KR101690988B1 - 석영 유리 잉곳의 사이즈-업 방법 - Google Patents

석영 유리 잉곳의 사이즈-업 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 복수 개의 석영 유리 잉곳을 이웃하게 몰드에 배치하는 단계와, 복수 개의 석영 유리 잉곳이 담긴 몰드를 챔버 내에 장입하는 단계와, 상기 챔버 내의 압력을 대기압 미만으로 감압하여 진공 상태로 만드는 단계와, 상기 챔버 내의 온도가 1800∼1900℃ 범위의 온도가 되도록 가열하고 유지하여 복수 개의 석영 유리 잉곳이 용융되게 하는 단계 및 복수 개의 석영 유리 잉곳이 용융되게 한 후, 냉각하는 단계를 포함하며, 용융 유리와 접촉하는 부위인 내측벽은 DLC(diamond like carbon) 또는 텅스텐 카바이드(WC) 재질로 이루어지고 외측벽은 자체 가열원으로 작용하게 하기 위하여 그라파이트 재질로 이루어진 몰드를 사용하는 것을 특징으로 하는 석영 유리 잉곳의 사이즈-업 방법에 관한 것이다. 본 발명에 의하면, 미리 형성된 석영 유리 잉곳이 광학적(optical) 또는 기계적 물성(mechanical properties)의 변화 없이 대면적을 갖도록 사이즈-업(size-up) 하면서도 복굴절이 작은 석영 유리 잉곳을 제조할 수 있다.

Description

석영 유리 잉곳의 사이즈-업 방법{Method for size-up of quartz glass ingot}
본 발명은 석영 유리 잉곳의 사이즈-업 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 미리 형성된 석영 유리 잉곳이 대면적을 갖도록 사이즈-업(size-up) 하면서도 복굴절이 작은 석영 유리 잉곳을 제조하는 방법에 관한 것이다.
렌즈, 레티클, 액정 디스플레이 등의 제품에는 석영 유리가 주로 사용되고 있으며, 최근에는 대형화 추세에 따라 넓은 면적을 갖는 석영 유리를 얻기 위한 연구가 진행되고 있다.
넓은 면적을 갖는 광학 부재 등으로 사용하기 위하여 석영 유리 잉곳이 대형 면적을 갖도록 형성할 필요가 있다.
그러나, 대면적을 갖는 석영 유리 잉곳을 제조하는데 한계가 있다.
본 발명에서는 미리 형성된 석영 유리 잉곳이 대면적을 갖도록 사이즈-업(size-up) 하기 위한 방법을 제시한다.
대한민국 등록특허공보 제10-1287275호
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 미리 형성된 석영 유리 잉곳이 대면적을 갖도록 사이즈-업(size-up) 하면서도 복굴절이 작은 석영 유리 잉곳을 제조하는 방법을 제공함에 있다.
본 발명은, 몰드가 장입되는 공간을 제공하는 챔버와, 상기 챔버 내에 안치되고 자체 가열원으로 작용하는 몰드와, 상기 챔버의 둘레를 감싸게 구비되고 상기 몰드를 고주파 유도가열 방식으로 가열하기 위한 가열수단과, 상기 챔버에 비활성 가스를 공급하는 가스공급부와, 상기 챔버 내의 압력을 대기압 미만으로 감압하여 진공 상태로 만들기 위한 배기 장치 및 상기 챔버 내의 가스를 배출하기 위한 가스배출구를 포함하는 장치를 이용하여 석영 유리 잉곳을 사이즈-업 하기 위한 방법으로서, 복수 개의 석영 유리 잉곳을 이웃하게 상기 몰드에 배치하는 단계와, 복수 개의 석영 유리 잉곳이 담긴 몰드를 상기 챔버 내에 장입하는 단계와, 상기 챔버 내의 압력을 대기압 미만으로 감압하여 진공 상태로 만드는 단계와, 상기 챔버 내의 온도가 1800∼1900℃ 범위의 온도가 되도록 가열하고 유지하여 복수 개의 석영 유리 잉곳이 용융되게 하는 단계 및 복수 개의 석영 유리 잉곳이 용융되게 한 후, 냉각하는 단계를 포함하며, 용융 유리와 접촉하는 부위인 내측벽은 DLC(diamond like carbon) 또는 텅스텐 카바이드(WC) 재질로 이루어지고 외측벽은 자체 가열원으로 작용하게 하기 위하여 그라파이트 재질로 이루어진 몰드를 사용하는 것을 특징으로 하는 석영 유리 잉곳의 사이즈-업 방법을 제공한다.
