DE3207844C2

DE3207844C2 -

Info

Publication number: DE3207844C2
Application number: DE3207844A
Authority: DE
Inventors: Haruo Okamoto; Motoyuki Joetsu Niigata Jp Yamada
Original assignee: Shin Etsu Chemical Co Ltd
Current assignee: Shin Etsu Chemical Co Ltd
Priority date: 1981-03-06
Filing date: 1982-03-04
Publication date: 1990-12-20
Also published as: DE3207844A1; JPS6038343B2; US4432781A; JPS57149832A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 genannten Art.

Speziell betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstel lung von insbesondere blasenfrei klargeschmolzenem Quarz glas aus einer verdampfbaren Siliciumverbindung, und zwar vor allem ein Verfahren zur Herstellung eines glasgeschmol zenen Quarzglases, das in kontrollierter Weise eine vorge gebene Konzentration von Hydroxylgruppen enthält.

Zur Herstellung von Quarzglas wird gebräuchlicherweise ein geeignetes Quarzpulver in einer Knallgasflamme aufgeschmol zen, wobei dann der geschmolzene Quarz in die jeweils ge wünschte geometrische Konfiguration des herzustellenden Quarz glasproduktes gebracht wird. Bei diesem Verfahren ist jedoch nicht vermeidbar, daß das geschmolzene Quarzglas mit den ver schiedensten Verunreinigungen kontaminiert wird. Dieses Ver fahren ist daher den zunehmenden Anforderungen an immer rei neres Quarzglas bzw. an Quarzgläser mit bestimmter Konzentra tion an vorgegebenen Fehlstellen oder Verunreinigungen nicht mehr gewachsen. Zur Erfüllung dieser Anforderungen an die Reinheit und eine bestimmte Zusammensetzung des herzustellen den Quarzglases ist ein synthetisches Verfahren zur Herstel lung von Quarzglas bekannt geworden, bei dem ein Silicium halogenid, beispielsweise Siliciumtetrachlorid, zur Bildung des benötigten Siliciumdioxids hydrolysiert oder oxidiert wird. Eine Schmelze des so hergestellten Siliciumdioxids wird dann auf einem feuerfesten Substrat niedergeschlagen, wobei eine Glasmasse aus blasenfrei klargeschmolzenem Quarz erhal ten wird.

Auf Grund der klargeschmolzenem Quarzglas eigenen ungewöhn lich guten optischen und chemischen Kenndaten ist klarge schmolzenes Quarzglas in jüngerer Zeit in den verschieden sten Bereichen der Technik in zunehmendem Umfang eingesetzt worden. Vor allem wird ein besonders hochgradig reines und homogenes Quarzglas in zunehmender Menge im Bereich der Elektronik benötigt.

Im Hinblick auf die Homogenität des Quarzglases ist die Kon zentration der im Quarzglas enthaltenen Hydroxylgruppen von spezieller Bedeutung. Bei der Herstellung von Quarzglasfasern zu optischen Zwecken muß die Hydroxylkonzentration im Quarz glas beispielsweise so gering wie nur irgend möglich gehalten werden, da die im Quarzglas enthaltenen Hydroxylgruppen die optische Durchlässigkeit des Quarzglases bzw. der Fasern ver mindern, also die Transmissionsverluste des durch solche Quarzfasern geleiteten Lichtes erhöhen. Andererseits wird durch die Gegenwart von Hydroxylgruppen im Quarzglas die Be ständigkeit eines solchen Glases gegenüber ionisierender Strahlung spürbar verbessert. Quarzgläser, die bestimmungs gemäß bei ihrem Einsatz intensiver ionisierender Strahlung ausgesetzt sind, sollten daher vorzugsweise durchaus beacht liche Mengen an Hydroxylgruppen enthalten. Als Beispiele für solche Einsatzbereiche von Quarzglas seien Sichtscheiben im Bereich von Atomreaktoren und Strahlendurchtrittsfenster für ionisierende Strahlung der verschiedensten Art, beispielswei se Röntgenstrahlung, genannt. Zwischen diesen beiden Extremen der für ein hochreines klargeschmolzenes Quarzglas geforder ten Konzentration von Hydroxylgruppen werden in zahlreichen Anwendungsfällen vorgegebene und spezifisch einzuhaltende mittlere Hydroxylkonzentrationen im Quarzglas gefordert. Die ses Anforderungsspektrum an die Quarzgläser hat ein Bedürfnis nach einem Verfahren entstehen lassen, nach dem ein geschmol zenes Quarzglas in gezielter Weise mit einer exakt vorgegebe nen Hydroxylgruppenkonzentration herstellbar ist. Gerade in dieser Hinsicht versagen jedoch die bekannten Verfahren zur Herstellung und insbesondere zum klaren Aufschmelzen von Quarzglas. Nach den bekannten Verfahren können klargeschmol zene Quarzgläser nur mit relativ grob angenähertem Hydroxyl gruppengehalt hergestellt werden, wobei diese Verfahren zu sätzlich eine nur sehr schlechte Reproduzierbarkeit aufwei sen.

