JP2024506468A - 石英ガラス体 - Google Patents

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Abstract

【解決手段】 石英ガラス体を作製するための方法であって、二酸化ケイ素粒子の粉末と液体とからスラリーを形成し、スラリーを超音波で処理してスラリー中に形成された凝集物を解凝集させ、［凝集物］を多段フィルタデバイスに通過させて二酸化ケイ素懸濁液を得て、造粒により二酸化ケイ素懸濁液から二酸化ケイ素造粒物を形成し、炉内でガラス溶融物を形成し、ガラス溶融物から石英ガラス体を形成することを含み、炉は、ガスが取り出されるガス出口を有し、ガスが取り出された直後のガスの露点は０℃未満であり、多段フィルタデバイスは、各々少なくとも１つのフィルタを含む少なくとも３つのフィルタ段を有し、第１のフィルタ段は少なくとも５μｍのフィルタ微細度を有し、第２のフィルタ段は０．５～５μｍのフィルタ微細度を有し、第３のフィルタ段は１μｍ以下のフィルタ微細度を有し、第１のフィルタ段の分離率は少なくとも５０％であり、第２のフィルタ段の分離率は少なくとも９５％であり、第３のフィルタ段の分離率は少なくとも９９．５％である。【選択図】図４

Description

本発明は、石英ガラス体を作製するための方法であって、ｉ．）二酸化ケイ素粉末及び液体を調製するステップと、ｉｉ．）液体を二酸化ケイ素粒子と混合してスラリーを得るステップと、ｉｉｉ．）スラリーを超音波で処理して前駆体懸濁液を得るステップと、ｉｖ．）前駆体懸濁液を第１の多段フィルタデバイスに通して、二酸化ケイ素懸濁液を得るステップと、ｖ．）二酸化ケイ素懸濁液から二酸化ケイ素造粒物を作製するステップと、ｖｉ．）炉内で二酸化ケイ素造粒物からガラス溶融物を作製するステップと、ｖｉｉ．）ガラス溶融物の少なくとも一部から石英ガラス体を作製するステップとのプロセスステップを含み、ステップｉｉｉ．）におけるスラリーの処理が、二酸化ケイ素粒子の少なくとも一部を解凝集させることを含み、ステップｖ．）が造粒を含み、二酸化ケイ素造粒物の粒径が、二酸化ケイ素懸濁液中に含まれる二酸化ケイ素粒子よりも大きく、炉は、るつぼと、炉からガスを取り出すためのガス抜き口とを有し、ガス抜き口を介して炉を出るガスの露点が０℃未満であり、第１の多段フィルタデバイスは、少なくとも第１、第２及び第３のフィルタ段を有し、第２のフィルタ段は第１のフィルタ段の下流に配置され、第３のフィルタ段は第２のフィルタ段の下流に配置され、各フィルタ段は少なくとも１つのフィルタを含み、第１のフィルタ段は５μｍ以上のフィルタ微細度を有し、第２のフィルタ段は０．５～５μｍの範囲のフィルタ微細度を有し、第３のフィルタ段は１μｍ以下のフィルタ微細度を有し、フィルタ微細度は当該フィルタが保持する最小粒径を示し、各場合においてＩＳＯ １６８８９に規定される第１のフィルタ段に関する分離率は５０％以上であり、第２のフィルタ段に関する分離率は９５％以上であり、第３のフィルタ段に関する分離率は９９．５％以上である。本発明はまた、本方法から入手可能な石英ガラス体、並びにライトガイド、発光体、装置及び成形体に関する。
石英ガラス、石英ガラス製品及び石英ガラスを含む製品は公知である。石英ガラス及び石英ガラス体を作製するための様々な方法が既に知られている。それにもかかわらず、更に高純度の、すなわち不純物が存在しない石英ガラスを調製することができる調製プロセスを特定するために、依然として多大な努力が払われている。
石英ガラス及びその加工製品の多くの適用分野において、例えば均質性及び純度に関して高い要求がなされている。これは、とりわけ、ライトガイド又は発光体に加工される石英ガラスに当てはまる。この場合、不純物は吸収を引き起こす可能性がある。それは、放出される光を減衰させることになるため、不利である。
ＵＶライト及びそのジャケット管は、例えば、水の消毒又は空気及び表面の消毒に使用される。その目的は、不純物が照射の効率を低下させる所与の波長範囲のＵＶ放射を放出することである。この理由から、合成石英ガラスを有する製品及び／又は合成石英ガラスの製品が特に好ましい。しかしながら、この市場において競争力を持たせるためには、石英ガラス製品は安価でなければならない。そのため、合成石英ガラス製品を作製するための既存の方法は、市場性がない。
高純度石英ガラスの使用の更なる例は、半導体製造における製造ステップである。ここで、ガラス体中の任意の不純物は、半導体中の欠陥を潜在的にもたらす可能性があり、したがって、半導体は製造時に不合格になる。半導体製造におけるように、開発は、ますます狭い構造幅、高い実装密度、積層をもたらしており、ウェハ上のプロセスステップ数の増加及び基材としてより大きなウェハの使用を伴い、不純物に関する懸念が明らかに高まっている。同時に、不合格品コストは不相応に上昇している。これらの理由から、ウェハへの汚染の移行を可能な限り抑えることができる反応器及び製造デバイスが必要とされている。
これらの理由から、産業界は、以前は天然源からの石英ガラスが使用されていたが、合成石英ガラスの反応器及びデバイスに大きな関心を集めている。これらのプロセスで使用される高純度石英ガラスタイプ、特に高純度合成石英ガラスタイプは、作製するのに非常に費用がかかる。それらは高価である。それにもかかわらず、ここでの需要は相当なものである。
しかしながら、いくつかの用途において、合成石英ガラスは、特に半導体製造における反応器及びデバイスに対して欠点を有する。例えば、特定の金属イオン、特にアルミニウムが存在しないことにより、合成石英ガラスは天然石英ガラスよりも粘性が低くなる。他方、それは、とりわけ火炎加水分解による二酸化ケイ素の作製から生じる比較的より多くのＯＨ基を有する。これは、より低い粘度をもたらし、したがって、天然石英ガラスと比較してそれらが使用され得る最大温度を低下させる。
他方、ＯＨ基が少ない合成石英ガラスは、溶融ステップの前に前駆体段階（例えば、多孔質体又はナノ粒子からの造粒物）を塩素、塩酸などで処理することによって作製することができる。これによりＯＨ基が除去される。しかしながら、このようにして得られた石英ガラスは、そのとき塩素で汚染されており、粘性も低く、特定の用途を排除する。また、半導体産業は、塩素化石英ガラス反応器が塩素を放出し、この塩素が他の金属と反応してウェハを汚染したり、又はウェハ上に確立された構造を腐食したりする可能性があることを懸念している。そのため、合成石英ガラスは、天然石英ガラスと同様に、ＯＨ基が少ないだけでなく、塩素を含まず、高粘度であり得ることも望まれている。
市場は、既に上述した高純度石英ガラス、特に高純度合成石英ガラス及び製品を望んでいるので、当該高純度石英ガラスに匹敵する良好な品質の合成石英ガラスを作製すると同時に、現在市場で知られている石英ガラスグレードよりも低価格でそれらを提供できることが極めて魅力的である。このことを念頭に置いて、より安価な製造プロセスとより安価な原料源との両方が求められている。
石英ガラス体を作製するための既知のプロセスは、二酸化ケイ素を溶融することと、溶融物から石英ガラス体を成形することとを含む。例えば気泡の形態でガスを閉じ込めることによるガラス体の不規則性は、ガラス体を応力下で、特に高温で破損させるか、又は特定の目的のために使用することを妨げる可能性がある。例えば、石英ガラスを作製する際に使用される原料が汚染されている場合、これは、石英ガラス中に形成される亀裂、気泡、ストリップ及び変色をもたらす可能性がある。
半導体構成要素を作製及び処理するためのプロセスにおいて使用される場合、ガラス体中の汚染物質が浸出し、処理された半導体構成要素に移行する可能性がある。これは、例えばエッチングプロセスの場合であり、半導体ブランクの破損につながる。ガス含有物が存在する場合、それらが浸出すると、半導体製造において使用されるエッチングプロセスにおいて粒子が形成される。これも危険と見られる。したがって、公知の製造プロセスでしばしば発生する問題は、使用される石英ガラス体の品質が不十分であることである。
別の態様は、原料効率である。石英ガラス製品を作製するために工業的に加工される他の場所で副生成物として生じる石英ガラス及び原料を使用することは、これらの副生成物を単に充填剤として、例えば建設において使用したり、又はそれらを廃棄物として高価に処分したりする代わりに有利であるように思われる。これらの副生成物は、しばしば、フィルタ中に微細なダストとして閉じ込められる。この微細なダストは、特に健康、作業時の安全性及び取り扱いの点で更なる問題を引き起こす。
課題
本発明の１つの課題は、従来技術から生じる１つ以上の欠点を、特に部分的に克服することである。
本発明の更なる課題は、長い寿命を有するライトガイド、発光体、成形体及びコーティングを提供することである。
本発明の更なる課題は、気泡を含まないか、又は低含有量の気泡を有するガラスから作製されたライトガイド、成形された発光体、物体及びコーティングを提供することである。
本発明の更なる課題は、高い透明度を有するガラスから作製されたライトガイド、発光体、成形体及びコーティングを提供することである。
本発明の更なる課題は、低い不透明度を有するライトガイド、発光体、成形体及びコーティングを提供することである。
本発明の更なる課題は、低減衰のライトガイドを提供することである。
本発明の更なる課題は、高い輪郭精度を有するライトガイド、発光体、成形体及びコーティングを提供することである。特に、本発明の課題は、高温で変形しないライトガイド、発光体、成形体及びコーティングを提供することである。特に、本発明の課題は、大きなサイズで形成された場合であっても形状安定であるライトガイド、発光体、成形体及びコーティングを提供することである。
本発明の更なる課題は、耐引裂き性及び耐破壊性であるライトガイド、発光体、成形体及びコーティングを提供することである。
本発明の更なる課題は、調製するのに効率的なライトガイド、発光体、成形体及びコーティングを提供することである。
本発明の更なる課題は、調製するのに費用効果が高いライトガイド、発光体、成形体及びコーティングを提供することである。
本発明の更なる課題は、ライトガイド、発光体、成形体及びコーティングを提供することであり、それらの調製は、長い更なる加工ステップ、例えば焼戻しを必要としない。
本発明の更なる課題は、高い耐熱衝撃性を有するライトガイド、発光体、成形体及びコーティングを提供することである。特に、本発明の課題は、大きな熱変動でわずかな熱膨張しか示さないライトガイド、発光体、成形体及びコーティングを提供することである。
本発明の更なる課題は、高い硬度を有するライトガイド、発光体、成形体及びコーティングを提供することである。
本発明の更なる課題は、高度に純粋であり、且つ異種原子汚染がほとんどないライトガイド、発光体、成形体及びコーティングを提供することである。「異種原子」は、意図的に導入されていない成分を意味すると解釈される。
本発明の更なる課題は、低含有量のドーパント材料を含有するライトガイド、発光体、成形体及びコーティングを提供することである。
本発明の更なる課題は、高い均質性を有するライトガイド、発光体、成形体及びコーティングを提供することである。特性又は材料の均質性は、試料中のこの特性又は材料の分布の均一性の尺度である。
特に、本発明の課題は、高い材料均質性を有するライトガイド、発光体、成形体及びコーティングを提供することである。材料均質性は、ライトガイド、発光体又は半導体デバイスに含まれる元素及び化合物、特にＯＨ、塩素、金属、特にアルミニウム、アルカリ土類金属、耐火金属及びドーパント材料の分布の均一性の尺度である。
本発明の更なる課題は、ガラス体が可視範囲の光強度を減衰させないガラスから作製されたライトガイド、発光体、成形体及びコーティングを提供することである。
本発明の更なる課題は、ガラス体がＩＲ範囲の放射線を可能な限り減衰させないガラスから作製されたライトガイド、発光体、成形体及びコーティングを提供することである。
本発明の更なる課題は、ガラス体がＩＲ範囲の光に対して半透明であるガラスから作製されたライトガイド、発光体、成形体及びコーティングを提供することである。
本発明の更なる課題は、ガラス体が光を吸収しないガラスから作製されたライトガイド、発光体、成形体及びコーティングを提供することである。
本発明の更なる課題は、非蛍光性ライトガイド、発光体、成形体及びガラスから作製されたコーティングを提供することである。
特に、本発明の課題は、ＵＶ範囲で、特に２５４ｎｍ若しくは３６５ｎｍ又はその両方の波長の放射線で励起されたときに蛍光を発しないガラスから作製されたライトガイド、発光体、成形体及びコーティングを提供することである。
本発明の更なる課題は、規定されたＯＨ含有量を有するガラスから作製されたライトガイド、発光体、成形体及びコーティングを提供することである。特定のＯＨ基含有量は、ＵＶなどの放射線によって誘発される石英ガラスの構造変化を均等化すること、すなわち、いわゆる放射線損傷を補償することに寄与し得る。
本発明の更なる課題は、１００～２００ｐｐｍの範囲の規定されたＯＨ含有量を有するガラスから作製されたライトガイド、発光体、成形体及びコーティングを提供することである。
本発明の更なる課題は、半導体製造、特にウェハ作製における特定の処理ステップに特に適した反応器、ガイド、成形体及びコーティングを提供することである。このような処理ステップの例は、プラズマエッチング、化学エッチング及びプラズマである。
本発明の更なる課題は、半導体製造、特にウェハの作製に使用される場合に、半導体作製時の不合格品を最小限に抑えるのに役立つ反応器、ガイド、成形体及びコーティングを提供することである。
本発明の更なる課題は、金属イオンをほとんど又は全く有しないライトガイド、発光体、成形体及びコーティングを提供することである。
本発明の課題は、Ｓｉ、Ｏ及び場合によってはＨ以外の原子を可能な限り少なく含有するライトガイド、発光体、成形体及びコーティングを提供することである。
本発明の更なる課題は、高い動作温度で使用することができるライトガイド、発光体、成形体及びコーティングを提供することである。
本発明の更なる課題は、高温で使用される場合であっても安定であるライトガイド、発光体、成形体及びコーティングを提供することである。特に、本発明の課題は、動作中に粒子を放出しないライトガイド、発光体及び構成要素を提供することである。
本発明の更なる課題は、ライトガイド、発光体、成形体及び石英ガラスのコーティングにおいて使用するのに適しており、既に記載した課題の少なくとも１つ、好ましくはそれよりも多くを少なくとも部分的に解決する石英ガラス体を提供することである。
本発明の更なる課題は、線形設計を有する石英ガラス体を提供することである。特に、高い曲げ半径を有する石英ガラス体を提供することが課題である。特に、更なる課題は、高いカールパラメータ（curl parameter）を有する石英ガラス体を提供することである。
更なる課題は、カチオン移動が可能な限り少ない石英ガラス体を提供することである。
更なる課題は、その全長にわたって可能な限り均質である石英ガラス体を提供することである。
特に、本発明の課題は、その全長にわたって高い屈折率を有する石英ガラス体を提供することである。
特に、本発明の課題は、その全長にわたって非常に均質に粘性である石英ガラス体を提供することである。
特に、本発明の課題は、その全長にわたって高い物質均質性を有する石英ガラス体を提供することである。
特に、本発明の課題は、その全長にわたって非常に光学的に均質である石英ガラス体を提供することである。
本発明の更なる課題は、規定されたＯＨ含有量を有する石英ガラス体を提供することである。
本発明の更なる課題は、低いＯＨ含有量を有する石英ガラス体を提供することである。
本発明の更なる課題は、高い粘度を有する石英ガラス体を提供することである。
本発明の更なる課題は、可能な限り高温で使用することができる石英ガラス体を提供することである。
本発明の更なる課題は、ＯＨが少ない石英ガラス体を提供することである。
本発明の更なる課題は、塩素をほとんど又は全く含有しない石英ガラス体を提供することである。本発明の更なる課題は、るつぼ材料によってあまり汚染されていない石英ガラス体を提供することである。
特に、本発明の課題は、金属汚染物質の低い含有量を有する石英ガラス体を提供することである。
特に、本発明の課題は、低いタングステン含有量を有する石英ガラス体を提供することである。
特に、本発明の更なる課題は、低いモリブデン含有量を有する石英ガラス体を提供することである。
本発明の更なる課題は、内側のるつぼ材料、特にタングステン及びモリブデンからの汚染物質をほとんど又は全く有しない石英ガラス体を作製することである。
本発明の更なる課題は、ＯＨが少なく、塩素が少なく、金属汚染物質が少なく、同時に、高粘度であり、温度安定性が高く、高温で使用することができる石英ガラス体を提供することである。
本発明の更なる課題は、低ＯＨ、低塩素、及び金属汚染物質が可能な限り低く、同時に、高粘度であり、温度安定性が高く、高温で使用することができ、他の合成石英ガラスよりも安価に作製することもできる石英ガラス体を提供することである。
本発明の更なる課題は、ＯＨ基をほとんど有せず、塩素を可能な限り少なく又は全く有せず、金属成分を可能な限り含まないか又は金属成分が少ない石英ガラス体を提供することである。同時に、石英ガラス体は、高粘度であり、温度安定性が高く、高温で使用可能であるべきであり、天然石英ガラスと比較して、同じコストで、より安価に、又は可能であればよりコストをかけずに作製することもできる。
本発明の更なる課題は、石英ガラス体及びそれからの後続製品、例えばライトガイド、発光体、成形体、コーティング、反応器、ガイドなどを提供することであり、石英ガラス体及びその後続製品は、場合によっては、ＵＶ範囲の光で、特に２５４ｎｍ又は３６５ｎｍの波長で照射されたときに蛍光を発することがなく、またＯＨ基をほとんど有せず、可能であれば塩素をほとんど又は全く含有しない。また、このような石英ガラス体及び後続製品は、高温で使用することができ、高粘度であるべきである。前述の特性の２つ以上の組み合わせを有する石英ガラス体を正確に提供することが、本発明の課題でもある。
本発明の更なる課題は、既に上述した課題の少なくともいくつかを少なくとも部分的に解決する石英ガラス体を作製できることである。
本発明の更なる課題は、石英ガラス体をより簡単に調製することができるプロセスを提供することである。
本発明の更なる課題は、石英ガラス体を連続的に調製することができるプロセスを提供することである。
本発明の更なる課題は、石英ガラス体を連続溶融及び形成プロセスによって調製することができるプロセスを提供することである。
本発明の更なる課題は、石英ガラス体を高速で形成することができるプロセスを提供することである。
本発明の更なる課題は、低い不合格率で石英ガラス体を調製することができるプロセスを提供することである。
本発明の更なる課題は、調整可能な石英ガラス体を調製することができるプロセスを提供することである。
本発明の更なる課題は、石英ガラス体を調製することができる自動化されたプロセスを提供することである。
本発明の更なる課題は、二酸化ケイ素造粒物が、例えば１０００℃超の温度処理による意図的な圧縮ステップに事前に供する必要なしに、溶融炉内で加工され得る、石英ガラス体の調製のためのプロセスを提供することである。
特に、本発明の課題は、２０ｍ２／ｇ以上のＢＥＴを有する二酸化ケイ素造粒物を溶融炉内に導入し、溶融し、加工して石英ガラス体を得ることができる、石英ガラス体の調製のためのプロセスを提供することである。
本発明の更なる課題は、構成要素がプロセス条件下で可能な限り長い耐用年数を有する、石英ガラス体の調製のためのプロセスを提供することである。
特に、本発明の課題は、炉の腐食が回避される石英ガラス体の調製のためのプロセスを提供することである。
本発明の更なる課題は、高い残留湿気を有する二酸化ケイ素原料を使用することができる、石英ガラス体の調製のためのプロセスを提供することである。「二酸化ケイ素原料」は、例えば、二酸化ケイ素造粒物を意味する。
特に、本発明の課題は、高い残留水分を有する二酸化ケイ素投入材料を前処理ステップなしで使用することができる、石英ガラス体の調製のためのプロセスを提供することである。
特に、本発明の更なる課題は、高い残留水分を有する二酸化ケイ素投入材料が、耐火金属の溶融るつぼを有するシステムにおいて使用することができる、石英ガラス体の調製のためのプロセスを提供することである。
本発明の更なる課題は、構成要素がプロセス条件下で可能な限り長い使用寿命を有する、ガラス体の調製のためのプロセスを提供することである。
本発明の更なる課題は、規定されたＯＨ含有量を有するガラス体の調製のためのプロセスを提供することである。
本発明の更なる課題は、低いＯＨ含有量を有する石英ガラス体の調製のためのプロセスを提供することである。
本発明の更なる課題は、規定された含有量のＯＤＣ（酸素欠乏中心）を有する石英ガラス体の調製のためのプロセスを提供することである。
本発明の更なる課題は、高含有量のＯＤＣ（酸素欠乏中心）を有する石英ガラス体の調製のためのプロセスを提供することである。
本発明の更なる課題は、炉からの不純物の投入量が低い石英ガラス体の調製のためのプロセスを提供することである。
本発明の更なる課題は、特にるつぼがほとんど腐食されていない場合に、るつぼの使用寿命を減少させることなく吸湿性二酸化ケイ素造粒物を加工することができる、石英ガラス体の調製のためのプロセスを提供することである。
本発明の更なる課題は、ガス消費量が低い石英ガラス体の調製のためのプロセスを提供することである。特に、本発明の課題は、ヘリウム消費量が低い石英ガラス体を作製するためのプロセスを提供することである。特に、本発明の課題は、水素消費量が低い石英ガラス体の調製のためのプロセスを提供することである。
本発明の更なる課題は、石英ガラス体及びそれから作製される任意の後続製品が、ＵＶ光で、特に２５４ｎｍ又は３６５ｎｍの波長で照射されたときに蛍光を発せず、またＯＨ基をほとんど有せず、可能な限り少量の塩素を含有するか又は全く含有しない、石英ガラス体の調製のためのプロセスを提供することである。また、このような石英ガラス体及び後続製品は、高温及び高粘性であっても使用可能であるべきである。
本発明の更なる課題は、高純度石英ガラスの調製のためのプロセスを提示することである。
本発明の更なる課題は、可能な限り少ない気泡を含有する石英ガラスの調製のためのプロセスを提示することである。
本発明の更なる課題は、金属汚染物質の粒子を含まない石英ガラスの調製のためのプロセスを提示することである。
更なる課題は、石英ガラス体の加工性を改善し続けることである。
更なる課題は、石英ガラス体の調整可能性を改善し続けることである。
本発明は、特に、いくつかの手段の組み合わせのみを使用して、品質が著しく改善された、特定の特性を有する石英ガラスを作製することができるという認識に基づいている。このプロセスでは、二酸化ケイ素粉末、更にはスート粉末、すなわち別のガラス合成から得られる副生成物又は廃棄物を使用して、他の高品質合成石英ガラス製品に匹敵する高品質石英ガラスを調製することができる。これは、ガス含有物又は異種原子、すなわちケイ素及び酸素以外の原子による汚染が特にない。手段の組み合わせは、二酸化ケイ素以外のケイ素成分、例えばケイ素を添加すること、中間ステップとして形成された二酸化ケイ素懸濁液を濾過すること、及びるつぼから出るガス流の露点を監視することを含む。
単一のパラメータを変化させることによって、二酸化ケイ素以外のケイ素成分の量を使用して、調製することができる石英ガラス体の主要な特性を管理することができる。これらには、その粘度、ＵＶ範囲の電磁放射線の吸収の出現及び範囲、ＩＲ範囲の電磁放射線の吸収の出現及び範囲、又は当該特性のいくつかの組み合わせが含まれる。
造粒物を溶融してガラス溶融物を得るプロセスステップに関する限り、ケイ素の添加を使用して、るつぼの腐食、ひいてはガラス溶融物の起こり得る汚染を回避することができるように、るつぼ内のＯＨ基及び／又は水素分子の量を制御することもできる。るつぼ内の状況は、るつぼから生じるガスの露点を決定することによって効果的に制御することができる。ここでも、異種原子、すなわちケイ素及び酸素以外の原子は、得られる石英ガラス中に投入されない。
上記の二酸化ケイ素粉末を使用して高品質の石英ガラスを作製することができ、その品質は、スート粉末を最初にスラリーを介して加工して造粒物を作製し、スラリーを造粒する前に濾過システムに通す場合に、同等の品質の他の合成石英ガラス製品と比較することができる。このプロセスは、ガス及びガス含有物に酸化され得る汚染物質に起因して形成されるガス気泡を回避するのに大きく寄与する。
本発明の実施形態
上述の課題の少なくとも１つを達成することへの寄与は、独立請求項の主題によってなされる。従属請求項は、課題の少なくとも１つを少なくとも部分的に満たすことに寄与する好ましい実施形態である。
｜１｜石英ガラス体を作製するための方法であって、
ｉ．）二酸化ケイ素粒子の粉末を提供し、液体を提供するステップと、
ｉｉ．）粉末と液体とを混合して、液体と二酸化ケイ素粒子とを含有するスラリーを得るステップと、
ｉｉｉ．）スラリーを超音波で処理して前駆体懸濁液を得るステップと、
ｉｖ．）全前駆体懸濁液の少なくとも一部、好ましくはその全部を、少なくとも第１の多段フィルタデバイスに通して二酸化ケイ素懸濁液を得るステップと、
ｖ．）好ましくは噴霧乾燥によって、二酸化ケイ素懸濁液から二酸化ケイ素造粒物を形成するステップと、
ｖｉ．）炉内で二酸化ケイ素造粒物からガラス溶融物を形成するステップと、
ｖｉｉ．）ガラス溶融物の少なくとも一部から石英ガラス体を形成するステップと
のプロセスステップを含み、
ステップｉｉｉ．）におけるスラリーの処理は、二酸化ケイ素粒子の少なくとも一部を解凝集させることを含み、
ステップｖ．）は、造粒を含み、
二酸化ケイ素造粒物は、二酸化ケイ素懸濁液中に含まれる二酸化ケイ素粒子よりも大きい粒径を有し、
炉は、るつぼとガス出口とを有し、
ガス出口を介して炉からガスが取り出され、
ガス出口を介して炉から出るガスの露点は、０℃未満であり、
第１の多段フィルタデバイスは、少なくとも第１、第２及び第３のフィルタ段を有し、
第２のフィルタ段は第１のフィルタ段の下流に配置され、第３のフィルタ段は第２のフィルタ段の下流に配置され、
各フィルタ段は、少なくとも１つのフィルタを含み、
第１のフィルタ段は５μｍ以上のフィルタ微細度を有し、第２のフィルタ段は０．５～５μｍの範囲のフィルタ微細度を有し、第３のフィルタ段は１μｍ以下のフィルタ微細度を有し、
フィルタ微細度は、当該フィルタが保持する最小粒径を示し、
各場合においてＩＳＯ １６８８９によって規定される第１のフィルタ段に関する分離率は５０％以上であり、第２のフィルタ段に関する分離率は９５％以上であり、第３のフィルタ段に関する分離率は９９．５％以上である。
｜２｜造粒が、回転造粒、噴霧造粒、遠心霧化、凍結造粒及び流動床造粒からなる群から選択される、実施形態１に記載の方法。
｜３｜二酸化ケイ素以外のケイ素成分が、プロセスステップの少なくとも１つにおいて添加される、上記実施形態の一つに記載の方法。
｜４｜二酸化ケイ素以外のケイ素成分が、ケイ素、ケイ素－水素化合物、ケイ素－酸素化合物又はケイ素－水素－酸素化合物、特に好ましくはケイ素である、上記実施形態の一つに記載の方法。
｜５｜ケイ素成分が粉末として添加される、上記実施形態の一つに記載の方法。
｜６｜ケイ素成分が液体又は気体として添加される、上記実施形態の一つに記載の方法。
｜７｜二酸化ケイ素以外のケイ素成分が、ステップｉ．）、ｉｉ．）若しくはｖ．）の１つにおいて、又は当該ステップの２つ以上の間に、特に好ましくはステップｖ．）の間に添加される、上記実施形態の一つに記載の方法。
｜８｜二酸化ケイ素以外の１つ以上のケイ素成分が、二酸化ケイ素の総重量に対するｐｐｍで、１０～１００，０００ｐｐｍの総量で添加される、実施形態｜３｜～｜７｜のいずれか一つに記載の方法。
｜９｜ステップｖ．）において造粒物を形成することが、ステップｉｖ．）において形成された二酸化ケイ素懸濁液を噴霧乾燥することを含み、噴霧乾燥は、二酸化ケイ素懸濁液を噴霧塔内のノズルを通して噴霧することによって行われ、噴霧乾燥は、以下の特性のうちの少なくとも１つを特徴とする、上記実施形態の一つに記載の方法：
ａ］噴霧塔での噴霧造粒；
ｂ］ノズルにおける二酸化ケイ素懸濁液が、４０ｂａｒ以下、例えば１．３～２０ｂａｒ若しくは１．５～１８ｂａｒ、又は２～１５ｂａｒ若しくは４～１３ｂａｒの範囲、又は特に好ましくは５～１２ｂａｒの範囲に加圧され、記載された圧力は絶対圧である（ｐ＝０ｈＰａを基準として）；
ｃ］液滴が噴霧塔に入るとき、それらの温度が、１０～５０℃の範囲、好ましくは１５～３０℃の範囲、特に好ましくは１８～２５℃の範囲である；
ｄ］噴霧塔に面するノズルの側の温度が、１００～４５０℃の範囲、例えば２５０～４４０℃の範囲、特に好ましくは３５０～４３０℃である；
ｅ］ノズルを通る二酸化ケイ素懸濁液の処理量が、０．０５～１ｍ３／ｈの範囲、例えば０．１～０．７ｍ３／ｈ又は０．２～０．５ｍ３／ｈの範囲、特に好ましくは０．２５～０．４ｍ３／ｈの範囲である；
ｆ］二酸化ケイ素懸濁液が、各場合において二酸化ケイ素懸濁液ａの総重量に基づいて、少なくとも４０重量％、例えば５０～８０重量％の範囲又は５５～７５重量％の範囲、特に好ましくは６０～７０重量％の範囲の固形分含有量を有する；
ｇ］ガスが、１０～１００ｋｇ／分の範囲、例えば２０～８０ｋｇ／分又は３０～７０ｋｇ／分の範囲、特に好ましくは４０～６０ｋｇ／分の範囲で噴霧塔に流入する；
ｈ］ガスが、１００～４５０℃の範囲、例えば２５０～４４０℃の範囲、特に好ましくは３５０～４３０℃の温度で噴霧塔に流入する；
ｉ］ガスが、１７０℃未満の温度で噴霧塔から流出する；
ｊ］ガスが、空気、窒素及びヘリウム又はそれらの２つ以上の組み合わせからなる群から選択され、好ましくは空気である；
ｋ］噴霧塔から取り出された造粒物が、各場合において噴霧乾燥によって得られた二酸化ケイ素造粒物の総重量に基づいて、５％未満、例えば３重量％未満若しくは１重量％未満又は０．０１～０．５重量％の範囲、特に好ましくは０．１～０．３重量％の範囲の残留湿気を有する；
ｌ］噴霧乾燥によって得られる二酸化ケイ素造粒物の総重量に基づいて少なくとも５０重量％の噴霧造粒物が、１～１００秒の範囲内、例えば１０～８０秒の期間にわたる、特に好ましくは２５～７０秒の期間にわたる飛行時間を完了する；
ｍ］噴霧乾燥によって得られる二酸化ケイ素造粒物の総重量に基づいて少なくとも５０重量％の噴霧造粒物が、２０ｍ超、例えば３０ｍ超又は５０ｍ超又は７０ｍ超又は１００ｍ超又は１５０ｍ超又は２００ｍ超又は２０～２００ｍ又は１０～１５０又は２０～１００ｍの範囲内、特に好ましくは３０～８０ｍの範囲内で飛行する；
ｎ］噴霧塔が円筒形状を有する；
ｏ］噴霧塔が、１０ｍ超、例えば１５ｍ超若しくは２０ｍ超若しくは２５ｍ超若しくは３０ｍ超又は１０～２５ｍの範囲、特に好ましくは１５～２０ｍの範囲の高さである；
ｐ］噴霧塔から造粒物を取り出す前に、サイズが９０μｍ未満の粒子をスクリーニングする；
ｑ］噴霧塔から造粒物を取り出した後に、好ましくは振動台上で、サイズが５００μｍ超の粒子を濾別する；
ｒ］二酸化ケイ素懸濁液滴が、垂直に対して３０～６０°の角度で、特に好ましくは垂直に対して４５°の角度でノズルから出る。
｜１０｜溶融エネルギーが、二酸化ケイ素造粒物の固定表面に衝突する、上記実施形態の一つに記載の方法。
｜１１｜炉に入る前のガスの露点が、ガス出口を介して炉から出たときの露点よりも少なくとも３０℃低い、上記実施形態の一つに記載の方法。
｜１２｜溶融炉が、モリブデン、タングステン、レニウム、イリジウム及びオスミウムから選択される１つ以上の金属を含有する材料から少なくとも部分的に作製される、上記実施形態の一つに記載の方法。
｜１３｜石英ガラス体が、モリブデン、タングステン、レニウム、イリジウム及びオスミウムから選択される１つ以上の金属を合計で１０００ｐｐｂ未満含有し、総量が石英ガラス体の総重量に基づく、上記実施形態の一つに記載の方法。
｜１４｜露点が試験セル内で決定され、試験セルが、ガス出口から出るガス流から膜によって分離される、上記実施形態の一つに記載の方法。
｜１５｜湿度レベルを決定するために露点レベル湿度計が使用される、上記実施形態の一つに記載の方法。
｜１６｜炉ガス空間が、水素、ヘリウム、窒素又はそれらの２つ以上の組み合わせを含有する、上記実施形態の一つに記載の方法。
｜１７｜二酸化ケイ素粉末が、シロキサン、ケイ素アルコキシド及びケイ素ハロゲン化物からなる群から選択される化合物から作製され得る、上記実施形態の一つに記載の方法。
｜１８｜第１のフィルタデバイスが、下記の特性のうちの少なくとも１つを特徴とする、上記実施形態の一つに記載の方法：
（ａ）第１のフィルタ段が、５μｍ以上、例えば５μｍ～１５μｍのフィルタ微細度を有する；
（ｂ）第１のフィルタ段が、９０％以下、例えば５０～９０％の範囲の分離率を有する；
（ｃ）第２のフィルタ段が、０．５μｍ以上、例えば０．５～１０μｍの範囲のフィルタ微細度を有する；
（ｄ）第２のフィルタ段が、８０％以上、例えば９９．５％以上の分離率を有する。
（ｅ）第３のフィルタ段が、０．５μｍ以上、例えば０．５μｍ～１０μｍ又は０．１μｍ～１μｍの範囲のフィルタ微細度を有する；
（ｆ）第３のフィルタ段が、８０％以上、例えば９９．５％以上の分離率を有する、
又は特性（ａ）～（ｆ）のうちの少なくとも２つの組み合わせ。
｜１９｜第１、第２及び第３のフィルタ段から選択される第１のフィルタデバイスのフィルタ段のうちの１つにおける少なくとも１つのフィルタが、デプスフィルタとして設計される、上記実施形態の一つに記載の方法。
｜２０｜スラリーが少なくとも１０秒間超音波で処理される、上記実施形態の一つに記載の方法。
｜２１｜スラリーが、最大６００Ｗ／リットルの出力密度の超音波で処理される、上記実施形態の一つに記載の方法。
｜２２｜スラリーが、スラリーを安定化させるために、スラリーの総重量に基づいて５重量％未満の添加剤を有する、上記実施形態の一つに記載の方法。
｜２３｜二酸化ケイ素粉末が、以下の特性のうちの少なくとも１つを有する、上記実施形態の一つに記載の方法：
ａ．最大３５ｍ２／ｇ、例えば２５～３５ｍ２／ｇ又は２０～３５ｍ２／ｇ又は２５～３０ｍ２／ｇの範囲のＢＥＴ表面積；及び
ｂ．０．０１～０．３ｇ／ｃｍ３の範囲のかさ密度；
ｃ．１００ｐｐｍ未満の炭素含有量；
ｄ．５００ｐｐｍ未満の塩素含有量；
ｅ．２００ｐｐｂ未満のアルミニウム含有量；
ｆ．５ｐｐｍ未満の、Ｓｉ、Ｏ、Ｈ、Ｃ、Ｃｌ以外の原子の含有量；
ｇ．粉末粒子の少なくとも７０重量％が、１０～１００ｎｍの範囲の一次粒径を有する；
ｈ．０．００１～０．３ｇ／ｃｍ３の範囲のタップ密度；
ｉ．５重量％未満の残留水分；
ｊ．１～７μｍの範囲の粒径分布Ｄ１０；
ｋ．６～１５μｍの範囲の粒径分布Ｄ５０；
ｌ．１０～４０μｍの範囲の粒径分布Ｄ９０；
又は特性ａ．～ｌ．の２つ以上の組み合わせ；
ここで、重量百分率は、各場合において二酸化ケイ素粉末の総量に基づく。
二酸化ケイ素粉末の粒径分布Ｄ１０、Ｄ５０及びＤ９０は、方法ｘによるレーザー屈折によって測定されるＭａｓｔｅｒｓｉｚｅｒ ２０００で測定される。
｜２４｜スラリーが以下の特性のうちの少なくとも１つを有する、上記実施形態の一つに記載の方法：
Ａ．）スラリーの乾燥重量に基づいて少なくとも２０重量％の固形分含有量；
Ｂ．）４重量％スラリーとして、スラリーは３～８の範囲のｐＨ値を有する；
Ｃ．）二酸化ケイ素粒子の少なくとも９０重量％が１ｎｍ～＜１００μｍの範囲の粒径を有する；
Ｄ．）塩素原子含有量が５００ｐｐｍ以下である；
Ｅ．）５％の、Ｓｉ、Ｏ、Ｈ、Ｃ、Ｃｌ以外の原子の含有量；
Ｆ．）スラリーがレオペクチックである；
ここで、重量％及びｐｐｍは、常にスラリーの全固形分含有量に基づく；
Ｇ．）スラリーがプラスチック表面と接触して搬送される；
Ｈ．）スラリーが剪断される；
Ｉ．）スラリーが、０℃を超える、好ましくは５～３５℃の範囲の温度を有する；
Ｊ．）スラリーが、５００～２０００ｍＰａｓの範囲、例えば６００～１７００ｍＰａｓの範囲、特に好ましくは６５０～１３５０ｍＰａｓの範囲のＤＩＮ ５３０１９－１（５ｒｐｍ、３０重量％）による粘度を有する；
Ｋ．）４重量％のスラリーにおいて、二酸化ケイ素粒子の少なくとも５％が、＞１０μｍの範囲のＤＩＮ ＩＳＯ １３３２０－１による粒径を有する。
｜２５｜二酸化ケイ素懸濁液が、以下の特性のうちの少なくとも１つを有する、上記実施形態の一つに記載の方法：
Ａ．４５℃未満の温度及び２０～７０重量％の範囲の固形分濃度でのレオペクチック特性であって、ここで、重量％は、懸濁液中の全固形分に基づく；
Ｂ．全二酸化ケイ素粒子の総重量に基づいて少なくとも９０重量％の二酸化ケイ素粒子が、１ｎｍ～＜１０μｍの範囲の粒径を有し、ここで、重量％は、ＤＩＮ ＩＳＯ １３３２０－１による二酸化ケイ素懸濁液の固形分含有量に基づく；
Ｃ． ３～８の範囲のｐＨ値であって、ここで、ｐＨ値は、４重量％の固形分含有量に設定された二酸化ケイ素懸濁液に基づく；
Ｄ．５００ｐｐｍ未満の塩素含有量；
Ｅ．２００ｐｐｂ未満のアルミニウム含有量；
Ｆ．５ｐｐｍ未満の、Ｓｉ、Ｏ、Ｈ、Ｃ、Ｃｌ以外の原子の含有量；
