KR102419569B1 - Synthetic quartz glass manufacturing device capable of uniformly controlling the deposition surface temperature - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 증착면 온도 균일제어가 가능한 합성 석영유리 제조장치에 관한 것이다.The present invention relates to a synthetic quartz glass manufacturing apparatus capable of uniformly controlling the deposition surface temperature.
광학, 반도체, 화학 산업 등에서 널리 이용되는 석영유리(silica glass or quartz glass)는 순수한 SiO2 만으로 이루어진 유리로서, 불순물 함량이 수백 ppm 이하인 정도를 말한다. SiO2는 실리카(Silica)라고 불리며, 결정 형태에 따라 다양한 종류로 나뉘나, 천연상태로 존재하는 대표적인 종류가 석영(quartz)이기 때문에, 고순도의 SiO2 유리를 석영유리라고 부른다. Silica glass or quartz glass, which is widely used in optical, semiconductor, and chemical industries, is a glass made of pure SiO 2 only, and refers to a degree of impurity content of several hundred ppm or less. SiO 2 is called silica, and it is divided into various types depending on the crystal form, but since the representative type that exists in nature is quartz, high-purity SiO 2 glass is called quartz glass.
석영유리는 제조방법에 따라 용융 석영유리(fused quartz glass)와 합성 석영유리(synthetic quartz glass)로 분류할 수 있다. 용융 석영유리는 천연 석영 내지 규사를 고온에서 용융하여 제조하는 반면, 합성 석영유리는 고순도인 염화규소(SiCl4)등 Si를 함유한 기체나 액체 상태의 화합물을 원료물질로 이용하여 화학기상증착법, 알콕사이드법 등으로 제조한다. 합성 석영유리는 석영이나 규사를 이용하는 경우 대비 불순물의 함량이 낮아 그 응용범위가 더 넓다. Quartz glass may be classified into fused quartz glass and synthetic quartz glass according to a manufacturing method. Molten quartz glass is manufactured by melting natural quartz or silica sand at high temperature, whereas synthetic quartz glass uses a gas or liquid compound containing Si such as high purity silicon chloride (SiCl 4 ) as a raw material as a raw material, using chemical vapor deposition, It is prepared by the alkoxide method or the like. Synthetic quartz glass has a lower content of impurities compared to the case of using quartz or silica sand, so its application range is wider.
한편, 합성 석영유리의 제조방법으로는 VAD(vapor phase axial deposition), OVD(outside vapor phase deposition), 또는 POD(plasma outside deposition) 등이 알려져 있고, 구체적으로 합성 석영유리 제조는 고순도의 염화규소(SiCl4) 등을 이용하여 중공형상 다공질 석영유리 모재(슈트체)를 제조하고, 이를 소결 투명화하는 방법으로 진행된다. 한편, OVD 등 방법에 의하면 타원에 있어 가장 긴 직경을 중심으로 회전하는 멘드렐 외표면에 규소 함유 원료를 화염 가수분해, 또는 열분해하여 미세한 SiO2 입자를 퇴적함으로써 슈트체를 제조하게 된다. 이렇게 제조된 슈트체는 탈수/소결 과정을 거쳐 합성 석영유리로 제조된다. On the other hand, as a manufacturing method of synthetic quartz glass, VAD (vapor phase axial deposition), OVD (outside vapor phase deposition), or POD (plasma outside deposition) are known. SiCl 4 ) and the like are used to prepare a hollow porous quartz glass base material (suit body), and sinter it and make it transparent. On the other hand, according to the method such as OVD, flame hydrolysis or thermal decomposition of a silicon-containing raw material on the outer surface of the mandrel rotating around the longest diameter in the ellipse to deposit fine SiO 2 particles to manufacture a chute. The thus-prepared chute body is made of synthetic quartz glass through a dehydration/sintering process.
본 발명은, OVD 방식 등으로 중공 실린더 형상의 합성 석영유리 제품 제조 시, 멘드렐 증착면의 온도를 균일하게 제어함으로써, 균일한 밀도의 증착물을 제조할 수 있는 합성 석영유리 제조장치 및 이를 이용하여 합성 석영유리를 제조하는 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. The present invention relates to a synthetic quartz glass manufacturing apparatus capable of manufacturing a deposit having a uniform density by uniformly controlling the temperature of a mandrel deposition surface when manufacturing a hollow cylinder-shaped synthetic quartz glass product using the OVD method and the like, and using the same An object of the present invention is to provide a method for producing synthetic quartz glass.