1800∼1900℃의 온도에서 30∼120분 동안 유지하는 것이 바람직하다.
상기 냉각은 0.1∼10℃/min의 범위 내에서 서냉하는 것이 바람직하다.
상기 비활성 가스는 헬륨(He), 아르곤(Ar) 또는 질소(N2) 가스를 포함하는 가스를 사용하는 것이 바람직하고, 상기 비활성 가스는 1∼20 slpm의 유량으로 공급하는 것이 바람직하다.
복수 개의 석영 유리 잉곳이 담긴 몰드는 덮개로 덮여져서 밀봉될 수 있으며, 용융 유리와 접하는 부위인 내측부가 DLC(diamond like carbon) 또는 텅스텐 카바이드(WC) 재질로 이루어지고 외측부는 자체 가열원으로 작용하게 하기 위하여 그라파이트 재질로 이루어진 덮개를 사용하는 것이 바람직하다.
복수 개의 석영 유리 잉곳은 OH기 농도가 10∼2,000ppm 범위인 것을 사용하는 것이 바람직하다.
본 발명에 의하면, 미리 형성된 석영 유리 잉곳이 광학적(optical) 또는 기계적 물성(mechanical properties)의 변화 없이 대면적을 갖도록 사이즈-업(size-up) 하면서도 복굴절이 작은 석영 유리 잉곳을 제조할 수 있다.
몰드의 외측벽은 그라파이트 재질로 이루어지므로 고주파 유도가열 방식으로 가열하기 위한 가열수단에 의해 가열되면서도 몰드 자체가 가열원으로 작용할 수 있는 장점이 있다.
몰드가 그라파이트 재질만으로 이루어져 용융 유리와 직접적으로 접촉하는 부위인 내측벽이 그라파이트 재질로 이루어질 경우에는 CO, CO2 또는 SiC 가스가 발생할 수 있으며, 생성된 SiC는 석영 유리 잉곳의 표면에 부착할 수 있고, 냉각할 때 석영 유리와 그라파이트의 열팽창률의 차이에 의해서 석영유리 표면에 압축응력이 인가되어 균열(crack)이 발생할 수도 있는 문제점이 있으나, 몰드의 내측벽이 DLC(diamond like carbon), 텅스텐 카바이드(WC)와 같은 재질로 이루어져 있으므로 이러한 현상을 억제할 수 있다. 몰드의 내측벽이 DLC(diamond like carbon), 텅스텐 카바이드(WC)와 같은 재질로 이루어져 있으므로 용융 유리에 불순물이 혼입되는 것을 억제할 수 있고, 용융 유리와 그라파이트가 반응하는 것을 방지할 수 있으며, 석영 유리 잉곳과 몰드의 선팽창 계수 차이에 기초하여 생기는 냉각시의 열수축의 차가 적어지고, 냉각시에 몰드가 대면적 석영 유리 잉곳을 압축하는 응력을 줄일 수 있다.
냉각시에 비활성 가스를 주입하게 되면 반응생성물의 발생을 억제하여 순도가 높은 대면적 석영 유리 잉곳을 얻을 수 있으며, 또한 냉각 속도를 조절할 수 있는 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 석영 유리 잉곳의 사이즈-업을 위한 장치를 도시한 도면이다.
도 2는 석영 유리 잉곳의 사이즈-업을 위한 몰드를 도시한 단면도이다.
도 3은 복수 개의 석영 유리 잉곳이 몰드에 배치된 모습을 보여주는 평면도이다.
도 4는 몰드 덮개를 도시한 단면도이다.
도 5는 몰드가 몰드 덮개로 덮여진 모습을 보여주는 단면도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다. 그러나, 이하의 실시예는 이 기술분야에서 통상적인 지식을 가진 자에게 본 발명이 충분히 이해되도록 제공되는 것으로서 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 다음에 기술되는 실시예에 한정되는 것은 아니다. 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다.
