KR102559225B1 - Glass bulk joining method for enlarging glass bulk - Google Patents

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Abstract

본 발명은 유리 광학소재의 대형화를 위한 접합방법에 관한 것으로서 더욱 상세하게는 유리 잉곳(ingot) 등 두 개 혹은 그 이상 복수개의 유리 벌크(glass bulk)들을 접합하되, 접합면에 미세 버블이 잔존하지 않도록(micro-bubble free) 접합하는 방법에 관한 것이다.
본 발명에 의하면, 접합하는 복수개의 유리 벌크(glass bulk)의 접합면에 미세 버블(micro-bubble)이 전혀 남지 않도록 함으로써 고순도 합성 석영유리의 대형화를 가능하게 하는 유리 벌크 접합 방법을 제공한다.
The present invention relates to a bonding method for increasing the size of a glass optical material, and more particularly, to bonding two or more glass bulks such as glass ingots without micro-bubble remaining on the bonding surface. It relates to a bonding method.
According to the present invention, there is provided a glass bulk bonding method capable of increasing the size of high-purity synthetic quartz glass by preventing micro-bubbles from remaining on the bonding surfaces of a plurality of glass bulks to be bonded.

Description

유리 광학소재의 대형화를 위한 유리 벌크의 접합 방법{Glass bulk joining method for enlarging glass bulk}Glass bulk joining method for enlarging glass bulk}

본 발명은 유리 광학소재의 대형화를 위한 접합방법에 관한 것으로서 더욱 상세하게는 유리 잉곳(ingot) 등 두 개 혹은 그 이상 복수개의 유리 벌크(glass bulk)들을 접합하되, 접합면에 미세 버블이 잔존하지 않도록(micro-bubble free) 접합하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a bonding method for increasing the size of a glass optical material, and more particularly, to bonding two or more glass bulks such as glass ingots without micro-bubble remaining on the bonding surface. It relates to a bonding method.

유리 광학소재의 대형화는 산업화에 있어서 매우 중요한 이슈 중의 하나이다. 천연 석영유리의 경우에는 일반적으로 고온 전기로에서 도가니 내에 천연 석영(quartz) 파우더(powder)를 넣은 상태로 용융(melting)시킨 후 급냉각(rapid cooling) 과정을 통하여 대형 유리 벌크(glass bulk)를 완성시키는 방법을 사용한다. 합성석영 유리를 제조하는 방법 중 직접증착법(direct deposition)의 경우에는 한 개 혹은 복수개의 버너에서 Si를 포함하는 화합물(SiCl4)을 H2/O2(혹은 CH4) 화염 속에서 가수분해(hydrolysis) 반응시켜 SiO2 유리입자(glass particle)를 형성한 후, 가열상태에 있는 하부 포집통 내에 증착하게 되고 높은 온도의 하부 포집통의 온도는 최소한 1800℃ 이상으로 유지하여 투명한 유리화가 진행되는 과정을 지나게 된다. 이 증착 방법의 경우에는 대형 유리 벌크(glass bulk)를 만드는 데는 내우 적합한 방법이기는 하지만 잔류하는 미세 버블(micro-bubble)을 제어하기는 매우 어려운 단점이 있다. 반면에 수트(soot) 증착 후 추가적인 유리화(sintering) 공정이 있어 OH농도 제어 및 미세 버블(micro-bubble) 제어가 비교적 용이한 VAD(vapor axial deposition) 공법 등 수트 증착 공법은 잉곳(ingot)을 크게 성장시키는데 한계가 있다. 또한 원통형으로 제조 후 유리 벌크를 제조하기 위해서는 추가적인 몰딩(molding) 공정이 수행되어야 한다. The enlargement of glass optical materials is one of the very important issues in industrialization. In the case of natural quartz glass, a method is generally used in which a large glass bulk is completed through a rapid cooling process after melting natural quartz powder in a crucible in a high-temperature electric furnace. In the case of direct deposition among the methods for manufacturing synthetic quartz glass, a compound (SiCl 4 ) containing Si is hydrolyzed in a H 2 /O 2 (or CH 4 ) flame in one or more burners to form SiO 2 glass particles, which are then deposited in the lower collector in a heated state. It becomes. In the case of this deposition method, although it is a suitable method for producing a large glass bulk, it has a disadvantage in that it is very difficult to control remaining micro-bubbles. On the other hand, there is an additional sintering process after soot deposition, so soot deposition methods such as VAD (vapor axial deposition) method, in which OH concentration control and micro-bubble control are relatively easy, have limitations in growing large ingots. In addition, an additional molding process must be performed in order to manufacture a glass bulk after being made into a cylindrical shape.