또한, 본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다. In addition, the technical problems to be solved by the present invention are not limited to the technical problems mentioned above, and other technical problems not mentioned are clearly to those of ordinary skill in the art to which the present invention belongs from the description below. can be understood
본 명세서에서는, 이산화규소(SiO2)가 증착되는 멘드렐 증착면 상부에는 온도 측정 장치가 구비되고, 멘드렐 증착면의 측면에는 증착면 온도를 균일하게 제어하기 위한 프리히팅(Pre-Heating)용 버너(Burner)가 구비되며, 멘드렐 증착면의 하부에는 이산화규소 입자 증착을 위한 증착용 버너가 구비되는, 합성 석영유리 제조장치가 제공된다. In this specification, a temperature measuring device is provided on the mandrel deposition surface on which silicon dioxide (SiO 2 ) is deposited, and on the side of the mandrel deposition surface for pre-heating to uniformly control the deposition surface temperature A burner is provided, and a deposition burner for silicon dioxide particle deposition is provided under the mandrel deposition surface, and an apparatus for manufacturing synthetic quartz glass is provided.
일례로, 상기 온도 측정 장치, 프리히팅용 버너 및 증착용 버너 중 선택되는 적어도 하나의 구성은 소정 간격을 두고 이동이 가능한 구조로 구비되며, 각 구성은 위치에 대한 독립제어가 가능하도록 구비되는 것일 수 있다.For example, at least one component selected from the temperature measuring device, the preheating burner, and the deposition burner is provided in a structure capable of moving at a predetermined interval, and each component is provided to enable independent control of the position. can
일례로, 상기 온도 측정 장치 및 프리히팅용 버너의 위치는 증착면의 직경, 멘드렐 회전속도, 증착용 버너의 이동속도 중 적어도 하나의 요인을 고려하여 소정 간격 이동하도록 조절됨으로써, 증착면 온도를 균일하게 제어하는 것일 수 있다. For example, the position of the temperature measuring device and the preheating burner is adjusted to move at a predetermined interval in consideration of at least one of the diameter of the deposition surface, the mandrel rotation speed, and the movement speed of the deposition burner, thereby reducing the deposition surface temperature. It may be a uniform control.
일례로, 상기 온도측정 장치가 가장 앞에 위치하고 그 뒤에 프리히팅용 버너, 증착용 버너의 순으로 위치하고, 각 장치간 간격은 10 mm 내지 200 mm 이내일 수 있다.For example, the temperature measuring device is positioned at the front, followed by a burner for preheating and a burner for deposition, and an interval between each device may be within a range of 10 mm to 200 mm.
일례로, 상기 프리히팅용 버너는 온도 측정 장치로부터 측정된 온도값을 입력 받아, 사전 설정된 목표값과의 차이를 계산하여 연소가스의 유량을 제어함으로써, 증착면 온도를 균일하게 제어하는 것일 수 있다. For example, the preheating burner may receive a temperature value measured from a temperature measuring device, calculate a difference from a preset target value, and control the flow rate of combustion gas, thereby uniformly controlling the deposition surface temperature. .
일례로, 상기 멘드렐은 스테인레스스틸(SUS), 티타늄, 니켈, 인코넬, 하스텔로이 및 이들의 조합 중 선택되는 1종 이상의 재질을 가지는 것일 수 있다.For example, the mandrel may be made of at least one material selected from among stainless steel (SUS), titanium, nickel, inconel, hastelloy, and combinations thereof.
또한, 본 명세서에서는, 상기 제조장치를 이용하여 합성 석영유리를 제조하는 방법으로서, 종방향 내지 횡방향 축을 중심으로 회전하는 멘드렐(Mandrel)의 원통 외면 상에 이산화규소(SiO2) 입자를 증착시켜 다공성 중공실린더 형상의 슈트체를 형성한 다음, 소결시켜 합성 석영유리를 제조하되, 상기 증착 및 소결 과정은, 상기 제조장치 구성으로서, 온도 측정 장치, 프리히팅용 버너 및 증착용 버너 중 선택되는 적어도 하나의 구성을 소정 간격을 두고 이동시키되, 각 구성을 위치에 대한 독립제어가 가능하도록 하여, 멘드렐 증착면 온도를 균일하게 제어함으로써 수행되는, 합성 석영유리 제조방법을 제공한다. In addition, in the present specification, as a method of manufacturing synthetic quartz glass using the manufacturing apparatus, silicon dioxide (SiO 2 ) particles are deposited on the cylindrical outer surface of a mandrel rotating about a longitudinal to transverse axis. to form a porous hollow cylinder-shaped chute body, and then sintered to manufacture synthetic quartz glass, but the deposition and sintering process is a configuration of the manufacturing device, which is selected from a temperature measuring device, a preheating burner, and a deposition burner Provided is a method for manufacturing synthetic quartz glass, which is performed by moving at least one component at a predetermined interval, and uniformly controlling the temperature of the deposition surface of the mandrel by enabling independent control of the position of each component.
