KR20030005387A - Method of making a titania-doped fused silica preform - Google Patents

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Abstract

티타니아 도핑된 용융 실리카 예형을 제조하는데 이용되는 액상 TiO2전구체를 기화시키는 방법은 실질적인 열 분해가 없이 TiO2전구체를 기화시키기에 충분한 조건하에서 액상 TiO2전구체를 운반 가스와 함께 패킹된-베드 기화기를 통과시키는 단계를 포함한다. 아울러, 상기 방법은 상기 기화된 TiO2전구체를 기화 SiO2전구체와 혼합시키는 단계 및 상기 혼합물을 상기 예형으로 형성시키기 위해 기화 활용부로 운반시키는 단계를 포함한다. 본 발명의 일 실시예에 있어서, 액상 TiO2및 SiO2전구체는 동시에 기화기에서 기화되고 예형을 형성기키기 위해 기화 활용부로 운반된다.Titania-doped method for gasifying the liquid TiO 2 precursor is used to manufacture a fused silica Mi Heng is substantially thermally decomposing the packing liquid TiO 2 precursor with a carrier gas under conditions sufficient to vaporize the TiO 2 precursor with no-bed vaporizer Passing through. In addition, the method includes mixing the vaporized TiO 2 precursor with a vaporized SiO 2 precursor and conveying the mixture to a vaporization utilization to form the preform. In one embodiment of the present invention, the liquid TiO 2 and SiO 2 precursors are simultaneously vaporized in a vaporizer and carried to a vaporization utility to form a preform.

Description

티타니아 도핑된 용융 실리카 예형의 제조 방법{Method of making a titania-doped fused silica preform}Method of making a titania-doped fused silica preform

할로겐화 SiO2전구체들은 변형 화학 증착(modified chemical vapor deposition)(MCVD), 기상 축 증착(vapor axial deposition)(VAD) 및 외부 기상 증착(outside vapor deposition)(OVD)과 같은 기상 증착술(vapor phase deposition)을 통한 예형(preform) 제조업에서 이용되어 왔다. 상기 MCVD 에서, SiO2전구체들은 기화하여 산소와 반응하면 용융 실리카 튜브내에 증착하는 산화물 입자들을 생성한다. 상기 VAD 및 OVD 공정에서, 기상 SiO2전구체들은 버너에서 가수 분해되어 VAD의 경우는 회전 기동 로드(바이트 튜브(bait tube)상에 또는 OVD의 경우 회전 맨드럴(mandrel)상에 쌓이는 수트(soot) 입자를 생성한다. 일부 OVD 시스템에서, 예형의 클래딩(cladding) 부분은 맨드럴보다는 미리-생성된 예형상에 증착된다.Halogenated SiO 2 precursors are vapor phase deposition, such as modified chemical vapor deposition (MCVD), vapor axial deposition (VAD) and outside vapor deposition (OVD). Has been used in preform manufacturing. In the MCVD, SiO 2 precursors vaporize to produce oxide particles that react with oxygen to deposit in the fused silica tube. In the VAD and OVD processes, gaseous SiO 2 precursors are hydrolyzed in the burner and stacked on a rotating maneuvering rod (on bait tube) for VAD or on a rotating mandrel (for OVD). Generate Particles In some OVD systems, the cladding portion of the preform is deposited on the pre-generated preform rather than the mandrel.

이와 같은 공정에서 활용되는 다양한 기화기들은 아스라미(Aslami)의 미국특허 제4,212,663호, 블랭켄쉽(Blankenship)의 미국특허 제4,314,837호,프렌치(French)의 미국특허 제4,529,427호, 투치야(Tsuchiya) 등의 미국특허 제4,938,789호, 안토스(Antos) 등의 미국특허 제5,078,092호, 일본특개소 제58-125633호에서 찾을 수 있고, 영국공개특허 제1,559,987호, 수베이란(Soubeyrand) 등의 미국특허 제5,090,985호에 코팅된 유리 입자의 제조에 다양한 원자재들의 기화를 위해 이용되는 수평의 얇은 필름의 사용에 대해 개시하고 있다. 이들 시스템의 어떤것들도 본 발명에서 이용한 열 분해 TiO2전구체를 기화하는 특이적인 유출 방식의 기화 시스템을 활용하지 않는다.Various vaporizers utilized in such a process include US Patent No. 4,212,663 to Asami, US Patent No. 4,314,837 to Blankenship, US Patent No. 4,529,427 to French, Tsuchiya, etc. U.S. Patent No. 4,938,789, Antos et al., U.S. Patent No. 5,078,092, Japanese Patent Application Laid-Open No. 58-125633, and U.S. Patent Nos. 1,559,987, Soubeyrand. Disclosed is the use of a horizontal thin film used for the vaporization of various raw materials in the manufacture of glass particles coated in 5,090,985. None of these systems utilize the specific outflow vaporization system that vaporizes the pyrolytic TiO 2 precursor used in the present invention.

티타니아로 도핑된 하나 이상의 외층을 구비한 광학 섬유는 균일 실리카 클래드 섬유와 비교하여 뛰어난 강도 및 초저팽창 특성을 나타낸다. 예를 들면, 노드버그(Nordberg)의 미국특허 제2,326,059호에 Si 및 Ti의 테트라클로라이드를 옥시-가스 버너의 가스 스트림내로 기화하여 다량의 실리카, 초저팽창 유리를 제조하는 공정에 대해 개시하고 있다. 밀러(Miller) 등의 미국특허 제4,501,602호에 주기율표의 IA, IB, IIA, IIB, IIIA, IIIB, IVA, IVB, VA 군, 및 희토류에서 선택된 금속들의 베타-디케토네이트 복합체의 기상 산화 공정을 활용한 유리 및 유리/세라믹 입자의 생산을 기술하고 있다.Optical fibers having at least one outer layer doped with titania exhibit superior strength and ultra low expansion properties compared to homogeneous silica clad fibers. For example, Nordberg, US Pat. No. 2,326,059, discloses a process for producing a large amount of silica, ultra low expansion glass by vaporizing tetrachlorides of Si and Ti into a gas stream of an oxy-gas burner. US Pat. No. 4,501,602 to Miller et al. Discloses a gas phase oxidation process of beta-diketonate composites of metals selected from the IA, IB, IIA, IIB, IIIA, IIIB, IVA, IVB, VA groups, and rare earths of the periodic table. It describes the production of glass and glass / ceramic particles utilized.

그러나, 할로겐화 SiO2및 TiO2전구체들은 할로겐화산 (예; 염산)과 같은 할로겐화 부산물을 생산한다. 이와 같은 할로겐화 부산물들은 환경오염의 원인으로, 회수 및 환경적으로 안전한 처리가 요구된다. 환경 문제의 해결방법으로써, 비-할로겐화 SiO2및 TiO2전구체들이 예형 생산의 개시 물질로 사용된다.However, halogenated SiO 2 and TiO 2 precursors produce halogenated byproducts such as halogenated acids (eg hydrochloric acid). These halogenated byproducts are a source of environmental pollution and require recovery and environmentally safe treatment. As a solution to environmental problems, non-halogenated SiO 2 and TiO 2 precursors are used as starting materials for preliminary production.

예를 들면, 도빈스(Dobbins) 등의 미국특허 제5,043,002호에 폴리메틸실록산, 보다 바람직하게는 폴리메틸사이클로실록산, 및 특히 바람직하게는 옥타메틸사이클로테트라실록산(OMCTS)과 같은 비-할로겐화 SiO2전구체들의 산화 또는 화염 가수분해를 통해 고순도의 용융 실리카 유리를 생산하는 방법을 개시하고 있다. 아울러, 블랙웰(Blackwell)등의 미국특허 제5,154,744호에는 OMCTS 와 비-할로겐화 유기금속 화합물(즉, TiO2전구체), 바람직하게는 티타니움이소프로폭사이드(Ti(OC3H7)4), 티타니움에톡사이드 (Ti(OC2H5)4), 티타니움-2-에틸헥실옥사이드 (Ti(OCH2(C2H5)CHCH4H9)4), 티타니움사이클로펜틸옥사이드 (Ti(OC3H9)4), 티타니움아마이드 (Ti(NR2)4), 여기서 R2는 메틸, 또는 에틸 기, 또는 이들의 화합물, 들의 기체 혼합물의 산화 또는 화염 가수 분해를 통한 티타니아 도핑된 고순도의 용융 실리카 유리의 제조에 대해 개시하고 있다. 이들 액상 OMCTS 와 상기 액상 TiO2전구체는 각각 175℃로 가열된 플래쉬 탱크(flash tank)에서 순간적으로 기화되고, 질소로 가열된 증기 라인을 통해 오븐으로 운반되면, 혼합되어, 연소 버너의 화염을 통과해 무결정입자의 타티니아 도핑된 용융 실리카를 생성한다. 상기 무결정 입자는 이후 유리체로 고형화된다. 상기와 동일한 비-할로겐화, SiO2및 TiO2전구체가 본 발명에서 선택적으로 사용된다.For example, US Pat. No. 5,043,002 to Dobbins et al. Discloses non-halogenated SiO 2 such as polymethylsiloxane, more preferably polymethylcyclosiloxane, and particularly preferably octamethylcyclotetrasiloxane (OMCTS). A method of producing high purity fused silica glass through oxidation or flame hydrolysis of precursors is disclosed. In addition, US Pat. No. 5,154,744 to Blackwell et al. Discloses OMCTS and a non-halogenated organometallic compound (ie, TiO 2 precursor), preferably titanium isopropoxide (Ti (OC 3 H 7 ) 4 ), titanium Ethoxide (Ti (OC 2 H 5 ) 4 ), Titanium-2-ethylhexyl oxide (Ti (OCH 2 (C 2 H 5 ) CHCH 4 H 9 ) 4 ), Titanium cyclopentyl oxide (Ti (OC 3 H 9 ) 4 ), titanium amide (Ti (NR 2 ) 4 ), wherein R 2 is a titania-doped high purity fused silica glass via oxidation or flame hydrolysis of a gas mixture of methyl, or ethyl groups, or compounds thereof, Disclosed is the preparation of. These liquid OMCTS and the liquid TiO 2 precursors are vaporized instantaneously in a flash tank heated to 175 ° C. and transported to the oven through a steam line heated with nitrogen, which are then mixed and passed through the flame of the combustion burner. The solution produces crystalline titania-doped fused silica. The amorphous particles are then solidified into a vitreous body. The same non-halogenated, SiO 2 and TiO 2 precursors as described above are optionally used in the present invention.

케인(Cain)등의 미국특허 제5,558,687호 및 제5,707,416호는 특이적으로OMCTS와 같은 비-할로겐화 SiO2전구체의 사용을 위해 개발된 수직, 패킹된-베드 필름 기화기(증발기)에 대해 개시하고 있다. 상기 기화기는 중심 튜브를 둘러싼 다수의 팩킹된-베드 컬럼을 포함한다. 액상 SiO2와산소의 혼합물을 스프레이 노즐 세트를 이용해 상기 컬럼의 상층면에 분사한다. 상기 전구체와 산소를 상기 가열된 컬럼의 아래 방향으로 함께 흘려준다. 상기 액상 전구체는 이슬점에 도달할 때 까지 산소내로 증발하고, 그 후 컬럼의 하층면으로 빠져나온다. 바로 이때, 유출 방향이 아래에서 위로 변화하는데, 기상 스트림으로 부터 분리되는 고분자량 물질 생성의 원인이 된다. 상기 기상 스트림은 상기 중심 튜브를 통해 증발기에서 빠져나오고 그 후에 수트를 생산하는 버너에 공급된다. 상기와 동일한 기화기가 본 발명에서 선택적으로 사용된다. 상기 두 특허는 TiO2전구체에 관해서는 기재하지 않았다. 아울러, 상기 기화기가 실질적으로 TiO2전구체의 열 분해를 억제할 수 있을 만큼 충분히 낮은 온도로, 특히 동시에 SiO2전구체가 기화되는 동안 TiO2전구체를 기화시킬 수 있는가에 대한 언급도 없다.U.S. Pat.Nos. 5,558,687 and 5,707,416 to Cain et al. Disclose a vertical, packed-bed film vaporizer (evaporator) specifically developed for use of non-halogenated SiO 2 precursors such as OMCTS. . The vaporizer includes a plurality of packed-bed columns surrounding the center tube. A mixture of liquid SiO 2 and oxygen is sprayed onto the top layer of the column using a spray nozzle set. The precursor and oxygen flow together in the downward direction of the heated column. The liquid precursor evaporates into oxygen until the dew point is reached and then exits to the bottom layer of the column. At this point, the outflow direction changes from bottom to top, causing high molecular weight material to separate from the gaseous stream. The gaseous stream exits the evaporator through the center tube and is then fed to a burner that produces soot. The same vaporizer as described above is optionally used in the present invention. The two patents do not describe TiO 2 precursors. Furthermore, there is no mention of whether the vaporizer can vaporize the TiO 2 precursor at a temperature low enough to substantially inhibit thermal decomposition of the TiO 2 precursor, in particular while the SiO 2 precursor is vaporized at the same time.

