DE102008059400A1

DE102008059400A1 - Verfahren zur Herstellung eines Quarzglaskörpers

Info

Publication number: DE102008059400A1
Application number: DE200810059400
Authority: DE
Inventors: Waltraud Werdecker
Original assignee: Heraeus Quarzglas GmbH and Co KG
Current assignee: Heraeus Quarzglas GmbH and Co KG
Priority date: 2008-11-27
Filing date: 2008-11-27
Publication date: 2010-06-02

Abstract

Die Herstellung eines Quarzglaskörpers in einem Aufbauprozess, bei dem aus amorphen SiO2-Teilchen ein offenporiger Formkörper mit zylinderförmiger Außenseite gebildet wird, und einem Verdichtungsprozess, bei dem der Formkörper zu dem Quarzglaskörper thermisch verdichtet wird, ist allgemein bekannt. Um dieses Verfahren hinsichtlich Produktivität und Kosteneffizienz zu optimieren, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, dass vor dem Verdichtungsprozess die zylinderförmige Außenseite des Formkörpers unter Belassung eines offenporigen Formkörper-Innenbereichs mit einer gasdichten Versiegelungsschicht versehen, und der mit der gasdichten Versiegelungsschicht versehene offenporige Formkörper-Innenbereich einer Konditionierungsbehandlung unterzogen wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Quarzglaskörpers, umfassend einen Aufbauprozess, bei dem aus amorphen SiO₂-Teilchen ein offenporiger Formkörper mit zylinderförmiger Außenseite gebildet wird, und einen Verdichtungsprozess, bei dem der Formkörper zu dem Quarzglaskörper thermisch verdichtet wird.
Stand der Technik
Optische Fasern aus Quarzglas für die Lichtwellenleitung weisen eine Kernzone auf, innerhalb der die Lichtwellen geführt werden, und die von einer Mantelzone umgeben ist. In aller Regel macht die Mantelzone den bei weitem größten Volumenanteil der optischen Faser aus.
Für die Herstellung des Quarzglases der Mantelzone (hier als „Mantelglas” bezeichnet) sind eine Vielzahl von Techniken bekannt. So wird das Mantelglas beispielsweise in Form von Rohren aus Quarzglas bereitgestellt, mittels denen ein so genannter Kernstab, der die Kernzone und einen Teil der Mantelzone umfasst, überfangen wird. Es ist auch Methoden bekannt, bei denen der Kernstab in eine Schicht aus SiO₂-Teilchen eingebettet wird, aus denen anschließend durch Sintern das Mantelglas erzeugt wird.
Ein Verfahren dieser Art, das auch dem Verfahren der eingangs genannten Gattung entspricht, ist aus der DE 32 40 355 C1 bekannt. Darin wird zur Herstellung einer Vorform für optische Fasern vorgeschlagen, im Zentrum eines Hüllrohres einen Kernstab anzuordnen und um den Kernstab herum einen Schüttkörper in Form von Körnungsschichten aus Quarzglas mit unterschiedlichen Brechzahlen aufzubauen. Die Körnungsschichten werden dabei entsprechend den Anforderungen des Brechzahlprofils radial verteilt, und der so hergestellte Schüttkörper wird anschließend thermisch oder mechanisch zu einem Formkörper aus porösem Quarzglas verfestigt. Zur Reduzierung des Hydroxylgruppengehalts wird der Formkörper bei Temperaturen von 600°C bis 900°C über mehrere Stunden in einer Atmosphäre aus Chlorgas behandelt, und anschließend mit einem Gas gesättigt, das in Quarzglas leicht diffundiert, wie Helium oder Wasserstoff. Das Verglasen des Schüttkörpers zu transparentem Quarzglas erfolgt durch zonenweises Sintern oder durch heißisostatisches Pressen.
Bei einer Abwandlung dieses Verfahrens gemäß der DE 35 211 19 C2 werden in ein Hüllrohr ein Kernstab und ein so genanntes SiO₂-Sootrohr aus porösem Quarzglas eingesetzt, das den Kernstab umhüllt. Die Herstellung des Sootrohres umfasst die Synthese von SiO₂-Teilchen in einem CVD-Abscheide- und Sootkörperaufbauprozess. Die Enden des Hüllrohres werden nach dem Befüllen mit dem Kernstab und dem Sootrohr an ein Gaseinlass- und -auslasssystem angeschlossen und das Sootrohr wird anschließend bei einer Temperatur von 1.000°C in einer dehydratisierend oder dotierend wirkenden Gasatmosphäre behandelt. Daraufhin wird ein Ende des Hüllrohres verschlossen und das Sootrohr innerhalb des Hüllrohres unter Vakuum zonenweise verglast, wobei gleichzeitig eine Vorform abgezogen wird.
Das in einem separaten Verfahrensschritt erzeugte Hüllrohr stellt bei diesen Verfahrenstechniken einen beachtlichen Kostenfaktor dar.
In jüngster Zeit gewinnen so genannte „mikrostrukturierte optische Fasern” an Bedeutung. Derartige Fasern, wie etwa „Photonic Crystal Fibres (PCF)”, „Holey Fibres”, „optische Hohlfasern”, „photonische Kristallfasern” oder so genannte „Air Clad-Fasern”, stellen eine besondere Form optischer Fasern aus Quarzglas dar.
Die Lichfführung in einer mikrostrukturierten optischen Faser wird durch Hohlräume beeinflusst, die den Mantelbereich der Faser durchziehen. Der von langgestreckten Hohlräumen durchzogene Mantelbereich weist gegenüber undotiertem Quarzglas einen niedrigeren Brechungsindex auf. Diese Eigenschaft macht die mikrostrukturierte optische Faser insbesondere auch für Einsätze interessant, bei denen es auf eine hohe Biegeunempfindlichkeit der Faser ankommt. Bei biegeunempfindlichen Fasern beruht die Verbesserung der Biegeeigenschaften in der Regel auf einer Erhöhung des Brechungsindex-Unterschieds zwischen Kern und Mantel durch eine „weiter außen liegende” Mantelglasschicht mit kleinem Brechungsindex. Derartige Fasern geraten im Zuge der Verlegung von Glasfasernetzen bis in die Wohnung (fiber-to-the-home; FTTH) zunehmend ins Blickfeld. Bei dieser Anwendung sind wegen räumlicher Beschränkungen und ästhetischer Ansprüche häufig besonders kleine Biegeradien notwendig oder erwünscht.
Zur Herstellung mikrostrukturierter optischer Fasern mit Längslöchern ist eine Vielzahl von Konzepten bekannt. Beispielsweise wird in der JP-2005-247620 A ein Verfahren vorgeschlagen, bei dem ein Ensemble zusammengestellt wird, bestehend aus einem Kernstab und einer Vielzahl darum herum angeordneter Kapillarröhrchen, die an einem Ende verschlossen sind. Die Kapillarröhrchen und der Kernstab sind mit ihren Längsachsen parallel zueinander innerhalb der Innenbohrung eines Hüllrohres mit polygonalem Innenquerschnitt dichtest möglich angeordnet. Vor dem Faserziehen wird die Luft innerhalb der Kapillarröhrchen durch Argon oder Stickstoff ausgetauscht, und danach wird dem Ensemble mit der offenen Seite beginnend zonenweise erweicht und kollabiert und dabei gleichzeitig zu einer mikrostrukturierten optischen Faser abgezogen.
Eine weitere Methode zur Herstellung einer mikrostrukturierten optischen Faser ist aus der WO 2007/055881 A1 bekannt. Es wird vorgeschlagen, nicht periodisch verteilte Porenkanäle im Mantelbereich der Faser zu erzeugen. Hierfür wird ein poröses SiO₂-Sootrohr in einer Atmosphäre gesintert, die Stickstoff, Argon, CO₂, Sauerstoff, Chlor, CF₄, CO oder SO₂ enthält. Ein Teil der Gase verbleibt im gesinterten Mantelrohr in Form gasgefüllter Poren. Das so erzeugte, porenhaltige Mantelrohr wird zusammen mit einem Kernstab zu der optischen Faser gezogen, wobei die gasgefüllten Poren zu Porenkanälen elongiert werden.
Es erscheint jedoch schwierig, eine hinreichende Reproduzierbarkeit der Fasereigenschaften zu erzielen.
Technische Aufgabenstellung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren anzugeben, das die Herstellung eines Quarzglaskörpers, insbesondere von Mantelglas für optische Fasern, mit hoher Produktivität und Kosteneffizienz ermöglicht.
Diese Aufgabe wird ausgehend von einem Verfahren der eingangs genannten Gattung erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass vor dem Verdichtungsprozess die zylinderförmige Außenseite des Formkörpers unter Belassung eines offenporigen Formkörper-Innenbereichs mit einer gasdichten Versiegelungsschicht versehen, und der mit der gasdichten Versiegelungsschicht versehene offenporige Formkörper-Innenbereich einer Konditionierungsbehandlung unterzogen wird.