본 발명은 미리 형성된 석영 유리 잉곳이 대면적을 갖도록 사이즈-업(size-up) 하면서도 복굴절이 작은 석영 유리 잉곳을 제조하는 방법을 제시한다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 석영 유리 잉곳의 사이즈-업을 위한 장치를 도시한 도면이다. 도 2는 석영 유리 잉곳의 사이즈-업을 위한 몰드를 도시한 단면도이다. 도 3은 복수 개의 석영 유리 잉곳이 몰드에 배치된 모습을 보여주는 평면도이다. 도 4는 몰드 덮개를 도시한 단면도이다. 도 5는 몰드가 몰드 덮개로 덮여진 모습을 보여주는 단면도이다.
도 1 내지 도 5를 참조하면, 몰드(120)가 장입되는 공간을 제공하는 챔버(110)와, 챔버(110) 내에 안치되고 자체 가열원으로 작용하는 몰드(120)와, 챔버(110)의 둘레를 감싸게 구비되고 몰드(120)를 고주파 유도가열 방식으로 가열하기 위한 가열수단(130)과, 챔버(110)에 비활성 가스를 공급하는 가스공급부(140)와, 상기 챔버(110) 내의 압력을 대기압 미만으로 감압하여 진공 상태로 만들기 위한 배기 장치(150) 및 챔버(110) 내의 가스를 배출하기 위한 가스배출구(160)를 포함한다.
상기 챔버(110)는 화학적으로 안정하고 석영 유리 잉곳의 용융 온도 보다 높은 융점을 갖는 내열성의 재질로 이루어지는 것이 바람직하다. 챔버(110)에는 가열수단(130)이 구비되어 있고, 가열수단(130)은 전원공급수단(미도시)에 의한 전원이 공급되어 챔버(110) 내의 온도를 조절한다. 챔버(110)는 단열재(미도시)에 의해 둘러싸여 있을 수 있다. 챔버(110)의 외벽은 가열수단(130)에서 가열된 열을 단열하여 최대한 열 손실을 억제하는 작용을 하는 것으로, 내화물, 세라믹 섬유 보드(Ceramic Fiber Board), 세라믹 블랭킷(Ceramic Blanket) 등의 세라믹 재질의 열 차단 효과가 있는 재질로 이루어지는 것이 바람직하다.
비활성 가스를 유입시키기 위한 가스유입구(170)가 챔버(110)에 연결되며, 가스유입구(170)는 가스공급부(140)에 연결되어 비활성 가스를 공급받아 챔버(110) 내부로 공급하는 역할을 한다. 챔버(110)의 외부에는 비활성 가스를 제공하는 가스공급부(140)가 배치되고, 가스유입구(170)를 통하여 비활성 가스가 챔버(110)로 유입되게 된다.
가스배출구(160)가 챔버(110)에 연결되어 있고, 가스배출구(160)에는 펌프(pump)와 같은 배기 장치(150)가 설치되어 있을 수 있다. 상기 배기 장치(150)에 의하여 챔버(110) 내의 압력(또는 진공도)이 조절될 수 있다. 비활성 가스(또는 퍼지 가스(purge gas))를 사용하여 챔버(110) 내에 존재하는 불순물 가스를 퍼지(purge)하여 가스배출구(160)를 통해 배기시킬 수도 있다. 석영 유리 잉곳을 용융시킨 후에 냉각 시에는 가스유입구(170)를 통해 비활성 가스를 유입시켜 챔버(110) 내에 잔류하는 반응 부산물을 퍼지하여 가스배출구(160)를 통해 배기시킬 수 있다. 상기 배기 장치(150)는 챔버(110) 내부를 진공 상태로 만들거나 가스를 배기하기 위한 진공 펌프(vacuum Pump)와, 상기 진공 펌프에 의한 가스의 배기를 차단하거나 조절하기 위한 밸브 등을 포함할 수 있다.
몰드(120)는 챔버(110) 내에 장입되고, 그 자체가 물질의 합성을 위한 가열원으로 작용한다. 몰드(120)의 외측벽(124)은 그 자체가 가열원으로 작용하기 위하여 높은 융점을 갖는 그라파이트(graphite) 재질로 이루어질 수 있다. 상기 몰드(120)는 일반적으로 원통형 구조를 가지며, 이에 한정되는 것은 아니며 원하는 다양한 형태로 제작될 수도 있다.