본 발명에 따르면, OVD 방식 등으로 중공 실린더 형상의 합성 석영유리 제품 제조 시, 온도 측정 장치, 프리히팅용 버너 및 증착용 버너 중 선택되는 적어도 하나의 구성은 소정 간격을 두고 이동이 가능한 구조로 구비되며, 각 구성은 위치에 대한 독립제어가 가능하도록 구비됨으로써, 멘드렐 증착면 온도를 균일하게 제어할 수 있게 되어, 균일한 밀도의 증착물(슈트체)을 제조할 수 있게 되므로, 최종적으로 제조되는 제품의 불량율을 현저히 감소시킬 수 있다.According to the present invention, when manufacturing a synthetic quartz glass product having a hollow cylinder shape using the OVD method, at least one component selected from a temperature measuring device, a preheating burner, and a deposition burner is provided in a structure that can be moved at a predetermined interval Each configuration is provided so that independent control of the position is possible, so that the temperature of the deposition surface of the mandrel can be uniformly controlled, and the deposition material (suit body) of uniform density can be manufactured. It can significantly reduce the defect rate of the product.
또한, 본 발명에 따르면 합성 석영유리 제조 시 증착 공정에서는 SiO2 증착온도인 800 내지 1,400 ℃ 온도 범위에서 사용가능하며, 열충격에 강하고, 파손되지 않아 반영구적 사용이 가능한, 스테인레스스틸 등 재질의 금속 멘드렐을 사용하고, 멘드렐과 슈트체 간 결합 및 멘드렐과 슈트체 간 열팽창계수 차이에 의한 응력으로 인해 일정 두께 이상의 슈트체에 크랙(Crack)이 발생하는 문제를 보다 효과적으로 해결하기 위하여 멘드렐 표면에 질화붕소 이형층을 형성하여 사용할 수 있다. 한편, 증착물 탈리 시 증착물에 손상이 발생하는 것을 방지할 수 있다.In addition, according to the present invention, in the deposition process when manufacturing synthetic quartz glass, it can be used in a temperature range of 800 to 1,400 ℃, which is the deposition temperature of SiO 2 , is strong against thermal shock, is not damaged and can be used semi-permanently. In order to more effectively solve the problem of cracks occurring in the chute over a certain thickness due to the stress caused by the coupling between the mandrel and the chute and the difference in the coefficient of thermal expansion between the mandrel and the chute, It can be used by forming a boron nitride release layer. On the other hand, it is possible to prevent damage to the deposit when the deposit is detached.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 합성 석영유리 제조를 위한 합성 석영유리 제조장치를 개략적으로 도시한 것이다.
도 2는 도 1의 합성 석영유리 제조장치를 측면에서 바라본 도면이다.1 schematically shows an apparatus for manufacturing a synthetic quartz glass for manufacturing a synthetic quartz glass according to an embodiment of the present invention.
2 is a view of the synthetic quartz glass manufacturing apparatus of FIG. 1 as viewed from the side.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 이하에서 개시되는 실시 예에 한정되지 않는다. 또한 도면에서 본 발명을 명확하게 개시하기 위해서 본 발명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 도면에서 동일하거나 유사한 부호들은 동일하거나 유사한 구성요소들을 나타낸다. Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those of ordinary skill in the art can easily carry out the embodiments of the present invention. However, the present invention may be implemented in several different forms and is not limited to the embodiments disclosed below. In addition, in order to clearly disclose the present invention in the drawings, parts irrelevant to the present invention are omitted, and the same or similar symbols in the drawings indicate the same or similar components.
본 발명의 목적 및 효과는 하기의 설명에 의해서 자연스럽게 이해되거나 보다 분명해질 수 있으며, 하기의 기재만으로 본 발명의 목적 및 효과가 제한되는 것은 아니다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시예를 상세히 설명하기로 한다. Objects and effects of the present invention can be naturally understood or made clearer by the following description, and the objects and effects of the present invention are not limited only by the following description. In addition, in the description of the present invention, if it is determined that a detailed description of a known technology related to the present invention may unnecessarily obscure the gist of the present invention, the detailed description thereof will be omitted. Hereinafter, an embodiment according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
본 발명의 일실시예에 따른 합성 석영유리 제조장치는 이산화규소(SiO2)가 증착되는 멘드렐 증착면 상부에는 온도 측정 장치가 구비되고, 멘드렐 증착면의 측면에는 증착면 온도를 균일하게 제어하기 위한 프리히팅(Pre-Heating)용 버너(Burner)가 구비되며, 멘드렐 증착면의 하부에는 이산화규소 입자 증착을 위한 증착용 버너가 구비되는 것일 수 있다(도 1 및 도 2 참조).In the synthetic quartz glass manufacturing apparatus according to an embodiment of the present invention, a temperature measuring device is provided on the mandrel deposition surface on which silicon dioxide (SiO 2 ) is deposited, and the deposition surface temperature is uniformly controlled on the side of the mandrel deposition surface. A burner for pre-heating may be provided, and a deposition burner for silicon dioxide particle deposition may be provided under the mandrel deposition surface (refer to FIGS. 1 and 2).
