KR20140098786A - 합성 석영 유리의 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 액체 SiO2 공급 원료(105)로서의 폴리알킬실록산을 기화시키는 단계, 기화된 SiO2 공급 원료(107)를 SiO2 입자로 전환시키는 단계, 상기 SiO2 입자를 분리시키는 단계, 수트체(200)를 형성하는 단계 및 상기 수트체(200)를 유리화하는 단계에 의해 합성 석영 유리를 제조하는 방법에 관한 것이다. 본 발명에 따르면, 가열된 상기 SiO2 공급 원료(105)의 기화는 SiO2 공급 원료(105)가 5 pm 미만의 평균 직경을 갖는 미세한 액적으로 분무되는 팽창 챔버(125)에서 분사 단계(injection phase)를 포함하고, 상기 액적의 분무는 180℃보다 높은 온도를 갖는 예열된 캐리어 가스 스트림에서 일어난다.

Description

합성 석영 유리의 제조 방법{METHOD FOR PRODUCING SYNTHETIC QUARTZ GLASS}
본 발명은 합성 석영 유리의 제조 방법에 관한 것이다.
상업적 적용을 위한 합성 석영 유리의 제조를 위해 염소를 함유하지 않는 공급 원료가 시험 된다. 모노실란, 알콕시실란 및 실록산이 예로서 언급된다. 염소를 함유하지 않는 공급 원료 중 특히 관심 있는 그룹은, 예를 들어 EP 463 045 A1에서 공지되어 있는, 폴리알킬실록산(간단히 "실록산"으로도 언급됨)이다. 실록산의 물질 그룹은 개방 쇄상 폴리알킬실록산 및 폐쇄 쇄상 폴리알킬실록산으로 분류될 수 있다. 폴리알킬실록산은 일반식 SipOp(R)2P(여기서, P는 > 2의 정수임)를 갖는다. 나머지 "R"은 알킬기이며; 가장 간단한 경우 메틸기이다.
폴리알킬실록산은 중량 분율 당 매우 높은 양의 실리콘을 특징으로 하며, 이는 합성 석영 유리의 제조에서 폴리알킬실록산의 사용을 유익하게 한다. 옥타메틸시클로테트라실록산(Octamethylcyclotetrasiloxane; OMCTS)은 고순도의 대규모로 이용가능하기 때문에 바람직하게 사용된다. 이 물질은 General Electric Inc.에 의해 도입된 표기에 따라 "D4"라고도 칭하며, 여기서 "D"는 [(CH3)2Si]-0-기를 나타낸다.
실리콘-함유 공급 원료는 액체 형태로 소비처(cunsumer), 예를 들어 증착 버너에 공급될 수 있다. 그러나, 일반적으로 액체 공급 원료는 기화기에 의해 기체 또는 증기 상으로 전환되고, 연속적인 가스 스트림이 소비처에 공급된다. 공지된 기화 시스템에서, 기화되는 액체는 고온 표면과 접촉하게 된다. 특히, 유기 공급 원료의 경우, 고온 표면은 분해 또는 중합의 경우에 예상치 못한 변화를 일으킬 수 있다.
분해 생성물 또는 중합물은 각각 파이프 시스템에서 증착을 일으키고, 궁극적으로 공정 시스템을 거의 제어 불가능하게 하고 재생 불가능하게 한다. 이는 공정 조건에서 특정 변동성 및 재생 불가능성을 초래하며, 입자 형성 공정에서의 결함 및 수트 빌드-업에서의 비균질성을 일으킬 수 있다.
본 발명의 목적은, 상기 결함이 회피되는, 높은 균질성의 재료를 갖는 SiO2 수트체를 제조하는 방법을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위해, 특허청구범위의 제1항의 특징을 포함하는 방법이 제안되어 있다. 합성 석영 유리를 제조하기 위한 본 발명에 따른 방법은:
(A) 70중량% 초과의 폴리알킬실록산 D4를 갖는 액체 SiO2 공급 원료를 제공하는 단계,
(B) 상기 액체 SiO2 공급 원료를 기체 SiO2 공급 원료 증기로 기화시키는 단계,
(C) 상기 SiO2 공급 원료 증기를 SiO2 입자로 전환시키는 단계,
(D) 상기 SiO2 입자를 증착 표면(160)에 증착시켜서, SiO2 수트체를 형성하는 단계, 및
(E) 상기 SiO2 수트체를 유리화해서, 합성 석영 유리를 형성하는 단계를 포함한다.
