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Quarzgläser, die
in der Regel durch Schmelzen von geläuterten natürlichen Quarzkristallpulvern hergestellt
werden, werden in den optischen, optischen Faser- und Halbleiterindustrien
aufgrund ihrer optischen Eigenschaften, chemischen Beständigkeit, Wärmestabilität oder anderen
Eigenschaften weit verbreitet eingesetzt.
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In
einigen entscheidenden Anwendungen sind die Verunreinigungen oder
Inhomogenitäten,
die aus der Verwendung eines natürlichen
Kristalleinsatzmaterials resultieren, möglicherweise inakzeptabel,
und es wird dann erforderlich, ein synthetisch erzeugtes Material
als Ersatz zu nehmen. Dies kann mitunter ein synthetisch hergestelltes
Pulver sein, allgemeiner werden glasartige Quarzprodukte von höchster Qualität jedoch
durch Aufdampfen hergestellt. Hierzu wird eine verdampfte Vorläuferverbindung
von Silizium einer Syntheseflamme zugeführt, wo sie oxidiert oder hydrolysiert
wird, um einen Strom aus pyrogener Kieselsäure oder einen Strom aus Mikropartikeln
von Quarz zu bilden, der entweder als poröser Quarzrußkörper, der dehydratisiert oder durch
Erhitzen in einer geeigneten Atmosphäre dotiert werden kann, und
nachfolgend zu porenfreiem Glas gesintert werden kann, oder alternativ
durch Absetzen bei einer solchen Temperatur, bei der der abgesetzte
Quarz direkt zu einem transparenten Glas sintert, zum Absetzen gebracht
wird.
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Dieses
letztere Verfahren, das oft als Direktabsetzverfahren bezeichnet
wird, ergibt Glas mit relativ hohem OH (Hydroxylgehalt), in der
Regel 800 bis 1200 Gew.-ppm,
dies ist für
viele Anwendungen jedoch akzeptabel, für optische Komponenten wie Prismen,
Linsen, usw., für
größere Artikel
wie Fenster von Öfen
oder Raumfahrzeugen, usw., für
Spiegel und zur Herstellung von Photomasken, d. h. den Platten,
die die Bilder tragen, die durch ein photolithographisches Verfahren
während der
Fertigung von Mikroschaltkreisen auf einen Silizium-Wafer aufgedruckt
werden.
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Das
Direktabsetzverfahren kann in einem von zwei Modi betrieben werden.
In dem ersten hiervon, der in 1 der
angefügten
Zeichnungen gezeigt ist, liefert ein Brenner 11 eine Syntheseflamme 12,
in der Regel eine Sauerstoff-Wasserstoff-Flamme, und wird über eine
zentrale Rohrleitung 11a mit einem Strom Vorläufermaterial
(siehe z. B. EP-A1-0 905 094) gespeist. Das Vorläufermaterial kann ein oder
mehrere gasförmige
Chlorsilane (z. B. Siliziumtetrachlorid) sein, in neuerer Zeit sind
jedoch chlorfreie Vorläufer
bevorzugt worden. Die Siliziumverbindung wird oxidiert oder hydrolysiert,
um einen Strom aus pyrogener Kieselsäure oder einen Strom aus Mikropartikeln
aus Quarz zu bilden, der auf ein Substrat gerichtet wird, das das
gewölbte
Ende 13a eines sich drehenden zylindrischen Stabs 13 bildet,
der in einer Ofenstruktur 14 gehalten wird. Ein wesentlicher
Anteil des in der Flamme erzeugten Quarzes setzt sich auf dem Substrat
ab, das langsam (in Richtung Z) aus dem Ofen abgezogen wird, wobei
vorzugsweise ein im Wesentlichen konstanter Abstand zwischen Brenner
und Substrat gehalten wird. Der Quarz wird bei einer solchen Temperatur
auf dem Substrat abgesetzt, dass er direkt zu transparentem, porenfreiem Glas
sintert. Der Stab kann um eine horizontale, vertikale oder andere
Achse gedreht werden und kann einer oszillierenden Bewegung an einer
oder beiden Achsen (X und/oder Y) unterzogen werden, die senkrecht
zu derjenigen der Rotation steht bzw. stehen, um die thermische
Belastung des Stabendes 13a zu verteilen und somit die
Homogenität
des Glases zu erhöhen
oder die Querschnittform des Stabs zu steuern.