맥슨(Maxon) 등의 WO 99/15468호는 화염 가수분해로 티타니아-도핑된 용융 실리카 유리를 생산하는 방법에 대해 기술하고 있다. 상기 공정은 OMCTS 같은 SiO2전구체와 티타니아알콕사이드(예; 티타니움이소프로폭사이드) 같은 TiO2전구체의 혼합물을 증기 형태로 화염에 운반하는 단계, 상기 혼합물을 화염을 통해 통과시켜 SiO2-TiO2입자를 형성하는 단계, 및 이것들이 녹아 고형 유리체를 형성하는 용광로안에 증착하는 단계를 포함한다. 상기 액상 SiO2및 TiO2전구체는 분리 탱크안에 증착되고 질소와 같은 운반가스를 각각의 전구체를 통해 통과시키면 이들의 증기가 혼입되어 기화된다. 운반 가스에 대한 개별 우회 스트림은 전구체의 포화를 억제하기 위해 혼입 증기 스트림과 연결된다. 이들 두개의 분리된 증기 스트림은 다기관내에 혼합 장착되어 있다. 상기 다기관에서, 상기 혼합 증기는 증기 라인을 통과하여 용광로로 운반되어 거기서 화염 버너를 통과한다. 맥슨 등은 티타니움알콕사이드가 고차 폴리머(polymer), 산화물, 및 미량 원소로 분해되어,전구체의 증기압이 변화한다고 명시하고 있다. 상기의 증기압 변화는 궁극적으로 용광로내를 교란하여 유리 응축물의 축적을 어렵게 한다. 중요한것은, 맥슨 등은 보다 높은 온도로 티타니움알콕사이드를 이용해 알콕사이드의 증기압을 증가시켜야 한다고 주장한다. 이것은 운반 증기의 유출 속도가 낮아져 결과적으로, 증기 운반 시스템내의 교란을 감소시켜 용광로내의 유리 축적이 최소화된다. 맥슨 등에 의하면, TiO2전구체의 분해는 증기 라인의 온도 조절을 통해 피할 수 있다.WO 99/15468 to Maxon et al describes a method for producing titania-doped fused silica glass by flame hydrolysis. The process involves conveying a mixture of SiO 2 precursor, such as OMCTS, and a TiO 2 precursor, such as titania alkoxide (e.g., titanium isopropoxide), to the flame in vapor form, passing the mixture through the flame to form SiO 2 -TiO 2 particles. Forming a, and depositing in a furnace in which they melt to form a solid glass body. The liquid SiO 2 and TiO 2 precursors are deposited in a separation tank and their vapors are mixed and vaporized by passing a carrier gas such as nitrogen through each precursor. Individual bypass streams for the carrier gas are connected with the entrained vapor streams to suppress saturation of the precursors. These two separate vapor streams are mixed mounted in the manifold. In the manifold, the mixed vapor is passed through a steam line to a blast furnace where it passes through a flame burner. Maxon et al. Specify that the titanium alkoxide decomposes into higher order polymers, oxides, and trace elements, and the vapor pressure of the precursor changes. This change in vapor pressure ultimately disturbs the furnace, making it difficult to accumulate glass condensate. Importantly, maxon et al. Insist on increasing the vapor pressure of the alkoxide by using titanium alkoxide at higher temperatures. This lowers the rate of outflow of the conveying vapors and consequently reduces disturbances in the vapor conveying system, minimizing glass accumulation in the furnace. According to maxon et al, decomposition of the TiO 2 precursor can be avoided through temperature control of the steam line.

불행하게도, 비-할로겐화 TiO2전구체, 특히 타타니움이소프록사이드를 이용한 예형 생산의 어려움들은 현재까지 계속되고 있다. 티타니움이소프로폭사이드는 232℃의 비등점을 갖음에도, 175℃에서 열에 불안정하여 고분자량의 겔을 생산한다. 게다가, 비-할로겐화 TiO2전구체는 일반적으로 산소와 반응하여 오염물을 형성한다. 이러한 겔 및 오염물은 예형 생산에 활용할 수 없으므로 폐기해야 한다. 이 폐기물은 낮은 생산효율 및 추가적인 폐기물 처리 비용으로 인해 보다 높은 예형생산 비용을 초래한다.Unfortunately, difficulties of preliminary production with non-halogenated TiO 2 precursors, in particular Titanium Isoproside, continue to this day. Titanium isopropoxide, although having a boiling point of 232 ° C., is thermally unstable at 175 ° C. to produce a high molecular weight gel. In addition, non-halogenated TiO 2 precursors generally react with oxygen to form contaminants. These gels and contaminants cannot be used for preform production and should be discarded. This waste results in higher preproduction costs due to lower production efficiency and additional waste disposal costs.

티타니아 도핑된 용융 실리카 예형을 생산하는데 비-할로겐화 SiO2와 TiO2전구체를 이용함에도 불구하고, 이와 같은 예형의 생산 방법에는 실질적인 열 분해 없는 액상 TiO2전구체가 요구된다. 더 나아가서, 순간적인 기화가 없고 TiO2전구체의 실질적인 열 분해를 억제할수 있는 낮은 온도에서, 특히 동시에 SiO2전구체가 기화되는 동안 TiO2전구체를 기화시키는 것이 티타니아 도핑된 용융 실리카 예형을 생산하는 방법에서 요구된다. 본 발명은 당 분야의 이러한 결점을 극복하기 위한 것이다.Despite the use of non-halogenated SiO 2 and TiO 2 precursors to produce titania-doped fused silica preforms, the production of such preforms requires a liquid TiO 2 precursor without substantial thermal decomposition. Furthermore, at low temperatures where there is no instantaneous vaporization and which can inhibit substantial thermal decomposition of the TiO 2 precursor, in particular, vaporizing the TiO 2 precursor at the same time while the SiO 2 precursor is vaporized produces a titania-doped fused silica preform. Required. The present invention seeks to overcome this drawback in the art.

-발명의 요약-Summary of the Invention

본 발명은 산화 또는 화염 가수분해를 수반하는 열 분해를 통해 TiO2로 전환가능한 액상 TiO2전구체를 기화하는 방법에 관한 것이다. 실질적인 TiO2전구체의 열 분해 없이 상기 액상 TiO2전구체를 기화시키는데 효과적인 조건하에서 상기 액상 TiO2전구체를 운반 가스와 함께 패킹된-베드 컬럼을 통해 통과시킨다.The present invention relates to a process for vaporizing a liquid TiO 2 precursor which is convertible to TiO 2 through thermal decomposition with oxidation or flame hydrolysis. Under the practical conditions effective sikineunde without thermal decomposition of TiO 2 precursor vaporizing the liquid TiO 2 precursor packing the liquid TiO 2 precursor with a carrier gas - to pass through the column bed.

또한 본 발명은 개별적으로 산화 또는 화염 가수분해를 수반하는 열 분해를 통해 SiO2및 TiO2로 전환가능한 기화된 SiO2및 TiO2전구체를 포함하는 반응 증기를 제공하는 방법에 관한 것이다. 실질적인 TiO2전구체의 열 분해 없이 상기 액상 TiO2전구체를 기화시키는데 효과적인 조건하에서 상기 액상 TiO2전구체를 운반 가스와 함께 패킹된-베드 컬럼을 통해 통과시킨다. 상기 기화 TiO2전구체와 운반 가스를 기화 SiO2와 혼합하여 반응 증기/가스 혼합물을 형성한다.The present invention also relates to a process for providing a reaction vapor comprising vaporized SiO 2 and TiO 2 precursors which are individually convertible to SiO 2 and TiO 2 via thermal decomposition with oxidation or flame hydrolysis. Under the practical conditions effective sikineunde without thermal decomposition of TiO 2 precursor vaporizing the liquid TiO 2 precursor packing the liquid TiO 2 precursor with a carrier gas - to pass through the column bed. The vaporized TiO 2 precursor and the carrier gas are mixed with vaporized SiO 2 to form a reaction vapor / gas mixture.

본 발명은 또한 반응 증기를 제공하기 위한 액상 SiO2및 TiO2전구체를 기화하는 방법에 관한 것이다. 개별적으로 산화 또는 화염 가수분해를 수반하는 열 분해를 통해 SiO2및 TiO2로 전환가능한 액상 SiO2및 TiO2전구체는 각각의 전구체를 기화하는데 효과적인 조건하에서 운반가스와 함께 동시에 패킹된-베드 컬럼을 통해 통과한다. 이것은 실질적으로 이들 전구체의 열분해없이 수행된다.The invention also relates to a process for vaporizing liquid SiO 2 and TiO 2 precursors to provide a reaction vapor. The liquid SiO 2 and TiO 2 precursors, which can be converted into SiO 2 and TiO 2 individually through thermal decomposition with oxidation or flame hydrolysis, simultaneously form a packed-bed column with a carrier gas under conditions effective to vaporize the respective precursors. Pass through. This is carried out substantially without pyrolysis of these precursors.

본 발명은 적어도 네가지 면에서 종래의 기술을 개선시킨 것이다. 첫째로, 기화기는 온도에 민감한 티타니아 전구체의 열 분해를 최소화하고 열 분해에 의한 오염물들의 주기적인 처리에 대한 필요성 및 이들 폐기물을 제거한다. 둘째로, 본 공정은 두개의 플래쉬(flash) 탱크를 필요로 하는 현재 방법과 비교하여 하나의 기화기로 수행되어 보다 간단하다. 세째로, 본 공정은 상기 기화기 내의 운반 가스 유출이 각각의 티타니아 및 실리카 전구체의 유출 속도와는 필수적으로 독립적이어서, 기존 시스템보다 견실하다. 네째로, 현재의 초저팽창 유리의 운반 시스템은 기압상의 변화없이 열팽창 계수(CTE)가 2-5 ppb/℃ 내의 변동률을 가질 수 없다. 기존 시스템에서 일관된 전구체의 유출은 대기압, 플래쉬 탱크의 유출속도에 대한 엄격한 조절, 및 운반 가스의 유출 속도에 의해 좌우된다. 본 발명의 공정은 이러한 모든 변동수에 독립적이며 실리카 및 티타니아 전구체를 상기 기화기에 정확하게 운반하는 일관된 CTE 조절을 유지한다.The present invention is an improvement on the prior art in at least four aspects. Firstly, the vaporizer minimizes thermal decomposition of temperature sensitive titania precursors and eliminates these wastes and the need for periodic treatment of contaminants by thermal decomposition. Secondly, the process is simpler, as it is carried out with one vaporizer compared to the current method requiring two flash tanks. Third, the process is more robust than conventional systems, as the carrier gas outflow in the vaporizer is essentially independent of the outflow rates of the respective titania and silica precursors. Fourth, current ultra low-expansion glass conveying systems cannot have a coefficient of thermal expansion (CTE) within 2-5 ppb / ° C without a change in atmospheric pressure. Consistent outflow of precursors in existing systems depends on atmospheric pressure, tight control of the outflow rate of the flash tank, and outflow rate of carrier gas. The process of the present invention is independent of all these variables and maintains consistent CTE control that accurately delivers silica and titania precursors to the vaporizer.

본 발명은 광학 또는 음향 도파관 섬유 뿐 아니라 초저팽창 유리 생산에 이용할 수 있는 티타니아 도핑된 용융 실리카 예형의 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a process for producing titania doped fused silica preforms that can be used for the production of ultra low expansion glass as well as optical or acoustic waveguide fibers.

도 1은 본 발명에 따라 설계된 증기 운반 시스템의 일 실시예를 나타내는 블럭도이다.1 is a block diagram illustrating one embodiment of a vapor delivery system designed in accordance with the present invention.

도 2는 본 발명에 따른 증기 운반 시스템에서 사용되는 기화기의 개략적인, 수평 단면도이다.2 is a schematic, horizontal cross-sectional view of a vaporizer used in the vapor delivery system according to the present invention.

