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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines kompakten
Körpers aus synthetischem Quarzglas im Brennraum eines
Muffelofens mittels eines Brennstoffes, einem chemischen Oxidationsmittel, sowie
einer verdampfbaren, gasförmigen Siliziumverbindung durch
Flammhydrolyse, einen Muffelofen hierzu, sowie das damit erhaltene
Quarzglas selbst.
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Quarzglas
ist ein transparentes Glas, welches ausschließlich aus
SiO2 besteht. Quarzglas ist seit langem
bekannt und wird aufgrund seiner guten Durchlässigkeit
für infrarote bis ultraviolette Strahlung, d. h. für Licht
einer Wellenlänge von ca. 3500 bis 160 nm, wegen seiner
hohen Temperaturwechselbeständigkeit, sowie wegen seiner
hohen Beständigkeit gegenüber chemischen Angriffen
vielseitig verwendet. Eine besondere Rolle spielt Quarzglas als
Fenster- und Linsenmaterial für optische Elemente, die
im ultravioletten Bereich durchlässig sind, wie beispielsweise
für Excimer-Laser und in der Photolithographie. Ein weiterer
wichtiger Einsatz von Quarzglas ist seine Verwendung als Material
für Lichtleitkabel, mit der beispielsweise Laserstrahlen
oder auch Nachrichten und Informationen übermittelt werden
können. Es hat sich jedoch gezeigt, dass auch Quarzglas
von besonderer Reinheit häufig eine Absorptionsbande von
2500 bis 3000 nm aufweist, sowie durch eine sog. intrinsische Defekte
(ODC) verursachte, laserinduzierte Fluoreszenz, die sich durch eine
Absorption, insbesondere im Wellenbereich von 651 nm auszeichnet.
Es sind daher bereits vielfältige Versuche unternommen worden,
die Qualität von Quarzglas weiter zu verbessern.
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Zur
Verbesserung dieser Probleme wird beispielsweise für besonders
hochqualitative Anforderungen ausschließlich synthetisches
Quarzglas hergestellt. Dabei wird üblicherweise ein gasförmiges
Siliziumhalogenid in einem Brennraum mit Knallgas verbrannt und
so flammhydrolytisch zu SiO2 umgesetzt,
welches dann zu feinen Tröpfchen kondensiert, die mittels
Thermophorese an einem Target abgeschieden werden. Auf diese Weise
entsteht nach und nach ein meist stab- oder walzenförmiger
synthetischer Quarzglaskörper.
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Das
flammhydrolytische Gemisch wird üblicherweise durch das
Zusammenströmen der Gase aus verschiedenen Düsen
durchgeführt, wobei das gasförmige Siliziumhalogenid
zusammen mit einem Trägergas über eine zentrale
Düse in den Brennraum eines Muffelofens eingeleitet wird.
Um diese zentrale Rohstoffdüse sind konzentrisch ringförmige
Brenn- und Oxidationsdüsen angeordnet, welche alternierend
die Zentrale umschließen. Auf diese Weise wird zumindest
bis zum Target bzw. der Targetfläche an der die gebildeten SiO2-Tröpfchen abgeschieden werden,
ein mehr oder weniger laminarer Gasstrom erzeugt. Die Abscheidung der
SiO2-Tröpfchen auf der Targetoberfläche
erfolgt üblicherweise mittels Thermophorese. Es sind bereits
vielfältige Versuche unternommen worden, dieses Verfahren
zu verbessern.
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So
beschreibt beispielsweise die
WO
98/40319 eine Vorrichtung zur Herstellung einer Vorform
aus synthetischem Quarzglas, bei der ein Muffelofen mit einer horizontal angeordneten
Brennkammer zwei einander gegenüberliegende, unterschiedlich
große Öffnungen aufweist, von denen die größere
zur Entnahme der Vorform und die kleinere zur Einführung
einer Brenndüse dient. Dabei vergrößert
sich der Muffelinnenraum bzw. Brennraum von der kleineren zur größeren Öffnung.
Die Gesamtlänge des Muffelofens beträgt dabei
das Zweifache des Durchmessers der Vorform aus synthetischem Quarzglas.