본 발명에 따르면, 가열된 상기 SiO2 공급 원료의 기화는 SiO2 공급 원료가 미세한 액적으로 분무되는 팽창 챔버에서 분사 단계(injection phase)를 포함하도록 의도되며, 여기서 상기 액적은 5㎛ 미만, 바람직하게 2㎛ 미만의 평균 직경을 갖고, 상기 액적의 분무는 180℃보다 높은 온도를 갖는 예열된 캐리어 가스 스트림에서 일어난다.
본 발명에 따른 방법의 범위 내에서, 액체 SiO2 공급 원료는 SiO2 공급 원료 증기로 변환된다. SiO2 공급 원료 증기는 주로 폴리알킬실록산을 포함하며; SiO2 공급 원료 증기는 바람직하게 폴리알킬시클로실록산으로 구성되고, 특히 바람직하게 SiO2 공급 원료 증기는 주성분으로서 D4를 포함한다. 균질한 수트체를 얻기 위해, 기화 도중에는 폴리알킬실록산의 중합이 방지되어야 한다. 본 발명에 따른 방법으로 이것이 달성될 수 있다.
폴리알킬실록산, 특히 OMCTS(=D4)의 연속적인 기화를 위해, > 20 kg/h의 높은 기화 속도의 배치 작동에서 > 10 h의 시간 동안의 기화 방법은, 특히 불필요한 중합 부산물의 형성 없이, 기화기에서 잔류물이 거의 없는 기화를 가능하게 한다. 기화되는 액체 또는 액적이 기화 도중에 그 기화 온도보다 높을 때 가열되지 않는 점이 임계점이다. 결국, 한편으로는, 액체가 넓은 표면을 갖는 매우 작은 액적으로의 분무가 달성되어서 열 전달을 위해 가능한 큰 표면을 생성한다. 다른 한편으로는, 기화 반응기(기화기로도 언급됨)에서 SiO2 공급 원료의 매우 짧은 체류 시간이 달성되어서, 기화기에서 가능한 짧은 실록산의 체류 시간을 갖는다. 기화 반응기에서의 매우 짧은 평균 체류 시간(< 2 초)에서, 캐리어 가스 온도 및 기화 반응기 내의 표면 온도는, 액적이 상 전환(액체-증기) 동안 동시에 냉각되기 때문에, (이들 조건 하에서) 기화되는 액체의 비등점보다 높을 수 있다.
기화되는 액체는 매우 미세한 액적으로 전환(=분사 또는 분무로 표시됨)되고, 캐리어 가스/실록산의 몰비 >= 1.5(바람직하게, 2.5 초과의 몰비, 특히 3 초과의 몰비)로 (180℃ 초과, 특히 230℃ 초과의 높은 온도로) 강하게 예열된 캐리어 가스 스트림으로 분무 도중에, 말하자면 "현장에서(in situ)" 혼합된다. 미세한 액적(<10 마이크론)은 외부 표면을 통해 예열된 캐리어 가스로부터 열을 흡수하고, 액적의 외부 표면의 제1 층은 기화하여, 액적 주위의 얇은 증기막을 형성한다. 증기막에 의해 둘러싸인 액적은 기화 반응기로 직접 운반되고, 거기서 완전히 기화된다. 액적은 높은 증기 농도를 갖는 ?은 증기막에 의해 둘러싸이므로, 액적의 액상(liquid phase)(아직 기화되지 않은 액적의 내부)은 열 교환기의 기화기의 내벽과 직접 접촉하게 되는 시간을 갖지 못한다. 이는 액적의 액상이 기화 반응기의 금속 표면과 직접 접촉하게 되는 것을 방지한다.