유리입자(glass particle) 덩어리(soot) 증착 후 유리화(sintering) 공정을 통하여 유리 벌크를 완성하는 공법으로 증착 공정에서 수트(soot)가 커지면 커질 수록 하중이 커지게 되고 무게를 지지할 수 없는 공간에서 크기를 키우는 방식으로 그 크기를 크게 만드는 것은 많은 기술적 어려움이 존재한다. 따라서 다양한 방법으로 다중의 유리 벌크를 접합하여 대형 벌크를 만들려는 시도는 계속되어 왔다. 하지만 접합면의 표면 기계가공 후 연마, 화학적 식각(etching) 등의 방법으로 추가 처리를 진행 후 두 면을 접촉시켜 고온 용융로(furnace)내 혹은 연료가스를 사용한 토치(torch)를 사용하여 접합하여 접촉면이 고온에 의해 점도가 낮아짐에 따라 나타나는 점성유체(viscous flow)에 의한 융착(fusion) 하는 방식으로 진행한다. 그러나 면 가공 정도에 따라 접합 후 경계 면에 잔류하는 미세버블(micro-bubble or inclusion)이 많아 일관성 있는 한 몸체의 유리 벌크를 확보하기는 매우 어려운 문제점이 있었다.It is a method of completing the glass bulk through a sintering process after depositing a soot of glass particles. As the soot grows in the deposition process, the load increases, and there are many technical difficulties in making the size large by increasing the size in a space that cannot support the weight. Therefore, attempts have been made to make large bulks by bonding multiple glass bulks in various ways. However, after surface machining of the joint surface, additional processing is performed by methods such as polishing and chemical etching, and then the two surfaces are brought into contact and joined using a torch using a high-temperature melting furnace or fuel gas. The contact surface is fused by viscous flow as the viscosity is lowered by high temperature. However, depending on the degree of face processing, there are many micro-bubbles or inclusions remaining on the interface after bonding, so it is very difficult to secure a consistent glass bulk.

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본 발명은 이와 같은 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 접합하는 복수개의 유리 벌크(glass bulk)의 접합면에 미세 버블(micro-bubble)이 전혀 남지 않도록 함으로써 고순도 합성 석영유리의 대형화를 가능하게 하는 유리 벌크 접합 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention has been devised to solve this problem, and an object of the present invention is to provide a glass bulk bonding method that enables large-sized high-purity synthetic quartz glass by preventing micro-bubbles from remaining on the bonding surfaces of a plurality of glass bulks to be bonded.

