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HINTERGRUNG
DER ERFINDUNG
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GEBIET DER
ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines
Quarzglas-Blocks,
speziell zur Herstellung einer Quarzglas-Bramme.
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Des
Weiteren betrifft die Erfindung eine Quarzglas-Herstellungsvorrichtung.
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STAND DER
TECHNIK
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Es
gibt viele Verfahren zur Herstellung eines Quarzglas-Blocks durch
Verschmelzen von Siliziumoxid-Pulver, in denen Wärme durch eine Flamme aus Wasserstoff-Sauerstoff oder eine
Flamme aus Propan-Sauerstoff, einem Lichtbogen oder durch elektrische
Wärme zugeführt wird.
Im Allgemeinen wird gemäß dem japanischen
Patent Sho46-42111 (1971-42111, B2, JP) ein Quarzglas-Block durch
Verschmelzen von Siliziumoxid-Pulver, dem Ablagern des geschmolzenen
Siliziumoxids auf einer sich drehenden Zielfläche, dem allmählichen
Absenken der Zielfläche
bei einer konstanten Geschwindigkeit und dem Abschrecken des geschmolzenen
Siliziumoxids hergestellt, wobei dadurch ein schalenähnlicher
Coulomb-Block auf der Zielfläche
gebildet wird. Wie in der Druckschrift Kokai Hei04-325425 (1992-325425, JP,
A) offenbart ist, wird das Siliziumoxid-Pulver durch einen Plasmalichtbogen
verschmolzen, wobei das geschmolzene Siliziumoxid auf einem sich
drehenden Tisch abgelagert und dann ein Coulomb-Quarzglas-Block
auf dem sich drehenden Tisch gebildet wird. Jeder der fertigen Quarzglas-Blöcke hat
eine Form eines Coulomb.
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In
der Druckschrift Kokai-Sho47-41640 (1972-41640, A, JP) oder in der
Druckschrift Kokai 52-145422 (1977-145422, a, JP) wird ein Verfahren zur
Herstellung eines Rundstangen-Quarzglases direkt durch Verschmelzen
von Siliziumoxid-Pulver ohne ein sekundäres Erwärmungsverfahren des Quarzglas-Blocks
offenbart, in dem Silizi umoxid-Pulver in einen Ofen eingeführt, darin
verschmolzen und dann das geschmolzene Siliziumoxid vom Boden des Ofens
kontinuierlich entnommen wird. Die Wärmequelle dieser Verfahren
ist ein elektrisches Heizgerät, das
innerhalb oder außerhalb
des Ofens angeordnet ist.
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Ein
herkömmliches
Verfahren zur Herstellung einer runden Stange oder einer rechteckigen Stange
durch Verwendung einer Sauerstoff-Wasserstoffflamme als eine Wärmequelle
ist zunächst
die Herstellung eines Quarzglas-Blocks mit der Sauerstoff-Wasserstoffflamme,
dann dem mechanischen Bohren eines Glaskerns aus dem Block, oder
wie in der Druckschrift Kokai Sho 48-12319 (1973-12319, A, JP) offenbart
ist, ein vorher ausgebildeter Quarzglas-Zylinder wird in einem Behälter angeordnet,
in einem Induktionsofen oder einem Tanman-Ofen bei 2000 Grad Celsius
erwärmt,
geschmolzen und aus einer Düse
entnommen, um eine runde Stange oder eine rechteckige Stange zu
erhalten. Die herkömmlichen
Verfahren erfordern einen sekundären
Prozess, wobei daher der Prozess ein Zweistufen-Herstellungsverfahren
genannt wird.
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Zusätzlich ist
es bei den Verfahren zur Herstellung eines Quarzglases durch Nutzung
einer Flamme als eine Wärmequelle
nicht vorzuziehen, einem Metallbrenner zu verwenden, da der Metallbrenner
Metalldampf oder Metalloxid freigibt, die zu Verunreinigungen des
Quarzglases werden.