몰드(120)는 그라파이트(graphite)로 이루어진 외측벽(124)과 그 내부의 내측벽(122)을 포함할 수 있다. 용융 유리와 직접적으로 접촉하는 부위인 몰드(120)의 내측벽(122)은 표면 강도가 높고, 석영 유리 잉곳의 용융 온도에서도 견딜 수 있으며, 용융 유리와 접촉해도 불순물을 발생시키지 않으며, 용융 유리가 붙는 현상을 억제하기 위하여 접촉각이 낮은 물질로 이루어진 것이 바람직하며, 이를 위해 DLC(diamond like carbon), 텅스텐 카바이드(WC)와 같은 재질로 이루어지는 것이 바람직하다. 몰드(120)의 내측벽(122)이 DLC(diamond like carbon), 텅스텐 카바이드(WC)와 같은 재질로 이루어져 있으므로 용융 유리에 불순물이 혼입되는 것을 억제할 수 있고, 용융 유리와 몰드(120)의 그라파이트가 반응하는 것을 방지할 수 있으며, 석영 유리 잉곳과 몰드(120)의 선팽창 계수 차이에 기초하여 생기는 냉각시의 열수축의 차가 적어지고, 냉각시에 몰드(120)가 대면적 석영 유리 잉곳을 압축하는 응력을 줄일 수 있다.
이러한 몰드(120)는 받침대(126)에 의해 지지될 수 있으며, 최종 생성되는 대면적 석영 유리 잉곳의 탈형을 쉽게 하기 위해 좌우 분리될 수 있게 구비될 수 있다.
가열수단(130)은 챔버(110)의 둘레에 배치되며, 몰드(120) 내의 석영 유리 잉곳을 가열하여 용융시키는 역할을 한다. 가열수단(130)에 의한 가열온도는 석영 유리 잉곳의 물성이나 특성 등을 고려하여 적절하게 선택하여 설정한다. 몰드(120) 내에서 복수 개의 석영 유리 잉곳(180)은 적절한 온도로 가열되어 용융되게 된다.
가열수단(130)에 의해 가열되는 챔버(110) 내부의 온도는 석영 유리 잉곳이 충분히 용융될 수 있는 온도인 것이 바람직하다. 챔버(110) 내부 온도는 용융되는 석영 유리 잉곳의 종류에 따라 온도를 적절하게 조절하며, 가열수단(130)은 석영 유리 잉곳의 특성에 따라 온도를 제어할 수 있는 특징을 가진다.
가열수단(130)은 몰드(120)를 가열하여 챔버(110) 내의 온도를 일정 값 이상으로 상승시켜 목표하는 온도로 유지함으로써 복수 개의 석영 유리 잉곳(180)을 용융시키는 역할을 한다. 상기 가열수단(130)은 몰드(120)의 온도(또는 챔버(110)의 내부 온도)를 목표 온도(예컨대, 1800∼1900℃)로 상승시키고 일정하게 유지하는 역할을 한다. 상기 가열수단(130)은 고주파 유도가열 등의 방식을 이용할 수 있다. 상기 가열수단(130)에 의해 챔버(110) 내의 온도를 일정하게 유지시킬 수 있다.
상기 가열수단(130)으로 고주파(radio frequency; RF) 유도가열 방식을 이용하는 경우, RF 코일(152)이 챔버(110) 둘레를 감싸도록 배치될 수 있다. RF 코일은 고주파 발생기에 연결되어 있으며, 고주파 발생기에서 발생된 고주파 전력(RF power)이 RF 코일을 통하여 인가된다. RF 코일을 통해 몰드(120)는 목표하는 온도로 가열될 수 있다. 고주파 유도가열 방식을 이용하는 경우에는 몰드(120)의 온도를 고온(예컨대, 1800∼1900℃)으로 설정이 가능한 장점이 있다.