도 3은 도 2상의 라인 3-3 에 대한 개략적인, 수평 단면도이다.3 is a schematic, horizontal cross-sectional view taken along line 3-3 of FIG.

도 4는 본 발명에 따라 설계된 증기 운반 시스템의 다른 일 실시예를 나타내는 블럭도이다.4 is a block diagram illustrating another embodiment of a steam delivery system designed in accordance with the present invention.

도 5는 유출 속도 41g/분으로 티타니움이소프로폭사이드를 기화시키기 위한 이론적인 예측을 나타내는 그래프로, 여기서 "좋음"는 완전 기화로 예측되는 조작 조건에 대한 부분을 나타내고, "나쁨"는 불완전 기화로 예측되는 조작 조건에 대한 부분을 나타낸다.FIG. 5 is a graph showing the theoretical prediction for vaporizing titanium isopropoxide at an outflow rate of 41 g / min, where "good" represents the portion of the operating conditions predicted to be complete vaporization and "bad" is incomplete vaporization Represents the part about the operating condition to be predicted.

도 6은 유출 속도 10 내지 80g/분으로 티타니움이소프로폭사이드를 기화시키기 위한 이론적인 예측을 나타내는 그래프이다.FIG. 6 is a graph showing theoretical predictions for vaporizing titanium isopropoxide at effluent rates of 10-80 g / min.

도 7은 티타티움이소프로폭사이드와 옥타메틸사이클로테트라실산의 혼합물을 기화시키기 위한 이론적 수치를 나타내는 그래프이다.FIG. 7 is a graph showing theoretical values for vaporizing a mixture of titrium isopropoxide and octamethylcyclotetracarboxylic acid. FIG.

도 8은 도 7 그래프의 확대된 사진이다.FIG. 8 is an enlarged photograph of the graph of FIG. 7.

이하 본 발명을 좀 더 구체적으로 살펴보면 다음과 같다.Looking at the present invention in more detail as follows.

본 발명은 초저팽창 유리와 같은 티타니아 도핑된 용융 실리카 예형이나 티타니아 도핑된 유리를 제조하는데 사용되는 액상 TiO2전구체를 기화하는 방법에 관한것이다. 이와 같은 TiO2전구체는 산화 또는 화염 가수분해를 수반하는 열 분해를 통해 TiO2(titania)로 전환가능하다.The present invention relates to a process for vaporizing a liquid TiO 2 precursor used to prepare a titania-doped fused silica preform, such as ultra low expansion glass, or a titania-doped glass. Such TiO 2 precursors are convertible to TiO 2 (titania) through thermal decomposition with oxidation or flame hydrolysis.

도 1을 참조하면, 액상 TiO2전구체는 액체 공급 탱크(10)에 보관하고 액체 계량 펌프(12)를 통해 기화기(13)로 공급된다. 펌프(12)는 액상 TiO2전구체의 유출 속도를 정한다. 운반가스는 가스 공급 탱크(14)에 보관되고 가스 양 유출 조절기(16)에 의해 그 자체로 미리 결정된 유출 속도로 상기 기화기(13)로 옮겨진다. 상기 기화기(13)내에서, 상기 액상 TiO2전구체를 기화시켜 액상 TiO2전구체와 운반 가스의 증기/가스 혼합물이 생성된다. 예를 들어, 액체 반응물이 TPT이고 운반 가스가 질소이면, 운반 가스의 바람직한 유출 속도는 TiO2전구체의 gram/분당 약 2.0 내지 9.0 분당 표준 리터(slpm)로, 특히 바람직하게는, TiO2전구체의 gram/분당 약 5.0 slpm이다. 상기 기화기(13)로 부터, 일반적으로 티타니아 도핑된 용융 실리카 예형을 형성하기 위해 기상 SiO2전구체를 도입하는 증기 활용부(20)로 상기 증기/가스 혼합물이 운반된다. TiO2전구체의 실질적인 열 분해 없이 상기 액상 TiO2전구체를 기화시키는데 효과적인 조건하에서 상기 액상 TiO2전구체 및 운반 가스를 패킹된-베드 컬럼(예; 도 2 및 3에 도시된 수직 방향의 패킹된-베드컬럼(22))을 통해 통과시킨다. 기상 TiO2전구체 및 운반 가스의 혼합물을 포함하는 가스 스트림은 패킹된-베드 컬럼(22)을 빠져나와 티타니아-도핑된 용융 실리카 예형을 형성할 수 있는 증기 활용부(20)로 운반된다.Referring to FIG. 1, the liquid TiO 2 precursor is stored in the liquid supply tank 10 and supplied to the vaporizer 13 through the liquid metering pump 12. Pump 12 determines the outflow rate of the liquid TiO 2 precursor. The carrier gas is stored in the gas supply tank 14 and transferred to the vaporizer 13 by the gas flow outflow regulator 16 at a predetermined outflow rate on its own. In the vaporizer 13, the liquid TiO 2 precursor is vaporized to produce a vapor / gas mixture of the liquid TiO 2 precursor and the carrier gas. For example, if the liquid reactant is TPT and the carrier gas is nitrogen, the preferred outflow rate of the carrier gas is between about 2.0 and 9.0 standard liters per minute (slpm) per gram / minute of TiO 2 precursor, particularly preferably of the TiO 2 precursor. about 5.0 slpm per gram / minute. From the vaporizer 13, the vapor / gas mixture is conveyed to a vapor utilization section 20 which introduces a gaseous SiO 2 precursor to form a titania-doped fused silica preform. Without substantial thermal decomposition of TiO 2 precursor under conditions effective sikineunde vaporize the liquid TiO 2 precursor packed the liquid TiO 2 precursor and a carrier gas-bed column (eg, a packed in the vertical direction illustrated in Figures 2 and 3 - Bed Pass through column 22). A gas stream comprising a mixture of gaseous TiO 2 precursor and carrier gas is passed to packed vapor bed 20, which can exit packed-bed column 22 to form a titania-doped fused silica preform.

본 발명의 다른 실시예는 티타니아-도핑된 실리카 예형을 제조하기 위한 반응 증기를 제공하는 방법에 관한 것이다. 도 1 - 3 에서 보듯이, 실질적인 열 분해 없이 상기 액상 TiO2전구체를 기화시키는데 효과적인 조건하에서 상기 액상 TiO2전구체를 운반 가스와 함께 패킹된-베드 컬럼(22)을 통해 통과시킨다. 기상 TiO2전구체 및 운반 가스의 혼합물을 포함하는 가스 스트림은 패킹된-베드 컬럼(22)을 빠져나와서 반응 증기/가스 혼합물을 형성하는 기상 SiO2전구체를 포함하는 제2 가스 스트림과 혼합된다. 상기 반응 증기/가스 혼합물은 티타니아-도핑된 용융 실리카 예형을 형성하기 위해 증기 활용부(20)로 운반된다.Another embodiment of the invention is directed to a method of providing a reaction vapor for preparing a titania-doped silica preform. As shown in FIGS. 1-3, the liquid TiO 2 precursor is passed through a packed-bed column 22 with a carrier gas under conditions effective to vaporize the liquid TiO 2 precursor without substantial thermal decomposition. A gas stream comprising a mixture of gaseous TiO 2 precursor and carrier gas is mixed with a second gas stream comprising gaseous SiO 2 precursor exiting packed-bed column 22 to form a reaction vapor / gas mixture. The reaction vapor / gas mixture is conveyed to steam utilization 20 to form a titania-doped fused silica preform.

본 발명의 또 다른 실시예는 티타니아-도핑된 용융 실리카 예형을 제조하기 위한 반응 증기를 제공하는 다른 방법과 관련된 것이다. 도 2 - 4 에 의하면, 각각의 전구체가 동시에 기화하는데 효과적인 조건하에서 액상 SiO2(silica) 전구체 및 액상 TiO2(titania)전구체를 운반 가스와 함께 패킹된-베드 컬럼(22)을 통해 통과시킨다. 이것은 실질적으로 이들 전구체의 열 분해없이 수행되어진다. 상기의 기상 SiO2전구체, 기상 TiO2(titania)전구체, 및 운반 가스의 혼합물을 포함하는 반응 증기/가스는 패킹된-베드 컬럼(22)을 빠져나와서 티타니아-도핑된 용융 실리카 예형을 형성하기 위해 증기 활용부(20)로 운반된다.Yet another embodiment of the present invention relates to another method of providing a reaction vapor for producing a titania-doped fused silica preform. 2-4, liquid SiO 2 (silica) precursors and liquid TiO 2 (titania) precursors are passed through the packed-bed column 22 together with the carrier gas under conditions effective to simultaneously vaporize each precursor. This is done substantially without thermal decomposition of these precursors. Reaction vapor / gas comprising a mixture of the above gaseous SiO 2 precursor, gaseous TiO 2 (titania) precursor, and carrier gas exits packed-bed column 22 to form a titania-doped fused silica preform. It is conveyed to the steam utilization section 20.

상기 증기 활용부(20)에서, 상기 반응 증기/가스 혼합물은 TiO2로 도핑된 무결정 입자의 용융 SiO2를 형성하기 위해 연소 버너의 화염을 통과한다. 본 발명에서 사용되는 버너 구조는 케인 등의 미국특허 제5,599,371호에 개시되어있고, 이것은 본 발명의 참고문헌으로 포함된다. 증기/가스 혼합물에 추가하여, 이들 버너에는 또한 메탄, 및 산소와 같은 가연성 가스를 공급한다. 상기 무결정 입자는 예형을 형성하기 위해 지지대 (도시 되지 않음) 상에 증착된다. 산화 또는 화염 가수분해를 수반하는 열 분해는 프라멘바움(Flamenbaum) 등의 미국특허 제3,806,570호, 덤바우 주니어(Dumbaugh, Jr) 등의 미국특허 제3,864,113호, 랜달(Randall)의 미국특허 제3,923,484호, 및 블랙웰(Blackwell) 등의 미국특허 제5,152,819호 등에 상세히 기술되어 있으며, 이들은 본 발명의 참고문헌으로 포함된다. 필수적으로 동시에 증착 또는 연속적으로 여기에, 상기 예형의 무결정 입자가 비-다공성체로 고형화된다. 선택적으로, 유리는 예형의 형성없이 직접적으로 제조할 수 있다. 도파관 섬유는 일반적으로 비-다공성체, 특히 비-다공성체가 비-다공성, 투명 유리체일경우 인발할 수 있다. 도파관 섬유 인발법은 슐츠(Schultz)의 미국특허 제3,859,073호 및 벌크(Burke) 등의 미국특허 제3,933,453호에 개시되었고 이들은 본 발명의 참고문헌으로 포함된다.In the steam utilization section 20, the reaction vapor / gas mixture passes through the flame of the combustion burner to form molten SiO 2 of amorphous particles doped with TiO 2 . Burner structures used in the present invention are disclosed in US Pat. No. 5,599,371 to Kane et al., Which is incorporated herein by reference. In addition to the vapor / gas mixture, these burners are also fed combustible gases such as methane and oxygen. The amorphous particles are deposited on a support (not shown) to form a preform. Thermal decomposition involving oxidation or flame hydrolysis is described in US Pat. No. 3,806,570 to Framenbaum et al., US Pat. No. 3,864,113 to Dumbaugh, Jr. et al. US Pat. No. 3,923,484 to Randall. US Patent No. 5,152,819 to Blackwell et al., And the like, which are incorporated herein by reference. Essentially at the same time depositing or successively here, the amorphous particles of this preform solidify into non-porous bodies. Optionally, the glass can be produced directly without forming a preform. Waveguide fibers can generally be drawn when the non-porous body, especially the non-porous body, is a non-porous, transparent glass body. Waveguide fiber drawing is disclosed in Schultz, US Pat. No. 3,859,073 and in Burke et al. US Pat. No. 3,933,453, incorporated herein by reference.