유리한 구성에서, 본 발명에 따른 방법은 기화기에서 구현된다. 상기 기화기(기화 챔버로도 언급됨)는 2개의 영역을 포함한다. 제1 영역은 액체 SiO2 공급 원료가 미세한 액적으로 전환되는 분무 영역이다. 이 공정(분무라고도 언급됨)은 액체를 2㎛(1㎛ = 1마이크론) 미만, 바람직하게 0.5㎛ 미만의 직경을 갖는 액적으로의 분무를 포함하다. 또한, 액적은 상기 제1 영역에서 캐리어 가스와 혼합된다. 본 발명에 따른 방법의 특이성은 캐리어 가스가 예열된다는 점이다. 종래 기술에서는, 실온(약 10℃ 내지 약 40℃)의 캐리어 가스가 사용되는 것이 알려져 있다. 대조적으로, 본 발명에 따른 방법은 분무를 도와주기 위해 180℃ 초과, 바람직하게 230℃ 초과의 온도를 갖는 강하게 예열된 캐리어 가스를 사용한다. 따라서, 캐리어 가스는 한편으로 액적 자체의 캐리어(carrier)로서 기능 한다. 동시에, 캐리어 가스는 사용된 SiO2 공급 원료의 이슬점(dew point)을 감소시키고, 이에 따라 액상에서 기상으로의 보다 빠른 전환을 보장한다. 또한, 강하게 예열된 캐리어 가스는 짧은 시간 간격 내에 액체 SiO2 공급 원료로 제1 에너지 입력을 보장하는 기능을 한다. 종래 기술에서 알려진 차가운 캐리어 가스의 사용에 비해, 매우 강하게 예열된 캐리어 가스의 사용은 많은 장점을 제공한다. 우선, 액체 SiO2 공급 원료의 예열이 필요 없다. 공급 원료는 차가운 상태(즉, 미가열 상태)로 직접 공급 컨테이너로부터 취해질 수 있다. 이에 의해, 기화기로 첨가되는 SiO2 공급 원료의 양을 결정하기 위해, 액체 유량계를 사용하는 것이 가능하다. 이러한 종류의 액체 유량계는 80℃ 이하의 온도에서 작동한다. 최대 60℃ 이하, 바람직하게 50℃ 미만, 특히 바람직하게 40℃ 미만의 온도를 갖는 액체 SiO2 공급 원료의 사용하기 때문에, 기화기로 공급되는 액체 양은 액체 유량계로 정확하게 결정될 수 있다. 이는 재생가능한 공정 조건에 유리하다. 이에 의해, 생성된 겔들은, 본 명세서에 개시된 방법으로 수행되는 바와 같이, 공급 라인에서의 클로깅 또는 단면 제한을 높은 처리율로 이끌 수 있다. 이것은 차례로 증기 라인에서의 압력 및 흐름 조건에 영향을 미친다. 본 명세서에 개시된 바와 같은 방법에서, SiO2 공급 원료, 특히 폴리알킬실록산은 액체 상태의 공급 라인에서 바람직하게 40℃ 미만으로 가열되며, 특히 바람직하게 실온으로 유지되므로, 중합이 더 이상 일어나지 않는다. 따라서, 공급 라인 및/또는 액체 유량계에서 클로깅이 없을 것이다.
기화기의 제1 영역에서, SiO2 공급 원료가 분무 되고 고온 캐리어 가스와 혼합되기 때문에, 이 혼합물이 기화기의 제2 영역으로 흐른다. 제2 영역(열 교환 영역 및/또는 열 교환기로도 언급됨)은 추가 에너지 공급을 수행하여서, 추가 기화가 수행된다. 고온 캐리어 가스의 사용으로 인해, 제2 영역에 필요한 에너지 공급은 종래 기술에서보다 더 적다. 또한, 분무기(분사기로도 언급됨)에서 갑작스런 기화 동안 액적 주위에 형성된 증기 보호층은 액적 내의 액체가 제2 영역의 벽 및/또는 내부 채널과의 직접 접촉에 대한 방패의 일종으로 기능 한다. 이는 액적 내에 액체 SiO2 공급 원료의 중합을 방지한다.
증기 보호층은 액적 내의 액체 SiO2 공급 원료를 감싸고 있다. 이것은 외부 영향에 대한 액체의 방패로서 작용한다. 바람직하게, 이러한 증기 층을 통한 에너지 입력은 매우 신속하게 액체 SiO2 공급 원료로 침투할 수 있음이 밝혀졌다. 따라서, 증기 보호층은 액적 내의 액체 SiO2 공급 원료의 기화를 도와준다. 이러한 발견은, 액적이 제2 영역에서 가열된 벽에 접근하는 경우, 액체 SiO2 재료와 제2 영역 사이에 직접적인 접촉이 발생하지 않는 이유를 설명한다. 오히려, 제2 영역에 방사된 열은 증기 보호층에 의해 흡수되고, 급속한 기화가 발생하도록 액체 SiO2 공급 원료에 집중된다. 따라서, 액체 SiO2 공급 원료와 제2 영역의 벽 또는 채널 사이의 직접적인 접촉은 발생하지 않는다. 이것은 폴리알킬실록산의 중합 경향을 현저히 감소시킨다. 따라서, 일반적으로, 기화기의 내부 표면뿐 아니라 기화기 외부의 모든 배수 채널도, 종래 기술에서보다 폴리알킬실록산의 중합된 잔기와 훨씬 덜 작용한다.
액체 SiO2 공급 원료와 열 교환기, 즉 제2 영역의 내부 벽 또는 채널의 직접적인 접촉 기회를 감소시키기 위해, 액체 SiO2 공급 원료의 공급기로부터 분무기, 최대 기체 SiO2 공급 원료 증기의 출구까지의 시간 간격이 가능한 짧게 유지되는 경우가 유리한 것으로 판명되었다. 바람직하게 평균 체류 시간은 1초 미만이다.