몰드(120)의 상부를 밀봉하기 위한 덮개(190)가 더 구비될 수도 있다. 용융 유리와 접하는 부위인 덮개의 내측부(192)는 DLC(diamond like carbon), 텅스텐 카바이드(WC)와 같은 재질로 이루어져 있는 것이 바람직하다. 덮개의 외측부(194)는 자체 가열원으로 작용하게 하기 위하여 그라파이트 재질로 이루어져 있는 것이 바람직하다.
이하에서, 상술한 장치를 이용하여 석영 유리 잉곳을 사이즈-업 하는 방법을 설명한다.
사이즈-업(size-up)을 위해 복수 개의 석영 유리 잉곳(180)을 준비한다. 상기 석영 유리 잉곳은 SiO2가 주성분을 이루는 석영 유리의 덩어리일 수도 있고, Ge, Ti, B, F, Al 등의 굴절률을 변화시키는 성분이 첨가되어 있는 합성 석영 유리 잉곳일 수도 있다. 시중에서 판매되고 있는 제품화된 석영 유리 잉곳을 구입하여 사이즈-업을 위한 출발원료로 사용할 수도 있다. 석영 유리 잉곳(180)은 OH기 농도가 적은 것, 예컨대 OH기 농도가 2,000ppm 이하(예컨대, 10∼2,000ppm 정도)인 것을 사용하는 것이 바람직하다. OH기 농도가 10ppm 미만인 것은 제조가 어렵고 가격이 비싸기 때문에 OH기 농도가 10∼2,000ppm 정도인 것이 바람직하다. OH기의 농도가 높은 석영 유리 잉곳을 사용하게 되면 굴절률 변화를 초래하는 문제점이 있을 수 있다. 석영 유리 잉곳(180)에 함유된 OH기는 SiO4 사면체의 망목 구조를 끊어 최종 형성되는 대면적 석영 유리 잉곳의 굴절률 특성을 저하시키는 원인이 된다.
몰드(120) 내에 복수 개의 석영 유리 잉곳(180)을 서로 이웃하게 배치한다. 상기 몰드(120)의 내부 형태는 최종 생성되는 대면적 석영 유리 잉곳의 원하는 형태로 제작할 수 있으며, 도 1에서 도시된 바와 같이 원통형으로 이루어지거나, 정사각기둥, 직사각기둥 등의 다각기둥 형태로 이루어질 수도 있다. 몰드(120) 내에 복수 개의 석영 유리 잉곳(180)을 수용한 후, 몰드(120) 상부를 덮개(190)로 덮어 밀봉할 수도 있다. 용융 유리와 접하는 부위인 덮개의 내측부(192)도 DLC(diamond like carbon), 텅스텐 카바이드(WC)와 같은 재질로 이루어져 있는 것이 바람직하다.
복수 개의 석영 유리 잉곳(180)이 담긴 몰드(120)를 챔버(110) 내에 장입한다.
배기 장치(150)를 이용하여 챔버(110) 내의 압력을 대기압 미만(예컨대, 1∼100Pa) 으로 감압하여 진공 상태로 만든다.
챔버(110) 내의 온도가 1800∼1900℃ 범위의 온도가 되도록 가열하고 소정 시간 동안 유지하여 복수 개의 석영 유리 잉곳(180)이 용융되게 한다. 상기 온도까지는 1∼100℃/min 정도의 속도로 승온하는 것이 바람직하다.
1800∼1900℃의 온도에 도달하면, 석영 유리 잉곳의 내부까지 충분히 가열되어 용융될 수 있는 시간(예컨대, 30∼120분) 동안 유지한다. 1800℃ 미만이면 석영 유리 잉곳이 충분하게 용융되지 않을 수 있고, 1900℃를 초과하게 되면 용융 유리의 점도는 대폭적으로 저하되고 최종 형성되는 대면적 석영 유리 잉곳의 표면에는 요철이 발생할 수 있다. 또한, 1900℃를 초과하게 되면, 그라파이트(graphite)와 용융 유리의 반응에 의해 CO, CO2, SiO 또는 SiC 가스가 다량 발생할 수 있으며, 상기 가스에 의해 최종 형성되는 대면적 석영 유리 잉곳 내에 기포가 생성될 수 있어 복굴절률이 높아질 수 있다. 이러한 점들을 고려하여 가열 온도는 1800 내지 1900℃의 온도로 설정한다.