Beim erfindungsgemäßen Verfahren erfolgt die Herstellung des Quarzglaskörpers über einen Aufbauprozess. Dabei handelt es sich um einen CVD-Aufbauprozess, bei dem durch schichtweises Abscheiden von feinen SiO₂-Partiklen ein so genannter „SiO₂-Sootkörper” aus porösem Quarzglas auf einem Substratkörper aufgebaut wird, oder es handelt sich um einen „Pulver-Aufbauprozess”, bei dem unter Einsatz diskreter Quarzglasteilchen oder einer gieß- oder formbaren Masse aus diskreten Quarzglasteilchen ein poröser Formkörper erzeugt wird. Der poröse Formkörper liegt beispielsweise als Schüttkörper, Presskörper, Grünkörper oder als Beschichtung auf einem Substrat vor. In jedem Fall wird durch das Aufbauverfahren ein schicht-, rohr- oder stabförmiger Formkörper erzeugt, der offene Poren enthält. Durch ein thermisches Verdichten, das ein „Verglasen”, „Sintern” oder „Schmelzen” umfasst, wird daraus der Quarzglaskörper erhalten, der aus transparentem oder aus opakem, dichtem Quarzglas besteht.
Im Unterschied zu den eingangs beschriebenen Aufbau-Verfahren wird beim erfindungsgemäßen Verfahren der Formkörper vor der thermischen Verdichtung mit einer gasdichten Versiegelungsschicht versehen. Hierzu wird mindestens die zylinderförmige Außenseite des Formkörpers verdichtet oder es wird unmittelbar auf der Außenseite eine dichte Glasschicht aufgebracht. Im Fall, dass der Formkörper in Rohrform mit poröser Innenwandung vorliegt, ist auch deren Versiegelung mit einer Versiegelungsschicht zwar möglich, aber nicht erforderlich. Im Übrigen bleibt der Formkörper weiterhin porös und gasdurchlässig.
Die Versiegelungsschicht wirkt somit als Abdichtung gegenüber einer Ofenatmosphäre bei nachfolgenden Behandlungsschritten des Formkörpers. Dadurch ist es möglich, den offenporigen, gasdurchlässigen Innenbereich des Formkörpers nachfolgend einer Konditionierungsbehandlung bei hoher Temperatur in einem Ofenraum zu unterziehen, ohne dass der Ofen oder der Ofenraum für diese Behandlung ausgelegt sein müssen. So kann beispielsweise innerhalb des Formkörper-Innenbereichs ein Vakuum angelegt werden, ohne dass der Ofen ein Vakuumofen sein muss, oder der Formkörper-Innenbereich kann mit einem korrosiv wirkenden Gas, wie Sauerstoff, Chlor oder Fluor beaufschlagt werden, das nur auf das Quarzglas des Formkörpers einwirkt, da der Ofenraum durch die Versiegelungsschicht abgeschottet ist. Umgekehrt, ist auch der poröse Innenbereich des Formkörpers durch die Versiegelungsschicht von der Ofenatmosphäre abgeschottet. Die Versiegelungsschicht ersetzt insoweit die Wirkung des Hüllrohres bei der bekannten Verfahrensweise, auf das beim erfindungsgemäßen Verfahren jedoch verzichtet werden kann. Die mit einem Hüllrohr einhergehenden Kosten und die von einem Hüllrohr ausgehenden Verunreinigungen des Formkörpers können so vermieden werden.
Bei der Konditionierungsbehandlung handelt es sich beispielsweise um eine Behandlung zum Dehydratisieren, zum Dotieren, zum Oxidieren, zum Reduzieren oder zum Beladen des Quarzglases des Formkörpers. Weiter unten werden besonders bevorzugte Varianten der Konditionierungsbehandlung näher erläutert.
Falls der Formkörper-Innenbereich infolge der Konditionierungsbehandlung anders als die Versiegelungsschicht verändert wird, unterschieden sich die Quarzgläser von Versiegelungsschicht und Formkörper-Innenbereich nach dem Verglasungsprozess. Dieser Unterschied kann erwünscht oder hinnehmbar sein; andernfalls wird die Versiegelungsschicht nachträglich entfernt.
Bei einer ersten bevorzugten Verfahrensvariante ist vorgesehen, dass die Versiegelungsschicht erzeugt wird, indem die Formkörper-Außenseite thermisch verdichtet wird.
Dabei wird die zylinderförmige Außenseite des porösen Formkörpers so hoch erhitzt, dass die SiO₂-Teilchen dichtsintern, so dass sich eine gasdichte Oberflächenschicht ausbildet. In diesem Fall bildet die gasdichte Oberflächenschicht eine Versiegelungsschicht aus einem in Bezug auf das Material des Formkörpers „arteigenen Material”. Mindestens eine der Stirnseiten, vorzugsweise beide Stirnseiten des Formkörpers bleiben gasdurchlässig oder werden vor Durchführung der Konditionierungsbehandlung von einer etwaigen verdichteten Glasschicht befreit.
Hierbei hat es sich besonders bewährt, wenn die Formkörper-Außenseite durch Erhitzen mit einem Plasmabrenner thermisch verdichtet wird.
Ein Plasmabrenner erzeugt lokal begrenzt sehr hohe Temperaturen, was die Herstellung einer möglichst dünnen Versiegelungsschicht in kurzer Zeit erleichtert.
Ähnlich in Bezug auf die Möglichkeit einer lokal begrenzten Erwärmung wirkt auch ein Laser, so dass alternativ und gleichermaßen bevorzugt die Formkörper-Außenseite auch durch Erhitzen mit einem Laser thermisch verdichtet wird.
Insbesondere für die Erzeugung relativ dicker Versiegelungsschichten kann die thermische Verdichtung mittels einer Brenngasflamme erfolgen, jedoch wird hier eine Verfahrensvariante bevorzugt, bei der die Formkörper-Außenseite durch Erhitzen mit einem Lichtbogen thermisch verdichtet wird. Dabei wird eine zwischen Elektroden erzeugter Lichtbogen entlang der Formkörper-Außenseite geführt.
Sofern die Versiegelungsschicht keine eigene Funktion in der endgültigen optischen Faser erfüllt oder sich sogar als nachteilig erweisen würde, wird sie so dünn wie möglich gehalten und nur so dick wie nötig zur Erfüllung der Funktion, den porösen Formkörper-Innenbereich während der Konditionierungsbehandlung vor der Ofenatmosphäre abzudichten.
In dem Zusammenhang hat es sich als günstig erwiesen, wenn die Versiegelungsschicht aus sinteraktiver SiO₂-Körnung erzeugt wird, die im Bereich der Formkörper-Außenseite vorgesehen ist, und die feine SiO₂-Teilchen mit einer mittleren Teilchengröße (D₅₀-Wert) von weniger als 30 μm, vorzugsweise mit einer mittleren Teilchengröße (D₅₀-Wert) von weniger als 20 μm aufweist.
Mindestens der äußere Bereich des porösen Formkörpers enthält hierbei feinteilige SiO₂-Teilchen mit einer mittleren Teilchengröße von weniger als 30 μm, die im Folgenden auch als „Sperrschichtkörnung” bezeichnet wird. Diese feinteilige Körnung zeichnet sich insbesondere durch eine hohe Sinteraktivität aus, die dazu führt, dass die Sperrschichtkörnung besonders gleichmäßig – das heißt ohne lokale Inhomogenitäten – bei vergleichsweise niedriger Temperatur und kurzer Heizdauer zu einer dichten, glasigen Versiegelungsschicht sintert. Wegen ihrer hohen Sinteraktivität kommt es zu einer gleichmäßigen und schnellen vollständigen Versiegelung der Formkörper-Außenschicht, so dass die Stärke der Versiegelungsschicht relativ gering gehalten werden kann.
Alternativ oder ergänzend zu einer thermischen Verdichtung der Außenseite des Formkörpers hat es sich auch eine zweite Verfahrensvariante als vorteilhaft erwiesen, bei der die Versiegelungsschicht erzeugt wird, indem auf der Formkörper-Außenseite durch Abscheiden und Verglasen von SiO₂-Teilchen eine gasdichte Oberflächenbeschichtung ausgebildet wird.
Dabei werden auf der zylinderförmigen Außenseite des Formkörpers SiO₂-Teilchen abgeschieden und beim Abscheiden unmittelbar zu einer Glasschicht verdichtet. Das Abscheiden der SiO₂-Teilchen kann durch die bekannten CVD- oder PCVD-Verfahren, durch Plasmasprühen oder Flammsprühen erfolgen. Wichtig ist, dass die Temperatur dabei so hoch ist, dass die SiO₂-Teilchen beim Abscheiden unmittelbar zu der gasdichten Oberflächenbeschichtung verglast werden. Mindestens eine der Stirnseiten, vorzugsweise beide Stirnseiten des Formkörpers werden dabei nicht beschichtet und bleiben gasdurchlässig.
Bei dieser Verfahrensweise wird die Formkörper-Außenseite mit einer Oberflächenbeschichtung aus einem Quarzglas versehen, das sich vom Quarzglas des Formkörpers (nach dessen Verdichtung) unterscheiden kann. Der Übergangsbereich von einem zum anderen Quarzglas ist diskret und schmal, was beispielsweise zur Erzeugung eines definierten Brechzahlsprungs an der Grenzfläche zwischen Formkörper und Oberflächenbeschichtung oder zur Ausbildung einer Schicht mit höherer thermischer Stabilität, die als Stabilisierungsschicht für den porösen Formkörper wirkt, genutzt werden kann. Diese Verfahrensweise erlaubt zudem die reproduzierbare Herstellung einer besonders dünnen und gleichmäßigen Versiegelungsschicht.