상술한 바와 같이, 본 발명에서 활용되는 TiO2전구체는 산화 또는 화염 가수분해를 수반하는 열 분해를 통해 TiO2로 전환가능하다. 바람직하게는, 이와 같은TiO2전구체는 비-할로겐화 티타니움알콕사이드, 티타니움아마이드, 또는 이들의 혼합물이다. 적합한 TiO2전구체의 예로는 티타니움-2-에틸헥실옥사이드, 티타니움사이클로펜틸옥사이드, 티타니움이소프로폭사이드, 티타니움메톡사이드, Ti(NR2)4, 여기서 R2는 메틸, 또는 에틸 기, 구조를 갖는 티타니움아마이드, 또는 이들의 혼합물이다. 티타니움이소프로폭사이드(TPT)가 가장 바람직한 TiO2전구체이다.As described above, the TiO 2 precursor utilized in the present invention is convertible to TiO 2 through thermal decomposition involving oxidation or flame hydrolysis. Preferably, such TiO 2 precursors are non-halogenated titanium alkoxides, titanium amides, or mixtures thereof. Examples of suitable TiO 2 precursors include titanium-2-ethylhexyloxide, titanium cyclopentyloxide, titanium isopropoxide, titanium methoxide, Ti (NR 2 ) 4 , where R 2 has a methyl, or ethyl group, structure Titanium amide, or mixtures thereof. Titanium isopropoxide (TPT) is the most preferred TiO 2 precursor.

본 발명에서 활용되는 상기 SiO2전구체는 산화 또는 화염 가수분해를 수반하는 열 분해를 통해 SiO2로 전환가능하다. 일반적으로, 본 발명의 참고문헌으로 포함한, 블랙웰 등의 미국특허 제5,152,819호에 개시된 바에 의하면, 상기 SiO2전구체는 오르가노실리콘-Y 화합물이고, 여기서 Y는 주기율표의 원소이며, 상기 Si-Y 결합 해리 에너지는 Si-O 결합 해리 에너지보다 높지 않고, 상기 혼합물은 비등점이 350℃보다 높지 않다. 이와 같은 오르가노실리콘-Y 화합물은 기본적으로 Si-O-Si 구조의 오르가노실리콘-산소 화합물, 기본적으로 Si-N-Si 구조의 오르가노실리콘-질소 화합물, 및 기본적으로 Si-N-Si-O-Si 구조의 실로사실라산, 또는 이들의 혼합물을 포함한다. 바람직하게는, 상기 SiO2전구체로 비-할로겐화 폴리메틸실록산, 폴리메틸실란, 폴리에틸실란, 폴리에틸실리케이느, 아미노실란, 선형 실라산, 사이클로실라산, 또는 이들의 혼합물이다. 이와같은 SiO2전구체의 예로는 옥타메틸사이클로테트라실록산, 헥사메틸디실록산,옥타메틸트리실록산, 헥사메틸사이클로트리실록산, 데카메틸사이클로펜타실록산, 메틸트리메톡시실란, 테트라에틸오르소실리케이트, 디메틸디메톡시실란, 트리메틸메톡시실란, 테트라메톡시실란, 메틸트리에톡시실란, 테트라에톡시실란, 트리스케테니민, 노나메틸트리실라산, 옥타메틸사이클로테트라실라산, 및 이들의 혼합물이다. 옥타메틸사이클로테트라실라산(OMCTS)이 가장 바람직한 SiO2전구체이다.The SiO 2 precursor utilized in the present invention is convertible to SiO 2 through thermal decomposition involving oxidation or flame hydrolysis. In general, as disclosed in US Pat. No. 5,152,819 to Blackwell et al., Which is incorporated by reference herein, the SiO 2 precursor is an organosilicon-Y compound, where Y is an element of the periodic table, and the Si—Y bond The dissociation energy is not higher than the Si-O bond dissociation energy, and the mixture has no boiling point higher than 350 ° C. Such organosilicon-Y compounds are basically organosilicon-oxygen compounds of Si-O-Si structure, organosilicon-nitrogen compounds of Si-N-Si structure, and basically Si-N-Si- Silosacilaic acid of O-Si structure, or a mixture thereof. Preferably, the SiO 2 precursor is a non-halogenated polymethylsiloxane, polymethylsilane, polyethylsilane, polyethylsilicane, aminosilane, linear silane acid, cyclosilanic acid, or mixtures thereof. Examples of such SiO 2 precursors include octamethylcyclotetrasiloxane, hexamethyldisiloxane, octamethyltrisiloxane, hexamethylcyclotrisiloxane, decamethylcyclopentasiloxane, methyltrimethoxysilane, tetraethylorthosilicate, and dimethyldimethic. Methoxysilane, trimethylmethoxysilane, tetramethoxysilane, methyltriethoxysilane, tetraethoxysilane, trisketenimine, nonamethyltrisilaic acid, octamethylcyclotetrasilanic acid, and mixtures thereof. Octamethylcyclotetrasilanic acid (OMCTS) is the most preferred SiO 2 precursor.

본 발명의 참고문헌으로 포함한, 맥슨 등이 WO 99/15468호에 기술한대로, 전이 금속의 알콕사이드는 빛, 열, 및 습기에 민감한 것으로 알려져 있다. 아울러, 금속 알콕사이드는 쉽게 습기에 의해 가수분해되어 금속의 수산화물 및 산화물을 형성한다. 따라서, OMCTS와 같은 SiO2전구체는 탈수 또는 건조시켜서 수분 함량이 바람직하게는 2ppm 미만으로 유지시켜 시스템에 TiO2의 백색 침전이 형성되는 것을 억제해야한다.It is known that alkoxides of transition metals are sensitive to light, heat, and moisture, as described in WO 99/15468 by Maxon et al., Incorporated herein by reference. In addition, metal alkoxides are easily hydrolyzed by moisture to form hydroxides and oxides of the metal. Therefore, SiO 2 precursors, such as OMCTS, should be dehydrated or dried to keep the moisture content preferably below 2 ppm to prevent the formation of white precipitates of TiO 2 in the system.

상기 운반 가스는 SiO2또는 TiO2전구체에 대해서 화학작용을 일으키지 않으면 어떠한 가스도 바람직하다. 이와 같은 가스는 질소, 헬륨, 네온, 아르곤, 크립톤, 크세논, 및 이들의 혼합물로, 질소가 가장 바람직하다. 산소가 운반가스로 활용될 수 있으나, TiO2전구체와 반응하는 경향때문에 바람직하지 않다.The carrier gas is preferably any gas so long as it does not chemically react with SiO 2 or TiO 2 precursors. Such gases are nitrogen, helium, neon, argon, krypton, xenon, and mixtures thereof, with nitrogen being most preferred. Oxygen may be utilized as the carrier gas, but is not preferred because of its tendency to react with the TiO 2 precursor.

여기서, 도 4를 참고하면, 액상 TiO2전구체 및 액상 SiO2전구체는 각각 액체 공급 탱크(10 및 64)에 보관된다. 액상 TiO2및 액상 SiO2전구체는 각각의 액체 계량 펌프(12 및 66)에 의해 동시에 기화기(13)에 공급된다. 펌프(12)는 액상 TiO2전구체의 유출 속도를 결정한다. 펌프(66)는 액상 SiO2전구체의 유출 속도를 결정한다. 운반가스는 가스 공급 탱크(14)에 보관되고 가스 양 유출 조절기(16)에 의해 그 자체로 미리 결정된 유출 속도로 상기 기화기(13)로 옮겨진다. 상기 기화기(13)내에서, 상기 액상 TiO2및 SiO2전구체를 동시에 기화하여 TiO2전구체, SiO2전구체 및 운반 가스의 반응 증기/가스 혼합물이 생성된다. 예를 들어, 상기 TiO2전구체가 TPT이고, SiO2전구체가 OMCTS, 및 운반 가스가 질소이면, 운반 가스의 바람직한 유출 속도는 TiO2전구체의 gram/분당 약 2.0 내지 9.0 분당 표준 리터(slpm)로, 특히 바람직하게는, TiO2전구체의 gram/분당 약 5.0 slpm 이다. 상기 기화기(13)로 부터, 티타니아 도핑된 용융 실리카 예형이 형성되는 증기 활용부(20)로 상기의 증기/가스 혼합물이 도입된다.4, the liquid TiO 2 precursor and the liquid SiO 2 precursor are stored in the liquid supply tanks 10 and 64, respectively. The liquid TiO 2 and liquid SiO 2 precursors are simultaneously supplied to the vaporizer 13 by respective liquid metering pumps 12 and 66. The pump 12 determines the outflow rate of the liquid TiO 2 precursor. Pump 66 determines the outflow rate of the liquid SiO 2 precursor. The carrier gas is stored in the gas supply tank 14 and transferred to the vaporizer 13 by the gas flow outflow regulator 16 at a predetermined outflow rate on its own. In the vaporizer 13, the liquid TiO 2 and SiO 2 precursors are simultaneously vaporized to produce a reaction vapor / gas mixture of TiO 2 precursor, SiO 2 precursor and carrier gas. For example, if the TiO 2 precursor is TPT, the SiO 2 precursor is OMCTS, and the carrier gas is nitrogen, the preferred outflow rate of the carrier gas is from about 2.0 to 9.0 standard liters per minute per gram / minute of TiO 2 precursor. , Particularly preferably about 5.0 slpm per gram / minute of TiO 2 precursor. From the vaporizer 13, the above vapor / gas mixture is introduced into a vapor utilization section 20 in which a titania-doped fused silica preform is formed.

도 2 및 3은 본 발명의 참고문헌으로 포함한, 케인들의 미국특허 제5,558,687호 및 제5,707,416호에 기술된 본 발명의 실시예에서 사용되는 기화기(13)의 바람직한 구조에 대해 보여준다. 상기 기화기(13)는 중심의, 수직 방향, 증기/가스 수신 튜브(24) 주위를 둘러싼 다수의 패킹된-베드 컬럼(22)을 액상 TiO2및/또는 SiO2전구체의 기화를 위해 사용한다. 상기 패킹된-베드 컬럼(22) 및 중심 튜브(24)는 바람직하게 스테인레스 스틸로 만들고, 약 25mm의 직경, 및 75cm의 길이이다. 다른 물질 및 구성 요소의 치수를 바람직하다면 이용할 수 있다.2 and 3 show the preferred structure of the vaporizer 13 used in the embodiments of the invention described in US Pat. Nos. 5,558,687 and 5,707,416 to Kane, which are incorporated by reference herein. The vaporizer 13 uses a plurality of packed-bed columns 22 surrounding the central, vertical, vapor / gas reception tube 24 for vaporization of the liquid TiO 2 and / or SiO 2 precursors. The packed-bed column 22 and center tube 24 are preferably made of stainless steel, are about 25 mm in diameter, and 75 cm in length. Other material and component dimensions may be used if desired.

패킹된-베드 컬럼(22)에 이용할 수 있는 다양한 패킹 물질들은, 유리, 금속,세라믹, 또는 실질적으로 반응물들에 대해 화학반응을 일으키지 않는 다른 물질들로 구성된, 구슬, 섬유, 고리, 새들(saddle), 및 이와 유사한 것들을 포함한다. 바람직한 패킹 물질는 새들 형태와 약 6mm 길이의 세라믹 성분으로 구성된다. 상기 패킹은 패킹된 부피율에 대해 넓은 표면적을 제공한다. 패킹된-베드 컬럼의 하층부(66)는 격자, 스크린, 또는 컬럼내의 패킹 물질을 유지 할 수 있는 이와 유사한 것들이 장착되어있다.The various packing materials available for the packed-bed column 22 are beads, fibers, rings, saddles, composed of glass, metal, ceramic, or other materials that do not substantially chemically react with the reactants. ), And the like. Preferred packing materials consist of a ceramic component in the form of a saddle and about 6 mm long. The packing provides a large surface area for the packed volume fraction. The lower portion 66 of the packed-bed column is equipped with gratings, screens or the like that can hold the packing material in the column.