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Eine
zweite geometrische Anordnung, die zum Auffangen von Glas durch
Direktabsetzen verwendet wird, ist in 2 der
angefügten
Zeichnungen gezeigt (siehe z. B. WO-A-97/10182). Diese verwendet
einen rotierenden flachen feuerfesten Tiegel 21, der in
der Regel mit feuerfesten Ziegeln aus Zirkon oder Zirkoniumdioxid
ausgekleidet ist und auf einem Drehtisch 22 angebracht
ist. Der Boden des flachen Tiegels wird für maximale Reinheit in der
Regel zuerst mit einer Schicht aus hochreinem Quarz oder Quarzglaspulver 23 oder
alternativ gebrochenem synthetischem glasartigem Quarzglas ausgekleidet. Über diesem
Tiegel wird ein feuerfestes Dach 24 befestigt, das einen
oder mehrere Synthesebrenner 25 trägt. Der Tiegel kann einen Durchmesser
zwischen 1 und 2 Metern haben, und unter diesen Bedingungen kann
eine erhebliche Anzahl von Brennern verwendet werden. Dies dient
sowohl zum Erhitzen des Tiegels auf eine Temperatur oberhalb des
Schmelzpunkts von Quarz als auch zum Erzeugen von Syntheseflammen 26,
die jeweils einen Strom aus pyrogener Kieselsäure oder Quarzruß auf der
Oberfläche eines
geschmolzenen Glaspools 27 absetzen, der in dem Tiegel
erzeugt wird. Nachdem so eine geeignete Dicke des Glases erzeugt
worden ist, wird der Tiegel abkühlen
gelassen, die feuerfesten Wände
werden entfernt, und der scheibenförmige Glasstab wird weggenommen,
um geschnitten, maschinell bearbeitet oder anderweitig in die erforderliche
Form gebracht zu werden.
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Das
Verfahren von 1 kann
verwendet werden, um einen zylindrischen (z. B. runden zylindrischen)
Stab zu erzeugen. Dieser kann eine geeignete Größe haben, um nach Bedarf in
zylindrische Abschnitte überführt zu werden,
z. B. für
Linsen oder Spiegelrohlinge, oder kann durch weitere thermische Verfahren
in Stangen- oder
Rohrprodukte umgewandelt werden. Für einige Anwendungen ist eine
zylindrische Form jedoch möglicherweise
ein ungeeignetes Ausgangsmaterial. Bei einigen Anwendungen, wo eine
Reihe quadratischer oder rechteckiger Produkte erforderlich ist,
beispielsweise für
Photomaskensubstrate, werden diese entweder maschinell aus einem Stab
von Übergröße herausgearbeitet,
woraus erhebliche Verschwendung resultiert, oder alternativ wird
der zylindrische Stab beispielsweise durch Erhitzen auf Erweichungstemperatur
in einer Graphitform mit geeigneten Innendimensionen und durch Zusammensacken
unter seinem Eigengewicht oder durch Ausübung von Druck umgeformt, um
den erweichten Quarz zur Annahme der Gestalt der Form zu zwingen.
Nach dem Abkühlen
kann der umgeformte Stab zu Scheibchen mit den gewünschten
Dimensionen geschnitten werden. Dieser Sekundärvorgang ist kostspielig und
führt zu
Materialverlusten.