In dem Zusammenhang hat es sich besonders bewährt, wenn das Abscheiden von SiO₂-Teilchen mittels eines Plasma-Abscheidebrenners erfolgt, und die SiO₂-Teilchen beim Abscheiden mit Fluor dotiert werden.
Hierbei handelt es sich um einen so genannten POD-Prozess, der die Einstellung eines besonders hohen Fluorgehalts bis zu 8 Gew.-% in Quarzglas ermöglicht. Auf diese Weise wird somit eine weiter außen liegende Quarzglasschicht mit niedrigem Brechungsindex erhalten, was zur Biegeunempfindlichkeit einer daraus erhaltenen optischen Faser beiträgt.
Die Versiegelungsschicht weist vorzugsweise eine mittlere Dicke im Bereich von 0,5 mm bis 5 mm auf.
Sofern die Versiegelungsschicht keine eigene Funktion in der endgültigen optischen Faser erfüllt oder sich sogar als nachteilig erweisen würde, wird sie so dünn wie möglich gehalten und nur so dick wie nötig zur Erfüllung der Funktion, den porösen Formkörper-Innenbereich während der Konditionierungsbehandlung vor der Ofenatmosphäre abzudichten. Bei einer mittleren Dicke von weniger als 0,5 mm besteht die Gefahr, dass es zu Undichtigkeiten kommt, insbesondere im Bereich unvorgesehener Fehlerstellen. Bei mittleren Schichtdicken von mehr als 5 mm ergibt sich in Bezug auf die Dichtigkeit der Versiegelungsschicht kein zusätzlicher positiver Effekt mehr.
Im Folgenden werden einige besonders bevorzugte Varianten der Konditionierungsbehandlung zur Einstellung gewünschter Eigenschaften im Quarzglas des porösen Formkörper-Innenbereichs näher erläutert.
Der offenporige Formkörper wird in der Regel einem Dehydratisierungsprozess unterzogen. Das Dehydratisieren kann vor oder nach der Ausbildung der Versiegelungsschicht erfolgen, wobei die zuletzt genannte Verfahrensvariante bevorzugt ist, bei der die Konditionierungsbehandlung ein Dehydratisieren des Innenbereichs durch Erhitzen auf eine Temperatur oberhalb von 800°C und Einleiten eines Reaktionsgases in den Innenbereich umfasst.
Hierbei erfolgt das Entfernen von Hydroxylgruppen aus dem Quarzglas des bereits mit der Versiegelungsschicht versehenen Formkörpers. Hierzu wird ein Dehydratisierend wirkendes Reaktionsgas in den porösen Innenbereich des Formkörpers eingeleitet, bei dem es sich in der Regel um ein halogenhaltiges Gas handelt, das bei insbesondere bei hohen Temperaturen korrosiv gegenüber vielen Werkstoffen ist. Der Ofenraum ist durch die Versiegelungsschicht vom Formkörper-Innenbereich abgeschottet und daher frei von diesem Reaktionsgas.
Alternativ dazu hat sich auch eine Verfahrensvariante als vorteilhaft erwiesen, bei der die Konditionierungsbehandlung ein Dehydratisieren durch Erhitzen auf eine Temperatur im Bereich zwischen 900°C und 1.200°C, vorzugsweise 950°C bis 1.150°C oberhalb von 1000°C und Evakuieren des Innenbereichs umfasst.
Auch hier erfolgt das Dehydratisieren des Formkörpers im Rahmen der Konditionierungsbehandlung nach Herstellung der Versiegelungsschicht. Es handelt sich um einen vakuumunterstützten Dehydratisierungsprozess, mit dem auch ohne den Einsatz dehydratisierend wirkender Gase ein Hydroxylgruppengehalt im Quarzglas von weniger als 0,5 Gew.-ppm erzielbar ist. Das Vakuum wird innerhalb des durch die Versiegelungsschicht nach außen abgeschlossenen porösen Formkörper-Innenbereichs erzeugt. Der Ofenraum selbst muss nicht evakuierbar sein, so dass für diesen vakuumunterstützten Dehydratisierungsprozess auch ein konstruktiv einfacher Ofen eingesetzt werden kann, der selbst nicht evakuierbar ist.
Weiterhin hat es sich auch bewährt, wenn die Konditionierungsbehandlung ein Dotieren des Innenbereichs durch Zuführen eines einen Dotierstoff enthaltenden Reaktionsgases in den Innenbereich umfasst.
Bei dem Dotierstoff handelt es sich um eine oder um mehrere chemische Substanzen, wie sie aus der Fertigung optischer Fasern zur Dotierung von Quarzglas allgemein bekannt sind, wobei insbesondere Fluor zu nennen ist, das zur Reduzierung des Brechungsindex von Quarzglas eingesetzt wird. Der Dotierstoff wird in gasförmiger oder dampfförmiger Form bereitgestellt und in den Innenbereich eingeleitet. Der Dotierstoff, bei dem es sich um giftige oder korrosive Substanzen handeln kann, gelangt nicht in den durch die Versiegelungsschicht abgeschotteten Ofenraum. Dieser kann somit konstruktiv einfach gestaltet sein.
Es hat sich auch als günstig erwiesen, wenn die Konditionierungsbehandlung ein Beladen des Innenbereichs mit einem Porengas, enthaltend Luft, Stickstoff, Sauerstoff, Kohlendioxid oder Kohlenmonoxid, umfasst, indem das Porengas in den Innenbereich eingeleitet wird.
Die genannten Gase zeigen in Quarzglas eine besonders geringe Diffusionsrate und können aus geschlossenen Poren, die sich beim nachfolgenden Verdichtungsprozess bilden, nur langsam entweichen. Das nach dem Verdichtungsprozess in den Poren verbliebene Porengas verhindert ein Kollabieren der Poren bei nachfolgenden Heißprozessen, denen der Formkörper unterzogen wird, insbesondere einem Faserziehprozess, so dass in der Mantelzone der Faser langgestreckte Porenkanäle verbleiben. Auch andere in Quarzglas langsam diffundierende Gase sind für diesen Zweck geeignet.
Bei einer besonders vorteilhaften Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass der Aufbauprozess ein Pulveraufbauprozess ist, bei dem der Formkörper aus SiO₂-Teilchen in Form von Quarzglasteilchen mit einer mittleren Teilchengröße zwischen 1 μm und 2.000 μm (D₅₀-Wert) aufgebaut und im Verdichtungsprozess zu Quarzglas, das geschlossene Poren enthält, verdichtet wird.
Pulver-Aufbauverfahren zeichnen sich gegenüber CVD-Abscheideverfahren durch eine höhere Produktivität aus.
Insbesondere im Hinblick auf den Einsatz des Formkörpers als Halbzeug zur Herstellung von Mantelglas für mikrostrukturierte optische Fasern mit porenhaltiger Mantelzone zeigen derartige Pulver-Aufbauverfahren weitere Vorteile. Zum Beispiel eine hohe Variabilität des Porenvolumens und der Porengrößenverteilung im Formkörper-Innenbereich nach dem Verdichtungsprozess. Wesentliches Merkmal eines derartigen Halbzeugs ist ein Formkörper-Innenbereich, der nach dem Verdichtungsprozess geschlossene Poren enthält, und der im Folgenden als „SiO₂-Opakschicht” oder kurz als „Opakschicht” bezeichnet wird.
Nach dem Elongierprozess unter Einsatz dieses Halbzeugs bildet die Opakschicht des Formkörpers einen von Porenkanälen durchzogenen Mantelbereich der mik rostrukturierten optischen Faser. Dieser Mantelbereich der Faser wird im Folgenden als „Opakzone” bezeichnet.
Bei dieser Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt die Herstellung des Quarzglases für die mit Hohlräumen durchzogene Opakzone der mikrostrukturierten optischen Faser nicht über einen CVD-Prozess, sondern über ein „Pulver-Aufbauverfahren” unter Einsatz diskreter Quarzglasteilchen, wobei unter Quarzglasteilchen auch SiO₂-Granulate verstanden werden, insbesondere solche mit innerer Porosität. Ergebnis des Pulver-Aufbauverfahrens ist der Formkörper, der auch als Schicht auf einem Substrat vorliegen kann. Im Verdichtungsprozess wird durch thermisches Verdichten, das ein „Verglasen”, „Sintern” oder „Schmelzen” umfasst, aus dem offenporigen Innenbereich des Formkörpers die geschlossenporige „SiO₂-Opakschicht” erhalten. Die SiO₂-Opakschicht liegt somit vor dem Ziehen der Faser in einer Vorform als Schicht, oder in einem koaxialen Ensemble von Bauteilen zwecks Weiterverarbeitung in einem üblichen „Stab-in-Rohr-Prozess” als Schicht oder als opakes Rohr (im Folgenden: „Opakrohr”) vor, und sie wird beim Faserziehprozess zur der Porenkanäle enthaltenden Opakzone elongiert. Der mittlere Durchmesser der Porenkanäle der Opakzone liegt vorzugsweise im Bereich von 500 bis 1.500 nm. Die Opakzone endet nicht am Außenmantel der Faser, sondern sie ist stets von weiterem Mantelmaterial umgeben.