Angesichts dieses Standes der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung von klargeschmolzenem Quarzglas zu schaffen, wobei das erhalte ne Quarzglasprodukt in exakt steuerbarer, regelbarer und reproduzierbarer Weise eine genau vorgegebene Hydroxylgrup penkonzentration aufweist.

Gelöst wird diese Aufgabe durch ein Verfahren gemäß den Merkmalen des Anspruchs 1.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung eines klaren Quarzglases besteht also darin, daß man ein gasförmiges Gemisch aus einer verdampfbaren, keine Wasserstoffatome ent haltenden Siliciumverbindung, Sauerstoff und Chlorwasserstoff in eine Plasmaflamme, insbesondere und vorzugsweise Hoch frequenzplasmaflamme, einführt, einbläst oder aufbläst, die in einem Gasstrom eines das Plasma unterhaltenden, wasser stofffreien Gases, insbesondere und vorzugsweise einem Gas strom aus Argon und/oder Sauerstoff, erzeugt wird. Dabei zersetzt sich die Siliciumverbindung unter Bildung von geschmolzenem Siliciumdioxid, das man dann auf einem Substrat niederschlägt.

Die Erfindung ist im folgenden anhand von Ausführungs beispielen in Verbindung mit den Zeichnungen näher beschrieben.

Es zeigen:

Fig. 1 in graphischer Darstellung die Hydroxyl gruppenkonzentration in dem in der Plasma flamme gebildeten Quarzglasprodukt als Funktion der Wasserstoffkonzentration bzw. der Konzentration der Wasserstoffquelle im Beschickungsstrom; und

Fig. 2 in schematischer Darstellung eine Anlage zur Durchführung des Verfahrens gemäß der Erfin dung.

Aus der japanischen Patentschrift 48-16 330 ist ein Verfahren zur Herstellung von klargeschmolzenem Quarzglas bekannt, das praktisch keine Hydroxylgruppen enthält. Nach diesem Verfah ren wird ein verdampfbares Siliciumhalogenid zu Silicium dioxid oxidiert. Das geschmolzene Siliciumdioxid wird auf einem Substrat niedergeschlagen. Das als Ausgangsmaterial eingesetzte Siliciumhalogenid enthält keinerlei Wasserstoff. Auch der zum Oxidieren des Siliciumhalogenids bei hohen Tem peraturen eingesetzte Gasstrom enthält keinerlei Wasserstoff.

Demgegenüber geht das Verfahren gemäß der Erfindung zur Her stellung eines Quarzglases, und zwar speziell eines blasen frei klargeschmolzenen Quarzglases mit einer exakt einge stellten Hydroxylgruppenkonzentration, davon aus, daß bei Verwendung von Chlorwasserstoff im Beschickungsstrom als Wasserstoffquelle zur Umsetzung des im Reaktionssystem ent haltenen Sauerstoffs zu Hydroxylgruppen die Hydroxylgruppen in gezielter Weise in das geschmolzene Produktquarzglas ein geführt werden können. Dabei ist die Konzentration der Hydroxyl gruppen im Produktquarzglas exakt proportional der Menge bzw. der Konzentration des im Beschickungsstrom enthaltenen Chlor wasserstoffs, so daß die jeweils geforderte Hydroxylgruppen konzentration im Produktquarzglas frei und exakt durch Re gelung der Konzentration des Chlorwasserstoffs im Beschic kungsstrom eingestellt werden kann.