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In
der
DE-A 42 03 287 ist
ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zur Herstellung von synthetischem Quarzglas
beschrieben, bei dem die SiO
2-Abscheidefläche
an dem wachsenden Quarzglaskörper mit Hilfe optoelektronischer
Mittel in einem konstanten Abstand zu den Brennerdüsen
gehalten wird. Dabei wird ein gepulstes Lichtstrahlbündel
so ausgestrahlt, dass sein Achsstrahl die Ablagerungsfläche
tangiert. Wird das Lichtstrahlbündel durch das aufgewachsene
und abgeschiedene Quarzglas unterbrochen, dann wird mittels einer Vorrichtung
der gebildete Quarzglaskörper so weit von der Brenndüse
weggezogen, bis das gepulste Lichtstrahlenbündel wieder
die Ablagerungsfläche passieren kann.
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Die
WO 2004/065314 A beschreibt
ebenfalls ein Verfahren zur Herstellung von synthetischem Quarzglas,
bei dem als Rohstoff oder Siliziumprecursor ein Gemisch aus einer
ein singuläres Siliziumatom enthaltenden monomeren Siliziumverbindung
und einer mehrere Siliziumatome enthaltenden oligomeren Siliziumverbindung
eingesetzt wird, wobei jedoch die oligomere Siliziumverbindung in
der Mischung maximal 70% des Gesamtsiliziumgehaltes betragen darf.
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Die
JP-A 2006-016292 beschreibt
einen Brenner zur Herstellung von synthetischem Quarzglas, bei dem
um die zentrale Rohstoffdüse und um die konzentrisch hierum
angeordneten ringförmigen Brennerdüsen eine außen
liegende Ringdüse angeordnet ist, durch welche ein Gas
mit geringer Reaktivität eingeleitet wird, das die Rohstoff-
und Brennergase mantelförmig umgibt und diese gegenüber äußeren
Einflüssen abschirmt.
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Alle
diese Verfahren benötigen eine hohe Brennerleistung um
den teuren Siliziumvorläufer ausreichend zu hydrolysieren
und abzuscheiden. Es hat sich nämlich gezeigt, dass bei
diesen Verfahren ein relativ hoher Anteil an sog. „Falschluft” mit
eingetragen wird, welche die Brennerflamme abkühlt, wodurch
nicht nur ein Energieverlust entsteht, sondern auch die Flammhydrolyse
der Siliziumverbindung zum SiO2 nur unzureichend
erfolgt. Mit den Verfahren des Stands der Technik werden typischerweise
60 bis 75% der eingesetzten Siliziumverbindung an dem jeweiligen
Target abgeschieden. Die Erfindung hat daher zum Ziel, den Energieverbrauch
zu senken und die Abscheidung und damit die Ausbeute an Siliziumdioxid
zu erhöhen.
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Darüber
hinaus soll ein Quarzglas mit einer verbesserten, homogeneren radialen
Brechzahlverteilung, einer hohen Transmission, sowie einer geringeren
laserinduzierten Fluoreszenz (LIF) insbesondere im Wellenbereich
von 651 nm bereitgestellt werden.
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Dieses
Ziel wird durch die in den Ansprüchen definierten Merkmale
erreicht. Es wurde nämlich gefunden, dass die Ausbeute
und die Qualität des synthetischen Quarzglases dadurch
gesteigert werden kann, indem die Düsenöffnung
die zentrale Rohstoffdüse ringförmig umgebenden
Brenn- und Oxidationsdüsen derart eingestellt werden, dass
sie ein Spaltverhältnis zwischen der zweiten und dritten
Düse von mindestens 3,8, insbesondere mindestens 4 aufweisen,
wobei mindestens 4,2, insbesondere mindestens 4,4 bevorzugt sind. Die
maximalen Verhältnisse betragen 5,6, insbesondere 5,4,
wobei maximal 5,2 bevorzugt ist. Ganz besonders bevorzugt sind Verhältnisse
von maximal 5,0. Die Spaltverhältnisse zwischen der ersten
und der zweiten Düse betragen mindestens 6,0, vorzugsweise
mindestens 6,2, wobei mindestens 6,4 besonders bevorzugt ist. Die
Maximalwerte betragen vorzugsweise 8,2 und insbesondere 7,5, wobei
maximal 7,0 besonders bevorzugt ist.