따라서, 제2 영역에서 기화 반응기의 표면 온도는 가스 혼합물의 이슬점보다 높은 적어도 10℃가 될 수 있다. 액적 주위의 보호 증기막으로 인하여, 액상의 직접적인 벽 접촉 및 액상의 과열이 방지된다. 따라서 기화기의 제2 영역에서, 실록산의 부분적인 중합 위험이 방지된다.
또한, 기화기의 기화기 체적에서 증기 분자의 평균 체류 시간은 2초 미만, 바람직하게 1초 미만, 더 바람직하게 0.5초 미만이 될 수 있다.
본 방법의 바람직한 구성은 기화기가 제1 영역 및 제2 영역을 포함하는 것을 특징으로 한다. 제1 영역은 분무 유닛을 포함하고, 제2 영역은 열 교환기를 포함한다.
본 방법의 바람직한 구성은 분무 유닛(예를 들어, 노즐, 초음파 분무)에서, 10 마이크론 미만, 바람직하게 5 마이크론 미만, 특히 바람직하게 2 마이크론 미만의 평균 액적 크기를 갖는 액체 SiO2 공급 원료로부터 미세한 액적이 생성되는 것을 특징으로 한다.
본 방법의 바람직한 구성은 액적의 분무가 예열된 캐리어 가스 스트림에서 일어나는 것을 특징으로 한다. 이 캐리어 가스는 특히 질소 또는 아르곤 또는 헬륨을 포함하고, 180℃ 초과의 온도, 바람직하게 200℃ 초과의 온도, 특히 바람직하게 230℃ 초과 350℃ 이하의 온도를 갖는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 바람직한 구성은 분무된 액적 주위에 캐리어 가스의 에너지 입력이 액적의 표면에 걸쳐 부분적인 액적 기화를 개시하고, 이에 의해 액적의 표면 주위에 증기 막이 형성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 바람직한 구성은, 증기 막으로 인하여, 상기 증기 막에 의해 둘러싸인 액적의 액상이 제2 영역 및/또는 열 교환기 유닛에서 가열된 요소와 직접 접촉하지 않아서, 기화기 내의 벽 상에 젖은 액적이 배제되는 것을 특징으로 한다.
본 방법의 바람직한 구성은 캐리어 가스에 의한 최소 7.5%의 에너지 입력이 실록산의 기화에 기여하는 것을 특징으로 한다.
본 방법의 바람직한 구성은 열 교환기의 표면 온도가 기화되는 실록산의 비등점보다 높은 것을 특징으로 한다.
본 방법의 바람직한 구성은 기화기에서 실록산의 평균 체류 시간이 <5 초, 바람직하게 <1초인 것을 특징으로 한다.
본 방법의 바람직한 구성은 초당 생성된 증기 체적(증기 출구 온도에서 OMCTS + 캐리어 가스)과 증기 챔버의 내부 체적의 비율이 >0.5, 바람직하게 >1인 것을 특징으로 한다.
기화기는 수평 방향과 수직 방향으로 모두 배향될 수 있다. 높은 열 전달, 높은 유속 및 짧은 체류 시간과 함께 매우 작은 액적 크기로 인하여, (이슬점을 초과하는) 액체의 직접적인 포화 증기압을 달성하는 것이 기화기의 원리이다. 그 결과, 불필요한 기화 액적이 더 이상 형성되지 않는다. 따라서, 기화기의 바람직한 배향이 요구되지 않는다.
도 1은, SiO2 수트체를 제조하기 위해 본 발명에 따른 방법을 수행하기 위한 장치를 개략적인 표현으로 나타낸 것이다.
도 2는, 본 발명에 따른 석영 유리 제조 시스템의 다양한 요소의 개략도이다.
도 3은, 기화 챔버의 추가의 개략적인 표현이다.
본 발명의 추가 장점, 특징 및 상세한 설명은, 이하의 설명으로부터 명백해질 것이며, 여기서 본 발명의 실시예가 도면을 참조하여 상세하게 설명된다. 청구항 및 설명에서 언급된 특징들은 본 발명에 필수적인 것이며, 이들은 개별적으로 또는 임의의 조합으로 될 수 있다.