도 1에 도시한 바와 같이, 액상 TiO2전구체 및 운반가스는 액상 계량 펌프(12) 및 가스 양 유출 조절기(16)를 이용해 기화기(13)의 상층에 위치한 연속적인 스프레이 노즐(32)로 계량한다. 도 4에서도 유사하게 도시한 바와 같이, 액상 전구체 및 운반가스는 액상 계량 펌프(12) 및 가스 양 유출 조절기(16)를 이용해 스프레이 노즐(32)로 계량한다. 패킹된-베드 컬럼(22)의 상층부(55)를 흐르는 모든 액상 전구체 또는 이들 혼합물의 분포는 액상 전구체가 상층부(54)의 한 부분에만 공급될 경우 한정된 스트림으로 흐르는 경향이 있기 때문에 중요하다. 이와 같은 한정된 스트림은 액상 전구체의 증발이 가능한 효과적인 표면적을 감소시켜 기화기(13)의 효율을 떨어뜨린다. 패킹된-베드 컬럼(22)의 상층에 액상 전구체 및 운반가스를 공급하는 다른 방법은, 비록 스프레이 노즐(32)의 사용이 바람직하더라도, 컬럼의 상층부(54)를 흐르는 하나 이상의 액상 전구체들의 분포를 위해 각각의 패킹된-베드 컬럼 22에 대해 다기관 튜브 및 운반 가스의 각 컬럼에 대한 하나의 튜브같은 것들을 바람직하다면 이용할 수 있다.As shown in FIG. 1, the liquid TiO 2 precursor and carrier gas are metered with a continuous spray nozzle 32 located above the vaporizer 13 using a liquid metering pump 12 and a gas flow outflow regulator 16. . As similarly shown in FIG. 4, the liquid precursor and the carrier gas are metered by the spray nozzle 32 using the liquid metering pump 12 and the gas flow outflow regulator 16. The distribution of all liquid precursors or mixtures of these flowing through the upper layer 55 of the packed-bed column 22 is important because the liquid precursors tend to flow in a confined stream if only one portion of the upper layer 54 is supplied. This finite stream reduces the efficiency of the vaporizer 13 by reducing the effective surface area available for vaporization of the liquid precursor. Another method of supplying the liquid precursor and carrier gas to the upper layer of the packed-bed column 22 is to provide a distribution of one or more liquid precursors flowing through the upper layer 54 of the column, although the use of the spray nozzle 32 is preferred. For each packed-bed column 22 one can be used if desired, such as a manifold tube and one tube for each column of carrier gas.

운반 가스에 의해 생기는 방울의 콘(58)으로 액상 전구체를 뿌리는 가스 분무 노즐(32)이 특히 바람직하다. 이와 같은 노즐(32)은 액상 전구체와 운반가스의 균일한 접촉 및 베드 패킹의 균일한 습윤을 유지시킨다. 이 종류의 노즐(32)은 액상 전구체와 운반가스를 위한 분리된 입구(도시화 하지 않음)를 정상적으로 구비한다. 도 2 및 3의 다수의 패킹된-베드 컬럼(22)의 균일한 조작을 유지하기 위해, 노즐(32)의 액상 전구체 입구는 기압 평형 다기관 (도시화하지 않음)과 연결되어 있다. 이들 다기관은, 순서대로, 액체 계량 펌프(12) 및 가스 양 유출 조절기(16)와 각각 연결되어있다. SiO2및 TiO2전구체를 기화기(13)를 이용해 동시에 기화하는 실시예에 있어서, 상기 다기관는 액체 계량 펌프(12 및 66) 및 가스 양 유출 조절기(16)와 각각 연결되어있다.Particular preference is given to a gas spray nozzle 32 which sprays the liquid precursor into the cone of drops 58 produced by the carrier gas. Such a nozzle 32 maintains uniform contact between the liquid precursor and the carrier gas and uniform wet of the bed packing. This type of nozzle 32 normally has a separate inlet (not shown) for the liquid precursor and the carrier gas. In order to maintain uniform operation of the multiple packed-bed columns 22 of FIGS. 2 and 3, the liquid precursor inlet of the nozzle 32 is connected with an air pressure equilibrium manifold (not shown). These manifolds, in order, are respectively connected with the liquid metering pump 12 and the gas flow outflow regulator 16. In the embodiment in which the SiO 2 and TiO 2 precursors are simultaneously vaporized with the vaporizer 13, the manifold is connected with the liquid metering pumps 12 and 66 and the gas flow regulator 16, respectively.

노즐(32)의 구획은 액상 전구체의 처리량, 스프레이 유형, 및 운반가스 유출 속도를 포함한, 세개의 주 요소에 기초한다. 상기 노즐(32)은 충분한 액상 전구체 또는 전구체 유출을 시스템의 요구에 따라 공급할수 있게 한다. 또한, 상기 노즐(32)은 패킹된-베드에 균일하게 덮히도록 분사할 수 있다. 마지막으로, 액상 전구체를 분무하는데 요구되는 운반 가스의 유출 속도는 바람직한 조작 수준이하로 액상 전구체의 유출이 희석되는 것을 방지 할 만큼 충분해야한다. 상기 운반 가스의 유출속도는 바람직한 방울의 원형 스프레이(58)를 생산할 수 있는 충분한 속도로 유지되어져야 한다. 다른 노즐(32)을 다양한 액상 전구체 유출 속도를 위해 이용할 수 있다. 실지로, 약 3mm의 구멍 크기, 약 60°각도의 스프레이 콘(58), 및약 10 psig로 노즐(32)을 흐르는 낙차압을 갖는 가스 분무 노즐(32)은 본 발명의 실시예에서 성공적으로 작동하였고 바람직하였다.The compartment of the nozzle 32 is based on three main elements, including throughput of the liquid precursor, spray type, and carrier gas outflow rate. The nozzle 32 makes it possible to supply sufficient liquid precursor or precursor outflow as required by the system. In addition, the nozzle 32 may be sprayed to uniformly cover the packed-bed. Finally, the outflow rate of the carrier gas required to spray the liquid precursor should be sufficient to prevent dilution of the liquid precursor to below the desired operating level. The outflow rate of the carrier gas must be maintained at a rate sufficient to produce the desired drop of circular spray 58. Other nozzles 32 may be used for various liquid precursor outflow rates. Indeed, a gas spray nozzle 32 having a bore size of about 3 mm, a spray cone 58 of about 60 ° angle, and a dropping pressure flowing through the nozzle 32 at about 10 psig has worked successfully in embodiments of the present invention. Preferred.

도 3의 화살표(38, 40, 및 42)는 기화기(13)를 통한 유출 양식을 설명한다. 다음에 기술되는, 액상 전구체는 TiO2전구체 및 TiO2와SiO2전구체의 혼합물을 포함한다. 화살표(38)는 액상 전구체 또는 다른 전구체들이 컬럼의 하층부(56)에 도달하기 전에 기화되면서 패킹된-베드 컬럼을 통해 액상 전구체와 운반가스가 동시에 아래방향으로 유출하는 것을 의미한다. 화살표(40)는 중심 튜브(24)를 통한 증기/가스 혼합물의 위로 향한 유출을 의미하고, 화살표(42)는 위상 분리기(44)내에서 증기/가스 혼합물의 유출 방향이 아래에서 위로 변화하는 것을 의미한다. 이러한 방향 변화는 증기/가스 스트림에서 바람직하지 않은 겔 및 검을 효과적으로 제거한다. 증기/가스 스트림을 청결하게 하기 위한 다른 시도는 180°보다 낮은 각도로 ,예; 90°, 스트림을 전환하고, 상기 전환이 이루어진 불순물을 운반하는 스트림 내에, 즉 상기 전환의 중심부로 부터 보여지는 스트림의 바깥부분, 침투 플레이트 및/또는 석면과 같은 여과 물질을 배치하는 것을 포함한다. 상술한 바와 같이, 바람직하게는, 패킹된 컬럼을 빠져나온 스트림은 방향의 변환없이 여과할 수 있다. 포트(48)는 분리기(44)에서 고분자량의 물질들(46)을 제거하기 위해 제공된다.Arrows 38, 40, and 42 of FIG. 3 illustrate the outflow form through the vaporizer 13. The liquid precursor, described next, comprises a TiO 2 precursor and a mixture of TiO 2 and SiO 2 precursors. Arrow 38 means that the liquid precursor and the carrier gas simultaneously flow down through the packed-bed column while the liquid precursor or other precursors are vaporized before reaching the bottom 56 of the column. Arrow 40 indicates the upward outflow of the vapor / gas mixture through the center tube 24, and arrow 42 indicates that the outflow direction of the vapor / gas mixture in the phase separator 44 changes from the bottom up. it means. This change in direction effectively removes undesirable gels and gums from the vapor / gas stream. Other attempts to clean the vapor / gas stream may be performed at angles lower than 180 °, eg; 90 °, diverting the stream and placing the filtration material such as the permeation plate and / or asbestos in the stream carrying the impurities from which the conversion has been made, ie outside of the stream as seen from the center of the conversion. As mentioned above, preferably, the stream exiting the packed column can be filtered without changing the direction. Port 48 is provided to remove high molecular weight materials 46 in separator 44.

도 1의 화살표(60 및 62)는 전열 오일 운송 시스템(18)에서 기화기(13)로의 전열 오일(예; 실리콘 오일)의 유출에 대해 설명한다. 전열 오일(28)은 컬럼의 외벽(50)주위를 흐르면서 패킹된-베드 컬럼(22)을 가열하기 위해 공급된다. 이것은또한 상기 튜브의 외벽(52)을 가열하면서 중심 튜브(24)를 흐르는 증기/가스 혼합물을 가열하기 위해 공급된다. 상기 기화기(13)는 110℃ 내지 175℃ 사이의 온도, 바람직하게는 110℃ 내지 140℃로 가열된다. 바람직하다면, 전열 오일이외의 가열 유체를, 예: 스트림, 패킹된-베드 컬럼 22 및 중심 튜브(24)를 가열하는데 사용할 수 있다. 또한, 상기 액상 전구체의 중합반응 또는 열 분해를 일으키는 기화기내의 과열점이 생길 가능성을 최소화할 수 있기때문에 상기 가열 유체법이 바람직하더라도, 전기 열 테이프와 같은 다른 가열 방법을 사용할 수 있다.Arrows 60 and 62 in FIG. 1 describe the outflow of heat transfer oil (eg, silicone oil) from the heat transfer oil transport system 18 to the vaporizer 13. The heat transfer oil 28 is supplied to heat the packed-bed column 22 while flowing around the outer wall 50 of the column. It is also supplied to heat the vapor / gas mixture flowing through the center tube 24 while heating the outer wall 52 of the tube. The vaporizer 13 is heated to a temperature between 110 ° C and 175 ° C, preferably 110 ° C to 140 ° C. If desired, heating fluids other than electrothermal oil may be used to heat the stream, packed-bed column 22 and center tube 24, for example. In addition, even if the heating fluid method is preferred, other heating methods such as electric thermal tapes can be used, since the possibility of occurrence of hot spots in the vaporizer causing polymerization reaction or thermal decomposition of the liquid precursor can be minimized.

전열 오일(28)이 포트(34) 입구를 통해 기화기(13)로 들어가고 포트(36) 출구를 통해 나온다. 기화기(13)내에서, 상기 전열 오일(28)은 기화기의 외피(28)와 패킹된-베드 컬럼(22)의 외벽(50 및 52)과 중심 튜브(24)등의 한정된 통로(30)를 통해 흐른다. 외벽(50 및 52) 둘레에 전열 오일(28)이 균일하게 분포되게 하기 위해서 격벽(도시화하지 않았음)을 통로(30)에 포함시킨다.The heat transfer oil 28 enters the vaporizer 13 through the port 34 inlet and exits through the port 36 outlet. Within the vaporizer 13, the heat transfer oil 28 defines a confined passageway 30, such as the shell 28 of the vaporizer and the outer walls 50 and 52 of the packed-bed column 22 and the center tube 24. Flows through. A partition (not shown) is included in the passageway 30 so that the heat transfer oil 28 is evenly distributed around the outer walls 50 and 52.

외피(26)는 노즐(32)의 위 및 노즐(32)과 연결된 상기 기압 균일 다기관위로 확장되어 결과적으로 기화기(13) 내부는 폐쇄공간이 된다. 오일 포트(34 및 36), 중심 튜브(24)의 출구, 및 액상 TiO2전구체와 운반가스를 기압 균일 다기관으로 운반하는 포트 입구(도시화하지 않음)가 외피(26)를 통해 통과한다.The sheath 26 extends above the nozzle 32 and above the pressure uniform manifold connected to the nozzle 32, resulting in a closed space inside the vaporizer 13. The oil ports 34 and 36, the outlet of the center tube 24, and the port inlet (not shown) that carries the liquid TiO 2 precursor and carrier gas to the pressure uniform manifold pass through the enclosure 26.