Es hat sich gezeigt, dass über ein derartiges Pulver-Aufbauverfahren, das insbesondere auch die Ausbildung des Formkörpers durch Pulverschüttungen, Schlickergießverfahren oder Extrudieren umfasst, einerseits eine definierte Verteilung von Porenkanälen in der Opakzone gewährleistet werden kann, und dass andererseits die Anforderungen hinsichtlich der Reinheit der Ausgangsmaterialien erfüllbar sind. Es zeigte sich, dass die nach dem Pulver-Aufbauverfahren hergestellten mikrostrukturierten optischen Fasern eine wesentlich höhere Biegeunempfindlichkeit aufweisen als die Fasern, die nach anderen Methoden hergestellt wurden.
Ein wesentliches Zwischenprodukt dieser Verfahrensvariante ist somit die „SiO₂-Opakschicht”, deren Opazität durch den Porengehalt erzeugt wird. Das Zwischenprodukt in Form der Opakschicht ermöglicht eine Kontrolle des Porenvolumens und der Porengrößenverteilung und erleichtert die Reproduzierbarkeit der Porenkanäle in der Opakzone der mikrostrukturierten optischen Faser. Daher ist beim thermischen Verdichten der Quarzglasteilchen zur Opakschicht zu gewährleisten, dass ein gewisser Anteil an Poren erhalten bleibt. Ein porenfreies Dichtsintern oder Dichtschmelzen der Opakschicht ist somit zu verhindern.
Die Sinterresistenz der Opakschicht wird vorteilhaft dadurch erzeugt, dass sie aus Quarzglas besteht, das geschlossene Poren enthält. Das in den geschlossenen Poren enthaltene Gas kann beim Faserziehen in der Regel nicht entweichen, so dass die Poren beim Faserziehprozess zu Porenkanälen elongiert werden.
Die dem vollständigen Verdichten entgegenwirkenden Maßnahmen umfassen den Einsatz von Quarzglasteilchen mit verhältnismäßig großer mittlerer Teilchengröße, den Einsatz von Quarzglasteilchen, die einen geschlossenen Hohlraum enthalten, den Einsatz von Zusatzstoffen beim thermischen Verdichten der Opakschicht, die sich beim Erhitzen zersetzen und volatile Zersetzungsprodukte freisetzten, den Einsatz von Dotierstoffen in der Opakschicht, die beim Erhitzen freigesetzt werden und als Gas entweichen, und/oder ein thermisches Verdichten der Opakschicht in einer Atmosphäre, die Gase enthält, welche in Quarzglas langsam diffundieren. Besonders geeignete Maßnahmen dieser Art werden weiter unten noch näher erläutert.
Die Quarzglasteilchen werden idealerweise vorab in loser Schüttung in einer halogenhaltigen Atmosphäre bei einer Temperatur im Bereich von 600°C bis 1.200°C behandelt. Auf der Oberfläche kommerziell erhältlicher Quarzglasteilchen finden sich in der Regel metallische Verunreinigungen wie Fe, Cr und Ni, die durch eine Behandlung in halogenhaltiger Atmosphäre entfernt werden können. Durch die Behandlung der Quarzglasteilchen in loser Schüttung, also in einem lockeren, fließfähigen, nicht vorverdichteten Zustand, kann die reaktive Gas-Atmosphäre leichter an die freien Oberflächen der Teilchen gelangen, was die Effektivität der Reinigung erhöht, so dass auch handelsübliche SiO₂-Rohstoffe eingesetzt werden können.
Das Porenvolumen liegt vorzugsweise im Bereich von 0,1 bis 15 % des Volumens der Opakschicht.
Der Brechungsindex des Porenvolumens hängt vom Porengas ab, bei Luft beträgt der Brechungsindex: 1,0003 im Vergleich zu einem Brechungsindex von 1,45718 bei undotiertem Quarzglas. Bei einem Porenvolumen von weniger als 0,1 % ist nur ein geringer brechzahlabsenkender Effekt der Opakzone zu erwarten, zumal auch ein Teil der Poren beim Elongierprozess kollabieren kann. Bei einem Porenvolumen von mehr als 15 % ergibt sich eine unnötig hohe Brechzahlabsenkung, die zudem durch eine Faser mit einer mechanisch schwachen Mantelzone erkauft wird, was ein einwandfreies Brechen (Cleaving) und Spleißen der Faser erschweren kann.
Für Anwendungen, bei denen die Opakschicht beziehungsweise die Opakzone der Faser einen nach außen – in radialer Richtung gesehen – abfallenden Brechungsindex aufweisen soll, wird eine Verfahrensvariante bevorzugt, bei der die Opakschicht einen Gradienten im Porenvolumen aufweist, derart, dass das Porenvolumen von Innen nach Außen zunimmt.
Die geschlossenen Poren enthalten vorzugsweise ein Porengas, das aus einem oder mehreren der folgenden Gase ausgewählt wird: Luft, Stickstoff, Sauerstoff, Kohlendioxid und Kohlenmonoxid.
Diese Gase entweichen beim Faserziehprozess (= Elongierprozess) wegen ihres geringen Diffusionskoeffizienten in Quarzglas nur langsam aus den geschlossenen Poren.
Infolge der hohen Temperatur expandiert das in den Poren enthaltene Gas beim Elongierprozess. Diese Gase-Expansion kann zu einer Vergrößerung des Porenvolumens führen, wenn die Temperatur beim Elongierprozess höher ist als die Temperatur beim Einschluss der Gase während des thermischen Verdichtens zur Opakschicht. Andernfalls – wenn also die Temperatur beim Elongierprozess niedriger ist als die Temperatur beim Einschluss der Gase – kann es trotz der Gase-Expansion beim Elongierprozess zu einer Verringerung des Porenvolumens kommen. Insoweit erlaubt die Höhe der Ziehtemperatur ein „Feintuning” des Porenvolumens in der mikrostrukturierten optischen Faser. In jedem Fall gewährleistet der Einschluss langsam diffundierender Gase, dass die Poren nicht vollständig und auch nicht unterschiedlich schrumpfen. Dies vermindert Durchmesser schwankungen beim Faserziehprozess und trägt zur besseren Reproduzierbarkeit der optischen Eigenschaften der Opakzone bei.
Im Hinblick auf die beim erfindungsgemäßen Verfahren eingesetzten Quarzglasteilchen hat es sich als günstig erwiesen, wenn mindestens 50% der SiO₂-Teilchen eine mittlere Teilchengröße von mindestens 30 μm aufweisen.
Dabei handelt es sich um eine relativ große mittlere Teilchengröße, die es erleichtert, ein Dichtsintern zu verhindern, wenn dies erwünscht ist.
Im Hinblick hierauf weisen die SiO₂-Teilchen bevorzugt einen Hohlraum auf, der von einer Außenhülle umschlossen ist.
Derartige SiO₂-Teilchen sind im Handel erhältlich, und ihre Herstellung ist beispielsweise in der DE 100 19 693 A beschrieben. Der gasdicht abgeschlossene Hohlraum der Teilchen enthält bevorzugt ein Porengas, das in Quarzglas nur langsam diffundiert, wie etwa Luft, Sauerstoff, Stickstoff oder Kohlendioxid.
Weiterhin hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn das Quarzglas der SiO₂-Teilchen mit Stickstoff dotiert ist.
Stickstoff liegt dabei entweder in molekularer Form vor und ist im Quarzglas-Netzwerk physikalisch adsorbiert, oder er liegt in chemisch gebundener Form als N-Verbindung vor. In jedem Fall erfolgt im Verlauf des thermischen Verdichtens der porösen Formkörper-Innenbereichs eine Freisetzung von Stickstoff, zunächst bereits bei relativ niedriger Temperatur durch Desorption von physikalisch adsorbiertem Stickstoff. Beim weiteren Aufheizen erfolgt auch eine Freisetzung von chemisch gebundenem Stickstoff (im Temperaturbereich oberhalb von etwa 1.200°C). Der dabei in die Verdichtungsatmosphäre freigesetzte Stickstoff trägt zur Porenbildung im dicht gesinterten Quarzglas bei. Diese Stickstoff-Beladung ist besonders effektiv bei Einsatz feiner SiO₂-Teilchen oder SiO₂-Granulate, die aus nanoskaligen Primärpartikeln aufgebaut sind, und die wegen ihrer großen freien Oberfläche größere Mengen an Stickstoff binden können.
Zur Erzeugung von porenhaltigem Quarzglas im Formkörper-Innenbereich kann den amorphen SiO₂-Teilchen alternativ oder ergänzend dazu eine Substanz zuge fügt werden, die beim Verdichtungsprozess ein Gas freisetzt. Als hierfür geeignete Substanzen kommen vor allem Stickstoff oder Kohlenmonoxid bildende oder abgebende Substanzen in Frage. Dies sind beispielsweise Si₃N₄ oder SiC oder AlN oder andere C- oder N-haltige Substanzen (SiON), die sich bei einer thermischen Behandlung oberhalb einer Temperatur von 1.400°C (wie etwa bei Ziehtemperatur) zersetzen ohne vorher eine flüssige zu Phase bilden.
Es hat sich als besonders vorteilhaft erwiesen, wenn die SiO₂-Teilchen sphärisch ausgebildet sind.
Im Vergleich zu Teilchen mit anderer Morphologie (wie etwa splitteriger Körnung) führen sphärische Teilchen zu Poren mit enger Größenverteilung und sie erleichtern die Einstellung einer hohen Dichte daraus erzeugter Teilchenschichten, da Verschiebungen der Teilchen gegeneinander nicht durch Verkantungen behindert werden. Dies reduziert die Sinterschwindung und vermindert Spannungen beim Sintern. Im Idealfall sind alle SiO₂-Teilchen sphärisch ausgebildet.