한편, 용융 유리와 직접적으로 접촉하는 부위인 몰드(120)의 내측벽(122)은 표면 강도가 높고, 석영 유리 잉곳의 용융 온도에서도 견딜 수 있으며, 용융 유리와 접촉해도 불순물을 발생시키지 않으며, 용융 유리가 붙는 현상을 억제하기 위하여 접촉각이 낮은 DLC(diamond like carbon), 텅스텐 카바이드(WC)와 같은 재질로 이루어져 있다. 몰드(120)가 그라파이트 재질만으로 이루어져 용융 유리와 직접적으로 접촉하는 부위인 내측벽(122)이 그라파이트 재질로 이루어질 경우에는 CO, CO2 또는 SiC 가스가 발생할 수 있으며, 생성된 SiC는 석영 유리 잉곳의 표면에 부착할 수 있고, 냉각할 때 석영 유리와 그라파이트의 열팽창률의 차이에 의해서 석영유리 표면에 압축응력이 인가되어 균열(crack)이 발생할 수도 있는 문제점이 있었으나, 몰드(120)의 내측벽(122)이 DLC(diamond like carbon), 텅스텐 카바이드(WC)와 같은 재질로 이루어져 있으므로 이러한 현상을 억제할 수 있다. 몰드(120)의 내측벽(122)이 DLC(diamond like carbon), 텅스텐 카바이드(WC)와 같은 재질로 이루어져 있으므로 용융 유리에 불순물이 혼입되는 것을 억제할 수 있고, 용융 유리와 그라파이트가 반응하는 것을 방지할 수 있으며, 석영 유리 잉곳과 몰드(120)의 선팽창 계수 차이에 기초하여 생기는 냉각시의 열수축의 차가 적어지고, 냉각시에 몰드(120)가 대면적 석영 유리 잉곳을 압축하는 응력을 줄일 수 있다.
1800∼1900℃의 온도로 가열되게 되면, 복수 개의 석영 유리 잉곳(180)은 용융되게 되며, 융융 유리는 유동되면서 몰드(120)의 내부 형상에 따른 형태를 갖게 된다.
1800∼1900℃의 온도에서 유지 시간은 30∼120분 정도인 것이 바람직하며, 30분 미만이면 복수 개의 석영 유리 잉곳(180)이 충분하게 용융되지 않을 수 있고, 120분을 초과하게 되면 최종 생성되는 대면적 석영 유리 잉곳의 내부에 과량의 기포가 발생할 수 있고 과량의 불순물이 함유될 수 있어 순도가 낮아질 수 있는 단점이 있을 수 있다.
복수 개의 석영 유리 잉곳(180)이 용융되게 한 후, 냉각한다. 상기 냉각은 가열수단(130)의 전원을 차단하여 자연적인 상태로 냉각되게 하거나, 임의적으로 온도 하강률(예컨대, 0.1∼10℃/min)을 설정하여 냉각되게 할 수도 있다. 너무 빠른 속도로 냉각하는 경우에는 대면적 석영 유리 잉곳과 몰드(120)의 선팽창 계수의 차이에 기초하여 생기는 냉각시의 응력이 커져서 대면적 성형 유리 잉곳에 균열 등이 발생할 수 있고 수율이 저하될 수 있으므로 0.1∼10℃/min 정도의 범위 내에서 서냉하는 것이 바람직하다. 고온에서 냉각시 저온보다 냉각속도가 훨씬 빠르며, 이를 고려하여 온도 구간 별로 구분하여 냉각 속도를 설정하는 것이 바람직하다. 예컨대, 유지온도 ∼ 1000℃ 까지는 5∼10℃/min의 속도로 냉각하고, 1000 ∼ 300℃ 까지는 2∼6℃/min의 속도로 냉각하며, 300℃ ∼ 상온 까지는 0.1∼1℃/min의 속도로 냉각한다.
냉각하는 동안에 비활성 가스를 주입하는 것이 바람직하다. 상기 비활성 가스인 고순도의 헬륨(He), 아르곤(Ar), 질소(N2) 등을 포함하는 가스를 사용할 수 있다. 상기 비활성 가스는 1∼20 slpm의 유량으로 공급하는 것이 바람직하다. 냉각시에 비활성 가스를 주입하게 되면 반응생성물의 발생을 억제하여 순도가 높은 대면적 석영 유리 잉곳을 얻을 수 있으며, 또한 냉각 속도를 조절할 수 있는 장점이 있다.