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Es
kann ein Propangas für
das Verschmelzungsverfahren mit Flamme zur Herstellung von Quarzglas
verwendet werden, wobei aber vom Standpunkt der Reinheit des Quarzglases,
einer Regelung der Atmosphäre
des Ofens oder der Qualität des
Quarzglases das Herstellungsverfahren mit Sauerstoff-Wasserstoffflamme
gegenüber
dem Propangasverfahren überlegen
ist.
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Eine
Herstellungsvorrichtung gemäß dem Oberbegriff
von Anspruch 2 ist aus der Druckschrift WO-A1-00/03955 bekannt.
Diese bekannte Vorrichtung offenbart verschiedene Brenner, von denen
jeder dazu dient, den Tiegel zu erwärmen und einen Strom aus Siliziumoxid
auf der Oberfläche
des Ofenbetts abzulagern.
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Jedes
der Dokumente nach dem Stand der Technik US-A-3 303 115 A und WO
97/30 933 A offenbart eine Vorrichtung, in der Pulver von verschiedenen Öffnungen
zugeführt
wird, die im über
einem Ofenbett angeordneten Deckel ausgebildet sind.
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Ein
Quarzglas, das chemisch inaktiv ist, besonders ein Quarzglas, das
durch Verschmelzen von Siliziumoxid-Pulver mit einem Sauerstoff-Wasserstoff-Hydrolyseverfahren
hergestellt wird, ist in der Halbleiterindustrie weit verbreitet,
da es eine hohe Wärmebeständigkeit
im Vergleich mit einem synthetischen Quarzglas hat. Die Größe das Halbleiter-Wafers
wird jedes Jahr für
die Produktivität
der Halbleitervorrichtungen immer größer, wobei folglich ein größer dimensionierter
Quarzglas-Block erforderlich ist.
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Der
nach dem Stand der Technik hergestellte Quarzglas-Block ist jedoch
meistens ein Coulomb-Block, wobei die Schnittfläche des Blocks für die Produktion
von groß dimensionierten
Halbleitervorrichtungen nicht groß genug ist.
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Wenn
außerdem
bei dem herkömmlichen Verfahren
zur Herstellung eines Quarzglases durch Verschmelzen von Siliziumoxid-Pulver
mit einem elektrischen Heizgerät
die Größe der Maschinen sehr
umfangreich wird, werden wahrscheinlich Blasen in dem hergestellten
Quarzglas-Block zurückbleiben.
Ferner ist die Menge von Verunreinigungen viel größer als
bei dem, der durch ein mit Sauerstoff-Wasserstoffflammenverfahren
hergestellt wird.
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Es
ist manchmal erforderlich, dass Quarzglas, das für die Produktion von Halbleitervorrichtungen
verwendet wird, abhängig
vom Zweck der Nutzung einen hohen OH-Gehalt umfasst. Das Quarzglas, das durch
das Verschmelzungsverfahren durch elektrische Wärme hergestellt wird, enthält aber
weniger OH, lediglich maximal 10 ppm (parts per million – Teile
pro Millionen). Es ist nicht vorzuziehen, den OH-Gehalt nach der
Produktion zu dotieren (Anmerkung des Übersetzers: im Original steht "dorp" statt "dope"), da der Herstellungsprozess
kompliziert wird.
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Zur
Lösung
dieser Probleme hat man lange darauf gehofft, ein neues Verfahren
bereitzustellen, das das Sauerstoff-Wasserstoffflammenverfahren nutzt,
wodurch es möglich
wird, Quarzglas mit der Form einer länglichen Stange herzustellen,
das etwa 200 ppm OH enthält.