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Wenn
solche Formen aus einem der großen scheibenförmigen Stäbe geschnitten
werden sollen, die durch das Tiegelverfahren von 2 erzeugt werden, beinhaltet dies umfangreiche
Schneidvorgänge
und es führt
wiederum zu viel Verschwendung. Es mag auch erforderlich sein, Material
mit unbefriedigender Qualität
infolge von beispielsweise Verunreinigungen aus den feuerfesten
Materialien des Ofendaches oder aus dem Tiegel selbst auszumustern.
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Für bestimmte
Formen von Produkten, insbesondere jene mit quadratischem Querschnitt,
ergibt keines der beiden Hauptherstellungsverfahren einen Stab,
der direkt verwendet werden kann, und keines zeigt hohe Materialeffizienzen.
Zudem ermöglicht
keines kontinuierlichen Betrieb, wie er für den wirtschaftlicheren Betrieb
erwünscht
wäre, da
beide im Wesentlichen Chargenverfahren sind.
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Es
besteht somit ein Bedarf nach einem Direktabsetzverfahren für synthetisches
glasartiges Quarzglas, das kontinuierlich betrieben werden kann und
einen Stab mit festgelegten Querschnittdimensionen erzeugt, d. h.
rund, quadratisch, rechteckig oder anders.
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Diese
Erfindung strebt die Erfüllung
dieser Anforderung an, indem ein verbessertes Verfahren zum Formen
eines geformten Körpers
aus synthetischem glasartigem Quarz glas und ein verbesserter Ofen
zur Herstellung eines solchen geformten körpers geliefert werden.
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Gemäß einem
Aspekt liefert die Erfindung einen Ofen zur kontinuierlichen Herstellung
eines Glasstabs aus synthetischem glasartigem Quarz, der aufweist:
eine Ofeneinhausung, die einen feuerfesten Behälter aufnimmt, wobei der Behälter zum
Enthalten einer Schmelze aus synthetischem glasartigem Quarz angepasst
ist; einen oder mehrere Brenner, die zum Halten der Schmelze des
synthetischen glasartigen Quarzes in dem feuerfesten Behälter oberhalb
seiner Sintertemperatur angepasst sind, wobei mindestens einer der
Brenner ein Synthesebrenner ist, der mit den dazugehörigen Mitteln
zur Zufuhr von Quarzvorläufer
und Verbrennungsgasen ausgestattet ist und zum Absetzen von synthetischem
glasartigem Quarz durch Aufdampfen auf die Oberfläche der
Schmelze angepasst ist; eine in einer Wand oder der Basis des Behälters angeordnete
Düse, wobei
die Düse
eine Öffnung
einschließt,
durch die der Glasstab extrudiert wird; und eine Anordnung beweglicher
Klemmen oder Spannfutter stromabwärts von der Öffnung,
die zum Halten und Erleichtern des Abziehens des Stabs angepasst
sind; wobei die Anordnung ein kontinuierliches Abziehen von synthetischem
glasartigem Quarz als Stab mit festgelegten Querschnittdimensionen,
die durch die Dimensionen der Düsenöffnung definiert
sind, mit einer Rate ermöglicht,
die im Wesentlichen derjenigen entspricht, mit der der Quarz durch
den bzw. die Synthesebrenner abgesetzt wird.
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Gemäß einem
anderen Aspekt liefert die Erfindung ein Verfahren zum kontinuierlichen
Bilden eines Glasstabs aus synthetischem glasartigem Quarz, das
die Schritte einschließt:
Erzeugen einer Schmelze aus Quarz, die in einem feuerfesten Behälter enthalten
ist, wobei ein Teil dessen Grenzen eine Düsenöffnung definiert; Halten der
Schmelze in einem geschmolzenen Zustand durch Erhitzen mit einem
oder mehreren Brennern, von denen mindestens einer ein Synthesebrenner
ist; Absetzen von synthetischem glasartigem Quarz aus dem Synthesebrenner/den
Synthesebrennern durch Aufdampfen auf die Oberfläche der Schmelze; und Abziehen
des synthetischen glasartigen Quarzes als Stab mit festgelegten
Querschnittdimensionen, die durch die Dimensionen der Düsenöffnung definiert
sind, mit einer Rate, die im Wesentlichen derjenigen entspricht,
mit der Quarz durch den Synthesebrenner/die Synthesebrenner abgesetzt
wird.