본 발명에 따른 방법의 출발점은, 본 명세서에서 주성분으로서 D4를 함유하는 SiO2 공급 원료 증기(107)로부터 가스 스트림을 형성하는 것이다. 상기 가스 스트림은 반응 영역으로 공급되고, 여기서 SiO2 공급 원료 증기는 비정질 SiO2 입자를 형성하는 동안 열분해, 산화 또는 가수분해에 의해 SiO2로 전환된다. 증착 표면(160) 상에 비정질 SiO2 입자의 후속적인 증착은 다공성 SiO2 수트체(200)를 산출하며, 유리화에 의해 합성 석영 유리를 형성한다. 재료의 향상된 균질성을 갖도록, 300mm 초과의 외부 직경을 갖는 대량의 실린더형 수트체(200)의 제조를 허용하기 위해, 본 발명은 가열된 SiO2 공급 원료의 기화가 팽창 챔버에서 분사 단계를 포함하는 것을 개시하고 있으며, 상기 팽창 챔버에서, 특히 액체 형태의 SiO2 공급 원료는 미세한 액적으로 분무되고, 상기 액적은 5㎛ 미만, 바람직하게 2㎛ 미만의 평균 직경을 갖는다.
도 1에 도시된 장치는 SiO2 수트체(200)를 제조하는 기능을 한다. 연속적으로 배열된 복수의 화염 가수분해 버너(140)는 알루미늄 옥사이드의 캐리어 튜브(160)를 따라 배열된다. 증가된 생산성을 목적으로 하는 변형된 방법에서, 단지 하나의 버너(140) 대신에 복수의 증착 버너가 사용되며, 상기 복수의 증착 버너는 회전하는 캐리어를 따라 조인트 버너 열(joint burner row)에 수트 증착을 위해 가역적으로 왕복 운동 되며, 여기서 각각의 버너 화염은 단지 캐리어 튜브(160)의 서브-길이를 넘는다(sweep over).
SiO2 공급 원료(105)는 바람직하게 95중량% 초과, 바람직하게 98중량% 초과, 특히 99.5중량% 초과의 폴리알킬실록산 D4을 포함하며, 기체 형태로 반응 영역에 공급되고, 이에 의해 산화 및/또는 가수 분해 및/또는 열분해에 의해 SiO2로 분해된다. 반응 영역은, 예를 들어 버너 화염 또는 플라즈마이다. SiO2 입자(148)는 반응 영역에서 형성되고, 이들은 SiO2 수트체(200)를 형성하는 동안 증착 표면(160)에 층상으로(layer by layer) 증착된다. SiO2 입자(148) 자체가 나노미터 범위의 입자 크기를 갖는 SiO2 일차 입자의 응집체 또는 집합체의 형태로 존재한다.
화염 가수분해 버너(140)는 조인트 버너 블록(141)에 장착되며, 상기 조인트 버너 블록은 길이방향 축(161)에 대해 고정된 2개의 전환점들 사이에서 캐리어 튜브(160)의 길이방향 축(161)에 평행하게 왕복 운동 되고, 길이방향 화살표(142)로 나타낸 바와 같이 여기에 수직인 방향으로 배치될 수 있다. 버너(140)는 이들 중앙-대-중앙 거리가 서로 15cm인 석영 유리로 구성된다.
화염 가수분해 버너(140)는, 본 발명의 의미 내에서 반응 영역을 나타내는 버너 화염을 각각 지정한다. 이 영역에서, SiO2 입자가 형성되고 그 길이방향 축(161)에 대해 회전하는 캐리어 튜브(160)의 외부 실린더형 표면에 증착되어서, 350mm의 외부 직경을 갖는 수트체(200)가 층상으로 구축된다. 증착 공정 도중에, 수트체(200) 표면에는 약 1200℃의 온도가 달성된다. 산소 및 수소는 버너 가스로서 화염 가수분해 버너(140)에 개별적으로 공급되고, SiO2 공급 원료 증기(107)는 SiO2 입자의 형성을 위한 공급 원료로서 공급된다. 본 발명의 범위 내에서, 용어 "폴리알킬실록산"은 폴리알킬시클로실록산 및 이들의 선형 동족체를 모두 포함한다.