구체적으로, 본 발명에 따른 합성 석영유리 제조장치는 도가니 내에 구비되는 것일 수 있고, 종방향 내지 횡방향 축을 중심으로 회전하는 멘드렐(Mandrel)과, 상기 멘드렐의 증착면 상부에 구비되는 온도 측정 장치, 멘드렐 증착면의 측면에 구비되는 프리히팅(Pre-Heating)용 버너(Burner), 상기 멘드렐 증착면 하부에 구비되는 증착용 버너를 포함할 수 있다.Specifically, the apparatus for manufacturing synthetic quartz glass according to the present invention may be one provided in a crucible, a mandrel rotating about a longitudinal or transverse axis, and a temperature measurement provided on the deposition surface of the mandrel The apparatus may include a pre-heating burner provided on a side surface of the mandrel deposition surface, and a deposition burner provided under the mandrel deposition surface.
멘드렐은 외표면인 증착면에 이산화규소 원료를 증착시켜 중공 실린더 형태의 슈트체를 형성할 수 있도록 하는 장치 구성으로서, 축을 중심으로 일측으로 360°회전가능하게 구비되는 것일 수 있다. 한편, 본 발명의 일실시예에 따른 멘드렐은 스테인레스스틸(SUS), 티타늄, 니켈, 인코넬 및 이들의 조합 중 선택되는 1종 이상의 재질을 가지는 것일 수 있고, 상세하게는 스테인레스스틸 재질일 수 있다. The mandrel is a device configuration for forming a hollow cylinder-shaped chute by depositing a silicon dioxide raw material on the deposition surface, which is the outer surface, and may be provided rotatably 360° to one side about an axis. Meanwhile, the mandrel according to an embodiment of the present invention may be made of at least one material selected from among stainless steel (SUS), titanium, nickel, inconel, and combinations thereof, and in detail, may be made of stainless steel. .
종래 기술에 따르면, 위와 같은 OVD 등 방법에 의해 합성 석영유리 제조 시 증착 공정에서 산화 저항성을 갖는 알루미나 또는 탄화규소 등 세라믹 재질의 멘드렐을 사용하였으나, 알루미나 및 탄화규소 등은 상대적으로 고가의 세라믹 소재로서, 열충격에 매우 취약하여 특히 화염을 이용한 공정 시 열충격에 의한 파손의 위험이 있었다. 또한, 이형성의 문제로 인하여, 증착 공정 완료 후 멘드렐과 증착물 분리 시 멘드렐 내지 증착물의 파손 위험이 있었다. 한편, 본 발명과 같이 멘드렐의 재질을 스테인레스스틸(SUS), 티타늄, 니켈, 인코넬, 하스텔로이 및 이들의 조합 중 선택되는 1종 이상의 재질, 상세하게는 스테인레스스틸로 구성하고 질화붕소, 탄화규소, 질화규소, 니켈, 니켈합금 등의 이형층을 단층 또는 다층으로 형성하는 경우, 파손 우려가 적고, 냉각 중 열팽창 계수 차이에 의해 자연스럽게 멘드렐이 증착물과 분리가 가능하고, 특정 재질의 이형층으로 인해 멘드렐과 증착물 간 물리적 접착이 효과적으로 방지되어 분리 시 멘드렐 내지 증착물의 파손이 효과적으로 방지된다. According to the prior art, a mandrel made of a ceramic material such as alumina or silicon carbide having oxidation resistance was used in the deposition process when manufacturing synthetic quartz glass by the OVD method, but alumina and silicon carbide are relatively expensive ceramic materials. As a result, it is very vulnerable to thermal shock, and there is a risk of damage due to thermal shock, especially during the process using a flame. In addition, due to the problem of releasability, there was a risk of damage to the mandrel or the deposit when the mandrel and the deposit were separated after the deposition process was completed. On the other hand, as in the present invention, the material of the mandrel is made of one or more materials selected from stainless steel (SUS), titanium, nickel, Inconel, Hastelloy, and combinations thereof, specifically stainless steel, and boron nitride, silicon carbide When the release layer such as silicon nitride, nickel, or nickel alloy is formed as a single or multi-layer, there is little risk of breakage, and the mandrel can be separated from the deposited material naturally due to the difference in the coefficient of thermal expansion during cooling, and due to the release layer of a specific material Physical adhesion between the mandrel and the deposit is effectively prevented, so that the mandrel or the deposit is effectively prevented from being damaged during separation.