Ｇ．０℃を超える、好ましくは５～３５℃の範囲の温度；
Ｈ．５００～２０００ｍＰａｓの範囲、例えば６００～１７００ｍＰａｓの範囲、特に好ましくは６５０～１３５０ｍＰａｓの範囲のＤＩＮ ５３０１９－１（５ｒｐｍ、３０重量％）による粘度；
ここで、ｐｐｍ及びｐｐｂは、各場合において懸濁液中の二酸化ケイ素粒子の総量に基づく。
｜２６｜第１の多段フィルタの使用寿命が少なくとも２５０リットルであり、ここで、リットルは、前駆体懸濁液フィルタデバイスの濾過された体積に基づく、上記実施形態の一つに記載の方法。
｜２７｜少なくとも１つの更なるフィルタデバイスが、第１の多段フィルタデバイスの下流で使用される、上記実施形態の一つに記載の方法。
｜２８｜ステップｖ．）において形成された二酸化ケイ素造粒物が、以下の特性のうちの少なくとも１つを有する、上記実施形態の一つに記載の方法：
［Ａ］２０～５０ｍ２／ｇの範囲のＢＥＴ表面積；
［Ｂ］１８０～３００μｍの範囲の平均粒径；
［Ｃ］０．５～１．２ｇ／ｃｍ３の範囲のかさ密度；
［Ｄ］５０ｐｐｍ未満の炭素含有量；
［Ｅ］２００ｐｐｂ未満のアルミニウム含有量；
［Ｆ］０．５～１．３ｇ／ｃｍ３のタップ密度；
［Ｇ］０．１～１．５ｍｌ／ｇの範囲の細孔容積；
［Ｈ］２００ｐｐｍ未満の塩素含有量；
［Ｉ］１０００ｐｐｂ未満のアルミニウム以外の金属の含有量；
［Ｊ］１０重量％未満の残留水分；
［Ｋ］５０～１５０μｍの範囲の粒径分布Ｄ１０；
［Ｌ］１５０～３００μｍの範囲の粒径分布Ｄ５０；
［Ｍ］２５０～６２０μｍの範囲の粒径分布Ｄ９０；
［Ｎ］２３～２９°の範囲のバルク角度；
ここで、重量％、ｐｐｍ及びｐｐｂは、各場合において二酸化ケイ素造粒物の総重量に基づく。
｜２９｜ステップｖ．）において得られた二酸化ケイ素造粒物が、ステップｖｉ．）の前に熱処理に供され、得られた処理された二酸化ケイ素造粒物は、以下の特性のうちの少なくとも１つを有する、上記実施形態の一つに記載の方法：
（Ａ）１０～３５ｍ２／ｇの範囲のＢＥＴ表面積；
（Ｂ）１００～３００μｍの範囲の平均粒径；
（Ｃ）０．７～１．２ｇ／ｃｍ３の範囲のかさ密度；
（Ｄ）５ｐｐｍ未満の炭素含有量；
（Ｅ）２００ｐｐｂ未満のアルミニウム含有量；
（Ｆ）０．７～１．２ｇ／ｃｍ３の範囲のタップ密度；
（Ｇ）０．１～２．５ｍｌ／ｇの範囲の細孔容積；
（Ｈ）５００ｐｐｍ未満の塩素含有量；
（Ｉ）１０００ｐｐｂ未満のアルミニウム以外の金属の金属含有量；
（Ｊ）３重量％未満の残留水分；
（Ｋ）５０～１５０μｍの範囲の粒径分布Ｄ１０；
（Ｌ）１５０～２５０μｍの範囲の粒径分布Ｄ５０；
（Ｍ）２５０～４５０μｍの範囲の粒径分布Ｄ９０；
（Ｎ）２３°～２９°の範囲のバルク角度；
ここで、重量％、ｐｐｍ及びｐｐｂは、各場合において二酸化ケイ素造粒物の総重量に基づく。
｜３０｜以下の特性を有する石英ガラス体：
Ａ］６０ｐｐｍ未満の塩素含有量；
Ｂ］２００ｐｐｂ未満のアルミニウム含有量；
Ｃ］５ｐｐｍ未満の、Ｓｉ、Ｏ、Ｈ、Ｃ以外の原子の含有量；
Ｄ］ｌｏｇ１０（η（１２５０℃）／ｄＰａｓ）＝１１．４～ｌｏｇ１０（η（１２５０℃）／ｄＰａｓ）＝１２．９、又はｌｏｇ１０（η（１３００℃）／ｄＰａｓ）＝１１．１～ｌｏｇ１０（η（１３００℃）／ｄＰａｓ）＝１２．２、又はｌｏｇ１０（η（１３５０℃）／ｄＰａｓ）＝１０．５～ｌｏｇ１０（η（１３５０℃）／ｄＰａｓ）＝１１．５の範囲の粘度（ｐ＝１０１３ｈＰａ）；
Ｅ］１０－４未満の屈折率均質性；
Ｆ］円筒形；
Ｇ］１００ｐｐｂ未満のタングステン含有量；
Ｈ］１００ｐｐｂ未満のモリブデン含有量；
ここで、ｐｐｂ及びｐｐｍは、各場合において石英ガラス体の総重量に基づく。
｜３１｜実施形態｜１｜～｜２９｜の一つに記載の方法によって得られる石英ガラス体。
｜３２｜実施形態｜３０｜の少なくとも１つの特性を特徴とする、実施形態｜３１｜に記載の石英ガラス体。
｜３３｜以下のステップを含む、ライトガイドを作製するための方法：
Ａ／実施形態｜３０｜～｜３２｜の一つに記載の石英ガラス体を提供するステップ、又は石英ガラス体を得るために請求項１に記載の方法を使用するステップであって、石英ガラス体を最初に加工して、少なくとも１つの開口部を有する中空体を得るステップ；
Ｂ／前駆体を得るために、少なくとも１つの開口部を通してステップＡ／からの中空体に１つ以上のコアロッドを挿入するステップ；
Ｃ／前駆体を熱で延伸して、１つ以上のコア及びジャケットＭ１を有するライトガイドを得るステップ。
｜３４｜実施形態３３に記載の方法によって得ることができるライトガイド。
｜３５｜以下のステップを含む、発光体を作製するための方法：
（ｉ）実施形態｜３０｜～｜３２｜の一つに記載の石英ガラス体を提供するステップ、又は石英ガラス体を得るために請求項１に記載の方法を実施するステップであって、石英ガラス体を、少なくとも１つの開口部を有する中空体に最初に加工するステップ；
（ｉｉ）必要に応じて、中空体に電極を取り付けるステップ；
（ｉｉｉ）ステップ（ｉ）からの中空体にガスを充填するステップ；
｜３６｜実施形態３５に記載の方法によって得ることができる発光体。
｜３７｜以下のステップを含む、成形体を作製するための方法：
（１）実施形態｜３０｜～｜３２｜の一つに記載の石英ガラス体を提供するステップ、又は請求項１に記載の方法を実施して石英ガラス体を得るステップ；並びに
（２）石英ガラス体を成形して成形体を得るステップ。
｜３８｜実施形態３７に記載の方法によって得ることができる成形体。
一般的な注釈
本明細書において、記載される範囲は、限界値として記載される値も含む。したがって、可変部ａに関する「ｘ～ｙの範囲内」という種類の記載は、ａが値ｘ、ｙ及びｘとｙとの間の値をとり得ることを意味する。可変部ａの「最大ｙ」という種類の片側に制限された範囲は、ｙ及びｙ未満を意味する。
発明の詳細な説明
独立請求項は、上述の課題の少なくとも１つを少なくとも部分的に満たすことに寄与する。従属請求項は、課題の少なくとも１つを少なくとも部分的に満たすことに寄与する好ましい実施形態を提示する。
本発明の第１の課題は、石英ガラス体を作製するための方法であって、
ｉ．）二酸化ケイ素粒子の粉末と液体とを調製するステップと、
ｉｉ．）液体と二酸化ケイ素粒子とを含有するスラリーを形成するステップと、
ｉｉｉ．）スラリーを超音波で処理して前駆体懸濁液を得るステップと、
ｉｖ．）前駆体懸濁液の少なくとも一部／好ましくは全部を少なくとも第１の多段フィルタデバイスに通して二酸化ケイ素懸濁液を得るステップと、
ｖ．）例えば噴霧造粒又は回転造粒によって、二酸化ケイ素懸濁液から二酸化ケイ素造粒物を形成するステップと、
ｖｉ．）炉内で二酸化ケイ素造粒物からガラス溶融物を形成するステップと、
ｖｉｉ．）ガラス溶融物の少なくとも一部から石英ガラス体を形成するステップと
のプロセスステップを含み、
ステップｉｉｉ．）におけるスラリーの処理は、二酸化ケイ素粒子の少なくとも一部を解凝集させることを含み、
ステップｖ．）は、造粒を含み、
二酸化ケイ素造粒物は、二酸化ケイ素懸濁液中に含まれる二酸化ケイ素粒子よりも大きい粒径を有し、
炉は、るつぼとガス出口とを有し、
ガス出口を介して炉からガスが取り出され、
ガス出口を介して炉を出るガスの露点は、０℃未満であり、
第１の多段フィルタデバイスは、少なくとも第１、第２及び第３のフィルタ段を有し、第２のフィルタ段は第１のフィルタ段の下流に配置され、第３のフィルタ段は第２のフィルタ段の下流に配置され、
各フィルタ段は、少なくとも１つのフィルタを含み、
第１のフィルタ段は５μｍ以上のフィルタ微細度を有し、第２のフィルタ段は０．５～５μｍの範囲のフィルタ微細度を有し、第３のフィルタ段は１μｍ以下のフィルタ微細度を有し、
フィルタ微細度は、当該フィルタが保持する最小粒径を示し、
各場合においてＩＳＯ １６８８９に準拠して計算される第１のフィルタ段に関する分離率は５０％以上であり、第２のフィルタ段に関する分離率は９５％以上であり、第３のフィルタ段に関する分離率は９９．５％以上である。
二酸化ケイ素粒子粉末
ステップｉ．）では、二酸化ケイ素粒子から粉末が作製される。二酸化ケイ素粒子の粉末は、二酸化ケイ素粒子粉末とも呼ばれる。本発明を使用して、原則として、天然に存在する二酸化ケイ素又は合成二酸化ケイ素、好ましくは合成二酸化ケイ素粉末から二酸化ケイ素粉末を得ることが可能である。熱分解法により製造された二酸化ケイ素粉末を使用することが特に好ましい。
二酸化ケイ素粉末は、少なくとも２つの粒子を有する任意の二酸化ケイ素粉末であってよい。製造方法は、当業者が一般に利用可能であり、本目的に適していると考える任意の方法であってよい。
本発明の一実施形態によれば、二酸化ケイ素粉末は、石英ガラスを作製するとき、特にいわゆる「スート体」を作製するときに副生成物として生成される。このようにして生じる二酸化ケイ素は、しばしば「スートダスト」とも呼ばれる。
二酸化ケイ素粉末の適切な供給源は、火炎加水分解バーナーを使用して合成スート体を作製する際に得られる二酸化ケイ素粒子である。スート体を作製する際、円筒形ジャケット表面を有する回転キャリア管が、バーナーの列に沿って前後に動かされる。酸素及び水素が、ここでは火炎加水分解バーナー及び一次二酸化ケイ素粒子を作製するための初期材料に添加され得る。一次二酸化ケイ素粒子は、好ましくは最大１００ｎｍの一次粒径を有する。火炎加水分解によって得られる一次二酸化ケイ素粒子は、凝集又は集塊して、約９μｍの粒径を有する二酸化ケイ素粒子を形成する（ＤＩＮ ＩＳＯ １３３２０：２００９－１）。二酸化ケイ素粒子において、一次二酸化ケイ素粒子は認識することができ、一次粒径は、走査型電子顕微鏡を使用することによって決定することができる。二酸化ケイ素粒子の一部は、長手方向軸を中心に回転するキャリアパイプの円筒形ジャケット表面上に分離され、スート体を一層ずつ構築する。二酸化ケイ素粒子の別の画分は、キャリアパイプの円筒形ジャケット表面上に分離されないが、例えばフィルタシステムにおいてダストとして生じる。二酸化ケイ素粒子のこの他の画分は、しばしば「スートダスト」とも呼ばれる二酸化ケイ素粉末を形成する。原則として、キャリアパイプ上に分離する二酸化ケイ素粒子の画分は、二酸化ケイ素粒子の総重量に基づいて、スート体を作製する過程で生じる二酸化ケイ素粒子の画分よりも大きい。
今日、スートダストは、廃棄物として大きな労力及びコストをかけて廃棄されるか、又は、例えば道路建設における充填剤として、染色産業における添加剤として、タイルを作製する際の原料として、及び建築基礎を洗浄する際に使用されるヘキサフルオロケイ酸として、価値を付加することなく使用される。本発明において、それは適切な初期材料であり、高価値製品を与えるように加工することができる。
火炎加水分解によって作製された二酸化ケイ素は、通常、熱分解二酸化ケイ素と呼ばれる。熱分解法二酸化ケイ素は、通常、非晶質一次二酸化ケイ素粒子又は二酸化ケイ素粒子の形態で入手可能である。
一実施形態によれば、二酸化ケイ素粉末は、ガス混合物から火炎加水分解によって作製することができる。この場合、二酸化ケイ素粒子も火炎加水分解で形成され、任意の凝集塊又は凝集体が形成される前に二酸化ケイ素粉末として分離される。ここでの主生成物は、上記のスートダストと呼ばれる二酸化ケイ素粉末である。
二酸化ケイ素粉末を作製するための原料物質は、好ましくは有機又は無機ケイ素化合物である。非ハロゲン性ケイ素化合物も好ましい。有機ケイ素化合物の中でも、ケイ素原子が酸素原子に直接結合している化合物、特にシロキサン及びケイ素アルコキシドが特に好ましい。「シロキサン」は、直鎖状及び環状のポリアルキルシロキサンを意味すると解釈される。ポリアルキルシロキサンは、好ましくは一般式
ＳｉｐＯｐＲ２ｐ
（式中、ｐは、少なくとも２、好ましくは２～１０、特に好ましくは３～５の整数であり、Ｒは、１～８個のＣ原子、好ましくは１～４個のＣ原子を有するアルキル基、特に好ましくはメチル基である）を有する。
ヘキサメチルジシロキサン、ヘキサメチルシクロトリシロキサン（Ｄ３）、オクタメチルシクロテトラシロキサン（Ｄ４）及びデカメチルシクロペンタシロキサン（Ｄ５）又はそれらの２つ以上の組み合わせからなる群から選択されるシロキサンが特に好ましい。シロキサンがＤ３、Ｄ４及びＤ５を含む場合、Ｄ４が好ましくは主成分である。主成分は、各場合において二酸化ケイ素粉末の総量に基づいて、好ましくは少なくとも７０重量％、好ましくは少なくとも８０重量％、例えば少なくとも９０重量％又は少なくとも９４重量％、特に好ましくは少なくとも９８重量％を占める。好ましいケイ素アルコキシドは、テトラメトキシシラン及びメチルトリメトキシシランである。
二酸化ケイ素粉末のための投入材料として適切な無機ケイ素化合物は、ハロゲン化ケイ素、ケイ酸塩、炭化ケイ素及び窒化ケイ素である。二酸化ケイ素粉末のための投入材料としての無機ケイ素化合物として特に好ましいのは、四塩化ケイ素及びトリクロロシランである。
一実施形態によれば、二酸化ケイ素粉末は、シロキサン及びケイ素アルコキシドを含む群から選択されて作製され得る。
二酸化ケイ素粉末は、好ましくは、ヘキサメチルジシロキサン、ヘキサメチルシクロトリシロキサン、オクタメチルシクロテトラシロキサン及びデカメチルシクロペンタシロキサン、テトラメトキシシラン及びメチルトリメトキシシラン又はそれらの２つ以上の組み合わせからなる群から選択される化合物から、特に好ましくはオクタメチルシクロテトラシロキサンから作製され得る。
火炎加水分解によって四塩化ケイ素から二酸化ケイ素を作製する場合、様々なパラメータが重要である。適切なガス混合物の好ましい組成は、火炎加水分解において２５～４０体積％の範囲の割合の酸素を含有する。水素の割合は、４５～６０体積％の範囲であってよい。四塩化ケイ素の割合は、好ましくは５～３０体積％であり、上記のすべての体積％の数値はガス流の総体積に基づく。酸素、水素及びＳｉＣｌ４について上記の体積成分の組み合わせも好ましい。火炎加水分解における火炎は、好ましくは１５００～２５００℃の範囲、例えば１６００～２４００℃の範囲、特に好ましくは１７００～２３００℃の範囲の温度である。火炎加水分解で形成された一次二酸化ケイ素粒子は、好ましくは、任意の集塊体又は凝集体が形成される前に二酸化ケイ素粉末として分離される。
二酸化ケイ素粉末は、以下の特性のうちの少なくとも１つ、例えば少なくとも２つ又は少なくとも３つ又は少なくとも４つ、好ましくは少なくとも５つを有することができる：
ａ．３５ｍ２／ｇ未満、例えば２５～３５ｍ２／ｇ、又は２０～３５ｍ２／ｇ、又は２５～３０ｍ２／ｇの範囲のＢＥＴ表面積；及び
ｂ．０．０１～０．３ｇ／ｃｍ３、例えば０．０２～０，２ｇ／ｃｍ３の範囲、好ましくは０．０３～０．１５ｇ／ｃｍ３の範囲、更に好ましくは０．１～０．２ｇ／ｃｍ３の範囲又は０．０５～０．１ｇ／ｃｍ３の範囲のかさ密度；
ｃ．１００ｐｐｍ未満、例えば５０ｐｐｍ未満又は３０ｐｐｍ未満、特に好ましくは１ｐｐｂ～２０ｐｐｍの範囲の炭素含有量；
ｄ．５００ｐｐｍ未満、例えば３００ｐｐｍ未満又は１５０ｐｐｍ未満、特に１ｐｐｂ～８０ｐｐｍの範囲の塩素含有量；
ｅ．２００ｐｐｂ未満、例えば１～１００ｐｐｂの範囲、特に好ましくは１～８０ｐｐｂの範囲のアルミニウム含有量；
ｆ．５ｐｐｍ未満、例えば２ｐｐｍ未満、特に好ましくは１ｐｐｂ～１ｐｐｍの範囲の、Ｓｉ、Ｏ、Ｈ、Ｃ、Ｃｌ以外の原子の総含有量；
ｇ．粉末粒子の少なくとも７０重量％が、１０～１００ｎｍの範囲、例えば１５～１００ｎｍ未満の範囲、特に好ましくは２０～１００ｎｍ未満の範囲の一次粒径を有する；
ｈ．０．００１～０．３ｇ／ｃｍ３の範囲、例えば０．００２～０．２ｇ／ｃｍ３又は０．００５～０．１ｇ／ｃｍ３の範囲、好ましくは０．０１～０．０６ｇ／ｃｍ３の範囲、また好ましくは０．１～０．２ｇ／ｃｍ３の範囲、又は０．１５～０．２ｇ／ｃｍ３の範囲のタップ密度；
ｉ．５重量％未満、例えば０．２５～３重量％の範囲、特に好ましくは０．５～２重量％の範囲の残留水分；
ｊ．１～７μｍの範囲、例えば２～６μｍの範囲又は３～５μｍの範囲、特に好ましくは３．５～４．５μｍの範囲の粒径分布Ｄ１０；
ｋ．６～１５μｍの範囲、例えば７～１３μｍの範囲又は８～１１μｍの範囲、特に好ましくは８．５～１０．５μｍの範囲の粒径分布Ｄ５０；
ｌ．１０～４０μｍの範囲、例えば１５～３５μｍの範囲、特に好ましくは２０～３０μｍの範囲の粒径分布Ｄ９０；
又は特性ａ．～ｌ．の２つ以上の組み合わせ；
ここで、重量％、ｐｐｍ及びｐｐｂは、各場合において二酸化ケイ素粉末の総重量に基づく。
二酸化ケイ素粉末は二酸化ケイ素を含有する。好ましくは、二酸化ケイ素粉末は、各場合において二酸化ケイ素粉末の総重量に基づいて、９５重量％超の量、例えば９８重量％超の量、又は９９重量％超若しくは９９．９重量％超の二酸化ケイ素を含有する。特に好ましくは、二酸化ケイ素粉末は、二酸化ケイ素粉末の総重量に基づいて９９．９９重量％超の量で二酸化ケイ素を含有する。
二酸化ケイ素粉末は、好ましくは、各場合において二酸化ケイ素粉末の総重量に基づいて、５ｐｐｍ未満、例えば２ｐｐｍ未満、特に好ましくは１ｐｐｍ未満の、Ｓｉ、Ｏ、Ｈ、Ｃ、Ｃｌ以外の原子の含有量を有する。しかしながら、多くの場合、二酸化ケイ素粉末は、少なくとも１ｐｐｂの、Ｓｉ、Ｏ、Ｈ、Ｃ、Ｃｌ以外の原子を含有する。Ｓｉ、Ｏ、Ｈ、Ｃ、Ｃｌ以外の原子は、例えば、元素、イオンとして、又は分子若しくはイオン若しくは錯体の一部として存在してもよい。
粉末粒子の数に基づいて、二酸化ケイ素粉末粒子の少なくとも７０％は、好ましくは１００ｎｍ未満、例えば１０～１００ｎｍ又は１５～１００ｎｍ、特に好ましくは２０～１００ｎｍの範囲の一次粒径を有する。一次粒径は、「試験方法」のセクションで述べるように、走査型電子顕微鏡（ＲＥＭ）によって決定される。
粉末粒子の数に基づいて、二酸化ケイ素粉末粒子の少なくとも７５％は、好ましくは１００ｎｍ未満、例えば１０～１００ｎｍ又は１５～１００ｎｍの範囲、特に好ましくは２０～１００ｎｍの範囲の一次粒径を有する。
粉末粒子の数に基づいて、二酸化ケイ素粉末粒子の少なくとも８０％は、好ましくは１００ｎｍ未満、例えば１０～１００ｎｍ又は１５～１００ｎｍの範囲、特に好ましくは２０～１００ｎｍの範囲の一次粒径を有する。
粉末粒子の数に基づいて、二酸化ケイ素粉末粒子の少なくとも８５％は、好ましくは１００ｎｍ未満、例えば１０～１００ｎｍ又は１５～１００ｎｍの範囲、特に好ましくは２０～１００ｎｍの範囲の一次粒径を有する。
粉末粒子の数に基づいて、二酸化ケイ素粉末粒子の少なくとも９０％は、好ましくは１００ｎｍ未満、例えば１０～１００ｎｍ又は１５～１００ｎｍの範囲、特に好ましくは２０～１００ｎｍの範囲の一次粒径を有する。
粉末粒子の数に基づいて、二酸化ケイ素粉末粒子の少なくとも９５％は、好ましくは１００ｎｍ未満、例えば１０～１００ｎｍ又は１５～１００ｎｍの範囲、特に２０～１００ｎｍの範囲の一次粒径を有する。
二酸化ケイ素粉末は、好ましくは、２０～３５ｍ２／ｇ、例えば２５～３５ｍ２／ｇ、又は２５～３０ｍ２／ｇの範囲の比表面積（ＢＥＴ表面積）を有する。ＢＥＴ表面積は、測定される表面積におけるガス吸収に基づいて、Ｂｒｕｎａｕｅｒ，Ｅｍｍｅｔ ａｎｄ Ｔｅｌｌｅｒ（ＢＥＴ）法によってＤＩＮ ６６１３２に準拠して計算される。
二酸化ケイ素粉末は、好ましくは７未満、例えば３～６．５又は３．５～６又は４～５．５の範囲、特に好ましくは４．５～５の範囲のｐＨ値を有する。ｐＨ値は、単一ロッド測定電極（水中の４％二酸化ケイ素粉末）によって決定することができる。
二酸化ケイ素粉末は、好ましくは特性ａ．／ｂ．／ｃ．又はａ．／ｂ．／ｆ．又はａ．／ｂ．／ｇ．の組み合わせ、更に好ましくは特性ａ．／ｂ．／ｃ．／ｆ．又はａ．／ｂ．／ｃ．／ｇ．又はａ．／ｂ．／ｆ．／ｇ．の組み合わせ、特に好ましくは特性ａ．／ｂ．／ｃ．／ｆ．／ｇ．の組み合わせを有する。
二酸化ケイ素粉末は、好ましくは特性ａ．／ｂ．／ｃ．の組み合わせを有し、ＢＥＴ表面積は２０～３５ｍ２／ｇの範囲にあり、かさ密度は０．０５～０．３ｇ／ｍｌの範囲にあり、炭素含有量は３５ｐｐｍ未満である。
二酸化ケイ素粉末は、好ましくは特性ａ．／ｂ．／ｆ．の組み合わせを有し、ＢＥＴ表面積は２０～３５ｍ２／ｇの範囲にあり、かさ密度は０．０５～０．３ｇ／ｍｌの範囲にあり、アルミニウム以外の金属の総含有量は１ｐｐｂ～１ｐｐｍの範囲にある。
二酸化ケイ素粉末は、好ましくは特性ａ．／ｂ．／ｇ．の組み合わせを有し、ＢＥＴ表面積は２０～３５ｍ２／ｇの範囲にあり、かさ密度は０．０５～０．３ｇ／ｍｌの範囲にあり、粉末粒子の少なくとも７０重量％は、２０～１００ｎｍ未満の範囲の一次粒径を有する。
二酸化ケイ素粉末は、更に好ましくは特性ａ．／ｂ．／ｃ．／ｆ．の組み合わせを有し、ＢＥＴ表面積は２０～３５ｍ２／ｇの範囲にあり、かさ密度は０．０５～０．３ｇ／ｍｌの範囲にあり、炭素含有量は４０ｐｐｍ未満であり、アルミニウム以外の金属の総含有量は１ｐｐｂ～１ｐｐｍの範囲にある。
二酸化ケイ素粉末は、更に好ましくは特性ａ．／ｂ．／ｃ．／ｇ．の組み合わせを有し、ＢＥＴ表面積は２０～３５ｍ２／ｇの範囲にあり、かさ密度は０．０５～０．３ｇ／ｍｌの範囲にあり、炭素含有量は４０ｐｐｍ未満であり、粉末粒子の少なくとも７０重量％は、２０～１００ｎｍ未満の範囲の一次粒径を有する。
二酸化ケイ素粉末は、更に好ましくは特性ａ．／ｂ．／ｆ．／ｇ．の組み合わせを有し、ＢＥＴ表面積は２０～３５ｍ２／ｇの範囲にあり、かさ密度は０．０５～０．３ｇ／ｍｌの範囲にあり、アルミニウム以外の金属の総含有量は１ｐｐｂ～１ｐｐｍの範囲にあり、粉末粒子の少なくとも７０重量％は、２０～１００ｎｍ未満の範囲の一次粒径を有する。
二酸化ケイ素粉末は、特に好ましくは特性ａ．／ｂ．／ｃ．／ｆ．／ｇ．の組み合わせを有し、ＢＥＴ表面積は２０～３５ｍ２／ｇの範囲にあり、かさ密度は０．０５～０．３ｇ／ｍｌの範囲にあり、炭素含有量は４０ｐｐｍ未満であり、アルミニウム以外の金属の総含有量は１ｐｐｂ～１ｐｐｍの範囲にあり、粉末粒子の少なくとも７０重量％は２０～１００ｎｍ未満の範囲の一次粒径を有する。
本発明の第１の課題のステップｉ．）～ｉｖ．）は以下のように解される：
ｉ．）二酸化ケイ素粒子の粉末を提供し、液体を提供するステップと、
ｉｉ．）液体と二酸化ケイ素粒子とを含有するスラリーを形成するステップと、
ｉｉｉ．）スラリーを超音波で処理して前駆体懸濁液を得るステップと、
ｉｖ．）前駆体懸濁液の少なくとも一部を、少なくとも第１の多段フィルタデバイスに通すステップとであって、
第１の多段フィルタデバイスは、少なくとも第１、第２及び第３のフィルタ段を有し、
各フィルタ段は少なくとも１つのフィルタを含み、
第２のフィルタ段は第１のフィルタ段の下流に配置され、第３のフィルタ段は第２のフィルタ段の下流に配置され、
第１のフィルタ段は５μｍ以上のフィルタ微細度を有し、
第２のフィルタ段は０．５～５μｍのフィルタ微細度を有し、
第３のフィルタ段は１μｍ以下のフィルタ微細度を有し、
各場合においてＩＳＯ １６８８９に従って及び当該フィルタに基づいて決定される第１のフィルタ段の分離率は５０％以上であり、第２のフィルタ段の分離率は９５％以上であり、第３のフィルタ段の分離率は９９．５％以上であり、
フィルタ微細度は当該フィルタが保持する最小粒径を示す。
更なるフィルタ段が、第１、第２及び第３のフィルタ段の間に提供されてもよい。
本発明の目的のために、液体は、１０１３ｈＰａの圧力及び２０℃の温度で液体である物質又は物質の混合物を意味すると解釈される。
本発明の目的のために、「スラリー」は、少なくとも２つの物質の混合物を意味し、ここで考慮される条件下で、混合物は、少なくとも１つの液体及び少なくとも１つの固体を有する。プロセス中に、スラリー及び前駆体懸濁液が形成される。前駆体懸濁液もスラリーであるが、これはステップｉｉｉ．）で述べたように超音波で処理したものである。「スラリー」又は「前駆体懸濁液」という用語が以下で使用される限り、すなわち、「スラリー」という用語が一般的に使用される限り、記載されるものは、スラリー、前駆体懸濁液、又はスラリーと前駆体懸濁液との両方に適用され得る。これは、前駆体懸濁液を得るためにスラリーを超音波で処理する場合、その処理が以下に記載される特性のすべてを変化させないか、又は特性が変化しても、それが一般に記載されるような特性内に留まることを理由に正当化され得る。
適切な液体は、原則として、当業者に公知であり、本目的に適したすべての物質及び物質の混合物である。好ましい液体は、有機液体及び水を含む群から選択される液体である。液体中の二酸化ケイ素粉末は、好ましくは０．５ｇ／ｌ未満の量で、好ましくは０．２５ｇ／ｌ未満の量で、特に好ましくは０．１ｇ／ｌ未満の量で可溶性であり、ここで、ｇ／ｌは、液体１リットル当たりの二酸化ケイ素粉末ｇとして表される。
液体として、好ましくは極性溶液が適している。それらは有機液体又は水であり得る。液体は、好ましくは、水、メタノール、エタノール、ｎ－プロパノール、イソプロパノール、ｎ－ブタノール、ｔｅｒｔ－ブタノール及びそれらの２つ以上の混合物からなる群から選択される。液体として水が特に好ましい。特に好ましくは、液体は、蒸留水又は脱イオン水、例えば、＜０．２μＳ／ｃｍの導電率を有する「最大純度」の水も含む。
粉末は、好ましくは、二酸化ケイ素粒子とスラリーの液体とから形成される。二酸化ケイ素粒子は、室温では液体にほとんど不溶性であるが、スラリーを維持しながら高い重量比で液体に添加してもよい。スラリーは、その成分を混合することによって得られる。
二酸化ケイ素粒子粉末と液体とは、任意の所望の方法で混合することができる。例えば、粉末を液体に添加してもよいし、液体を粉末に添加してもよい。混合物は、それを添加する間又は添加した後に撹拌されてもよい。特に好ましくは、混合物は、添加中及び添加後に撹拌される。「撹拌」という用語は、振盪及び撹拌又は両方の組み合わせを含む。粉末は、好ましくは、液体を撹拌しながら液体に添加してもよい。粉末の一部を液体に添加することも好ましく、このようにして得られた混合物を撹拌し、次いで混合物を粉末の残りと混合する。また、液体の一部を粉末に添加してもよく、このようにして得られた混合物を撹拌し、次いで液体の残りと混合する。
二酸化ケイ素粉末と液体とを混合すると、スラリーが得られる。スラリーは、好ましくは、二酸化ケイ素粒子が液体中に均一に分布している懸濁液である。「均一に」という用語は、任意の時点におけるスラリーの密度及び組成が、各場合においてスラリーの総量に基づいて、平均密度及び平均組成から１０％を超えて変化しないことを意味すると解釈される。前述のように、液体中の二酸化ケイ素粒子の均一な分布は、上述のようにそれらを撹拌することによって得ることができるか、維持することができるか、又はその両方が可能である。前駆体懸濁液も、上記の特性を有する懸濁液である。
スラリー及び前駆体懸濁液は、好ましくは１０００～２０００ｇ／ｌの範囲、例えば１２００～１９００ｇ／ｌ又は１３００～１８００ｇ／ｌの範囲、特に好ましくは１４００～１７００ｇ／ｌの範囲の重量である。リットル重量は、較正された容量容器を秤量することによって決定される。
一実施形態によれば、スラリーは、以下の特性のうちの少なくとも１つ、例えば少なくとも２つ又は少なくとも３つ又は少なくとも４つ、特に好ましくは少なくとも５つを有する：
Ａ．）スラリーが、各場合においてスラリーの総重量に基づいて、少なくとも２０重量％、例えば２０～７０重量％の範囲、又は３０～５０重量％の範囲、又は５５～７５重量％の範囲、特に好ましくは６０～７０重量％の範囲の固形分含有量を有する；
Ｂ．）スラリーが、３以上、例えば４超の範囲のｐＨ値、又は４．５～８若しくは４．５～７の範囲のｐＨ値を有し、ここで、ｐＨ値は、４重量％のスラリーを使用して決定される；
Ｃ．）４重量％のスラリーにおいて、スラリー中の二酸化ケイ素粒子の少なくとも９０％が、１ｎｍ～＜１００μｍの範囲、例えば２００～７００ｎｍの範囲のＤＩＮ ＩＳＯ １３３２０－１による粒径を有する；
Ｄ．）５００ｐｐｍ以下の塩素含有量；
Ｅ．）５ｐｐｍを超えない、Ｓｉ、Ｏ、Ｈ、Ｃ、Ｃｌ以外の原子の含有量；
Ｆ．）スラリーがレオペクチックである；
Ｇ．）スラリーがプラスチック表面と接触して搬送される；
Ｈ．）スラリーが剪断される；
Ｉ．）スラリーが、０℃超、好ましくは５～３５℃の範囲の温度を有する；
Ｊ．）スラリーが、５００～２０００ｍＰａｓの範囲、例えば６００～１７００ｍＰａｓの範囲、特に好ましくは６５０～１３５０ｍＰａｓの範囲のＤＩＮ ５３０１９－１（５ｒｐｍ、３０重量％）による粘度を有する；
Ｋ．）４重量％のスラリーにおいて、スラリー中の二酸化ケイ素粒子の少なくとも５％が、＞１０μｍの範囲のＤＩＮ ＩＳＯ １３３２０－１による粒径を有する。
別の実施形態によれば、前駆体懸濁液は、同様に、上記の特性Ａ）～Ｋ．）のうちの少なくとも１つ、例えば少なくとも２つ又は少なくとも３つ又は少なくとも４つ、特に好ましくは少なくとも５つを有する。
解凝集によって前処理されていない４重量％の水性スラリー中の二酸化ケイ素粒子は、好ましくは５０～２５０ｎｍの範囲、特に好ましくは１００～１５０ｎｍの範囲の粒径Ｄ１０を有する。４重量％の水性スラリー中の二酸化ケイ素粒子は、好ましくは１００～４００ｎｍの範囲、特に好ましくは２００～２５０ｎｍの範囲の粒径Ｄ５０を有する。４重量％の水性スラリー中の二酸化ケイ素粒子は、好ましくは２００～６００ｎｍの範囲、特に好ましくは３５０～４００ｎｍの範囲の粒径Ｄ９０を有する。粒径は、ＤＩＮ ＩＳＯ １３３２０－１に従って決定される。記載された粒径Ｄ１０、Ｄ５０若しくはＤ９０又はそれらの２つ以上の組み合わせは、前駆体懸濁液にも適用することができる。
粒径は、二酸化ケイ素粉末中の一次粒子から、スラリー中、前駆体懸濁液中又は二酸化ケイ素造粒物中の二酸化ケイ素粒子として蓄積する粒子のサイズを意味すると解釈される。平均粒径は、記載された物質のすべての粒径の算術平均を意味すると解釈される。Ｄ５０値は、粒子の総数に基づいて粒子の５０％が規定値よりも小さいことを示す。Ｄ１０値は、粒子の総数に基づいて粒子の１０％が規定値よりも小さいことを示す。Ｄ９０値は、粒子の総数に基づいて粒子の９０％が規定値よりも小さいことを示す。粒径は、ＩＳＯ １３３２２－２：２００６－１１による動的画像分析手順によって決定される。
「等電点」という用語は、ゼータ電位が値０をとるｐＨ値を意味すると解釈される。ゼータ電位は、ＩＳＯ １３０９９－２：２０１２に従って決定される。
スラリーのｐＨ値は、好ましくは、上記範囲内の値に設定される。例えば、ＮａＯＨ又はＮＨ３などの物質を好ましくは水性スラリー溶液に添加してｐＨ値を調整し、スラリーを頻繁に撹拌することができる。スラリーについて述べたｐＨ値は、前駆体懸濁液のｐＨ値にも適用することができる。
以下のステップｉｉｉ．）において、スラリーを超音波で処理して、前駆体懸濁液を得る。これは、スラリーがスラリー中に存在する固体の粒子を常に構築して、凝集体としても知られるより大きな構築物を形成することから、これを超音波処理してそれらを解凝集させるために行われる。「解凝集」という用語は、本明細書では構築物とも呼ばれる懸濁液又はスラリー中の粒子の蓄積物を溶解し、粒子を分解するのを助ける手段及びプロセスを意味する。スラリー中のこのような構築物を解凝集するための他の方法、例えばボールミル中でスラリーを処理することが存在する。ここで、通常、ステンレス鋼ボールは、液体を通って移動し、運動エネルギーを発生させ、これは、それが適用される粒子構築物中にこのようなボールを見い出す場合、それらを解凝集して粒子に戻す。ボールミルを使用することは、高純度物質を作製する場合には、ボールの移動及びボール自体の接触又は粉砕容器が、ボール又は粉砕容器から材料を常に摩耗させるので、不利であると見なされる。これは、通常、金属性であり、ボールミルは、高純度物質を作製するときに高純度物質を汚染するので、粉砕されたスラリーの追加の洗浄ステップ及び／又は再処理を使用して、スラリー及び／又はその後続生成物からそれを除去しなければならず、これは費用及び／又は時間がかかる。
超音波で処理するために、原則として、当業者に公知であり、本出願に適していると思われる任意の方法及び任意の超音波源を使用することができる。
本文脈において、超音波は、２０～１００ｋＨｚの範囲のピーク周波数を有する音である。これはまた、単一周波数音又は帯域幅音であってもよい。後者の場合、ある範囲で使用される超音波周波数の少なくとも６０％は、ピーク周波数±１０Ｈｚで負荷を受ける。
更なる実施形態において、スラリーは、少なくとも１０秒間、例えば少なくとも２０秒間又は少なくとも４０秒間又は少なくとも６０、１２０、１８０若しくは２４０秒間、超音波で処理される。
更なる実施形態において、スラリーは、最大１０００秒間、例えば、最大５００秒間、又は最大２００秒間、又は最大１００、５０若しくは２０秒間、超音波で処理される。
更なる実施形態において、スラリーは、１０～１８００秒、例えば３０～１０００秒、又は３０～６００秒、又は４０～３００秒の範囲で超音波で処理される。
超音波が使用する出力密度は、超音波源の電力消費をスラリーの体積で割ることによって得られる。更なる実施形態において、使用される超音波源は、超音波発生器若しくは撹拌ボールミル又は両方の組み合わせである。
更なる実施形態において、超音波処理されている間のスラリーの温度は、５～４５℃、例えば１０～４０℃、又は１５～４０℃の範囲である。
更なる実施形態において、スラリーに作用する超音波出力密度は、６００Ｗ／ｌ未満、例えば４５０Ｗ／ｌ未満、又は約３００Ｗ／ｌであり、出力密度はスラリーの体積に基づく。出力密度は、通常１００Ｗ／ｌを下回らない。
一実施形態において、超音波出力密度は４００～５００Ｗ／ｌの範囲であり、処理は１０～９０秒の範囲である。
別の実施形態において、超音波出力密度は３００～４００Ｗ／ｌの範囲であり、処理時間は９０～２５０秒の範囲である。
解凝集された４質量％のスラリーにおいて、好ましくは、二酸化ケイ素粒子の少なくとも９０％が、ＤＩＮ ＩＳＯ １３３２０－１に従って１ｎｍ～１μｍの範囲、例えば３０～６００ｎｍ又は１００～３００ｎｍの範囲の粒径を有し、ここで、粒径は、４質量％固形分含有量の二酸化ケイ素懸濁液中で測定される。
解凝集された４質量％のスラリーにおいて、好ましくは、二酸化ケイ素粒子の１％未満が、ＤＩＮ ＩＳＯ １３３２０－１に従って１μｍ超の粒径を有し、ここで、粒径は、４質量％固形分含有量の二酸化ケイ素懸濁液中で測定される。
以下のステップｉｖ．）において、前駆体懸濁液の少なくとも一部が、第１の多段フィルタデバイスに通される。多段フィルタデバイスを通過した後、二酸化ケイ素懸濁液が濾液として得られる。第１の多段フィルタデバイスは、少なくとも第１、第２及び第３のフィルタ段を有する。第１の多段フィルタデバイスは、第４のフィルタ段、必要に応じて第５のフィルタ段、必要に応じて第６のフィルタ段などの更なるフィルタ段を有してもよい。多段フィルタデバイスにおけるフィルタ段は、特定の順序で配置される。それらは下流方向に番号付けされる。これは、前駆体懸濁液が最初に第１のフィルタ段を通って流れ、下流で第２のフィルタ段を通って流れ、以下同様であることを意味する。マルチフィルタ配置も考えられ、この場合、異なる量の懸濁液が互いに隣接して配置されたフィルタを多かれ少なかれ同時に通過する。フィルタ段内に複数のフィルタを互いに隣接して配置することにより、フィルタ段の使用寿命若しくはフィルタ段を通る処理量、又はその両方を増加させることができる。更に、更なるフィルタ段が、第１及び第２のフィルタ段の間、又は第２及び第３のフィルタ段の間に設けられてもよく、これについてはここでは更に説明しない。
フィルタ段の各々は、少なくとも１つのフィルタを含む。単一のフィルタがフィルタ段内に設けられてもよい。複数のフィルタが設けられてもよい。これらは通常、互いに隣接して配置される。この場合、使用される複数のフィルタは、通常、同じ特性データを有する。複数のフィルタは、上述したように、フィルタ段内の流れを分割するために互いに隣接して設けられてもよく、これは、多くの場合、フィルタ段の使用寿命若しくは処理量、又はその両方を増加させる。
第１のフィルタ段は、５μｍ以上、例えば５μｍ～１５μｍ、又は約１０μｍ、又は約１５μｍのフィルタ微細度を有する。
第２のフィルタ段は、０．５～５μｍの範囲、例えば０．５～２μｍの範囲、又は約１μｍ、又は約２μｍのフィルタ微細度を有する。
第３のフィルタ段は、１μｍ以下、例えば１μｍ又は０．５μｍのフィルタ微細度を有する。
第１、第２及び第３のフィルタ段から選択される少なくとも１つのフィルタ段は、例えば９９．８％又は９９．９％など、９９．５％以上の分離率を有する。
フィルタ微細度は、所与の有効性を有するフィルタが濾別することができる最小粒径を意味する。以下、フィルタ微細度を「ｘ」ともいう。
分離率又は濾過率εｘは、いずれの場合もＩＳＯ １６８８９：２００８に記載されている。この規格によれば、βｘ値は、ＮｘとＮｈとの商として決定され、ここで、Ｎｘはフィルタの上流の粒子の数であり、Ｎｈ＝フィルタの下流の粒子の数であり、ｘはフィルタ微細度である。フィルタ微細度は、分離率を決定したμｍ単位の粒径である。したがって、分離率又はεｘは、（βｘ－１）／βｘである。
例えば、４００個の粒子の懸濁液について、７５％の分離率ε１０は、懸濁液がフィルタの下流の単位体積当たり１０μｍ以上の粒径を有する場合、１００個の粒子のうち１個がフィルタの下流の単位体積当たり１０μｍ以上の粒径を有することを意味する。本実施例では、懸濁液から取り出した粒子の７５％が１０μｍ以上の粒径を有していた。