상기 운반 가스 및 액상 전구체는 패킹된-베드 컬럼(22)을 통해 아래로 통과하면서 동시에 가열된다. 이들의 온도가 증가하면서, 보다 많은 액상 전구체들이 운반 가스로 기화된다. 이 공정은 운반 가스와 액상 TiO2전구체사이의 경계면에서운반가스를 통한 열의 유출 및 증기의 확산에 의해 조절된다. 이 공정은 바람직하지 않은 액상 전구체의 고분자량 물질을 제외한, 모든 액상 전구체들이 증기로 전환될때까지 혼합물이 컬럼(22)을 통해 아래로 흐르면서 계속된다. 이 후에, 컬럼의 하층(56)을 향해 아래로 흐르면서 증기/가스 혼합물의 온도 증가가 계속된다. 상기 패킹된-베드 컬럼(22)은 균일한 속도를 유지하면서 전체 스트림의 잔존시간을 균등하게 한다. 균일한 잔존시간은 전구체의 열분해를 최소화한다. TiO2전구체의 패킹된-베드 컬럼내 잔존시간은 0.5초 내지 10.0초이다.The carrier gas and the liquid precursor are simultaneously heated while passing down through the packed-bed column 22. As their temperature increases, more liquid precursors vaporize into the carrier gas. This process is controlled by the outflow of heat and diffusion of vapor through the carrier gas at the interface between the carrier gas and the liquid TiO 2 precursor. This process continues with the mixture flowing down through column 22 until all liquid precursors, except for the high molecular weight material of the undesirable liquid precursor, are converted to steam. Thereafter, the temperature increase of the vapor / gas mixture continues as it flows down towards the bottom layer 56 of the column. The packed-bed column 22 equalizes the remaining time of the entire stream while maintaining a uniform velocity. Uniform residence time minimizes pyrolysis of the precursors. The remaining time in the packed-bed column of the TiO 2 precursor is from 0.5 seconds to 10.0 seconds.

전열 오일(28)의 온도는 액상 전구체 및 운반가스가 컬럼의 하층부(56)에 도달하기전에 액상 전구체가 기화할 만큼 충분한 온도로 가열될 수 있는 확실한 수치로 정한다. 그러나, 상기 선택된 온도는 TiO2전구체의 열분해 온도보다 낮아야만 한다. 다양한 전구체, 몰 비율, 조작 기압수치, 및 다른 기화 용적에 요구되는 열량은 본 발명에서 개시한 당분야의 전문가들에 의해 쉽게 결정된다.The temperature of the heat transfer oil 28 is set to a certain value that allows the liquid precursor and carrier gas to be heated to a temperature sufficient to vaporize the liquid precursor before reaching the bottom layer 56 of the column. However, the selected temperature should be lower than the pyrolysis temperature of the TiO 2 precursor. The amount of heat required for various precursors, molar ratios, operating pressure values, and other vaporization volumes is readily determined by those skilled in the art disclosed herein.

기화기내의 온도는 분무되는 액상 전구체 및 증발과 온도 증가를 위한 운반 가스의 흡수 에너지에 따라 다양하다. 따라서, 기화기(13)의 패킹된-베드(22)내의 온도 분포는 유입된 액상 전구체 및 운반 가스의 온도에 의해 좌우된다. 상기 액상 전구체 및 운반 가스가 기화기(13)로 들어간 후, 가열 패킹된-베드(22)의 길이에 따른 온도 증가율(즉, 온도 구배)은 예열된 성분와 비교하여 대기 온도로 들어간 성분에 대해 보다 높다. 예를 들면, 25℃로 들어간 성분과 비교해 100℃에서 예열한 액상 전구체 및 운반 가스는 기화기(13)내에서의 온도 구배를 두드러지게 감소시킨다. 예열이 필수적인 것은 아니나, 온도 구배를 감소시키는 것은 주어진 양의 액상 전구체를 완전 기화하기 위해 요구되는 기화기(13)의 길이를 감소시킨다. 기화기(13)의 길이를 감소하면 액상 전구체의 기화기(13)내 잔존 시간이 당연히 줄어든다. 이것은, 순차적으로, TiO2전구체가 고온에(140℃) 노출되는 시간을 감소시켜 TiO2전구체의 열분해를 감소시킨다. 중요한것은, 2 내지 5초의 짧은 기간 동안 고온에서(예;140℃) TPT와 OMCTS가 반응하면 이들 전구체간의 주목할 만한 반응 또는 열분해가 일어나지 않는다. 일반적인 기화기(13)내에서의 전구체 잔존시간은 약 1초이다.The temperature in the vaporizer varies with the absorbed energy of the liquid precursor sprayed and the carrier gas for evaporation and temperature increase. Thus, the temperature distribution in the packed-bed 22 of the vaporizer 13 depends on the temperature of the introduced liquid precursor and the carrier gas. After the liquid precursor and the carrier gas enter the vaporizer 13, the rate of temperature increase (i.e. temperature gradient) along the length of the heated packed-bed 22 is higher for the component entering the ambient temperature compared to the preheated component. . For example, the liquid precursor and carrier gas preheated at 100 ° C. compared to the components entering 25 ° C. significantly reduce the temperature gradient in the vaporizer 13. Preheating is not necessary, but reducing the temperature gradient reduces the length of vaporizer 13 required to fully vaporize a given amount of liquid precursor. Reducing the length of the vaporizer 13 naturally reduces the remaining time in the vaporizer 13 of the liquid precursor. This, then sequentially, reducing the amount of time that the TiO 2 precursor (140 ℃) exposed to a high temperature to reduce the thermal decomposition of TiO 2 precursor. Importantly, when TPT and OMCTS react at high temperatures (eg 140 ° C.) for a short period of 2 to 5 seconds, no noticeable reaction or pyrolysis between these precursors occurs. The precursor remaining time in the general vaporizer 13 is about 1 second.

위상 분리기(44)를 떠난 후, 순수한 증기/가스 혼합물은 중심 튜브(24)를 통해 위로 이동한다. 상기 기화기(13)에서, 증기/가스 혼합물은 일반적으로 티타니아-도핑된 용융 실리카 예형을 형성하기 위해 기상 SiO2전구체를 도입하는 증기 활용부(20)로 운반된다.After leaving the phase separator 44, the pure vapor / gas mixture moves up through the center tube 24. In the vaporizer 13, the vapor / gas mixture is generally conveyed to a vapor utilization section 20 which introduces a vapor phase SiO 2 precursor to form a titania-doped fused silica preform.

TiO2와SiO2전구체의 기화기내로의 유출 양은 TiO2와SiO2전구체에 대한 각각의 펌프(13 및 66), 또는 TiO2와SiO2전구체 혼합물의 고 유출에 대한 로타미터(도시화하지 않았음)로 조절한다. 선택적으로, 상기 유출 속도는 단위시간당 각각의 전구체 보관소에서의 무게 손실에 대한 시간 조절로 측정할 수 있다.Each of the pumps (13 and 66), or Rota meter (not urbanization negative) for a high flow of TiO 2 and SiO 2 precursor mixture for the TiO 2 and the outflow amount of TiO 2 and SiO 2 precursor into the vaporizer of the SiO 2 precursor Adjust with Optionally, the outflow rate can be measured by controlling the time for weight loss in each precursor reservoir per unit time.

도 5 - 8에 의하면, TPT에 대해 요구되는 조작 온도의 이론적인 예측은 하기 수학식 2에 표시한 TPT의 온도 관계에 대한 증기압과 결합한 하기 수학식 1을 이용하였다.5 to 8, the theoretical prediction of the operating temperature required for the TPT used the following Equation 1 combined with the vapor pressure for the temperature relationship of the TPT shown in Equation 2 below.

[수학식 1][Equation 1]

TiO2전구체의 유출 속도 = CG(VP/(Patm- VP)Outflow rate of TiO 2 precursor = CG (VP / (P atm -VP)

여기서 TiO2전구체의 유출 속도는 grams/분이고, CG는 운반가스(질소)의 slpm 유출속도이며, VP는 Torr 단위인 TiO2전구체의 증기압이고, Patm은 대기압(Torr)이다.Here, the outflow rate of the TiO 2 precursor is grams / minute, CG is the slpm outflow rate of the carrier gas (nitrogen), VP is the vapor pressure of the TiO 2 precursor in Torr, and P atm is the atmospheric pressure (Torr).

[수학식 2][Equation 2]

Log(P) = 8.972-2997.96/TLog (P) = 8.972-2997.96 / T

여기서 P는 Torr 단위인 압력이고, T는 Kelvin 도의 절대 온도이다. " 비점계를 이용한 액체의 증기압을 위한 표준 시험 방법" 으로 표제된 ASTM 표준 E 1719-95에 따라서 120℃ 내지 140℃의 다양한 온도에서 TPT의 증기압을 측정하여 상기 수학식 2를 실험적으로 증명하였다.Where P is the pressure in Torr and T is the absolute temperature in Kelvin. Equation 2 was experimentally demonstrated by measuring the vapor pressure of TPT at various temperatures from 120 ° C. to 140 ° C. according to ASTM standard E 1719-95 entitled “Standard Test Method for Vapor Pressure of Liquids Using a Viscometer”.

도 5는 41g/분 에서의 이론적 예측을 보여주는데, 조작 조건을 두 부분으로 분리한다. "좋음" 부분은 조작 조건,즉, 이론적으로 완전 기화가 일어날 수 있는, 온도 및 가스 유출 속도를 포함한다. "나쁨" 부분은 불완전 기화가 일어나는 조작 조건을 나타낸다. 도 6은 10 내지 80g/분의 TPT 유출 속도에 대한 동일한 그래프이다.5 shows the theoretical prediction at 41 g / min, which separates the operating conditions into two parts. The “good” part includes the operating conditions, ie the temperature and the gas outflow rate, in which a complete vaporization can theoretically occur. The "bad" part indicates the operating conditions under which incomplete vaporization occurs. 6 is the same graph for TPT effluent rate of 10-80 g / min.

도 5 및 6에서 세가지 결론을 유출할 수 있다. 첫째로, TiO2전구체를 아래로 운반하기에 충분한 압이기 때문에, 전구체의 비등점(232℃) 이상의 온도에서는어떠한 TiO2전구체(예; TPT)도 유출 속도를 위해 운반가스를 요구하지 않는다. 둘째로, 운반가스의 유출 속도가 증가하면 기화기(13)의 조작 온도가 감소한다. 마지막으로, 기화기(13)의 조작 온도 또는 운반 가스의 유출 속도는 증가된 TiO2전구체를 기화하기 위해 증가해야만 한다.Three conclusions can be drawn from FIGS. 5 and 6. First, because of the pressure sufficient to carry the TiO 2 precursor down, no TiO 2 precursor (eg TPT) requires a carrier gas for the outflow rate at temperatures above the precursor's boiling point (232 ° C.). Secondly, as the outflow rate of the carrier gas increases, the operating temperature of the vaporizer 13 decreases. Finally, the operating temperature of the vaporizer 13 or the outflow rate of the carrier gas must be increased to vaporize the increased TiO 2 precursor.

170℃로 질소 유출 속도 10 내지 15 sipm과 TPT 양의 유출 속도는 30 내지 50 g/분인 기화기 내에서 실험을 수행하였다. 결과는 하기 표 1에 요약하였고 완전기화는 이론수치 이상인 5 ±2℃ 온도에서 일어남을 보여준다. 이것은 기화기(13)내에서의 뛰어난 열 운반 및 예측가능한 기화 작용을 나타낸다.Experiments were carried out in a vaporizer with a nitrogen outlet rate of 10-15 sipm and a TPT amount of 30-50 g / min at 170 ° C. The results are summarized in Table 1 below and show that complete vaporization occurs at a temperature of 5 ± 2 ° C. above the theoretical value. This exhibits excellent heat transport and predictable vaporization in the vaporizer 13.

TPT와 OMCTS의 액상 혼합물은 기화기(13)에서 높은 단계로 기화한다. TPT와 OMCTS의 혼합물의 유출에 대한 이론적 예측은 도 7 및 8에 나타난다. 표 1에는 또한, 이론적으로 근접하게 예측된 방식으로 상기 기화기(13)가 작동하였음을 보여준다. 상기 혼합물은 유출 속도 16.5slpm인 질소 운반가스가 있는 161.5℃인 기화기를 통해 105 g/분으로 주입된다. 이론상 이러한 조건에 대해 7℃정도 차이는, 154.5℃의 요구 온도를 에측하였는데, 비교적 높은 유출 속도로도 충분한 열운반이 된다는 것을 나타낸다.The liquid mixture of TPT and OMCTS vaporizes in a high stage in the vaporizer 13. Theoretical predictions for the runoff of the mixture of TPT and OMCTS are shown in FIGS. 7 and 8. Table 1 also shows that the vaporizer 13 was operated in a theoretically predicted manner. The mixture is injected at 105 g / min through a vaporizer at 161.5 ° C. with a nitrogen carrier gas at an effluent rate of 16.5 slpm. Theoretically, a difference of about 7 ° C. for these conditions predicted a required temperature of 154.5 ° C., indicating that sufficient heat transport is possible even with relatively high outflow rates.