Im Hinblick auf einen geringen Verunreinigungsgehalt des Quarzglases ist eine Verfahrensweise bevorzugt, bei der die SiO₂-Teilchen aus synthetischem SiO₂ bestehen.
Teilchen aus synthetischem SiO₂ zeichnet sich durch eine hohe Reinheit aus. Das daraus erhaltene Quarzglas ist für optische Faseranwendungen besonders geeignet.
Bevorzugt wird der Formkörper durch thermisches Verdichten einer SiO₂-Teilchenschicht aus den SiO₂-Teilchen (auch aus SiO₂-Granulaten) auf einem Quarzglaszylinder erhalten.
Beim Verdichten (Sintern) verbindet sich die SiO₂-Teilchenschicht mit dem Quarzglaszylinder, so dass die nach dem thermischen Verdichten resultierende Formkörper-Schicht einen Teil einer Vorform zum Ziehen optischer Fasern bildet, wie etwa eine Beschichtung auf einem Kernstab. Die Formkörper-Schicht wird dabei erhalten, indem Schüttungen oder Presskörper der SiO₂-Teilchen um den Quarzglaszylinder herum angeordnet und zu offenporigem Quarzglas verdichtet werden.
Bei einer besonders bevorzugten Abwandlung dieses Verfahrens ist vorgesehen, dass beim Aufbauprozess ein Kernstab mit einer SiO₂-Teilchenschicht aus den amorphen SiO₂-Teilchen umhüllt wird, und dass die Teilchenschicht zu dem Formkörper aus offenporigem Quarzglas verdichtet wird.
Das Umhüllen des Kernstabs erfolgt durch Aufbringen einer Schlickerschicht, die die SiO₂-Teilchenin einer Suspension erhält, durch ein Einbringen des Kernstabs in eine Stützform, beispielsweise aus Graphit, und Auffüllen des Ringspalts zwischen dem Kernstab und der Stützform mit den SiO₂-Teilchen, oder durch Einbetten des Kernstabs in eine Schüttung aus den SiO₂-Teilchen. Die Teilchenschicht liegt dabei jeweils unmittelbar oder mittelbar am Mantelbereich des Kernstabs an.
Die Teilchenschicht besteht aus den amorphem Quarzglasteilchen (auch: SiO₂-Granulaten), und wird vorzugsweise vorab zu dem Formkörper in Form einer Sinterschicht aus einem offenporigen opaken Quarzglas vorverdichtet.
Das Vor-Sintern erfolgt bei vergleichsweise niedriger Temperatur, so dass eine offenporige Struktur mit einer nennenswerten inneren Oberfläche erhalten bleibt. Die offene Porosität ermöglicht es, die verbleibende innere Oberfläche der Sinterschicht nachträglich mit fluiden Reagenzien zu behandeln; insbesondere mit Gasen, die die Sinter-Resistenz der Sinterschicht erhöhen, wie dies weiter oben bereist erläutert ist.
Erfindungsgemäß wird die Sinterschicht aus dem offenporigen Quarzglas mit einer Versiegelungsschicht versehen. Hierzu wird sie beispielsweise mit einer Schicht aus besonders sinteraktiven SiO₂-Teilchen umhüllt, die unter Vakuum bei einer relativ niedrigen Temperatur im Bereich von 900 bis 1.300°C zu einer dichten Quarzglasschicht thermisch verdichtet werden kann. Das abschließende Dichtsintern der vorgesinterten Sinterschicht erfolgt dann vorzugsweise in einer Stickstoff enthaltenden Atmosphäre, beispielsweise unter Luft oder unter Stickstoff. Die offenen Poren der Sinterschicht werden dabei mit Stickstoff, also einem in Quarzglas langsam diffundierenden Gas, gefüllt. Nach dem Fertigsintern der Sinterschicht liegt eine Opakschicht aus Quarzglas mit geschlossenen Poren vor, die Stickstoff enthalten.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist insbesondere für die Herstellung eines Formkörpers geeignet, der zur Bereitstellung von Mantelglas für eine optische Faser eingesetzt wird. Daher wird bei einer besonders bevorzugten Verfahrensvariante der Formkörper zu einem Mantelglas für eine optische Faser elongiert, die eine Kernzone aus Quarzglas sowie eine die Kernzone umgebende Mantelzone aufweist, die mindestens teilweise aus dem Mantelglas erzeugt ist.
Für diesen Einsatzzweck liegt der Formkörper vor dem Ziehen der Faser in einer Vorform als Schicht, oder in einem koaxialen Ensemble von Bauteilen zwecks Weiterverarbeitung in einem üblichen „Stab-in-Rohr-Prozess” als Schicht oder als Rohr vor, und er wird beim Faserziehprozess zu der Mantelzone der optischen Faser oder einem Teil der Mantelzone elongiert.
Ausführungsbeispiele
Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen und einer Patentzeichnung näher erläutert. Im Einzelnen zeigt in schematischer Darstellung
1 eine Vorrichtung zur Behandlung eines nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erhaltenen Halbzeugs mit einem Gas, und
2 eine mikroskopische Aufnahme einer zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeigneten Rohstoffkomponente.
Beispiel 1
Eine Kernstab-Muttervorform mit einem Kern aus dotiertem Quarzglas und einem den Kern umhüllenden inneren Mantel aus undotiertem Quarzglas weist einen Außendurchmesser von 43,8 mm und ein b/a-Verhältnis (= Außendurchmesser dividiert durch den Durchmesser des dotierten Kernbereichs) von 3,51 auf. Die Kernstab-Muttervorform wird auf einen Außendurchmesser von 15,2 mm abgezogen. Der dotierte Kern hat danach einen Durchmesser von 5 mm.
Der elongierte Kernstab wird in eine allseitig geschlossene rohrförmige Grafitform eingebracht, die einen Innendurchmesser von 85 mm und eine Länge von 640 mm aufweist. An den Stirnseiten sind Graphitscheiben mit passender Innenbohrung für die Aufnahme und Zentrierung des Kernstabs vorhanden.
Um den Kernstab herum wird vorab gereinigte synthetische SiO₂-Körnung in die Graphitform eingefüllt und mittels einer Rüttelplatte auf eine Dichte von 1,58 g/cm³ mechanisch vorverdichtet. Die Hauptkomponente der SiO₂-Körnung besteht aus synthetisch erzeugten, amorphen SiO₂-Teilchen mit mehrmodaler Teilchengrößenverteilung. Das Hauptmaximum der Größenverteilung liegt bei einer Teilchengröße von etwa 30 μm (D₅₀-Wert) und ein Nebenmaximum im Bereich um 0,3 μm. Es ist erkennbar, dass die einzelnen SiO₂-Teilchen rund und sphärisch ausgebildet sind. Die SiO₂-Körnung ist frei von kristallinen Bestandteilen.
Die SiO₂-Körnung wird vorab in einem Heißchlorierverfahren bei einer Temperatur von 1.000°C in einem Durchsatz von 15 kg/h in einem Drehrohrofen gereinigt. Dabei werden Verunreinigungen, wie Eisen, Chrom, Nickel und Vanadium auf Gehalte unterhalb der Nachweisgrenze (< 20 Gew.-ppb) reduziert.
Die um den Kernstab aufgeschüttete Körnung wird anschließend durch Aufheizen auf eine Temperatur von 1.050°C unter Vakuum dehydratisiert. Zum Sintern wird die Graphitform durch eine ringförmige Heizzone bewegt und dabei zonenweise auf eine hohe Temperatur von 1.700°C aufgeheizt.
Die Graphitform wird dabei mit einer Geschwindigkeit durch die Heizzone bewegt, die sicherstellt, dass die in der Körnungsschicht von Außen nach Innen wandernde Sinterfront den Kernstab nicht erreicht, sondern ein Bereich mit einer Dicke von etwa 30 mm ungesintert und offenporig verbleibt. Die so verdichtete Körnungsschicht bildet einen Formkörper im Sinne der Erfindung. Der vollständig dicht gesinterte Bereich besteht aus transparentem Quarzglas mit einem Hydroxylgruppengehalt von 0,1 Gew.-ppm.
Beim Sintern tritt eine Sinterschwindung gegenüber dem Innendurchmesser der Graphitform auf etwa 80 mm auf. Zur Beseitigung von Grafitverunreinigungen wird die so erhaltene Vorform einen Außendurchmesser von 75 mm abgeschliffen.
Die Vorform hat somit einen Kern aus dotiertem Quarzglas, einen inneren Mantel aus undotiertem Quarzglas, einen äußeren Mantelbereich, der durch Sintern der SiO₂-Körnungsschicht erhalten worden ist und der in eine innere Zone aus undotiertem, opakem, offenporigem Quarzglas und eine äußere Zone aus transparenten Quarzglas unterteilt ist.
Das Sintern der SiO₂-Körnungsschicht führt zur Ausbildung einer gasdichten Versiegelungsschicht im Bereich beider Stirnseiten der Vorform. Vor dem Elongieren der Vorform wird die obere Versiegelungsschicht entfernt und ein so genanntes „Handle” aus Quarzglas angeschweißt.
Über das rohrförmige Handle wird der noch offenporige Bereich des Formkörpers evakuiert und anschließend mit Stickstoff geflutet.