이와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 유리 광학소재의 대형화를 위한 유리 벌크의 접합 방법은, (a) 접합하려는 복수의 유리 벌크(bulk) 각각의 접합될 면(이하 '접합면'이라 한다)을 용융시켜, 각 접합면이, 표면 거칠기(roughness) 값이 0.8nm 이하의 용융면으로 형성되도록 하는 단계; 및, (b) 각 용융면을 접합시켜 확대된 유리를 형성하는 단계를 포함하고, 상기 단계(a)의 용융면의 형성은, 상기 각 접합면 위에 유리 파우더(glass powder)를 올린 후 각 접합면을 용융시킴으로써 이루어지며, 상기 각 접합면의 용융은, 각 접합면을 토치(torch)로 용융시키거나, 또는 각 접합면을 고온 용융로(furnace) 상태에 노출시킴으로써 이루어지고, 상기 단계(b)의 각 용융면의 접합은, 토치(torch)에 의한 가열에 의해 수행되거나, 또는 고온 용융로(furnace) 상태에서 이루어지며, 상기 각 용융면의 접합이 고온 용융로 상태에서 이루어지는 경우, 상기 고온 용융로의 공정온도는 1800℃ 이상이 유지되고, 상기 공정온도에서 30분 이상을 유지시키고, 이에 의해 점성유체(viscous flow)에 의한 융착이 일어나도록 하여 미세버블이 남지 않도록 하며, 상기 단계(b) 이후, (c) 접합이 완료된 유리에 대하여 잔류 응력을 해소하기 위하여, 800℃ 이상 1100℃ 미만에서 3시간 이상 열처리 공정을 진행하는 단계를 더 포함하며, 상기 단계(b)의 접합에 의해 확대된 유리는, 3방향으로 맥리(striae)를 가지고 있지 않으며 굴절률 균질성이 최대 5x10-6 이하이다.In order to achieve the above object, the glass bulk bonding method for enlarging the glass optical material according to the present invention includes (a) melting the surfaces to be bonded (hereinafter referred to as 'joint surfaces') of each of the plurality of glass bulks to be bonded, so that each bonding surface is formed as a molten surface having a surface roughness value of 0.8 nm or less; 및, (b) 각 용융면을 접합시켜 확대된 유리를 형성하는 단계를 포함하고, 상기 단계(a)의 용융면의 형성은, 상기 각 접합면 위에 유리 파우더(glass powder)를 올린 후 각 접합면을 용융시킴으로써 이루어지며, 상기 각 접합면의 용융은, 각 접합면을 토치(torch)로 용융시키거나, 또는 각 접합면을 고온 용융로(furnace) 상태에 노출시킴으로써 이루어지고, 상기 단계(b)의 각 용융면의 접합은, 토치(torch)에 의한 가열에 의해 수행되거나, 또는 고온 용융로(furnace) 상태에서 이루어지며, 상기 각 용융면의 접합이 고온 용융로 상태에서 이루어지는 경우, 상기 고온 용융로의 공정온도는 1800℃ 이상이 유지되고, 상기 공정온도에서 30분 이상을 유지시키고, 이에 의해 점성유체(viscous flow)에 의한 융착이 일어나도록 하여 미세버블이 남지 않도록 하며, 상기 단계(b) 이후, (c) 접합이 완료된 유리에 대하여 잔류 응력을 해소하기 위하여, 800℃ 이상 1100℃ 미만에서 3시간 이상 열처리 공정을 진행하는 단계를 더 포함하며, 상기 단계(b)의 접합에 의해 확대된 유리는, 3방향으로 맥리(striae)를 가지고 있지 않으며 굴절률 균질성이 최대 5x10 -6 이하이다.

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상기 단계(b)의 접합에 의해 확대된 유리는, 633nm에서 측정한 복굴절 값이 5nm/nm 이하이고, 투과율이 193nm 파장에서 90% 이상이며, DUV(deep ultra violete) 투과영역에서 bubble-free 이고, 유리내의 OH농도가 0.5ppm 이상 300ppm 이하이며, ArF eximer laser를 펄스당 에너지 밀도 20mJ/cm², 발진주파수 200Hz에서 2X106 펄스 조사했을 때의 ArF eximer laser광에 대한 투과율 저하가 광로 1cm당 0.5% 이상 2% 이하인 성질을 가질 수 있다.The glass enlarged by bonding in step (b) has a birefringence value of 5 nm/nm or less measured at 633 nm, transmittance of 90% or more at a wavelength of 193 nm, bubble-free in the deep ultra violet (DUV) transmittance region, OH concentration in the glass of 0.5 ppm or more and 300 ppm or less, and an ArF eximer laser energy density per pulse of 20 mJ/cm² at an oscillation frequency of 200 Hz. It may have a property that the decrease in transmittance to ArF eximer laser light when irradiated with 2X10 6 pulses is 0.5% or more and 2% or less per 1cm of optical path.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 상기 접합 방법에 의해 확대 형성된 유리이다.According to another aspect of the present invention, the glass formed by the above bonding method is enlarged.

상기 접합 방법에 의해 확대 형성된 유리는, 3방향으로 맥리(striae)를 가지고 있지 않으며 굴절률 균질성이 최대 5x10-6 이하일 수 있다.The glass expanded and formed by the bonding method may not have striae in three directions and have a refractive index homogeneity of up to 5x10 -6 or less.

상기 접합 방법에 의해 확대 형성된 유리는, 633nm에서 측정한 복굴절 값이 5nm/nm 이하이고, 투과율이 193nm 파장에서 90% 이상이며, DUV(deep ultra violete) 투과영역에서 bubble-free 이고, 유리내의 OH농도가 0.5ppm 이상 300ppm 이하이며, ArF eximer laser를 펄스당 에너지 밀도 20mJ/cm², 발진주파수 200Hz에서 2X106 펄스 조사했을 때의 ArF eximer laser광에 대한 투과율 저하가 광로 1cm당 0.5% 이상 2% 이하인 성질을 가질 수 있다.The glass formed by the above bonding method has a birefringence value of 5 nm/nm or less measured at 633 nm, transmittance of 90% or more at a wavelength of 193 nm, is bubble-free in the deep ultra violet (DUV) transmission region, and has an OH concentration of 0.5 ppm or more and 300 ppm or less in the glass. 0 6 It may have the property that the decrease in transmittance to the ArF eximer laser light when irradiated with pulses is 0.5% or more and 2% or less per 1cm of optical path.