個々のフィルタの分離率及びフィルタ微細度の定義から類推して、１つ以上の個々のフィルタを含むフィルタ段の対応するデータは、上記の範囲及び好ましい実施形態を使用して得ることができる。
第１のフィルタデバイスは、以下の特性のうちの少なくとも１つ、又は２つ以上、又はすべてを有してもよい：
（ａ）第１のフィルタ段が、９０％以下、例えば８５％、８０％若しくは７５％、又は８０～９９．９％、又は８０～９５％の分離率を有する；
（ｂ）第１のフィルタ段が、５μｍ以上、５～２５μｍ、又は５～１５μｍの範囲、例えば１０μｍ又は５μｍのフィルタ微細度を有する；
（ｃ）第２のフィルタ段が、８０％以上、例えば９５％以上、例えば９８％、９９％、９９．９％若しくは９９．９９％、又は８０～９９．９％若しくは８０～９５％の範囲の分離率を有する；
（ｄ）第２のフィルタ段が、０．５μｍ以上、例えば０．５～１０μｍ、又は０．５～２μｍの範囲、例えば０．５μｍ、１．０μｍ、１．５μｍ又は２．０μｍのフィルタ微細度を有する；
（ｅ）第３のフィルタ段が、８０％以上、例えば９９．５％以上、例えば９９．９％若しくは９９，９９％、又は８０～９９．９％の範囲、又は９５～９９．９％の範囲の分離率を有する；
（ｆ）第１のフィルタ段が、０．５μｍ以上の範囲、例えば０．５～１０μｍ、又は０．５～３μｍ、又は０．５～１μｍの範囲のフィルタ微細度を有する；
又は特性（ａ）～（ｆ）の２つ以上の組み合わせであって、例として記載された値の任意の組み合わせが好ましい。一実施形態において、例えば以下の表ＡのＦ１．３のように、すべての特性（ａ）～（ｆ）の組み合わせが有利である。
好ましい実施形態において、第１のフィルタ段は、５μｍ以上、例えば５μｍ～２５μｍのフィルタ微細度、及び８０％～９９．９％、好ましくは８０％～９５％の範囲の分離率を有する。
更なる実施形態において、第２のフィルタ段は、０．５μｍ以上、例えば０．５μｍ～１０μｍの範囲のフィルタ微細度、及び８０％～９９．９％、好ましくは８０％～９５％、好ましくは９５％～９９．９％の範囲の分離率を有する。
更なる実施形態において、第３のフィルタ段は、０．５μｍ以上、例えば０．５μｍ～１０μｍの範囲のフィルタ微細度、及び８０％～９９．９％、好ましくは９５％～９９．９％の範囲の分離率を有する。
更なる例によれば、例えば、第１のフィルタデバイスは、以下の特性の組み合わせを特徴としてもよい：
更なる実施形態において、第１の多段フィルタデバイスは、少なくとも１つのデプスフィルタを含む。本文脈において、「デプスフィルタ」という用語は、分離される粒子がフィルタ内のセクションにわたって保持され、フィルタを動作させるときにフィルタケーキが通常形成されないフィルタを意味すると解釈される。他方、エリアフィルタ又は表面フィルタでは、分離される粒子が表面フィルタの境界で分離され、フィルタを動作させるとフィルタケーキが形成される。第１の多段フィルタデバイスはまた、複数のデプスフィルタを含んでもよい。また、第１の多段フィルタデバイスで使用されるすべてのフィルタがデプスフィルタであることも可能である。
更なる実施形態において、少なくとも１つの更なる、好ましくは多段フィルタデバイスが、第１の多段フィルタデバイスの下流で使用される。また、２個、３個、４個、５個、又は最大１０個以上の下流に直列に配置される一連の多段フィルタデバイスが設けられる。
更なる実施形態において、少なくとも第２の多段フィルタデバイスにデプスフィルタが設けられる。
更なる実施形態において、第１のフィルタデバイスの第２のフィルタ段は、９０％以下の分離率を有する少なくとも１つの第１のフィルタと、９５％以上の分離率を有する少なくとも１つの更なるフィルタとを含む。
更なる実施形態において、第１の多段フィルタデバイスは、少なくとも１００リットル、例えば１５０リットル以上、又は２５０リットル以上、又は５００リットル以上、又は８００リットル以上、又は１０００リットル以上の使用寿命を有し、ここで、リットルは、各場合において第１の多段フィルタデバイスが濾過する前駆体懸濁液の体積に基づく。
更なる実施形態において、第２の、任意選択的に多段階のフィルタデバイスは、少なくとも１００リットル、例えば１５０リットル以上、又は２５０リットル以上、又は５００リットルの使用寿命を有し、ここで、リットルは、各場合において第２のフィルタデバイスが濾過する前駆体懸濁液の体積に基づく。
フィルタデバイスに関連して、「使用寿命」は、フィルタデバイスが詰まる前に通過することができる懸濁液の体積を意味する。詰まった状態になることは、フィルタの上流の圧力が、ポンプ性能を変えずに使用された新しいフィルタの圧力の少なくとも１．５倍に上昇することによって認識することができる。フィルタが詰まった状態になる場合、作業ステップを一時停止しなければならず、詰まった１つ又は複数のフィルタを洗浄又は交換しなければならない。
更なる実施形態において、スラリーは、５重量％未満の添加剤、２重量％未満、例えば０重量％（なし）の添加剤、特に安定化添加剤を有し、ここで、重量％は、スラリーの総重量に基づく。多くの場合、スラリーは、少なくとも０．１重量％、例えば０．１～５重量％の範囲の添加剤を有し、ここで、重量％は、スラリーの総重量に基づく。添加剤含有量は、通常、濾過の過程で変化しないか、又はいずれにしてもほとんど変化しない。したがって、前駆体懸濁液及び得られた二酸化ケイ素懸濁液の両方は、スラリーについて述べたような安定化添加剤の含有量を有する。
更なる実施形態において、本方法によって得られる二酸化ケイ素懸濁液は、以下の特性のうちの少なくとも１つ、例えば少なくとも２つ又は少なくとも３つ又は少なくとも４つ、特に好ましくは少なくとも５つを有する：
Ａ．二酸化ケイ素懸濁液が、４５℃未満の温度及び２０～７０重量％の範囲の固形分濃度を意味する、規定された試験条件下でレオペクチックである；
Ｂ．二酸化ケイ素懸濁液中の二酸化ケイ素粒子の少なくとも９０％が、１ｎｍ～＜１０μｍの範囲、例えば１ｎｍ～１μｍ、３０～６００ｎｍ、又は１００～３００ｎｍ、又は２００～３００ｎｍの範囲の粒径を有し、ここで、粒径は、ＤＩＮ ＩＳＯ １３３２０－１に従って４重量％固形分含有量の二酸化ケイ素懸濁液中で決定される；
Ｃ．二酸化ケイ素懸濁液が、３以上、例えば４超の範囲のｐＨ値、又は４．５～８若しくは４．５～７の範囲のｐＨ値を有し、ここで、ｐＨ値は、４重量％の二酸化ケイ素懸濁液によって決定される；
Ｄ．５００ｐｐｍ未満、３５０ｐｐｍ以下、又は２００ｐｐｍ以下の塩素含有量；
Ｅ．２００ｐｐｂ未満、例えば１～１００ｐｐｂの範囲、特に好ましくは１～８０ｐｐｂの範囲のアルミニウム含有量；
Ｆ．５ｐｐｍ以下の、Ｓｉ、Ｏ、Ｈ、Ｃ、Ｃｌ以外の原子の含有量；
Ｇ．二酸化ケイ素懸濁液が、０℃超、好ましくは５～３５℃の範囲の温度を有する；
Ｈ．二酸化ケイ素懸濁液が、５００～２０００ｍＰａｓの範囲、例えば６００～１７００ｍＰａｓの範囲、特に好ましくは６５０～１３５０ｍＰａｓの範囲のＤＩＮ ５３０１９－１（５ｒｐｍ、３０重量％）による粘度を有する；
Ｉ．二酸化ケイ素懸濁液中の二酸化ケイ素粒子の１％未満が、１μｍ超の粒径を有し、ここで、粒径は、ＤＩＮ ＩＳＯ １３３２０－１に従って４重量％の固形分含有量の二酸化ケイ素懸濁液中で測定される；
ここで、重量％、ｐｐｍ及びｐｐｂは、懸濁液中の二酸化ケイ素粒子の総量に基づく。
二酸化ケイ素造粒物の作製
次いで、ステップｖ．）は、二酸化ケイ素造粒物を形成するステップであって、ステップｉｖ．）からの二酸化ケイ素懸濁液が更に加工される。一実施形態において、二酸化ケイ素以外のケイ素成分をこのステップで添加してもよい。
二酸化ケイ素造粒物は、二酸化ケイ素懸濁液中に存在する二酸化ケイ素粒子よりも大きい粒径を有する。
原則として、二酸化ケイ素造粒物は、粒径を増加させる、当業者に公知のありとあらゆるプロセスによって作製され得る。
二酸化ケイ素造粒物は、二酸化ケイ素粉末よりも大きい粒径を有し、同様に、上記の二酸化ケイ素懸濁液中の二酸化ケイ素粒子よりも大きい粒径を有する。
二酸化ケイ素造粒物は、二酸化ケイ素粉末の粒径よりも大きい粒径を有する。二酸化ケイ素造粒物の粒径は、好ましくは二酸化ケイ素粉末の粒径よりも５００～５０，０００倍大きい、例えば１，０００～１０，０００倍大きい、特に好ましくは２，０００～８，０００倍大きい範囲である。
ステップｉｖ．）において形成される二酸化ケイ素造粒物の少なくとも９０％、例えば、各場合において二酸化ケイ素造粒物の総重量に基づいて、少なくとも９５重量％又は少なくとも９８重量％、特に好ましくは少なくとも９９重量％以上が、好ましくは熱分解法二酸化ケイ素粉末から作製される。
加工は、好ましくは、粒状体を有する二酸化ケイ素造粒物を形成し、造粒物は球状形態を有する。好ましくは、加工は、噴霧造粒又は回転造粒も含む。
粉末は、１～１００ｎｍ未満の範囲の一次粒径を有する乾燥固形分を意味すると解釈される。
二酸化ケイ素造粒物は、二酸化ケイ素粉末を造粒することによって得ることができる。原則として、二酸化ケイ素造粒物は、３ｍ２／ｇ以上のＢＥＴ表面積及び１．５ｇ／ｃｍ３未満の密度を有する。「造粒」という用語は、粉末粒子を粒状体に変換することを意味すると解釈される。造粒において、複数の二酸化ケイ素粒子の凝集体、すなわち「二酸化ケイ素粒状体」と呼ばれるより大きな凝集体が形成される。これらは、しばしば「二酸化ケイ素造粒物粒子」又は「造粒物粒子」とも呼ばれる。粒状体は全体として造粒物を形成し、例えば、二酸化ケイ素粒状体は「二酸化ケイ素造粒物」を形成する。二酸化ケイ素造粒物は、二酸化ケイ素粉末よりも大きな粒径を有する。
粉末を造粒物に変換するための造粒プロセスは、以下でより詳細に説明される。
本文脈において、二酸化ケイ素造粒物という用語は、二酸化ケイ素体、特に石英ガラス体を粉砕することによって得ることができる二酸化ケイ素粒子を意味すると解釈される。二酸化ケイ素造粒物は、通常、１．２ｇ／ｃｍ３超、例えば１．２～２．２ｇ／ｃｍ３の範囲、特に好ましくは約２．２ｇ／ｃｍ３の密度を有し、二酸化ケイ素造粒物のＢＥＴ表面積は、通常、ＤＩＮ ＩＳＯ ９２７７：２０１４－０１に従って決定される場合、１ｍ２／ｇ未満である。
原則として、二酸化ケイ素粉末は、当業者が適切であることを知っているありとあらゆるもの、特にステップｉ．）に関連して記載された二酸化ケイ素粒子であり得る。
「粒子直径」又は「粒径」という用語は、式
によって面積等価円直径ｘＡｉとして得られる粒子の直径を意味すると解釈され、式中、Ａｉは、画像分析によって考慮される粒子の面積を意味する。適切な測定方法は、例えば、ＩＳＯ １３３２２－１：２０１４又はＩＳＯ １３３２２－２：２００９である。「より大きい粒径」などの比較記述は常に、引用された値が同じ方法によって決定されることを意味する。
二酸化ケイ素造粒物の粒状体は、好ましくは球状の形態を有する。「球状形態」は、粒子が円形から楕円形の形態を有することを意味すると解釈される。二酸化ケイ素造粒物の粒状体は、好ましくは、０．７～１．３ＳＰＨＴ３の範囲の平均球形度、例えば０．８～１．２ＳＰＨＴ３の範囲の平均球形度、特に好ましくは０．８５～１．１ＳＰＨＴ３の範囲の平均球形度を有する。ＳＰＨＴ３の特性は試験方法に記載されている。
二酸化ケイ素造粒物の粒状体はまた、好ましくは、０．７～１．３Ｓｙｍｍ３の範囲の平均対称性、例えば、０，８～１．２Ｓｙｍｍ３の範囲の平均対称性、特に好ましくは０．８５～１．１Ｓｙｍｍ３の範囲の平均対称性を有する。平均対称特性Ｓｙｍｍ３の特性は試験方法に記載されている。
造粒
二酸化ケイ素造粒物は、二酸化ケイ素粉末を造粒することによって得られる。「造粒」という用語は、粉末粒子を粒状体に変換することを意味すると解釈される。造粒では、複数の二酸化ケイ素粒子が凝集して、「二酸化ケイ素粒状体」と呼ばれるより大きな凝集体を形成する。これらは、しばしば「二酸化ケイ素造粒物粒子」又は「造粒物粒子」とも呼ばれる。全体として粒状体は造粒物を形成し、例えば二酸化ケイ素粒状体は「二酸化ケイ素造粒物」を形成する。
この場合、原則として、当業者に公知であり、二酸化ケイ素粉末を造粒するのに適していると思われる任意の造粒方法を選択することができる。造粒法は、凝集造粒法と加圧造粒法とに分けることができ、更に湿式造粒法と乾式造粒法とに分けることができる。公知の方法は、造粒金属シート上での回転造粒、噴霧造粒、遠心噴霧、浮遊床造粒、凍結造粒及び造粒ミルを使用する造粒法、圧縮、ローラープレス、ブリケット化、フレーキング（ｓｃａｂｂｉｎｇ）及び押出である。
好ましくは、加工時に、二酸化ケイ素造粒物は、球状形態を有する粒状体で形成され、この場合、加工も、好ましくは噴霧造粒又は回転造粒による。更に好ましくは、球状形態を有する粒状体による二酸化ケイ素造粒物はまた、５０％以下の、好ましくは４０％以下の、また好ましくは２０％以下の、より好ましくは０～５０％、０～４０％若しくは０～２０％、又は１０～５０％、１０～４０％若しくは１０～２０％の、球状形態を有しない粒状体を有し、記載されるパーセンテージは、各場合において造粒物中の粒状体の総数に基づく。球状形態を有する粒状体は、これらの仕様で既に述べたＳＰＨＴ３値を有する。
噴霧造粒
ステップｖ．）の好ましい実施形態によれば、二酸化ケイ素造粒物は、二酸化ケイ素懸濁液を噴霧造粒することによって形成される。噴霧造粒は、噴霧乾燥とも呼ばれる。
噴霧乾燥は、好ましくは噴霧塔内で行われる。噴霧乾燥において、二酸化ケイ素懸濁液は高温で加圧される。次いで、加圧された二酸化ケイ素懸濁液をノズルを通して減圧し、噴霧塔に噴霧する。次いで、液滴が形成され、これは瞬間的に乾燥し、最初に乾燥微粒子（「核（ｍｉｃｒｏｂｅｓ）」）を形成する。微粒子及び粒子に作用するガス流は、流動床を形成するので、懸濁状態に保たれ、更なる液滴を乾燥させるための表面を形成することができる。
二酸化ケイ素懸濁液が噴霧塔に噴霧されるノズルは、好ましくは、噴霧塔の内部への入口を形成する。
噴霧する場合、ノズルは、好ましくは二酸化ケイ素懸濁液との接触面を有する。「接触表面」という用語は、懸濁液を噴霧するときに二酸化ケイ素懸濁液と接触するノズルの表面を意味すると解釈される。多くの場合、ノズルの少なくとも一部は、噴霧時に二酸化ケイ素懸濁液が通過する管として形成されているので、中空管の内側が二酸化ケイ素懸濁液と接触する。
接触面は、好ましくは、ガラス、プラスチック又はそれらの組み合わせを含む。接触面は、好ましくはガラス、特に好ましくは石英ガラスを含む。接触面は、好ましくはプラスチックを含む。原則として、当業者に公知のすべての適切なプラスチックは、プロセス温度で安定であり、二酸化ケイ素懸濁液にいかなる異種原子も放出しないものである。好ましいプラスチックは、ポリオレフィン、例えば少なくとも１つのオレフィンを含むホモポリマー若しくはコポリマー、特に好ましくはポリプロピレン、ポリエチレン、ポリブタジエン又はそれらの２つ以上の組み合わせを含むホモポリマー若しくはコポリマーである。好ましくは、接触面は、例えば石英ガラス及びポリオレフィンを含む群から選択され、特に好ましくは石英ガラス及びポリプロピレン、ポリエチレン、ポリブタジエン又はそれらの２つ以上の組み合わせを含むホモポリマー若しくはコポリマーを含む群から選択される、ガラス、プラスチック又はそれらの組み合わせを含む。好ましくは、接触面はいかなる金属も含まず、特にタングステン、チタン、タンタル、クロム、コバルト、ニッケル、鉄、バナジウム、ジルコニウム又はマンガンを含まない。
原則として、接触面及びノズルの他の部分は、同じ材料又は異なる材料からなることが可能である。好ましくは、ノズルの他の部分は、接触面と同じ材料を含む。ノズルの他の部分が異なる材料を含むことも可能である。例えば、接触面は、適切な材料、例えばガラス又はプラスチックでコーティングされてもよい。
ノズルの総重量に基づいて、ノズルの７０重量％超、例えば７５重量％超、又は８０重量％超、又は８５重量％超、又は９０重量％超、又は９５重量％超、特に好ましくは９９重量％超が、ガラス、プラスチック、又はガラスとプラスチックとの組み合わせからなる群から選択される要素から形成される。
好ましくは、ノズルは、ノズル金属シート片を含む。ノズル金属シート片は、好ましくは、ガラス、プラスチック、又はガラスとプラスチックとの組み合わせで作られている。好ましくは、ノズル金属シート片は、ガラス、好ましくは石英ガラスから形成される。好ましくは、ノズル金属シート片はプラスチックで形成される。好ましいプラスチックは、ポリオレフィン、例えば少なくとも１つのオレフィンを含むホモポリマー若しくはコポリマー、特に好ましくはポリプロピレン、ポリエチレン、ポリブタジエン又はそれらの２つ以上の組み合わせを含むホモポリマー若しくはコポリマーである。好ましくは、ノズル金属シート片は、任意の金属、特にタングステン、チタン、タンタル、クロム、コバルト、ニッケル、鉄、バナジウム、ジルコニウム又はマンガンを含有しない。
好ましくは、ノズルはスクリューツイスターを含む。スクリューツイスターは、好ましくは、ガラス、プラスチック、又はガラスとプラスチックとの組み合わせから形成される。スクリューツイスターは、好ましくはガラス、特に好ましくは石英ガラスから形成される。スクリューツイスターは、好ましくはプラスチックで形成される。好ましいプラスチックは、ポリオレフィン、例えば少なくとも１つのオレフィンを含むホモポリマー若しくはコポリマー、特に好ましくはポリプロピレン、ポリエチレン、ポリブタジエン又はそれらの２つ以上の組み合わせを含むホモポリマー若しくはコポリマーである。好ましくは、ノズル金属シート片は、任意の金属、特にタングステン、チタン、タンタル、クロム、コバルト、ニッケル、鉄、バナジウム、ジルコニウム又はマンガンを含有しない。
ノズルはまた、更なる構成要素を含むことができる。他の好ましい構成要素はノズル本体であり、特に好ましいのは、スクリューツイスターと、ノズル金属シート片を囲むノズル本体と、クロスピースと、衝撃金属シートとを含むものである。ノズルは、好ましくは１つ以上の、特に好ましくはすべての更なる構成要素を含む。更なる構成要素は、互いに独立して、原則として、この目的に適した当業者に公知の任意の更なる材料、例えば、金属ベースの材料、ガラス又はプラスチックを含んでもよい。ノズル本体は、好ましくはガラス、特に好ましくは石英ガラスから形成される。更なる構成要素は、好ましくはプラスチックで作られている。好ましいプラスチックは、ポリオレフィン、例えば少なくとも１つのオレフィンを含むホモポリマー若しくはコポリマー、特に好ましくはポリプロピレン、ポリエチレン、ポリブタジエン又はそれらの２つ以上の組み合わせを含むホモポリマー若しくはコポリマーである。好ましくは、ノズル金属シート片は、任意の金属、特にタングステン、チタン、タンタル、クロム、コバルト、ニッケル、鉄、バナジウム、ジルコニウム又はマンガンを含有しない。
噴霧塔は、好ましくはガス入口及びガス出口を有する。ガス入口は、ガスを噴霧塔の内部に注入するために使用することができ、ガスはガス出口を介して放出することができる。ノズルを介して噴霧塔にガスを注入することも可能である。同様に、ガスは噴霧塔出口を介して取り出すことができる。更に好ましくは、ガスは、ノズル及びガス入口を介して噴霧塔に供給され、ガス出口を介して噴霧塔から取り出され得る。
噴霧塔内部の雰囲気は、好ましくは空気、不活性ガス、少なくとも２つの不活性ガス、又は空気と少なくとも１つの不活性ガス、好ましくは少なくとも２つの不活性ガスとの組み合わせである。不活性ガスは、好ましくは、窒素、ヘリウム、ネオン、アルゴン、クリプトン及びキセノンからなるリストから選択される。噴霧塔内部の雰囲気は、好ましくは空気、窒素又はアルゴンであり、特に好ましくは空気である。
噴霧塔内の雰囲気も、好ましくはガス流の一部である。ガス流は、好ましくは、ガス入口を介して噴霧塔に導入され、ガス出口を介して放出される。ガス流の一部をノズルを介して導入し、固体出口を介して放出することもできる。ガス流は、噴霧塔内で更なる成分を獲得することができ、噴霧乾燥により、これらの成分は二酸化ケイ素懸濁液から生じ、ガス流に入ることができる。
噴霧塔に供給されるガス流は、好ましくは乾燥している。「乾燥ガス流」は、その相対湿度が噴霧塔内で設定された温度で凝縮点を下回るガス又はガス混合物を意味すると解釈される。１００％の相対空気湿度は、２０℃で１７．５ｇ／ｍ３の含水量に相当する。ガスは、好ましくは、１５０～４５０℃、例えば２００～４２０℃又は３００～４００℃、特に好ましくは３２０～４００℃の範囲の温度に予熱される。
噴霧塔内部の温度は、好ましくは設定することができる。噴霧塔内部の温度は、好ましくは最大５５０℃、例えば３００～５００℃、特に好ましくは３２０～４５０℃である。
ガス入口でのガス流は、好ましくは１５０～４５０℃、例えば２００～４２０℃又は３００～４００℃、特に好ましくは３２０～４００℃の範囲の温度である。
固体出口、ガス出口又は両方の場所において、放出されるガス流は、好ましくは１７０℃未満、例えば５０～１５０℃、特に好ましくは１００～１３０℃の温度である。
更に好ましくは、ガス流の入口温度と出口温度との差は、１００～３３０℃、例えば１５０～３００℃の範囲内である。
このようにして得られた二酸化ケイ素粒状体は、二酸化ケイ素粉末の個々の粒子の凝集体である。個々の二酸化ケイ素粉末粒子は、凝集体中に依然として検出することができる。平均二酸化ケイ素粒径は、好ましくは１０～１０００ｎｍの範囲、例えば２０～５００ｎｍ又は３０～２５０ｎｍ又は３５～２００ｎｍ又は４０～１５０ｎｍの範囲、又は特に５０～１００ｎｍの範囲である。これらの粒子の平均粒径は、ＤＩＮ ＩＳＯ １３３２０－１に従って決定される。
噴霧乾燥は、賦形剤の存在下で行うことができる。原則として、当業者に公知であり、本発明の目的に適していると思われるありとあらゆる物質を賦形剤として使用することができる。考慮され得る賦形剤は、例えば、いわゆる「結合剤」である。適切な結合剤の例は、酸化カルシウムのような金属酸化物、炭酸カルシウムのような金属炭酸塩、並びにセルロース、セルロースエーテル、デンプン及びデンプン誘導体のような多糖類である。
本発明の目的のために、噴霧乾燥は、好ましくは賦形剤なしで行われる。
二酸化ケイ素造粒物の一部は、好ましくは、二酸化ケイ素造粒物を噴霧塔から取り出す前、後、又は前及び後に分離される。それは、スクリーニング又は篩い分けなどの適切であると思われる当業者に公知のありとあらゆる方法によって分離することができる。
噴霧乾燥によって形成された、５０μｍ未満の粒径、例えば７０μｍ未満の粒径、特に好ましくは９０μｍ未満の粒径を有する二酸化ケイ素造粒物の粒子は、好ましくは、噴霧塔から造粒物を取り出す前にスクリーニングされる。スクリーニングは、好ましくは、噴霧塔の下部領域、特に好ましくは噴霧塔出口の上方に配置されたサイクロンを使用して行われる。
１０００μｍ超の粒径、例えば７００μｍ超の粒径、特に好ましくは５００μｍ超の粒径を有する二酸化ケイ素造粒物の部分は、好ましくは噴霧塔から二酸化ケイ素造粒物を取り出した後に、原則として当業者に公知であり、この目的に適したありとあらゆる方法によって、好ましくは振動シュートを用いて篩い分けされる。
一実施形態によれば、二酸化ケイ素懸濁液をノズルを通して噴霧塔に噴霧乾燥することは、以下の特性のうちの少なくとも１つ、例えば２つ又は３つ、特に好ましくはすべてを特徴とする：
ａ］噴霧塔内での噴霧造粒；
ｂ］ノズルにおける二酸化ケイ素が、４０ｂａｒ以下、例えば１．３～２０ｂａｒ若しくは１．５～１８ｂａｒ、又は２～１５ｂａｒ若しくは４～１３ｂａｒの範囲、又は特に好ましくは５～１２ｂａｒの範囲の圧力下にあり、記載された圧力は絶対圧である（ｐ＝０ｈＰａを基準として）；
ｃ］噴霧塔に入る液滴は、１０～５０℃の範囲、好ましくは１５～３０℃の範囲、特に好ましくは１８～２５℃の範囲の温度である；
ｄ］噴霧塔に面するノズルの側の温度が、１００～４５０℃の範囲、例えば２５０～４４０℃の範囲、特に好ましくは３２０～４３０℃である；
ｅ］二酸化ケイ素懸濁液が、０．０５～１ｍ３／ｈの範囲、例えば０．１～０．７ｍ３／ｈ又は０．２～０．５ｍ３／ｈの範囲、特に好ましくは０．２５～０．４ｍ３／ｈの範囲でノズルを通って流れる；
ｆ］二酸化ケイ素懸濁液が、各場合において二酸化ケイ素懸濁液の総重量に基づいて、少なくとも４０重量％、例えば５０～８０重量％の範囲、又は５５～７５重量％の範囲、特に好ましくは６０～７０重量％の範囲の固形分含有量を有する；
ｇ］ガスが、１０～１００ｋｇ／分の範囲、例えば２０～８０ｋｇ／分又は３０～７０ｋｇ／分の範囲、特に好ましくは４０～６０ｋｇ／分の範囲で噴霧塔に流入する；
ｈ］ガスが、１００～４５０℃の範囲、例えば２５０～４４０℃の範囲、特に好ましくは３２０～４３０℃の温度で噴霧塔に流入する；
ｉ］ガスが１７０℃未満の温度で噴霧塔から流出する；
ｊ］ガスが、空気、窒素及びヘリウム又はそれらの２つ以上の組み合わせからなる群から選択され、好ましくは空気である；
ｋ］噴霧塔から取り出された造粒物が、各場合において噴霧乾燥によって得られた二酸化ケイ素造粒物の総重量に基づいて、５％未満、例えば３重量％未満若しくは１重量％未満又は０．０１～０．５重量％の範囲、特に好ましくは０．１～０．３重量％の範囲の残留水分を有する；
ｌ］噴霧乾燥から得られる二酸化ケイ素の総重量に基づいて少なくとも５０重量％の噴霧造粒物が、１～１００秒の範囲内、例えば１０～８０秒の期間にわたる、特に好ましくは２５～７０秒の期間にわたる飛行時間を完了する；
ｍ］噴霧乾燥から得られる二酸化ケイ素の総重量に基づいて少なくとも５０重量％の噴霧造粒物が、２０ｍ超、例えば３０ｍ超若しくは５０ｍ超若しくは７０ｍ超若しくは１００ｍ超若しくは１５０ｍ超若しくは２００ｍ超又は２０～２００ｍ若しくは１０～１５０ｍ若しくは２０～１００ｍの範囲、特に好ましくは３０～８０ｍの範囲の飛行経路を完了する；
ｎ］噴霧塔が円筒形状を有する；
ｏ］噴霧塔が、１０ｍ超、例えば１５ｍ超若しくは２０ｍ超若しくは２５ｍ超若しくは３０ｍ超又は１０～２５ｍの範囲、特に好ましくは１５～２０ｍの範囲の高さである；
ｐ］噴霧塔から造粒物を取り出す前に、サイズが９０μｍ未満の粒子をスクリーニングする；
ｑ］噴霧塔から造粒物を取り出した後に、好ましくは振動シュート上で、サイズが５００μｍ超の粒子を濾別する；
ｒ］二酸化ケイ素懸濁液滴が、垂直に対して３０～６０°の角度で、特に好ましくは垂直に対して４５°の角度でノズルから出る。
「垂直」は、重力ベクトルの方向を意味すると解釈される。
飛行経路とは、粒状体を形成しながら二酸化ケイ素懸濁粒子が噴霧塔ガス空間内でノズルを出てから飛行及び落下プロセスを完了するまでに取る経路を意味する。飛行及び落下プロセスは、一般に、粒状体が噴霧塔の床に当たること又は既に噴霧塔の床にある他の粒状体に当たることのどちらが最初に起こるかに応じて終了する。
飛行時間は、粒状体が噴霧塔内の飛行経路を移動するのにかかる時間である。噴霧塔内の粒状体は、好ましくは螺旋状の飛行経路を有する。
噴霧乾燥から得られる二酸化ケイ素造粒物の総重量に基づいて、噴霧造粒物の少なくとも６０重量％は、好ましくは、２０ｍ超、例えば３０ｍ超若しくは５０ｍ超若しくは７０ｍ超若しくは１００ｍ超若しくは１５０ｍ超若しくは２００ｍ超又は２０～２００ｍの範囲若しくは１０～１５０ｍ若しくは２０～１００ｍ、特に好ましくは３０～８０ｍの範囲の平均飛行経路を移動する。
噴霧乾燥から得られる二酸化ケイ素造粒物の総重量に基づいて、噴霧造粒物の少なくとも７０重量％は、好ましくは、２０ｍ超、例えば３０ｍ超若しくは５０ｍ超若しくは７０ｍ超若しくは１００ｍ超若しくは１５０ｍ超若しくは２００ｍ超又は２０～２００ｍ若しくは１０～１５０若しくは２０～１００ｍの範囲、特に３０～８０ｍの範囲の平均飛行経路を移動する。
噴霧乾燥から得られる二酸化ケイ素造粒物の総重量に基づいて、噴霧造粒物の少なくとも８０重量％は、好ましくは、２０ｍ超、例えば３０ｍ超若しくは５０ｍ超若しくは７０ｍ超若しくは１００ｍ超若しくは２００ｍ超又は２０～２００ｍ若しくは１０～１５０ｍ若しくは２０～１００ｍの範囲、特に好ましくは３０～８０ｍの範囲の平均飛行経路を移動する。
噴霧乾燥によって得られる二酸化ケイ素造粒物の総重量に基づいて、噴霧造粒物の少なくとも９０重量％は、好ましくは、２０ｍ超、例えば３０ｍ超、若しくは５０ｍ超、若しくは７０ｍ超、若しくは１００ｍ超、若しくは１５０ｍ超、若しくは２００ｍ超、又は２０ｍ～２００ｍ若しくは１０ｍ～１５０ｍ若しくは２０ｍ～１００ｍの範囲、特に好ましくは３０ｍ～８０ｍの範囲の平均飛行経路を移動する。
回転造粒
ステップｖ．）の別の好ましい実施形態によれば、二酸化ケイ素造粒物は、二酸化ケイ素懸濁液を回転造粒することによって形成される。
回転造粒は、高温でガスの存在下で二酸化ケイ素懸濁液を撹拌することによって行われる。回転造粒は、好ましくは、撹拌ツールを備えた撹拌容器中で行われる。撹拌容器は、好ましくは、撹拌ツールとは逆方向に回転する。好ましくは、撹拌容器はまた、二酸化ケイ素を撹拌容器に投入することができる入口、二酸化ケイ素造粒物を取り出すことができる出口、ガス入口及びガス出口を有する。
二酸化ケイ素懸濁液は、好ましくは、ピン型撹拌ツールによって撹拌される。ピン型撹拌ツールは、軸方向軸が各場合において撹拌ツールの回転軸と同軸である多数の長いピンを備えた撹拌ツールを意味すると解釈される。ピンは、好ましくは、回転軸の周りに同軸円を描く。
二酸化ケイ素懸濁液は、好ましくは、７未満のｐＨ値、例えば２～６．５の範囲のｐＨ値、特に好ましくは４～６の範囲のｐＨ値に設定される。ｐＨ値は、好ましくは、無機酸、例えば塩酸、硫酸、硝酸及びリン酸からなる群から選択される酸、特に好ましくは塩酸を使用して設定される。
撹拌容器中の雰囲気は、好ましくは、空気、不活性ガス、少なくとも２つの不活性ガス、又は空気と少なくとも１つの不活性ガス、好ましくは少なくとも２つの不活性ガスとの組み合わせから選択される。不活性ガスは、好ましくは、窒素、ヘリウム、ネオン、アルゴン、クリプトン及びキセノンからなるリストから選択される。例えば、撹拌容器は、空気、窒素又はアルゴン、特に好ましくは空気を含む。
撹拌容器中の雰囲気も、好ましくはガス流の一部である。撹拌容器中のガス流は、好ましくは、ガス入口を介して導入され、ガス出口を介して取り出される。ガス流は、撹拌容器中の更なる成分を吸収することができ、回転造粒において、これらは、二酸化ケイ素懸濁液から生じ、ガス流に入ることができる。
乾燥ガス流が、好ましくは撹拌容器に加えられる。「乾燥ガス流」は、撹拌容器中で設定された温度での相対湿度が露点を下回るガス又はガス混合物を意味すると解釈される。ガスは、好ましくは、５０～３００℃、例えば８０～２５０℃、特に好ましくは１００～２００℃の範囲の温度に予熱される。
好ましくは、使用される二酸化ケイ素懸濁液１ｋｇごとに、１時間当たり１０～１５０ｍ３のガス、例えば１時間当たり２０～１００ｍ３のガス、特に好ましくは１時間当たり３０～７０ｍ３のガスが撹拌容器に供給される。
ガス流は、撹拌しながら二酸化ケイ素懸濁液を乾燥させて二酸化ケイ素粒状体を形成する。形成された造粒物を撹拌チャンバから取り出す。
取り出された造粒物は、好ましくは更に乾燥される。それは好ましくは連続的に、例えば回転炉内で乾燥される。好ましい乾燥温度は、８０～２５０℃の範囲、例えば１００～２００℃の範囲、特に好ましくは１２０～１８０℃の範囲である。
本発明の文脈において、連続的とは、連続的に操作することができるプロセスを意味する。このことは、本プロセスの実施に関与する物質及び材料を運転中に添加及び取り出せることを意味する。プロセスを中断する必要はない。
対象、例えば「連続炉」の属性として、「連続」とは、その中で実行されるプロセス又はプロセスステップが連続的に実行され得ることを意味する。
回転造粒によって得られた造粒物は、乾燥の前又は後に濾過することができる。好ましくは乾燥前に濾過される。濾過された粒状体は、好ましくは５０μｍ未満の粒径、例えば８０μｍ未満、特に好ましくは１００μｍ未満の粒径を有する。濾過された粒状体はまた、９００μｍ超の粒径、例えば７００μｍ超の粒径、特に好ましくは５００μｍ超の粒径を有する。より大きな粒子は、原則として、当業者に公知であり、この目的に適したありとあらゆるプロセスによって濾別することができる。より大きな粒子は、好ましくは振動シュートによって濾別される。
更なる実施形態において、回転造粒は、以下の特性のうちの少なくとも１つ、例えば２つ又は３つ、特に好ましくはすべてを特徴とする：
［ａ］造粒が回転撹拌容器中で行われる；
［ｂ］造粒が、１時間当たりケイ素懸濁液１ｋｇ当たりガス１０～１５０ｋｇのガス流下で行われる；
［ｃ］投入ガス温度が４０～２００℃である；
［ｄ］１００μｍ未満及び５００μｍ超の粒径を有する粒状体が濾別される；
［ｅ］形成された粒状体が１５～３０重量％の残留水分を有する；
［ｆ］形成された粒状体が、８０～２５０℃で、好ましくは連続乾燥管中で、特に残留水分が１重量％未満になるまで乾燥される。
造粒、特に噴霧造粒又は回転造粒によって得られた二酸化ケイ素造粒物は、石英ガラス体に加工される前に更に前処理される。この前処理は、石英ガラス体への加工を容易にするか、又は得られる石英ガラス体の特性に影響を与えるかのいずれかである、異なる目的に役立ち得る。例えば、二酸化ケイ素造粒物は、圧縮、洗浄、表面改質又は乾燥され得る。
以下において、造粒によって得られたが、更に前処理されていない及び／又はまだ前処理されていない二酸化ケイ素造粒物は、「二酸化ケイ素造粒物Ｉ」と呼ばれる。以下において、ガラス溶融物を形成する前の１つ以上の前処理ステップに従って作製された二酸化ケイ素造粒物は、「二酸化ケイ素ＩＩ」と呼ばれる。
造粒によって得られる二酸化ケイ素造粒物、すなわち二酸化ケイ素造粒物Ｉは、以下の特性のうちの少なくとも１つ、好ましくは２つ以上を有することができる：
［Ａ］２０～５０ｍ２／ｇの範囲、例えば２０～４０ｍ２／ｇの範囲、特に好ましくは２５～３５ｍ２／ｇの範囲のＢＥＴ表面積；この場合のミクロ細孔成分は、好ましくは４～５ｍ２／ｇの範囲のＢＥＴ表面積に達する；例えば４．１～４．９ｍ２／ｇの範囲；特に好ましくは４．２～４．８ｍ２／ｇの範囲；並びに
［Ｂ］１８０～３００μｍの範囲、例えば２２０～２８０μｍの範囲、特に好ましくは２３０～２７０μｍの範囲の平均粒径；
［Ｃ］０．５～１．２ｇ／ｃｍ３の範囲、例えば０．６～１．１ｇ／ｃｍ３の範囲、特に０．７～１．０ｇ／ｃｍ３の範囲のかさ密度；
［Ｄ］５０ｐｐｍ未満、例えば４０ｐｐｍ未満又は３０ｐｐｍ未満又は２０ｐｐｍ未満又は１０ｐｐｍ未満、特に好ましくは１ｐｐｂ～５ｐｐｍの範囲の炭素含有量；
［Ｅ］２００ｐｐｂ未満、好ましくは１００ｐｐｂ未満、例えば５０ｐｐｂ未満又は１～２００ｐｐｂ又は１５～１００ｐｐｂ、特に好ましくは１～５０ｐｐｂの範囲のアルミニウム含有量；
［Ｆ］０．５～１．２ｇ／ｃｍ３の範囲、例えば０．６～１．１ｇ／ｃｍ３の範囲、特に好ましくは０．７５～１．０ｇ／ｃｍ３の範囲のタップ密度；
［Ｇ］０．１～１．５ｍｌ／ｇの範囲、例えば０．１５～１．１ｍｌ／ｇの範囲、特に好ましくは０．２～０．８ｍｌ／ｇの範囲の細孔容積；
［Ｈ］２００ｐｐｍ未満、好ましくは１５０ｐｐｍ未満、例えば１００ｐｐｍ未満、又は５０ｐｐｍ未満、又は１ｐｐｍ未満、又は５００ｐｐｂ未満、又は２００ｐｐｂ未満、又は１ｐｐｂ～２００ｐｐｍ未満、又は１ｐｐｂ～１００ｐｐｍ、又は１ｐｐｂ～１ｐｐｍ、又は１０ｐｐｂ～５００ｐｐｂ、又は１０ｐｐｂ～２００ｐｐｂの範囲、特に好ましくは１ｐｐｂ～８０ｐｐｂの塩素含有量；
［Ｉ］１０００ｐｐｂ未満、好ましくは１～９００ｐｐｂの範囲、例えば１～７００ｐｐｂの範囲、特に好ましくは１～５００ｐｐｂの範囲のアルミニウム以外の金属の金属含有量；
［Ｊ］１０重量％、好ましくは０．０１重量％～５重量％の範囲、例えば０．０２～１重量％、特に好ましくは０．０３～０．５重量％の残留水分；
ここで、重量％、ｐｐｍ及びｐｐｂは、各場合において二酸化ケイ素造粒物Ｉの総重量に基づく。
ＯＨ含有量、又はヒドロキシ基含有量は、材料、例えば二酸化ケイ素粉末、二酸化ケイ素造粒物又は石英ガラス体のＯＨ基含有量を意味すると解釈される。ＯＨ基含有量は、第１及び第３のＯＨバンドを比較することによって赤外線で分光学的に決定される。
塩素含有量は、二酸化ケイ素造粒物、二酸化ケイ素粉末又は石英ガラス体の元素塩素又は塩化物イオン含有量を意味すると解釈される。
「アルミニウム含有量」という用語は、二酸化ケイ素造粒物、二酸化ケイ素粉末又は石英ガラス体の元素アルミニウム又はアルミニウムイオン含有量を意味すると解釈される。
二酸化ケイ素造粒物Ｉは、好ましくは、４～５ｍ２／ｇの範囲、例えば４．１～４．９ｍ２／ｇの範囲、特に好ましくは４．２～４．８ｍ２／ｇの範囲のミクロ細孔含有量を有する。
二酸化ケイ素造粒物Ｉは、好ましくは２．１～２．３ｇ／ｃｍ３の範囲、特に好ましくは２．１８～２．２２ｇ／ｃｍ３の範囲の密度を有する。
粒径は、二酸化ケイ素粉末中、スラリー中又は二酸化ケイ素造粒物中の一次粒子から組み合わされた粒子のサイズを意味すると解釈される。
平均粒径は、当該物質のすべての粒径の算術平均を意味すると解釈される。Ｄ５０値は、粒子の総数に基づいて粒子の５０％が当該値未満であることを示す。Ｄ１０値は、粒子の総数に基づいて粒子の１０％が当該値未満であることを示す。Ｄ９０値は、粒子の総数に基づいて粒子の９０％が当該値未満であることを示す。粒径は、ＩＳＯ １３３２２－２：２００６－１１による動的画像分析によって決定される。