95중량% 초과, 바람직하게 98중량% 초과, 특히 99.5중량% 초과의 폴리알킬실록산 D4로부터 SiO2 공급 원료 증기의 생성은 기화기 시스템(120)에 의해 수행되며, 상기 기화기 시스템은 액체 혼합물을 위한 공급 컨테이너(110), 맥동이 없는(pulsation-free) 액체 펌프(122), 액체용 유량계(123), 질소 캐리어 가스 스트림(152)의 제어된 공급을 위한 질량 흐름 제어기(MFC; mass flow controller)(124) 및 분무기 노즐(128)을 갖는 가열가능한 기화 챔버(125)(또한, 팽창 챔버)를 포함한다. 공급 컨테이너(110), 액체 펌프(122) 및 분무기 노즐(128)은 금속 라인에 의해 서로 연결된다. 공급 컨테이너(110)는 30-40℃의 온도로 가열되고, 실온에서 유지되며, 액체는 유량계(123)를 통한 정확한 투여량으로 액체 펌프(122)에 의해 분무기 노즐(128)로 공급된다. 분무기 노즐에서 그리고 분무기 노즐에 의해, SiO2 공급 원료(105)는 미세한 액적(SiO2 액적으로도 언급됨)으로 분무 되며, 여기서 SiO2 액적은 5㎛ 미만, 바람직하게 2㎛ 미만의 평균 직경을 갖는다. 본 명세서에서는, SiO2 공급 원료(105) 및/또는 SiO2 공급 원료 증기(107) 및/또는 SiO2 액적의 조성을 모니터링하기 위해, 유량계(123)와 분무기(128) 사이의 연결 라인에 농도 검출기가 제공될 수 있다.
분무기(128)(분무기 노즐이라고도 언급됨)는 초음파 분무기 또는 초음속 분무기일 수 있다. 이 분무기 노즐(128)은 액체 SiO2 공급 원료가 5㎛ 미만, 바람직하게 2㎛의 평균 직경을 갖는 미세한 액적으로 분무되는 것을 보장한다. 설계에 따라, 질소 캐리스 가스 스트림은 1.5bar 내지 5bar의 압력에서 MFC(123)을 통해 SiO2 공급 원료(105) 및/또는 액적에 공급될 수 있다.
바람직한 실시예에서, 200℃ 초과의 온도로 예열되는 별도로 공급된 캐리어 가스와 함께 분무기 노즐(128)은, SiO2 공급 원료(105)를, 5㎛의 최대 직경 및 0.9㎛의 평균 직경(d50 값)의 작은 액적 크기 분포를 가지는 미세한 액적으로 분무하고, 그 후 분사 단계(injection phase)에서 상기 액적을 기화기(120)의 열 교환 영역(220)의 하류로 직접 분무한다. 기화기(120)는 최대 300℃의 내부 온도를 가져서, 미세한 액적이 직접 기화하며, 증기 스트림은 흐름 분류기로 공급되고, 개별적인 증착 버너(140)에 걸쳐 열 절연된 가용성 매체 공급 라인을 통해 분류기에 의해 분배된다. 캐리어 가스는 예열기(153)에서 가열된다. 캐리어 가스는 여기서 200℃ 초과의 온도로 가열된다.
연소 가스인 산소와 수소 및 보조 가스(산소)를 위한 공급 라인은 흐름 분류기에서 종료되며, 이는 공급 원료의 스트림과 연소 가스의 스트림 사이의 버너 화염(143)에 사용되며, 조기 혼합을 억제한다. 따라서, 연소 가스와 SiO2 공급 원료 증기(107)는 단지 버너 화염(143)의 고온 영역에서만 혼합된다. 증착 공정의 완료 후, 다공성 SiO2 수트의 튜브(수트 튜브)가 얻어진다.
도 2 및 도 3은, 본 발명에 따른 방법을 이용하여 석영 유리를 제조하기 위한 시스템(100)을 도시한다. SiO2 공급 원료(105)는 여기서 분무기 노즐(128)(예를 들어, 초음파 분무기)에 의해 분무 된다. 그 결과, 시스템(100)은 액체 SiO2 공급 원료(105)가 펌프(122)에 의해 분무기 노즐로 펌핑되는 공급 탱크(110)를 포함한다. 액체 SiO2 액적에서 기체 SiO2 공급 원료 증기(107)로의 전환은 팽창 챔버(125)에서 일어난다. 정의(definition)에 의해, 팽창 챔버(125)는 제1 영역(210) 및 제2 영역(220)을 포함한다. 따라서, 팽창 챔버(125)는 기화기의 전체 내부 체적(즉, 분무 영역 및 열 팽창 영역)을 포함한다. 팽창 챔버(125)의 제1 영역(210)에서, 액체의 분무와 동시에, 강하게 예열된 캐리어 가스와의 혼합이 일어나고, 또한 팽창 챔버(125)의 제2 영역(220)으로 액적의 이송이 일어난다. SiO2 공급 원료 증기(107)는 라인(130)을 통해 버너(140)로 흐르고, 상기 버너에서 SiO2 공급 원료 증기가 SiO2 입자로의 열분해성 및/또는 가수분해성 전환이 일어난다.