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Es
hat sich gezeigt, dass durch die Einstellung der Spaltverhältnisse
bzw. Düsenquerschnitte und insbesondere durch das Verhältnis
der Volumenströme von Dosierstrom SiCl2 und
dem trockenen Dosiersauerstoff sowie den Brennergasen, insbesondere
H2 und O2, die Ausbildung
der ungewünschten roten Fluoreszenz vollständig
beseitigt bzw. extrem verringert werden kann.
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Die
Querschnittsflächen für die erste die Dosierdüse
umgebende Sauerstoffdüse beträgt vorzugsweise
mindestens 6, insbesondere 6,8 bzw. 7 mm2,
wobei mindestens 7, 1 bzw. 7,2 besonders bevorzugt sind. Maximale
Querschnittsflächen betragen 9, insbesondere 8,8, wobei
Maximalwerte von 8,5 bzw. 8,3 bevorzugt sind. Besonders bevorzugt
sind Maximalwerte von 8 bzw. 7,8 mm2. Die
bevorzugten Querschnittsflächen für die zweite
Wasserstoff einspeisende Ringdüse (zweite Brennerdüse)
beträgt mindestens 115 mm2, wobei
120 mm2 bevorzugt sind. Besonders bevorzugt
sind Werte von mindestens 122 mm2. Bevorzugte
Maximalwerte betragen maximal 135, insbesondere maximal 130, wobei
Maximalwerte von 128 besonders bevorzugt sind. Bevorzugte Werte
für die Querschnittsfläche der dritten Ringdüse
(Sauerstoffdüse betragen mindestens 35 mm2,
wobei mindestens 38 bzw. mindestens 40 mm2 bevorzugt
sind). Bevorzugte Maximalquerschnittsflächen betragen 50,
insbesondere maximal 45 mm2, wobei maximal
43 bevorzugt sind. Bevorzugte Querschnittsflächen für
die vierte Ringdüse (Wasserstoffbrenndüse betragen
mindestens 150, insbesondere mindestens 160 mm2,
wobei mindestens 162 mm2 bevorzugt sind).
Typische Maximalquerschnittsflächen betragen 180 mm2 bzw. 170 mm2, wobei
168 mm2 besonders bevorzugt sind. Erfindungsgemäß hatte
sich gezeigt, dass die Spaltverhältnisse der dritten Sauerstoffringdüse
zur vierten Wasserstoffringdüse vorzugsweise mindestens
4,6, insbesondere mindestens 4,7 betragen, wobei mindestens 4,8
bevorzugt ist. Bevorzugte Maximalverhältnisse betragen
5,6, insbesondere 5,2, wobei maximal 5,1 bevorzugt ist.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform können die Volumenströme
der beiden Düsen über die Mischungsverhältnisse
- MV innen: H2-2/(O2tr + O2-1 + O2-3/2)
- MV prakt: (H2-2/2 + H2-4/2)/O2-3
beschreiben, wobei tr
der trockene Sauerstoff der Zentraldüse ist. Die Mischungsverhältnisse
können in einem weiten Bereich je nach gefordertem OH-Gehalt
variiert werden. Der Bereich liegt zwischen 1,7–2,5, bevorzugt ist
der Bereich zwischen 1,9–2,3.
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Die
Volumenströme des Wasserstoffes bestimmen aber auch die
Gesamtleistung des Brenners und können nicht beliebig gesenkt
werden. So werden für den H2-2 Volumenströme verwendet,
die im Bereich von 130–90 slm (Standard Liter pro Minute),
bevorzugt 120–105 slm und für den O2-3 Volumenströme
von 70–35 slm, bevorzugt 65–40 slm liegen.