본 발명에 의하면, 접합하는 복수개의 유리 벌크(glass bulk)의 접합면에 미세 버블(micro-bubble)이 전혀 남지 않도록 함으로써 고순도 합성 석영유리의 대형화를 가능하게 하는 유리 벌크 접합 방법을 제공하는 효과가 있다.According to the present invention, there is an effect of providing a glass bulk bonding method capable of increasing the size of high-purity synthetic quartz glass by preventing micro-bubbles from remaining on the bonding surfaces of a plurality of glass bulks to be bonded.

도 1은 본 발명에 따른 연소 토치(combustion torch)를 이용한 복수개의 유리 벌크(glass bulk)의 접합 수행 과정을 나타내는 모식도.
도 2는 도 1의 접합 수행 과정에 의하여 용융면(molten surface)의 접합이 완료된 상태를 나타내는 모식도.
도 3은 도 2의 접합 완료된 유리 벌크의 각 부분(A,B,C)에서 채취한 시료의 투과율을 나타내는 그래프.
도 4는 도 2의 접합 완료된 유리 벌크의 각 부분(A,B,C)에서 채취한 시료의 FT-IR 측정 결과를 나타내는 그래프.
도 5는 도 2의 접합 완료된 유리 벌크의 각 부분(A,B,C)에서 채취한 시료의 복굴절(stress induced birefringence) 측정 결과를 나타내는 그래프.
1 is a schematic diagram showing a bonding process of a plurality of glass bulks using a combustion torch according to the present invention.
2 is a schematic diagram showing a state in which bonding of molten surfaces is completed by the bonding process of FIG. 1;
Figure 3 is a graph showing the transmittance of samples taken from each portion (A, B, C) of the bonded glass bulk of Figure 2;
Figure 4 is a graph showing the FT-IR measurement results of samples taken from each part (A, B, C) of the bonded glass bulk of Figure 2;
Figure 5 is a graph showing the results of measuring the birefringence (stress induced birefringence) of samples taken from each portion (A, B, C) of the bonded glass bulk of Figure 2;

이하 첨부된 도면을 참조로 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. Prior to this, the terms or words used in this specification and claims should not be construed as limited to ordinary or dictionary meanings, and the inventors should appropriately define the concept of terms in order to best explain their invention. It should be interpreted as meanings and concepts consistent with the technical idea of the present invention based on the principle that it can be defined. Therefore, since the embodiments described in this specification and the configurations shown in the drawings are only one of the most preferred embodiments of the present invention and do not represent all of the technical spirit of the present invention, it is to be understood that there may be various equivalents and modifications that can replace them at the time of application.

도 1은 본 발명에 따른 연소 토치(combustion torch)를 이용한 복수개의 유리 벌크(glass bulk)의 접합 수행 과정을 나타내는 모식도이고, 도 2는 도 1의 접합 수행 과정에 의하여 용융면(molten surface)의 접합이 완료된 상태를 나타내는 모식도이다.1 is a schematic diagram showing a bonding process of a plurality of glass bulks using a combustion torch according to the present invention, and FIG. 2 is a schematic diagram showing a state in which bonding of molten surfaces is completed by the bonding process of FIG. 1.

도 1은 유리 벌크 형태의 일 실시예로서 두 개의 유리 로드(glass rod)(110,120)의 접합하고자 하는 각 면을 먼저 고온 토치(torch)(10)를 이용하여 용융시켜, 표면 거칠기(roughness)가 0.8nm 이하인 용융면(molten surface)을 형성한 후 두 용융면(111,121)을 고온의 열원(heat source)을 이용하여 용융하여 붙이는 과정을 모사한 도면이다.FIG. 1 is an example of a glass bulk form in which each surface to be joined of two glass rods 110 and 120 is first melted using a high-temperature torch 10 to form a molten surface having a surface roughness of 0.8 nm or less, and then a process of melting and attaching the two molten surfaces 111 and 121 using a high-temperature heat source.