1 zeigt schematisch eine für diesen Prozess geeignete Vorrichtung. Die Bezugsziffer 1 ist einer Vorform aus synthetischem Quarzglas zugeordnet. Diese setzt sich aus einem Kernstab 2 und einem Formkörper 5 zusammen. Der Kernstab 2 besteht aus einem Kern 3 aus dotiertem Quarzglas und einem den Kern 3 umgebenden Mantel 4 aus undotiertem Quarzglas. Der den Mantel 4 umgebende Formkörper 5 weist einen Innenbereich 6 aus offenporigem Quarzglas und einen Außenbereich aus dichtem Quarzglas auf, der eine Versiegelungsschicht 7 bildet. Auch die untere Stirnfläche des Formkörpers 5 ist mit einer dichten Quarzglashaut 11 versiegelt.
An die Oberseite des Formkörpers 5 ist ein rohrförmiges Handle 8 aus Quarzglas angeschmolzen. Über die Innenbohrung 9 des Handles 8 können dem offenporigen Innenbereich 6 des Formkörpers 5 Gase zugeführt werden und daraus abgesaugt werden, wie dies die Richtungspfeile 10 andeuten.
Zur Durchführung einer Gasbehandlung wird die Vorform 1 mit ihrem unteren Ende beginnend einer ringförmigen kurzen Heizzone 12 zugeführt und darin zonenweise erhitzt. Über die Innenbohrung 9 des Handles 8 zugeführte Gase sind durch den Kernstab 2 und die Versiegelungsschicht 7 sowie die Quarzglashaut 8 innerhalb des porösen Innenbereichs 6 eingeschlossen und können daher nicht aus der Vorform entweichen und in den umgebenden Ofenraum gelangen.
Bei einer alternativen Ausführungsform der Vorrichtung wird die Quarzglashaut 8 auch am unteren stirnseitigen Ende des Formkörpers 5 entfernt und stattdessen am unteren Ende ein weiteres rohrförmiges Quarzglas-Handle angeschmolzen, über das Gase aus dem Innenbereich 6 abgesaugt werden können. Diese Ausführungsform erlaubt eine Behandlung des offenporigen Innenbereichs mit einem Stickstoff oder einem anderen Gas im Spülbetrieb.
Die mit Stickstoffgas gefüllten Poren werden beim Ziehen zur optischen Faser zu lang gestreckten Hohlkanälen elongiert, die im Mantelbereich (Opakzone) der optischen Faser parallel zur Faser-Längsachse verlaufen.
Beispiel 2
Bei einer Abwandlung des Verfahrens nach Beispiel 1 wird der mit der SiO₂-Körnungsschicht umgebene Kernstab in der Stützform an Luft bei einer niedrigen Temperatur um 1.150°C vorgesintert, so dass aus der Körnungsschicht eine Sinterschicht aus offenporigem Quarzglas gebildet wird. Die vorverdichtete Sinterschicht bildet einen Formkörper im Sinne der Erfindung.
Der mit der Sinterschicht beschichtete Kernstab wird in eine Stützform mit größerem Innendurchmesser eingebracht und der 5 mm große Spalt zwischen der Innenwandung der Stützform und dem beschichteten Kernstab wird mit einer feinen, amorphen Quarzglaskörnung mit einem Hauptmaximum der Korngrößenverteilung bei 15 um aufgefüllt. Anschließend wird die feinere Körnung bei einer Temperatur von 1.380°C unter Vakuum zu einer Stabilisierungs- und Versiegelungsschicht aus transparentem Quarzglas mit einem Hydroxylgruppengehalt von 0,2 Gew.-ppm und mit einer Dicke von etwas weniger als 3 mm verglast. Davon wird eine Schichtdicke von etwa 1 mm zur Entfernung von Grafit-Anhaftungen abgetragen, so dass eine Enddicke der Versiegelungsschicht von etwa 2 mm verbleibt.
Der Verbundkörper aus dem mit offenporigen Quarzglas beschichteten Kernstab und verglaster und transparenter Stabilisierungs- und Versiegelungsschicht wird anschließend mit Stickstoff geflutet und unter Stickstoff bei einer Temperatur von 1.460°C fertig gesintert, wobei die offenporige Sinterschicht zu einer Opakschicht aus einem geschlossenporigen Quarzglas verglast wird, dessen Poren Stickstoff enthalten. Das Porenvolumen beträgt etwa 6% und der mittlere Porendurchmesser liegt bei 15 μm.
Der auf diese Weise mit einer zweifachen Beschichtung versehene Kernstab wird anschließend zu einer mikrostrukturierten optischen Faser elongiert, wie oben anhand Beispiel 1 beschrieben, wobei die in der Opakschicht verbliebenen Blasen zu feinen Porenkanälen ausgezogen werden und eine Opakzone der Faser mit einer Schichtdicke von etwa 10 μm bilden.
Beispiel 3
Bei einer weiteren Abwandlung des Verfahrens nach Beispiel 1 wird der Kernstab mit einer SiO₂-Körnungsschicht umgeben, wie sie in 2 gezeigt ist und die vorab gereinigt und bei hoher Temperatur unter Vakuum dehydratisiert worden ist, wie in Beispiel 1 beschrieben. Der SiO₂-Körnung werden feinteilige Si₃N₄-Partikel zugesetzt und homogen darin verteilt. Die Si₃N₄-Partikel haben einen mittleren Durchmesser von 500 nm (BET-Oberfläche: etwa 10 m²/g) und ihr Gewichtsanteil an der gesamten Körnungsmasse liegt bei 0,2 Gew.-%.
Die um den Kernstab aufgeschüttete Körnung wird anschließend durch Aufheizen auf eine Temperatur von 1.050°C unter Vakuum dehydratisiert. Zum Sintern wird die Graphitform durch eine ringförmige Heizzone bewegt und dabei zonenweise auf eine hohe Temperatur von 1.700°C aufgeheizt. Die Graphitform wird dabei mit einer Geschwindigkeit durch die Heizzone bewegt, die sicherstellt, dass die in der Körnungsschicht von Außen nach Innen wandernde Sinterfront den Kernstab nicht erreicht, sondern ein Bereich mit einer Dicke von etwa 30 mm ungesintert und offenporig verbleibt.
Beim Sintern der Körnungsschicht zersetzen sich die Si₃N₄-Partikel, so dass ein stickstoffhaltiges Gas freigesetzt wird, das sich in gasgefüllten Poren ansammelt. Die so verdichtete Körnungsschicht bildet einen Formkörper im Sinne der Erfindung. Der vollständig dicht gesinterte Außenbereich besteht aus opakem Quarzglas mit geschlossenen Poren und bildet eine Versiegelungsschicht im Sinne der Erfindung.
Das Sintern der SiO₂-Körnungsschicht führt zur Ausbildung einer gasdichten Versiegelungsschicht im Bereich beider Stirnseiten der Vorform. Vor dem Elongieren der so erhaltenen Vorform wird die obere Versiegelungsschicht entfernt und ein rohrförmiges „Handle” aus Quarzglas angeschweißt.
Über das Handle wird der noch offenporige Bereich des Formkörpers evakuiert und anschließend mit einem chlorhaltigen Gas bei einer Temperatur von 1.000°C dehydratisiert und anschließend mit Stickstoff gespült. Das Porenvolumen der Opakschicht beträgt etwa 5% und der mittlere Porendurchmesser liegt bei 15 μm.
Der auf diese Weise mit einer offenporigen Opakschicht und einer Versiegelungsschicht umhüllte Kernstab wird anschließend zu einer mikrostrukturierten optischen Faser elongiert, wie oben anhand Beispiel 1 beschrieben. Die mit Stickstoffgas gefüllten Poren der Opakschicht werden beim Ziehen zur optischen Faser zu lang gestreckten Hohlkanälen elongiert, die im Mantelbereich (Opakzone) der optischen Faser parallel zur Faser-Längsachse verlaufen.
In der mikrostrukturierten optischen Faser mit einem Durchmesser von 125 μm hat die Opakzone eine Schichtdicke vom etwa 16 μm.
Beispiel 4
Es wird ein Schlicker gemäß dem in der WO 2008/04061 beschriebenen Verfahren hergestellt. Hierbei werden SiO₂-Rohstoffkomponenten eingesetzt, die aus amorphen, synthetisch erzeugten, sphärischen SiO₂-Teilchen mit bimodaler Teilchengrößenverteilung besteht, und die ähnlich zu der in 2 gezeigten SiO₂-Rohstoffkomponente sind, abgesehen von dem mittleren Teilchendurchmesser der größeren Fraktion, der bei D₅₀-Werten von etwa 5 μm, 15 μm oder um 30 μm liegt. Diese Rohstoffkomponenten werden je nach ihrem D₅₀-Wert mit R₅, R₁₅, beziehungsweise als R₃₀ bezeichnet. Die Rohstoffkomponenten werden vor der Herstellung des Schlickers in einem Heißchlorierverfahren bei einer Temperatur von 900°C gereinigt, wie oben bereits mehrfach erläutert worden ist.
Außerdem werden SiO₂-Nanoteilchen mit Durchmessern um 40 nm in Form „pyrogener Kieselsäure” eingesetzt. Für den Schlicker wird folgende Rezeptur verwendet:

R₃₀: 800 g
R₁₅: 150 g
R₅: 50 g
Pyrogene Kieselsäure mit einer BET-Oberfläche von 50 m²/g: 135 g

Die Oberfläche eines Kernstabs wird mit Alkohol und anschließend zur Beseitigung anderer Oberflächenverunreinigungen in 3%-iger Flusssäure gereinigt und anschließend mit dem SiO₂-Schlicker beschichtet, indem eine Schlickerschicht mittels Ziehschablonen in zwei Stufen auf dem Kernstab aufgetragen wird.