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Vorzugsweise
wird sowohl das Oxidationsmittel als auch das Brenngas mit einer
unterschiedlichen Austrittsgeschwindigkeit in den Brennraum als
die zentrale Rohstoffdosierung eingeleitet.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform sind die beiden inneren
Brenngas- und Oxidationsmitteldüsen von weiteren alternierenden
Brenn- und Oxidationsgasdüsen umschlossen. Dabei wird üblicherweise
zwischen innen und außen liegenden Ringdüsen unterschieden,
wobei die vier innen liegenden Brenngas- und Oxidationsgasdüsen
als Innendüsenbereich und die weiter außen liegenden
als Außendüsenbereich bezeichnet werden. In einer
bevorzugten Ausführungsform umfasst der Außenbereich
mindestens zwei, insbesondere mindestens vier oder fünf
Düsen. Prinzipiell ist die maximale Anzahl der Düsen
nicht begrenzt, jedoch haben sich Maximalwerte von höchstens
sieben, insbesondere höchstens sechs Außendüsen
als völlig ausreichend erwiesen. Vorzugsweise beträgt
die maximale Anzahl an Außendüsen fünf,
insbesondere vier.
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In
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform werden die Außendüsen
von einer noch weiter außen liegenden Ringdüse
umgeben, die ein inertes bzw. wenig reaktionsfreudiges Hüllgas
um die Reaktionsgase herum, einleitet.
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Da
sich die Falschluft nicht völlig vermeiden lässt,
wird in einer anderen bevorzugten Ausführungsform, die
auch bei diesem System mit eingetragene Falschluft zuvor erwärmt.
Dabei haben sich Temperaturen von mindestens 90°C, insbesondere
mindestens 100°C als zweckmäßig erwiesen,
wobei mindestens 120°C bzw. 140°C bevorzugt ist.
Besonders bevorzugt sind Temperaturen von mindestens 150°C.
Zweckmäßige Maximaltemperaturen betragen 300°C
bzw. 280°C, wobei maximal 260°C bzw. 250°C
bevorzugt sind. Vorzugsweise werden auch die ganze außen
liegende Falschluft bzw. das Hüllgas ebenso erwärmt.
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Es
wurde auch gefunden, dass sich unabhängig von den zuvor
definierten Maßnahmen, die der Erfindung zugrunde liegenden
Ziele auch dadurch erreichen lassen, dass die Brennkammer bzw. dessen
Muffelumhausung verlängert wird, und zwar derart, dass
diese die Abscheidungsfläche auf dem Target bzw. dem bereits gebildeten
Quarzglaskörper bzw. die Spitze davon um mindestens 200,
insbesondere mindestens 220 und vorzugsweise mindestens 240 mm einhaust
bzw. überragt. Besonders bevorzugt erstreckt sich die Muffeleinhausung
um mindestens 250, insbesondere mindestens 260 mm über
die Abscheidungsfläche.
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In
einer zusätzlichen bevorzugten Ausführungsform
ist der untere Teil der Muffel über den oberen Teil hinaus
verlängert und zwar um mindestens das 1,1-, vorzugsweise
mindestens das 1,5-fache, wobei mindestens das 1,2-fache besonders
bevorzugt ist. Dadurch wird ein sog. „halboffenes Brennkammersystem” gebildet.
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Darüber
hinaus hat es sich als zweckmäßig erwiesen, das
Ende bzw. den Rand des unteren Teils der Muffeleinhausung mittels
einer nach innen gerichteten halb kranzförmigen Barriere
bzw. Wand abzusperren. Die Absperrung sollte ein Verhältnis
zum Durchmesser der Quarzglaswalze von mindestens 1:1,1; vorzugsweise
von 1:1,2 ± 0,5 und höchstens von 1:1,8 aufweisen.
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Es
hat sich als zweckmäßig erwiesen, die verbrannten
Abgase zusammen mit den nicht abgeschiedenen SiO2-Partikeln
bzw. -Tröpfchen, sowie der Falschluft durch Absaugen zu
entfernen. Vorzugsweise findet das Absaugen an einer Stelle statt,
nachdem die gezielte Abscheidung der SiO2-Tröpfchen
an dem wachsenden Quarzglaskörper bereits erfolgt ist.
Typischerweise beginnt das Absaugen an einer Stelle, an der die
Muffeleinhausung endet, d. h. mindestens 200 mm nach der Abscheidungsfront
bzw. -fläche am Target des Quarzglaskörpers angeordnet.