二酸化ケイ素造粒物Ｉは、好ましくは、１５０～３００μｍの範囲、例えば１８０～２８０μｍの範囲、特に好ましくは２２０～２７０μｍの範囲の粒径Ｄ５０を有する。二酸化ケイ素造粒物はまた、好ましくは、５０～１５０μｍの範囲、例えば８０～１５０μｍの範囲、特に好ましくは１００～１５０μｍの範囲の粒径Ｄ１０を有する。二酸化ケイ素造粒物はまた、好ましくは、２５０～６２０μｍの範囲、例えば２８０～５５０μｍの範囲、特に好ましくは３００～４５０μｍの範囲の粒径Ｄ９０を有する。
二酸化ケイ素造粒物Ｉは、好ましくは特性［Ａ］／［Ｂ］／［Ｃ］又は［Ａ］／［Ｂ］／［Ｅ］又は［Ａ］／［Ｂ］／［Ｇ］の組み合わせ、更に好ましくは特性［Ａ］／［Ｂ］／［Ｃ］／［Ｅ］又は［Ａ］／［Ｂ］／［Ｃ］／［Ｇ］又は［Ａ］／［Ｂ］／［Ｅ］／［Ｇ］の組み合わせ、特に好ましくは特性［Ａ］／［Ｂ］／［Ｃ］／［Ｅ］／［Ｇ］の組み合わせを有する。
二酸化ケイ素造粒物Ｉは、好ましくは特性［Ａ］／［Ｂ］／［Ｃ］の組み合わせを有し、ＢＥＴ表面積は、２０～４０ｍ２／ｇの範囲にあり、平均粒径は１８０～３００μｍの範囲にあり、かさ密度は０．６～１．１ｇ／ｍｌの範囲にある。
二酸化ケイ素造粒物Ｉは、好ましくは特性［Ａ］／［Ｂ］／［Ｅ］の組み合わせを有し、ＢＥＴ表面積は２０～４０ｍ２／ｇの範囲にあり、平均粒径は１８０～３００μｍの範囲にあり、アルミニウム含有量は１～５０ｐｐｂの範囲にある。
二酸化ケイ素造粒物Ｉは、好ましくは特性［Ａ］／［Ｂ］／［Ｇ］の組み合わせを有し、ＢＥＴ表面積は２０～４０ｍ２／ｇの範囲にあり、平均粒径は１８０～３００μｍの範囲にあり、細孔容積は０．２～０．８ｍｌ／ｇの範囲にある。
二酸化ケイ素造粒物Ｉは、好ましくは特性［Ａ］／［Ｂ］／［Ｃ］／［Ｅ］の組み合わせを有し、ＢＥＴ表面積は、２０～４０ｍ２／ｇの範囲にあり、平均粒径は１８０～３００μｍの範囲にあり、かさ密度は０．６～１．１ｇ／ｍｌの範囲にあり、アルミニウム含有量は１～５０ｐｐｂの範囲にある。
二酸化ケイ素造粒物Ｉは、好ましくは特性［Ａ］／［Ｂ］／［Ｃ］／［Ｇ］の組み合わせを有し、ＢＥＴ表面積は、２０～４０ｍ２／ｇの範囲にあり、平均粒径は１８０～３００μｍの範囲にあり、かさ密度は０．６～１．１ｇ／ｍｌの範囲にあり、細孔容積は０．２～０．８ｍｌ／ｇの範囲にある。
二酸化ケイ素造粒物Ｉは、好ましくは特性［Ａ］／［Ｂ］／［Ｅ］／［Ｇ］の組み合わせを有し、ＢＥＴ表面積は２０～４０ｍ２／ｇの範囲にあり、平均粒径は１８０～３００μｍの範囲にあり、アルミニウム含有量は１～５０ｐｐｂの範囲にあり、細孔容積は０．２～０．８ｍｌ／ｇの範囲にある。
二酸化ケイ素造粒物Ｉは、好ましくは特性［Ａ］／［Ｂ］／［Ｃ］／［Ｅ］／［Ｇ］の組み合わせを有し、ＢＥＴ表面積は、２０～４０ｍ２／ｇの範囲にあり、平均粒径は１８０～３００μｍの範囲にあり、かさ密度は０．６～１．１ｇ／ｍｌの範囲にあり、アルミニウム含有量は１～５０ｐｐｂの範囲にあり、細孔容積は０．２～０．８ｍｌ／ｇの範囲にある。
造粒物の任意の処理
二酸化ケイ素造粒物Ｉは、二酸化ケイ素造粒物が得られる、熱的、機械的若しくは化学的処理、又は２つ以上の処理の組み合わせに供されてもよい。
ａ．化学的
本発明の第１の課題の好ましい実施形態によれば、二酸化ケイ素造粒物Ｉは、炭素含有量ｗＣ（１）を有する。炭素含有量ｗＣ（１）は、各場合において二酸化ケイ素造粒物の総重量に基づいて、好ましくは５０ｐｐｍ未満、例えば４０ｐｐｍ未満又は３０ｐｐｍ未満の範囲、特に好ましくは１ｐｐｂ～２０ｐｐｍの範囲である。
本発明の第１の課題の好ましい実施形態によれば、二酸化ケイ素造粒物は、少なくとも２つの粒子を含む。少なくとも２つの粒子は、好ましくは互いに対して移動することができる。この相対的な運動は、原則として、当業者に適切であると思われるありとあらゆる既知の適切な手段によって引き起こされ得る。混合が特に好ましい。混合は、原則として、任意の所望の方法で、好ましくは連続炉を使用して行うことができる。それに対応して、少なくとも２つの粒子は、好ましくは、連続炉、例えば回転炉内で移動されることによって互いに対して移動することができる。
連続炉とは、連続的に装入及び取出し（「充填」）される炉を意味する。連続炉の例は、回転炉、ロール炉、コンベアベルト炉、連続炉及びプッシャー型炉である。二酸化ケイ素造粒物Ｉは、好ましくは回転炉を使用して処理される。
本発明の第１の課題の好ましい実施形態によれば、二酸化ケイ素造粒物は、二酸化ケイ素ＩＩを得るために試薬で処理される。処理は、二酸化ケイ素造粒物中の特定の物質の濃度を変更するために行われる。二酸化ケイ素造粒物Ｉは、例えば、ＯＨ基、炭素化合物、遷移金属、アルカリ金属及びアルカリ土類金属などの、割合が低減されるべき汚染物質又は特定の官能基を有し得る。汚染物質及び官能基は、投入材料中又はプロセスの過程で生じ得る。二酸化ケイ素造粒物Ｉは、様々な目的に役立つことができ、例えば、処理された二酸化ケイ素造粒物Ｉ、すなわち二酸化ケイ素造粒物ＩＩを使用することにより、二酸化ケイ素造粒物の石英ガラス体への加工を簡略化することができる。この選択は、得られる石英ガラス体の特性を適合させるために使用することもできる。例えば、二酸化ケイ素造粒物Ｉは、洗浄又は表面改質され得る。すなわち、二酸化ケイ素造粒物Ｉを使用して、得られる石英ガラス体の特性を改善することができる。
ガス又は２つ以上のガスの組み合わせなどの試薬が好ましくは適している。これらはガス混合物とも呼ばれる。原則として、公知であり、処理に適していると思われる、当業者に公知のありとあらゆるガスを使用することができる。好ましくは、ガスは、ＨＣｌ、Ｃｌ２、Ｆ２、Ｏ２、Ｏ３、Ｈ２、Ｃ２Ｆ４、Ｃ２Ｆ６、ＨＣｌＯ４、空気、不活性ガス、例えば、Ｎ２、Ｈｅ、Ｎｅ、Ａｒ、Ｋｒ、又はそれらの２つ以上の組み合わせからなる群から選択される。処理は、好ましくはガスとして１つのガス又は２つ以上のガスの組み合わせの存在下で、好ましくはガス向流又は並行ガス流中で行われる。
試薬は、好ましくは、ＨＣｌ、Ｃｌ２、Ｆ２、Ｏ２、Ｏ３又はそれらの２つ以上の組み合わせからなる群から選択される。前述のガスの２つ以上の混合物を好ましくは使用して、二酸化ケイ素造粒物Ｉを処理する。
Ｆ、Ｃｌ又は両方の存在により、二酸化ケイ素造粒物Ｉが汚染物質として含む金属、例えば遷移金属、アルカリ金属及びアルカリ土類金属を除去することができる。ここで、上記金属は、ガス混合物の成分と組み合わされて、プロセス条件下でガス状成分を与えることができ、ガス状成分は、その後、造粒物から除去され、ひいては造粒物中にもはや存在しない。更に好ましくは、二酸化ケイ素造粒物ＩのＯＨ含有量は、二酸化ケイ素造粒物Ｉをこれらのガスで処理することによって低減することができる。
ＨＣｌガスとＣｌ２ガスとの混合物が好ましくは試薬として使用される。好ましくは、ガス混合物は、１～３０体積％の範囲、例えば２～１５体積％の範囲、特に好ましくは３～１０体積％の範囲のＨＣｌ含有量を有する。また、好ましくは、ガス混合物は、２０～７０体積％の範囲、例えば２５～６５体積％の範囲、特に好ましくは３０～６０体積％の範囲のＣｌ２含有量を有する。１００体積％の残りは、１つ以上の不活性ガス、例えば、Ｎ２、Ｈｅ、Ｎｅ、Ａｒ、Ｋｒ、又は空気から構成され得る。試薬の不活性ガス成分は、各場合において試薬の総体積に基づいて、好ましくは０～５０体積％未満の範囲、例えば１～４０体積％又は５～３０体積％の範囲、特に好ましくは１０～２０体積％の範囲にある。
Ｏ２、Ｃ２Ｆ２、又はそれらとＣｌ２との混合物は、好ましくは、シロキサン又は２つ以上のシロキサンの混合物から作製された二酸化ケイ素造粒物Ｉを精製するために使用される。
ガス又はガス混合物の形態の試薬は、好ましくは、５０～２０００ｌ／ｈの範囲、例えば１００～１０００ｌ／ｈの範囲、特に好ましくは２００～５００ｌ／ｈの範囲の処理量で、ガス流又はガス流の一部として二酸化ケイ素造粒物と接触させられる。接触の好ましい設計は、連続炉、例えば回転管炉におけるガス流と二酸化ケイ素造粒物との接触である。別の好ましい接触形態は、流動床プロセスである。
二酸化ケイ素造粒物Ｉを試薬で処理することにより、炭素含有量ｗＣ（２）を有する二酸化ケイ素造粒物ＩＩが得られる。二酸化ケイ素造粒物ＩＩの炭素含有量ｗＣ（２）は、各場合において関係する二酸化ケイ素造粒物の総重量に基づいて、二酸化ケイ素造粒物ＩＩＩの炭素含有量よりも少なく、二酸化ケイ素造粒物Ｉの炭素含有量ｗＣ（１）よりも少ない。好ましくは、ｗＣ（２）は、ｗＣ（１）よりも０．５～９９％、例えば２０～８０％又は５０～９５％、特に好ましくは６０～９９％少ない。
ｂ．熱的
ガラス溶融物を形成する前に、二酸化ケイ素造粒物は、好ましくは、熱的若しくは機械的処理又はこれらの処理の組み合わせにも供される。これらの追加の処理の１つ以上は、試薬で処理される前又は間に使用されてもよい。代替的に又は追加的に、二酸化ケイ素造粒物ＩＩに対して追加の処理を行ってもよい。以下で使用される一般名称「二酸化ケイ素造粒物」は、代替形態「二酸化ケイ素造粒物Ｉ」及び「二酸化ケイ素造粒物ＩＩ」を含む。「二酸化ケイ素造粒物Ｉ」及び処理された二酸化ケイ素造粒物Ｉである「二酸化ケイ素造粒物ＩＩ」の両方に対して以下に記載される処理を行うことも可能である。このような熱処理は、好ましくは、上述の化学的処理のいずれかの後に使用される。
二酸化ケイ素造粒物を処理することは、様々な目的に役立ち得る。例えば、この処理は、二酸化ケイ素造粒物を石英ガラス体に加工することをより容易にする。処理はまた、得られる石英ガラス体の特性に影響を及ぼし得る。例えば、二酸化ケイ素造粒物は、圧縮され、洗浄され、表面改質され、又は乾燥されてもよく、これは比表面積を減少させ得る（ＢＥＴ）。二酸化ケイ素粒子を凝集させることは、それらのかさ密度及び平均粒径を増加させることもできる。熱処理は、動的であっても静的であってもよい。
原則として、動的熱処理に適切なありとあらゆる炉は、二酸化ケイ素造粒物が熱処理され、プロセス中に移動させることができる炉である。動的熱処理は、好ましくは連続炉を使用する。
動的熱処理における二酸化ケイ素造粒物の好ましい平均滞留時間は、量に依存する。動的熱処理では、二酸化ケイ素造粒物の平均滞留時間は、好ましくは１０～１８０分の範囲、例えば２０～１２０分又は３０～９０分の範囲である。特に好ましくは、熱力学的に処理される場合、二酸化ケイ素造粒物は、３０～９０分の範囲の平均滞留時間を有する。
連続プロセスの場合、装入物としての滞留時間は、二酸化ケイ素造粒物の流量の規定された部分、例えばｇ、ｋｇ又はｔである。ここでの滞留時間は、造粒物が連続炉操作に供給されるときに開始し、造粒物が連続炉操作から排出されるときに終了する。
連続的な熱力学的熱処理プロセスでは、二酸化ケイ素造粒物の処理量は、好ましくは１～５０ｋｇ／ｈの範囲、例えば５～４０ｋｇ／ｈ又は８～３０ｋｇ／ｈの範囲である。特に好ましくは、処理量は１０～２０ｋｇ／ｈの範囲にある。
不連続な熱力学的処理プロセスの場合、処理時間は、炉への装入と取出しとの間の時間である。
不連続な動的熱処理プロセスの場合、処理量は、１～５０ｋｇ／ｈの範囲、例えば５～４０ｋｇ／ｈ又は８～３０ｋｇ／ｈの範囲である。特に好ましくは、処理量は１０～２０ｋｇ／ｈの範囲である。処理量は、１時間処理される所与の量を装入することによって達成することができる。別の実施形態によれば、処理量は、１時間当たりのバッチ数によって達成することができ、例えば、バッチの量は、１時間当たりの処理量をバッチ数で割ったものに等しい。次いで、処理時間は、６０分を１時間当たりのバッチ数で割ることによって得られる１時間の割合に等しい。
二酸化ケイ素造粒物は、好ましくは、少なくとも５００℃、例えば５１０～１７００℃又は５５０～１５００℃又は５８０～１３００℃の範囲、特に好ましくは６００～１２００℃の範囲の炉温度で動的に熱処理される。
原則として、炉チャンバ内の炉は規定された温度である。この温度は、好ましくは、全処理時間及び炉の全長に基づいて、処理の任意の時間及び炉内の任意の場所の両方の温度から±１０％未満だけ変動する。
あるいは、特に、異なる炉温度で二酸化ケイ素造粒物の動的熱処理の連続プロセスが行われてもよい。例えば、処理時間にわたって、炉は一定温度であってもよく、温度は炉の長さにわたって部分ごとに変化する。このような部分は、同じ長さであってもよいし、異なる長さであってもよい。この場合、好ましくは、温度は炉入口から炉出口に向かって上昇する。入口における温度は、好ましくは、出口における温度よりも少なくとも１００℃低く、例えば、１５０℃低く、又は２００℃低く、又は３００℃低く、又は４００℃低い。また、出口における温度は、好ましくは少なくとも５００℃、例えば５１０～１７００℃又は５５０～１５００℃又は５８０～１３００℃の範囲、特に好ましくは６００～１２００℃の範囲であり；入口における温度は、好ましくは少なくとも３００℃、例えば４００～１０００℃又は４５０～９００℃又は５００～８００℃又は５５０～７５０℃、特に好ましくは６００～７００℃である。炉入口における温度範囲状態のいずれかは、炉出口における温度範囲のいずれかと組み合わせることもできる。炉入口温度範囲と炉出口温度範囲の好ましい組み合わせは以下のとおりである：
二酸化ケイ素造粒物の静的熱処理は、好ましくは、炉内に配置されたるつぼ内で行われる。適切なるつぼは、焼結るつぼ又は金属シートるつぼである。一緒にリベット留めされた複数のレート（ｒａｔｅｓ）で作られたローラー金属シートるつぼが好ましい。るつぼ材料は、例えば耐火金属、特にタングステン、モリブデン及びタンタルである。るつぼはまた、グラファイトから形成されてもよく、又は耐火金属炉の場合には、グラファイトホイルで打ち抜かれてもよい。好ましくは、るつぼは二酸化ケイ素で作られていてもよい。二酸化ケイ素るつぼが特に好ましく使用される。
静的に熱的に処理される場合の二酸化ケイ素造粒物の平均滞留時間は、量に依存する。２０ｋｇの二酸化ケイ素造粒物Ｉの量で静的に熱的に処理された場合の平均滞留時間における二酸化ケイ素造粒物の平均滞留時間は、好ましくは１０～１８０分の範囲、例えば２０～１２０分の範囲、特に好ましくは３０～９０分の範囲である。
二酸化ケイ素造粒物は、好ましくは、少なくとも８００℃、例えば９００～１７００℃又は９５０～１６００℃又は１０００～１５００℃又は１０５０～１４００℃の範囲、特に好ましくは１１００～１３００℃の範囲の炉温度で処理される。
好ましくは静的に熱処理された二酸化ケイ素造粒物Ｉは、好ましくは一定の炉温度で処理される。それはまた、可変炉温度で静的に熱処理されてもよく、その場合、温度は好ましくは処理の過程中に低下し、処理は、それが終了するときよりも少なくとも５０℃低い、例えば７０℃低い、又は８０℃低い、又は１００℃低い、又は１１０℃低い温度で開始し、温度は、好ましくは少なくとも８００℃、例えば９００～１７００℃又は９５０～１６００℃又は１０００～１５００℃又は１０５０～１４００℃の範囲、特に好ましくは１１００～１３００℃の範囲の温度で終了する。
ｃ．機械的
更なる好ましい実施形態によれば、二酸化ケイ素造粒物は、ガラス溶融物を形成する前に機械的に処理される。二酸化ケイ素造粒物を機械的に処理することにより、そのかさ密度を増加させることができる。二酸化ケイ素造粒物は、上記のように熱的に処理された後に機械的に処理され得る。二酸化ケイ素造粒物を機械的に処理することにより、二酸化ケイ素造粒物中の凝集体ひいては二酸化ケイ素造粒物中の個々の二酸化ケイ素粒状体の平均粒径が大きくなりすぎることを回避することができる。大きすぎる凝集体を有することは、更なる加工をより困難にし得るか、又は本発明におけるような方法によって作製される石英ガラス体の特性に悪影響を及ぼし得るか、又は両方の影響の組み合わせを意味し得る。二酸化ケイ素造粒物を機械的に処理することはまた、個々の二酸化ケイ素造粒物の表面とガスとの間の均一な接触を促進する。特に、これは、１つ以上のガスによる同時の機械的及び化学的処理の組み合わせによって達成され、化学的処理の有効性を改善する。
二酸化ケイ素造粒物は、２つ以上の二酸化ケイ素造粒物を互いに対して移動させることによって、例えば、回転管炉の管を回転させることによって行うことができる。
二酸化ケイ素造粒物Ｉは、好ましくは化学的、熱的及び機械的に処理される。処置は、同時に、順番に、又は重複して使用されてもよい。重複とは、１つの処理が次の開始前に完了しないことを意味する。時系列を評価するための基準は、二酸化ケイ素造粒物の装入物に対して行われていることであり、例えば、個々のプロセスの全体としての動作時間ではない。二酸化ケイ素造粒物Ｉは、特に、化学的、熱的及び機械的に同時に処理される。
化学的処理は、二酸化ケイ素造粒物Ｉ中の汚染物質の含有量を減少させる。この目的のために、二酸化ケイ素造粒物Ｉは、塩素及び酸素雰囲気下、上昇した温度で回転管炉内で処理され得る。これにより、二酸化ケイ素造粒物Ｉ中の水が蒸発し、有機材料が反応してＣＯ及びＣＯ２となる。金属汚染物質は、揮発性塩素化合物に変換され得る。
二酸化ケイ素造粒物Ｉは、好ましくは、少なくとも５００℃の温度で、好ましくは５５０～１３００℃又は６００～１２６０℃又は６５０～１２００℃又は７００～１０００℃の温度範囲で、特に好ましくは７００～９００℃の温度範囲で、回転炉内で塩素及び酸素雰囲気中で処理される。塩素を含有する雰囲気は、例えば、ＨＣｌ又はＣｌ２又は両方の組み合わせを含む。この処理は炭素含有量を減少させる。
アルカリ及び鉄汚染も好ましくは低減され、ＯＨ基の数の低減も好ましくは達成される。７００℃未満の温度では、処理時間が長くなる可能性があり、１１００℃を超える温度では、造粒物の細孔を閉鎖させ、塩素又はガス状塩素化合物を捕捉するリスクがある。
ｄ．併用処理
好ましくは、２つ以上の化学的処理ステップを、同時の熱的及び機械的処理と共に連続して行うことも可能である。例えば、二酸化ケイ素造粒物は、最初に塩素雰囲気中で、次いで酸素雰囲気中で処理することができる。得られた低濃度の炭素、ヒドロキシル基及び塩素は、造粒物の溶融を助ける。
更なる好ましい実施形態によれば、ガラス溶融物を形成する前に二酸化ケイ素造粒物を前処理することは、以下の特性のうちの少なくとも１つ又は少なくとも２つ又は少なくとも３つ、特に好ましくはすべての組み合わせを特徴とする：
Ｎ１）試薬が、ＨＣｌ、Ｃｌ２又はそれらの組み合わせを含む；
Ｎ２）処理を回転炉で行われる；
Ｎ３）処理が６００～９００℃の範囲の温度で行われる；
Ｎ４）試薬が向流を形成する；
Ｎ５）試薬が、５０～２０００ｌ／ｈ、好ましくは１００～１０００ｌ／ｈ、特に好ましくは２００～５００ｌ／ｈの範囲のガス処理量を有する；
Ｎ６）試薬が、０～５０体積％未満の範囲の不活性ガスを含む。
このようにして得られた二酸化ケイ素造粒物は、既に上述したように、二酸化ケイ素造粒物ＩＩとしても知られている。特に好ましくは、二酸化ケイ素造粒物ＩＩは、熱的処理、機械的処理及び化学的処理の組み合わせによって回転炉内で二酸化ケイ素造粒物Ｉから得られる。
二酸化ケイ素造粒物ＩＩは、以下の特性のうちの１つ以上を有することができる：
（Ａ）１０～３５ｍ２／ｇの範囲、例えば１０～３０ｍ２／ｇの範囲、特に好ましくは２０～３０ｍ２／ｇの範囲のＢＥＴ表面積；及び
（Ｂ）１００～３００μｍの範囲、例えば１５０～２８０μｍ又は２００～２７０μｍの範囲、特に好ましくは２３０～２６０μｍの範囲の平均粒径；
（Ｃ）０．７～１．２ｇ／ｃｍ３の範囲、例えば０．７５～１．１ｇ／ｃｍ３の範囲、特に好ましくは０．８～１．０ｇ／ｃｍ３の範囲のかさ密度；
（Ｄ）５ｐｐｍ未満、例えば４．５ｐｐｍ未満又は１ｐｐｂ～４ｐｐｍの範囲、特に好ましくは４ｐｐｍ未満の炭素含有量；
（Ｅ）２００ｐｐｂ未満、例えば１５０ｐｐｂ未満又は１００ｐｐｂ未満又は１～１５０ｐｐｂ又は１～１００ｐｐｂ、特に好ましくは１～８０ｐｐｂの範囲のアルミニウム含有量；
（Ｆ）０．７～１．２ｇ／ｃｍ３の範囲、例えば０．７５～１．１ｇ／ｃｍ３の範囲、特に好ましくは０．８～１．０ｇ／ｃｍ３の範囲のタップ密度；
（Ｇ）０．１～２．５ｍｌ／ｇの範囲、例えば０．２～１．５ｍｌ／ｇの範囲、特に好ましくは０．４～１ｍｌ／ｇの範囲の細孔容積；
（Ｈ）５００ｐｐｍ未満、好ましくは４００ｐｐｍ未満、例えば３５０ｐｐｍ未満若しくは好ましくは３３０ｐｐｍ未満、又は１ｐｐｂ～５００ｐｐｍ若しくは１０ｐｐｂ～４５０ｐｐｍの範囲、特に好ましくは５０ｐｐｂ～３００ｐｐｍの塩素含有量；
（Ｉ）１０００ｐｐｂ未満、例えば１～４００ｐｐｂの範囲内、特に好ましくは１～２００ｐｐｂの範囲のアルミニウム以外の金属の金属含有量；
（Ｊ）３重量％未満、例えば０．００１重量％～２重量％の範囲、特に好ましくは０．０１～１重量％の範囲の残留水分；
ここで、重量％、ｐｐｍ及びｐｐｂは、各場合において二酸化ケイ素造粒物ＩＩの総重量に基づく。
二酸化ケイ素造粒物ＩＩは、好ましくは、１～２ｍ２／ｇの範囲、例えば１．２～１．９ｍ２／ｇの範囲、特に好ましくは１．３～１．８ｍ２／ｇの範囲のミクロ細孔含有量を有する。
二酸化ケイ素造粒物ＩＩは、好ましくは、０．５～２．０ｇ／ｃｍ３、例えば０．６～１．５ｇ／ｃｍ３、特に好ましくは０．８～１．２ｇ／ｃｍ３の範囲の密度を有する。密度は、試験方法に記載される方法によって決定される。
二酸化ケイ素造粒物ＩＩは、好ましくは、１５０～２５０μｍの範囲、例えば１８０～２５０μｍの範囲、特に好ましくは２００～２５０μｍの範囲の粒径Ｄ５０を有する。特に好ましくは、二酸化ケイ素造粒物ＩＩは、５０～１５０μｍの範囲、例えば８０～１５０μｍの範囲、特に好ましくは１００～１５０μｍの範囲の粒径Ｄ１０を有する。更に好ましくは、二酸化ケイ素造粒物ＩＩは、２５０～４５０μｍの範囲、例えば２８０～４２０μｍの範囲、特に３００～４００μｍの範囲の粒径Ｄ９０を有する。
二酸化ケイ素造粒物ＩＩは、好ましくは特性（Ａ）／（Ｂ）／（Ｄ）又は（Ａ）／（Ｂ）／（Ｆ）又は（Ａ）／（Ｂ）／（Ｉ）の組み合わせ、更に好ましくは特性（Ａ）／（Ｂ）／（Ｄ）／（Ｆ）又は（Ａ）／（Ｂ）／（Ｄ）／（Ｉ）又は（Ａ）／（Ｂ）／（Ｆ）／（Ｉ）の組み合わせ、特に好ましくは特性（Ａ）／（Ｂ）／（Ｄ）／（Ｆ）／（Ｉ）の組み合わせを有する。
二酸化ケイ素造粒物ＩＩは、好ましくは特性（Ａ）／（Ｂ）／（Ｄ）の組み合わせを有し、ＢＥＴ表面積は、１０～３０ｍ２／ｇの範囲にあり、平均粒径は１５０～２８０μｍの範囲にあり、炭素含有量は４ｐｐｍ未満である。
二酸化ケイ素造粒物ＩＩは、好ましくは特性（Ａ）／（Ｂ）／（Ｆ）の組み合わせを有し、ＢＥＴ表面積は１０～３０ｍ２／ｇの範囲にあり、平均粒径は１５０～２８０μｍの範囲にあり、タップ密度は０．８～１．０ｇ／ｍｌの範囲にある。
二酸化ケイ素造粒物ＩＩは、好ましくは特性（Ａ）／（Ｂ）／（Ｉ）の組み合わせを有し、ＢＥＴ表面積は、１０～３０ｍ２／ｇの範囲にあり、平均粒径は１５０～２８０μｍの範囲にあり、アルミニウム以外の金属の金属含有量は１～４００ｐｐｂの範囲にある。
二酸化ケイ素造粒物ＩＩは、好ましくは特性（Ａ）／（Ｂ）／（Ｄ）／（Ｆ）の組み合わせを有し、ＢＥＴ表面積は、１０～３０ｍ２／ｇの範囲内にあり、平均粒径は１５０～２８０μｍの範囲にあり、炭素含有量は４ｐｐｍ未満であり、タップ密度は０．８～１．０ｇ／ｍｌの範囲にある。
二酸化ケイ素造粒物ＩＩは、好ましくは特性（Ａ）／（Ｂ）／（Ｄ）／（Ｉ）の組み合わせを有し、ＢＥＴ表面積は、１０～３０ｍ２／ｇの範囲にあり、平均粒径は１５０～２８０μｍの範囲にあり、炭素含有量は４ｐｐｍ未満であり、アルミニウム以外の金属の金属含有量は１～４００ｐｐｂの範囲にある。
二酸化ケイ素造粒物ＩＩは、好ましくは特性（Ａ）／（Ｂ）／（Ｆ）／（Ｉ）の組み合わせを有し、ＢＥＴ表面積は、１０～３０ｍ２／ｇの範囲にあり、平均粒径は１５０～２８０μｍの範囲にあり、タップ密度は０．８～１．０ｇ／ｍｌの範囲にあり、アルミニウム以外の金属の金属含有量は１～４００ｐｐｂの範囲にある。
二酸化ケイ素造粒物ＩＩは、好ましくは特性（Ａ）／（Ｂ）／（Ｄ）／（Ｆ）／（Ｉ）の組み合わせを有し、ＢＥＴ表面積は、１０～３０ｍ２／ｇの範囲にあり、平均粒径は１５０～２８０μｍの範囲にあり、炭素含有量は４ｐｐｍ未満であり、タップ密度は０．８～１．０ｇ／ｍｌの範囲にあり、アルミニウム以外の金属の金属含有量は１～４００ｐｐｂの範囲にある。
二酸化ケイ素造粒物（二酸化ケイ素造粒物Ｉ若しくは二酸化ケイ素造粒物ＩＩの両方、又は両方）は、更なる成分を、例えば分子、イオン又は元素の形態で含有してもよい。二酸化ケイ素造粒物は、好ましくは、二酸化ケイ素造粒物の総重量に基づいて、５ｐｐｍ未満、例えば３ｐｐｍ未満、特に好ましくは１ｐｐｍ未満のＳｉ、Ｏ、Ｈ、Ｃ、Ｃｌ以外の原子を、好ましくは少なくとも１ｐｐｂの量のＳｉ、Ｏ、Ｈ、Ｃ、Ｃｌ以外の原子の量として含む。更なる成分は、特に、炭素、フッ化物、ヨウ化物、臭化物、リン又はそれらの少なくとも２つの混合物からなる群から選択され得る。
二酸化ケイ素造粒物は、各場合において二酸化ケイ素の総重量に基づいて、好ましくは１０ｐｐｍ未満、例えば８ｐｐｍ未満又は５ｐｐｍ未満、特に好ましくは４ｐｐｍ未満の炭素を含む。二酸化ケイ素造粒物は、多くの場合、少なくとも１ｐｐｂの量の炭素を含有する。
二酸化ケイ素造粒物は、各場合において二酸化ケイ素造粒物中に、総重量に基づいて、好ましくは１００ｐｐｍ未満、例えば８０ｐｐｍ未満、特に好ましくは７０ｐｐｍ未満の他の成分を含有するが、多くの場合、少なくとも１ｐｐｂの他の成分を含有する。
溶融前の前処理ステップ
ステップｖ．）において形成された二酸化ケイ素造粒物は、ステップｖｉ．）においてガラス溶融物を得るために加熱される前に、１つ以上の前処理ステップに供され得る。前処理ステップは、例えば、熱的又は機械的な処理ステップが考えられ得る。
ａ．）予備圧縮
二酸化ケイ素造粒物は、例えば、ステップｖｉ．）の過程で加熱する前に圧縮することができる。「圧縮」という用語は、ＢＥＴ表面積及び細孔容積を減少させることを意味すると解釈される。
二酸化ケイ素造粒物は、好ましくは、それを加熱することによって熱的に処理されるか、又はそれに圧力をかけることによって、例えば、それを圧延若しくはプレスすることによって機械的に処理される。二酸化ケイ素造粒物は、好ましくはそれを加熱することによって圧縮される。特に好ましくは、二酸化ケイ素造粒物は、溶融炉に接続された予熱セクションによってそれを加熱することによって圧縮される。
二酸化ケイ素は、好ましくは、８００～１４００℃の範囲の温度、例えば８５０～１３００℃の範囲の温度、特に好ましくは９００～１２００℃の範囲の温度で加熱することによって圧縮される。
更なる実施形態において、ステップｖｉ．）の前の二酸化ケイ素造粒物のＢＥＴ表面積は、５ｍ２／ｇ未満に、好ましくは７ｍ２／ｇ未満又は１０ｍ２／ｇ未満に、特に好ましくは１５ｍ２／ｇ未満に低減されない。ステップｖｉ．）の前の二酸化ケイ素造粒物のＢＥＴ表面積は、ステップｉ．）において提供される二酸化ケイ素造粒物と比較して低減されないことも好ましい。
更なる実施形態において、二酸化ケイ素造粒物のＢＥＴ表面積は、２０ｍ２／ｇ未満、例えば１５ｍ２／ｇ未満、又は１０ｍ２／ｇ未満、又は５超～２０ｍ２／ｇ未満若しくは７～１５ｍ２／ｇの範囲、特に好ましくは９～１２ｍ２／ｇの範囲に低減される。ステップｖｉ．）の前の二酸化ケイ素造粒物のＢＥＴ表面積は、ステップｖ．）において形成された二酸化ケイ素造粒物と比較して、好ましくは４０ｍ２／ｇ未満、例えば１～２０ｍ２／ｇ又は２～１０ｍ２／ｇ、特に好ましくは３～８ｍ２／ｇ低減され、圧縮後のＢＥＴ表面積は５ｍ２／ｇ超である。
圧縮された二酸化ケイ素造粒物は、好ましくは、以下の特性のうちの少なくとも１つ、例えば少なくとも２つ又は少なくとも３つ又は少なくとも４つ、特に好ましくは少なくとも５つを有する：
Ａ．５超～３５ｍ２／ｇ未満の範囲、例えば１０～３０ｍ２／ｇ、特に好ましくは１５～２５ｍ２／ｇの範囲のＢＥＴ表面積；
Ｂ．１００～３００μｍの範囲、特に好ましくは１２０～２００μｍの範囲の粒径Ｄ１０；
Ｃ．１５０～５５０μｍの範囲、特に好ましくは２００～３５０μｍの範囲の粒径Ｄ５０；
Ｄ．３００～６５０μｍの範囲、特に好ましくは４００～５００μｍの範囲の粒径Ｄ９０；
Ｅ．０．７～１．６ｇ／ｃｍ、又は０．８～１．２ｇ／ｃｍ３、特に好ましくは１．０～１．４ｇ／ｃｍ３の範囲のかさ密度；
Ｆ．１．０～１．４ｇ／ｃｍ３、特に好ましくは１．１５～１．３５ｇ／ｃｍ３の範囲のタップ密度；
Ｇ．５ｐｐｍ未満、例えば４．５ｐｐｍ未満、特に好ましくは４ｐｐｍ未満の炭素含有量；
Ｈ．５００ｐｐｍ未満、特に好ましくは１ｐｐｂ～２００ｐｐｍの塩素含有量；
ここで、ｐｐｍ及びｐｐｂは、各場合において圧縮された二酸化ケイ素造粒物の総重量に基づく。
圧縮された二酸化ケイ素造粒物は、好ましくは特性Ａ．／Ｆ．／Ｇ．又はＡ．／Ｆ．／Ｈ．又はＡ．／Ｇ．／Ｈ．の組み合わせ、特に好ましくは特性Ａ．／Ｆ．／Ｇ．／Ｈ．の組み合わせを有する。
圧縮された二酸化ケイ素造粒物は、好ましくは特性Ａ．／Ｆ．／Ｇ．の組み合わせを有し、ＢＥＴ表面積は１０～３０ｍ２／ｇの範囲であり、タップ密度は１．１５～１．３５ｇ／ｍｌの範囲にあり、炭素含有量は４ｐｐｍ未満である。
圧縮された二酸化ケイ素造粒物は、好ましくは特性Ａ．／Ｆ．／Ｈ．の組み合わせを有し、ＢＥＴ表面積は１０～３０ｍ２／ｇの範囲にあり、タップ密度は１．１５～１．３５ｇ／ｍｌの範囲にあり、塩素含有量は１ｐｐｂ～２００ｐｐｍの範囲にある。
圧縮された二酸化ケイ素造粒物は、好ましくは特性Ａ．／Ｇ．／Ｈ．の組み合わせを有し、ＢＥＴ表面積は１０～３０ｍ２／ｇの範囲にあり、炭素含有量は４ｐｐｍ未満であり、塩素含有量は１ｐｐｂ～２００ｐｐｍの範囲にある。
圧縮された二酸化ケイ素造粒物は、好ましくは特性Ａ．／Ｆ．／Ｇ．／Ｈ．の組み合わせを有し、ＢＥＴ表面積は１０～３０ｍ２／ｇの範囲にあり、タップ密度は１．１５～１．３５ｇ／ｍｌの範囲にあり、炭素含有量は４ｐｐｍ未満であり、炭素含有量は１ｐｐｂ～２００ｐｐｍの範囲にある。
ｂ．）ケイ素化合物の添加
二酸化ケイ素以外のケイ素成分は、石英ガラス体を作製するプロセスの少なくとも１つのステップにおいて添加することができる。以下において、二酸化ケイ素以外のケイ素成分を添加することをＳｉドープとも称する。
二酸化ケイ素以外のケイ素成分は、原則として、任意の所望の形態で、例えば固体、液体、気体、溶液又は分散液として添加することができる。二酸化ケイ素以外のケイ素成分は、好ましくは粉末として添加される。粉末又は二酸化ケイ素以外の二酸化ケイ素成分は、好ましくは、最大１０ｍｍ、例えば最大１０００μｍ、最大４００μｍ、又は１～４００μｍの範囲、例えば２～２００μｍ又は３～１００μｍ、特に好ましくは１～５０μｍ又は２～２０μｍの範囲の平均粒径を有する。粒径データは、室温での二酸化ケイ素以外のケイ素成分の状態に基づく。好ましい代替実施形態において、二酸化ケイ素以外のケイ素成分を液体又は気体として添加することができる。
二酸化ケイ素以外のケイ素成分は、好ましくは、１～１００，０００ｐｐｍの範囲、例えば１０～１０，０００ｐｐｍ若しくは３０～１０００ｐｐｍの範囲、又は５０～５００ｐｐｍの範囲、特に好ましくは８０～２００ｐｐｍの範囲、更に特に好ましくは２００～３００ｐｐｍの範囲の量で添加され、ここで、ｐｐｍは、各場合において二酸化ケイ素の総重量に基づく。
二酸化ケイ素以外のケイ素成分は、各場合においてケイ素成分の総重量に基づいて、好ましくは少なくとも９９．５重量％、例えば少なくとも９９．８重量％、又は少なくとも９９．９重量％、又は少なくとも９９．９９重量％、特に好ましくは少なくとも９９．９９９重量％の純度を有する。
二酸化ケイ素以外のケイ素成分は、各場合においてケイ素成分の総重量に基づいて、好ましくは１０ｐｐｍ以下、例えば５０ｐｐｍ以下、特に好ましくは１ｐｐｍ以下の炭素含有量を有する。
二酸化ケイ素以外のケイ素成分は、好ましくはケイ素、ケイ素－水素化合物、ケイ素－酸素化合物又はケイ素－水素－酸素化合物から選択される。二酸化ケイ素以外のケイ素成分は、好ましくはケイ素、ケイ素－水素化合物、ケイ素－酸素化合物又はケイ素－水素－酸素化合物から選択される。二酸化ケイ素以外のケイ素成分は、好ましくは元素ケイ素である。
二酸化ケイ素以外のケイ素成分は、好ましくは、Ａｌ、Ｃａ、Ｃｏ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｆｅ、Ｇｅ、Ｈｆ、Ｋ、Ｌｉ、Ｍｇ、Ｍｎ、Ｍｏ、Ｎａ、Ｎｂ、Ｎｉ、Ｔｉ、Ｖ、Ｗ、Ｚｎ、Ｚｒを含む群から選択される汚染物質の量が、各場合においてケイ素成分の総重量に基づいて、２５０ｐｐｍ以下、例えば１５０ｐｐｍ以下、特に好ましくは１００ｐｐｍ以下である。これは、選択されるケイ素成分がケイ素である場合に特に好ましく適用される。
原則として、Ｓｉドープは、プロセスの任意のステップで行うことができる。二酸化ケイ素以外のケイ素成分は、プロセスステップｉ．）又はｉｉ．）において既に添加されていてもよい。別の実施形態において、二酸化ケイ素以外のケイ素成分は、二酸化ケイ素粉末を二酸化ケイ素造粒物に加工する間に添加される（ステップｖ．））。例えば、二酸化ケイ素以外のケイ素成分を、造粒の前、間又は後に二酸化ケイ素に添加することができる。更に、ステップｖｉ．）において、ケイ素成分をガラス溶融物に注入することができる。しかしながら、プロセスステップｉ．）、ｉｉ．）及びｖ．）の１つ以上の間にそれらを添加することは、ステップｖｉ．）においてそれらを添加するよりも好ましい。特に、それらはステップｖ．）で添加される。
好ましくは、二酸化ケイ素粉末を含有するスラリーに二酸化ケイ素以外のケイ素成分を添加することを使用して、Ｓｉをそれに注入することができる。このために、例えば、二酸化ケイ素以外のケイ素成分を二酸化ケイ素粒子粉末と混合し、次いで液体中でスラリー化するか、又は二酸化ケイ素以外のケイ素成分のスラリー又は溶液中に二酸化ケイ素粉末を注入し、スラリー化する。
好ましくは、造粒中に二酸化ケイ素以外のケイ素成分を添加することによってケイ素を注入することができる。原則として、二酸化ケイ素以外のケイ素成分は、造粒中の任意の所望の時点で添加することができる。噴霧造粒の場合、二酸化ケイ素以外のケイ素成分をスラリーと共にノズルを介して噴霧塔に注入することができる。回転造粒の場合、二酸化ケイ素以外のケイ素成分は、例えば、撹拌容器にスラリーを注入した後に、固形状で注入してもよいし、スラリーとして注入してもよい。
更に好ましくは、造粒後に二酸化ケイ素以外のケイ素成分を添加することによってケイ素をドープすることができる。二酸化ケイ素造粒物は、二酸化ケイ素造粒物が更に処理されている間に、好ましくは二酸化ケイ素を熱的に若しくは機械的に処理している間に、又はそれを予備圧縮するときに二酸化ケイ素以外のケイ素成分を添加することによってドープすることができる。
更に好ましくは、二酸化ケイ素以外のケイ素成分も、上述のセクションのうちの１つ以上の間に、特に二酸化ケイ素造粒物を熱的若しくは機械的に処理する間及び処理した後に、又は二酸化ケイ素造粒物を予備圧縮する間及び処理した後に添加することができる。
二酸化ケイ素以外のケイ素成分は、原則として、ケイ素又は当業者に公知の還元効果を有する任意のケイ素化合物であり得る。二酸化ケイ素以外のケイ素成分は、好ましくはケイ素、ケイ素－水素化合物、例えばシランなど、ケイ素－酸素化合物、例えば一酸化ケイ素など、又はケイ素－水素－酸素化合物、例えばジシロキサンなどである。好ましいシランの例は、モノシラン、ジシラン、トリシラン、テトラシラン、ペンタシラン、ヘキサシラン、ヘプタシラン、上に列挙したものの高級同族体及び異性体、並びにシクロペンタシランのような環状シランである。ケイ素が特に好ましい。
更なる実施形態において、二酸化ケイ素以外のケイ素成分を二酸化ケイ素造粒物と一緒に溶融炉に入れることができる。二酸化ケイ素以外のケイ素成分としてのケイ素は、好ましくは二酸化ケイ素造粒物と一緒に溶融炉に注入することができる。ケイ素は、好ましくは粉末として、特にケイ素以外のケイ素成分を添加するために既に述べた粒径で添加される。
二酸化ケイ素以外のケイ素成分は、好ましくは、溶融炉に注入する前に二酸化ケイ素造粒物に添加される。それらは、原則として、造粒物を形成した後の任意の時点で、例えば予熱器セクションにおいて、二酸化ケイ素造粒物を予備圧縮する前又はその間に添加することができる。
二酸化ケイ素以外のケイ素成分を添加することによって得られる二酸化ケイ素造粒物は、「Ｓｉドープ造粒物」と呼ばれる。Ｓｉドープ造粒物は、好ましくは、以下の特性のうちの少なくとも１つ、例えば少なくとも２つ又は少なくとも３つ又は少なくとも４つ、特に好ましくは少なくとも５つを有する：
［１］５超～４０ｍ２／ｇ未満の範囲、例えば１０～３０ｍ２／ｇ、特に好ましくは１５～２５ｍ２／ｇの範囲のＢＥＴ表面積；
［２］１００～３００μｍの範囲、特に好ましくは１２０～２００μｍの範囲の粒径Ｄ１０；
［３］１５０～５５０μｍの範囲、特に好ましくは２００～３５０μｍの範囲の粒径Ｄ５０；
［４］３００～６５０μｍの範囲、特に好ましくは４００～５００μｍの範囲の粒径Ｄ９０；
［５］０．８～１．６ｇ／ｃｍ３、特に好ましくは１．０～１．４ｇ／ｃｍ３の範囲のかさ密度；
［６］１．０～１．４ｇ／ｃｍ３、特に好ましくは１．１５～１．３５ｇ／ｃｍ３の範囲のタップ密度；
［７］５ｐｐｍ未満、例えば４．５ｐｐｍ未満、特に好ましくは４ｐｐｍ未満の炭素含有量；
［８］５００ｐｐｍ未満、特に好ましくは１ｐｐｂ～２００ｐｐｍの塩素含有量；
［９］２００ｐｐｂ未満、特に好ましくは１ｐｐｂ～１００ｐｐｂのアルミニウム含有量；
［１０］１０００ｐｐｂ未満、例えば１～４００ｐｐｂの範囲内、特に好ましくは１～２００ｐｐｂの範囲のアルミニウム以外の金属の金属含有量；