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Der
feuerfeste Behälter
(z. B. ein Tiegel) ist in einer feuerfesten Ofeneinhausung enthalten.
Der Quarz in dem Behälter
wird durch einen oder mehrere Brenner, die zweckmäßig durch
das Dach der Ofeneinhausung gehalten werden, so dass die Flamme
des oder jedes Brenners in Richtung auf den Tiegel nach unten gerichtet
ist, oberhalb der Sintertemperatur gehalten.
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Die
Formungsöffnung
befindet sich zweckmäßig in dem
untersten Teil der Masse in dem Tiegel, und die Entfernung beinhaltet
das positive Abziehen des Stabs von unten.
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Der
oder jeder Synthesebrenner ist sowohl zum Absetzen von synthetischem
glasartigem Quarz in den feuerfesten Behälter (z. B. Tiegel) als auch zum
Unterstützen
des Haltens dieses Quarzes oberhalb seiner Sintertemperatur angepasst.
Die Vorrichtung schließt
auch Mittel zum Zuführen
von Sauerstoff, Brennstoff und siliziumhaltigem Vorläufermaterial
zu dem oder jedem Synthesebrenner ein. Durch weitere Heizmittel
kann gegebenenfalls weitere Wärme
zugeführt
werden.
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Der
Tiegel kann gegebenenfalls mit seiner Düse, dem Stab und der Anordnung
der Klemmen synchron gedreht werden, um ein abgesetztes Glas mit
verbesserter Homogenität
zu liefern.
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Der
Tiegel kann wiederum gegebenenfalls mit seiner Düse, dem Stab und der Anordnung
von Klemmen horizontal in einer x-Richtung oder alternativ in zueinander
senkrecht stehenden x- und y-Richtungen hin und her bewegt werden
kann, um das Ausbreiten des Musters aus abgesetztem Glas aus dem
einen oder mehreren Brennern zu ermöglichen.
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Alternativ
kann ein Ausbreiten des Musters des abgesetzten Quarzes durch ähnliche
Bewegung der Brennergruppierung und der Ofeneinhausung erreicht
werden.
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Die
Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die 3 und 4 der
angefügten
Zeichnungen beispielhaft näher
erläutert.
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In
einer Ausführungsform
der Erfindung umfasst die Vorrichtung, wie in 3 dargestellt, eine Ofeneinhausung 31,
die mit feuerfesten Ziegeln ausgekleidet ist und ein Dach 32 trägt, das
auch aus geeignetem feuerfestem Material hergestellt ist. Ein oder
mehrere Brenner 33 ragen durch dieses Dach. Diese Brenner
können
aus Metall oder Quarzglas hergestellt sein und werden mit einem
Brenngas (z. B. Wasserstoff und/oder Erdgas, usw.), mit Sauerstoff
und mit dem Dampf einer geeigneten Siliziumverbindung gespeist,
die bei Oxidation und/oder Hydrolyse einen Strom aus Mikropartikeln
aus pyrogener Kieselsäure
ergibt, wobei der Strom auf die Oberfläche einer Masse 34 aus
Glasschmelze gerichtet ist, die in einem feuerfesten Behälter oder
Tiegel 35 enthalten ist.