한편, 본 발명의 일실시예에 따른 멘드렐은 가스의 이동이 가능하도록 형성된 유로(channel)를 구비하는 것일 수 있다. 구체적으로, 슈트체를 형성하는 증착 공정 및 투명화를 위한 소결 공정 등에서, 냉각 또는 강제 냉각 과정을 거칠 수 있고, 이 과정에서 발생하는 탈가스가 효과적으로 배출되지 않는 경우 소결체 내에서 기공이 다수 형성될 수 있고, 이는 제품 불량 및 성능 저하로 이어질 수 있다. 따라서, 공정 간 탈가스를 효과적으로 배출하도록 하는 것이 중요하며, 본 발명에서는 종래 기술과 달리 유로(channel)가 형성된 것을 사용할 수 있다. 이 경우 탈가스들이 멘드렐 소재 자체의 기공층 내지 멘드렐에 형성된 유로를 통하여 외부로 원활히 배출될 수 있는 바, 소결체 내부에 기공이 잔류하는 것을 최소화할 수 있다. On the other hand, the mandrel according to an embodiment of the present invention may be provided with a channel (channel) formed to enable the movement of gas. Specifically, in the deposition process for forming the chute and the sintering process for transparency, a cooling or forced cooling process may be performed, and if the degassing generated in this process is not effectively discharged, a large number of pores may be formed in the sintered body and this can lead to product defects and performance degradation. Therefore, it is important to effectively discharge the degassing between processes, and in the present invention, unlike the prior art, a channel in which a channel is formed may be used. In this case, since the degassed can be smoothly discharged to the outside through the pore layer of the mandrel material itself or the flow path formed in the mandrel, it is possible to minimize the remaining pores in the sintered body.
한편, 온도 측정 장치는 이산화규소(SiO2)가 증착되는 멘드렐 증착면 상부에 구비될 수 있고, 온도를 감지 및 수치화하여 이를 프리히팅용 버너로 전달할 수 있는 구성일 수 있다. 한편, 상기 온도 측정 장치는 증착면의 직경, 멘드렐 회전속도, 증착용 버너의 이동속도 중 적어도 하나의 요인을 고려하여 소정 간격 이동하도록 조절되는 것일 수 있고, 또한 위치에 대한 독립제어가 가능하도록 구비됨으로써, 증착면 온도를 균일하게 제어하게 하는 역할을 수행할 수 있다. Meanwhile, the temperature measuring device may be provided on the mandrel deposition surface on which silicon dioxide (SiO 2 ) is deposited, and may have a configuration capable of sensing and quantifying the temperature and transferring it to a burner for preheating. On the other hand, the temperature measuring device may be adjusted to move at a predetermined interval in consideration of at least one factor among the diameter of the deposition surface, the mandrel rotation speed, and the movement speed of the deposition burner, and to enable independent control of the position. By being provided, it can serve to uniformly control the deposition surface temperature.
한편, 프리히팅용 버너는 멘드렐 증착면 측면에 구비되어 증착면의 온도를 균일하게 제어하기 위해 구비되는 것일 수 있으며, 필요에 따라 하나 이상 구비될 수 있다. 한편, 상기 프리히팅용 버너는 온도 측정 장치와 마찬가지로 증착면의 직경, 멘드렐 회전속도, 증착용 버너의 이동속도 중 적어도 하나의 요인을 고려하여 소정 간격 이동하도록 조절되는 것일 수 있고, 또한 위치에 대한 독립제어가 가능하도록 구비됨으로써, 증착면 온도를 균일하게 제어하게 하는 역할을 수행할 수 있다. Meanwhile, the preheating burner may be provided on the side of the mandrel deposition surface to uniformly control the temperature of the deposition surface, and one or more burners may be provided as necessary. On the other hand, the preheating burner may be adjusted to move at a predetermined interval in consideration of at least one factor among the diameter of the deposition surface, the mandrel rotation speed, and the movement speed of the deposition burner, as in the temperature measuring device, and By being provided to enable independent control of the temperature, it can serve to uniformly control the deposition surface temperature.
상세하게는 상기 프리히팅용 버너는 온도 측정 장치로부터 측정된 온도값을 입력 받아, 사전 설정된 목표값과의 차이를 계산하여 연소가스의 유량을 제어함으로써, 증착면 온도를 균일하게 제어하는 구성일 수 있다. In detail, the preheating burner may be configured to receive a temperature value measured from a temperature measuring device, calculate a difference from a preset target value, and control the flow rate of combustion gas to uniformly control the deposition surface temperature have.