각 유리 벌크(110,120)를 기계적 방법 또는 화학적 방법에 의하여 가공한 후, 접합 면의 미세 버블(micro-bubble) 잔존문제를 해소하기 위하여 먼저 절단면을 토치(torch)(O2-H2, H2-CH4, plasma 등)로 용융시켜 표면 거칠기(surface roughness) 값이, 고온 용융로(furnace)에서 preform을 녹여 인출하는 광섬유 드로잉(optical fiber drawing)의 경우에 광섬유 표면이 갖는 표면 거칠기 수준인 0.8nm 이하의 용융면(molten surface)가 되도록 한다. 이후 고온 torch(O2-H2, O2-CH4, 또는 plasma 등 열원)을 이용하여 가열하여 두 유리 벌크(glass bulk)의 용융면, 즉, 융착 면(fusion surface)을 직접 융착시키는 방법으로 진행한다.After processing each of the glass bulks 110 and 120 by a mechanical or chemical method, in order to solve the problem of remaining micro-bubbles on the bonding surface, the cut surface is first melted with a torch (O 2 -H 2 , H 2 -CH 4 , plasma, etc.), and the surface roughness value is reduced. molten surface of 0.8 nm or less, which is the level of surface roughness. Thereafter, heating is performed using a high-temperature torch (O 2 -H 2 , O 2 -CH 4 , or a heat source such as plasma) to directly fuse the fusion surfaces of the two glass bulks.

또한 고온 용융로(furnace) 내에서 두 유리 벌크(glass bulk)의 용융면(molten surface)을 접촉시켜 점성유체(viscous flow)에 의한 융착(fusion)이 일어나도록 하여 결과적으로는 미세버블(micro-bubble)이 전혀 남지 않는(bubble-free fusion) 결과를 얻을 수 있다. 도 1의 실시예는 연소 토치(combustion torch)(10)를 이용하여 두 개의 석영유리 로드(quartz rod)를 전술한 방법으로 접합한 경우를 설명하고 있다.In addition, by bringing the molten surfaces of the two glass bulks into contact in a high-temperature furnace, fusion by viscous flow occurs, resulting in micro-bubbles. A bubble-free fusion result can be obtained. The embodiment of FIG. 1 describes a case in which two quartz glass rods are joined by the above-described method using a combustion torch 10 .

즉, 도 1은 유리 잉곳(glass ingot)등 2개의 유리 벌크(glass bulk)(110,120)들을 접합 후 접합면에 미세 버블이 없도록(micro-bubble free) 접합하는 방법을 나타내는데, 이 경우, 접합되는 유리 벌크의 수는 2개에 한정되는 것은 아니며, 그 이상의 복수개의 유리 벌크를 접합할 수도 있다. 이때, 전술한 바와 같이, 접합하고자 하는 복수개의 접합면은 표면 거칠기(roughness)가 0.8nm 이하인 용융면(molten surface)(도 1의 경우에는 2개, 111,121)을 가져야 하며, 복수개의 용융면을 접합하는 열원으로는, 직접 가열하는 방법의 경우에는 플레임 연료 개스(flame fuel gas)로서 H2-O2, O2-CH4 그리고 플라즈마 토치(plasma torch) 등이 사용될 수 있다.That is, FIG. 1 shows a method of bonding two glass bulks 110 and 120 such as glass ingots so that the bonding surface is free of micro-bubbles. In this case, the number of glass bulks to be bonded is not limited to two, and more than one glass bulk can be bonded. At this time, as described above, the plurality of bonding surfaces to be joined must have molten surfaces (two in the case of FIG. 1, 111 and 121) having a surface roughness of 0.8 nm or less, and as a heat source for bonding the plurality of molten surfaces, in the case of direct heating method, flame fuel gas such as H 2 -O 2 , O 2 -CH 4 and a plasma torch can be used. .

또는 고온 용융로(furnace) 내에서 진행하는 경우에도 접합하고자 하는 면의 거칠기는 0.8nm 이하가 되도록 유지해야 하고, 진공 혹은 process gas(Nitrogen, Helium, Argon등)를 공급하며 공정을 진행하며, 공정온도는 최소 1800℃ 이상을 유지해야 한다. 또한 공정시간은 고온 상태에서 최소 30분 이상을 유지하여 복수개의 유리 벌크를 접합면에서 미세 버블이 없는(micro bubble-free) 상태로 접합하여 광학부품용 유리의 크기를 확대시킨다.Alternatively, even when proceeding in a high-temperature furnace, the roughness of the surfaces to be joined must be maintained at 0.8 nm or less, and the process is performed by supplying vacuum or process gas (Nitrogen, Helium, Argon, etc.), and the process temperature must be maintained at least 1800 ° C. In addition, the processing time is maintained at a high temperature for at least 30 minutes to increase the size of glass for optical parts by bonding a plurality of glass bulks in a micro bubble-free state on the bonding surface.