공급 컨테이너(110) 내에서, SiO2 공급 원료(105)는 SiO2 공급 원료의 비등점보다 매우 낮은 온도, 바람직하게 실온으로 가열된다. 이것은 고온 오일 시스템 또는 예열기 벽의 전기 가열 요소를 사용하여 수행될 수 있다. 고온 영역을 방지하면서 액체 SiO2 공급 원료(105)의 균일한 가열을 달성하기 위해, 공급 컨테이너(110)는 고온 오일 채널에 의해 둘러싸인 흐름 채널을 포함하는 경우가 유리하다고 판명되었다. 이에 의해 수행될 수 있는 액체-대-액체 열 전달이 액체 SiO2 공급 원료(105)의 균일한 가열을 달성한다. 이러한 유형의 균일한 가열은 온도에 의해 야기되는 폴리알킬실록산의 화학 반응이 일어나지 않도록 보장한다. 가열된 액체 SiO2 공급 원료(105)는 공급 라인(145)을 통해 공급 컨테이너(110)에서 팽창 챔버(125)로 방출된다.
팽창 챔버(125)("기화기 챔버"로도 언급됨)는 SiO2 공급 원료 증기의 자유 팽창에 대한 내부 체적을 한정한다. SiO2 액적의 기체 공급 원료 증기로의 균일한 기화를 달성하기 위해, 액체 SiO2 공급 원료의 온도가 팽창 챔버의 작동 압력에서 SiO2 공급 원료의 비등점을 초과하도록 공급 컨테이너(110)에서 상승되는 경우가 유리한 것으로 판명되지는 않았다. 공급 컨테이너(110)의 바람직한 작동 온도는 40℃ 미만, 바람직하게 실온(=22℃)이다. 대기압에서 D4의 비등점은 약 175℃이다. 따라서, SiO2 공급 원료의 중합에 의해 겔 또는 증착물(deposit)이 형성되는 것은 방지된다.
도 3에 도시된 바와 같이, 액체 SiO2 공급 원료는, 상기 SiO2 공급 원료(105)가 40℃ 초과의 온도로 가열되지 않고, 공급 컨테이너(110)에서 공급 라인(145)을 통해 팽창 챔버(125)의 내부로 흐른다. 그 다음, SiO2 공급 원료는 분무기 노즐(128)에 의해 분무된다. 예를 들어, 분무기 노즐(128)을 통과하는 캐리어 가스를 통해 추가적인 열 입력이 달성된다.
특히, 질소("희석제"라고도 언급됨)는 캐리어 가스(152)로서 유익한 것으로 판명되었다. 또한, 필요한 경우, 아르곤 또는 헬륨과 같은 다른 희석제가 사용될 수 있다. 이들은 폴리알킬실록산에 대해 불활성 거동을 나타내는 가스라서, 특히 가압 하에서 그리고 높은 온도에서 액체와 캐리어 가스 사이의 산화, 중합 또는 분해 반응이 방지되며, 따라서 공급 원료의 조성물에서 재생불가능한 변화가 방지된다. 희석제를 첨가함으로써, 액체 SiO2 공급 원료(여기서, SiO2 공급 원료의 액적)의 입자 압력은 팽창 챔버(125)에서 감소되며, 이에 따라 그 이슬점이 낮아진다. 본 발명의 목적은 SiO2 공급 원료의 기화가 분사 단계를 포함하는 것이며, 상기 분사 단계에서 액체 형태의 제1 영역의 공급 원료는 미세한 액적으로 분무되고, 제2 영역의 고온 캐리어 가스와 접촉한 후의 미세한 액적은, 상기 액적의 액체 코어가 팽창 챔버(125)의 벽과 접촉하지 않고, 빠르고 효율적으로 완전히 기화된다.
도 3은 본 발명에 따른 기화를 예시한다. 가열된 SiO2 공급 원료(105)는 공급 라인(145)를 통해 팽창 챔버(125)로 공급된다. 팽창 챔버(125) 내부의 공급 라인(145)의 말단에서, 공급 라인(145)은 노즐식 분무기 노즐(128)을 포함한다. 바람직하게 초음파 분무기인 분무기 노즐(128)의 도움으로, 액체 SiO2 공급 원료(105)는 5㎛ 미만, 바람직하게 2㎛ 미만, 특히 1㎛ 미만의 평균 직경을 갖는 미세한 액적으로 분무된다. 평균 입자 크기가 0.5㎛ 미만(d50 값)인 경우에, 특히 바람직한 결과가 얻어진다. 평균값 또는 d50 값은 본 명세서에서 (평균 입자 크기의 척도로서) 가장 중요한 파라미터이다. d50 값은 50%의 액적은 보다 미세하고 다른 50%는 d50 보다 더 거친(coarse) 값을 나타낸다.