［１１］３重量％未満、例えば０．００１重量％～２重量％、特に好ましくは０．０１～１重量％の範囲の残留水分；
ここで、重量％、ｐｐｍ及びｐｐｂは、各場合においてＳｉ注入された造粒物の総重量に基づく。
ステップｖｉ．）
ステップｖｉ．）において、二酸化ケイ素造粒物からガラス溶融物が形成される。これは、通常、ガラス溶融物が得られるまで二酸化ケイ素造粒物を加熱することを伴う。二酸化ケイ素造粒物をガラス溶融物に加熱することは、原則として、この目的のために当業者が知っている任意の手段によって行うことができる。
ガラス溶融物の調製のためのＶ引き抜き（Ｖ－Ｚｕｇ）
例えば加熱によって二酸化ケイ素造粒物からガラス溶融物を形成することは、二酸化ケイ素造粒物が好ましくは炉内に連続的に供給されるか、若しくはガラス溶融物が炉から連続的に取り出されるか、又はその両方である連続プロセスによって行われてもよい。二酸化ケイ素造粒物はまた、好ましくは炉に連続的に供給され、ガス溶融物は炉から連続的に取り出される。
適切な炉は、原則として、少なくとも１つの入口及び少なくとも１つの出口を有するものである。入口は、二酸化ケイ素及び存在する場合には他の物質を炉に供給することができる開口部を意味すると解釈される。出口は、二酸化ケイ素の少なくとも一部を炉から採取することができる開口部を意味すると解釈される。炉は、例えば、垂直又は水平に配向されてもよい。炉は、好ましくは垂直に配向される。少なくとも１つの入口は、好ましくは少なくとも１つの出口の上にある。炉の取付け具及び特性、特に入口及び出口に関連して、「上方」とは、別の取付け具の「上方」に配置された取付け具又は特性が、絶対高さ（ＮＮ）の０よりも高い位置を有することを意味する。「垂直」は、炉の入口と出口との間の直接的な接続が重力の方向から３０°以下であることを意味すると解釈される。
一実施形態によれば、炉は吊り下げ式金属シートるつぼを含み、その中に二酸化ケイ素造粒物が供給され、加熱されてガラス溶融物が得られる。金属シートるつぼは、少なくとも１つの圧延金属シートを含むるつぼを意味すると解釈される。金属シートるつぼは、好ましくは、リベットなどの適切な接続部によって接続された２つ以上の圧延金属シートを有する。吊り下げ式金属シートるつぼは、炉内に吊り下げて配置された上記のような金属シートるつぼを意味すると解釈される。
吊り下げ式金属シートるつぼは、原則として、二酸化ケイ素を溶融するのに適している、当業者が知っているありとあらゆる材料から作製することができる。好ましくは、金属シートは、焼結材料、例えばいわゆる焼結金属を含む。「焼結金属」は、金属粉末を焼結することによって得られる金属又は合金を意味すると解釈される。焼結金属は、例えば圧延によって金属シートに変換することができる。焼結金属シートるつぼは、好ましくは、２つ以上又は多数の金属シートを含む。これらの金属シートは、圧延された焼結金属から作ることができる。
金属シートるつぼ内の金属シートは、好ましくは、耐火金属からなる群から選択される少なくとも１つの元素を含む。「耐火金属」は、サブグループ４（Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ）、サブグループ５（Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ）及びサブグループ６（Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ）の金属を意味すると解釈される。
金属シートるつぼ内の金属シートは、好ましくは、モリブデン、タングステン又はそれらの組み合わせからなる群から選択される焼結金属を含む。金属シートるつぼ内の金属シートはまた、好ましくは少なくとも１つの更なる耐火金属、特に好ましくはレニウム、オスミウム、イリジウム、ルテニウム又はそれらの２つ以上の組み合わせを含む。
金属シートるつぼ内の金属シートは、好ましくは、モリブデンと耐火金属との合金又はタングステンと耐火金属との合金を含む。特に好ましい合金金属は、レニウム、オスミウム、イリジウム、ルテニウム又はそれらの２つ以上の組み合わせである。更なる例によれば、金属シートるつぼ内の金属シートは、モリブデンと、タングステン、レニウム、オスミウム、イリジウム、ルテニウム又はそれらの２つ以上の組み合わせとの合金である。例えば、金属シートるつぼ内の金属シートは、タングステンと、モリブデン、レニウム、オスミウム、イリジウム、ルテニウム又はそれらの２つ以上の組み合わせとの合金である。
上述した金属シートるつぼ内の金属シートは、好ましくは、耐火金属でコーティングすることができる。一例によれば、金属シートるつぼ内の金属シートは、レニウム、オスミウム、イリジウム、ルテニウム、モリブデン及びタングステン又はそれらの２つ以上の組み合わせでコーティングされる。
金属シート及びコーティングは、好ましくは異なる組成を有する。例えば、モリブデン金属シートは、レニウム、オスミウム、イリジウム、ルテニウム、タングステン又はそれらの２つ以上の任意の組み合わせでコーティングされる。別の例によれば、タングステン金属シートは、レニウム、オスミウム、イリジウム、ルテニウム、モリブデン又はそれらの２つ以上の任意の組み合わせの１つ以上の層でコーティングされる。更なる例によれば、金属シートるつぼ内の金属シートは、レニウムと合金化されたモリブデン又はレニウムと合金化されたタングステンを含むことができ、るつぼの内側は、レニウム、オスミウム、イリジウム、ルテニウム又はそれらの２つ以上の任意の組み合わせを含む１つ以上の層でコーティングすることができる。
吊り下げ式金属シートるつぼ内の金属シートは、好ましくは、理論密度の９５％以上の密度、例えば９５％～９８％又は９６％～９８％の密度を有する。更に好ましいのは、より高い理論密度、特に９８～９９．９５％の範囲である。作用物質の理論密度は、無孔１００％緻密な材料の密度に等しい。９５％を超える金属シート材料中の金属シートの密度は、例えば、焼結金属を焼結し、次いで焼結材料を圧縮することによって得ることができる。特に好ましくは、金属シートるつぼは、焼結金属を焼結して金属シートを得て、金属シートを加工してるつぼを作製することによって得ることができる。
金属シートるつぼは、好ましくは、少なくともカバー、壁及びベースシートを有する。吊り下げ式金属シートるつぼは、好ましくは、以下の特性のうちの少なくとも１つ、例えば少なくとも２つ又は少なくとも３つ又は少なくとも４つ、特に好ましくは少なくとも５つ又はすべてを有する：
（ａ）少なくとも１つの層、例えば、１つ以上又は少なくとも２つ又は少なくとも３つ又は少なくとも５つ、特に好ましくは３つ又は４つの金属シート層；
（ｂ）少なくとも１つの金属シート、例えば少なくとも３つ又は少なくとも４つ又は少なくとも６つ又は少なくとも８つ又は少なくとも１２又は少なくとも１５又は少なくとも１６又は少なくとも２０の金属シート、特に好ましくは１２又は１６の金属シート；
（ｃ）２つの金属シート部分の少なくとも１つの組み合わせ、例えば、吊り下げ式金属シートるつぼの２つの同一又は複数の異なる金属シート部分の少なくとも２つ、又は少なくとも５つ、又は少なくとも１０、又は少なくとも１８、又は少なくとも２４、又は少なくとも３６、又は少なくとも４８、又は少なくとも６０、又は少なくとも７２、又は少なくとも４８、又は少なくとも９６、又は少なくとも１２０、又は少なくとも１６０、特に好ましくは３６又は４８の組み合わせ；
（ｄ）吊り下げ式金属シートるつぼの金属シート部分が、例えば少なくとも１つの組み合わせに、リベット留めされ、例えば深絞りと固定金属シートとの組み合わせによって、深絞りによるものであり、又は例えば電子ビーム溶接及び溶接部の焼結によって、空引き加工、ボルト締め、若しく溶接されることによるものであり、特に好ましくはリベット留めされる。
（ｅ）吊り下げ式金属シートるつぼ内の金属シートは、物理的密度の増加と組み合わせた改質によって、好ましくは焼結金属又は焼結合金を改質することによって得ることができ、圧延物を改質することが更に好ましい；
（ｆ）銅、アルミニウム、鋼、ニッケル又は耐火金属、例えばるつぼ材料の懸濁液、好ましくは銅又は鋼の水冷懸濁液；
（ｇ）ノズル、好ましくはるつぼに恒久的に接続されたノズル；
（ｈ）マンドレル、例えば、ステップによってノズルに接続されたマンドレル、又はハンドルバーによってカバーに取り付けられたマンドレル、又はハンドルバーによってるつぼの下に接続されたマンドレル；
（ｉ）例えば、フィラーパイプの形態の、又は別個の入口としての、少なくとも１つのガス入口；
（ｊ）例えば、カバー上又はるつぼの壁にある別個の出口としての、少なくとも１つのガス出口；
（ｋ）冷却ジャケット、好ましくは水冷ジャケット；
（ｌ）外部から絶縁されており、好ましくは酸化ジルコニウムで外部から絶縁されている。
吊り下げ式金属シートるつぼは、原則として、当業者が精通しており、本明細書に適していると思われる任意の手段によって加熱することができる。吊り下げ式金属シートるつぼは、電気加熱要素（抵抗性）又は誘導によって加熱することができる。抵抗加熱では、金属シートるつぼの固体表面が外側から加熱され、そこからその内側にエネルギーを伝達する。誘導加熱では、エネルギーは、溶融炉の側壁にフラッシングによって直接結合され、そこから炉の内部に伝達される。抵抗加熱では、エネルギーは放射によって結合され、固体表面は外側から加熱され、エネルギーはそこからその内側に伝達される。溶融るつぼは、好ましくは誘導加熱される。
本発明の更なる実施形態によれば、エネルギーは、特に溶融物を溶融するために、溶融物るつぼ若しくはその中の溶融物又はその両方を、例えば溶融物るつぼ内又は溶融物るつぼに向けられたバーナー火炎などの火炎によって加熱することによって、溶融物るつぼ内に投入されるものではない。更なる実施形態によれば、溶融物を溶融するためのバーナーは設けられていない。
吊り下げ式金属シートるつぼは、吊り下げ装置を介して炉内で移動させることができる。好ましくは、るつぼは、少なくとも部分的に炉の内外に移動することができる。炉内に異なる熱ゾーンが存在する場合、それらの温度プロファイルは、炉内のるつぼに伝達され、したがって、炉内のるつぼの位置を変化させることは、るつぼ内に複数の熱ゾーン、可変熱ゾーン又は複数の可変熱ゾーンを生成することができる。
金属シートるつぼはノズルを有する。ノズルは、ノズル材料から形成される。ノズル材料は、好ましくは、予備圧縮された材料を含み、例えば、各場合においてノズル材料の理論密度に基づいて、９５％超、例えば９８～１００％、特に好ましくは９９～９９．９９９％の範囲の密度を有する。ノズル材料は、好ましくは、耐火金属、例えばモリブデン、タングステン又はそれらと更なる耐火金属との組み合わせを含む。ノズル材料としてはモリブデンが特に好ましい。モリブデンを含むノズルは、好ましくは理論密度の１００％の密度を有することができる。
金属シートるつぼに含まれるベースシートは、好ましくは、金属シートるつぼの側面よりも厚い。ベースシートは、好ましくは金属シートるつぼの側面と同じ材料である。金属シートるつぼのベースシートは、好ましくは圧延金属シートではない。ベースシートは、各場合において金属シートるつぼの壁に基づいて、例えば１．１～５０００倍の厚さ、又は２～１０００倍の厚さ、又は４～５００倍の厚さである。
別の実施形態によれば、炉は、二酸化ケイ素造粒物が投入され、加熱されてガラス溶融物を得る、吊り下げ式又は固定式のフィルタるつぼを含む。
焼結るつぼは、焼結金属を含み、金属の理論密度の９６％以下の密度を有する焼結材料で作られたるつぼを意味すると解釈される。焼結金属は、金属粉末を焼結することによって得られる金属又は合金を意味すると解釈される。焼結るつぼ内の焼結材料及び焼結金属は圧延されない。
焼結るつぼの焼結材料は、好ましくは、焼結材料の理論密度の８５％以上の密度、例えば、８５％～９５％又は９０％～９４％、特に好ましくは９１％～９３％の密度を有する。
焼結材料は、原則として、当業者に知られており、二酸化ケイ素を溶融するのに適したありとあらゆるものを含むことができる。焼結金属は、好ましくは、耐火金属、グラファイト、又はグラファイトホイルで打ち抜かれた材料からなる群から選択される少なくとも１つの要素で作られる。
焼結材料は、好ましくは、モリブデン、タングステン又はそれらの組み合わせからなる群から選択される第１の焼結金属を含む。更に好ましくは、焼結材料はまた、第１の焼結金属以外の少なくとも１つの更なる耐火金属、特に好ましくはモリブデン、タングステン、レニウム、オスミウム、イリジウム、ルテニウム又はそれらの２つ以上の組み合わせからなる群から選択される耐火金属を含む。
焼結材料は、好ましくは、モリブデンと耐火金属との合金又はタングステンと耐火金属との合金を含む。合金金属として特に好ましいのは、レニウム、オスミウム、イリジウム、ルテニウム又はそれらの２つ以上の組み合わせである。更なる例によれば、焼結材料は、モリブデンと、タングステン、レニウム、オスミウム、イリジウム、ルテニウム又はそれらの２つ以上の組み合わせとの合金を含む。例えば、焼結材料は、タングステンと、モリブデン、レニウム、オスミウム、イリジウム、ルテニウム又はそれらの２つ以上の組み合わせとの合金を含む。
更なる実施形態によれば、上述の焼結材料は、耐火金属、特にレニウム、オスミウム、イリジウム、ルテニウム又はそれらの２つ以上の組み合わせを含むコーティングを含むことができる。一例によれば、コーティングは、レニウム、オスミウム、イリジウム、ルテニウム、モリブデン及びタングステン、又はそれらの２つ以上の組み合わせを含む。
焼結材料及びそのコーティングは、好ましくは異なるように構成される。例えば、モリブデンを含む焼結材料は、レニウム、オスミウム、イリジウム、ルテニウム、タングステン又はそれらの２つ以上の任意の組み合わせの１つ以上の層でコーティングされる。別の例によれば、タングステンを含む焼結材料は、レニウム、オスミウム、イリジウム、ルテニウム、モリブデン又はそれらの２つ以上の任意の組み合わせの１つ以上の層でコーティングされる。更なる例によれば、焼結材料は、レニウムと合金化されたモリブデン又はレニウムと合金化されたタングステンを含むことができ、るつぼの内側は、レニウム、オスミウム、イリジウム、ルテニウム又はそれらの２つ以上の任意の組み合わせを含む１つ以上の層でコーティングすることができる。
好ましくは、焼結るつぼは、焼結材料を一形態で焼結することによって作製される。焼結るつぼは、全体として一形態で作製することができる。また、焼結るつぼの個々の部品を型内で作製し、次いで焼結るつぼに加工することも可能である。るつぼは、好ましくは２つ以上の部品から、例えばベースシート及び１つ以上の側部部品から作製される。側部は、好ましくは、るつぼの周囲に基づいて一体に作られる。焼結るつぼは、好ましくは、互いに上下に配置された複数の側部で作ることができる。焼結るつぼの側部は、好ましくは、ボルト締め又はさねはぎ接続によって封止される。ボルト締めは、好ましくは、縁部にねじ山を有する側部を作製することによって行われる。さねはぎ接続では、接続される２つの側部の各々は、縁部にみぞを有し、その中に、接続する第３の部分としてのさねが挿入され、それにより、るつぼ壁レベルに対して垂直に面一接続が形成される。特に好ましくは、焼結炉は、１つよりも多い側部、例えば２つ以上の側部、特に好ましくは１つ以上の側部で作られる。特に好ましくは、吊り下げ式焼結るつぼの部品はボルト締めされる。特に好ましくは、固定式焼結るつぼの部品は、さねはぎ接続によって接続される。
ベースシートは、原則として、この目的に適した当業者が知っている任意の手段によってるつぼ壁に接続することができる。一実施形態によれば、ベースシートには外ねじが設けられ、ベースシートをるつぼ壁にボルト締めすることによってるつぼ壁に接続される。更なる実施形態によれば、ベースシートは、ボルトによってるつぼ壁に接続される。更なる実施形態によれば、ベースシートは、例えば、るつぼ壁上の内側フランジ上にベースシートを置くことによって、焼結るつぼ内に懸架される。更なる実施形態によれば、るつぼ壁の少なくとも一部と厚肉化されたベースシートとは一体に焼結される。特に好ましくは、ベースシートと吊り下げ式焼結るつぼのるつぼ壁とはボルト留めされる。特に好ましくは、ベースシートと固定式焼結るつぼのるつぼ壁とは、さねはぎ接続によって接続される。
焼結るつぼに含まれるベースシートは、好ましくは側面よりも厚く、例えば１．１～２０倍厚く、又は１．２～１０倍厚く、又は１．５～７倍厚く、特に好ましくは２～５倍厚い。好ましくは、焼結るつぼの周囲及び高さにわたる側面は、一定の壁厚を有する。
焼結炉はノズルを有する。ノズルは、ノズル材料から形成される。ノズル材料は、好ましくは、予備圧縮された材料を含み、例えば、各場合においてノズル材料の理論密度に基づいて、９５％超、例えば９８～１００％、特に好ましくは９９～９９．９９９％の範囲の密度を有する。ノズル材料は、好ましくは、耐火金属、例えばモリブデン、タングステン又はそれらと耐火金属との組み合わせを含む。ノズル材料としてはモリブデンが特に好ましい。モリブデンを含むノズルは、好ましくは理論密度の１００％の密度を有することができる。
吊り下げ式焼結るつぼは、原則として、当業者が精通しており、その目的に適していると思われる任意の手段によって加熱することができる。固定式焼結るつぼは、例えば、誘導加熱又は抵抗加熱されてもよい。誘導加熱では、エネルギーはコイルを介して焼結るつぼの側壁に直接入力され、そこからるつぼの内側に伝達される。抵抗加熱では、エネルギーは放射を介して入力され、固体表面は外側から加熱され、エネルギーはそこからその内側に伝達される。焼結炉は、好ましくは誘導加熱される。
本発明の更なる実施形態によれば、エネルギーは、特に溶融物を溶融するために、溶融るつぼ又はそれが含有する溶融物を、例えば溶融るつぼ内の火炎又は溶融るつぼに向けられたバーナー火炎などによって加熱することによって、溶融るつぼ内に投入されるものではない。
好ましくは、焼結るつぼは、１つ以上の加熱ゾーン、例えば１つ又は２つ又は３つ又は４つ以上の加熱ゾーン、好ましくは１つ又は２つ又は３つの加熱ゾーン、特に１つの加熱ゾーンを有する。焼結るつぼ加熱ゾーンは、同じ又は異なる温度にすることができる。例えば、すべての加熱ゾーンを１つの温度にしてもよいし、すべての加熱ゾーンを異なる温度にしてもよいし、２つ以上の加熱ゾーンを１つの温度にし、１つ以上の加熱ゾーンを互いに独立して他の温度にしてもよい。好ましくは、すべての加熱ゾーンは異なる温度にされ、例えば、加熱ゾーン温度は、二酸化ケイ素造粒物が搬送される方向に増加する。
吊り下げ式焼結るつぼは、炉内に吊り下げて配置された上述のタイプの焼結るつぼを意味すると解釈される。
吊り下げ式焼結るつぼは、好ましくは、以下の特性のうちの少なくとも１つ、例えば２つ、又は少なくとも３つ、又は少なくとも４つ、特に好ましくはすべてを有する：
｛ａ｝サスペンション、好ましくは高さ調節可能なサスペンション；
｛ｂ｝側部としての少なくとも２つのシールされたリング、好ましくは側部として互いにボルト留めされた少なくとも２つのリング；
｛ｃ｝ノズル、好ましくはるつぼに恒久的に接続されたノズル；
｛ｄ｝マンドレル、例えば、ステップによってノズルに取り付けられたマンドレル、又はハンドルによってカバーに取り付けられたマンドレル、又はハンドルによってるつぼの下に接続されたマンドレル；
｛ｅ｝少なくとも１つのガス入口であって、例えばフィラーパイプの形態、又は少なくとも１つのガス入口として、例えばフィラーパイプの形態、又は別個の入口として、特に好ましくはフィラーパイプの形態の、少なくとも１つのガス入口；
｛ｆ｝例えばカバー上又はるつぼの壁にある少なくとも１つのガス出口；
｛ｇ｝冷却ジャケット、特に好ましくは水冷ジャケット；
｛ｈ｝るつぼの外側、例えば冷却ジャケットの外側の絶縁体、好ましくは酸化ジルコニウムの絶縁体層。
好ましいサスペンションは、吊り下げ式焼結るつぼを作製するときに固定されるサスペンション、例えばるつぼの一体部分として提供される焼結材料のサスペンションである。更に好ましいサスペンションは、焼結材料以外の材料、例えばアルミニウム、鋼、鉄、ニッケル又は銅、好ましくは銅から焼結るつぼに固定されたサスペンション、特に好ましくは焼結るつぼに固定された冷却された、例えば水冷された銅のサスペンションである。
吊り下げ式焼結るつぼは、吊り下げ装置によって炉内で移動させることができる。るつぼは、好ましくは、少なくとも部分的に炉の内外に移動することができる。炉内に異なる熱ゾーンが存在する場合、それらの温度プロファイルは、炉内にあるるつぼに移され、したがって、炉内のるつぼの位置を変化させることは、るつぼ内に複数の熱ゾーン、変化する熱ゾーン、又は複数の変化する熱ゾーンを作り出すことができる。
固定式焼結るつぼは、炉内に立設された上述のタイプの焼結るつぼを意味すると解釈される。
固定式焼結るつぼは、好ましくは、以下の特性のうちの少なくとも１つ、例えば少なくとも２つ又は少なくとも３つ又は少なくとも４つ、特に好ましくはすべてを有する：
／ａ／固定面として形成された領域、好ましくはるつぼの底部において固定面として形成された領域、更に好ましくはるつぼのベースシートにおいて固定面として形成された領域、特に好ましくはるつぼの底部の外縁において固定面として形成された領域；
／ｂ／側部としての少なくとも２つのシールされたリング、好ましくは側部としてのさねはぎ接続によってシールされた少なくとも２つのリング；
／ｃ／ノズル、好ましくは炉に恒久的に接続されたノズル、特に好ましくは固定面として形成されていないるつぼの基部の領域；
／ｄ／マンドレル、例えば、ステップによってノズルに取り付けられたマンドレル、又はステップによってカバーに取り付けられたマンドレル、又はハンドルによってるつぼの下に接続されたマンドレル；
／ｅ／例えばフィラーパイプの形態の、又は別個の入口としての、少なくとも１つのガス入口；
／ｆ／例えば、カバー上又は炉の壁にある別個の出口としての、少なくとも１つのガス出口；
／ｇ／カバー。
固定式焼結るつぼは、好ましくは、炉内及び炉の下の領域においてガス室の分離を有する。炉の下の領域は、取り込まれたガラス溶融物が見出されるノズルの下の領域を意味すると解釈される。好ましくは、ガス室は、るつぼが置かれる領域によって分離される。炉の内壁とるつぼの外壁との間の炉のガス室にあるガスは、炉の下の領域に逃げることができない。除去されたガラス溶融物は、炉のガス室からのガスと接触しない。固定式焼結るつぼを備えた炉から取り出されたガラス溶融物及びそれから作製された石英ガラス体は、好ましくは、吊り下げ焼結るつぼを備えた炉から取り出されたガラス溶融物及びそれから作製された石英ガラス体よりも高い表面純度を有する。
るつぼのすべての好ましい実施形態において、るつぼは、二酸化ケイ素造粒物がるつぼ入口及び炉入口を介してるつぼに入ることができ、るつぼの出口及び炉の出口を介して取り出すことができるように、炉の入口及び出口に接続されている。
少なくとも１つの入口に隣接して、るつぼは、少なくとも１つの開口部、好ましくは複数の開口部を有し、これらの開口部を通してガスを供給及び排出することができる。るつぼは、好ましくは少なくとも２つの開口部を有し、少なくとも１つはガス入口として使用することができ、少なくとも１つはガス出口として使用することができる。少なくとも１つの開口部をガス入口として使用し、少なくとも１つの開口部をガス出口として使用することにより、好ましくは、るつぼ内にガス流が生じる。
二酸化ケイ素造粒物は、るつぼ入口を通してるつぼに供給され、その後、るつぼ内で加熱される。加熱は、ガス又は２つ以上のガスの混合物の存在下で行うことができる。加熱すると、二酸化ケイ素造粒物中に拘束された水が気相に移行して、更なるガスを形成することができる。ガス又は２つ以上のガスの混合物は、るつぼのガス室内にある。るつぼのガス室の下とは、固体相又は液体相によって占められていないるつぼの内側の領域を意味すると解釈される。適切なガスは、例えば、水素、不活性ガス及びそれらの２つ以上である。「不活性ガス」は、最大２４００℃の温度でるつぼ内に提供された物質と反応しないガスを意味すると解釈される。好ましい不活性ガスは、窒素、ヘリウム、ネオン、アルゴン、クリプトン及びキセノンであり、特に好ましくはアルゴン及びヘリウムである。加熱は、好ましくは還元性雰囲気中で行われる。これは、好ましくは、水素又は水素と不活性ガスとの組み合わせ、例えば水素とヘリウムとの組み合わせ、又は水素と窒素との組み合わせ、又は水素とアルゴンとの組み合わせ、特に好ましくは水素とヘリウムとの組み合わせによって提供することができる。
好ましくは、水素、少なくとも１つの不活性ガスに対して空気、酸素及び水の少なくとも部分的なガス交換が行われ、又は水素と少なくとも１つの不活性ガスとの組み合わせに対して、水素と１つの不活性ガスとの組み合わせに対して二酸化ケイ素造粒物において行われる。少なくとも部分的なガス交換は、二酸化ケイ素造粒物を注入するとき、又は加熱前、又は加熱中、又は上記の活動のうちの少なくとも２つの間に、二酸化ケイ素造粒物において行われる。二酸化ケイ素造粒物は、好ましくは、水素及び少なくとも１つの不活性ガス、例えばアルゴン又はヘリウムのガス流中で溶融するまで加熱される。
好ましくは、炉のすべての実施形態は、溶融るつぼと、炉を通して供給され、炉を動作させるときに形成されるガスが取り出される少なくとも１つのガス入口とを有する。炉はまた、少なくとも１つの専用ガス入口を有することができる。代替的に又は追加的に、ガスは、固体入口としても知られる固体供給部を介して、例えば二酸化ケイ素造粒物と一緒に、又は前述の選択肢のうちの２つ以上の組み合わせの前に、後に、若しくはそれを介して注入され得る。
炉及びガス流は、好ましくは、第１の課題に関連して記載した特性を特徴とする。ガス流は、好ましくは、入口を通して炉内にガスを注入し、出口を通して炉からガスを取り出すことによって発生される。「ガス交換率」という用語は、単位時間当たりに炉から出口を通過するガスの体積を意味すると解釈される。ガス交換率は、ガス流処理量又は体積処理量とも呼ばれる。
ガス流ガス交換率は、好ましくは２００～３０００ｌ／ｈ、例えば２００～２０００ｌ／ｈ、特に好ましくは２００～１０００ｌ／ｈの範囲にある。
二酸化ケイ素造粒物を溶融するための炉温度は、好ましくは１７００～２５００℃の範囲、例えば１９００～２４００℃の範囲、特に好ましくは２１００～２３００℃の範囲にある。
炉内での滞留時間は、好ましくは１時間～５０時間、例えば１～３０時間、特に好ましくは５～２０時間の範囲である。本文脈において、「滞留時間」は、ガラス溶融物が形成される溶融炉から充填量を溶融炉から取り出すためにプロセスを行う間に必要とされる時間を意味する。充填量は、溶融炉内に存在する二酸化ケイ素の総質量である。ここで、二酸化ケイ素は、固体及びガラス溶融物として存在してもよい。
炉温度は、好ましくは、材料が搬送される方向の長さにわたって上昇する。炉温度は、好ましくは、材料が搬送される長さにわたって、少なくとも１００℃、例えば少なくとも３００℃、又は少なくとも５００℃、又は少なくとも７００℃、特に好ましくは少なくとも１０００℃上昇する。炉内の最高温度は、好ましくは１７００～２５００℃、例えば１９００～２４００℃、特に好ましくは２１００～２３００℃である。炉温度は、均一に又は温度プロファイルに従って上昇させることができる。
炉温度は、好ましくは、ガラス溶融物が炉から取り出される前に低下する。炉温度は、好ましくは、ガラス溶融物が炉から取り出される前に、５０～５００℃、例えば１００℃又は４００℃、特に好ましくは１５０～３００℃低下する。取出し時のガラス溶融物の温度は、好ましくは１７５０～２１００℃、例えば１８５０～２０５０℃、特に好ましくは１９００～２０００℃である。
炉温度は、好ましくは、ガラス溶融物が炉から取り出される前に、材料が搬送される方向の長さにわたって低下する。炉温度は、好ましくは、材料が搬送される長さにわたって、少なくとも１００℃、例えば、少なくとも３００℃、又は少なくとも５００℃、又は少なくとも７００℃、特に好ましくは少なくとも１０００℃低下する。炉内の最高温度は、１７００～２５００℃、例えば１９００～２４００℃、特に好ましくは２１００～２３００℃である。炉温度は、好ましくは、ガラス溶融物が炉から取り出される前に、５０～５００℃、例えば１００℃又は４００℃、特に好ましくは１５０～３００℃低下する。
予熱セクション
炉は、好ましくは、処理量によって互いに接続された少なくとも第１のチャンバ及び更なるチャンバを有し、第１のチャンバ及び更なるチャンバは異なる温度であり、第１のチャンバの温度は更なるチャンバの温度よりも低い。更なるチャンバ内で、二酸化ケイ素造粒物からガラス溶融物が形成される。以下、このチャンバを溶融チャンバと呼ぶ。物質供給部を介して溶融チャンバに接続されているが、その上流にあるチャンバは、予熱セクションとも呼ばれる。これは、例えば、少なくとも１つの出口が溶融チャンバの入口に直接接続されているものである。本配置は、独立した炉内で形成することもでき、この場合、溶融チャンバは溶融炉である。しかしながら、更なる説明のために、溶融炉及び溶融チャンバは同義であると解釈されてもよく、したがって、溶融炉について述べられていることは、溶融チャンバにも当てはまり、逆もまた同様である。「予熱セクション」という用語は、どちらの場合も同じである。
二酸化ケイ素造粒物は、好ましくは、炉に入るときに２０～１３００℃の範囲の温度である。
第１の実施形態によれば、二酸化ケイ素造粒物は、溶融チャンバに入る前に焼き戻しされない。例えば、二酸化ケイ素造粒物が炉に入るとき、それは、２０～４０℃、特に好ましくは２０～３０℃の範囲の温度を有する。二酸化ケイ素造粒物ＩＩがステップｉ．）に従って調製される場合、二酸化ケイ素造粒物ＩＩは、炉に入るとき、好ましくは２０～４０℃、特に好ましくは２０～３０℃の範囲の温度を有する。
別の実施形態によれば、炉に入る前に、二酸化ケイ素造粒物は、４０～１３００℃の範囲の温度に焼き戻しされる。焼戻しとは、温度を選択された値に設定することを意味する。焼戻しは、原則として、二酸化ケイ素造粒物を焼き戻すために当業者が知っているありとあらゆる手段によって行うことができる。例えば、焼戻しは、溶融チャンバとは別個に配置された炉内で、又は溶融チャンバに接続された炉内で行われてもよい。
焼戻しは、好ましくは、溶融チャンバに接続されたチャンバ内で行われる。すなわち、炉は、二酸化ケイ素を焼き戻しすることができる予熱セクションを含む。好ましくは、予熱セクション自体は移動炉であり、特に好ましくは回転炉である。回転炉は、動作中に二酸化ケイ素を移動炉の入口から移動炉の出口に移動させる加熱チャンバを意味すると解釈される。出口は、好ましくは、溶融炉の入口に直接接続され、したがって、二酸化ケイ素造粒物は、更なる中間ステップ又は動作なしに、予熱セクションから溶融炉に入ることができる。
予熱セクションはまた、好ましくは、少なくとも１つのガス入口及び少なくとも１つのガス出口を有する。ガスは、ガス入口を通って予熱セクションのガス室に入り、ガス出口を通って出ることができる。入口二酸化ケイ素造粒物を介して予熱セクションにガスを注入することも可能である。同様に、ガスを予熱セクション出口を介して排出し、次いで二酸化ケイ素造粒物から分離することができる。好ましくは、ガスは、二酸化ケイ素造粒物入口及びガス入口を介して予熱セクションに供給され、予熱セクション出口及び予熱セクションガス出口を介して排出され得る。
ガス入口及びガス出口を使用して、好ましくは、予熱セクションにおいてガス流を発生させる。適切なガスは、水素、不活性ガス及びそれらの２つ以上である。好ましい不活性ガスは、窒素、ヘリウム、ネオン、アルゴン、クリプトン及びキセノンであり、特に好ましくは窒素及びヘリウムである。予熱セクションは、好ましくは還元性雰囲気を有する。これは、好ましくは、水素又は水素と不活性ガスとの組み合わせ、例えば水素とヘリウムとの組み合わせ、又は水素と窒素との組み合わせ、特に好ましくは水素とヘリウムとの組み合わせによって提供することができる。予熱セクションはまた、好ましくは酸化性雰囲気を有する。これは、好ましくは酸素又は酸素と１つ以上の他のガスとの組み合わせによって提供することができ、空気が特に好ましい。好ましくは、予熱セクションにおいて減圧下で二酸化ケイ素を焼き戻しすることも可能である。
炉に入るとき、例えば、二酸化ケイ素造粒物は、１００～１１００℃又は３００～１０００又は６００～９００℃の範囲内の温度を有する。
第１の課題の一実施形態によれば、炉は少なくとも２つのチャンバを含む。炉は、好ましくは、第１のチャンバ及び少なくとも１つの更なるチャンバを含む。第１のチャンバ及び更なるチャンバは、通路を介して互いに接続される。
炉内の少なくとも２つのチャンバは、原則として、所望に応じて、好ましくは垂直又は水平に、特に好ましくは垂直に配置することができる。炉内のチャンバは、好ましくは、第１の課題によるプロセスを実施するときに、二酸化ケイ素造粒物が第１のチャンバを通過し、次いで更なるチャンバを通過して、ガラス溶融物を得るように配置される。更なるチャンバは、好ましくは、上述した溶融炉及びその中に配置されたるつぼの特性を有する。
好ましくは、チャンバの各々は入口及び出口を有する。炉入口は、好ましくは通路を介して第１のチャンバの入口に接続される。炉出口は、好ましくは、通路を介して更なるチャンバの出口に接続される。第１のチャンバの出口は、好ましくは、通路を介して更なるチャンバの入口に接続される。
チャンバは、好ましくは、二酸化ケイ素造粒物が第１のチャンバに達することができるように炉内に配置される。チャンバは、好ましくは、二酸化ケイ素ガラス溶融物を更なるチャンバから炉出口を介して取り出すことができるように炉内に配置される。特に好ましくは、二酸化ケイ素造粒物は、炉入口を介して第１のチャンバに到達することができ、二酸化ケイ素溶融物は、炉出口を介して更なるチャンバから取り出すことができる。
二酸化ケイ素は、第１のチャンバから更なるチャンバへの通路から、造粒物又は粉末として、方法において指定された材料が搬送される方向で得ることができる。通路を介して接続されたチャンバは、更なる要素が、材料が搬送される方向において第１のチャンバと更なるチャンバとの間に配置される配置を含む。気体、液体及び固体は、原則として通路を通過することができる。二酸化ケイ素粉末、二酸化ケイ素粉末及び二酸化ケイ素造粒物の懸濁液は、好ましくは、第１のチャンバと更なるチャンバとの間の移行部を通過することができる。本発明による手順を実行している間、第１のチャンバへの投入部に投入されたすべての物質は、第１のチャンバと更なるチャンバとの間の通路を介して更なるチャンバに入ることができる。好ましくは、造粒物又は粉末の形態の二酸化ケイ素のみが、通路を介して更なるチャンバに入る。好ましくは、第１のチャンバと更なるチャンバとの間の通路は、第１のチャンバ及び更なるチャンバのガス室が互いに分離されるように、好ましくはガス室が異なるガス又はガス混合物、異なる圧力又はその両方を含むことができるように、二酸化ケイ素によって封止される。別の実施形態によれば、通路は、スルース、好ましくは多孔質ホイールスルースから形成される。
炉の第１のチャンバは、好ましくは、少なくとも１つのガス入口及び少なくとも１つのガス出口を有する。ガス入口は、原則として、当業者に知られており、ガスを注入するのに適した任意の形態、例えば、ノズル、バルブ又はパイプの形態を取ることができる。ガス出口は、原則として、当業者に知られており、ガスを取り出すのに適した任意の形態、例えばノズル、バルブ又はパイプの形態を取ることができる。
好ましくは、二酸化ケイ素造粒物は、第１のチャンバに投入され、炉入口を介して加熱され、ガス又は２つ以上のガスの組み合わせの存在下で加熱されてもよい。このために、ガス又は２つ以上のガスの組み合わせは、第１のチャンバ内にある。第１のチャンバのガス室は、固相又は液相によって占められていない第１のチャンバの領域を意味すると解釈される。適切なガスは、例えば、水素、酸素、不活性ガス又はそれらの２つ以上である。好ましい不活性ガスは、窒素、ヘリウム、ネオン、アルゴン、クリプトン及びキセノンであり、特に好ましいのは窒素、ヘリウム又はそれらの組み合わせである。加熱は、好ましくは還元性雰囲気中で行われる。これは、好ましくは、水素又は水素とヘリウムとの組み合わせによって提供することができる。二酸化ケイ素造粒物は、好ましくは、ガス流中又は２つ以上のガスの組み合わせ中で第１のチャンバ内で加熱される。
二酸化ケイ素造粒物は、減圧下、例えば５００ｍｂａｒ未満又は３００ｍｂａｒ未満、例えば２００ｍｂａｒ以下の圧力で、第１のチャンバ内で加熱されることが更に好ましい。
好ましくは、第１のチャンバには、二酸化ケイ素造粒物を移動させる少なくとも１つのデバイスが設けられている。原則として、当業者が知っており、この目的に適していると思われるありとあらゆるデバイスを選択することができる。好ましくは、撹拌、振盪又は揺動デバイスが適している。
更なる実施形態によれば、第１のチャンバ内及び更なるチャンバ内の温度は異なる。第１のチャンバ内の温度は、好ましくは、更なるチャンバ内の温度よりも低い。第１のチャンバと更なるチャンバとの間の温度差は、好ましくは６００～２４００℃の範囲、例えば１０００～２０００℃又は１２００～１８００℃の範囲、特に好ましくは１５００～１７００℃の範囲である。更に、第１のチャンバ内の温度は、更なるチャンバ内の温度よりも好ましくは６００～２４００℃、例えば１０００～２０００℃又は１２００～１８００℃、特に好ましくは１５００～１７００℃低い。