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Bei
dem Verfahren mit der Sauerstoff-Wasserstoffflamme ist es anders
als bei dem Verschmelzungsverfahren mit dem elektrischen Heizgerät, in dem
das elektrische Heizgerät
um den geschlossenen Ofen herum angeordnet werden kann, schwierig, die
Atmosphäre
des Ofens zu regulieren, weil das Siliziumoxid-Pulver direkt durch
die Sauerstoff-Wasserstoffflamme verschmolzen wird und der Ofen
nicht geschlossen werden kann. Die Ofenmaterialien und eine Düse zur Entnahme
des Quarzglases sind in kurzer Zeit abgenutzt, da die Sauerstoff-Wasserstoffflamme
in einem atmosphärischen
Zustand erzeugt wird, die Atmosphäre des Ofens dann ein Sauerstoffzustand
wird, wobei es folglich schwierig ist, den Ofen für einen
langen Zeitraum kontinuierlich zu betreiben.
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Ferner
wird mit Bezug auf den Entnahmeprozess das Quarzglas-Produkt von
der Düse
durch die Schwerkraft entnommen und in einem Korb aufgenommen, daher
ist es ebenfalls schwierig, die Temperatur des Ofens zu regulieren,
wobei das Quarzglas nach der Entnahme aus dem Ofen in die gewünschte Form
geformt und gekühlt
wird, wobei die Form des Produktes jedoch eingeschränkt und
die Genauigkeit des Produktes nicht ausreichend ist.
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Bei
dem herkömmlichen
Brenner des Siliziumoxid-Ofens wird das Siliziumoxid-Pulver in den Ofen
nicht durch eine Mitte des Brenners, sondern durch verschiedene
Verteilerkanäle
mit einem Trägergas,
zum Beispiel Wasserstoffgas, zugeführt, wobei es möglich ist,
dem Ofen eine große
Menge des Siliziumoxid-Pulvers zuzuführen und geeignet ist, den
Maßstab
des Quarzglas-Blocks zu vergrößern.
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Um
einen noch größer dimensionierten Quarzglas-Block
zu erzeugen, wird der Durchmesser des Außengehäuses des Brenners oder der
Durchmesser der Sauerstoff- oder Wasserstoffdüse vergrößert, wobei dadurch die Menge
des zugeführten
Siliziumoxid-Pulvers, des Sauerstoffs und des Wasserstoffs erhöht wird.
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Entsprechend
dem Aufbau eines herkömmlichen
Brenners gemäß 3 strömt das Wasserstoffgas
aber direkt vom Rand des Außengehäuses zu
einem Brennpunkt (Konvergenzpunkt) aus, wobei dies ein vergleichsweise
langer Abstand zum Mischen mit einem Sauerstoffgas ist, das aus
den Sauerstoffgasdüsen
herausströmt,
die innerhalb des Außengehäuses angeordnet
sind.
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Da
der Gasmischbereich ziemlich lang ist, wird sowohl die Verteilungs-
als auch die Mischrate der Gase niedrig, wobei folglich nicht alle
Gase in Wärmeenergie
umgewandelt werden, was zu einem großen Energieverlust führt. Der
Brennpunkt des Gemisches aus Sauerstoffgas und Wasserstoffgas wird ein
kleiner Flächenpunkt
auf der Oberfläche
des zu erzeugenden Blocks, speziell im Fall eines groß dimensionierten
Quarzglas-Blocks, wobei es daher schwierig ist, eine gleichförmige Verschmellungsfläche vorzubereiten.
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Um
die Wärmeeffizienz
der Sauerstoff-Wasserstoffflamme zu erhöhen, wird ein Punkt mit einer vergleichsweise
breiten Fläche
in der Nähe
des Randes des Außengehäuses ausgewählt. Zum
Beispiel hat der Punkt einen Durchmesser von 60 mm, wobei der Quarzglas-Block
durch Verschmelzen des Siliziumoxid-Pulvers mit der Sauerstoff-Wasserstoffflamme
hergestellt wird. Die Oberflächentemperatur
des Blocks wird jedoch nicht hoch genug, wobei die geschmolzene
Punktfläche
mit Doppelkreisen versehen wird und das Innere des Blocks infolge
der Unzulänglichkeit
der Verschmelzung schwärzlich
wird.