두개의 분리된 공급 탱크와 달리 단일 기화기(13)를 통해 TiO2와SiO2전구체 혼합물을 기화하는 능력은 예형 제작 공정을 단순화 한다. 놀랍게도, 운반가스유출을 크게 감소시키는 것이 가능하다. 대체로, 공급 탱크를 활용하는 기존의 시스템은 액상 전구 0.8 내지 1.2g/분에 대해 약 0.8 내지 1.2 slpm을 요구한다. 본발명의 방법은 동일한 전구체의 유출 속도에 대해 단지 0.2 내지 0.3 slpm 의 질소를 요구한다. 그러므로, 상기 기화기(13)는 운반가스, TiO2전구체, 및 SiO2전구체의 유출 속도 조절에서 공급 탱크 시스템보다 독립적일 수 있게 한다. 본 발명의 방법은 기화기(13)내의 질소 유출 속도가 액상 전구체의 유출 속도와 놀랍도록 독립적이어서 기존의 공급 탱크 공정보다 견실하다. 또한 예상치않게, 기화가 이론적으로 근접하게 예측되는 수치에서 일어나, TPT 및 OMCTS의 상호 작용이 최소임을 나타낸다. 상호작용은 이들 전구체의 이슬점을 변경 및/또는 겔 형성을 야기할 수 있을것으로 예측되었으나, 관찰되지 않았다.Unlike two separate feed tanks, the ability to vaporize the TiO 2 and SiO 2 precursor mixture through a single vaporizer 13 simplifies the prefabrication process. Surprisingly, it is possible to greatly reduce the carrier gas outflow. In general, existing systems utilizing feed tanks require about 0.8 to 1.2 slpm for liquid precursor 0.8 to 1.2 g / min. The process of the present invention requires only 0.2 to 0.3 slpm of nitrogen for the outflow rate of the same precursor. Therefore, the vaporizer 13 can be more independent of the feed tank system in controlling the outflow rate of the carrier gas, the TiO 2 precursor, and the SiO 2 precursor. The method of the present invention is more robust than conventional feed tank processes because the rate of nitrogen outflow in vaporizer 13 is surprisingly independent of the rate of outflow of liquid precursors. Also unexpectedly, vaporization occurs at values that are theoretically predicted close, indicating that the interaction of TPT and OMCTS is minimal. Interactions were expected to change the dew point and / or gel formation of these precursors, but were not observed.

실시예 1Example 1

액상 TPT 또는 1.0 : 5.0 무게 비인 TPT 및 OMCTS 혼합물을 기화기를 통해통과시키는 것을 포함하는 연속적인 실험을 수행하였다.Continuous experiments were performed including passing a liquid TPT or a mixture of TPT and OMCTS in a 1.0: 5.0 weight ratio through a vaporizer.

이들 실험 결과는 하기 표 1이다. 운반가스(예;질소)는 120℃로 예열되고 액상은 100℃로 예열되는 것을 뜻하는 "예열"이라는 용어는 기화기 출구에서의 기화기 온도이다. 용어 "좋음"은 완전 기화의 뜻이고, 용어 "나쁨"은 불완전 기화를 나타낸다. 사용된 TPT는 작은 양의 분해가 있는데 갈색을 띤-오렌지 색으로 알 수 있다. 이것은 고분자량(MW) 성분이 TPT에 용해된다는 것을 암시한다. 높은 MW 성분은 기화하지 않고 염료처럼 작용한다. TPT가 기화기를 통해 통과하면, 갈색을 띤-오렌지 색 물질은 분리기로 회수된다. 기화가 성공적이면, 이 산출 물질은 투명해진다. 그러나, 완전 연소가 실패하면, 갈색을 띤-오렌지 색 액체와 TPT가 분리기내에 쌓여 기화기를 빠져나가는데, 증기 스트림내에 갈색을 띤-오렌지색이 나타난다. 이와 같은 방법을 OMCTS 와 TPT의 혼합물에 대해 이용하면, OMCTS로 희석되어 감도가 덜한 색을 갖는다.The results of these experiments are shown in Table 1 below. The term "preheat" means that the carrier gas (eg nitrogen) is preheated to 120 ° C. and the liquid phase is preheated to 100 ° C., which is the vaporizer temperature at the outlet of the vaporizer. The term "good" means full vaporization and the term "bad" refers to incomplete vaporization. The TPT used has a small amount of degradation, which can be seen in the brownish-orange color. This suggests that the high molecular weight (MW) component is dissolved in TPT. The high MW component does not vaporize and acts like a dye. As the TPT passes through the vaporizer, the brownish-orange color is recovered to the separator. If the vaporization is successful, this output material becomes transparent. However, if complete combustion fails, a brownish-orange color liquid and TPT accumulate in the separator and exit the vaporizer, resulting in a brownish-orange color in the vapor stream. When this method is used for a mixture of OMCTS and TPT, it is diluted with OMCTS to have a less sensitive color.

기화Vaporization 성분ingredient 질소 유출양 (slpm)Nitrogen outflow (slpm) 기화기 온도 (℃)Carburetor Temperature (℃) 액상 전구체(들) 유출양 (g/분)Liquid precursor (s) outflow (g / min) 좋음good TPTTPT 14.8514.85 170 예열170 Preheat 3939 나쁨Bad TPTTPT 14.214.2 169 예열169 preheat 4848 좋음good TPTTPT 14.8514.85 170 예열170 Preheat 3535 좋음good TPTTPT 14.214.2 176 예열176 Preheat 50.550.5 나쁨Bad TPTTPT 13.913.9 175 예열175 Preheat 5555 좋음good TPTTPT 14.8514.85 172 예열172 Preheat 3636 나쁨Bad TPTTPT 14.8514.85 171 예열171 Preheat 4747 좋음good TPTTPT 14.8514.85 171.2 예열171.2 Preheat 3939 나쁨Bad TPTTPT 14.8514.85 169 예열169 preheat 4141 좋음good TPTTPT 14.8514.85 170.6 예열170.6 Preheat 3535 나쁨Bad TPTTPT 14.8514.85 173.9 예열173.9 Preheat 3535 좋음good TPTTPT 14.8514.85 179.9179.9 4141 나쁨Bad TPTTPT 14.8514.85 168168 4040 좋음good TPTTPT 15.215.2 171.8171.8 3434 나쁨Bad TPTTPT 11.611.6 171.4171.4 3434 좋음good TPTTPT 11.611.6 172.2172.2 3131 나쁨Bad TPTTPT 10.1910.19 172172 3131 좋음good TPTTPT 10.1910.19 170170 2727 좋음good 혼합물mixture 16.516.5 161.5 예열161.5 Preheat 105105 나쁨Bad 혼합물mixture 19.8519.85 156.6 예열156.6 Preheat 120120 좋음good 혼합물mixture 14.314.3 143 예열143 Preheat 4545 나쁨Bad 혼합물mixture 14.214.2 131.5 예열131.5 Preheat 4747

이와 같이 상기 실시예를 통하여 본 발명을 좀 더 구체적으로 설명하였으나, 이에 본 발명의 범주가 한정되는 것은 아니다.As described above, the present invention has been described in more detail through the above embodiments, but the scope of the present invention is not limited thereto.

Claims (33)