更なる実施形態によれば、炉の第１のチャンバは、予熱セクションであり、特に好ましくは、上述の特性を有する上述の予熱セクションである。予熱セクションは、好ましくは、通路を介して第１のチャンバに接続される。予熱セクションからの二酸化ケイ素は、好ましくは、通路を介して更なるチャンバに入る。予熱セクションと更なるチャンバとの間の通路は、予熱セクションに注入されたガスが通路を通って更なるチャンバに入ることができないように閉じることができる。予熱セクションと更なるチャンバとの間の通路は、二酸化ケイ素が水と接触しないように閉じられる。予熱セクションと更なるチャンバとの間の通路は、予熱セクションのガス室と第１のチャンバとが互いに分離されて、ガス室が異なるガス又はガス混合物又はその両方を含むことができるように閉じることができる。適切な通路は、好ましくは上述の実施形態である。
更なる実施形態によれば、炉の第１のチャンバは予熱セクションではない。例えば、第１のチャンバは均等化チャンバである。均等化チャンバは、上流の予熱セクションにおける処理量変動又は予熱セクションと更なるチャンバとの間の処理量の差が均等化される炉のチャンバを意味すると解釈される。例えば、上述したように、回転炉を第１のチャンバの上流に設けることができる。これは、通常、平均処理量の６％まで変化し得る処理量を有する。均等化チャンバにおいて、好ましくは、二酸化ケイ素は、均等化チャンバに入る温度に保たれる。
炉が、第１のチャンバと、１つ以上の更なるチャンバ、例えば、２つの更なるチャンバ又は３つの更なるチャンバ又は４つの更なるチャンバ又は５つの更なるチャンバ又は５つ以上の更なるチャンバ、特に好ましくは２つの更なるチャンバを有することも可能である。炉が２つの更なるチャンバを有する場合、材料が搬送される方向に基づいて、第１のチャンバは好ましくは予熱セクションであり、更なるチャンバのうちの第１のチャンバは均等化チャンバであり、更なるチャンバのうちの第２のチャンバは溶融チャンバである。
更なる実施形態によれば、第１のチャンバ内に添加剤が存在する。添加剤は、好ましくは、ハロゲン、不活性ガス、塩基、酸素又はそれらの２つ以上の組み合わせからなる群から選択される。
適切な添加剤は、原則として、元素形態のハロゲン及びハロゲン化合物である。ハロゲンは、好ましくは塩素、フッ素、塩素化合物及びフッ素化合物からなる群から選択される。特に好ましいのは元素塩素及び塩化水素である。
適切な添加剤は、原則として、すべての不活性ガス及びそれらの２つ以上の混合物である。好ましい不活性ガスは、窒素、ヘリウム又はそれらの組み合わせである。
原則として、塩基も適切な添加剤である。添加剤として好ましい塩基は、有機及び無機塩基である。
酸素も添加剤として適している。酸素は、好ましくは酸素ベースの雰囲気中に、例えば不活性ガス又は２つ以上の不活性ガスの混合物と組み合わせて、特に好ましくは窒素、ヘリウム又は窒素及びヘリウムと組み合わせて存在する。
第１のチャンバは、原則として、二酸化ケイ素を加熱するのに適した当業者に公知の任意の材料を含むことができる。第１のチャンバは、好ましくは、石英ガラス、耐火金属、アルミニウム、及びそれらの２つ以上の組み合わせからなる群から選択される少なくとも１つの要素を含む。第１のチャンバは、好ましくは、石英ガラス又はアルミニウムを含む。
好ましくは、第１のチャンバがポリマー又はアルミニウムを含有する場合、第１のチャンバ内の温度は６００℃を超えない。第１のチャンバ内の温度は、第１のチャンバが石英ガラスを含む場合、好ましくは１００～１１００℃である。第１のチャンバは、好ましくは、本質的に石英ガラスを含む。
第１のチャンバと更なるチャンバとの間の通路を通って第１のチャンバから更なるチャンバに二酸化ケイ素を搬送するとき、二酸化ケイ素は、原則として、所望の任意の状態にあり得る。二酸化ケイ素は、好ましくは固体として、例えば粒子、粉末又は造粒物として存在する。第１の課題の一実施形態によれば、二酸化ケイ素は、造粒物として第１のチャンバから更なるチャンバに搬送される。
更なる実施形態によれば、更なるチャンバは、焼結金属を含む金属シート又は焼結材料のるつぼであり、金属シート又は焼結金属は、モリブデン、タングステン又はそれらの組み合わせからなる群から選択される。
露点の測定
露点は、圧力を変化させることなく、試験されるガス又はガス混合物の一部が凝縮する温度を意味すると解釈される。これは、一般に、水の凝縮を意味すると解釈される。露点は、方法のセクションに記載される試験方法に従って決定される。
本発明によれば、ガス出口を介して炉を出るときのガスの露点は０℃未満である。
本発明によれば、炉、好ましくはそれが含む溶融るつぼは、炉に注入され、炉を使用する際に形成されるガスが取り出される少なくとも１つのガス出口を有する。炉はまた、少なくとも１つの専用ガス出口（ｇａｓ ｏｕｔｐｕｔ）を有することができる。代替的に又は追加的に、ガスは、固体入口としても知られる固体供給部を介して、例えば二酸化ケイ素造粒物と一緒に、又はその前に、その後に、又は選択肢の２つ以上の組み合わせを介して注入され得る。
本発明によれば、ガスがガス出口を介して炉から出るとき、炉から取り出されるガスは、０℃未満、例えば－１０℃未満又は－２０℃未満の露点を有する。露点は、５～２０ｍｂａｒのわずかな過圧で、方法のセクションに記載される試験方法に従って決定される。適切な試験デバイスは、例えば、Ｍｉｃｈｅｌｌ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ ＧｍｂＨ（Ｄ－６１３８１フリードリヒスドルフ在）による「Ｏｐｔｉｄｅｗ」デバイスである。
ガスの露点は、好ましくは、炉のガス出口から１０ｃｍ以上離れた測定点で決定される。この距離は１０ｃｍ～５ｍであることが多い。本明細書で「出口で」と記載されるこの距離範囲では、炉のガス出口での測定点間の距離は、露点の測定結果にとって重要ではない。ガスは、液体手段、例えばホース又はパイプによって出口から測定点に供給される。測定点におけるガスの温度は、多くの場合、１０～６０℃、例えば２０～５０℃、特に２０～３０℃である。
適切なガス及びガス混合物は既に記載されている。試験の過程で、上記のデータは、言及したガス及びガス混合物の各々に適用されることが見出された。
更なる好ましい実施形態によれば、ガス又はガス混合物が炉、特に溶融るつぼに入る前に、それは－５０℃未満、例えば－６０℃未満、又は－７０℃未満、又は－８０℃未満の露点を有する。露点は、通常、－６０℃以下である。炉に入るときの露点については、以下の範囲も好ましい：－５０～－１００℃、－６０～－１００℃及び－７０～－１００℃。
更なる好ましい実施形態によれば、炉に入る前のガスの露点は、溶融炉から出るときよりも少なくとも３０℃低く、例えば、少なくとも５０℃低い、又は６０℃低い、又は更に８０℃低い。上記のデータは、溶融炉から出るときの露点を測定するときに適用される。これは、炉に入る前に露点を測定する場合にも同様に適用される。湿気を加えるための供給源が設けられておらず、測定点と炉との間に凝縮物が凝結する可能性がないので、測定点から炉のガス入口までの距離はここでは重要ではない。
好ましい実施形態によれば、炉、特に溶融るつぼは、２００～３０００ｌ／ｈの範囲のガス交換率で操作される。
好ましい実施形態によれば、溶融るつぼは、モリブデン、タングステン、ウォルフラム、レニウム、イリジウム、オスミウムから選択される１つ以上の金属を含む材料から少なくとも部分的に形成される。
好ましい実施形態によれば、石英ガラス体は、モリブデン、タングステン、レニウム、イリジウム、オスミウムから選択される１つ以上の金属を合計で１０００ｐｐｂ未満含み、ここで、合計量は石英ガラス体の総重量に基づく。
好ましい実施形態によれば、露点は試験セル内で決定され、試験セルは、ガス出口から出るガスから膜によって分離される。膜は、好ましくは透湿性である。この手段は、ガス流が溶融炉、特に溶融るつぼから運んでくるガス流中の任意の量のダスト及び他の粒子から試験セルを保護することができる。この手段は、試験プローブの使用寿命を大きく延ばすことができる。使用寿命とは、試験プローブを交換又は洗浄する必要がない炉の運転中の期間を意味する。
好ましい実施形態によれば、露点測定デバイス又は露点レベル湿度計が使用される。
第１の課題の一実施形態において、ステップｖｉ．）を行うための溶融エネルギーは、固体表面を介して二酸化ケイ素造粒物に伝達される。選択される二酸化ケイ素造粒物は、例えば、圧縮された二酸化ケイ素造粒物である。
「固体表面」は、二酸化ケイ素造粒物の表面以外の表面であって、二酸化ケイ素造粒物が融点まで加熱される温度で溶融又は構成しない表面を意味すると解釈される。固体表面の適切な材料は、例えばるつぼ材料として適切な材料である。
固体表面は、原則として、当業者が知っており、これらの目的に適している任意の表面であってよい。使用される固体表面は、るつぼの固体表面又は炉ではない別個の構成要素であり得る。
固体表面は、原則として、当業者が知っており、溶融エネルギーを二酸化ケイ素造粒物に伝達するためにこれらの目的に適している任意の手段によって加熱することができる。固体表面は、好ましくは抵抗加熱又は誘導加熱によって加熱される。誘導加熱では、エネルギーはコイルを介して固体表面に直接入力され、そこから固体表面の内部に送られる。抵抗加熱では、固体表面は外側から加熱され、そこからその内側にエネルギーを伝達し、低加熱能力の加熱室ガス、例えばアルゴン雰囲気又はアルゴン含有雰囲気が有利である。固体表面は、例えば、電気的に、又は外部からの火炎で固体表面を焼成することによって加熱することができる。固体表面は、好ましくは、二酸化ケイ素造粒物に十分な量のエネルギーを伝達することができる温度に加熱され、及び／又は既に部分的に溶融した二酸化ケイ素造粒物は、二酸化ケイ素造粒物を溶融するのに十分な温度に加熱される。
本発明の一実施形態によれば、エネルギーは、少なくともステップｖｉ．）の間に、るつぼ若しくはそれが含有する溶融物又はその両方を、例えばるつぼ内又はるつぼ上に向けられたバーナー火炎などの火炎によって加熱することによって、るつぼ内に投入されるものではない。
別個の成分が固体表面として使用される場合、これは、任意の所望の手段によって、例えば、成分を二酸化ケイ素造粒物上に置くことによって、又は成分を二酸化ケイ素造粒物の造粒物間に挿入することによって、又は成分をるつぼと二酸化ケイ素造粒物との間に挿入することによって、又はそれらの２つ以上の組み合わせによって、二酸化ケイ素造粒物と接触させることができる。構成要素は、溶融エネルギーを伝達する前又は間、又は前及び間であり得る。
溶融エネルギーは、好ましくは、るつぼの内側を介して二酸化ケイ素造粒物に伝達され、二酸化ケイ素造粒物が溶融する点までるつぼを加熱する。るつぼは、好ましくは抵抗加熱又は誘導加熱される。熱は、るつぼの外側から内側に伝達される。るつぼの内側の固体表面は、溶融エネルギーを二酸化ケイ素造粒物に伝達する。
更なる実施形態によれば、溶融エネルギーは、ガス室を介して二酸化ケイ素造粒物に伝達されない。更に、溶融エネルギーは、二酸化ケイ素造粒物を火炎で焼成することによって二酸化ケイ素造粒物に伝達されない。これらの除外されたエネルギー伝達経路の例は、１つ以上のバーナー火炎を上から溶融炉内に、若しくは二酸化ケイ素上に、又はその両方に向けることである。
ステップｖｉｉ．）
ガラス溶融物は、出口を介して炉から、好ましくはノズルを介して取り出される。石英ガラス体は、ガラス溶融物の少なくとも一部から、好ましくはステップｖｉ．）で作製されたガラス溶融物の少なくとも一部を取り出すことによって形成される。
ステップｖｉ）で作製されたガラス溶融物の一部の取出しは、原則として、溶融炉若しくは溶融チャンバから連続的に、又はガラス溶融物の作製が完了した後に行うことができる。ガラス溶融物の一部は、好ましくは連続的に取り出すことができる。ガラス溶融物は、炉からの出口又は溶融チャンバの出口を介して、好ましくはいずれの場合もノズルを介して取り出される。
ガラス溶融物は、それを取り出す前、間又は後に、ガラス溶融物が形成され得る温度まで冷却され得る。ガラス溶融物を冷却すると、その粘度が増加する。ガラス溶融物は、好ましくは、形成された形態が形成時に形成されたままである一方で、同時に、形成を可能な限り迅速に、確実に、且つ可能な限り少ないエネルギーで行うことができる点まで冷却される。当業者は、成形ツールにおけるガラス溶融物の温度を変化させることによって、ガラス溶融物がどの程度粘性であるかを決定することができる。取り出されるときのガラス溶融物は、好ましくは１７５０～２１００℃、例えば１８５０～２０５０℃、特に好ましくは１９００～２０００℃未満の範囲の温度を有する。取り出された後、ガラス溶融物は、好ましくは５００℃未満、例えば２００℃未満又は１００℃未満又は５０℃未満の温度、特に好ましくは２０～３０℃の範囲の温度に冷却される。
形成された石英ガラス体は、固体又は中空体であり得る。固体は、本質的に単一の材料から構成される物体を意味すると解釈されるが、固体は、気泡などの１つ以上の介在物を有することができる。中実体のこのような介在物は、多くの場合、６５ｍｍ３以下のサイズ、例えば４０ｍｍ３未満又は２０ｍｍ３未満又は５ｍｍ３未満又は２ｍｍ３未満、特に好ましくは０．５ｍｍ３未満である。固体は、好ましくは、各場合において中実体の総体積に基づいて、その体積の０．０２体積％未満、例えば０．０１体積％未満又は０．００１体積％未満を介在物として含有する。
石英ガラス体は外形を有する。「外形」という用語は、ガラス体の断面の外縁の形状を意味すると解釈される。石英ガラス体の外形は、好ましくは円形、楕円形、又は３つ以上の角、例えば４、５、６、７又は８つの角を有する多角形の断面であり、石英ガラス体は、特に好ましくは円形である。
石英ガラス体は、好ましくは１００～１００００ｍｍ、例えば１０００～４０００ｍｍ、特に好ましくは１２００～３０００ｍｍの範囲の長さである。
石英ガラス体は、好ましくは、１～５００ｍｍの範囲、例えば２～４００ｍｍの範囲、特に好ましくは５～３００ｍｍの範囲の外径を有する。
石英ガラス体は、ノズルによって形成される。このために、ガラス溶融物はノズルを通して供給される。ノズルを通して形成される石英ガラス体の外形は、ノズルの開口部の形状によって決定される。ノズル開口部が円形である場合、石英ガラス体は、形成されると円筒を形成する。ノズル開口部が構造を有する場合、この構造は石英ガラス体の外形に転写される。構造化された開口部を有するノズルを用いて形成された石英ガラス体は、ガラス歪みに対する軸方向にその構造の形を示す。
ノズルは、溶融炉内に、好ましくはるつぼの一部として、特に好ましくはるつぼの出口の一部として組み込まれる。
ガラス溶融物の少なくとも一部は、好ましくは、ノズルを介して溶融炉から取り出される。石英ガラス体の外形は、ノズルを介してガラス溶融物の少なくとも一部を取り出すことによって形成される。
石英ガラス体は、好ましくは、形成された後、その形状を保持するために冷却される。形成されると、石英ガラス体は、好ましくは、それが形成されているときのガラス溶融物の温度よりも少なくとも１０００℃低い温度、例えば少なくとも１５００℃又は少なくとも１８００℃、特に好ましくは１９００～１９５０℃に冷却される。石英ガラス体は、好ましくは５００℃未満、例えば２００℃未満又は１００℃未満又は５０℃未満の温度、特に好ましくは２０～３０℃の範囲の温度に冷却される。
一実施形態によれば、得られた石英ガラス体は、化学的、熱的又は機械的処理からなる群から選択される少なくとも１つの手段によって処理されてもよい。
石英ガラス体は、好ましくは化学的に後処理される。後処理は、既に形成された石英ガラス体の処理に関する。原則として、石英ガラス体を化学的に後処理することは、当業者に公知である、石英ガラス体の表面の化学構造若しくは組成、又はその両方を変化させるのに適していると思われる任意の手段を意味すると解釈される。化学的後処理は、好ましくは、フッ素化合物による処理及び超音波洗浄からなる群から選択される少なくとも１つの手段を含む。
当該フッ素化合物は、特にフッ化水素及びフッ酸、例えばフッ化水素酸であり得る。液体は、好ましくは、３５～５５重量％の範囲、好ましくは３５～４５重量％の範囲のフッ素化合物の含有量を有し、ここで、重量％は、各場合において総流体含有量に基づく。１００重量％の残りは通常は水である。選択される水は、好ましくは完全脱塩水又は脱イオン水である。
超音波洗浄は、好ましくは流体浴中で、特に好ましくは洗剤の存在下で行われる。超音波洗浄の場合、フッ化水素酸又はフッ化水素などのフッ素化合物は一般に使用されない。
石英ガラス体の超音波洗浄は、好ましくは、以下の条件のうちの少なくとも１つ、例えば少なくとも２つ、又は少なくとも３つ、又は少なくとも４つ、又は少なくとも５つ、特に好ましくはすべてで行われる：
－超音波洗浄が連続プロセスで行われる。
－超音波洗浄システムが、パイプによって互いに接続された少なくとも６つのチャンバを有する。
－各チャンバ内の石英ガラス体の滞留時間を設定することができる。各チャンバ内の石英ガラス体の滞留時間が、好ましくは同じである。各チャンバにおける滞留時間が、好ましくは１～１２０分の範囲、例えば５分未満又は１～５分又は２～４分又は６０分未満又は１０～６０分又は２０～５０分であり、特に好ましくは５～６０分の範囲である。
－第１のチャンバが、好ましくは水及び塩基を含有するベース媒体と、超音波洗浄剤とを含有する。
－第３のチャンバが、好ましくは水及び酸を含有する酸性媒体と、超音波洗浄剤とを含む。
－石英ガラス体が、第２のチャンバ及び第４～第６のチャンバにおいて、水、好ましくは脱塩水で洗浄される。
－第４～第６のチャンバが、水、好ましくは脱塩水によるカスケードとして動作される。水は、好ましくは第６のチャンバ内にのみ注入され、第６のチャンバから第５のチャンバ内に流れ、第５のチャンバから第４のチャンバ内に流れる。
石英ガラス体は、好ましくは熱的に後処理される。石英ガラス体を後処理することは、原則として、石英ガラス体の形態若しくは構造、又はその両方に影響を及ぼすことによって石英ガラス体を変化させるのに適していると思われる、当業者が知っている任意の手段を意味すると解釈される。熱的後処理は、好ましくは、焼戻し、ラミング、膨張、延伸、溶接又はそれらの２つ以上の組み合わせからなる少なくとも１つの手段を含む。好ましくは、熱的後処理は、材料を除去する目的なしに行われる。
焼戻しは、好ましくは、石英ガラス体を炉内で、好ましくは９００～１３００℃の範囲、例えば９００～１２５０℃又は１０４０～１３００℃の範囲、特に好ましくは１０００～１０５０℃又は１２００～１３００℃の範囲の温度に加熱することによって行われる。熱処理は、好ましくは、１時間を超えて連続的に１３００℃の温度を超えず、特に好ましくは、１３００℃の温度は、熱処理全体の間のどの時点においても超えない。焼戻しは、原則として、減圧下、常圧下又は加圧下、好ましくは減圧下、特に好ましくは真空中で行うことができる。
好ましくは、ラミングは、石英ガラス体を好ましくは約２１００℃の温度に加熱し、次いで回転運動中に、好ましくは約６０ｒｐｍの回転速度で石英ガラス体を再成形することによって行われる。ロッドの形態の石英ガラス体は、例えば、ラミングによって円筒として再成形され得る。
好ましくは、石英ガラス体にガスを吹き込むことによって石英ガラス体を膨張させることができる。例えば、石英ガラス体を膨張させて大型パイプを形成することができる。このために、石英ガラス体は、好ましくは約２１００℃の温度に好ましくは加熱され、次いで回転運動中に、好ましくは約６０ｒｐｍの回転速度で加熱され、内部空間は、好ましくは約１００ｍｂａｒまでの規定され制御された内圧でガスフラッシュされる。大型パイプは、少なくとも５００ｍｍの外径を有する大型パイプを意味すると解釈される。
石英ガラス体は、好ましくは石英ガラス体を好ましくは約２１００℃の温度に加熱し、次いで制御された延伸速度で石英ガラス体を所望の外径に延伸することによって、好ましくは延伸することができる。ライトチューブは、例えば石英ガラス体から作製することができる。
石英ガラス体は、好ましくは機械的に後処理される。石英ガラス体の後処理は、原則として、石英ガラス体を２つ以上のピースに分割する研磨手段によって石英ガラス体の設計を変更するのに適していると思われる、当業者が知っている任意の手段を意味すると解釈される。特に、機械的後処理は、研削、穿孔、ホーニング、鋸引き、ウォータービーム切断、レーザービーム切断、サンドブラスト粗面化又はそれらの２つ以上の組み合わせからなる群から選択される少なくとも１つの手段を含む。
石英ガラス体は、好ましくは、これらの手段の組み合わせで、例えば、化学的後処理と熱的後処理との組み合わせで、又は化学的後処理と機械的後処理との組み合わせで、又は熱的後処理と機械的後処理との組み合わせで、特に好ましくは、化学的後処理と熱的後処理と機械的後処理との組み合わせで処理される。更に好ましくは、石英ガラス体は、各場合において互いに独立して、上記の手段のうちの１つ以上に供され得る。
更なる実施形態によれば、プロセスは、以下の任意選択のプロセスステップを含むことができる：
ｖｉｉｉ．）石英ガラス体から少なくとも１つの開口部を有する中空体を形成するステップ。
形成された中空体は、内形及び外形を有する。「内形」とは、断面で見た中空体の内縁の形状を意味すると解釈される。中空体の断面の内形及び外形は、同じであっても異なっていてもよい。中空体の内形及び外形の断面は、円形、楕円形、又は３つ以上の角、例えば４つ、５つ、６つ、７つ又は８つの角を有する多角形であってもよい。
断面の外形は、好ましくは、中空体の断面の内形に対応する。特に好ましくは、中空体は、断面において円形の内形及び円形の外形を有する。
別の実施形態において、中空体の内形及び外形は互いに異なっていてもよい。中空体は、好ましくは、断面において円形の外形と多角形の内形とを有する。特に好ましくは、中空体は、断面において円形の外形と六角形の内形とを有する。
中空体の長さは、好ましくは１００～１００００ｍｍ、例えば１０００～４０００ｍｍ、特に好ましくは１２００～２０００ｍｍである。
中空体は、好ましくは、０．８～５０ｍｍの範囲、例えば１～４０ｍｍ又は２～３０ｍｍ又は３～２０ｍｍの範囲、特に好ましくは４～１０ｍｍの範囲の壁厚を有する。
中空体は、好ましくは２．６～４００ｍｍ、例えば３．５～４５０ｍｍの範囲、特に好ましくは５～３００ｍｍの範囲の外径を有する。
中空体は、好ましくは１～３００ｍｍ、例えば５～２８０ｍｍ又は１０～２００ｍｍの範囲、特に好ましくは２０～１００ｍｍの範囲の内径を有する。
中空体は、１つ以上の開口部を含む。中空体は、好ましくは１つの開口部を含む。中空体は、好ましくは偶数個の開口部、例えば２、４、６、８、１０、１２、１４、１６、１８又は２０の開口部を含む。中空体は、好ましくは２つの開口部を含む。中空体は、好ましくはパイプである。中空体のこの形態は、ライトガイドが１つのコアのみを含む場合に特に好ましい。中空体は、２つよりも多くの開口部を含むことができる。開口部は、好ましくは、石英ガラス体の端部において互いに対向する対である。例えば、石英ガラス体の各端部は、２つ、３つ、４つ、５つ、６つ、７つ又は７つ超の開口部、特に好ましくは５つ、６つ又は７つの開口部を有する。好ましい形態は、例えば、パイプ、ツインパイプ、すなわち２つの平行なチャネルを有するパイプ、マルチチャネルロッド、すなわち２つよりも多い平行なダクトを有するパイプである。
中空体は、原則として、当業者が知っている任意の手段によって形成することができる。中空体は、好ましくはノズルによって形成される。ノズルは、好ましくは、その開口部の中心に、形成時にガラス溶融物を抜き取るデバイスを含む。中空体は、例えばガラス溶融物から形成することができる。
中空体は、ノズルを使用して後処理することにより形成することができる。適切な後処理は、原則として、中実体を用いて中空体を作製するために当業者が知っているありとあらゆるプロセス、例えば、ラミングダクト、穿孔、ホーニング又は研削である。特に好ましい後処理は、中実体を１つ以上のマンドレル上に通すことであり、それによって中空体が形成される。また、マンドレルを中実体に挿入して中空体を形成することもできる。中空体は、好ましくは、形成された後に冷却される。
形成されると、中空体は、好ましくは５００℃未満の温度、例えば２００℃未満又は１００℃未満又は５０℃未満、特に好ましくは２０～３０℃の範囲の温度に冷却される。
本発明の第２の課題は、第１の課題に記載された方法の１つによって得ることができる石英ガラス体である。これに対応して、ステップｉ．）～ｖｉｉ．）が最初に行われる石英体を作製するためのプロセスも知られている。
一実施形態において、一実施形態における石英ガラス体、第２の課題の石英ガラス体は、第１の課題に従って得ることができる石英ガラス体と同様に、第２の課題に従って得ることができる石英ガラス体は、以下の特性のうちの少なくとも１つ、好ましくは２つ以上～すべてを有する：
Ａ］６０ｐｐｍ未満の塩素含有量；
Ｂ］２００ｐｐｂ未満のアルミニウム含有量；
Ｃ］５×１０１９／ｃｍ３未満、例えば０．１×１０１５～３×１０１５／ｃｍ３の範囲、特に好ましくは０．５×１０１５～２．０×１０１５／ｃｍ３の範囲のＯＤＣ含有量；
Ｄ］５ｐｐｍ未満の、Ｓｉ、Ｏ、Ｈ、Ｃ以外の原子の含有量；
Ｅ］ｌｏｇ１０（η（１２５０℃）／ｄＰａｓ）＝１１．４～ｌｏｇ１０（η（１２５０℃）／ｄＰａｓ）＝１２．９、又はｌｏｇ１０（η（１３００℃）／ｄＰａｓ）＝１１．１～ｌｏｇ１０（η（１３００℃）／ｄＰａｓ）＝１２．２、又はｌｏｇ１０（η（１３５０℃）／ｄＰａｓ）＝１０．５～ｌｏｇ１０（η（１３５０℃）／ｄＰａｓ）＝１１．５の範囲の粘度（ｐ＝１０１３ｈＰａ）；
Ｆ］１０－４未満の屈折率均質性；
Ｇ］円筒形；
Ｈ］１００ｐｐｂ未満、４０ｐｐｂ未満、又は１０ｐｐｂ未満、又は５ｐｐｂ未満のタングステン含有量；
Ｉ］１００ｐｐｂ未満、４０ｐｐｂ未満、又は１０ｐｐｂ未満、又は５ｐｐｂ未満のモリブデン含有量であって、ここで、ｐｐｂ及びｐｐｍの両方は、任意の時点における石英ガラス体の総重量に基づく、モリブデン含有量。
本発明の第３の課題は、以下のステップを含むライトガードを作製するためのプロセスである：
Ａ／本発明の第２の課題若しくはその実施形態のうちの１つによる石英ガラス体、又は本プロセスの第１の課題によるプロセスによる、特に第１の課題によるプロセスステップｉ．）～ｖｉｉ．）を実施することによる石英ガラス体、を提供するステップであって、
石英ガラス体は、少なくとも１つの開口部を有する中空体を与えるように最初に加工される、ステップ；
Ｂ／前駆体を維持しながら、少なくとも１つの開口部を通して石英ガラス体に１つ以上のコアロッドを挿入するステップ；
Ｃ／ステップＢ／からの前駆体に関して熱延伸して、１つ以上のコア及びジャケットＭ１を有するライトガイドを得るステップ。
ステップＡ／
ステップＡ／で提供される石英ガラス体は、好ましくは、本発明の第１及び第２の課題の特性を特徴とする。この石英ガラス体は、特に、本発明の第１の課題によるプロセスステップｉ．）～ｖｉｉ．）を実施することによって得ることができる。石英ガラス体は、少なくとも１つの開口部を有する中空体を与えるように再成形することもできる。このようにして得られた石英ガラス体もまた、第５の課題による特性を有する。
ステップＢ／
１つ以上のコアロッドが、石英ガラス体の少なくとも１つの開口部を通して挿入される（ステップＢ／）。本発明に関連して、コアロッドは、ジャケット、例えばＭ１ジャケット内に設けられ、ライトガイドに加工される物体を意味する。コアロッドは、石英ガラスのコアを有する。コアロッドは、好ましくは、石英ガラスのコアと、第１のジャケット層Ｍ０を囲むコアとを含む。
各コアロッドは、石英ガラス体に適合するように選択された形状を有する。コアロッドの外形は、好ましくは石英ガラス体の開口部の形状に対応する。特に好ましくは、石英ガラス体はチューブであり、コアロッドは円形断面を有するロッドである。
コアロッドの直径は、中空体の内径よりも小さい。コアロッドの直径は、好ましくは中空体の内径よりも０．１～３ｍｍ小さく、例えば０．３～２．５ｍｍ小さく、又は０．５～２ｍｍ小さく、又は０．７～１．５ｍｍ小さく、特に好ましくは０．８～１．２ｍｍ小さい。
コアロッドの直径に対する石英ガラス体の内径の比は、好ましくは２：１～１．０００１：１の範囲、例えば１．８：１～１．０１：１の範囲、又は１．６：１～１．００５：１の範囲、又は１．４：１～１．０１：１の範囲、特に１．２：１～１．０５：１の範囲である。
コアロッドによって充填されていない石英ガラス体の内側の領域は、好ましくは、少なくとも１つの更なる成分、例えば二酸化ケイ素粉末又は二酸化ケイ素造粒物で充填される。
石英ガラス体内のコアロッドを少なくとも１つの更なる石英ガラス体に挿入することも可能であり、更なる石英ガラス体は、石英ガラス体の内径よりも小さい外径を有する。石英ガラス体に挿入されたコアロッドは、２つ以上の更なる石英ガラス体、例えば３つ又は４つ又は５つ又は６つ以上の更なる石英ガラス体中に既にあってもよい。
このようにして１つ以上の石英ガラス体を用いて得ることができる石英ガラス体は、以下で「前駆体」と呼ばれる。
ステップＣ／
前駆体は熱延伸される（ステップＣ／）。このようにして得られた製品は、１つ以上のコアと少なくとも１つのジャケットＭ１とを有するライトガイドである。
前駆体の延伸は、好ましくは１～１００ｍ／ｈの範囲の速度で、例えば２～５０ｍ／ｈ又は３～３０ｍ／ｈの範囲の速度で行われる。特に好ましくは、石英ガラス体の延伸は、５～２５ｍ／ｈの範囲の速度で行われる。
延伸は、好ましくは２５００℃までの温度、例えば１７００～２４００℃の範囲の温度、特に好ましくは２１００～２３００℃の範囲の温度で行われる。
前駆体は、好ましくは、外部から前駆体を加熱する炉を通して導かれる。
前駆体は、好ましくは、ライトガイドの所望の厚さが達成されるまで延ばされるか、又は「伸長される」。前駆体は、好ましくは、ステップＡ／で提供される石英ガラス体の長さに基づいて、その長さの１，０００～６，０００，０００倍、例えば、その長さの１０，０００～５００，０００倍、又はその長さの３０，０００～２００，０００倍に伸長される。特に好ましくは、前駆体は、ステップＡ／における石英ガラス体の長さに基づいて、その長さの１００，０００～１０，０００，０００倍、例えばその長さの１５０，０００～５，８００，０００倍、又はその長さの１６０，０００～６４０，０００倍、又はその長さの１，４４０，０００～５，７６０，０００倍、又はその長さの１，４４０，０００～２，５６０，０００倍に伸長される。
前駆体の直径は、好ましくは、各場合においてステップＡ／で提供される石英ガラス体の直径に基づいて、１００～３，５００の範囲、例えば３００～３，０００又は４００～８００又は１，２００～２，４００又は１，２００～１，６００の範囲の倍率で前駆体を伸長させることによって減少される。
光導波路とも呼ばれるライトガイドは、電磁放射、特に光をガイド又は誘導するのに適した任意の材料を含むことができる。
放射を誘導すること又は導くことは、放射の強度を本質的に妨害又は減衰させることなく、ライトガイドの長手方向延長部にわたって放射を延長することを意味し、放射は、ライトガイドの一端を介してガイドに入力される。ライトガイドは、好ましくは１７０～５０００ｎｍの波長範囲の電磁放射をガイドする。好ましくは、ライトガイドは、各場合において０．１～１０ｄＢ／ｋｍの波長範囲の放射を減衰させる。ライトガイドは、好ましくは、最大５０Ｔｂｉｔ／ｓの伝送速度を有する。
ライトガイドは、好ましくは６ｍ超のカールパラメータを有する。本文脈において、カールパラメータは、ファイバー、例えば、外部から力が作用することなく自由に移動可能なファイバーに固定されるライトガイド又はジャケットＭ１の曲げ半径を意味すると解釈される。
ライトガイドは、好ましくは屈曲可能に設計される。本発明の意味において、「屈曲可能」とは、ライトガイドが２０ｍｍ以下、例えば１０ｍｍ以下、特に好ましくは５ｍｍ以下の曲げ半径によって特徴付けられることを意味する。曲げ半径は、ライトガイドを破損することなく、且つライトガイドの放射をガイドする能力に影響を及ぼすことなく形成することができる最も狭い半径を意味する。「影響を与える」とは、ライトガイドを曲げることによって、ガイドされる光を０．１ｄＢよりも大きく減衰させることを意味する。減衰は、好ましくは１５５０ｎｍの基準波長で示される。
ライトガイドは、好ましくは細長い形状を有する。ライトガイドの形状は、長手方向の伸長Ｌ及びその断面Ｑによって規定される。ライトガイドは、好ましくは、その長手方向の伸長Ｌに沿って丸い外壁を有する。ライトガイドの断面Ｑは、常に、ライトガイドの外壁に対して直角な平面において規定される。ライトガイドがその長手方向Ｌにおいてくの字形である場合、断面Ｑは、ライトガイドの外壁上の点における接線に対して直角に決定される。ライトガイドは、好ましくは、０．０４～１．５ｍｍの範囲の直径ｄＬを有する。ライトガイドは、好ましくは、１ｍ～１００ｋｍの範囲の長さを有する。
ライトガイドは、１つ以上のコア、例えば、１つのコア又は２つのコア又は３つのコア又は４つのコア又は５つのコア又は６つのコア又は７つのコア又は７つよりも多いコア、特に好ましくは１つのコアを有することができる。ライトガイドを通ってガイドされる電磁放射の９０％超、例えば９５％超、特に好ましくは９８％超がコア内に導かれる。光は、ライトガイドについて既に述べた「好ましい」波長範囲のうちの１つでコア内を搬送される。コアの材料は、好ましくは、ガラス若しくは石英ガラス又は両方の組み合わせからなる群から選択され、特に好ましくは石英ガラスである。コアは、互いに独立して、同じ材料又は異なる材料からなることができる。すべてのコアは、好ましくは同じ材料、特に好ましくは石英ガラスからなる。
各コアは、好ましくは円形の断面ＱＫを有し、長さＬＫの長手方向形状を有する。コアの断面ＱＫは、任意の更なるコアの断面ＱＫとは無関係である。コアの断面ＱＫは、同じであっても異なっていてもよい。すべてのコアの断面ＱＫは、好ましくは同じである。コアの断面ＱＫは、コア及び／又はライトガイドの外壁に対して直角な平面において常に決定される。コアがその長手方向の延長においてくの字形である場合、断面ＱＫは、そのコアの外壁上の点における接線に対して直角に決定される。コアの長さＬＫは、更なる各コアの長さＬＫとは無関係である。コアの長さＬＫは、同じであっても異なっていてもよい。すべてのコアの長さＬＫは、好ましくは同じである。各コアは、好ましくは１ｍ～１００ｋｍの範囲の長さＬＫを有する。各コアは、直径ｄＫを有する。１つのコアの直径ｄＫは、更なる各コアの直径ｄＫとは無関係である。コアの直径ｄＫは、同じであっても異なっていてもよい。すべてのコアの直径ｄＫは、好ましくは同じである。各コアの直径ｄＫは、０．１～１０００μｍ、例えば０．２～１００μｍ又は０．５～５０μｍ、特に好ましくは１～３０μｍの範囲である。
各コアは、最大コア伸長に対して直角に延びる少なくとも１つの屈折率を有する。「屈折率変化」という用語は、屈折率が一定であるか、又は最大コア伸長に対して直角に変化することを意味する。好ましい屈折率プロファイルは、同心屈折率プロファイル、例えば、より低い屈折率を有する更なる範囲によって接続されるコアの中心に最大屈折率を有する第１の範囲が存在する同心屈折率プロファイルに対応する。各コアは、好ましくは、その長さＬＫにわたって屈折率を１つだけ有する。コアの屈折率プロファイルは、更なる各コアの屈折率プロファイルとは無関係である。コアの屈折率分布は、同じであっても異なっていてもよい。すべてのコアの屈折率プロファイルは、好ましくは同じである。原則として、コアが多数の異なる屈折率の経路を有することも可能である。
最大コア延長部に対して直角に延びる各屈折率は、最大屈折率ｎＫを有する。最大コア延長部に対して直角に延びる各屈折率は、更に低い屈折率を有することもできる。屈折率プロファイルの最低屈折率は、好ましくは、屈折率プロファイルの最大屈折率ｎＫよりも０．５を超えて小さくない。屈折率プロファイルの最低屈折率は、屈折率プロファイルの最大屈折率ｎＫよりも好ましくは０．０００１～０．１５、例えば０．０００２～０．１、特に好ましくは０．０００３～０．０５小さい。
コアは、好ましくは１．４０～１．６０の範囲、例えば１．４１～１．５９の範囲、特に好ましくは１．４２～１．５８の範囲の屈折率ｎＫを有し、これは基準波長λｒ＝５８９ｎｍ（ナトリウムＤ線）、温度２０℃、標準圧力ｐ＝１０１３ｈＰａで測定される（詳細については試験方法のセクションを参照されたい）。コアの屈折率ｎＫは、更なる各コアの屈折率ｎＫとは無関係である。コアの屈折率ｎＫは、同じであっても異なっていてもよい。すべてのコアの屈折率ｎＫは、好ましくは等しい。
ライトガイドの各コアは、好ましくは、１．９～２．５ｇ／ｃｍ３の範囲、例えば２．０～２．４ｇ／ｃｍ３の範囲、特に好ましくは２．１～２．３ｇ／ｃｍ３の範囲の密度を有する。コアは、各場合においてコアの総重量に基づいて、好ましくは１００ｐｐｂ未満、例えば２０ｐｐｂ未満又は５ｐｐｂ未満、特に好ましくは１ｐｐｂ未満の残留水分を有する。コアの密度は、更なる各コアの密度とは無関係である。コアの密度は等しくても異なっていてもよい。すべてのコアの密度は、好ましくは等しい。