접합하고자 하는 유리의 용융면(molten surface)을 형성하는데 있어서, 접합하고자 하는 면 위에 유리 파우더(glass powder)(d50>5um 이상)를 올린 후 연소 토치(combustion torch) 혹은 고온 용융로(furnace)(>1800℃) 상태에서 노출시켜 용융면(molten surface)이 형성되도록 한다.In forming the molten surface of the glass to be joined, glass powder (d 50 >5um or more) is placed on the surface to be joined, and then exposed to a combustion torch or high temperature furnace (>1800 ° C) to form a molten surface.

접합이 완료된 유리는 잔류 응력을 해소하기 위하여 열처리 공정을 진행한다. 그 온도는 800℃ 이상 1100℃ 미만에서 진행되며 열처리 시간은 최소 3 시간 이상을 진행하는 공정을 통하여 제조한다.The bonded glass undergoes a heat treatment process to relieve residual stress. The temperature is carried out at 800 ℃ or more and less than 1100 ℃, and the heat treatment time is prepared through a process that proceeds for at least 3 hours or more.

이와 같이 접합에 의해 크기가 확대된 석영유리는 3방향으로 맥리(striae)를 가지고 있지 않으며 굴절률 균질성이 최대 5x10-6 이하이다.The quartz glass whose size is enlarged by bonding as described above does not have striae in three directions and has a refractive index homogeneity of 5x10 -6 or less at most.

또한 이와 같이 접합에 의해 크기가 확대된 석영유리는, 633nm에서 측정한 복굴절 값이 5nm/nm 이하이고, 투과율이 193nm 파장에서 90% 이상이고 DUV(deep ultra violete) 투과영역에서 bubble-free 이며, 유리내의 OH농도가 0.5ppm 이상 300ppm 이하이며, ArF eximer laser를 펄스당 에너지 밀도 20mJ/cm², 발진주파수 200Hz에서 2X106 펄스 조사했을 때의 ArF eximer laser광에 대한 투과율 저하가 광로 1cm당 0.5% 이상 2% 이하인 성질을 갖는다.In addition, the quartz glass whose size is enlarged by bonding as described above has a birefringence value of 5 nm/nm or less measured at 633 nm, a transmittance of 90% or more at a wavelength of 193 nm, and is bubble-free in the DUV (deep ultra violet) transmittance region. When 2X10 6 pulses are irradiated, the decrease in transmittance to ArF eximer laser light is 0.5% or more and 2% or less per 1cm of optical path.

도 3은 도 2의 접합 완료된 유리 벌크의 각 부분(A,B,C)에서 채취한 시료의 투과율을 나타내는 그래프이다.FIG. 3 is a graph showing the transmittance of samples taken from each portion (A, B, C) of the bonded glass bulk of FIG. 2 .

접합면이 완벽하게 버블이 없는(bubble free) 상태로 완전한 접합이 이루어 졌는지를 확인하기 위해 각 부분(A,B,C)에서 채취한 시료(각 10mm씩)의 투과율 측정 결과이다. 세 부위에서 채취한 시료의 투과율은 완벽하게 일치하는 것을 확인 할 수 있으며, 이는 접합면이 버블이 없는(bubble free) 상태이고 광학적으로 균질성이 매우 높음을 보여주고 있다.This is the transmittance measurement result of samples (each 10mm each) taken from each part (A, B, C) to check whether the bonding surface has been completely bonded in a bubble-free state. It can be confirmed that the transmittance of the samples taken from the three sites is perfectly matched, which shows that the bonded surface is in a bubble-free state and has very high optical homogeneity.

도 4는 도 2의 접합 완료된 유리 벌크의 각 부분(A,B,C)에서 채취한 시료의 FT-IR 측정 결과를 나타내는 그래프이다.FIG. 4 is a graph showing FT-IR measurement results of samples taken from each portion (A, B, C) of the bonded glass bulk of FIG. 2 .