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Zusätzlich behindert
sich bei dem herkömmlichen
Brenner ein Strom des Siliziumoxid-Pulvers mit dem Strom des Wasserstoffgases,
und wenn der Durchmesser des Quarzglas-Blocks 400 mm übersteigt
und die Zuführungsrate
des Siliziumoxid-Pulvers
erhöht
wird, wird der Strom des Wasserstoffgases verwirbelt, was eine gleichförmige Verteilung
des Siliziumoxid-Pulvers in das Sauerstoff-Wasserstoffgasgemisch
verhindert. Dann wird das Siliziumoxid-Pulver nicht gleichförmig verschmolzen,
wobei innerhalb des verschmolzenen Quarzglases Blasen erzeugt werden,
wodurch die Qualität
des Quarzglases beschädigt
wird. Aus diesen Gründen
ist eine einfache Vergrößerung des
Maßstabs
des Brenners eingeschränkt.
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Es
ist eine Aufgabe dieser Erfindung, einen großen Quarzglas-Block direkt
durch Verschmelzen von Siliziumoxid-Pulver ohne Verschmelzen eines Coulomb-Blocks
mit einer sekundären
Heizung herzustellen.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Zusätzliche
Merkmale und Vorteile der Erfindung werden in der Beschreibung dargelegt,
die folgt, und werden zum Teil anhand der Beschreibung deutlich
oder können
durch die Praxis der Erfindung erfahren werden. Die Aufgaben und
weitere Vorteile der Erfindung werden durch den Aufbau verwirklicht und
erreicht, auf den in der schriftlichen Beschreibung und in den Ansprüchen hiervon
sowie in den beigefügten
Zeichnungen besonders hingewiesen wird.
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Um
diese und weitere Vorteile zu erreichen und gemäß dem Zweck der vorliegenden
Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung einer Quarzglas-Bramme
bereitgestellt, wie es im Anspruch 1 definiert ist.
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Ferner
wird eine Herstellungsvorrichtung für eine Quarzglas-Bramme, wie
sie im Anspruch 2 definiert ist, ebenfalls bereitgestellt, um die
Probleme zu lösen,
die der vorliegenden Erfindung zugrunde liegen. Ein bevorzugtes
Ausführungsbeispiel
der erfinderischen Vorrichtung wird in Anspruch 3 definiert.
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Es
ist unnötig
zu sagen, dass es vorzuziehen ist, äußerst reine Materialien zu
verwenden, die weniger Alkalimetalle enthalten, die mit kleinen
Mengen die Qualität
des Quarzglases beschädigen.
Die Quarzglas-Platte zum Abdichten des Ofens von der äußeren Atmosphäre wirkt
nicht nur als ein Verschluss für
die Oxidationsatmosphäre,
sondern auch als eine Wärmeisolierung
durch einen Selbstauskleidungseffekt und verhindert die Verunreinigung
des Quarzglas-Produktes.
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Des
Weiteren ist der Boden des Ofens eine Schicht aus Aluminiumsteinen,
wobei die Seitenwände
Silikat-Kohlenstoffsteine oder Zirconiumoxid-Steine umfassen. An
der Außenseite
der Seitenwände wird
eine doppelte Wärmeisolierungswand
mit porösen
Aluminiumsteinen und Aluminiumsteinen bereitgestellt. Der Ofendeckel
besteht aus Aluminiumsteinen, porösen Aluminiumsteinen oder Zirconiumoxid-Steinen
mit wärmebeständigen Merkmalen,
in denen ein Loch für
den Brenner ausgebildet ist.