ライトガイドが１つ以上のコアを有する場合、各コアは、更なるコアとは無関係に上記の特性を有する。すべてのコアが同じ特性を有することが好ましい。
本発明によれば、コアは、少なくとも１つのジャケットＭ１によって囲まれている。ジャケットＭ１は、好ましくはコアの全長にわたってコアを囲む。ジャケットＭ１は、好ましくは、外表面の少なくとも９５％、例えば少なくとも９８％又は少なくとも９９％、特に好ましくは１００％、すなわちコアの外壁全体を囲む。ジャケットＭ１は、好ましくは、コアをそれらの端部（各々の最後の１～５ｃｍ）まで完全に囲む。これは、コアを機械的影響から保護するのに役立つ。
ジャケットＭ１は、コアの断面ＱＫの途中の点Ｐよりも低い屈折率を有する二酸化ケイ素を含有する任意の材料を含むことができる。これは、好ましくは、コアＱＫの断面の途中の少なくとも１つの点であり、この点はコアの中心にある。更に好ましくは、コアの断面ＱＫの途中の点Ｐは、コアにおいて屈折率ｎＫｍａｘの最大値を有する点である。ジャケットＭ１は、好ましくは、コアの断面Ｑの途中の少なくとも１つの点において、コアの屈折率ｎＫよりも少なくとも０．０００１小さい屈折率ｎＭ１を有する。ジャケットＭ１は、好ましくは、コアの屈折率ｎＫよりも０．０００１～０．５小さい範囲、例えば０．０００２～０．４小さい範囲、特に好ましくは０．０００３～０．３小さい範囲にある屈折率ｎＭ１を有する。
ジャケットＭ１は、好ましくは、０．９～１．５９９の範囲、例えば１．３０～１．５９の範囲、特に好ましくは１．４０～１．５７の範囲の屈折率ｎＭ１を有する。ジャケットＭ１は、好ましくは、一定の屈折率ｎＭ１を有するライトガイドの領域を形成する。一定の屈折率を有する範囲は、屈折率がこの範囲内の平均屈折率ｎＭ１から０．０００１を超えて変化しない領域を意味すると解釈される。
ライトガイドは、原則として、更なるジャケットを含むことができる。更なるジャケットの少なくとも１つ、好ましくはそれらのうちの２つ以上又はすべては、特に好ましくは、各コアの屈折率ｎＫよりも小さい屈折率を有する。ライトガイドは、好ましくは、ジャケットＭ１を囲む１つ、２つ、３つ、４つ、又は４つを超えるジャケットを有する。ジャケットＭ１を囲む更なるジャケットは、好ましくは、ジャケットＭ１の屈折率ｎＭ１よりも小さい屈折率を有する。
ライトガイドは、好ましくは、コアを包囲し、ジャケットＭ１によって囲まれる、すなわちコアとジャケットＭ１との間に位置する、１つ又は２つ又は３つ又は４つ又は４つを超える更なるジャケットを有する。更に好ましくは、コアとジャケットＭ１との間にある更なるジャケットは、ジャケットＭ１の屈折率ｎＭ１よりも大きい屈折率を有する。
ライトガイドのコアの屈折率は、好ましくは、最も外側のジャケットに向かって減少する。屈折率は、コアから最も外側のジャケットへと段階的に又は着実に減少することができる。屈折率は、異なるセクションにおいて減少することができる。更に好ましくは、屈折率は、少なくとも１つのセクションにおいて段階的に減少し、少なくとも１つの他のセクションにおいて着実に減少することができる。段差は、同じ高さであってもよいし、異なる高さであってもよい。屈折率が上昇する部分の間で屈折率が減少する部分を設けることも十分に可能である。
異なるジャケットの異なる屈折率は、ジャケットＭ１、更なるジャケット及び／又はコアをドープすることによって設定されてもよい。
コアは、それがどのように作られるかに応じて、それが作られるときに既に第１のジャケット層Ｍ０を有していてもよい。このコアに直接隣接するこのジャケット層は、一体ジャケット層と呼ばれることもある。ジャケット層Ｍ０は、ジャケットＭ１及び存在する場合には更なるジャケットよりもコアの中心点の近くに位置する。ジャケット層Ｍ０は、通常、光及び／又は放射線をガイドするようには機能しない。むしろ、ジャケット層Ｍ０は、放射線がコア内に留まり、そこで搬送されることを確実にするのに役立ち、したがって、コア内でガイドされる放射線は、好ましくは、コアからジャケット層Ｍ０への移行部で反射される。コアからジャケット層Ｍ０へのこの移行は、好ましくは、屈折率の変化によって特徴付けられる。ジャケット層Ｍ０の屈折率は、好ましくは、コアの屈折率ｎＫよりも小さい。ジャケット層Ｍ０は、好ましくは、コアと同じ材料を含むが、添加剤を付与されるか又は含むことによって、コアよりも低い屈折率を有する。
好ましくは、少なくともジャケットＭ１は二酸化ケイ素を含み、好ましくは以下の特性のうちの１つ以上又はすべてを有する：
ａ）５ｐｐｍ未満、特に好ましくは１ｐｐｍ未満のＯＨ含有量；
ｂ）２００ｐｐｍ未満、好ましくは１００ｐｐｍ未満、例えば８０ｐｐｍ未満、特に好ましくは６０ｐｐｍ未満の塩素含有量；
ｃ）２００ｐｐｂ未満、好ましくは１００ｐｐｂ未満、例えば８０ｐｐｂ未満、特に好ましくは６０ｐｐｂ未満のアルミニウム含有量；
ｄ）５×１０１５／ｃｍ３未満、例えば０．１×１０１５～３×１０１５／ｃｍ３の範囲、特に好ましくは０．５×１０１５～２．０×１０１５／ｃｍ３の範囲のＯＤＣ成分；
ｅ）１ｐｐｍ未満、例えば０．５ｐｐｍ未満、特に好ましくは０．１ｐｐｍ未満の、アルミニウム以外の金属の金属含有量；
ｆ）ｌｏｇ１０（η（１２５０℃）／ｄＰａｓ）＝１１．４～ｌｏｇ１０（η（１２５０℃）／ｄＰａｓ）＝１２．９、又はｌｏｇ１０（η（１３００℃）／ｄＰａｓ）＝１１．１～ｌｏｇ１０（η（１３００℃）／ｄＰａｓ）＝１２．２、又はｌｏｇ１０（η（１３５０℃）／ｄＰａｓ）＝１０．５～ｌｏｇ１０（η（１３５０℃）／ｄＰａｓ）＝１１．５の範囲の粘度（ｐ＝１０１３ｈＰａ）；
ｇ）６ｍ超のカールパラメータ；
ｈ）１×１０－４未満の屈折率均質性；
ｉ）１１５０～１２５０℃の範囲、特に好ましくは１１８０～１２２０℃の範囲の変態点Ｔｇ、
ここで、ｐｐｂ及びｐｐｍは、各場合においてジャケットＭ１の総重量に基づく。
ジャケットは、好ましくは、１×１０－４未満の屈折率均質性を有する。屈折率均質性は、試料、例えばジャケットＭ１又は石英ガス体中の各点における屈折率の、試料中で決定されたすべての試料のすべての屈折率の平均に基づく最大変動を意味する。平均は、少なくとも７つの測定点の屈折率を用いて計算される。
ジャケットＭ１は、好ましくは、各場合においてジャケットＭ１の総重量に基づいて、１０００ｐｐｂ未満、例えば５００ｐｐｂ未満、特に好ましくは１００ｐｐｂ未満のアルミニウム以外の金属の金属含有量を有する。しかしながら、ジャケットＭ１は、多くの場合、少なくとも１ｐｐｂの量のアルミニウム以外の金属の含有量を有する。このような金属は、例えば、ナトリウム、リチウム、カリウム、マグネシウム、カルシウム、ストロンチウム、ゲルマニウム、銅、モリブデン、チタン、鉄及びクロムである。これらは、例えば、元素として、イオンとして、又は分子若しくはイオン若しくは錯体の一部として存在してもよい。
ジャケットＭ１は、更なる成分を含むことができる。ジャケットＭ１は、好ましくは、５ｐｐｍ未満、例えば４．５ｐｐｍ未満、特に好ましくは４ｐｐｍ未満の更なる成分を含み、ここで、ｐｐｍは、各場合においてジャケットＭ１の総重量に基づく。更なる元素は、例えば、炭素、フッ素、ヨウ素、臭素及びリンを含むことができる。これらは、例えば、元素として、イオンとして、又は分子若しくはイオン若しくは錯体の一部として存在してもよい。しかしながら、ジャケットＭ１は、多くの場合、少なくとも１ｐｐｂの量のＳｉ、Ｏ、Ｈ、Ｃ、Ｃｌ以外の原子の含有量を有する。
ジャケットＭ１は、好ましくは、各場合においてジャケットＭ１の総重量に基づいて、５ｐｐｍ未満、例えば４ｐｐｍ未満又は３ｐｐｍ未満、特に好ましくは２ｐｐｍ未満の炭素含有量を有するが、ジャケットＭ１は、好ましくは、少なくとも１ｐｐｂの炭素を含有する。
ジャケットＭ１は、好ましくは、各場合において均質に分布した量のＯＨ、Ｃｌ及び／又はＡｌを含有する。
ライトガイドの一実施形態において、ジャケットＭ１は、各場合においてジャケットＭ１及びコアの総重量に基づいて、少なくとも８０重量％、例えば少なくとも８５重量％、特に好ましくは少なくとも９０重量％の重量成分を有する。ジャケットＭ１は、ジャケットＭ１、コア、及びジャケットＭ１とコアとの間に位置する更なるジャケットの総重量に基づいて、好ましくは少なくとも８０重量％、例えば少なくとも８５重量％、特に好ましくは少なくとも９０重量％の重量成分を有する。ジャケットＭ１は、好ましくは、各場合においてライトガイドの総重量に基づいて、少なくとも８０重量％、例えば少なくとも８５重量％、特に好ましくは少なくとも９０重量％の重量成分を有する。
ジャケットＭ１は、好ましくは２．１～２．３ｇ／ｃｍ３の範囲、特に好ましくは２．１８～２．２２ｇ／ｃｍ３の範囲の密度を有する。
更なる態様は、以下のステップを含むプロセスによって得ることができるライトガイドに関する：
Ａ／本発明の第３の課題による石英ガラス体、又は第１の課題によるプロセスによって得ることができる石英ガラス体を提供するステップであって、石英ガラス体が、少なくとも１つの開口部を有する中空体に最初に加工される、ステップ；
Ｂ／少なくとも１つの開口部を通して石英ガラス体に１つ以上のコアロッドを挿入して前駆体を得るステップ；
Ｃ／ステップＢ／からの前駆体を熱で延伸して、１つ以上のコア及びジャケットＭ１を有するライトガイドを得るステップ。
ステップＡ／、Ｂ／及びＣ／は、好ましくは、第４の課題に記載された特性を特徴とする。
ライトガイドは、好ましくは、第３の課題に関連して記載された特性を特徴とする。
本発明の第４の課題は、以下のステップを含む発光体を作製するためのプロセスに関する：
（ｉ）本発明の第２の課題による石英ガラス体、又は第１の課題によるプロセスによって、特に第１の課題によるプロセスステップｉ．）～ｖｉｉ．）を実施することによって得ることができる石英ガラス体を提供するステップであって、石英ガラス体が最初に加工されて中空体が得られるステップ；
（ｉｉ）任意選択で、中空体に電極を取り付けるステップ；
（ｉｉｉ）中空体にガスを充填するステップ。
ステップ（ｉ）
石英ガラス体は、ステップ（ｉ）において提供される。ステップ（ｉ）で提供された石英ガラス体は、最初に加工されて、少なくとも１つの開口部、例えば１つの開口部又は２つの開口部又は３つの開口部又は４つの開口部、特に好ましくは１つの開口部又は２つの開口部を含む中空体が得られる。
第１の課題による方法に従って得ることができる石英ガラス体は、好ましくは、ステップ（ｉ）のために提供される。石英ガラス体は、好ましくは、第１又は第２の課題の過程で記載した特性を有する。
第４の課題に従って石英ガラス体を加工するために考慮され得る２つ以上の選択肢が存在する。
石英ガラス体を１つの開口部を有する中空体に加工することは、原則として、１つの開口部を有する中空ガラス体を作製するのに適している、当業者が知っているありとあらゆるプロセスによって行うことができる。適切なプロセスは、例えば、プレス、ブローイング、吸引又はそれらの組み合わせを含むプロセスである。例えば一緒に溶融するために１つの開口部を閉じることによって、１つの開口部を有する中空体を形成することも可能である。
中空体は、各場合において中空体の総重量に基づいて、好ましくは９８～１００重量％の範囲、例えば９９．９～１００重量％の範囲、特に好ましくは最大１００重量％の量で二酸化ケイ素を含有する材料を含む。
中空体が作られる材料は、好ましくは、以下の特性のうちの少なくとも１つ、好ましくは１つよりも多く、好ましくは２つ、又は好ましくはすべてを有する：
ＨＫ１．材料の総重量に基づいて、好ましくは９５重量％超、例えば９７重量％超、特に好ましくは９９重量％超の二酸化ケイ素含有量；
ＨＫ２．２．１～２．３ｇ／ｃｍ３の範囲、特に好ましくは２．１８～２．２２ｇ／ｃｍ３の範囲の密度；
ＨＫ３．中空体内で発生する光の量に基づいて、１０～１００％の範囲、例えば３０～９９．９９％の範囲、特に好ましくは５０～９９．９％の範囲の３５０～７５０ｎｍの可視範囲の少なくとも１つの波長における透光性；
ＨＫ４．５００ｐｐｍ未満、例えば４００ｐｐｍ未満、特に好ましくは３００ｐｐｍ未満のＯＨ含有量；
ＨＫ５．２００ｐｐｍ未満、好ましくは１００ｐｐｍ未満、例えば８０ｐｐｍ未満、特に好ましくは６０ｐｐｍ未満の塩素含有量；
ＨＫ６．２００ｐｐｂ未満、例えば１００ｐｐｂ未満、特に好ましくは８０ｐｐｂ未満のアルミニウム含有量；
ＨＫ７．５ｐｐｍ未満、例えば４．５ｐｐｍ未満、特に好ましくは４ｐｐｍ未満の炭素含有量；
ＨＫ８．５×１０１９／ｃｍ３未満のＯＤＣ成分；
ＨＫ９．１ｐｐｍ未満、例えば０．５ｐｐｍ未満、特に好ましくは０．１ｐｐｍ未満の、アルミニウム以外の金属の金属含有量；
ＨＫ１０．ｌｏｇ１０η（１２５０℃）＝１１．４～ｌｏｇ１０η（１２５０℃）＝１２．４及び／又はｌｏｇ１０η（１３００℃）＝１１．１～ｌｏｇ１０η（１３５０℃）＝１１．７及び／又はｌｏｇ１０η（１３５０℃）＝１０．５～ｌｏｇ１０η（１３５０℃）＝１１．１の範囲の粘度（ｐ＝１０１３ｈＰａ）；
ＨＫ１１．１１５０～１２５０℃の範囲、特に好ましくは１１８０～１２２０℃の範囲の変態点Ｔｇ；
ここで、ｐｐｍ及びｐｐｂは、各場合において中空体の総質量に基づく。
ステップ（ｉｉ）
ガスを充填する前に、ステップ（ｉ）からの中空体に電極、好ましくは２つの電極を取り付ける。電極は、好ましくは電源に接続される。電極は、好ましくはランプスタンドに接続される。
電極材料は、好ましくは金属の群から選択される。原則として、酸化、腐食、溶融又は別の形で影響を受けない任意の金属を電極材料として選択することができる。電極材料は、好ましくは、鉄、モリブデン、銅、タングステン、レニウム、金及び白金からなる群から選択されるか、又はそれらの少なくとも２つであり、タングステン、モリブデン又はレニウムが好ましい。
ステップ（ｉｉｉ）
ステップ（ｉ）で提供され、必要に応じてステップ（ｉｉ）で電極が取り付けられた中空体は、ガスで充填される。
充填は、充填に適した、当業者が知っているありとあらゆるプロセスによって行うことができる。ガスは、好ましくは、少なくとも１つの開口部によって中空体に供給される。
中空体は、好ましくは、ガスを充填する前に、好ましくは２ｍｂａｒ未満の圧力まで排気される。次いで、ガスを注入して中空体をガスで充填する。これらのステップは、空気、特に酸素による汚染を最小限に抑えるために繰り返すことができる。これらのステップは、好ましくは少なくとも２回、例えば少なくとも３回又は少なくとも４回、特に好ましくは少なくとも５回、空気などの他のガス、特に空気による汚染物質の量が十分に少なくなるまで繰り返される。このアプローチは、開口部を有する中空体を充填するために特に好ましい。
中空体が２つ以上の開口部を有する場合、中空体は、好ましくは、開口部の１つを通して充填される。ガスが充填される前に中空体内に存在する空気は、少なくとも１つの更なる開口部を通って漏出することができる。ガスは、他のガス、特に酸素による汚染物質の量が十分に少なくなるまで中空体を通過する。
中空体は、好ましくは不活性ガス又は２つ以上の不活性ガスの組み合わせ、例えば窒素、ヘリウム、ネオン、アルゴン、クリプトン、キセノン又はそれらの２つ以上の組み合わせ、特に好ましくはクリプトン、キセノン又は窒素とアルゴンとの組み合わせで充填される。発光体の中空体のための更なる好ましい充填剤は、重水素及び水銀である。
充填されると、中空体は、好ましくは、ガス封止され、更なる加工中にガスが漏出しないように、更なる加工中に外部から空気が侵入しないように、あるいはその両方が行われる。封止は、溶融又はシールの貼付によって行われてもよい。適切なシールは、例えば、中空体上に溶融される石英ガラスシール、又はランプスタンドである。中空体は、好ましくは溶融によって閉じられる。
発光体は、中空体と、必要に応じて電極とを含む。発光体は、好ましくは、以下の特性のうちの少なくとも１つ、例えば少なくとも２つ又は少なくとも３つ又は少なくとも４つ、特に少なくとも５つを有する：
Ｉ．）０．１ｃｍ３～１０ｍ３の範囲、例えば０．３ｃｍ３～８ｍ３の範囲、特に好ましくは０．５ｃｍ３～５ｍ３の範囲の体積；
ＩＩ．）１ｍｍ～１００ｍの範囲、例えば３ｍｍ～８０ｍの範囲、特に好ましくは５ｍｍ～５０ｍの範囲の長さ；
ＩＩＩ．）２～３６０°の範囲、例えば１０～３６０°の範囲、特に好ましくは３０～３６０°の範囲の放出角度；
ＩＶ．）１４５ｎｍ～４０００ｎｍの波長範囲、例えば１５０ｎｍ～４５０ｎｍ又は８００ｎｍ～４０００ｎｍの範囲、特に好ましくは１６０ｎｍ～２８０ｎｍの範囲の発光；
Ｖ．）１ｍＷ～１００ｋＷの範囲、特に好ましくは１ｋＷ～１００ｋＷの範囲、又は１～１００ワットの範囲の出力。
更なる態様は、以下のステップを含む方法によって得ることができる発光体に関する：
（ｉ）本発明の第２の課題による石英ガラス体、又は第１の課題によって、特にプロセスステップｉ．）～ｖｉｉ．）を実施することによって得ることができる石英ガラス体を調製するステップであって、石英ガラス体が最初に中空体に加工されるステップ；
（ｉｉ）任意選択で、中空体に電極を取り付けるステップ；
（ｉｉｉ）中空体にガスを充填するステップ。
ステップ（ｉ）、（ｉｉ）及び（ｉｉｉ）は、好ましくは、第７の課題の過程で記載した特性を特徴とする。
発光体は、好ましくは、第７の課題の過程で記載した特性を特徴とする。
本発明の第５の課題は、以下のステップを含む成形体を作製するためのプロセスに関する：
（１）本発明の第２の課題による石英ガラス体、又は第１の課題に従って、特に第１の課題によるプロセスステップｉ．）～ｖｉｉ．）を実施することによって得ることができる石英ガラス体を提供するステップ；
（２）石英ガラス体を成形して成形体を得るステップ。
ステップ１）において提供される石英ガラス体は、本発明の第２の課題による石英ガラス体であるか、又は本発明の第１の課題による方法によって得ることができる石英ガラス体である。提供される石英ガラス体は、好ましくは、第１又は第２の課題の特性を有する。
ステップ（２）
ステップ（１）において提供される石英ガラス体を形成するために、当業者が知っており、石英ガラスを形成するのに適しているありとあらゆるプロセスが考慮され得る。石英ガラス体は、好ましくは、第１、第４及び第５の課題の過程で記載したように成形体とされる。成形体は、更に好ましくは、ガラスブロワーに公知の方法によって形成されてもよい。
成形体は、原則として、石英ガラスから形成可能な任意の形態を取ることができる。好ましい成形体は、例えば以下のものである：
－円形ピストン及び直立ピストンのような少なくとも１つの開口部を有する中空体、
－このような中空体のためのアタッチメント及びクロージャ、
－シェル及びボート（又はウェハキャリアフレーム）のようなオープン製品、
－開放式及びロッ式の設計両方があるるつぼ、
－金属シート及び窓、
－キュベット、
－チューブ及び中空シリンダー、例えば反応チューブ、プロファイルチューブ、矩形チャンバ、
－例えば、円形又は角付き、対称又は非対称設計のバー、ロッド及びブロック、
－片側又は両側が封止された管及び中空円筒、
－ドーム及びベル、
－フランジ、
－レンズ及びプリズム、
－溶接部品、
－湾曲部品、例えば、凸面又は凹面及び金属シート、湾曲ロッド及びチューブ。
一実施形態によれば、成形体は、形成後に処理されてもよい。ここで、原則として、石英ガラス体の仕上げに適している、第１の課題の過程で記載したすべての方法が考慮され得る。成形体は、好ましくは機械的に、例えば、穿孔、ホーニング、外部研削、破砕又は伸長によって加工されてもよい。
更なる態様は、以下のステップを含む方法によって得ることができる成形体に関する：
（１）本発明の第２の課題による石英ガラス体、又は本発明の第１の課題による方法によって、特に第１の課題に従ってプロセスステップｉ．）～ｖｉｉ．）を実施することによって得ることができる石英ガラス体を提供するステップ；
（２）石英ガラス体を成形して成形体を得るステップ。
ステップ（１）及び（２）は、好ましくは、第８の課題の過程で記載した特性を特徴とする。
成形体は、好ましくは、第８の課題の過程で記載した特性を特徴とする。
本発明の第６の課題は、基材上にコーティングを生成する方法であって、以下のステップを含む方法である：
｜Ａ｜第１の課題又はその実施形態の１つに従って得ることができる二酸化ケイ素懸濁液及び基剤を提供するステップ；
｜Ｂ｜二酸化ケイ素懸濁液のコーティングを基材に適用するステップであって、
コーティングが基材上に形成される、ステップ。
ステップ｜Ａ｜で提供される二酸化ケイ素懸濁液は、本発明の第１の課題によるプロセスによって得ることができる。二酸化ケイ素懸濁液は、第１の課題において記載した実施形態に関連して記載した実施形態に対応する更なる特性を有することができる。
ステップＢにおける適用は、原則として、コーティングを作製するのに適した任意のプロセスによって行うことができ、基材の少なくとも一部を二酸化ケイ素懸濁液でコーティングする。
更なる実施形態において、適用は、二酸化ケイ素懸濁液を基材上に堆積させること、又は二酸化ケイ素懸濁液中に基材を浸漬すること、又は両方の形態の組み合わせであり得る。二酸化ケイ素懸濁液の堆積による適用は、例えばスピンコーティング、浸潤、キャスティング、滴下、注入、噴霧、レーキング、コーティング、又は、例えば計量ポンプ若しくはインクジェットを介した印刷、シルクスクリーン、凹版、オフセット若しくはバッファー印刷によって基材上に行われる。二酸化ケイ素懸濁液は、０．０１μｍ～２５０μｍの範囲、例えば０．１μｍ～５０μｍの範囲の湿潤膜厚で適用することができる。
堆積は、更に、使用される二酸化ケイ素懸濁液が、好都合な手段を介して基材に適用されることを意味すると解釈される。これは、異なる好都合な手段によって行うことができる。従って、基材に適用される二酸化ケイ素懸濁液は、ノズルを通して噴霧され得るか、スリットノズルを通して注入又は堆積され得る。他の適切な方法は、カーテンキャスティング及びスピンコーティングである。二酸化ケイ素懸濁液は、例えばロール又はローラーを介して基材の表面に適用することもできる。既知の噴霧及び／又は注入プロセスは、例えば、マイクロドージング又はノズルを介したデジタル印刷である。これは、堆積のために使用される二酸化ケイ素懸濁液を使用して行うことができるか、又は二酸化ケイ素懸濁液を単に基材上に滴下する。
浸漬の場合、基材は二酸化ケイ素懸濁液中の浴を通して引き出すことができる。基材が単に部分的にコーティングされる場合、二酸化ケイ素懸濁液中でコーティングされる表面のみを浸漬し、必要に応じて再び引き上げることができ、これは例えば浸漬コーティングで実施される。異なるコーティング厚さを達成するために、浸漬を繰り返し使用することができる。コーティングの厚さは、二酸化ケイ素懸濁液の粘度及び固形分成分によって設定することもできる。二酸化ケイ素懸濁液の湿潤層厚さは、このようにして、０．５～１０００μｍの範囲、好ましくは５～２５０μｍの範囲、特に好ましくは１０～１００μｍの範囲で二酸化ケイ素懸濁液を適用することによって達成することができる。
この後に、場合によっては、コーティングの液体成分を減少させるステップ［Ｃ］が続くが、必ずしもそうである必要はない。ステップ｜Ｃ｜は、コーティングの液体成分が、コーティングの総重量に基づいて、設定点に達するか又は設定値未満に低下するまで行われる。この設定点は、例えば、１０重量％、５重量％、２重量％、又は０．２重量％であってもよく、ここで、重量％は、各場合においてコーティングの総重量に基づく。原則として、層の液体成分を減少させるのに適していると思われる、当業者が知っているありとあらゆる方法、特に、加熱乾燥、ガス又はガス混合物でコーティングを覆うことによる乾燥、低下された周囲圧力で液体を蒸発させること、例えば水の場合にはマイクロ波で液体の分子運動を励起することなどからなる群から選択される少なくとも１つを考慮することができる。当該方法の２つ以上の組み合わせも考慮することができ、この組み合わせは、空間的及び／又は時間的に同時であるか、空間的及び／又は時間的に連続するか、又は空間的及び／又は時間的に重複するように設計することができる。本文脈において、重複とは、１つの方法が、先行する方法が完了する前であっても開始され得ることを意味する。
本発明を、図面を参照して以下に説明する。図面は縮尺どおりではなく、本発明を限定することを意図しない。
図１は、フローチャート（石英ガラス体の作製方法）を示す図である。 図２は、フローチャートの変形例（石英ガラス体の作製方法）を示す図である。 図３は、第１、第２及び第３のフィルタ段の３つのフィルタ段を有する第１のフィルタ配置を示す図である。 図４は、噴霧塔の概略図を示す。 図５は、炉内の吊り下げ式るつぼの概略図を示す。 図６は、炉内の固定式るつぼの概略図を示す。 図７は、露点測定デバイスを備えたるつぼの概略図を示す。 図８は、フローチャート（成形体の作製方法）を示す図である。 図９は、例示的な提示ａ）ステップｉｉｉ．）前のスラリー中の粒径分布、ｂ）ステップｉｉｉ．）における分散後の前駆体懸濁液を示す図である。 図１０は、高温石英ガラス体の例：ａ）気泡が多い、ｂ）気泡が少ない、ｃ）気泡が非常に多い（発泡ガラス）を示す図である。 図１１は、石英ガラス試料中のタングステン汚染物質の比較：ａ）、ｂ）高温ガラス体、ａ）タングステンでひどく汚染されている、ｂ）タングステン汚染物質なし、ｃ）凍結ツインガラス管上のタングステン変色を示す図である。 図１２は、ａ）未濾過の二酸化ケイ素懸濁液から；ｂ）本発明による濾過された二酸化ケイ素懸濁液から作製された造粒物から溶融物が形成された凍結石英ガラス試料の比較を示す図である。 図１３は、石英ガラス試料の蛍光を評価するための配置の略図を示す。
図１は、少なくとも以下のステップを含む、本発明による石英ガラス体を作製するための方法１００のステップ１０１～１０７を含むフローチャートを示す：（ｉ）二酸化ケイ素粒子の粉末と液体とを提供するステップ１０１；（ｉｉ）粉末を液体と混合することによってスラリーを提供するステップ；（ｉｉｉ）スラリーを超音波で処理して前駆体懸濁液を得るステップ１０３；（ｉｖ）前駆体懸濁液の少なくとも一部を、二酸化ケイ素懸濁液が得られる第１の多段フィルタデバイスに通すステップ（１０４）；ｖ．）二酸化ケイ素懸濁液から二酸化ケイ素造粒物を形成するステップ；ｖｉ．）炉内で二酸化ケイ素造粒物からガラス溶融物を形成するステップ；ｖｉｉ．）ガラス溶融物の少なくとも一部から石英ガラス体を形成するステップ。
ステップｉｉｉ．）におけるスラリーの処理は、二酸化ケイ素粒子の少なくとも一部を粉砕して、いわゆる前駆体懸濁液を得ることを含む。ステップｉｖ．）における第１の多段フィルタデバイスは、少なくとも第１、第２及び第３のフィルタ段を有するように設計され、第２のフィルタ段は第１のフィルタ段の下流にあり、第３のフィルタ段は第２のフィルタ段の下流にある。各フィルタ段は少なくとも１つのフィルタを含む。ステップｖ．）は造粒を含み、ここで、二酸化ケイ素造粒物は、二酸化ケイ素粒子中に含まれる二酸化ケイ素粒子よりも大きい粒径を有する。図１に記載された方法において、二酸化ケイ素以外のケイ素成分は、プロセスステップ（図示せず）の少なくとも１つにおいて添加される。
炉は溶融炉を含む。これは、吊り下げ式及び固定式の両方の溶融炉として設計することができる（図５及び図６を参照されたい）。炉及び／又は溶融るつぼはまた、少なくとも１つのガス出口を有するが、一般にガス入口も有し、それによって炉内に存在する雰囲気に影響を与えることができる。この詳細な説明、特に、炉から出るときにガスの露点を測定するときのプロセスの詳細な説明については、図５、６及び７を参照されたい。
ステップ１０６における溶融は、好ましくは還元性の水素化雰囲気中で行われる。ステップ１０７において、石英ガラス体が形成される。ここで、石英ガラス体の形成は、好ましくは、ガラス溶融物の少なくとも一部をるつぼから取り出し、それを冷却することによって行われる。それは、るつぼの下端のノズルを介して除去することができる。この場合、石英ガラス体の形状は、ノズルの設計によって決定することができる。例えば、中実体を得ることができる。中空体は、例えば、マンドレルがノズルにも設けられている場合に得られる。例として示される石英ガラス体を作製するためのこの方法、特にステップ１０７は、好ましくは連続的に行われる。ステップ１０７の代替として、固体石英ガラス体は、任意の下流ステップ１０８において形成され得る。
図２は、図１と同じ方法を示す。二酸化ケイ素以外のケイ素成分２１０が、ステップｉ．）２０１、ｉｉ．）２０２又はステップｖ．）２０５の間に添加され、後者の場合、好ましくは造粒物を形成する前である。ケイ素成分２１０はまた、２つ又は３つすべてのステップの間に、すなわち、１つよりも多くの部分で添加され得る。
図３は、各々が第１のフィルタ３０１、第２のフィルタ３０２及び第３のフィルタ３０３を有する３つのフィルタ段を含む概略的なフィルタ構成を示す。これらは下流に配置されている。
図４は、二酸化ケイ素を噴霧造粒するための噴霧塔１１００の好ましい実施形態を示す。噴霧塔１１００は、二酸化ケイ素粉末及び液体を含有する加圧スラリーが噴霧塔に供給される供給口１１０１を含む。ラインの端部にはノズル１１０２があり、それを通してスラリーが噴霧塔に微細に分配されて供給される。ノズルは、好ましくは、スラリーがノズルデバイスの方向に微細な液滴として噴霧塔に噴霧され、次いで重力によって駆動されて湾曲して落下するように、上向きの角度に向けられている。噴霧塔の上端にはガス入口１１０３がある。ガス入口１１０３を通してガスを注入することにより、スラリーがノズル１１０２から出る方向と反対のガス流を作り出す。噴霧塔１１００はまた、スクリーニングデバイス１１０４及び篩デバイス１１０５を含む。スクリーニングデバイス１１０４は、規定された粒径よりも小さく、排出口（ｏｕｔｐｕｔ）１１０６を介して除去される粒子を吸引する。スクリーニングデバイス１１０４の吸引強度は、吸引される粒子の粒径に応じて調節することができる。篩デバイス１１０５は、規定された粒径を超える粒子を濾過し、それらは出口１１０７を介して除去される。篩デバイス１１０５の篩透過率は、吸引される粒子の粒径に応じて選択することができる。残りの粒子、所望の粒径の二酸化ケイ素造粒物は、出口１１０８を介して除去される。
図５は、吊り下げ式るつぼを備えた炉８００の好ましい実施形態を示す。るつぼ８０１は、炉８００内に吊り下げて配置される。るつぼ８０１は、その上部領域にサスペンション８０２を有し、固体入口８０３及び出口としてノズル８０４を有する。るつぼ８０１は、固体入口８０３を介して二酸化ケイ素造粒物８０５で充填される。動作中、るつぼ８０１の上部領域に二酸化ケイ素造粒物８０５が存在し、るつぼ８０１の下部領域にガラス溶融物８０６が存在する。るつぼ８０１は、るつぼ壁８１０の外側に配置された発熱素子８０７によって加熱することができる。炉はまた、発熱素子８０７と炉外壁８０８との間に断熱層８０９を有する。絶縁層８０９とるつぼ壁８１０との間の空間は、ガスで充填することができ、そのためにガス入口８１１及びガス出口８１２を有する。石英ガラス体８１３は、ノズル８０４を介して炉から取り出すことができる。
図６は、固定式るつぼを備えた炉９００の好ましい実施形態を示す。るつぼ９０１は、炉９００内に立設されている。るつぼ９０１は、固定面９０２、固体入口９０３及び出口としてのノズル９０４を有する。るつぼ９０１は、入口９０３を介して二酸化ケイ素造粒物９０５で充填される。動作中、るつぼ９０１の上部領域に二酸化ケイ素造粒物９０５が存在し、るつぼ９０１の下部領域にガラス溶融物９０６が存在する。るつぼ９０１は、るつぼ壁９１０の外側に配置された発熱素子９０７によって加熱することができる。炉はまた、発熱素子９０７と炉外壁９０８との間に断熱層９０９を有する。絶縁層９０９とるつぼ壁９１０との間の空間は、ガスで充填することができ、そのためにガス入口９１１及びガス出口９１２を有する。石英ガラス体９１３は、ノズル９０４を介してるつぼ９０１から取り出すことができる。
図７は、溶融るつぼ１４００を示す。るつぼは、固体入口１４０１及び出口１４０２を有する。動作中、二酸化ケイ素造粒物１４０３は、るつぼ１４００の上部領域に円錐状にあり、一方、るつぼの下部領域にはガラス溶融物１４０５が存在する。るつぼ１４００は、ガス入口１４０６及びガス出口１４０７を有する。ガス入口１４０６及びガス出口１４０７は、二酸化ケイ素造粒物１４０３の円錐コーン１４０４の上方に配置される。ガス出口１４０７は、ガスライン１４０８と、出てくるガスの露点を測定するためのデバイス１４０９とを含む。デバイス１４０９は、例えば露点レベル湿度計（ここでは図示せず）を含む。るつぼと露点を測定するためのデバイス１４０９との間の距離は、変動し得る。石英ガラス体１４１０は、るつぼ１４００の出口１４０２を介して取り出すことができる。
図８は、成形体を作製するための方法のステップ４０１及び４０２を含むフローチャートを示す。第１のステップ４０１において、石英ガラス体、好ましくは図１に示されるように作製された石英ガラス体が提供される。このような石英ガラス体は、中実又は中空の石英ガラス体であってもよい。ステップ４０１で提供される固体石英ガラス体から、成形体が第２のステップ４０２で形成される。
図９のグラフａ）は、例として、本方法が基づく水中の二酸化ケイ素粉末のスラリーの粒径分布を示す。このグラフは、１μｍ未満の粒径の十分にスラリー化された二酸化ケイ素粒子の量だけでなく、１～５μｍ及び１０～１００μｍの範囲の一連の凝集体も示す。グラフｂ）は、グラフａ）におけるような二酸化ケイ素スラリーを分散させることによって得られた二酸化ケイ素懸濁液の粒径分布を示す。ここで、すべての粒子が分散される。１μｍ超の粒径を有する二酸化ケイ素粒子は示されなかった。その後の濾過を通して、二酸化ケイ素粒子の図５ｂ）からの粒径分布が残る。しかしながら、二酸化ケイ素以外の粒子は分離される。
図１０は、溶融炉から約１ｍ取り出した後の（高温）ガラス体の比較画像を示し、ここで、ａ）未濾過の二酸化ケイ素懸濁液から形成された溶融物を使用し、ｂ）使用された溶融物（ｓｍｅｌｔ）が本発明による濾過された二酸化ケイ素懸濁液の造粒物であったガラス体であり、ｃ）使用された溶融物が実施例１５－４におけるような造粒物であったガラス体、すなわち、熱分解法ケイ酸の懸濁液を濾過前にボールミル（酸化ジルコニウムボール及びポリウレタンコーティングカップ）で処理したガラス体であった。
図１１は、タングステン汚染物質を含むガラス体の比較画像を示す。画像ａ）及びｂ）は、溶融るつぼから約１ｍ取り出した後の高温ガラス体を示す。画像ａ）は、タングステンで汚染されたガラス体であり、縞及び変色が見られる。画像ｂ）は、タングステン汚染などがないガラス体を示す。画像ｃ）は、例として、２本の冷却されたツインガラス管を示す。左側のガラス管は透明であるが、より暗く見える。色調は、比較的均質なタングステン汚染に基づく。右側のガラス管はこのような汚染物質を含まない。それは透明であり、可視範囲で非吸収性である。
図１２は、２つの異なる冷却された石英ガラス体を示す。画像ａ）の石英ガラス体は、本発明に従って処理されていない二酸化ケイ素粒子の懸濁液から作製された。それは多量のより大きな気泡を含む。画像ｂ）の石英ガラス体は、本発明に従って処理された二酸化ケイ素懸濁液に基づいて作製された。気泡はほとんど見られない。
図１３は、石英ガラス試料の蛍光を決定するための配置の略図を示す。試料１３０１は、ＵＶランプ１３０３からのＵＶ光で、観察者の視線１３０２に対して９０°の角度（α）で、黒い背景の前の暗室において照射される。ＵＶランプから試料までの距離は１ｃｍ未満である。試料は、ＵＶ光が進む方向に１０ｍｍの長さを有する。
試験方法
ａ．ＯＨ含有量
ガラスのＯＨ含有量は、Ｄ．Ｍ．Ｄｏｄｄ ａｎｄ Ｄ．Ｍ．Ｆｒａｓｅｒ「Ｏｐｔｉｃａｌ Ｄｅｔｅｒｍｉｎａｔｉｏｎｓ ｏｆ ＯＨ ｉｎ Ｆｕｓｅｄ Ｓｉｌｉｃａ」（Ｊ．Ａ．Ｐ．３７，３９９１（１９６６））に記載されている方法を用いて、赤外分光法によって決定される。そこに述べられている機器の代わりに、ＦＴＩＲ（フーリエ変換赤外分光計、現在はＰｅｒｋｉｎ Ｅｌｍｅｒ社のＳｙｓｔｅｍ ２０００）が使用される。原則として、スペクトルは、約３６７０ｃｍ－１での吸収帯及び約７２００ｃｍ－１での吸収帯の両方で分析することができる。使用される帯域は、ＯＨ吸収による透過損失が１０～９０％であるという規則に基づいて選択される。
ｂ．酸素欠乏中心（ＯＤＣ）
定量的証明として、ＭｃＰｈｅｒｓｏｎ，Ｉｎｃ．（ＵＳＡ）によるＶＵＶＡＳ ２０００モデル真空ＵＶ分光計を使用して、厚さ１～２ｍｍの透過試料を測定することによって、１６５ｎｍでのＯＤＣ（Ｉ）吸収を決定する。
この場合、以下が適用される：
（式中、
Ｎ＝欠陥濃度［１／ｃｍ３］
α＝ＯＤＣ（Ｉ）バンドの光吸収［１／ｃｍ、ベースｅ］
σ＝有効断面積［ｃｍ２］）
ここで、有効断面積σ＝７．５×ｌ０－１７ｃｍ３が使用される（Ｌ．Ｓｋｕｊａ，「Ｃｏｌｏｒ Ｃｅｎｔｅｒｓ ａｎｄ Ｔｈｅｉｒ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎｓ ｉｎ Ｇｌａｓｓｙ ＳｉＯ２」，Ｌｅｃｔｕｒｅｓ ｏｆ ｔｈｅ ｓｕｍｍｅｒ ｓｃｈｏｏｌ「Ｐｈｏｔｏｓｅｎｓｉｔｉｖｉｔｙ ｉｎ ｏｐｔｉｃａｌ ｗａｖｅｇｕｉｄｅｓ ａｎｄ ｇｌａｓｓｅｓ」，Ｖｉｔｚｎａｕ，Ｓｗｉｔｚｅｒｌａｎｄ，Ｊｕｌｙ １３－１８ １９９８）。