한편, 증착용 버너는 멘드렐 증착면 하부에 구비되어 이산화규소 입자의 증착을 원활하게 수행하도록 구비되는 구성일 수 있으며, 소정 간격을 두고 이동이 가능한 구조로 구비될 수 있고, 위치에 대한 독립제어가 가능하도록 구비될 수 있다. On the other hand, the deposition burner may be provided under the mandrel deposition surface to smoothly perform the deposition of silicon dioxide particles, and may be provided in a structure capable of moving at a predetermined interval, independent control of the position It may be provided so that it is possible.
일례로, 상기 온도 측정 장치와 프리히팅용 버너와의 간격(D1)은 10 mm 내지 200 mm, 상세하게는 30 mm 내지 150 mm, 더 상세하게는 50 mm 내지 100 mm가 적절하며, 프리히팅용 버너와 증착용 버너와의 간격(D2)는 D1과 동일한 범위 내에서 유지할 수 있다.For example, the distance (D1) between the temperature measuring device and the preheating burner is 10 mm to 200 mm, specifically 30 mm to 150 mm, more specifically 50 mm to 100 mm is suitable, The distance D2 between the burner and the deposition burner may be maintained within the same range as D1.
한편, 본 발명에 따른 제조장치에서는 증착용 버너가 소정 거리 이동하는 경우, 이에 비례하여 온도 측정 장치 및 프리히팅용 버너 역시 동일하게 이동하도록 제어될 수 있다. Meanwhile, in the manufacturing apparatus according to the present invention, when the deposition burner moves a predetermined distance, the temperature measuring device and the preheating burner may also be controlled to move in proportion to this.
구체적으로, 합성 석영유리 내 기공이 포함되는 경우 해당 부분은 불량 처리되어 사용이 불가하고, 제조 시 기공 발생을 최대한 억제할 필요가 있다. 기공은 다양한 원인에 의해 발생할 수 있으나, 밀도가 불균일하게 증착되는 경우 기공 발생이 현저히 증가하는 바, 증착 시 밀도를 효과적으로 제어하는 것이 기공 억제에 중요하다고 여겨진다. 한편, 밀도는 증착 시 온도와 밀접한 관련을 가지고 있으므로, 증착면의 온도를 균일하게 유지할 필요가 있다. Specifically, when pores in the synthetic quartz glass are included, the corresponding part is defective and cannot be used, and it is necessary to suppress the generation of pores as much as possible during manufacturing. Pores may be caused by various causes, but when the density is non-uniformly deposited, the pore generation significantly increases. It is considered that effectively controlling the density during deposition is important for pore suppression. On the other hand, since the density is closely related to the temperature during deposition, it is necessary to uniformly maintain the temperature of the deposition surface.
증착 초반 직경이 작을 때는 화염과의 접촉 시간이 길어 증착면의 온도를 균일하게 유지하기 쉽지만, 직경이 점차 증가함에 따라 전체 면적대비 화염과의 접촉시간은 점점 짧아지게 되는 바 온도를 균일하게 유지하기 어렵다. 이를 해결하기 위해서 본 발명에서는 증착면에 대한 온도 측정이 가능한 온도 측정 장치를 구비하고, 증착면을 가열하기 위한 프리히팅용 버너를 더 구비할 수 있다. When the initial diameter of deposition is small, the contact time with the flame is long, so it is easy to keep the temperature of the deposition surface uniform. difficult. In order to solve this problem, in the present invention, a temperature measuring device capable of measuring the temperature of the deposition surface may be provided, and a preheating burner for heating the deposition surface may be further provided.
한편, 상기 온도 측정 장치에 의해 측정된 온도 값을 기준으로 하여 프리히팅용 버너의 열원, 예를 들어 연소가스의 유량을 증가시키거나 감소시킴으로써, 증착면 온도를 일정하게 유지시킬 수 있고, 이에 의해 균일한 밀도를 확보하여, 기공 형성을 최소화할 수 있다. On the other hand, by increasing or decreasing the flow rate of the heat source of the preheating burner, for example, the combustion gas, based on the temperature value measured by the temperature measuring device, the deposition surface temperature can be maintained constant, thereby By ensuring a uniform density, the formation of pores can be minimized.