Wenn also gemäß der der Erfindung zugrunde liegenden wesent lichen Idee Quarzglas, und zwar klargeschmolzenes blasen freies Quarzglas aus einer verdampfbaren Siliciumverbin dung, beispielsweise Siliciumhalogeniden, als Ausgangsmate rial hergestellt werden soll, ist eine verdampfbare Silicium verbindung bzw. ein Siliciumhalogenid einzusetzen, das keine Wasserstoffatome im Molekül enthält, wie beispielsweise Tri chlorsilan SiHCl₃. Wenn die verdampfbare Siliciumverbindung in der geforderten Weise kein Wasserstoff im Molekül ent hält, wie beispielsweise Siliciumtetrachlorid, SiCl₄, darf selbstverständlich auch kein Wasserstoff oder Wasserstoff ent haltendes Gas als Trägergas eingesetzt werden, da solche Was serstoffatome sowohl dann, wenn sie in der verdampfbaren Si liciumverbindung selbst vorliegen oder in Form von Wasserstoff als Trägergas in einer sonst wasserstofffreien Siliciumverbin dung eingesetzt werden, durch den Sauerstoff im Reaktionssystem zu Wasser, H₂O, oxidiert werden, das von dem sich bildenden Quarzglas aufgenommen und in diesem in Form von Hydroxylgruppen fixiert wird. Auch reagiert aus diesen Quellen gebildetes Was ser im gasförmigen Zustand sowohl mit Siliciumhalogeniden als auch mit Halogensilanen unter Bildung von Silanolgruppen, das heißt unter Bildung von Hydroxylgruppen, die direkt an Sili ciumatome gebunden sind. Auch solche Silanolgruppen werden im Verlauf der Reaktion in das sich bildende Quarzglas einge schlossen und dort fixiert. Typisch ist, daß auf diese Weise und über die vorstehend dargestellten Reaktionen gebildete Hydroxylgruppen, die in der beschriebenen Weise in das Quarz glas eingebracht und dort fixiert werden, hinsichtlich ihrer Konzentration nicht reproduzierbar fixierbar sind, da die so erzeugte Hydroxylgruppenkonzentration im Quarzglas von zahl reichen verschiedenen Parametern abhängt, beispielsweise von der Art des eingesetzten Siliciumhalogenids, von der tat sächlichen lokalen Reaktionstemperatur oder vom Gasdruck. In keinem Fall ist jedoch die im Produktquarzglas vorgefun dene Hydroxylgruppenkonzentration dem Wasserstoffgehalt im Reaktionssystem proportional.

Dieser Sachverhalt wurde in zahllosen Versuchen bestätigt, die die Anmelderin mit den verschiedensten Wasserstoffquel len im Beschickungsstrom durchgeführt hat. Die Ergebnisse sind in der Fig. 1 für HCl, H₂ und H₂O als Wasserstoffquel le graphisch dargestellt, wobei im doppeltlogarithmischen Maßstab die Hydroxylgruppenkonzentration im Produktquarz glas auf der Ordinate als Funktion der Wasserstoffkonzen tration in Atom-% in der gasförmigen Beschickung auf der Abszisse aufgetragen sind.

Der Darstellung der Fig. 1 ist dabei ohne weiteres zu ent nehmen, daß überraschenderweise die für die Verwendung von Chlorwasserstoff als Wasserstoffquelle erhaltenen Daten über einen extrem breiten Bereich die beste Linearität zeigen. Die für HCl erhaltenen Meßergebnisse weisen die geringsten Abweichungen von der linearen Beziehung auf. Mit anderen Worten, bei der Verwendung von Chlorwasserstoff als Wasser stoffquelle ist die Hydroxylgruppenkonzentration im Quarz glas ausschließlich eine streng linear proportionale Funk tion der Chlorwasserstoffkonzentration im Beschickungsstrom und praktisch unabhängig von allen anderen Reaktionspara metern. Die Steigung der für diese Konzentrationsabhängig keit erhaltenen Geraden beträgt recht genau 45°, das heißt, die Hydroxylgruppenkonzentration im Quarz ist eine direkt proportionale Funktion der Wasserstoffkonzentration im Be schickungsstrom.