즉, 각 부분(A,B,C)에서 채취한 시료의 접합에 의한 물성차이를 확인하기 위한 평가로서, FT-IR 측정결과이다. 파수(wavenumber)에 따른 흡수파장은 OH 흡수 파장을 제외하고는 완벽하게 일치하고 있음을 보여주고 있다. 접합면에서 채취한 시료의 OH 흡수 피크(peak)가 나머지 두 부분과 대비하여 높게 나타났으며 그 차이 값은 5ppm 이하 값을 얻었다. 이러한 결과는 상기 제안한 방법으로 접합을 하더라도 물리적 성질에 크게 영향을 주지 않는 물성 homogeneity를 유지할 수 있음을 보여주고 있다.That is, as an evaluation to confirm the difference in physical properties due to bonding of the samples taken from each part (A, B, C), it is the FT-IR measurement result. It shows that the absorption wavelength according to the wavenumber matches perfectly except for the OH absorption wavelength. The OH absorption peak of the sample taken from the bonding surface was higher than that of the other two parts, and the difference value was less than 5 ppm. These results show that homogeneity in physical properties that does not significantly affect physical properties can be maintained even if the proposed method is bonded.

도 5는 도 2의 접합 완료된 유리 벌크의 각 부분(A,B,C)에서 채취한 시료의 복굴절(stress induced birefringence) 측정 결과를 나타내는 그래프이다.FIG. 5 is a graph showing the results of measuring stress induced birefringence of samples taken from each portion (A, B, C) of the bonded glass bulk of FIG. 2 .

도 5에서 시료 B의 복굴절 값은 중심부는 나머지 값들과 거의 유사하나, 표면의 잔류응력은 열을 가하지 않은 시료 A 나 시료 C 대비 높은 tensile stress를 보여주고 있는데 이는 접합과정에서 인가된 열원에 의한 가열 그리고 냉각과정에서 형성된 stress로 추가적인 열응력(thermal stress) 해소 공정이 필요함을 의미한다.In FIG. 5, the birefringence value of sample B is almost similar to the rest of the values in the center, but the residual stress on the surface shows higher tensile stress than samples A and C that are not heated.

10: 연소 토치(combustion torch)
110,120: 유리 벌크(glass bulk)
111,121: 각 유리 벌크의 용융면
130: 2개의 유리 벌크가 접합된 면
10: Combustion torch
110,120: glass bulk
111, 121: melting plane of each glass bulk
130: surface where two glass bulks are bonded

Claims (11)