Das bedeutet, dass das Absaugen typischerweise dann durchgeführt
wird, wenn der verbrauchte Gasstrom die Muffeleinhausung verlässt.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sind mindestens
90% des Weges den der Gasstrom vom Verlassen der Brennerdüse
bis zum Absaugen zurücklegt, eingehaust. Besonders bevorzugt
ist eine Einhausung von mindestens 95, insbesondere mindestens 98%
des Weges.
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Das
Absaugen selbst erfolgt hauptsächlich durch thermische
Konvektion. In einer zweckmäßigen Ausführungsform
erfolgt jedoch das Absaugen durch Erzeugen eines leichten Unterdruckes
von mindestens 2, insbesondere mindestens 3 mbar, wobei ein Unterdruck
von mindestens 4 bzw. 5 mbar bevorzugt ist. Maximale Unterdrücke
betragen zweckmäßigerweise 250 mbar, wobei sich
ein maximaler Unterdruck von 200, insbesondere 150 mbar als zweckmäßig
erwiesen hat. In vielen Fällen reichen Unterdrücke
von max. 100 bzw. max. 80, max. 70, insbesondere max. 50 mbar vollkommen
aus.
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Es
hat sich weiterhin als zweckmäßig erwiesen, den
Innendurchmesser der Muffeleinhausung derart zu wählen,
dass dieser in seinem maximal aufgeweiteten Bereich mindestens bezüglich
des zum Durchmesser des erzeugten Quarzrohlings mindestens 1:1,2,
insbesondere mindestens 1: 1,3 beträgt, wobei ein Mindestverhältnis
von 1:1,5 bzw. 1:1,7 bevorzugt ist. Zweckmäßige
Maximalwerte betragen 1:2,8, insbesondere 1:2,5, wobei Maximalwerte
von 1:2,4 bzw. 1:2,3 besonders bevorzugt sind. Im erfindungsgemäßen
Verfahren liegt ein Optimum des Durchmessers des Quarzrohlings zum
Innendurchmesser des Muffelofens bzw. des Brennraumes bei 1:2 ± 0,1.
Zur Erzeugung eines möglichst laminaren Stromes hat es
sich als zweckmäßig erwiesen, den Querschnitt
des Muffelofens derart zu wählen, dass dieser sich gegen
hinten bogenförmig aufweitet. Die bogenförmige
Aufweitung kann kreisförmig, oval oder auch parabelförmig
erfolgen.
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Erfindungsgemäß ist
es möglich, sämtliche bekannte Siliziumverbindungen
zu verwenden. Bevorzugte Siliziumverbindungen sind jedoch insbesondere
Siliziumhalogenide, wobei Siliziumchloride besonders bevorzugt sind.
Ganz besonders bevorzugt sind SinCl2n+2, wobei „n” üblicherweise
1 bis 5, vorzugsweise 1 bis 3 bedeutet. Ganz besonders bevorzugt
ist SiCl4. Ein bevorzugtes Oxidationsmittel
ist Sauerstoff, wobei auch Luft oder mit Sauerstoff angereicherte
Luft verwendet werden kann. Als Brennstoff sind sämtliche
bekannten Brennstoffe verwendbar. Es hat sich jedoch erwiesen, dass
Wasserstoff ganz besonders geeignet ist.
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In
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist der erfindungsgemäße
Muffelofen bzw. das erfindungsgemäße Verfahren
eine optoelektronische Einrichtung auf, die das durch Abscheiden
von SiO2-Partikeln an der Abscheidefläche
des Targets gebildete Aufwachsen erfasst und entsprechend der abgeschiedenen Dicke
ein Steuersignal an einen Stellmotor sendet, der den walzenförmigen
Quarzglaskörper um die aufgewachsene Dicke aus dem Brennraum
heraus bewegt. Eine typische optoelektronische Einrichtung ist beispielsweise
eine Lichtschranke, die in einer besonders bevorzugten Einrichtung
gepulst ist.
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Es
hat sich gezeigt, dass sich mit dem erfindungsgemäßen
Verfahren die Schmelzleistungen drastisch erhöhen, d. h.
dass mit weniger Brennstoff eine höhere Abscheiderate erzeugt
wird. Durch die erfindungsgemäße Vorgehensweise
ist es möglich, den Energieverbrauch pro kg Gutglas von
bisher 80 m3 Wasserstoff pro kg Quarzglas
auf Werte von unterhalb 60 m3, insbesondere
von unterhalb 50 m3 zu senken.