한편, 본 발명의 일실시예에 따른 합성 석영유리 제조방법은 상술한 제조장치를 이용하여 종방향 내지 횡방향 축을 중심으로 회전하는 멘드렐(Mandrel)의 원통 외면 상에 이산화규소(SiO2) 입자를 증착시켜 다공성 중공실린더 형상의 슈트체를 형성한 다음, 소결시켜 합성 석영유리를 제조하되, 상기 증착 및 소결 과정은, 상기 제조장치 구성으로서, 온도 측정 장치, 프리히팅용 버너 및 증착용 버너 중 선택되는 적어도 하나의 구성을 소정 간격을 두고 이동시키되, 각 구성을 위치에 대한 독립제어가 가능하도록 하여, 멘드렐 증착면 온도를 균일하게 제어함으로써 수행되는 것일 수 있다. On the other hand, in the method for manufacturing synthetic quartz glass according to an embodiment of the present invention, silicon dioxide (SiO 2 ) particles on the cylindrical outer surface of a mandrel rotating about a longitudinal to transverse axis using the above-described manufacturing apparatus. is deposited to form a porous hollow cylinder-shaped chute, and then sintered to manufacture synthetic quartz glass, but the deposition and sintering process is a configuration of the manufacturing device, among a temperature measuring device, a preheating burner, and a deposition burner. It may be performed by moving at least one selected component at a predetermined interval, and uniformly controlling the temperature of the deposition surface of the mandrel by enabling independent control of the position of each component.
이상으로 설명한 본 발명의 제조장치 및 제조방법에 따르면, OVD 방식 등으로 중공 실린더 형상의 합성 석영유리 제품 제조 시, 온도 측정 장치, 프리히팅용 버너 및 증착용 버너 중 선택되는 적어도 하나의 구성은 소정 간격을 두고 이동이 가능한 구조로 구비되며, 각 구성은 위치에 대한 독립제어가 가능하도록 구비됨으로써, 멘드렐 증착면 온도를 균일하게 제어할 수 있게 되어, 균일한 밀도의 증착물(슈트체)을 제조할 수 있게 되므로, 최종적으로 제조되는 제품의 불량율을 현저히 감소시킬 수 있다.According to the manufacturing apparatus and manufacturing method of the present invention described above, when manufacturing a synthetic quartz glass product having a hollow cylinder shape by an OVD method, etc., at least one configuration selected from a temperature measuring device, a preheating burner, and a deposition burner is predetermined. It is provided in a structure that can be moved at intervals, and each component is provided so that independent control of the position is possible, so that the temperature of the deposition surface of the mandrel can be uniformly controlled, and a deposit (suit body) of a uniform density is manufactured Therefore, it is possible to significantly reduce the defect rate of the finally manufactured product.
또한, 본 발명에 따르면 합성 석영유리 제조 시 증착 공정에서는 SiO2 증착온도인 800 내지 1,400 ℃ 온도 범위에서 사용가능하며, 열충격에 강하고, 파손되지 않아 반영구적 사용이 가능한, 스테인레스스틸 등 재질의 금속 멘드렐을 사용함으로써, 멘드렐과 슈트체 간 결합 및 멘드렐과 슈트체 간 열팽창계수 차이에 의한 응력으로 인해 일정 두께 이상의 슈트체에 크랙(Crack)이 발생하는 문제를 보다 효과적으로 해결하는 한편, 증착물 탈리 시 증착물에 손상이 발생하는 것을 방지할 수 있다.In addition, according to the present invention, in the deposition process when manufacturing synthetic quartz glass, it can be used in a temperature range of 800 to 1,400 ℃, which is the deposition temperature of SiO 2 , is strong against thermal shock, is not damaged and can be used semi-permanently. By using , it more effectively solves the problem of cracks occurring in the chute over a certain thickness due to the stress caused by the bond between the mandrel and the chute and the difference in the coefficient of thermal expansion between the mandrel and the chute. It is possible to prevent damage to the deposit.
또한, 상기 금속 멘드렐은 가스의 이동이 가능하도록 형성된 유로(channel)를 구비함으로써, 소결체 내에서 탈가스로 인해 형성되는 기공이 최소화된 합성 석영유리 제품을 제조할 수 있다. In addition, since the metal mandrel has a channel formed to allow the movement of gas, it is possible to manufacture a synthetic quartz glass product in which pores formed due to degassing in the sintered body are minimized.
앞에서, 본 발명의 특정한 실시예가 설명되고 도시되었지만 본 발명은 기재된 실시예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 일이다. 따라서, 그러한 수정예 또는 변형예들은 본 발명의 기술적 사상이나 관점으로부터 개별적으로 이해되어서는 아니되며, 변형된 실시예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 하여야 할 것이다. In the foregoing, specific embodiments of the present invention have been described and illustrated, but it is common knowledge in the art that the present invention is not limited to the described embodiments, and that various modifications and variations can be made without departing from the spirit and scope of the present invention. It is self-evident to those who have Accordingly, such modifications or variations should not be individually understood from the technical spirit or point of view of the present invention, and modified embodiments should be said to belong to the claims of the present invention.