유리 광학소재의 대형화를 위한 유리 벌크의 접합 방법으로서,
(a) 접합하려는 복수의 유리 벌크(bulk) 각각의 접합될 면(이하 '접합면'이라 한다)을 용융시켜, 각 접합면이, 표면 거칠기(roughness) 값이 0.8nm 이하의 용융면으로 형성되도록 하는 단계; 및,
(b) 각 용융면을 접합시켜 확대된 유리를 형성하는 단계
를 포함하고,
상기 단계(a)의 용융면의 형성은,
상기 각 접합면 위에 유리 파우더(glass powder)를 올린 후 각 접합면을 용융시킴으로써 이루어지며,
상기 각 접합면의 용융은,
각 접합면을 토치(torch)로 용융시키거나, 또는
각 접합면을 고온 용융로(furnace) 상태에 노출시킴
으로써 이루어지고,
상기 단계(b)의 각 용융면의 접합은,
토치(torch)에 의한 가열에 의해 수행되거나, 또는
고온 용융로(furnace) 상태에서 이루어지며,
상기 각 용융면의 접합이 고온 용융로 상태에서 이루어지는 경우,
상기 고온 용융로의 공정온도는 1800℃ 이상이 유지되고,
상기 공정온도에서 30분 이상을 유지시키고,
이에 의해 점성유체(viscous flow)에 의한 융착이 일어나도록 하여 미세버블이 남지 않도록 하며,
상기 단계(b) 이후,
(c) 접합이 완료된 유리에 대하여 잔류 응력을 해소하기 위하여, 800℃ 이상 1100℃ 미만에서 3시간 이상 열처리 공정을 진행하는 단계
를 더 포함하며,
상기 단계(b)의 접합에 의해 확대된 유리는,
3방향으로 맥리(striae)를 가지고 있지 않으며 굴절률 균질성이 최대 5x10-6 이하인,
유리 광학소재의 대형화를 위한 유리 벌크의 접합 방법.
As a bonding method of glass bulk for the enlargement of glass optical materials,
(a) melting the surfaces to be bonded (hereinafter referred to as 'bonding surfaces') of each of the plurality of glass bulks to be bonded, so that each bonding surface is formed into a molten surface having a surface roughness value of 0.8 nm or less; and,
(b) forming an enlarged glass by bonding each melting surface
including,
The formation of the molten surface in step (a),
It is made by melting each bonding surface after placing glass powder on each bonding surface,
Melting of each joint surface,
Melting each joint surface with a torch, or
Each bonding surface is exposed to high temperature furnace conditions
is done by
The bonding of each melting surface in step (b),
carried out by heating with a torch, or
It is made in a high temperature melting furnace state,
When the bonding of each melting surface is made in a high-temperature melting furnace state,
The process temperature of the high-temperature melting furnace is maintained at 1800 ° C or higher,
Maintaining at least 30 minutes at the process temperature,
This allows fusion by viscous flow to occur so that no microbubbles remain,
After step (b),
(c) performing a heat treatment process at 800 ° C or more and less than 1100 ° C for 3 hours or more in order to relieve residual stress on the glass that has been bonded
Including more,
The glass enlarged by the bonding in step (b),
It has no striae in three directions and has a refractive index homogeneity of up to 5x10 -6 or less,
Glass bulk bonding method for large-sized glass optical materials.
삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 청구항 1에 있어서,
상기 단계(b)의 접합에 의해 확대된 유리는,
633nm에서 측정한 복굴절 값이 5nm/nm 이하이고, 투과율이 193nm 파장에서 90% 이상이며, DUV(deep ultra violete) 투과영역에서 bubble-free 이고, 유리내의 OH농도가 0.5ppm 이상 300ppm 이하이며, ArF eximer laser를 펄스당 에너지 밀도 20mJ/cm², 발진주파수 200Hz에서 2X106 펄스 조사했을 때의 ArF eximer laser광에 대한 투과율 저하가 광로 1cm당 0.5% 이상 2% 이하인 성질을 갖는 것
을 특징으로 하는 유리 광학소재의 대형화를 위한 유리 벌크의 접합 방법.
The method of claim 1,
The glass enlarged by the bonding in step (b),
The birefringence value measured at 633nm is less than 5nm/nm, the transmittance is over 90% at a wavelength of 193nm, it is bubble-free in the DUV (deep ultra violete) transmission range, the OH concentration in the glass is between 0.5ppm and less than 300ppm, and the ArF eximer laser is irradiated with 2X10 6 pulses at an energy density per pulse of 20mJ/cm² and an oscillation frequency of 200Hz. It has the property that the decrease in transmittance for eximer laser light is 0.5% or more and 2% or less per 1cm of optical path.
Glass bulk bonding method for large-sized glass optical material, characterized in that.
청구항 1의 접합 방법에 의해 확대 형성된 유리.Glass enlarged and formed by the bonding method of claim 1. 청구항 9에 있어서,
3방향으로 맥리(striae)를 가지고 있지 않으며 굴절률 균질성이 최대 5x10-6 이하인 것
을 특징으로 하는, 청구항 1의 접합 방법에 의해 확대 형성된 유리.
The method of claim 9,
Having no striae in three directions and having a refractive index homogeneity of up to 5x10 -6 or less
Characterized in that, the glass formed by the expansion of the bonding method of claim 1.
청구항 9에 있어서,
633nm에서 측정한 복굴절 값이 5nm/nm 이하이고, 투과율이 193nm 파장에서 90% 이상이며, DUV(deep ultra violete) 투과영역에서 bubble-free 이고, 유리내의 OH농도가 0.5ppm 이상 300ppm 이하이며, ArF eximer laser를 펄스당 에너지 밀도 20mJ/cm², 발진주파수 200Hz에서 2X106 펄스 조사했을 때의 ArF eximer laser광에 대한 투과율 저하가 광로 1cm당 0.5% 이상 2% 이하인 성질을 갖는 것
을 특징으로 하는, 청구항 1의 접합 방법에 의해 확대 형성된 유리.
The method of claim 9,
The birefringence value measured at 633nm is less than 5nm/nm, the transmittance is over 90% at a wavelength of 193nm, it is bubble-free in the DUV (deep ultra violete) transmission range, the OH concentration in the glass is between 0.5ppm and less than 300ppm, and the ArF eximer laser is irradiated with 2X10 6 pulses at an energy density per pulse of 20mJ/cm² and an oscillation frequency of 200Hz. It has the property that the decrease in transmittance for eximer laser light is 0.5% or more and 2% or less per 1cm of optical path.
Characterized in that, the glass formed by the expansion of the bonding method of claim 1.
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