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Das
Vorläufermaterial
kann Siliziumtetrachlorid oder anderes Halogensilan sein, wobei
die Produktgase in diesem Fall die schädlichen und korrosiven Nebenprodukte
Salzsäure
und Chlor enthalten. Diese müssen
mit Vorsicht gehandhabt und mit geeigneten Gasreinigungsgeräten behandelt
werden, bevor sie in die Atmosphäre
abgegeben werden. Falls das Vorläufer material
alternativ eine chlorfreie Siliziumverbindung ist, wie ein Siloxan
oder Alkoxysilan, dann enthalten die Produktgase nur Kohlendioxid,
Wasserdampf und nicht aufgefangene pyrogene Kieselsäure, und
die Ausflussbehandlung wird wesentlich vereinfacht.
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Ein
weiter Bereich potentieller Siloxane kann in den Brennern 33 verwendet
werden, bevorzugte Siloxane sind jedoch die Polymethylsiloxane einschließlich des
linearen Polymethylsiloxans Hexamethyldisiloxan und der zyklischen
Polymethylsiloxane Oktamethylzyklotetrasiloxan (OMCTS) und Dekamethylzyklopentasiloxan
(DMCPS). Von den vielen unterschiedlichen Alkoxysilanen, die alternativ
verwendet werden können,
ist einer der bevorzugten Vorläufer
Methyltrimethoxysilan (MTMS).
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Die
Produktgase werden über
Abgasrohrleitungen 36, 37 aus dem Ofen geführt, wobei
ihr Durchfluss mit Hilfe von Ventilen 38, 39 gesteuert wird.
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Die
feuerfeste Einhausung 35 dient, wie bereits gesagt, als
Tiegel, der die Glasschmelze enthält, und in der Basis dieses
Tiegels befindet sich eine Öffnung 40,
die durch einen Düsenziegel
oder andere Düsenzusammenstellung 40a definiert
sein kann, die so konstruiert ist, dass ein Auslass gebildet wird,
der als kontinuierliche Gießdüse dient,
durch die das geschmolzene Glas im Verlauf des Verfahrens in progressiver
Weise gezogen wird. Dieser Düsenziegel oder
diese Düsenzusammenstellung
kann aus einem feuerfesten Material gefertigt sein, das ähnlich demjenigen
ist, das zur Auskleidung des Gefäßes 35 verwendet
wird, oder kann aus anderem feuerfestem Material gefertigt sein,
das in Bezug auf verbesserte Erosionsbeständigkeit ausgewählt worden
ist, oder kann sogar aus feuerfestem Metall gefertigt sein, das gegebenenfalls
durch eine Keramikbeschichtung geschützt ist (z. B. Molybdän, beschichtet
mit Molybdändisilizid).
Falls eine Düsenöffnung aus feuerfestem Metall
verwendet wird, ist es bevorzugt, jegliches freiliegende Metall
(z. B. die Unterseite der Lippe der Düse) mit einem reduzierenden
Gas zu umgeben, wie einer Wasserstoff-Stickstoffgas-Mischung.
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Tiegel 35 wird über geeignete
Isolierziegel 41 auf einer festen Basisplatte 42 gehalten.
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Unterhalb
der Öffnung 40 hängt ein
Glasstab 43 herunter, der durch eine Reihe beweglicher
Klemmen 44 gehalten wird, die während des normalen Betriebs
zum progressiven Abwärtsbewegen
vorgesehen sind, wodurch das Abziehen der Schmelze aus Tiegel 35 mit
einer gewählten
Rate begünstigt
wird (die z. B. der Rate entspricht, mit der synthetisches Quarzglas
von oben durch die Gruppierung der Brenner 34 abgesetzt
wird). In Intervallen kann jeweils eine dieser Klemmen dazu gebracht
werden, ihren Griff von dem Glasstab zu lösen und unabhängig aufwärts bis
zu der oberen Grenze ihrer Bewegung getrieben zu werden, bevor sie
wieder so eingestellt wird, dass sie den sich abwärts bewegenden
Stab greift. Auf diese Weise bewegen sich die Klemmen zyklisch aufwärts und
langsam abwärts,
und der Glasstab wird unter steter Abwärtsbewegung gehalten. Der Glasstab
wird vollkommen gerade gehalten, indem gewährleistet ist, dass jederzeit
der Stab von mindestens zwei Klemmen gegriffen wird.