Diese Werte werden auch nicht annähernd bei Verwendung von H₂ oder H₂O als Wasserstoffquelle im Beschickungsstrom er reicht. Die für beide Wasserstoffquellen erhaltenen Meßwerte streuen in einem relativ breiten Bereich um die jeweilige Ausgleichsgerade und lassen dadurch erkennen, daß eine ge zielte und genaue Einstellung der Hydroxylgruppenkonzentra tion im Produktquarzglas kaum oder nur mit relativ großen Streubreiten und geringer Reproduzierbarkeit erhältlich ist. Außerdem sind die Steigungen der Ausgleichsgeraden kleiner als 45°, so daß also keine direkte Proportionalität zwischen der Wasserkonzentration bzw. der Wasserstoffkonzentration im Beschickungsstrom und der Hydroxylgruppenkonzentration im Produktquarzglas gegeben ist. Durch Interpolation oder Extra polation der für den Einzelfall ermittelten Ausgleichskurven lassen sich also bei der Verwendung von H₂O oder molekularem Wasserstoff als Wasserstoffquelle im Beschickungsstrom die jeweiligen Sollkonzentrationen der Hydroxylgruppen im Pro duktquarzglas nicht oder nur mit sehr großer Streubreite einem vorbestimmten Wert entsprechend einstellen.

In der Fig. 2 ist das Fließschema einer Anlage zur Durchfüh rung des Verfahrens der Erfindung dargestellt. Eine Plasma fackel 1 weist einen Gaseinlaß 2 am Kopf der Struktur auf. Über den Gaseinlaß 2 wird das der Erzeugung des Plasmas die nende Gas eingeleitet. Die Plasmakammer ist außen mit einer Hochfrequenzspule 4 umgeben, die von einem Hochfrequenz generator 3 beaufschlagt wird. Bei eingeschaltetem Hoch frequenzgenerator 3 wird eine Plasmaflamme 5 im unteren Teil der Plasmafackel 1 gebildet. Der gasförmige Beschickungs strom der Ausgangssubstanzen zur Herstellung des Quarzglases wird über eine Gasbeschickungsdüse 6 am unteren Endbereich der Plasmaflamme 5 in die Plasmafackel 1 eingedrückt. Dabei wird die flüchtige Siliciumverbindung, die in dem gasförmi gen Beschickungsstrom, der durch die Düse 6 in die Fackel eingestrahlt wird, enthalten ist, unmittelbar nach dem Ein tritt in die Fackel in die Plasmaflamme 5 eingestrahlt und sofort durch diese Plasmaflamme 5 zu Siliciumdioxid oxidiert. Das Siliciumdioxid schmilzt unmittelbar nach der Bildung.

Das so in der Plasmaflamme 5 gebildete und geschmolzene Siliciumdioxid wird dann auf einem feuerfesten Substrat 7 niedergeschlagen, auf dem sich allmählich eine Quarz glasmasse 8 ansammelt.

Das die Plasmaerzeugung unterhaltende Gasgemisch wird über die Einlaßleitung 2 in die Plasmafackel 1 eingeführt und besteht aus Argon, Sauerstoff und Chlorwasserstoff, wobei diese drei Plasmagaskomponenten mit exakt geregelten und gesteuerten Durchflußraten aufgegeben werden. Der Volumen strom dieser plasmaerzeugenden Gase wird über Rotameter 9, 10 und 12 eingeführt. Die das Plasma erzeugendenund unterhaltenden Gase werden vor der Aufgabe in die Kammer der Plasmafackel 1 miteinander vermischt. Die verdampfbare Siliciumsubstanz, die als Ausgangssubstanz zur Herstellung des Quarzglases dient, ist in einer Blasenkammer 14 enthalten und wird dort auf konstanter Temperatur gehalten. Die verdampfbare Sili ciumverbindung wird aus dieser Vorratskammer 14 verdampft und von einem Trägergas ausgetragen. Dieses Trägergas für die verdampfende Siliciumverbindung ist Sauerstoff, der über das Rotameter 13 eingeleitet wird. Dieses Gemisch aus der verdampfbaren Siliciumverbindung und dem durch die flüssige Phase geperlten Sauerstoff wird dann der über das Rotameter 11 zugeführte Chlorwasserstoff zugemischt. Das so hergestellte Dreikomponentengemisch geht dann zur Düse 6, durch die das gasförmige Beschickungsgemisch in die Plasmafackel 1 einge führt wird.