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Da
der Boden des Ofens der Wärme
ausgesetzt ist, die von dem Brenner am oberen Deckel ausgestrahlt
wird, ist es vorzuziehen, hintereinander ZrO2-SiO2 Zirkonsteine oder wärmebeständige Metalle mit hohem Schmelzpunkt
wie Zirconiumoxid, Wolfram oder Molybdän zu verwenden. Die Zirconsteine
reagieren jedoch bei Kontakt mit dem geschmolzenen Siliziumoxid,
wobei wie bei den Aluminiumsteinen die Oberfläche der Steine mit Zirconiumoxid-Partikeln
bedeckt sein sollte, die von der Oberfläche leicht abgeteilt werden.
Des Weiteren ist der Boden des Ofens mit der Quarzglas-Platte bedeckt,
wobei ein Doppelschicht-Aufbau gebildet wird.
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KURZE BESCHREIBUNG DER
ZEICHNUNGEN
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Die
begleitenden Zeichnungen, die enthalten sind, um ein weiteres Verständnis der
Erfindung bereitzustellen, und die in dieser Patentbeschreibung eingearbeitet
sind und einen Teil davon bilden, veranschaulichen Ausführungsbeispiele
der Erfindung und dienen zusammen mit der Beschreibung dazu, die Grundsätze der
Erfindung zu erläutern.
Es zeigen:
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1 eine
Vorderansicht eines Quarzglas-Herstellungsofens der vorliegenden
Erfindung;
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2 eine
Vorderansicht des Ofens, der mit einem Nebenbrenner ausgestattet
ist;
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3 eine
Vorderansicht eines Brenners nach dem Stand der Technik.
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AUSFÜHRLICHE
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
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Es
wird nun ein ausführlicher
Bezug zu den bevorzugten Ausführungsbeispielen
der vorliegenden Erfindung hergestellt, deren Beispiele in den begleitenden
Zeichnungen veranschaulicht sind.
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Gemäß 1 wird
ein Ofen 1 auf einem drehbaren Rahmen 11 platziert,
auf dem Aluminiumsteine angeordnet und Seitenwände 4 mit Kohlenstoff-Silikatsteinen
aufgestellt sind, die der Form des herzustellenden Quarzglas-Blocks
entsprechen. Außerhalb
der Seitenwände 4 werden
poröse
Aluminiumsteine und Aluminiumsteine platziert, die eine Doppelwand 41 für die Wärmeisolation
doppelt bilden. Eine Oberseite des Ofens ist zur Luft hin offen, wobei
ein Deckel 2 über
den Ofen 1 mit einem Zwischenraum S gehängt wird, so dass sich der
Ofen 1 unabhängig
drehen kann.
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Der
Deckel 2 besteht aus wärmebeständigen Materialien
wie Aluminiumsteinen, porösen
Steinen oder Zirconiumoxid-Steinen und hat Öffnungen zur Installation von
Brennern und ein Überwachungsfenster.
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Die
Materialien für
die Ofenkonstruktion, ein feuerfestes Magnesiumoxid wie MgO-Steine oder MgO-Al2O3-Steine und eine
feuerfeste Grundlage wie CaO sind als Ofenmaterialien nicht geeignet,
da sie gegen die hohen Temperaturen nicht dauerstandfest sind, während das
Quarzglas geschmolzen wird, und sie sehr stark mit dem geschmolzenen
Quarzglas reagieren.
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Außerdem hat
ein neutrales feuerfestes Material wie Al2O3 ausreichend wärmebeständige Eigenschaften für die Quarzglas-Herstellung,
reagiert aber stark mit dem geschmolzenen Quarzglas und ist nicht
für die
Elemente des Ofens geeignet, die mit dem geschmolzenen Quarzglas
direkt in Kontakt kommen.