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In
Intervallen kann eine Länge
des Glasstabs 43 von seinem unteren Ende abgeschnitten
werden, z. B. an Punkt 45, der über die mittlere Bodenebene 46 zugänglich ist,
und dann auf die ganz untere Ebene 47 abgesenkt werden,
wo sie losgelassen und zur weiteren Verarbeitung entfernt wird.
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Durch
Auswahl der Dimensionen der Öffnung 40 ist
es auf diese Weise möglich,
kontinuierlich einen Stab aus synthetischem glasartigem Quarz mit festgelegtem
Querschnitt und festgelegten Dimensionen zu bilden. Es ist somit
möglich,
einen zylindrischen Stab oder einen Stab mit quadratischem oder rechteckigem
Querschnitt herzustellen, und sogar ein Rechteck mit hohem Aspektverhältnis zu
extrudieren, d. h. eine Platte. Während der Einfachheit halber
die Basis des Tiegels 35 in 3 als
im Wesentlichen eben dargestellt ist, mag es für einige Anwendungen bevorzugt
sein, eine alternative Form, z. B. kegelstumpfförmig, zu haben, um das Fließen des Glases
zu der Öffnung 40 zu
erleichtern, um eine geeignete Temperaturverteilung an den Wänden des Gefäßes zu gewährleisten
oder die Entglasung an den Wänden
oder um die Öffnung
herum zu minimieren, die ansonsten die Dimensionen des extrudierten Stabs
beeinflussen könnte.
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Das
in 3 abgebildete Verfahren
kann wie folgt begonnen werden. Der Tiegel 35 wird auf
der Basisplatte 41 zusammengesetzt und eine Düsenzusammenstellung 40a eingefügt. Ein
zuvor gefertigter Stab wird über
die Klemmen 44 in die Öffnung 40 emporgehoben.
Dieser Stab kann nach Bedarf maschinenbearbeitet sein, so dass er
genau in die Düsenöffnung passt,
und dient als "Köderstück". Die Basis des Tiegels
wird mit zuvor gefertigtem synthetischem glasartigem Quarz (z. B.
in Form von Glasstücken) bedeckt.
Der Ofen wird durch Erhitzen mit der Brennergruppierung auf Temperatur
gebracht, wodurch die Anfangsofenfüllung zum Schmelzen und Anschmelzen
an das obere Ende des herausragenden Köderstücks gebracht wird. Dann wird
den Brennern Vorläufermaterial
zugeführt,
und der Schmelzepegel in dem Tiegel 35 steigt, wenn das
Absetzen von Glas voranschreitet. Wenn die gewünschte Schmelzetiefe erreicht
ist, wird mit dem Ziehen des Stabs begonnen, indem die progressive
Abwärtsbewegung
der Klemmen 42 gestartet wird. Die Fertigung des Stabes läuft dann
als stetiger Prozess weiter, wobei das Abziehen des Stabs mindestens
im Wesentlichen der Glasabsetzrate entspricht, und wobei Stababschnitte in
Intervallen nach Bedarf (z. B. regelmäßigen Intervallen) abgeschnitten
und entfernt werden.
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Das
in 3 gezeigte Verfahren
ist für
viele Anwendungen zweckmäßig, die
einen Glasstab mit hoher Reinheit und gesteuerten Dimensionen erfordern.
Der Tiegel 35 ist jedoch wie abgebildet stationär, und es
ist offensichtlich, dass jeder Brenner 33 auf einen festgelegten
Bereich der Oberfläche
der Schmelze gerichtet ist. In diesem Abschnitt abgesetztes Glas
hat somit ein etwas anderes Hydroxylniveau als solches, das an anderer
Stelle in kühleren Zonen
abgesetzt worden ist. Falls ein chlorhaltiges Vorläufermaterial
verwendet wird, dann ist der Chlorgehalt des Glases in der Zone
höher,
in der jede Syntheseflamme auftrifft. Diese Effekte können zu
geringfügigen
Inhomogenitäten
in den chemischen Eigenschaften und auch in dem Brechungsindex des Glasstabs
führen.