Diese zweistufig aufgetragene Schlickerschicht wird zunächst ca. 5 Stunden bei Raumtemperatur und anschließend mittels eines IR-Strahlers an Luft getrocknet. Die getrocknete Schlickerschicht ist rissfrei und sie hat eine mittlere Dicke von etwa 4,8 mm.
Der mit der Schlickerschicht versehene Kernstab wird zum Entfernen von Hydroxylgruppen bei 1.100°C unter Vakuum getempert und anschließend 60 min lang mit Stickstoff unter einem Druck von 20 bar beaufschlagt. Dabei bleibt die Schlickerschicht als offenporige Struktur erhalten und bildet einen Formkörper im Sinne der Erfindung. Die zylindrische Außenwandung des Formkörpers wird mittels einer Plasmaflamme unter gleichzeitiger Abscheidung und Verglasung eines mit Fluor dotierten Quarzglases oberflächlich verdichtet, so dass sich eine Versiegelungsschicht aus dichtem undotiertem Quarzglas mit einer mittleren Dicke von etwa 0,5 mm ausbildet, das mit einer dichten Glasschicht aus fluordotiertem Quarzglas mit einer Dicke von ebenfalls 0,5 mm verstärkt ist. Infolge des raschen Aufheizens in Kombination mit der hohen Temperatur der Plasmaflamme bleibt im porösen Bereich des Formkörpers eine gewisse Porosität erhalten.
Der so beschichtete und vorbehandelte Kernstab wird von einem Jacketrohr überfangen und dabei eine Vorform mit einer Zwischenschicht aus weitgehend geschlossenporigem Quarzglas erzeugt.
Danach werden die Enden der Vorform versiegelt und die Vorform zu einer mikrostrukturierten optischen Faser gezogen, die eine mit feinen Porenkanälen durchzogene Opakzone mit einer Dicke von etwa 8 μm aufweist.
Beispiel 5
Ein Kernstab mit einem Außendurchmesser von 20 mm wird in ein Rohr aus porösem SiO₂-Soot (Sootrohr) mit einem Innendurchmesser von 30 mm und einer Wandstärke von 30 mm eingesetzt. Der Ringspalt zwischen dem Kernstab und der Innenwandung des Sootrohres wird anschließend mit amorpher, synthetisch erzeugter Quarzglaskörnung aufgefüllt.
Die Quarzglaskörnung besteht aus Quarzglasteilchen mit einer bimodalen Teilchengrößenverteilung mit einem Hauptmaximum der Teilchengröße bei 30 μm und einem Nebenmaximum bei 1,5 μm. Sie wurde vorab in einem Heiß-Chlorierungsverfahren gereinigt und getrocknet, wie oben anhand Beispiel 1 erläutert.
Der Verbund aus Kernstab, Quarzglaskörnung und porösem Sootrohr wird in einem Ofen mit ringförmiger Heizzone zonenweise kurzzeitig auf eine hohe Temperatur von 1.600°C unter Vakuum aufgeheizt, so dass das Sootrohr zu transparentem Quarzglas sintert und eine Versiegelungsschicht im Sinne der Erfindung bildet. Das Sootrohr schrumpft dabei auf die Körnungsschicht auf und fixiert diese.
Anschließend wird an den verglasten Bereich des Sootrohres ein rohrförmiges Handle angesetzt, wie oben anhand Beispiel 1 beschrieben. Durch das Handle wird ein SiF₄ enthaltendes Gas in die noch offenporige Körnungsschicht eingeleitet und dabei gleichzeitig zonenweise auf eine Temperatur von 1.600°C aufgeheizt, die zum Dichtsintern der Körnungsschicht ausreicht. Auf diese Weise wird der poröse Teil SiO₂-Körnungsschicht, der eine Schichtdicke um 10 mm hat, mit Fluor dotiert.
Die so hergestellte Vorform wird zu einer optischen Faser gezogen, in der das mit Fluor dotierte Quarzglas der vorherigen Körnungsschicht einen Teil des Mantels bildet.
Beispiel 6
Ein Quarzglasstab wird in eine Form mit zylinderförmigem Innenraum eingesetzt und der Spalt zwischen der Innenwandung der Form und dem Kernstab wird mit zwei SiO₂-Körnungsschichten aufgefüllt. Die Körnungsschichten werden erzeugt, indem die entsprechenden Körnungen mittels eines Schüttrüssels gleichzeitig eingebracht werden.
Die innere Körnung besteht aus amorphen synthetisch erzeugten, sphärischen Quarzglasteilchen mit mehrmodaler Teilchengrößenverteilung, wie sie die REM-Aufnahme von 2 zeigt. Bei dieser Rohstoffkomponente liegt das Hauptmaximum der Größenverteilung bei einer Teilchengröße von etwa 40 μm (D₅₀-Wert) und ein Nebenmaximum im Bereich um 0,5 μm. Es ist erkennbar, dass die einzelnen SiO₂-Teilchen rund und sphärisch ausgebildet sind. Eine Besonderheit der Körnung liegt darin, dass eine Anzahl der größeren Teilchen einen Hohlraum mit einer mittleren Größe um 15 μm aufweisen.
Die SiO₂-Körnung wird vorab in einem Heißchlorierverfahren bei einer Temperatur von 1.000°C in einem Durchsatz von 15 kg/h in einem Drehrohrofen gereinigt. Dabei werden Verunreinigungen, wie Eisen, Chrom, Nickel und Vanadium auf Gehalte unterhalb der Nachweisgrenze (< 20 Gew.-ppb) reduziert. Die SiO₂-Körnung ist amorph und frei von kristallinen Bestandteilen.
Die weiter außen liegende Körnung besteht aus amorphen, synthetisch erzeugten Quarzglasteilchen mit bimodaler Teilchengrößenverteilung, die sich durch ein Hauptmaximum der Teilchengröße bei 15 μm und ein zweites Maximum bei etwa 1,5 μm auszeichnet. Diese Körnung weist keine inneren Hohlräume auf.
Der Verbund aus Quarzglasstab und Körnungsschichten wird in einer stickstoffhaltigen Atmosphäre bei einer Temperatur von 1.200°C gesintert. Dabei wird die innere Körnungsschicht zu einer Opakschicht aus offenporigem opakem Quarzglas thermisch verdichtet und die äußere Körnungsschicht zu einer Schicht aus transparentem Quarzglas.
Das Porenvolumen der Opakschicht beträgt etwa 5% und der mittlere Porendurchmesser liegt bei 5 μm.
Anschließend wird an den Bereich aus transparentem Quarzglas ein rohrförmiges Handle angesetzt, wie oben anhand Beispiel 1 beschrieben. Durch das Handle wird ein SiF₄ enthaltendes Gas in das noch offenporige Opakschicht eingeleitet und dabei gleichzeitig zonenweise auf eine Temperatur von 1.600°C aufgeheizt, die zum Dichtsintern der Körnungsschicht ausreicht. Auf diese Weise wird auch die poröse, offenporige Opakschicht verdichtet und gleichzeitig mit Fluor dotiert.
Der so beschichtete Kernstab wird mit zusätzlichem Mantelmaterial in Form eines Jacketrohres versehen und dabei gleichzeitig zu einer optischen Faser gezogen, in der das mit Fluor dotierte Quarzglas der vorherigen Körnungsschicht einen Teil des Mantels bildet.
Beispiel 7
Auf einem Kernstab, der eine Kernzone und eine die Kernzone umhüllende Mantelzone aufweist, wird eine Quarzglaskörnung isostatisch aufgepresst. Die Quarzglaskörnung weist eine mittlere Korngröße (D₅₀-Wert) von 15 μm auf und sie wurde vorab in einem Heißchlorierverfahren gereinigt.
Der Verbund aus Kernstab und aufgepresster Quarzglaskörnung wird in einem Vakuumofen mit Quarzglaskleidung bei 1100°C während einer Dauer von 20 h unter einem Druck von 0,02 mbar dehydratisiert.
Anschließend wird der Verbund in eine angepasste Drehvorrichtung eingespannt und sein Zylinderaußenmantelfläche unter Rotation um seine Längsachse mittels eines Plasmabrenners erhitzt und dabei lokal und zonenweise versiegelt, indem gleichzeitig mittels des Plasmabrenners eine SiO₂-Schicht auf dem Zylinderaußenmantel des Verbundes abgeschieden und diese direkt zu einer Versiegelungsschicht mit einer Dicke von 2 mm verglast wird.
Anschließend wird stirnseitig ein rohrförmiges Handle angeschweißt, das mit einer Vakuumpumpe verbunden wird. Die so hergestellte Vorform wird unter Anlegen eines Vakuums in einem Faserziehturm unmittelbar zu einer optischen Faser abgezogen.
Die erhaltende Faser ist vollkommen transparent, weist im Mantelbereich der auf die Quarzglaskörnung zurückzuführen ist einen OH-Gehalt von weniger als 0,2 Gew.-ppm. auf und sie ist für den Einsatz als so. genannte „All-Wave-Faser” für den Einsatz in der Telekommunikationstechnik geeignet.