Auf diese Weise wird die Bildung des geschmolzenes Quarz glases durch die Reaktion zwischen der Siliciumverbindung, dem Sauerstoff und dem Chlorwasserstoff unterhalten. Das ge schmolzene Quarzglas 8 wird dann auf einem Substrat 7 nie dergeschlagen, aufgefangen und gesammelt. Das Produktquarz glas 8 enthält die vorgegebene Sollkonzentration an Hydroxyl gruppen, die eine direkte lineare proportionale Funktion der Menge des in die Plasmafackel 1 eingeleiteten Chlorwasser stoffs ist. In diesem Fall ist die Hydroxylgruppenkonzen tration im Produktquarzglas ausschließlich eine Funktion der Menge bzw. der Konzentration des Chlorwasserstoffs, zumindest solange die übrigen Reaktionsparameter nicht wesentlich verändert werden. Dabei läßt sich die Abhän gigkeit der Hydroxylgruppenkonzentration im Produktquarz glas von der Chlorwasserstoffkonzentration in der Fackel beschichtung zuvor mühelos und exakt aus der in Fig. 1 dar gestellten Beziehung ablesen.

Gemäß dem Verfahren der Erfindung wird die Umwandlung der verdampfbaren Siliciumverbindung in Siliciumdioxid und die anschließende Überführung dieses so gebildeten Silicium dioxids in eine Glasmasse durch Aufschmelzen in der Flamme eines Hochfrequenzplasmas durchgeführt, die nach an sich herkömmlicher und gebräuchlicher Weise erzeugt und auf rechterhalten wird, ohne daß die Betriebsparameter zur Er zeugung dieser Plasmaflamme besonders kritisch sind. Ledig lich als die Plasmaflamme unterhaltendes Gas wird Argon, Sauerstoff oder ein Gemisch aus Argon und Sauerstoff einge setzt. Das das Plasma unterhaltende Gas sollte frei von Was serstoff sein.

Als verdampfbare Siliciumverbindung als Ausgangsmaterial zur Herstellung von Quarzglas kann ein Silan der allgemei nen chemischen Formel R_nSiX_4-n dienen, in der R eine Alkyl gruppe oder Phenyl ist, X ein Halogenatom oder eine Alkoxygruppe ist und n eine ganze Zahl von 0 bis 4 bedeutet. Vorzugsweise wird jedoch, wie eingangs ausführlich dargelegt, als verdampfbare Siliciumverbindung Silicium tetrachlorid, SiCl₄, eingesetzt, das ebenfalls unter die vorstehend angegebene allgemeine chemische Formel fällt. Als weitere Beispiele für Substanzen, die von der genannten allgemeinen chemischen Formel umfaßt werden, seien die fol genden genannt:

Chlorsilane sowie Organochlorsilane, insbeson dere Dimethyldichlorsilan, (CH₃)₂SiCl₂, und Methylalkoxysilane wie insbesondere Methyl trimethoxysilan, CH₃Si(OCH₃)₃. Unter den vorstehend genann ten Silanen sind die Organochlorsilane weniger geeignete Substanzen, da sie bei der thermischen Zersetzung zur Bil dung von freiem Kohlenstoff neigen. Auch sind, wie bereits eingangs ausgeführt, Wasserstoffatome enthaltende Silane zur Verwendung im Verfahren gemäß der Erfindung nicht besonders geeignet, da sie einerseits zur Explo sion neigen und andererseits die angestrebte Genauigkeit der Einstellung der Hydroxylgruppenkonzentration im klar geschmolzenes Produktquarzglas ungünstig beeinträchtigen. Aus diesem Grunde wird zur Durchführung des Verfahrens gemäß der Erfindung vorzugsweise Siliciumtetrachlorid eingesetzt. Bekanntlich ist Siliciumtetrachlorid bei Raumtemperatur eine Flüssigkeit, die bei 60°C siedet. Bevor daher das Silicium tetrachlorid im Gemisch mit geeigneten Trägergasen, insbe sondere Chlorwasserstoff enthaltendem Sauerstoff, in die Plasmaflamme getragen wird, muß das Siliciumtetrachlorid verdampft werden. Diese Verdampfung des Siliciumtetrachlorids kann dabei in zweckmäßiger und gebräuchlicher Weise durch Einblasen des Trägergases in das flüssige Siliciumtetra chlorid erfolgen, das in einer Blasenkammer vorgelegt ist. Eine solche Anlage ist in der Fig. 2 gezeigt.