Es ist aus diesem Grunde möglicherweise
erwünscht,
den Tiegel 35 und Stab 43 im Verlauf des Verfahrens
zu drehen, und dies wird durch eine Entwicklung des Verfahrens erreicht,
die in 4 gezeigt ist.
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In
diesem Fall umfasst die Vorrichtung eine Ofeneinhausung 51,
die mit feuerfestem Ziegel ausgekleidet ist und ein Dach 52 trägt, das
auch aus geeignetem feuerfestem Material hergestellt ist. Ein oder
mehrere Brenner 53 ragen durch dieses Dach. Diese Brenner
können
aus Metall oder Quarzglas hergestellt sein und werden wie oben beschrieben mit
Brenngasen, Sauerstoff und Vorläuferdampf
gespeist.
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Die
Produktgase werden über
Abgasrohrleitungen 56, 57 aus dem Ofen geführt, ihr
Durchfluss wird mit Hilfe von Ventilen 58, 59 gesteuert.
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Das
Produktglas wird wiederum in einer feuerfesten Gefäß- oder
Tiegelzusammenstellung 55 aufgefangen, in deren Basis eine
Formungsöffnung 60 angeordnet
ist, die durch eine feuerfeste Düse 60a definiert
ist, die aus einem oder mehreren Ziegeln, oder alternativ einer
feuerfesten Metallplatte wie oben beschrieben hergestellt ist. Die
Tiegelzusammenstellung 55 wird wieder auf Isolierziegeln 61 und
auf einer Basisplatte 62 gehalten, in diesem Fall umfasst
Basisplatte 62 jedoch einen Drehtisch, der auf konstanter
Höhe gehalten
wird, sich jedoch um eine vertikale Achse drehen kann.
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Unterhalb
der Formungsöffnung 60 hängt ein Glasstab 63 herab,
der von einer Reihe sich drehender Spannfutter 64 gehalten
wird, die so entworfen sind, dass sie sich synchron mit der Tiegelzusammenstellung 55 und
dem Drehtisch 62 drehen, jedoch auch in der Lage sind,
sich in progressiver Weise in Abwärtsrichtung voranzubewegen,
wobei sich alle Spannfutter mit identischer Geschwindigkeit bewegen,
wodurch das Abziehen der Schmelze aus der Tiegelzusammenstellung 55 mit
einer gewählten Rate
möglich
ist (vorzugsweise mit einer konstanten Rate, die der Rate entspricht,
mit der synthetisches Quarzglas durch die obige Gruppierung von
Brennern abgesetzt wird).
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Wie
zuvor kann wiederum jedes dieser Spannfutter 64 dazu gebracht
werden, seinen Griff von dem Glasstab 63 zu lösen, und
kann dann unabhängig
bis zu der Obergrenze seiner Bewegung nach oben getrieben werden,
bevor es wieder so eingestellt wird, dass es den sich abwärts bewegenden Stab
greift. Auf diese Weise bewegen sich die Spannfutter 64 zyklisch
aufwärts
und langsam abwärts,
während
sie mit konstanter Geschwindigkeit gedreht werden, und der Glasstab
wird unter konstanter Rotation und stetiger Abwärtsbewegung gehalten. Durch
Verwendung von Spannfuttern 64 mit zwei Backen kann gewährleistet
werden, dass der Stab 65 vollkommen gerade gehalten wird.
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Eine
Länge des
Glasstabs kann in Intervallen abgeschnitten, z. B. an Punkt 65 in
der mittleren Boden ebene 66, und dann auf die ganz untere
Ebene 67 abgesenkt werden, wo sie losgelassen und zur weiteren
Verarbeitung entfernt wird.
