DE102009030234A1 - Verfahren zur Herstellung von Glas insbesondere Glaspreform und Smoker zu dessen Herstellung - Google Patents

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    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03B—MANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
    • C03B19/00—Other methods of shaping glass
    • C03B19/14—Other methods of shaping glass by gas- or vapour- phase reaction processes
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Glas, insbesondere Glaspreform sowie eine Vorrichtung zu dessen Herstellung. Erfindungsgemäß wird in einem ersten Verfahrensschritt zumindest eine halogenfreie brennbare Metall- oder Halbmetallverbindung, vorzugsweise mindestens ein Siliziumorganyl thermisch zu fein verteiltem Oxid umgesetzt, welches sich durch einen, vorzugsweise kaminartigen, laminaren Transportschritt auf einer Basisglasoberfläche anlagert. In einem zweiten Schritt erfolgt ein Klarschmelzen unter Nutzung eines HF-Plasmas.

Description

  • Problem:
  • Bei der Zersetzung von SiCl4 entsteht Cl2, welches ein bekanntes Boilingmittel ist, also stark dazu neigt, Blasen im Glas zu bilden. Diese stören die Glasstruktur und es ist nur möglich dünne Schichten von abgeschiedenem Soot klar zu schmelzen. Das führt zu einer niedrigen Abscheiderate.
  • Aufgabe:
  • Herstellung von möglichst dicken Glasschichten ohne Blasen und Schlieren.
  • Lösung:
  • Zumindest ein vorgeschalteter Apparat, der sog. Smoker, dessen Aufgabe es ist, Soot in großen Mengen zu bilden. Ein Brenner hingegen dient als Wärmequelle – in ihm wird ein Brennmittel (Propan etc.) möglichst vollständig umgesetzt, um thermische Energie zu gewinnen. Im Unterschied zum Brenner soll der Smoker keine thermische Energie erzeugen, sondern nur eine Zersetzung des Stoffes machen. Durch den Einsatz von OMCTS oder TEOS, in welchem bereits Sauerstoff vorhanden ist, kann eine (zumindest teilweise) Zersetzung zu SiO2 gemacht werden. OMCTS bzw. TEOS sind dabei selbst die die Zersetzung unterhaltenden Medien. Deswegen ist der Smoker kein Brenner.
  • Vorteile dieses Verfahrens:
    • – Sehr gute halogenfreie Sootbildung.
    • – Soot kann ohne Blasenbildung aufgeschmolzen werden
    • – Plasma kann mit geringerer elektrischer Energie betrieben werden (32 kW)
    • – Abscheidung kann (da der Rauch sichtbar ist) optisch verfolgt werden und so gezielt auf das Taget gelenkt werden
    • – Kein Problem mehr mit der Sootablagerung im Plasmabrenner
    • – Günstiger Betrieb, da durch den Kamineffekt Luft als Reaktionspartner verwendet wird
    • – Laminare Strömung
    • – OH-Gehalt durch Wasserstoffflamme variierbar
    • – Wasserstoff und Sauerstoff im Smoker können separat gesteuert werden
    • – Gemische verschiedener Komponenten einsetzbar
    • – Kombination von mehreren Smoker/Brenner-Einheiten möglich
    • – Betriebsweise wahlweise mittels Kamin-effekt oder Analog eines Plasmabrenners (dreifachrohr)
    • – Zusatz von weiteren Additiven möglich
    • – Wahlweise Smoker stationär, Target bewegt sich oder stationäres Target und sich bewegender Smoker

Claims (22)