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Andererseits
ist ein feuerfestes Siliziumkarbid ein geeignetes Material für die Seitenwände des Ofens,
da es eine hohe wärmebeständige Eigenschaft
und eine hohe Festigkeit hat und das geschmolzene Quarzglas nicht
daran haftet. Unter dem feuerfesten Siliziumkarbid sind Siliziumkarbid-Steine, die
aus Siliziumoxid oder Siliziumnitrid als einem Bindemittel hergestellt
sind, vorzuziehen, wobei durch Siliziumnitrid verbundene Kohlenstoffnitrid-Steine (SiC
80%, SiN4 20%) mehr vorzuziehen sind.
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Die
Oberflächen
der für
die Konstruktion des Ofens 1 verwendeten Steine werden
vor der Konstruktion bei hohen Temperaturen gebrannt, um Metallverunreinigungen
zu entfernen, die an den Oberflächen
zurückgeblieben
sind. Ferner wirken kleine Partikel auf der Oberfläche der
Steine als ein Gas erzeugendes Mittel und verursachen eine Entglasung des
Quarzglases, wobei sie vor der Konstruktion durch Brennen der Oberfläche vollständig entfernt sein
sollten.
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Ein
Ofenbett 3 ist der Wärme
ausgesetzt, die von dem Brenner ausgestrahlt wird, wobei die Oberfläche des
Betts vorzugsweise mit sehr wärmebeständigen ArO2-SiO2-Zirconsteinen aufgebaut ist. Zirconsteine
reagieren aber stark mit dem geschmolzenen Siliziumoxid, wenn sie
direkt mit dem geschmolzenen Siliziumoxid in Kontakt kommen, wie
Aluminiumsteine, wobei das Herstellungsprodukt brechen kann oder
es sehr schwierig wird, das Produkt aus dem Ofen zu entnehmen. So
haben Zirconiumoxid-Partikel mit Durchmessern von 2 bis 10 mm eine gute
Wärmebeständigkeit
und werden leicht auf der Oberfläche
des Ofenbetts 3 ausgelegt, dass das Quarzglas-Produkt einfach
entnommen werden kann. Da das Zirconiumoxid in der Form von Partikeln
ausgelegt wird, verringert es den Einfluss der Probleme mit der
Differenz durch die Wärmeausdehnung
beim Erwärmen
und Abkühlen.
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Siliziumoxid-Pulver,
ein Rohmaterial des Quarzglases sind Siliziumoxid-Stein, Siliziumoxid-Sand,
Quarz-Pulver oder Siliziumoxid-Pulver, das durch Hydrolisieren von
Silizium-Alkoxid unter dem Vorhandensein von Chlorwasserstoffsäure oder
Ammonium als ein Katalysator und dem Sintern angesetzt wird. Siliziumoxid-Pulver
wird auch durch Reagieren einer Alkalimetall-Silikatlösung mit
einer Säure
und dem Sintern des erzeugten Siliziumoxids angesetzt.
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Siliziumoxid-Pulver
besteht vorzugsweise aus 40 bis 250 Maschen, besser 80 bis 100 Maschen,
wobei die Zuführungsgeschwindigkeit
aus 1,0 bis 20 Kg/Std. abhängig
von der Spezifizierung des Produktes, zum Beispiel transparent oder
undurchsichtig, der Nutzung und der Bildung des Produktes ausgewählt wird.
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Wenn
ein Block mit einem speziellen Abschnitt mit einem besseren Oberflächenzustand
hergestellt werden soll, kann die Zuführungsgeschwindigkeit in Anbetracht
der Produktivität
2 bis 5 Kg/Std. betragen.
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Wenn
das Quarzglas-Produkt undurchsichtig ist, wird Siliziumnitrid-Pulver
zum Siliziumoxid-Pulver als ein Gas erzeugendes Mittel hinzugefügt.
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Es
kann ein herkömmlicher
Quarzglas-Brenner gemäß 3 mit
Versorgungsröhren
für Sauerstoff 502 und
Wasserstoff 503 und einer Versorgungsröhre für Siliziumoxid-Pulver 504 angewandt werden.