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Bei
der erfindungsgemäßen Vorgehensweise wird vorzugsweise
die reaktive Siliziumverbindung mit einem Trägergas, üblicherweise
Sauerstoff, in die zentrale Rohstoffdüse eingeleitet. Dabei
beträgt das Verhältnis des Volumenstroms von Siliziumhalogenid
zu dem trockenen Trägersauerstoff üblicherweise
mindestens 1:12, insbesondere mindestens 1:14, wobei ein Verhältnis
von mindestens 1:15, insbesondere mindestens 1:16 besonders bevorzugt
ist. Es hat sich erwiesen, dass dabei Maximalverhältnisse
von höchstens 1:30, insbesondere höchstens 1:28
zweckmäßig sind, wobei Höchstwerte von
maximal 1:26, insbesondere 1:25 besonders bevorzugt sind. Dabei
ist der Volumenstrom als Standardliter pro Minute definiert, gemessen
mit einem MFC (Massflow controll) bei konstantem Verdampfungsdruck
des SiCl4. Die Messung des Volumenstroms
erfolgt beim MFC unabhängig von Druckschwankungen der Verdampfereinheit.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren lässt sich
sowohl horizontal als auch vertikal ausführen, d. h. dass die
Achse des Quarzglaszylinders bzw. die Längsachse des Brennraumes
horizontal bzw. vertikal verläuft. Dabei kann das Vertikalverfahren
sowohl in Richtung zur als auch entgegen der Erdanziehungskraft
durchgeführt werden. Typische Walzen- bzw. Zylindergrößen
für das Horizontalverfahren betragen 90 bis 200 mm und
für das Vertikalverfahren 130 bis 250 mm.
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Die
Erfindung betrifft auch eine Vorrichtung zum Durchführen
des Verfahrens. Eine derartige Vorrichtung weist das zuvor definierte
Spalt- bzw. Austrittsflächenverhältnis und/oder
die zuvor definierte Verlängerung der Brennraummuffel bzw.
-einhausung auf.
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Erfindungsgemäß wurde
auch gefunden, dass sich mittels dem Verfahren ein besonders gutes
Quarzglas mit einer radialen Brechzahlverteilung PV von < 5·10–6, einer guten Transmission von > 99,4%, bezogen auf
einen Zentimeter, herstellen lässt. Darüber hinaus
zeigt es insbesondere bei Anregung mit Licht einer Wellenlänge
zwischen 300 bzw. 350 und 700 nm eine sehr geringe induzierte Fluoreszenz
im Wellenbereich 550 bis 810 nm, insbesondere bei 651 nm. Vorzugsweise
erfolgt die Anregung mittels eines Lasers. Das erfindungsgemäße
Glas zeichnet sich vor allem durch ein äußerst
günstiges Verhältnis der laserinduzierten Fluoreszenzpeaks
von 430 und 650 auf. Dieses beträgt vorzugsweise 1:1,3,
vorzugsweise maximal 1:1,25, wobei Maximalwerte von 1:1,2 besonders
bevorzugt sind. Typische Werte betragen weniger als 1:1,18, insbesondere 1:1,17.
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Es
hat sich gezeigt, dass durch die erfindungsgemäßen
Maßnahmen und zwar sowohl durch den veränderten
Aufbau des Muffelofens und/oder insbesondere durch die Einstellung
der Spalt- bzw. Volumenverhältnisse der zentralen Ringdüsen
die Ausbildung der roten Fluoreszenz besonders verringert werden
kann.
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Die
Erfindung soll an den folgenden Figuren und Beispielen näher
erläutert werden. Es zeigen
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1 den
Aufbau der ringförmigen Brennerdüsen.
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2 zeigt
die Abbildung des erfindungsgemäß verlängerten
Muffelofens.
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3 zeigt
einen Querschnitt durch eine mit dem erfindungsgemäßen
Verfahren erhaltene Quarzglaswalze.
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4 zeigt
die Erhöhung der Schmelzleistung durch Einstellen des erfindungsgemäßen
Spalt- bzw. Flächenverhältnis der zwei beiden
inneren Ringdüsen.