산화 또는 화염 가수분해를 수반하는 열 분해를 통해 TiO2로 전환가능한 액상의 TiO2전구체를 제공하는 단계;Providing a liquid TiO 2 precursor that is convertible to TiO 2 through thermal decomposition involving oxidation or flame hydrolysis; 운반 가스를 제공하는 단계;Providing a carrier gas; 패킹된-베드 컬럼을 제공하는 단계; 및Providing a packed-bed column; And 실질적인 열 분해 없이 상기 액상 TiO2전구체를 기화시키고 상기 액상 TiO2전구체 및 운반 가스의 혼합물을 포함하는 가스 스트림 (gas stream)을 생성하는데 효과적인 조건하에서 상기 액상 TiO2전구체 및 운반 가스를 패킹된-베드 컬럼을 통해 통과시키는 단계를 포함하는 액상 TiO2전구체의 기화 방법.The without substantial thermal decomposition vaporize the liquid TiO 2 precursor and packing the liquid TiO 2 precursor and a carrier gas under conditions effective to produce a gas stream (gas stream) comprising a mixture of the liquid TiO 2 precursor and a carrier gas-bed A method of vaporizing a liquid TiO 2 precursor comprising passing through a column. 제1항에 있어서, 상기 TiO2전구체는 티타니움알콕사이드, 티타니움아마이드, 또는 이들의 혼합물인 것을 특징으로 하는 방법.The method of claim 1, wherein the TiO 2 precursor is titanium alkoxide, titanium amide, or a mixture thereof. 제1항에 있어서, 상기 운반 가스는 질소, 헬륨, 네온, 아르곤, 크립톤, 크세논, 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 것을 특징으로 하는 방법.The method of claim 1 wherein the carrier gas is selected from the group consisting of nitrogen, helium, neon, argon, krypton, xenon, and mixtures thereof. 제1항에, 상기 방법은 패킹된-베드 컬럼을 가열시키는 단계를 더욱 포함하는것을 특징으로 하는 방법.The method of claim 1, wherein the method further comprises heating the packed-bed column. 제1항에, 상기 방법은 액상 TiO2전구체 및 운반 가스를 패킹된-베드 컬럼을 통하여 통과시키는 단계전에 상기 TiO2전구체 및 운반 가스를 가열하는 단계를 더욱 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.The method of claim 1, wherein the method further comprises heating the TiO 2 precursor and carrier gas prior to passing the liquid TiO 2 precursor and carrier gas through the packed-bed column. 산화 또는 화염 가수분해를 수반하는 열분해를 통해 SiO2로 전환이 가능한 기상의 SiO2전구체를 함유하는 제1 가스 스트림을 제공하는 단계;Providing a first gas stream containing a vapor phase SiO 2 precursor capable of conversion to SiO 2 through pyrolysis accompanied by oxidation or flame hydrolysis; 산화 또는 화염 가수분해를 수반하는 열분해를 통해 산화규소로 전환이 가능한 액상의 TiO2전구체를 제공하는 단계;Providing a liquid phase TiO 2 precursor capable of conversion to silicon oxide through pyrolysis involving oxidation or flame hydrolysis; 운반 가스를 제공하는 단계 ;Providing a carrier gas; 패킹된 베드 컬럼을 제공하는 단계;Providing a packed bed column; 실질적인 열 분해 없이 상기 액상 TiO2를 기화시키고, 상기 기상 TiO2전구체 및 운반 가스의 혼합물을 함유하는 제2 가스 스트림을 생성하는데 효과적인 조건하에서 액상의 TiO2전구체 및 운반 가스를 팩-베드 컬럼을 통과시키는 단계; 및Without substantial thermal decomposition vaporize the liquid TiO 2 and the gas phase TiO 2 precursor and a first liquid phase of the TiO 2 precursor and a carrier gas under conditions effective to produce a second gas stream containing a mixture of carrier gas pack-pass the bed column Making a step; And 반응 증기/가스 혼합물을 형성하기 위해 상기 제2 가스 스트림을 제1 가스 스트림과 혼합시키는 단계를 포함하는것을 특징으로 하는 반응 증기를 제공하는 방법.Mixing the second gas stream with the first gas stream to form a reaction vapor / gas mixture. 제6항에 있어서, 상기 TiO2전구체는 티타니움알콕사이드, 티타니움아마이드, 또는 이들의 혼합물인 것을 특징으로 하는 방법.The method of claim 6, wherein the TiO 2 precursor is titanium alkoxide, titanium amide, or a mixture thereof. 제6항에 있어서, 상기 TiO2전구체는 티타니움-2-에틸헥실옥사이드, 티타니움사이클로펜틸옥사이드, 티타니움이소프로폭사이드, 티타니움메톡사이드, Ti(NR2)4, 여기서 R2는 메틸, 또는 에틸 기, 구조를 갖는 티타니움아마이드, 또는 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 것을 특징으로 하는 방법.The TiO 2 precursor of claim 6, wherein the TiO 2 precursor is titanium-2-ethylhexyloxide, titanium cyclopentyloxide, titanium isopropoxide, titanium methoxide, Ti (NR 2 ) 4 , wherein R 2 is a methyl, or ethyl group. , Titanium amide having a structure, or a mixture thereof. 제6항에 있어서, 상기 SiO2전구체는 폴리메틸실록산, 폴리메틸실란, 폴리에틸실란, 폴리에티실리케이트, 아미노실란, 선형 실라산, 사이클로실라산, 또는 이들의 혼합물인 것을 특징으로 하는 방법.The method of claim 6, wherein the SiO 2 precursor is polymethylsiloxane, polymethylsilane, polyethylsilane, polyethysilicate, aminosilane, linear silaic acid, cyclosilanic acid, or mixtures thereof. 제6항에 있어서, 상기 SiO2전구체는 옥타메틸사이클로테트라실록산, 헥사메틸디실록산,옥타메틸트리실록산, 헥사메틸사이클로트리실록산, 데카메틸사이클로펜타실록산, 메틸트리메톡시실란, 테트라에틸오르소실리케이트, 디메틸디메톡시실란, 트리메틸메톡시실란, 테트라메톡시실란, 메틸트리에톡시실란, 테트라에톡시실란, 트리스케테니민, 노나메틸트리실라산, 옥타메틸사이클로테트라실라산, 및 이들의혼합물로 이루어진 군으로 부터 선택되는 것을 특징으로 하는 방법.The method of claim 6, wherein the SiO 2 precursor is octamethylcyclotetrasiloxane, hexamethyldisiloxane, octamethyltrisiloxane, hexamethylcyclotrisiloxane, decamethylcyclopentasiloxane, methyltrimethoxysilane, tetraethylorthosilicate , Dimethyldimethoxysilane, trimethylmethoxysilane, tetramethoxysilane, methyltriethoxysilane, tetraethoxysilane, trisketenimine, nonamethyltrisilaic acid, octamethylcyclotetrasilanic acid, and mixtures thereof Method selected from the group. 제6항에 있어서, 상기 운반 가스는 질소, 헬륨, 네온, 아르곤, 크립톤, 크세논, 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 것을 특징으로 하는 방법.7. The method of claim 6, wherein the carrier gas is selected from the group consisting of nitrogen, helium, neon, argon, krypton, xenon, and mixtures thereof. 제6항에, 상기 방법은 패킹된-베드 컬럼을 가열시키는 단계를 더욱 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.7. The method of claim 6, wherein the method further comprises heating the packed-bed column. 제6항에, 상기 방법은 액상 TiO2전구체 및 운반 가스를 패킹된-베드 컬럼을 통하여 통과시키는 단계전에 상기 TiO2전구체 및 운반 가스를 가열하는 단계를 더욱 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.The method of claim 6, wherein the method further comprises heating the TiO 2 precursor and carrier gas prior to passing the liquid TiO 2 precursor and carrier gas through the packed-bed column. 제 12항에 있어서, 상기 패킹된-베드 컬럼은 110℃ 내지 175℃ 사이의 온도로 가열되는 것을 특징으로 하는 방법.13. The method of claim 12, wherein the packed-bed column is heated to a temperature between 110 ° C and 175 ° C. 제 6항에, 상기 TiO2전구체는 패킹된-베드 컬럼내에서 0.5초 내지 10.0초 사이의 잔존 시간을 갖는 것을 더욱 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.7. The method of claim 6, wherein the TiO 2 precursor further comprises having a residence time between 0.5 seconds and 10.0 seconds in a packed-bed column. 제6항에서, 상기 방법은 제2 가스 스트림에서 고분자량의 불순물을 분리시키는 단계를 더욱 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.The method of claim 6, wherein the method further comprises separating high molecular weight impurities from the second gas stream. 제16항에 있어서, 상기 분리 단계는 제2 가스 스트림의 유출 방향을 변화시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.17. The method of claim 16, wherein said separating comprises changing the outflow direction of the second gas stream. 제6항에, 상기 방법은 TiO2으로 도핑된 무결정 입자의 용융 SiO2의 생성을 위해 반응 증기/가스 혼합물을 연소 버너의 화염속으로 통과시키는 단계;The method of claim 6, wherein the method comprises passing a reaction vapor / gas mixture into a flame of a combustion burner to produce molten SiO 2 of amorphous particles doped with TiO 2 ; 예형을 형성시키기 위해 무결정 입자를 지지대 상에 증착시키는 단계; 및Depositing amorphous particles on a support to form a preform; And 필수적으로 동시에 증착 또는 연속적으로 무결정 입자를 포함하는 예형을 비-다공성체로 고형화시키는 단계를 더욱 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.And solidifying the preform, which comprises essentially amorphous particles, either at the same time or continuously, into a non-porous body. 제18항에서, 상기 비-다공성체는 비-다공성 투명한 유리체이고, 상기 방법은 상기 비-다공성체로 부터 도파관 섬유를 인발시키는 단계를 더욱 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.19. The method of claim 18, wherein the non-porous body is a non-porous transparent vitreous, and the method further comprises drawing waveguide fibers from the non-porous body. 산화 또는 화염 가수분해를 수반하는 열 분해를 통해 SiO2로 전환가능한 액상의 SiO2전구체를 제공하는 단계;Providing a liquid phase SiO 2 precursor convertible to SiO 2 through thermal decomposition with oxidation or flame hydrolysis; 산화 또는 화염 가수분해를 수반하는 열분해를 통해 TiO2으로 전환가능한 액상의 TiO2전구체를 제공하는 단계;Providing a liquid phase TiO 2 precursor convertible to TiO 2 through pyrolysis accompanied by oxidation or flame hydrolysis; 운반 가스를 제공하는 단계;Providing a carrier gas; 패킹된-베드 컬럼을 제공; 및Providing a packed-bed column; And 실질적으로 열 분해없이 액상 SiO2및 TiO2전구체를 기화시키고, 기상 SiO2전구체, 기상 TiO2전구체, 및 운반 가스의 혼합물을 함유하는 반응 증기/가스를 생성하는데 효과적인 조건하에서 상기 액상의 SiO2전구체, 액상의 TiO2전구체, 및 운반 가스를 패킹된-베드 컬럼을 통과시키는 단계를 포함하는것을 특징으로 하는 반응 증기를 제공하는 방법.Substantially heat vaporizing the liquid phase SiO 2 and TiO 2 precursor without decomposing and, gaseous SiO 2 precursor, gas phase TiO 2 precursor, and under conditions effective to produce a reaction vapor / gas containing a mixture of the carrier gas of the liquid SiO 2 precursor Passing the liquid TiO 2 precursor, and carrier gas, through a packed-bed column. 제20항에서, 상기 TiO2전구체는 티타니움알콕사이드, 티타니움아마이드, 또는 이들의 혼합물인 것을 특징으로 하는 방법.The method of claim 20, wherein the TiO 2 precursor is titanium alkoxide, titanium amide, or a mixture thereof. 제20항에 있어서, 상기 TiO2전구체는 티타니움-2-에틸헥실옥사이드, 티타니움사이클로펜틸옥사이드, 티타니움이소프로폭사이드, 티타니움메톡사이드, Ti(NR2)4, 여기서 R2는 메틸, 또는 에틸 기, 구조를 갖는 티타니움아마이드, 또는 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 것을 특징으로 하는 방법.21. The method of claim 20, wherein the TiO 2 precursor is titanium-2-ethylhexyloxide, titanium cyclopentyloxide, titanium isopropoxide, titanium methoxide, Ti (NR 2 ) 4 , wherein R 2 is a methyl, or ethyl group , Titanium amide having a structure, or a mixture thereof. 제20항에서, 상기 SiO2전구체는 폴리메틸실록산, 폴리메틸실란, 폴리에틸실란, 폴리에티실리케이트, 아미노실란, 선형 실라산, 사이클로실라산, 또는 이들의 혼합물인 것을 특징으로 하는 방법.21. The method of claim 20, wherein the SiO 2 precursor is polymethylsiloxane, polymethylsilane, polyethylsilane, polyethilicate, aminosilane, linear silaic acid, cyclosilanic acid, or mixtures thereof. 제20항에서, 상기 SiO2전구체는 옥타메틸사이클로테트라실록산, 헥사메틸디실록산,옥타메틸트리실록산, 헥사메틸사이클로트리실록산, 데카메틸사이클로펜타실록산, 메틸트리메톡시실란, 테트라에틸오르소실리케이트, 디메틸디메톡시실란, 트리메틸메톡시실란, 테트라메톡시실란, 메틸트리에톡시실란, 테트라에톡시실란, 트리스케테니민, 노나메틸트리실라산, 옥타메틸사이클로테트라실라산, 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로 부터 선택되는 것을 특징으로 하는 방법.The method of claim 20, wherein the SiO 2 precursor is octamethylcyclotetrasiloxane, hexamethyldisiloxane, octamethyltrisiloxane, hexamethylcyclotrisiloxane, decamethylcyclopentasiloxane, methyltrimethoxysilane, tetraethylorthosilicate, Dimethyldimethoxysilane, trimethylmethoxysilane, tetramethoxysilane, methyltriethoxysilane, tetraethoxysilane, trisketenimine, nonamethyltrisilaic acid, octamethylcyclotetrasilanic acid, and mixtures thereof Characterized in that it is selected from. 제20항에 있어서, 상기 운반 가스는 질소, 헬륨, 네온, 아르곤, 크립톤, 크세논, 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 것을 특징으로 하는 방법.The method of claim 20 wherein the carrier gas is selected from the group consisting of nitrogen, helium, neon, argon, krypton, xenon, and mixtures thereof. 제20항에, 상기 방법은 패킹된-베드 컬럼을 가열시키는 단계를 더욱 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.The method of claim 20, wherein the method further comprises heating the packed-bed column. 제26항에 있어서, 상기 패킹된-베드 컬럼은 110℃ 내지 175℃ 사이의 온도로 가열되는 것을 특징으로 하는 방법.27. The method of claim 26, wherein the packed-bed column is heated to a temperature between 110 ° C and 175 ° C. 제20항에서, 상기 방법은 액상 SiO2와 TiO2전구체 및 운반 가스를 패킹된-베드 컬럼을 통하여 통과시키는 단계전에 최소한 하나의 상기 액상 SiO2전구체, 액상 TiO2전구체 및 운반 가스를 가열하는 단계를 더욱 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.21. The method of claim 20, wherein the method comprises heating at least one of the liquid SiO 2 precursor, the liquid TiO 2 precursor and the carrier gas before passing the liquid SiO 2 and TiO 2 precursor and carrier gas through the packed-bed column. Method further comprising a. 제20항에서, 상기 TiO2전구체는 패킹된-베드 컬럼내에서 0.5초 내지 10.0초 사이의 잔존 시간을 갖는 것을 더욱 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.The method of claim 20, wherein the TiO 2 precursor further comprises having a remaining time between 0.5 seconds and 10.0 seconds in a packed-bed column. 제20항에 있어서, 상기 분리 단계는 제2 가스 스트림의 유출 방향을 변화시키는 단계를 더욱 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.21. The method of claim 20, wherein said separating further comprises changing the outflow direction of the second gas stream. 제30항에 있어서, 상기 분리 단계는 반응 증기/가스 혼합물의 유출 방향을 변화시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.31. The method of claim 30, wherein said separating comprises changing the outflow direction of the reaction vapor / gas mixture. 제20항에, 상기 방법은 TiO2으로 도핑된 무결정 입자의 용융 SiO2의 생성을 위해 반응 증기/가스 혼합물을 연소 버너의 화염속으로 통과시키는 단계;The method of claim 20, wherein the method comprises passing a reaction vapor / gas mixture into a flame of a combustion burner to produce molten SiO 2 of amorphous particles doped with TiO 2 ; 예형을 형성시키기 위해 무결정 입자를 지지대 상에 증착시키는 단계; 및Depositing amorphous particles on a support to form a preform; And 필수적으로 동시에 증착 또는 연속적으로 무결정 입자를 포함하는 예형을비-다공성체로 고형화시키는 단계를 더욱 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.And solidifying the preform, which comprises essentially amorphous particles, either simultaneously or sequentially, into a non-porous body. 제32항에서, 상기 비-다공성체는 비-다공성 투명한 유리체이고, 상기 방법은 상기 유리체로 부터 도파관 섬유를 인발시키는 단계를 더욱 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.33. The method of claim 32, wherein the non-porous body is a non-porous transparent vitreous, and the method further comprises drawing waveguide fibers from the vitreous.
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