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Der
Brenner 5 wird so installiert, dass er von dem Deckel 2 gemäß 1 und 2 in
einer Öffnung
vorsteht, die in den Deckelsteinen angeordnet ist.
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Entsprechend
der vorliegenden Erfindung werden gemäß 2 einer
oder mehrere Nebenbrenner 52 anders als ein Hauptbrenner 51 installiert. Der
Nebenbrenner 52 liefert Wärme zum Schmelzen des geschmolzenen
und abgelagerten Siliziumoxids auf dem Ofenbett 3 und breitet
das abgelagerte Siliziumoxid nach außen zu den Seitenwänden 4 aus.
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Die
Flammenrichtung des Nebenbrenners 52 ist nicht nur vertikal,
sondern auch eine schräge Einstellung
ist zulässig,
um die Wärme
im Ofen gleichförmig
zu verteilen. Für
diesen Zweck können die
Nebenbrenner 52, 52 um den Hauptbrenner 51 herum
angeordnet werden.
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Der
Nebenbrenner 52 ist vorzugsweise 5 bis 15 Grad mit Bezug
auf die Drehrichtung des Ofens geneigt, um eine Störung oder
eine Behinderung der Flamme zwischen den Brennern zu verhindern.
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Auf
der Oberfläche
des Ofenbetts 3 werden Zirconiumoxid-Partikel 10 mm dick
ausgelegt, um einen direkten Kontakt des geschmolzenen Siliziumoxids
und der Steine des Ofenbetts zu verhindern. Wenn das geschmolzene
Siliziumoxid mit den Steinen des Ofenbetts in Kontakt kommt, kann
das Quarzglas reißen,
wobei die Dicke der Zirconiumoxid-Partikelschicht abhängig vom
Oberflächenzustand
des Ofenbetts 3 bestimmt wird.
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Der
Deckel 2 wird über
den Ofen 1 mit einem Zwischenspalt S gehängt, so
dass der Deckel von der Drehung des Ofens 1 unabhängig ist.
Der Hauptbrenner 51 oder wenn nötig die Nebenbrenner 52 werden
in der Öffnung
installiert, die in den Deckelsteinen angeordnet ist, wobei Wasserstoffgas-
und Sauerstoffgas-Zuführungsrohre
mit den Brennern 5 verbunden werden. Das Zuführungsrohr
für das
Siliziumoxid-Pulver
von einem Zuführungstrichter
(nicht dargestellt) wird mit der Siliziumoxid-Zuführungsröhre 504 des
Hauptbrenners 51 verbunden. In dem Zuführungssystem für Siliziumoxid-Pulver
ist eine Vibrationsvorrichtung (nicht dargestellt) installiert,
um ein Aufschichten des Pulvers zu verhindern.
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Beim
Zünden
des Hauptbrenners 51 und des Nebenbrenners 52 wird
der Ofen 1 mit einer Geschwindigkeit von 2 bis 10 UpM gedreht.
Der Ofen 1 wird wenn nötig
1 bis 3 Stunden lang vor dem Vorgang vorgeheizt, um Verunreinigungen
und kleine Trümmerrückstände auf
den Ofensteinen zu entfernen.
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Das
Siliziumoxid-Pulver wird von dem Trichter zum Hauptbrenner 51 durch
ein Pulver-Zuführungssystem
zugeführt
und im Ofen 1 verschmolzen. Das Siliziumoxid-Pulver fällt auf
die Mitte des Ofenbetts 3 vom Deckel 2, wird durch
die Wärme
vom Brenner und einer Wärmekapazität des geschmolzenen
Siliziumoxids verschmolzen, wobei das geschmolzene Siliziumoxid
abgelagert wird, während es
zu den Seitenwänden 4 des
Ofens 1 fließt
und sich ausdehnt. Die Mitte des Ofens wird durch die Brenner 51, 52 bei
2000°C aufrechterhalten,
höher als
der Schmelzpunkt des Quarzglases, wobei der Ofen sich dreht und
sich das geschmolzene Siliziumoxid nach außen des Ofens ausdehnt, wenn
das geschmolzene Siliziumoxid abgelagert wird.