Der nach dem Verfahren gemäß der Erfindung der Siliciumver bindung bzw. dem Silan zuzusetzende Chlorwasserstoff kann entweder mit dem die Plasmaflamme unterhaltenden Gas oder mit dem Trägergas für die Siliciumverbindung bzw. für den Dampf der Siliciumverbindung oder mit beiden gemischt und in diesem Gemisch der Plasmafackel zugeführt werden. Dabei ist die Gesamtmenge bzw. die Gesamtkonzentration des Chlor wasserstoffs so zu bestimmen, daß die Sollkonzentration der Hydroxylgruppen im klargeschmolzenen Produktquarzglas einge stellt wird. Auf diese Weise kann durch eine geeignete Steuerung und Regelung der in den Plasmareaktionsraum ge langenden Menge Chlorwasserstoff die Konzentration der im Quarzglas enthaltenen Hydroxylgruppen im Bereich von 1 bis 1000 ppm exakt eingestellt werden.

Zusammengefaßt schafft das Verfahren gemäß der Erfindung also eine Möglichkeit zum gezielten und gesteuerten Einbau von Hydroxylgruppen in Quarzglas, und zwar insbesondere innerhalb des vorstehend angegebenen Konzentrationsberei ches. Innerhalb dieses Bereiches kann die Hydroxylgruppen konzentration im Quarzglas mit einer Genauigkeit von klei ner als oder höchstens gleich ±5% festgelegt, eingestellt und reproduziert werden. Das Verfahren gemäß der Erfindung eignet sich darüber hinaus in bequemer Weise auch zur kon tinuierlichen Herstellung von Quarzgläsern, und zwar auch zur Herstellung von Quarzgläsern mit gesteuert variablem Hydroxylgruppengehalt je nach Maßgabe der durch den Ein satzzweck bestimmten Anforderungen.

Das Verfahren ist an Hand der nachfolgend beschriebenen Ausführungsbeispiele näher erläutert.

Beispiel 1

Argon und Sauerstoff werden gasförmig mit Flußraten von 15 l/min bzw. 20 l/min in eine Plasmafackel eingeleitet. Die Plasmaflamme wird in der so gespeisten Plasmafackel durch einen Hochfrequenzgenerator mit einer Ausgangslei stung von 10 kW bei einer Frequenz von 4 MHz erzeugt. Das gasförmige Reaktionskomponentengemisch besteht aus Silicium tetrachlorid, Sauerstoff und Chlorwasserstoff, die jeweils mit Zufuhrraten von 0,5 l/min, 1,5 l/min bzw. 0,206 l/min, entsprechend einem Wasserstoffgehalt von 0,958 Atom-%, be zogen auf den insgesamt zugeführten Sauerstoff, zugeführt werden. Der gasförmige Beschickungsstrom des Reaktionskompo nentengemisches wird direkt auf die Plasmaflamme geblasen. Das auf diese Weise in der Plasmaflamme gebildete und ge schmolzene Siliciumdioxid wird auf der oberen Kappe oder Spitze eines Quarzglasstabes mit einem Durchmesser von 10 mm aufgefangen, der als Substrat dient und senkrecht stehend unmittelbar unterhalb der Plasmaflamme angeordnet ist. Im Verlauf von 5 h kontinuierlichen Betriebs unter den dargestellten Bedingungen wird ein Quarzglasstab mit einem Durchmesser von 50 mm und einer Höhe von 54 mm auf dem Sub stratstab erhalten. Die mittlere Wachstumsgeschwindigkeit beträgt 48 g/h.

Der so erhaltene Quarzglasblock wird hinsichtlich seiner Hydroxylgruppenkonzentration analysiert. Dabei wird im Kern des erhaltenen Quarzglasstabes eine Hydroxylgruppenkonzen tration von 53 ppm und in einer relativ dünnen Oberflächen schicht eine Konzentration von 48 ppm gemessen. Diese Meß werte liegen mit einer tolerierbar kleinen Variationsbrei te innerhalb des ursprünglich vorgegebenen Sollwertes von 50 ppm.