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Durch
Auswahl der Dimensionen der Formungsöffnung 60 ist es auf
diese Weise möglich, kontinuierlich
einen Stab aus synthetischem glasartigem Quarz mit festgelegtem
Querschnitt und festgelegten Dimensionen zu bilden. Es ist somit
möglich, einen
kreisförmigen
zylindrischen Stab oder einen Stab mit quadratischem oder rechteckigem
Querschnitt herzustellen, und sogar einen Stab zu extrudieren, dessen
Querschnitt ein Rechteck mit hohem Aspektverhältnis ist, d. h. eine Platte.
Während
der Einfachheit halber die Basis der Tiegelzusammenstellung 55 in 4 als im Wesentlichen eben
dargestellt ist, mag es für
einige Anwendungen bevorzugt sein, eine alternative Form, z. B.
kegelstumpfförmig, zu
haben, um den Fluss des Glases zu der Formungsöffnung 60 zu erleichtern,
um eine geeignete Temperaturverteilung an den Wänden des Gefäßes zu gewährleisten
oder die Entglasung an den Wänden
oder um die Öffnung 60 herum
zu minimieren, die ansonsten die Dimensionen des extrudierten Stabs
beeinflussen könnte.
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Aufgrund
der Rotation der Tiegelzusammenstellung 55 erfolgt das
Absetzen durch die Brenner 53 auf einer sich kontinuierlich
bewegenden Oberfläche,
und dies vermeidet Überhitzen
von jedem lokalisierten Bereich auf der Glasoberfläche, verbessert die
Absetzeffizienz und ermöglicht
das Erreichen einer wesentlichen erhöhten Homogenität des in
der Tiegelzusammenstellung abgesetzten Glases. Die progressive Bewegung
des Glases durch die Tiegelzusammenstellung zu der Öffnung 60 ermöglicht auch
Misch- und Diffusionsprozesse, die die Homogenität des Glasprodukts weiter erhöhen.
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Eine
Installation, die den Drehtisch 62 und die sich bewegenden
Spannfutter 64 umfasst, kann als große, vertikal orientierte Drehbank
angesehen werden, deren Bett eine Turmzusammenstellung 68 umfasst.
Für äußerste Homogenität ist es
möglich, den
Halteturm 68 zur horizontalen Hin- und Herbewegung in einer
x-Richtung oder sogar sowohl in x- als auch in y-Richtung zu bringen,
wobei diese Richtungen zueinander rechtwinklig sind und in rechten
Winkeln zu der Richtung Z des Stababzugs stehen, dies ist für die meisten
Anwendungen der Glasstabprodukte jedoch nicht erforderlich. Es ist
alternativ prinzipiell möglich,
die Ofendach/Brenner-Zusammenstellung zur langsamen Oszillation
in der x-Richtung und
potentiell in den x- und y-Richtungen zu bringen, um denselben Homogenisierungsprozess
zu erreichen.
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Die
Wahl der feuerfesten Materialien ist für das erfolgreiche Betreiben
dieses Verfahrenstyps eindeutig von Bedeutung. Im Allgemeinen haben
sich hochwertige feuerfeste Zirkonmaterialien als adäquat erwiesen,
es ist jedoch hohe Reinheit erforderlich, um Verunreinigung zu minimieren,
insbesondere bei Verwendung chlorfreier Vorläufer. Größere Erosionsbeständigkeit
wird jedoch erreicht, wenn Yttriumoxid-stabilisierte feuerfeste
Zirkoniumdioxidmaterialien verwendet werden, deren erhöhte Kosten
durch die verbesserte Langlebigkeit der Ofenkomponenten und die
Effizienz des Verfahrens gerechtfertigt sind, durch das die Fertigung
eines Stabs mit dem erforderlichen Querschnitt und den erforderlichen
Dimensionen auf kontinuierlicher Basis möglich wird.