Claims (7)
멘드렐 증착면의 측면에는 증착면 온도를 균일하게 제어하기 위한 프리히팅(Pre-Heating)용 버너(Burner)가 구비되며,
멘드렐 증착면의 하부에는 이산화규소 입자 증착을 위한 증착용 버너가 구비되고,
상기 멘드렐은 스테인레스스틸(SUS), 티타늄, 니켈, 인코넬, 하스텔로이 및 이들의 조합 중 선택되는 1종 이상의 재질을 가지되, 상기 멘드렐 상에는 질화붕소, 탄화규소, 질화규소, 니켈, 니켈합금 및 이들의 조합 중 선택되는 1종 이상의 이형층이 단층 또는 다층으로 형성된 것이며,
상기 온도 측정 장치 및 프리히팅용 버너의 위치는 증착면의 직경, 멘드렐 회전속도, 증착용 버너의 이동속도 중 적어도 하나의 요인을 고려하여 소정 간격 이동하도록 조절되어 증착면 온도를 균일하게 제어하고, 상기 프리히팅용 버너는 온도 측정 장치로부터 측정된 온도값을 입력 받아, 사전 설정된 목표값과의 차이를 계산하여 연소가스의 유량을 제어함으로써, 증착면 온도를 균일하게 제어하는, 합성 석영유리 제조장치.
A temperature measuring device is provided on the mandrel deposition surface on which silicon dioxide (SiO 2 ) is deposited,
A burner for pre-heating is provided on the side of the deposition surface of the mandrel to uniformly control the temperature of the deposition surface,
A deposition burner for silicon dioxide particle deposition is provided under the mandrel deposition surface,
The mandrel has at least one material selected from stainless steel (SUS), titanium, nickel, Inconel, Hastelloy and combinations thereof, and on the mandrel, boron nitride, silicon carbide, silicon nitride, nickel, nickel alloy and One or more release layers selected from combinations thereof are formed as a single layer or a multilayer,
The position of the temperature measuring device and the preheating burner is adjusted to move at a predetermined interval in consideration of at least one factor among the diameter of the deposition surface, the mandrel rotation speed, and the movement speed of the deposition burner to uniformly control the deposition surface temperature, , The preheating burner receives a temperature value measured from a temperature measuring device, calculates a difference from a preset target value, and controls the flow rate of the combustion gas, thereby uniformly controlling the deposition surface temperature. Device.
상기 온도 측정 장치, 프리히팅용 버너 및 증착용 버너 중 선택되는 적어도 하나의 구성은 소정 간격을 두고 이동이 가능한 구조로 구비되며, 각 구성은 위치에 대한 독립제어가 가능하도록 구비되는 것인, 합성 석영유리 제조장치. The method of claim 1,
At least one component selected from the temperature measuring device, the preheating burner, and the deposition burner is provided in a structure that can be moved at a predetermined interval, and each component is provided to enable independent control of the position. Quartz Glass Manufacturing Equipment.
상기 온도측정 장치가 제일 앞에 위치하며, 그 뒤로 프리히팅용 버너, 증착용 버너의 순으로 위치하고, 각 장치간 간격은 10 mm에서 200 mm 이내인, 합성 석영유리 제조장치.The method of claim 1,
The temperature measuring device is located in the front, followed by a burner for preheating and a burner for deposition, and the distance between each device is within 10 mm to 200 mm.
종방향 내지 횡방향 축을 중심으로 회전하는 멘드렐(Mandrel)의 원통 외면 상에 이산화규소(SiO2) 입자를 증착시켜 다공성 중공실린더 형상의 슈트체를 형성한 다음, 소결시켜 합성 석영유리를 제조하되,
상기 증착 및 소결 과정은,
상기 제조장치 구성으로서, 온도 측정 장치, 프리히팅용 버너 및 증착용 버너 중 선택되는 적어도 하나의 구성을 소정 간격을 두고 이동시키되, 각 구성을 위치에 대한 독립제어가 가능하도록 하여, 멘드렐 증착면 온도를 균일하게 제어함으로써 수행되는, 합성 석영유리 제조방법.
A method for manufacturing synthetic quartz glass using the manufacturing apparatus of claim 1, comprising:
A porous hollow cylinder-shaped chute is formed by depositing silicon dioxide (SiO 2 ) particles on the cylindrical outer surface of a mandrel that rotates about a longitudinal or transverse axis, and then sintered to produce synthetic quartz glass. ,
The deposition and sintering process is,
As the configuration of the manufacturing apparatus, at least one component selected from the temperature measuring device, the preheating burner, and the deposition burner is moved at a predetermined interval, and each component is independently controlled for position, so that the mandrel deposition surface A method for producing synthetic quartz glass, which is carried out by uniformly controlling the temperature.
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| KR102475731B1 (en) | 2022-09-07 | 2022-12-07 | 윤정수 | Quartz Glass Tube Processing Equipment |
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2021
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