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Der
Quarzglas-Block ist hergestellt, wenn das abgelagerte, geschmolzene
Siliziumoxid fließt und
sich ausdehnt, wobei man einen Quarzglas-Block erhält, der
weniger Blasen enthält.
Im Wesentlichen lässt
man bei dem herkömmlichen
Flammen-Hydrolyseverfahren
zur Herstellung des Quarzglas-Blocks Siliziumoxid-Pulver kontinuierlich
herabfallen und durch die Wärme
von dem Brenner und die Wärmekapazität des geschmolzenen
Siliziumoxids verschmelzen, wobei ein Block mit weniger Blasen im Vergleich
mit dem Verfahren eines Elektrowärmeofens
erreicht wird.
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Wenn
aber bei dem herkömmlichen
Flammen-Hydrolyseverfahren die Wärmekapazität abnimmt,
werden die Siliziumoxid-Pulverpartikel nicht vollständig verschmolzen,
wobei Zwischenräume zwischen
den Partikeln im Block verbleiben und wahrscheinlich zu Blasen im
Block werden. Andererseits werden entsprechend dem Verfahren der
vorliegenden Erfindung die Zwischenräume zwischen den Partikeln
gefüllt,
während
das geschmolzene Siliziumoxid fließt und sich nach außen ausdehnt,
wobei man folglich einen Quarzglas-Block erhält, der weniger Blasen enthält.
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Der
Ofen wird automatisch abgesenkt, wenn das abgelagerte geschmolzene
Siliziumoxid anwächst,
wobei ein Abstand zwischen dem Hauptbrenner und der Oberseite des
abgelagerten geschmolzenen Siliziumoxids konstant geregelt wird. Des
Weiteren kann der Ofen seitlich 50 bis 150 mm geschüttelt werden,
um das sanfte Ausdehnen des geschmolzenen Siliziumoxids zu unterstützen. Gemäß 2 wird
der Ofen durch zwei elektrische Motoren angetrieben, einer für den Umlauf
und einer für die
Drehung, wobei der Ofen folglich seitlich geschüttelt wird.
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Das
geschmolzene Siliziumoxid erreicht die Seitenwände 4 als Folge der
Ausdehnungsbewegung, wobei ein Block gebildet wird, der dem Abschnitt
des Ofens 1 entspricht. Zum Beispiel sind die Ofenwände als
ein Rechteck von 100 mm × 100
mm angeordnet, wobei man dann einen 300 mm dicken, rechteckigen
Quarzglas-Block erhalten kann. Wenn die Wandsteine als Polygon oder
kreisförmig
angeordnet sind, erhält
man entsprechend einen Polygon-Block oder einen kreisförmigen Block.
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Wenn
die vorgegebene Menge des Siliziumoxid-Pulvers zum Brenner zugeführt und
abgelagert wurde, wird das Zuführungssystem
für das
Siliziumoxid-Pulver angehalten, wobei aber die Erwärmung fortgesetzt
wird, bis die obere Mitte der Ablagerung mit der Form eines Hügels fast
flach wird.
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Nach
dem Verlöschen
der Brenner wird die Drehung des Ofens angehalten, wobei die Seitenwände des
Ofens entfernt werden, um den hergestellten Quarzglas-Block herauszunehmen.
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Vor
dem Entfernen der Seitenwände
kann der Block für
mehrere Stunden mit der Wärme
der Brenner geglüht
werden, wobei dadurch die Schichten des Mittelbereiches des Blocks
dünner
werden und folglich die Brechungsindex-Gleichförmigkeit Δn außerordentlich verbessert ist.