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5 zeigt
einen Vergleich der lichtinduzierten Fluoreszenz von herkömmlichen
sowie von erfindungsgemäßem Quarzglas und
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6 zeigt die Verringerung der Fluoreszenz
durch Absenken des Anteils an Sauerstoffträgergas in der
zentralen Rohstoffdüse.
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Beispiel
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Mit
einem 8 Düsenbrenner und der Standardmuffel wurden bei
einer SiCl4-Dosierung von 2,75 slm (Standardliter
pro Minute), was einem Verhältnis von Halogenidvolumenstrom
zu Trägersauerstoffstrom von 2,03 entspricht, mit einem
Gesamt H2 Volumenstrom von 355 slm in 198
Stunden eine Quarzglaswalze mit einem Durchmesser von 147 mm und
einem Gewicht von 46 kg geschmolzen. Die Schmelzleistung liegt bei
256 g/h. Das Spaltverhältnis des Brenners betrug 5,32.
Die dabei benötigte Menge H2 pro
Kilogramm geschmolzenem Gutglas betrug 83,5 m3/kg.
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Durch
die erfindungsgemäße Umstellung im Muffelaufbau
konnte eine Erhöhung der Schmelzleistung auf 287 g/h bei
sonst identischen Schmelzparametern erreicht werden. Die Energieeffizienz
wurde besser, was sich in einer verringerten H2 Menge
pro Kilogramm Gutglas von 79,4 m3/kg ausdrückt.
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Die
Anpassung der Spaltflächen der zweiten und dritten Ringdüse,
was zu einem Spaltverhältnis von 4,9 führte. Die
damit geschmolzene Walze ähnlichen Walzendurchmessers hatte
eine Schmelzleistung von 302 g/h.
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Die
Erhöhung des Verhältnisses von Dosierstrom zu
trockenem Sauerstoffstrom von 2 auf 12 und dann auf 22 führte
zu einer Senkung der Schmelzzeit von 198 h auf 140 h und dann auf
127 h und damit zu einer Senkung des H2-Verbrauchs
pro kg Gutglas von 83,5 m3/kg zu 62,3 m3/kg und dann 48,8 m3/kg.
Die Schmelzleistungen stiegen auf 380 g/h und dann auf 510 g/h.
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Die
Vergrößerung der Volumenstromverhältnisse
SiCl4/trockener Sauerstoff verbunden mit
der Anpassung des Spaltverhältnisses an die verwendeten
Gasströme des Oxidators und des Brennstoffes führen
im Ergebnis zu einer deutlichen Senkung der laserinduzierten Fluoreszenz,
insbesondere im Bereich von 651 nm.
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Die
in diesen Beispielen dargestellten Abhängigkeiten sind
nochmals für die Schmelzleitung und Energieeffizienz des
Verfahrens in Tabelle 1 und für den Einfluss auf die laserinduzierte
Fluoreszenz in Tabelle 2 dargestellt. Tabelle 1:
lfd.
Nr. | Spaltverhältnis | VSiCl4/VO2tr. | Schmelzleistung | H2-Verbrauch pro kg GG | Walzendurchmesser |
| | [slm/slm] | g/h | m3/kg | [mm] |
| | | | | |
1 | 5,3 | 2,03 | 256 | 83,5 | 147 |
2 | 4,9 | 2,03 | 302 | 79,4 | 151 |
3 | 4,9 | 12 | 380 | 62,3 | 148 |
4 | 4,9 | 22 | 510 | 48,8 | 152 |
Tabelle 2:
lfd.
Nr. | Spaltverhältnis | VSiCl4/VO2tr. | Peakhöhe
laserind. Floureszenz bei 651 nm | Walzendurchmesser |
| | [slm/slm) | a.
u. | [mm] |
| | | | |
1 | 5,3 | 2,03 | 22,4 | 147 |
2 | 4,9 | 2,03 | 21,6 | 151 |
3 | 4,9 | 12 | 15,8 | 148 |
4 | 4,9 | 22 | 9,2 | 152 |
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
-
- - WO 98/40319 [0005]
- - DE 4203287 A [0006]
- - WO 2004/065314 A [0007]
- - JP 2006-016292 A [0008]