충분히 냉각된 후에 챔버(110)에서 몰드(120)를 언로딩하고, 몰드(120)로부터 대면적 석영 유리 잉곳을 꺼낸다.
이렇게 제조된 대면적 석영 유리 잉곳은 몰드(120)의 형상에 따른 형태를 갖게 되며, 출발원료로 사용된 석영 유리 잉곳보다 대면적을 갖는다.
상술한 방법은 비교적 큰 지름의 석영 유리 잉곳을 얻기 쉽고, 고균질 및 고품질의 석영 유리 잉곳을 얻을 수 있으며, 이와 같이 제조된 대면적 석영 유리 잉곳은 잘라내어 광학 부재 등과 같은 다양한 용도로 사용될 수 있다.
이상, 본 발명의 바람직한 실시예를 들어 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 변형이 가능하다.
110: 챔버
120: 몰드
130: 가열수단
140: 가스공급부
150: 배기 장치
160: 가스배출구
170: 가스유입구
180: 석영 유리 잉곳
190: 몰드 덮개

Claims (6)

  1. 몰드가 장입되는 공간을 제공하는 챔버;
    상기 챔버 내에 안치되고 자체 가열원으로 작용하는 몰드;
    상기 챔버의 둘레를 감싸게 구비되고 상기 몰드를 고주파 유도가열 방식으로 가열하기 위한 가열수단;
    상기 챔버에 비활성 가스를 공급하는 가스공급부;
    상기 챔버 내의 압력을 대기압 미만으로 감압하여 진공 상태로 만들기 위한 배기 장치; 및
    상기 챔버 내의 가스를 배출하기 위한 가스배출구를 포함하는 장치를 이용하여 석영 유리 잉곳을 사이즈-업 하기 위한 방법으로서,
    복수 개의 석영 유리 잉곳을 이웃하게 상기 몰드에 배치하는 단계;
    복수 개의 석영 유리 잉곳이 담긴 몰드를 상기 챔버 내에 장입하는 단계;
    상기 챔버 내의 압력을 대기압 미만으로 감압하여 진공 상태로 만드는 단계;
    상기 챔버 내의 온도가 1800∼1900℃ 범위의 온도가 되도록 가열하고 유지하여 복수 개의 석영 유리 잉곳이 용융되게 하는 단계; 및
    복수 개의 석영 유리 잉곳이 용융되게 한 후, 냉각하는 단계를 포함하며,
    용융 유리와 접촉하는 부위인 내측벽은 DLC(diamond like carbon) 또는 텅스텐 카바이드(WC) 재질로 이루어지고, 외측벽은 자체 가열원으로 작용하게 하기 위하여 그라파이트 재질로 이루어진 몰드를 사용하고,
    복수 개의 석영 유리 잉곳이 담긴 몰드는 덮개로 덮여져서 밀봉되며,
    용융 유리와 접하는 부위인 내측부가 DLC(diamond like carbon) 또는 텅스텐 카바이드(WC) 재질로 이루어지고, 외측부는 자체 가열원으로 작용하게 하기 위하여 그라파이트 재질로 이루어진 덮개를 사용하며,
    복수 개의 석영 유리 잉곳은 OH기 농도가 10∼2,000ppm 범위인 것을 사용하는 것을 특징으로 하는 석영 유리 잉곳의 사이즈-업 방법.
  2. 제1항에 있어서, 1800∼1900℃의 온도에서 30∼120분 동안 유지하는 것을 특징으로 하는 석영 유리 잉곳의 사이즈-업 방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 냉각은 0.1∼10℃/min의 범위 내에서 서냉하는 것을 특징으로 하는 석영 유리 잉곳의 사이즈-업 방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 비활성 가스는 헬륨(He), 아르곤(Ar) 또는 질소(N2) 가스를 포함하는 가스를 사용하고,
    상기 비활성 가스는 1∼20 slpm의 유량으로 공급하는 것을 특징으로 하는 석영 유리 잉곳의 사이즈-업 방법.
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