ｃ．元素分析
ｃ－１）固体試料を粉砕し、次いで、約２０ｇの試料をＨＦ耐性容器に入れ、ＨＦで完全に覆い、１００℃で１時間熱処理する。冷却されたら、酸を捨て、試料を最も純粋な水で数回洗浄する。次いで、容器を乾燥キャビネット内でプローブと共に乾燥させる。
約２ｇの固体試料（破砕した材料、上記のように洗浄；直接前処理していないダストなど）をＨＦ耐性ロッキング容器に入れ、１５ｍｌのＨＦ（５０重量％）を添加する。ロッキング容器をロックし、固体試料が完全に溶解するまで１００℃で熱処理する。次いで、ロッキング容器を開け、溶液が完全に蒸発するまで１００℃で更に熱処理する。その間に、ロッキング容器を３×１５ｍｌの超純水で満たす。１ｍｌのＨＮＯ３をロッキング容器に添加して、分離された汚染物質を溶解し、超純水で１５ｍｌまで満たす。これで試験溶液の準備が整う。
ｃ－２）ＩＣＰ－ＭＳ／ＩＣＰ－ＯＥＳの測定
ＯＥＳ又はＭＳのどちらを使用するかは、予想される元素濃度に依存する。典型的なＭＳ決定閾値は、ＭＳでは約１ｐｐｂであり、ＯＥＳでは約１０ｐｐｂである（各場合において秤量された試料の量に基づく）。それは各元素ごとに若干異なる。試験機器を用いた元素濃度の決定は、機器製造業者の指示に従って行われ（ＩＣＰ－ＭＳ：Ａｇｉｌｅｎｔ ７５００ ｃｅ；ＩＣＰ－ＯＥＳ：Ｐｅｒｋｉｎ Ｅｌｍｅｒ ７３００ ＤＶ）、較正用の認証された標準液が使用される。次いで、機器が溶液（１５ｍｌ）中で決定する元素濃度を、使用した試料（２ｇ）の重量に外挿する。
注：酸、容器、水及び機器は、証明される元素濃度を決定するのに十分に純粋でなければならない。次いで、これを、石英ガラスを含まないブラインド試料を接続することによって再チェックする。
この手段によって決定された元素は以下のとおりである：Ｌｉ、Ｎａ、Ｍｇ、Ｋ、Ｃａ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｈｆ、Ｚｒ、Ｔｉ、Ｖ、Ｎｂ、Ｗ、Ｍｏ、Ａｌ。
ｃ－３）ステップｃ－１）のように試料を調製せず、１５ｍｌの液体試料をロッキング容器に入れ、秤量した元の量に外挿せずに、液体試料を上記のように測定する。
分析した元素に応じたＩＣＰ－ＭＳ及び／又はＩＣＰ－ＭＳの正確な決定閾値を以下の表に示す：
ｄ．液体密度の決定
液体密度は、液体及びその成分に対して不活性である試験容器中に正確に規定された体積の液体を秤量することによって決定され、ここで、空の重量及び充填された容器の重量が測定される。密度は、２つの重量測定値の差を秤量した液体の体積で割ることによって得られる。
ｅ．フッ化物の証拠の試験
１５ｇの石英ガラス試料を粉砕し、硝酸中で処理して７０℃の温度で洗浄する。次いで、試料を超純水で数回リンスし、次いで乾燥させる。これから、２ｇの試料をニッケルるつぼに秤量し、１０ｇのＮａ２ＣＯ３及び０．５ｇのＺｎＯで覆う。るつぼをＮｉカバーで覆い、１０００℃で１時間アニールする。次いで、ニッケルるつぼを水で充填し、溶融物ケーキが完全に溶解するまで沸騰させる。溶液を２００ｍｌ試験管に移し、最もきれいな水で２００ｍｌまで満たす。未溶解成分を分離した後、３０ｍｌを採取し、１００ｍｌ試験管に移し、０．７５ｍｌの酢酸及び６０ｍｌのＴＩＳＡＢを添加し、最も純粋な水で満たす。試験溶液を１５０ｍｌのガラスビーカーに移す。
試験溶液のフッ化物含有量は、製造業者の指示に従って、予想される濃度範囲に適したイオン感受性（フッ化物）電極及びディスプレイユニット、この場合、フッ化物イオン選択性電極及びＷｉｓｓｅｎｓｃｈａｆｔｌｉｃｈ－Ｔｅｃｈｎｉｓｃｈｅ Ｗｅｒｋｓｔａｅｔｔｅｎ ＧｍｂＨ社のｐＭＸ ３０００／ｐＨ／ＩＯＮに対するＲ５０３／Ｄを有する参照電極Ｆ－５００によって決定される。石英ガラス中のフッ化物濃度は、溶液中のフッ化物濃度、希釈係数及び秤量から計算される。
ｆ．塩素の証拠の試験（≧６０ｐｐｍ）
１５ｇのガラス試料を粉砕し、硝酸中で約７０℃で処理して清浄化する。次いで、試料を最も純粋な水で数回リンスし、次いで乾燥させる。これから、２ｇの試料を圧力容器のＰＴＦＥインサートに入れ、１５ｍｌのＮａＯＨ（ｃ＝１０ｍｏｌ／ｌ）を添加し、ＰＴＦＥカバーで閉じ、圧力容器に入れる。これを密封し、約１５５℃で２４時間処理する。冷却後、ＰＴＦＥインサートを取り出し、溶液を１００ｍｌ試験管に完全に移す。ここで、１０ｍｌのＨＮＯ３（６５重量％）及び１５ｍｌの酢酸緩衝液を添加し、冷却させ、最も純粋な水で１００ｍｌにする。試験溶液を１５０ｍｌのガラスビーカーに移す。試験溶液は５～７の範囲のｐＨ値を有するべきである。
試験溶液からの塩化物含有量の決定は、製造業者の指示に従って、予想される濃度範囲に適したイオン感受性（塩化物）電極及びディスプレイ機器、この場合、タイプＣｌ－５００電極及びＷｉｓｓｅｎｓｃｈａｆｔｌｉｃｈ－Ｔｅｃｈｎｉｓｃｈｅ Ｗｅｒｋｓｔａｅｔｔｅｎ ＧｍｂＨ社によるｐＭＸ ３０００／ｐＨ／ＩＯＮに対するタイプＲ－５０３／Ｄ参照電極によって行われる。
ｇ．塩素含有量（＜６０ｐｐｍ）
＜６０ｐｐｍ～０．１ｐｐｍの石英ガラス塩素含有量は、中性子放射化分析（ＮＡＡ）によって決定される。このために、各々直径３ｍｍ及び長さ１ｃｍの３つの穿孔サンプルを取り出す。これらを、分析されるべき研究所、この場合は、ヨハネス・グーテンベルク大学マインツの核化学研究所に送る。試料から塩素汚染物質を除去するために、現場で測定直前にのみ試料をＨＦ浴中で十分に洗浄することが研究機関と合意されている。各ボアを数回測定する。次いで、研究機関は結果及びボアを送り返す。
ｈ．光学特性
石英ガラス試料からの透過率は、Ｐｅｒｋｉｎ Ｅｌｍｅｒによる市販のマトリックス又はＦＴＩＲ分光計（Ｌａｍｂｄａ ９００［１９０～３０００ｎｍ］又はＳｙｓｔｅｍ ２０００［１０００～５０００ｎｍ］）を用いて決定される。セクションは、必要とされる試験範囲によってガイドされる。
絶対透過率を決定するために、試料体を平行平面研磨し（表面粗さＲＭＳ＜０．５ｎｍ）、すべての残留物が研磨除去されたら、超音波処理によって表面からすべての残留物を除去する。試料の厚さは１ｃｍである。汚染、ドープなどによる強い透過損失が予想される場合、機器の試験範囲内に留まるように、より厚い又はより薄い試料を選択しなければならない。試料の厚さとして、放射線によってアーチファクトがわずかに試料に現れる程度の厚さ（測定された長さ）が選択され、同時に十分に検出可能な効果を測定する。
その不透明度を測定するために、試料を照射線中のウルブリヒト球の前に置く。不透明度は、そのように測定された透過率値Ｔを使用して、式：Ｏ＝１／Ｔ＝Ｉ０／Ｉに従って計算される。
ｉ．チューブ又はバーにおける屈折率及び屈折率分布
ロッド／バーの屈折率分布は、Ｙｏｒｋ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｌｔｄ．プリフォームプロファイラーＰ１０２又はＰ１０４によって特性決定することができる。このために、ロッドを測定チャンバに挿入し、測定チャンバを密封する。次いで、測定チャンバを、試験波長６３３ｎｍで屈折率を有する浸漬油で満たすが、この屈折率は、最外ガラス層を通る６３３ｎｍでの屈折率と非常に類似している。次いで、レーザービームが放射方向に試験チャンバを通過する。測定チャンバの後方（放射方向）には、屈折角（測定チャンバへの照射対測定チャンバから放出される放射）を決定する検出器が取り付けられる。ロッドの屈折率分布が対称であると仮定すると、屈折率の直径方向の推移は、逆アベル変換によって再構築することができる。これらの計算は、機器メーカーのＹｏｒｋのソフトウェアを使用して行う。
上記の説明と同様に、Ｙｏｒｋ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｌｔｄ．プリフォームプロファイラーＰ１０４を使用して試料の屈折率を決定する。等方性試料であっても、屈折率分布を測定すると、屈折率は１つの値しか得られない。
ｊ．炭素含有量
二酸化ケイ素造粒物及び二酸化ケイ素粉末の表面炭素含有量の定量測定は、Ｌｅｃｏ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ（米国）によるＲＣ６１２炭素分析器を使用して、すべての表面炭素汚染物質（ＳｉＣを除く）を酸素で酸化して二酸化炭素にすることによって行う。このために、４．０ｇの試料を秤量し、石英ガラス金属シート片に入れて炭素分析器に挿入する。試料を純酸素でフラッシュし、９００℃で１８０秒間加熱する。ここで形成されたＣＯ２は、炭素分析器の赤外線検出器によって記録される。これらの測定条件下での検出閾値の証拠は、≦１ｐｐｍ（重量ｐｐｍ）炭素である。
上記の炭素分析器におけるこの分析に適した石英ガラス金属シート片は、ＬＥＣＯ Ｎｏ．７８１－３３５を備えたＬＥＣＯ分析器用の消耗品として、この場合、Ｄｅｓｌｉｓ Ｌａｂｏｒｈａｎｄｅｌ，Ｆｌｕｒｓｔｒａｓｓｅ ２１，Ｄ－４０２３５ Ｄｕｅｓｓｅｌｄｏｒｆ，Ｇｅｒｍａｎｙ，Ｄｅｓｌｉｓ ｎｏ．ＬＱ－１３０ＸＬから入手可能である。このような金属シート片は、約２５ｍｍ／６０ｍｍ／１５ｍｍの幅／長さ／高さ寸法を有する。石英ガラス金属シート片に試料材料を半分の高さまで充填する。二酸化ケイ素粉末については、１．０ｇの試料材料を秤量することができる。その場合、検出下限は＜１重量ｐｐｍ炭素である。同じ石英ガラス金属シート片に、同じ充填高さで、最大４ｇの二酸化ケイ素造粒物を秤量することができる（５０～５００μｍの範囲の平均粒径）。この場合、下限検出閾値は、約０．１重量ｐｐｍ炭素である。試料の測定面積積分が空の試料の測定面積積分の３倍を超えない場合、より低い検出閾値に達する（空の試料＝上記のプロセスであるが、空の石英ガラス金属シート片を用いる）。
ｋ．カールパラメータ
カールパラメータ（「繊維カール」とも呼ばれる）は、ＤＩＮ ＥＮ ６０７９３－１－３４：２００７－０１（ＩＥＣ規格６０７９３－１－３４：２００６のドイツ版）に従って決定され、付録ＡのセクションＡ．２．１、Ａ．３．２及びＡ．４．１（「極値技術」）に記載されている方法に従って測定される。
ｌ．減衰
減衰は、ＤＩＮ ＥＮ ６０７９３－１－４０：２００１（ＩＥＣ ６０７９３－１－４０：２００１、ドイツ版）に従って決定され、付録に記載されている方法（「カットバック法」）に従って波長λ＝１５５０ｎｍで測定される。
ｍ．スラリー及び懸濁液の粘度
スラリーを、脱塩水（Ｄｉｒｅｃｔ－Ｑ ３ＵＶ、Ｍｉｌｌｉｐｏｒｅ、水質：１８．２ｍΩｃｍ）で３０重量％固形分の濃度に設定する。次いで、粘度を、Ａｎｔｏｎ－Ｐａａｒ ＭＣＲ１０２で測定し、５回転／分（ｒｐｍ）で粘度を測定し、２３℃の温度及び１０１３ｈＰａの空気圧で測定する。懸濁液のための手順は全く同じである。
ｎ．チキソトロピー及びレオペクシー
－ｎ１．チキソトロピー
スラリー又は懸濁液を、脱塩水（Ｄｉｒｅｃｔ－Ｑ ３ＵＶ、Ｍｉｌｌｉｐｏｒｅ、水質１８．２ｍΩｃｍ）で３０重量％固形分の濃度に設定する。次いで、チキソトロピーを、ボール－金属シート構成を有するＡｎｔｏｎ－Ｐａａｒ ＭＣＲ１０２を使用して決定する。このために、粘度を５ｒｐｍ及び５０ｒｐｍで測定する。第１及び第２の値の商は、チキソトロピー指数を与える。測定値は２３℃の温度で測定される。
－ｎ２．レオペクシー
スラリー又は懸濁液を、脱塩水（Ｄｉｒｅｃｔ－Ｑ ３ＵＶ、Ｍｉｌｌｉｐｏｒｅ、水質１８．２ｍΩｃｍ）で６０重量％固形分の濃度に設定する。スラリー及び／又は懸濁液の粘度は、Ｍａｌｖｅｒｎ Ｐａｎａｌｙｔｉｃａｌ Ｌｔｄ．製のブレード付き撹拌機を備えたＫｉｎｅｘｕｓ ｐｒｏ＋レオメーターを用いて２５℃に調整し、２５／ｓ又は１００／ｓの一定剪断速度で１５分間測定した。
ｏ．スラリー又は懸濁液のゼータ電位
ゼータ電位測定は、ゼータ電位試験セル（Ｆｌｏｗ Ｃｅｌｌ，Ｂｅｃｋｍａｎ Ｃｏｕｌｔｅｒ）を使用する。試料を脱塩水（Ｄｉｒｅｃｔ－Ｑ ３ＵＶ、Ｍｉｌｌｉｐｏｒｅ、水質１８．２ｍΩｃｍ）に溶解して、１ｇ／ｌの濃度を有する２０ｍｌ溶液を得る。２３℃の温度で測定して、０．１ｍｏｌ／ｌ及び１ｍｏｌ／ｌの濃度のＨＮＯ３溶液並びに０．１ｍｏｌ／ｌの濃度のＮａＯＨ溶液を添加することによって、ｐＨを７にする。
ｐ．スラリー又は懸濁液の等電点
等電点を求めるために、ゼータ電位試験セル（Ｆｌｏｗ Ｃｅｌｌ，Ｂｅｃｋｍａｎ Ｃｏｕｌｔｅｒ）及び自動滴定装置（ＤｅｌｓａＮａｎｏ ＡＴ，Ｂｅｃｋｍａｎ Ｃｏｕｌｔｅｒ）が使用される。試料を脱塩水（Ｄｉｒｅｃｔ－Ｑ ３ＵＶ、Ｍｉｌｌｉｐｏｒｅ、水質１８．２ｍΩｃｍ）に溶解して、１ｇ／ｌの濃度を有する２０ｍｌ溶液を得る。ｐＨは、０．１ｍｏｌ／Ｌ及び１ｍｏｌ／ｌの濃度のＨＮＯ３溶液並びに０．１ｍｏｌ／ｌの濃度のＮａＯＨ溶液を添加することによって変化させる。等電点は、２３℃の温度で測定されたゼータ電位が０に等しいｐＨ値である。
ｑ．スラリー又は懸濁液のｐＨ値
スラリーのｐＨ値は、Ｗｉｓｓｅｎｓｃｈａｆｔｌｉｃｈ－Ｔｅｃｈｎｉｓｃｈｅ－Ｗｅｒｋｓｔａｅｔｔｅｎ ＧｍｂＨ ＷＴＷ ３２１０を使用して、ＷＴＷ ｐＨ ３２１０セット３を電極として使用して、２３℃の温度で測定される。
ｒ．固形分
秤量ｍ１のスラリー又は懸濁液の試料を、５００℃で４時間加熱し、冷却したら再び秤量する（ｍ２）。固形分含有量ｗは、ｍ２／ｍ１＊１００［重量％］で求められる。
ｓ．かさ密度
バルク生成物のかさ密度は、Ｐｏｗｔｅｃ社によるＳＭＧ ６９７を用いて、規格ＤＩＮ ＩＳＯ ６９７：１９８４－０１に従って決定される。バルク生成物（二酸化ケイ素粉末及び／又は造粒物）は、塊を形成しない。
ｔ．タップ密度
バルク製品のバルク密度は、規格ＤＩＮ ＩＳＯ ７８７：１９９５－１０に従って測定される。バルク生成物は、特に二酸化ケイ素粉末、又はこの場合二酸化ケイ素である。
ｕ．細孔径分布の測定
細孔径分布は、ＤＩＮ ６６１３３（４８０ｍＮ／ｍの表面電圧及び１４０°の接触角で）に従って決定される。３．７ｎｍ未満の細孔径は、Ｐｏｒｏｔｅｃ社によるＰａｓｃａｌ ４００を使用して測定される。３．７ｎｍ～１００μｍの孔径は、Ｐｏｒｏｔｅｃ社によるＰａｓｃａｌ １４０を使用して測定される。試料には、測定前に、手動液圧プレス（Ｓｐｅｃａｃ Ｌｔｄ．，Ｒｉｖｅｒ Ｈｏｕｓｅ，９７ Ｃｒａｙ Ａｖｅｎｕｅ，Ｏｒｐｉｎｇｔｏｎ，Ｋｅｎｔ ＢＲ５ ４ＨＥ（英国）からの注文番号１５０１１）を使用して圧力処理を施し、２５０ｍｇを、Ｓｐｅｃａｃ Ｌｔｄ．によって内径１３ｍｍの「ペレットダイ」に秤量し、指示どおり１ｔで荷重を掛ける。この荷重を５秒間維持し、必要に応じて再調節する。次いで、試料を応力除去し、循環空気乾燥キャビネット内で１０５±２℃で４時間乾燥させる。
試料をタイプ１０の針入度計に０．００１ｇ単位で正確に秤量し、「使用されるステム体積」、すなわち針入度計を満たすために使用されるＨｇ体積百分率が２０％～４０％の範囲にあるように、測定が十分に再現可能であるように選択する。針入度計を５０μＨｇまでゆっくりと排気し、この圧力で５分間放置する。測定機器ソフトウェアによって直接示されるパラメータは、全細孔容積、全細孔表面（細孔が円筒形であると仮定する）、平均細孔半径、モード（最頻）細孔半径）、ピークｎ．２細孔半径（μｍ）である。
ｖ．一次粒径
一次粒径は、Ｚｅｉｓｓ Ｕｌｔｒａ ５５モデル走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）によって測定される。試料を脱塩水（Ｄｉｒｅｃｔ－Ｑ ３ＵＶ、Ｍｉｌｌｉｐｏｒｅ、水質：１８．２ｍΩｃｍ）に懸濁して、極度に希釈された懸濁液を得る。懸濁液を超音波プローブ（ＵＷ ２０７０、Ｂａｎｄｅｌｉｎ ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ、７０Ｗ、２０ｋＨｚ）で１分間処理し、次いで炭素接着パッドに適用する。
ｗ．懸濁液中の固体の平均粒径
固体の粒径及び粒度は、Ｍｉｃｒｏｔａｃ ＧｍｂＨ（４７８０７ ドイツ国クレーフェルト在）から入手可能な試験セルで湿らせたＢｌｕｅｗａｖｅを用いて、それらの操作説明書に従って測定する。Ｂｌｕｅｗａｖｅ ｗｅｔは、試料投与システム及び湿式分散モジュールを含む。測定を行うために、固体を脱塩水に懸濁させ、このようにして形成された懸濁液を測定機器に滴下供給する。測定機器は、測定される懸濁液の濃度と、自動希釈によってそれ自体添加される懸濁液の量とを、関係する粒径及び材料に最適な測定ウィンドウに調整する。測定すべき懸濁液の調製（粒子形態、光学特性）は、懸濁液を測定機器に滴下する前に懸濁液の半透明な外観を考慮して行う。測定パラメータは、測定される懸濁液中の固体（粒子形態、光学特性）に基づく操作説明書に従って設定する。Ｂｌｕｅｗａｖｅ ｗｅｔは、試料のＤ１０、Ｄ５０及びＤ９０値を示す。懸濁液を超音波プローブ（ＵＷ ２０７０、Ｂａｎｄｅｌｉｎ ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ、７０Ｗ、２０ｋＨｚ）で１分間処理する。Ｂｌｕｅｗａｖｅ ｗｅｔはまた、ＤＩＮ ＩＳＯ １３３２０－１に従って決定される、二酸化ケイ素懸濁液とも呼ばれる、二酸化ケイ素粒子の４重量％スラリーの説明に示される値も示す。
ｘ．二酸化ケイ素粉末の平均粒径
懸濁液中の二酸化ケイ素粉末の平均粒径は、Ｍａｌｖｅｒｎ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ Ｌｔｄ．（英国）から入手可能なＭａｓｔｅｒｓｉｚｅｒ ２０００を用いて、それらの操作説明書に従ってレーザー曲げ法によって測定される。試料を脱塩水（Ｄｉｒｅｃｔ－Ｑ ３ＵＶ、Ｍｉｌｌｉｐｏｒｅ、水質１８．２ｍΩｃｍ）に懸濁して、１ｇ／ｌの濃度を有する２０ｍｌの懸濁液を得る。懸濁液を超音波プローブ（ＵＷ ２０７０、Ｂａｎｄｅｌｉｎ ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ、７０Ｗ、２０ｋＨｚ）で１分間処理する。
ｙ．固体（懸濁されていないバルクとして）の粒径及び粒度
固体、例えば二酸化ケイ素造粒物の粒径及び粒度は、Ｒｅｔｓｃｈ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ＧｍｂＨ（ドイツ国）から入手可能なＣａｍｓｉｚｅｒｓ ＸＴを用いて、それらの操作説明書に従って測定される。ソフトウェアは、試料のＤ１０、Ｄ５０及びＤ９０値を示す。
ｚ．ＢＥＴ測定
比表面積を測定するために、ＤＩＮ ＩＳＯ ９２７７：２０１０による静的体積ＢＥＴ法が使用される。ＢＥＴは、ＳＭＡＲＴ（「Ｓｏｒｐｔｉｏｎ Ｍｅｔｈｏｄ ｗｉｔｈ Ａｄａｐｔｉｖｅ ｄｏｓｉｎｇ Ｒａｔｅ」）法に従って機能する「ＮＯＶＡ ３０００」及び／又は「Ｑｕａｄｒａｓｏｒｂ」（Ｑｕａｎｔａｃｈｒｏｍｅ社から入手可能）を使用して測定される。ミクロ細孔分析はｔ－プロット法（ｐ／ｐ０＝０．１～０．３）によって行い、メソ細孔分析はＭＢＥＴ法（ｐ／ｐ０＝０．０～０．３）によって行う。使用される基準材料は、Ｑｕａｎｔａｃｈｒｏｍｅから入手可能なＡｌｕｍｉｎａ ＳＡＲＭ－１３及びＳＡＲＭ－２１４標準である。使用した測定セル（清浄及び乾燥）の風袋重量を秤量する。測定セルタイプは、添加された試料材料及びフィラーロッドが測定セルを可能な限り充填し、デッドスペースが最小限に低減されるように選択される。試料材料を測定セルに入れる。試料材料の量は、予想される測定値が１０～２０ｍ２／ｇに等しくなるように選択される。測定セルをＢＥＴ測定機器（フィラーロッドなし）の加熱ステーションに固定し、＜２００ｍｂａｒに排気する。排気速度は、材料が測定セルから漏出しないように設定される。この状態で、材料を２００℃で１時間加熱する。冷却後、試料を充填した測定セルを秤量する（グロス）。次いで、風袋重量を総重量から差し引き、正味重量（試料重量）を得る。ここでフィラーロッドを測定セルに挿入し、次いで測定セルをＢＥＴ測定機器に固定する。試料の指定及び重量は、測定を開始する前にソフトウェアに入力される。測定を開始する。窒素ガス（Ｎ２ ４．０）の飽和圧力を測定する。測定セルを排気し、窒素浴を用いて７７Ｋに冷却する。デッドスペースは、ヘリウムガス（Ｈｅ ４．６）によって測定される。測定セルを再び排気する。多点解析を、少なくとも５つの測定点で行う。使用される吸着剤はＮ２ ４．０である。比表面積はｍ２／ｇで示される。
ａａ．ガラス体の粘度
ガラスの粘度は、ＤＩＮ ＩＳＯ規格７８８４－４：１９９８－０２に従ってＷｉｎｄｏｗｓ １０で製造業者のソフトウェアＷｉｎＴＡ（現行バージョン９．０）を用いたＴＡ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ社のタイプ４０１ｂａｒ曲げ粘度計を用いて測定される。軸受間の支持幅は４５ｍｍである。矩形断面の試料スティックを、均質な材料の領域から切り出す（少なくとも１０００グレインの微粉砕を有する試料の上側及び下側）。処理されると、試料表面は、９μｍの粒径及び０．１５μｍのＲＡを有する。試料スティックの寸法は以下のとおりである：長さ＝５０ｍｍ、幅＝５ｍｍ、高さ＝３ｍｍ（長さ、幅及び高さは標準と同様に割り当てられる）。３つの試料を測定し、平均を計算する。試料温度は、試料表面に近い熱電素子によって測定される。使用したパラメータは以下のとおりである：加熱速度＝２５Ｋ～最大１５００℃、荷重重量＝１００ｇ、最大曲げ＝３０００μｍ（標準から逸脱）。
ｚａ．残留水分
二酸化ケイ素造粒物試料の残留水分含有量は、ＴｏｌｅｄｏのＭｅｔｔｌｅｒ社によるＨＸ２０４ Ｍｏｉｓｔｕｒｅ Ａｎａｌｙｓｅｒを用いて測定される。このユニットは熱重量測定原理に基づいて動作する。ＨＸ２０４は、発熱素子としてハロゲンラジエータを備えている。乾燥温度は２２０℃である。初期試料重量は１０ｇ±１０％である。標準試験方法が選択される。重量変化が１ｍｇ／１４０秒を超えなくなるまで乾燥を継続する。残留水分は、初期試料重量から最終試料重量までの差を初期試料重量で割ることによって得られる。
二酸化ケイ素粉末の残留水分は、ＤＩＮ ＥＮ ＩＳＯ ７８７－２：１９９５（１０５℃で２時間）に従って決定される。
ｚｂ．露点測定
露点は、Ｍｉｃｈｅｌｌ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ ＧｍｂＨ（Ｄ－６１３８１フリードリヒスドルフ在）によるＯｐｔｉｄｅｗ露点レベル湿度計によって決定される。露点レベル湿度計の測定セルは、炉のガス出口から１００ｃｍの距離に配置される。測定機器及び測定セルはまた、Ｔ継手及びホース（Ｓｗａｇｅｌｏｋ ＰＦＡ、外径６ｍｍ）を介して炉のガス出口とガス接続を有する。測定セルは、１０±２ｍｂａｒの過圧である。ガスは、１～２標準ｌ／分で測定セルを通って流れる。測定セルは、２５℃の温度、３０％の相対空気湿度及び１０１３ｈＰａの平均空気圧を有する空間内にある。
ｚｃ．バルク角度
バルク角度は、ＤＩＮ ＩＳＯ ４３２４：１９８３に従って決定される。
ｚｄ．蛍光
任意の蛍光現象の色及びその強度は、ＶＷＲ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ ＧｍｂＨ（ドイツ国ダルムシュタット在）からカタログ番号ＣＯＮＳＶＬ ６－ＬＣで入手可能なＵＶ光（２×６Ｗ、２５４／３６５ｎｍ、４００／６１０μＷ／ｃｍ２、２００×８５×６０、例えばＣｏｎｓｏｒｔ ｃｏｍｐａｎｙ Ｓｅｒｉｅｓ ２１、Ｃｏｄｅ Ｅ２１０７）を用いて、試料（１３０１）を可視軸（１３０２）に対して９０°の角度（ａ）で使用して、透過から視覚的に決定され、これは試料から≦１ｃｍの距離で２５４ｎｍの励起波長（１３０３）のＵＶ光（２５４ｎｍ）を放出する。試料の長さは１０ｍｍである。選択された環境は暗室である。観察者の目には、試料の後ろに黒色の背景があった。一例として、その構造を図１３に示す。
ｚｅ．泡の数
＜４ｍｍの直径を有する気泡のみを考慮して、石英ガラス体中の気泡の量を視覚的に決定した。気泡は、石英ガラス３０ｋｇ当たりの量として測定した。
ｚｆ．遊離ケイ素の含有量
例えばケイ素による汚染からの遊離ケイ素含有量（表１４、最終行）は、ＤＩＮ ＥＮ ＩＳＯ ２１０６８－２：２００８－１２の第９章に従って決定される。試料を第９．２章に記載したように前処理した。
本発明は、以下の実施例によって更に説明される。本発明はこれらの実施例に限定されない。
Ａ．二酸化ケイ素粉末の作製
シロキサンを空気（Ａ）で噴霧することによって形成されたエアロゾルは、酸素富化空気（Ｂ）と水素との混合物を点火することによって形成された火炎中に加圧される。次に、火炎を取り囲む空気流（Ｃ）が導入され、次いでプロセス混合物がプロセスガスで冷却される。生成物をフィルタで分離する。プロセスパラメータを表１に示し、得られた生成物の特性データを表２に示す。この実施例の実験データをＡ１－ｘで示す。
Ｂ．二酸化ケイ素粉末からのスラリーの作製
二酸化ケイ素粉末（表１及び２、ステップＡ）を完全脱塩水中に分散させる。水をミキサーに入れる。ミキサーは、計算された量の二酸化ケイ素粉末、例えば所望の固体濃度のためのスートを与えるように連続的に投入される撹拌／パドル形状を有する。容器中の撹拌で水を撹拌しながら、投入量を、コーンスルース（ｃｏｎｅ ｓｌｕｉｃｅ）を介して重量測定的に添加する。
Ｃ．多段フィルタデバイスによる送液
ステップＢからのスラリーを脱イオン水に添加し（Ｌ＝０．１μＳ／ｃｍ）、撹拌／パドル形状のミキサーに入れ、均質化した。均質化された混合物の固形分含有量は６５重量％であった。次いで、スラリーを表９に示すように超音波発生器によって処理し、次いでフィルタ装置に通した。得られた濾液は二酸化ケイ素懸濁液である。
以下の３つのフィルタ番号１～３（１から２～３を介して下流の順序）を有するフィルタ配置を選択した。これは以下のとおりであった：
１．フィルタ：Ａｃｕｒａ Ｍｕｌｔｉｆｌｏｗ（登録商標）（ＰＰ多層デプスフィルタ）、フィルタ微細度１０μｍ、分離率８０％；
２．フィルタ：Ａｃｕｒａ Ｐｒｏｍｅｌｔ（登録商標）（ＰＰデプスフィルタ）、フィルタ微細度１μｍ、分離率９９．９％；
３．フィルタ：Ａｃｕｒａ Ｍｕｌｔｉｆｌｏｗ（登録商標）（ＰＰ多層デプスフィルタ）、フィルタ微細度０．５μｍ、分離率８０％。
使用した超音波発生器は、Ｂａｎｄｅｌｉｎ ｃｏｍｐａｎｙ（ドイツ国ベルリン在）によるＷＢ ４－１６０４流動床反応器ブロックであり、出力密度は５５０Ｗ／ｌであり、処理量は２５０ｌ／ｈであった。
実施例Ｅ２０－３３で記載した方法は、超音波処理の代わりに、Ｎｅｔｚｓｃｈ Ｆｅｉｎｍａｈｌｔｅｃｈｎｉｋ ＧｍｂＨ社（ドイツ国ゼルプ在）によるＤｉｓｋｕｓ ２０ボールミル中で、以下の操作パラメータ：速度９００ｒｐｍ、貫流２５０ｌ／ｈ、精密濾過を行う前に５００μｍサイズの粉砕ボールで処理を行ったことを除いて、Ｅ－２０－３１に記載したとおりであった。
Ｄ．二酸化ケイ素以外のケイ素成分の添加
任意の超音波及び／又はボールミル及び濾過処理の後、二酸化ケイ素以外の更なるケイ素成分をスラリー中に分散させた。
このために、二酸化ケイ素以外のケイ素成分が、完全脱塩水で満たされた容器中に撹拌され、例えば、３０００ｍｌの完全脱塩水中に５ｇのケイ素粉末が入れられる。添加すべきケイ素成分の所望量に対応する容量を、ステップＣで添加した二酸化ケイ素懸濁液に添加し、新たに容器中で撹拌し、それによってステップＣからの濾液を捕捉した。この例は、Ｅ２０－２１、Ｅ２０－２２、Ｅ２０－２３、Ｅ２０－４１、Ｅ２０－４２及びＥ－２０－４３として特徴付けられ、表９にも示される。
Ｅ．二酸化ケイ素造粒物を形成する
スラリーは、膜ポンプによって搬送され、プロセスにおいて加圧され、ノズルを介して液滴で注入される。これらは噴霧塔内で乾燥され、その底部に集まる。プロセスパラメータを表９に示し、得られた造粒物の特性を表１０に示す。この実施例の実験データには、Ｅ２０－ｘの印を付けている。Ｅ２０－１１は比較例である。
造粒物は、Ｅ２０－３３を除いて開孔しており、一貫して球状である（すべて顕微鏡で検査した）。それらは、焼けたり粘着したりする傾向がない。Ｅ２０－３３は、ひどく汚染されていたので造粒しなかった。Ｅ２０－３２では、低いフィルタ寿命しか達成されなかった。
Ｆ．二酸化ケイ素造粒物の洗浄
まず、二酸化ケイ素造粒物を回転炉内で酸素又は窒素で処理する（表１１を参照されたい）。回転炉の入口領域の温度はＴ１であった。次いで、二酸化ケイ素造粒物を塩素系成分と並行流で処理し、温度を温度Ｔ２に加熱する。プロセスパラメータを表１１に示し、処理した造粒物の特性を表１２に示す。
Ｇ．二酸化ケイ素造粒物の熱処理
ここで、二酸化ケイ素造粒物は、回転炉において更なる温度処理に供することができる。回転炉は、搬送方向に上昇する温度プロファイルを特徴とする。更に処理された二酸化ケイ素造粒物が得られた。プロセスパラメータを表１３に示し、処理された造粒物の特性を表１４に示す。
Ｈ．ガラス溶融物及び石英ガラス体
ステップＥで形成され、表１４によるステップＦ及びＧに従って更に処理された二酸化ケイ素造粒物を使用して、垂直るつぼ延伸プロセスにおいて石英ガラス管を作製する。吊り下げ式溶融るつぼの構造を図５に概略的に示す。二酸化ケイ素造粒物は、固体供給部を介して添加される。溶融るつぼの内部は、ガス混合物でフラッシュされる。溶融るつぼにおいて、ガラス溶融物が形成され、その上に二酸化ケイ素造粒物の円錐コーンが位置する。溶融るつぼの下部領域において、溶融ガラスは、延伸ノズル（場合によってはマンドレルを有する）を介してガラス溶融物から取り出され、ストリングとして垂直下方に引き抜かれる。ノズルを通るガラス溶融物の固有の重量及び粘度、並びにノズルを介して指定される孔サイズが、システム処理量を与える。添加される二酸化ケイ素造粒物の量及び温度を変化させることにより、処理量を所望の変数に設定することができる。プロセスパラメータを表１５に示し、形成された石英ガラス体の特性を表１６に示す。
露点は、各場合において溶融炉ガス出口で測定した。測定原理を図７に示す。溶融炉ガス出口と露点測定点との間で、ガス流は１００ｃｍの距離を移動する。測定値を表１６に併せて示す。
１０１，２０１ ステップｉ．）
１０２，２０２ ステップｉｉ．）
１０３，２０３ ステップｉｉｉ．）
１０４，２０４ ステップｉｖ．）
１０５，２０５ ステップｖ．）
１０６，２０６ ステップｖｉ．）
１０７，２０７ ステップｖｉｉ．）
２１０ 二酸化ケイ素以外のケイ素成分
３０１ 第１のフィルタ
３０２ 第２のフィルタ
３０３ 第３のフィルタ
４０１ ステップ（ｉ）
４０２ ステップ（ｉｉ）
８００，９００ 炉
８０１，９０１ るつぼ
８０２ サスペンション
８０３，９０３ 固体入口
８０４，９０４ ノズル
８０５，９０５ 二酸化ケイ素造粒物
８０６，９０６ ガラス溶融物
８０７，９０７ 発熱素子
８０８，９０８ 炉外壁
８０９，９０９ 絶縁層
８１０，９１０ るつぼ壁
８１１，９１１ ガス入口
８１２，９１２ ガス出口
８１３，９１３ 石英ガラス体
９０２ 固定領域
１１００ 噴霧塔
１１０１ 供給物
１１０２ ノズル
１１０３ ガス入口
１１０４ スクリーニングデバイス
１１０５ 篩デバイス
１１０６ 除去（スクリーニング）
１１０７ 除去（篩分）
１１０８ 出口（造粒物）
１３０１ 試料
１３０２ 視線
１３０３ 光源（ＵＶ）
１４００ 溶融るつぼ
１４０１ 固体入口
１４０２ 出口
１４０３ 二酸化ケイ素造粒物
１４０４ 円錐コーン
１４０５ ガラス溶融物
１４０６ ガス入口
１４０７ ガス出口
１４０８ ガス供給
１４０９ 測定デバイス（露点）
１４１０ 石英ガラス体
ａ 角度（９０°）

Claims (14)

  1. 石英ガラス体を作製するための方法であって、
    ｉ．）二酸化ケイ素粒子の粉末と液体とを提供するステップと、
    ｉｉ．）前記粉末と前記液体とを混合することによって、前記液体と前記二酸化ケイ素粒子とを含有するスラリーを形成するステップと、
    ｉｉｉ．）前記スラリーを超音波で処理して前駆体懸濁液を得るステップと、
    ｉｖ．）前記前駆体懸濁液の少なくとも一部を少なくとも第１の多段フィルタデバイスに通して二酸化ケイ素懸濁液を得るステップと、
    ｖ．）前記二酸化ケイ素懸濁液から二酸化ケイ素造粒物を形成するステップと、
    ｖｉ．）炉内で前記二酸化ケイ素造粒物からガラス溶融物を形成するステップと、
    ｖｉｉ．）前記ガラス溶融物の少なくとも一部から石英ガラス体を形成するステップと
    のプロセスステップを含み、
    ステップｉｉｉ．）における前記スラリーの前記処理は、前記二酸化ケイ素粒子の少なくとも一部を解凝集させることを含み、
    二酸化ケイ素以外のケイ素成分は、前記プロセスステップの少なくとも１つにおいて添加され、
    ステップｖ．）は、少なくとも造粒を含み、
    前記二酸化ケイ素造粒物は、前記二酸化ケイ素懸濁液中に含まれる前記二酸化ケイ素粒子よりも大きい粒径を有し、
    前記炉は、溶融るつぼとガス出口とを有し、
    前記ガス出口を通して前記炉からガスが取り出され、
    前記ガス出口を介して前記炉から出てくる前記ガスの露点は、０℃未満であり、
    前記第１の多段フィルタデバイスは、少なくとも第１、第２及び第３のフィルタ段を有し、前記第２のフィルタ段は前記第１のフィルタ段の下流に配置され、前記第３のフィルタ段は前記第２のフィルタ段の下流に配置され、
    各フィルタ段は、少なくとも１つのフィルタを含み、
    前記第１のフィルタ段は５μｍ以上のフィルタ微細度を有し、前記第２のフィルタ段は０．５～５μｍの範囲のフィルタ微細度を有し、前記第３のフィルタ段は１μｍ以下のフィルタ微細度を有し、
    前記フィルタ微細度は、前記フィルタが保持する最小粒径を示し、
    各場合においてＩＳＯ １６８８９に従って決定して、前記第１のフィルタ段は５０％以上の分離率を有し、前記第２のフィルタ段は９５％以上の分離率を有し、前記第３のフィルタ段は９９．５％以上の分離率を有する、方法。
  2. 前記造粒が、回転造粒、噴霧造粒、遠心霧化、凍結造粒及び流動床造粒からなる群から選択される、請求項１に記載の方法。
  3. 前記二酸化ケイ素以外のケイ素成分が、ケイ素である、請求項１又は２に記載の方法。
  4. 二酸化ケイ素以外の１つ以上のケイ素成分が、二酸化ケイ素の総重量に対するｐｐｍで、合計１０～１００，０００ｐｐｍの量である、請求項３に記載の方法。
  5. ガス入口を介して前記炉に入る前の前記ガスの露点が、前記ガス出口を介して前記炉を出るときの前記ガスの露点よりも少なくとも３０℃低い、請求項１～４のいずれか一項に記載の方法。
  6. 前記溶融炉が、モリブデン、タングステン、レニウム、イリジウム、オスミウムから選択される１つ以上の金属を含む材料から少なくとも部分的に形成される、請求項１～５のいずれか一項に記載の方法。
  7. 前記第１のフィルタデバイスが、以下の特性のうちの少なくとも１つ：
    （ａ）前記第１のフィルタ段が５～１５μｍの範囲のフィルタ微細度を有すること；
    （ｂ）前記第１のフィルタ段が５０～９０％の範囲の分離率を有すること；
    （ｃ）前記第２のフィルタ段が０．５～２μｍの範囲のフィルタ微細度を有すること；
    （ｄ）前記第２のフィルタ段が９５％以上の分離率を有すること；
    （ｅ）前記第３のフィルタ段が１．０μｍ以下のフィルタ微細度を有すること；
    （ｆ）前記第３のフィルタ段が９９．５％以上の分離率を有すること；
    又は方法（ａ）～（ｆ）のうちの少なくとも２つの組み合わせ
    を特徴とする、請求項１～６のいずれか一項に記載の方法。
  8. 前記第１のフィルタ段、前記第２のフィルタ段及び前記第３のフィルタ段から選択される前記フィルタ段のうちの１つにおける前記第１のフィルタデバイスの少なくとも１つのフィルタが、デプスフィルタとして設計される、請求項１～７のいずれか一項に記載の方法。
  9. 前記スラリーが、少なくとも１０秒間超音波で処理される、請求項１～８のいずれか一項に記載の方法。
  10. 前記スラリーの超音波による前記処理が、最大６００Ｗ／ｌの出力密度を特徴とする、請求項１～９のいずれか一項に記載の方法。
  11. 前記スラリーが、前記スラリーを安定化させるために、前記スラリーの総重量に基づいて５重量％未満の添加剤を有する、請求項１～１０のいずれか一項に記載の方法。
  12. 以下の特性：
    Ａ］６０ｐｐｍ未満の塩素含有量；
    Ｂ］２００ｐｐｂ未満のアルミニウム含有量；
    Ｃ］５×１０１９／ｃｍ３未満のＯＤＣ成分；
    Ｄ］５ｐｐｍ未満の、Ｓｉ、Ｏ、Ｈ、Ｃ以外の原子の含有量；
    Ｅ］ｌｏｇ１０（η（１２５０℃）／ｄＰａｓ）＝１１．４～ｌｏｇ１０（η（１２５０℃）／ｄＰａｓ〕＝１２．９の範囲の粘度（ｐ＝１０１３ｈＰａ）；
    Ｆ］１０－４未満の屈折率均質性；
    Ｇ］円筒形；
    Ｈ］１００ｐｐｂ未満のタングステン含有量；
    Ｉ］１００ｐｐｂ未満のモリブデン含有量
    を有する石英ガラス体であって、
    前記ｐｐｂ及びｐｐｍは、各場合において前記石英ガラス体の総重量に基づくものである、石英ガラス体。
  13. 請求項１～１１のいずれか一項に記載の方法によって得ることができる石英ガラス体。
  14. 請求項１２に記載の特性の少なくとも１つを特徴とする、請求項１３に記載の石英ガラス体。
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