Beispiel 8
Auf einem Kernstab, der eine Kernzone und eine die Kernzone umhüllende Mantelzone aufweist wird Quarzglaskörnung aufgebracht. Die Quarzglaskörnung besteht aus einer Mischung verschiedener synthetischer Körnungen, die sich durch D₅₀-Werte von 30 μm, 5 μm und 300 nm auszeichnen, wobei das Mischungsverhältnis in der Reihe der genannten Korngrößen 66 Gew.-%, 30 Gew.-% und 4 Gew.-% beträgt.
Die Körnung wird vorab in einem Heißchlorierverfahren gereinigt und anschließend auf den Kernstab isostatisch aufgepresst, unter Bildung eines Verbundkörpers aus Kernstab und einer vorverfestigten Quarzglas-Körnungsschicht mit einer Dicke von 20 mm.
Der Verbundkörper wird in eine angepasste Drehvorrichtung eingespannt, wobei entlang der Zylindermantelfläche ein Karbonheizer und ein Laser bewegbar sind. Der um die Drehachse rotierende Verbundkörper wird mittels des Karbonheizers auf eine Temperatur von 1000°C vorgeheizt und anschließend mittels des nacheilenden Lasers oberflächlich verglast. Die sich dabei bildende Versiegelungsschicht hat eine mittlere Dicke von etwa 1 mm.
Anschließend wird stirnseitig ein rohrförmiges Handle angeschweißt und der noch poröse Bereich des Verbundes unter Vakuum und hoher Temperatur dehydratisiert, wie dies oben anhand Beispiel 7 beschrieben worden ist.
Anschließend wird der dehydratisierte und noch poröse Bereich des Verbundkörpers in trockenem Stickstoff geflutet und direkt zu einer optischen Faser abgezogen. Der noch poröse Bereich des Bundes wird dabei zu einer Opakzone der Faser abgezogen, die geschlossene, lang gestreckte Hohlräume enthält. Die so erhaltene Faser zeichnet sich durch eine hohe Biegeunempfindlichkeit aus.
Beispiel 9
Auf einem Kernstab, der eine Kernzone und eine die Kernzone umhüllende Mantelzone aufweist wird durch isostatisches Pressen eine Quarzglaskörnung aufgebracht, die in Form von SiO₂-Granulat vorliegt. Das Granulat besteht aus Agglomeraten nanoskaliger Primärpartikel und wurde vorab in einem Heißchlorierverfahren gereinigt.
Der Verbundkörper wird in einem Vakuumofen mit Quarzglasauskleidung bei 1100 °C während einer Dauer von 20 Stunden bei einem Druck 0,02 mbar dehydratisiert und abschließend mit trockenem Stickstoff bei einer Temperatur 1140°C während einer Dauer von einer Stunde beaufschlagt.
Anschließend wird der Verbundkörper in eine angepasste Drehvorrichtung eingespannt und unter Rotation um seine Längsachse mittels eines zwischen zwei Elektroden gezündeten Lichtbogens oberflächlich versiegelt, indem der geweiteten Lichtbogen langsam an der Zylindermantelfläche des rotierenden zylinderförmigen Verbundkörpers vorbeigeführt wird.
Auf diese Weise wird eine gasdichte Versiegelungsschicht mit einer mittleren Dicke von etwa 4 mm erzeugt, wobei unter der Versiegelungsschicht eine noch poröse Granulat-Körnungsschicht mit einer Dicke von etwa 15 mm verbleibt.
An den Verbundkörper wird stirnseitig ein rohrförmiges Handle angeschweißt, über das der noch poröse Bereich evakuierbar ist. Unter Anlegen eines Vakuums (0,02 mbar) durch das Handle wird so hergestellte Vorform in einem Faserziehofen unmittelbar zu einer optischen Faser abgezogen, wobei ein Dichtsinteren des porösen Bereichs der Granulat-Körnungsschicht aufgrund der vorherigen Belegung mit Stickstoff verhindert und dadurch in der abgezogenen optischen Faser eine Opakzone mit lang gestreckten Hohlräumen erzeugt wird. Die so erhaltene optische Faser zeichnet sich durch eine hohe Biegeunempfindlichkeit aus.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- DE 3240355 C1 [0004]
- DE 3521119 C2 [0005]
- JP 2005-247620 A [0009]
- WO 2007/055881 A1 [0010]
- DE 10019693 A [0063]
- WO 2008/04061 [0109]

Claims

Verfahren zur Herstellung eines Quarzglaskörpers umfassend einen Aufbauprozess, bei dem aus amorphen SiO₂-Teilchen ein offenporiger Formkörper (5) mit zylinderförmiger Außenseite gebildet wird, und einen Verdichtungsprozess, bei dem der Formkörper (5) zu dem Quarzglaskörper thermisch verdichtet wird, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Verdichtungsprozess die zylinderförmige Außenseite des Formkörpers (5) unter Belassung eines offenporigen Formkörper-Innenbereichs (6) mit einer gasdichten Versiegelungsschicht (7) versehen, und der mit der gasdichten Versiegelungsschicht (7) versehene offenporige Formkörper-Innenbereich (6) einer Konditionierungsbehandlung unterzogen wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Versiegelungsschicht (7) erzeugt wird, indem die Formkörper-Außenseite thermisch verdichtet wird.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Formkörper-Außenseite durch Erhitzen mit einem Plasmabrenner thermisch verdichtet wird.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Formkörper-Außenseite durch Erhitzen mit einem Lichtbogen thermisch verdichtet wird.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Formkörper-Außenseite durch Erhitzen mit einem Laser thermisch verdichtet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich der Formkörper-Außenseite eine sinteraktive SiO₂-Körnung vorgesehen ist, die feine SiO₂-Teilchen mit einer mittleren Teilchengröße (D₅₀-Wert) von weniger als 30 μm, vorzugsweise mit einer mittleren Teilchengröße (D₅₀-Wert) von weniger als 20 μm aufweist.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Versiegelungsschicht (7) erzeugt wird, indem auf der Formkörper-Außenseite durch Abscheiden und direktem Verglasen von SiO₂-Teilchen eine gasdichte Oberflächenbeschichtung ausgebildet wird.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Abscheiden von SiO₂-Teilchen mittels eines Plasma-Abscheidebrenners erfolgt, und dass die SiO₂-Teilchen beim Abscheiden mit Fluor dotiert werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Versiegelungsschicht (7) eine mittlere Dicke im Bereich von 0,5 mm bis 5 mm aufweist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Konditionierungsbehandlung ein Dehydratisieren des Innenbereichs (6) durch Erhitzen auf eine Temperatur oberhalb von 800°C und Einleiten eines Reaktionsgases in den Innenbereich (6) umfasst.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Konditionierungsbehandlung ein Dehydratisieren des Innenbereichs (6) durch Erhitzen auf eine Temperatur im Bereich zwischen 900°C und 1.200°C, vorzugsweise 950°C bis 1.150°C und Evakuieren des Innenbereichs (6) umfasst.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Konditionierungsbehandlung ein Dotieren des Innenbereichs (6) durch Zuführen eines einen Dotierstoff enthaltenden Reaktionsgases in den Innenbereich (6) umfasst.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Konditionierungsbehandlung ein Beladen des Innenbereichs (6) mit einem Porengas, enthaltend Luft, Stickstoff, Sauerstoff, Kohlendioxid oder Kohlenmonoxid, umfasst, indem das Porengas in den Innenbereich (6) eingeleitet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Aufbauprozess ein Pulveraufbauprozess ist, bei dem der Formkörper (5) aus SiO₂-Teilchen in Form von Quarzglasteilchen mit einer mittleren Teilchengröße zwischen 1 μm und 2.000 μm (D₅₀-Wert) aufgebaut und im Verdichtungsprozess zu Quarzglas, das geschlossene Poren enthält, verdichtet wird.
Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Poren ein Porenvolumen im Bereich von 0,1 bis 15 % des Volumens des Formkörpers (5) einnehmen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die geschlossenen Poren ein Porengas enthalten, das aus einem oder mehreren der folgenden Gase ausgewählt wird: Luft, Stickstoff, Sauerstoff, Kohlendioxid und Kohlenmonoxid.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens 50% der SiO₂-Teilchen eine mittlere Teilchengröße von mindestens 30 μm aufweisen.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die SiO₂-Teilchen einen Hohlraum aufweisen, der von einer Außenhülle umschlossen ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Quarzglas der SiO₂-Teilchen mit Stickstoff dotiert ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die SiO₂-Teilchen sphärisch ausgebildet sind.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die SiO₂-Teilchen aus synthetischem SiO₂ bestehen.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Formkörper (5) durch thermisches Verdichten einer SiO₂-Teilchen-schicht aus den SiO₂-Teilchen auf einem Quarzglaszylinder erhalten wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass beim Aufbauprozess ein Kernstab (2) mit einer SiO₂-Teilchenschicht aus den amorphen SiO₂-Teilchen umhüllt wird, und dass die SiO₂-Teilchenschicht zu dem Formkörper (5) aus offenporigem Quarzglas verdichtet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Formkörper (5) zu einem Mantelglas für eine optische Faser elongiert wird, die eine Kernzone aus Quarzglas sowie eine die Kernzone umgebende Mantelzone aufweist, die mindestens teilweise aus dem Mantelglas erzeugt ist.