  1. Verfahren zur Herstellung von Glas dadurch gekennzeichnet, dass in einem ersten Verfahrenschritt zumindest eine halogenfreie brennbare Metall- oder Halbmetallverbindung, vorzugsweise mindestens ein Siliziumorganyl thermisch zu fein verteiltem Oxid umgesetzt wird, welches sich durch einen, vorzugsweise kaminartigen, laminaren Transportschritt auf einer Basisglasoberfläche anlagert und in einem zweiten Schritt mittels eines HF-Plasmas klar geschmolzen wird.
  2. Verfahren gemäß Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass der thermische Umwandlungs- und Transportschritt in zumindest einem Smoker nach den Ansprüchen 5–16 erfolgt.
  3. Verfahren gemäß Anspruch 1 oder 2 dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei zumindest einer Siliziumverbindung um wenigstens ein Siliziumorganyl, vorzugsweise OMCTS, TEOS oder HMDS, handelt.
  4. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3 dadurch gekennzeichnet, dass zumindest zwei örtlich getrennte Soot-Smoker eingesetzt werden, die separat angesteuert werden können, vorzugsweise in Abhängigkeit der Beschichtungsrichtung.
  5. Smoker zur Verwendung bei einem Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass von der Smokerunterseite zumindest eine Öffnung (1) vorhanden ist, aus der ein Gasstrom, beinhaltend die halogenfreie Metall bzw. Halbmetallkomponente, vorzugsweise ein Siliziumorganyl, erfolgt.
  6. Smoker nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine weitere Öffnung (2) vorhanden ist, aus der ein Zündgas, vorzugsweise Wasserstoff, Methan oder Propan strömt, welches – zumindest initial – die Metall oder Halbmetallverbindung entzündet.
  7. Smoker nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine weitere Öffnung (3) vorhanden ist, aus der ein weiteres Gas, vorzugsweise eine sauerstoffhaltige Verbindung insbesondere Sauerstoff und/oder Ozon, und/oder ein Ätzgas vorzugsweise SF6 und/oder CF4 hinzu geführt wird.
  8. Smoker gemäß den Ansprüchen 5–7, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnungen der einzelnen Zufuhren auf einer Höhe liegen.
  9. Smoker gemäß den Ansprüchen 5–8, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnungen der einzelnen Zufuhren unterschiedlich hoch sind, bei einer bevorzugten Ausführungsform in der Reihenfolge von unten nach oben: Wasserstoff, Metallverbindung, Sauerstoff.
  10. Smoker gemäß den Ansprüchen 5–8, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Öffnung (4) am unteren Seitenrand des Smokers vorhanden ist, durch welche infolge der Verbrennung Umgebungsgas, vorzugsweise Luft gesaugt wird.
  11. Smoker gemäß den Ansprüchen 5–10, dadurch gekennzeichnet, dass um das innere Gefäß (7) zumindest ein weiteres Gefäß (6) angebracht wird, welches über zumindest eine Öffnung (5) verfügt, durch die ein Gasgemisch eingespeist werden kann.
  12. Smoker gemäß den Ansprüchen 5–11, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnungen (1)–(5) variabel in ihrer Position, Größe, Form und Anzahl sind.
  13. Smoker gemäß einem der Ansprüche 5 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Gefäße (6) und (7) aus einem dielektrischen Material, vorzugsweise Glas, Keramik, Glaskeramik oder Kunststoff sind.
  14. Smoker gemäß einem der Ansprüche 5 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eines der Gefäße (6) und/oder (7) Zylinder sind.
  15. Smoker gemäß einem der Ansprüche 5 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass eines der Gefäße (6) und/oder (7) Vielecke und/oder Ovale sind.
  16. Smoker gemäß einem der Ansprüche 5 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Teil des Smokers physisch mit zumindest einem zu der Aufschmelzeinheit (Plasmabrenner) gehörenden Teil verbunden ist.
  17. Smoker gemäß einem der Ansprüche 5 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Smoker autark von der Aufschmelzeinheit (Plasmabrenner) ist.
  18. Smoker gemäß einem der Ansprüche 5 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass eine thermische Zersetzung der Metall bzw. Halbmetall-Verbindung vorzugsweise durch Beheizung des inneren Gefäßes auf eine Temperatur von vorzugsweise > 220°C erfolgt.
  19. Smoker gemäß einem der Ansprüche 5 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass das innere Gefäß ein Ofen ist.
  20. Smoker gemäß einem der Ansprüche 5 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass eine Zersetzung der Metall bzw. Halbmetall-Verbindung durch Strahlung wie Mikrowelle und/oder elektrische Endladung und/oder chemisches Zünden erfolgt.
  21. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine andere Heizquelle wie offene Flamme z. B. Wasserstoffbrenner und/oder Propanbrenner und/oder elektrische Heizung und/oder Mikrowelle und/oder ein Ofen in Kombination mit dem Smoker zur Sootaufschmelze verwendet wird.
  22. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4 oder 21, dadurch gekennzeichnet, dass andere brennbare Metall-/Halbmetallverbindungen vorzugsweise Hauptgruppenverbindungen und/oder Nebengruppenverbindungen und/oder Selten-Erden-Verbindungen insbesondere Verbindungen bestehend aus Silizium, Kohlenstoff, Titan, Silber, Phosphor, Bor, Ytterbium, Erbium, Cer, Aliminium, Zirkonium, Palladium, Platin, Gold, Iridium, Ruthenium, Rhenium, Osmium, Eisen, Nickel, Mangan, Cobalt, Lanthan oder Mischungen aus wenigstens zwei dieser Verbindungen.
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