausgebildet ist.
Bauteil nach einem der Ansprüche 19 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass die Glasmasse zu mindestens 99,9 Gew.-% aus SiO₂ besteht.
Bauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche 19 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass die glasige Schicht opak ist und als diffuser optischer Reflektor dient.
Bauteil nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, dass die Glasmasse mindestens einen Dotierstoff enthält, der in Quarzglas im ultravioletten, sichtbaren oder infraroten Spektralbereich eine optische Absorption erzeugt.
Bauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche 19 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass die Glasmasse in Bezug auf den Bauteil-Werkstoff aus arteigenem Material besteht und eine rissfreie und werkzeugfrei geformte Schutzschicht mit einer mittleren Oberflächenrauigkeit R_a von mindestens 0,5 μm bildet.
Bauteil nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, dass die glasige Schicht einen oder mehrere Dotierstoffe in Form von Yttrium, Aluminium, Stickstoff, Kohlenstoff oder deren Verbindungen enthält.
Bauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche 19 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass es Teil eines Bauteil-Verbundes bildet, der mindestens ein weiteres Bauteil aus hochkieselsäurehaltigem Werkstoff umfasst, wobei die Glasmasse zur Ausbildung einer stoffschlüssigen Verbindung zwischen Verbindungsflächen der Bauteile vorgesehen ist.
Bauteil nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, dass die Glasmasse eine spezifische Dichte von mindestens 2,0 g/cm³, vorzugsweise von mindestens 2,1 g/cm³ aufweist.
Bauteil aus hochkieselsäurehaltigem Glas, dessen Oberfläche in einem Beschichtungsbereich mit einer SiO₂-haltigen, glasigen Schicht versehen ist, die sich in ihren optischen, physikalischen oder chemischen Eigenschaften vom Werkstoff des Bauteils unterscheidet, dadurch gekennzeichnet, dass die SiO₂-haltige, glasige Schicht als diffuser Reflektor wirkende SiO₂-Opakschicht aus mindestens teilweise opakem, synthetisch hergestelltem SiO₂ ausgebildet ist.