Beispiel 2

Das im Beispiel 1 beschriebene Verfahren wird mit der Ab änderung wiederholt, daß die Zufuhrrate des Chlorwasser stoffs auf 0,426 l/min, entsprechend einem Wasserstoff gehalt von 1,98 Atom-%, bezogen auf die Gesamtbeschickung an Sauerstoff, entsprechend einer Verdoppelung der Soll konzentration der Hydroxylgruppen auf 100 ppm im Quarzglas, erhöht wird. Nach 5 h kontinuierlichem Betrieb weist der aufgewachsene Quarzglasstab einen Durchmesser von 50 mm und eine Höhe von 57 mm auf. Die mittlere Wachstumsgeschwindig keit beträgt 46 g/h. Im Kern des so hergestellten Quarzglas stabes wird eine Hydroxylgruppenkonzentration von 103 ppm und in einer dünnen oberflächennahen Außenschicht eine Hydroxylgruppenkonzentration von 98 ppm bestimmt. Beide Analysenwerte liegen hinreichend und zufriedenstellend ge nau in einem engen Streubereich um die Sollkonzentration von 100 ppm.

Vergleichsbeispiel

Das im Beispiel 1 beschriebene Verfahren wird mit der Ab änderung wiederholt, daß statt des im Beispiel 1 verwende ten Chlorwasserstoffs 3,10 l/min molekularer Wasserstoff bzw. 0,952 l/min Wasserdampf in die Plasmafackel eingelei tet werden, wobei diese Werte wiederum auf eine Sollkonzen tration der Hydroxylgruppen im Produktquarzglas von 50 ppm abgestellt sind. Nach 5 h kontinuierlichem Betrieb wird im Kernbereich des erhaltenen Quarzglasstabes eine Hydroxyl gruppenkonzentration von 65 ppm und in einem dünnen ober flächennahen Bereich eine Hydroxylgruppenkonzentration von 60 ppm gemessen, wenn molekularer Wasserstoff als Wasser stoffquelle eingesetzt wird. Bei Einsatz von Wasserdampf als Wasserstoffquelle wird im Kernbereich eine Hydroxyl gruppenkonzentration von 47 ppm und im oberflächennahen Be reich des erhaltenen Quarzglasstabes eine Hydroxylgruppen konzentration von 38 ppm gemessen. Alle vier Werte weichen erheblich von der aus Eichkurven vorgegebenen Sollkonzen tration von 50 ppm ab.

Wenn zur Einstellung einer verdoppelten Hydroxylgruppen sollkonzentration von 100 ppm im Produktquarzglas die Zu flußrate des Wasserdampfes auf 2,04 l/min erhöht wird, wird im Kernbereich des erhaltenen Quarzglasstabes eine Hydroxyl gruppenkonzentration von 130 ppm und im oberflächennahen Bereich des Quarzstabes eine Hydroxylgruppenkonzentration von 140 ppm gemessen.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung von Quarzglas, dadurch gekennzeichnet, daß man
Chlorwasserstoffgas und Sauerstoffgas mit dem Dampf einer verdampfbaren, keine Wasserstoffatome im Molekül enthaltenden Siliciumverbindung zu einem gasförmigen Reaktionsgemisch vermischt,
das so hergestellte gasförmige Reaktionsgemisch in eine oder auf eine Plasmaflamme bläst, die in einem Gasstrom eines das Plasma unterhaltenden sowie wasserstofffreien Gases erzeugt wird, wobei die Siliciumverbindung zersetzt und zu Siliciumdioxid oxidiert wird, das bei der Temperatur der Plasmaflamme geschmolzen vorliegt bzw. entsteht, und
dann das so hergestellte geschmolzene Siliciumdioxid auf einem Substrat unterhalb der Plasmaflamme niederschlägt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man Siliciumtetrachlorid als verdampfbare Silicumverbindung einsetzt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß man Sauerstoff, Argon oder ein Gemisch dieser beiden Gase als plasmaunterhaltendes Gas einsetzt.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß man ein plasmaunterhaltendes Gas einsetzt, das ebenfalls Chlorwasserstoffgas enthält.