분무기 노즐(128)의 외부로 나올 때 발생하는 압력 강하로 인해, 액적의 상당한 부분이 기상으로 통과한다. 또한, 약 180℃, 최대 약 300℃로 예열되는 질소는 매체 라인(150)을 통해 팽창 챔버(125) 및 분무기 노즐(128)로 통과된다.
액체 SiO2 공급 원료(105)(액적)의 일부가 팽창 챔버(125)의 벽에 증착되고/되거나 거기서 열적으로 기화되는 것은 의도되지 않는다. 기체 SiO2 공급 원료 증기(107)는 라인(130)을 통해 버너(140)로 흐른다. 버너(140)에서, SiO2 공급 원료 증기(107)는 열분해, 산화 또는 가수분해에 의해 SiO2 입자(148)(SiO2 또는 수트 또는 SiO2 수트로도 언급됨)로 전환된다.
[부호의 설명]
100 시스템
105 SiO2 공급 원료
107 SiO2 공급 원료 증기
110 공급 탱크/공급 컨테이너
117 출구
120 기화기/기화기 시스템
122 액체 펌프
123 유량계
124 질량 흐름 제어기(MFC; mass flow controller)
125 팽창 챔버/기화 챔버
126 라인
127 흐름 분류기
128 분무기 노즐
130 라인
140 버너/화염 가수분해 버너
141 버너 블록
142 140의 움직임
143 버너 화염
145 공급 라인
148 SiO2 수트
150 매체 라인
151 희석제
153 예열기
160 증착 표면/캐리어 튜브
161 160의 길이방향 축
200 수트체

Claims (2)

  1. (A) 70중량% 초과의 폴리알킬실록산 D4를 갖는 액체 SiO2 공급 원료를 제공하는 단계,
    (B) 상기 액체 SiO2 공급 원료를 기체 SiO2 공급 원료 증기로 기화시키는 단계,
    (C) 상기 SiO2 공급 원료 증기를 SiO2 입자로 전환시키는 단계,
    (D) 상기 SiO2 입자를 증착 표면에 증착시켜서, SiO2 수트체를 형성하는 단계, 및
    (E) 상기 SiO2 수트체를 유리화해서, 합성 석영 유리를 형성하는 단계를 포함하며,
    가열된 상기 SiO2 공급 원료의 기화는 SiO2 공급 원료가 5㎛ 미만의 평균 직경을 갖는 미세한 액적으로 분무되는 팽창 챔버에서 분사 단계(injection phase)를 포함하고,
    상기 액적의 분무는 180℃보다 높은 온도를 갖는 예열된 캐리어 가스 스트림에서 일어나는 것을 특징으로 하는,
    합성 석영 유리의 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 SiO2 공급 원료는 2㎛ 미만의 평균 직경을 갖는 미세한 액적으로 분무되는 것을 특징으로 하는,
    합성 석영 유리의 제조 방법.


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Families Citing this family (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6236866B2 (ja) * 2013-05-15 2017-11-29 住友電気工業株式会社 ガラス微粒子堆積体の製造方法およびガラス微粒子堆積体製造用バーナー
DE102013209673B3 (de) * 2013-05-24 2014-05-22 Heraeus Quarzglas Gmbh & Co. Kg Verfahren und Verdampfer zur Herstellung von synthetischem Quarzglas
EP3034476A1 (de) 2014-12-16 2016-06-22 Heraeus Quarzglas GmbH & Co. KG Verfahren zur herstellung von synthetischem quarzglas unter verwendung einer reinigungsvorrichtung
EP3059212A1 (de) 2015-02-18 2016-08-24 Heraeus Quarzglas GmbH & Co. KG Verfahren und vorrichtung zur herstellung von quarzglas aus einer polymerisierbaren polyalkylsiloxanverbindung mit membranfilter als reinigungsvorrichtung
EP3434653A1 (de) 2017-07-24 2019-01-30 Heraeus Quarzglas GmbH & Co. KG Einsatz von einer polyalkylsiloxanverbindung mit geringem siloxanolgehalt für die herstellung von synthetischem quarzglas
JP6978991B2 (ja) 2018-08-23 2021-12-08 信越化学工業株式会社 光ファイバ用多孔質ガラス母材の製造方法および製造装置
CN113227000B (zh) * 2018-12-04 2022-10-21 住友电气工业株式会社 玻璃微粒沉积体的制造装置以及制造方法
CN109373196A (zh) * 2018-12-05 2019-02-22 上海正帆科技股份有限公司 一种八甲基环四硅氧烷的输送及汽化系统和方法
JP7058627B2 (ja) * 2019-06-11 2022-04-22 信越化学工業株式会社 光ファイバ用多孔質ガラス母材の製造装置および製造方法
US20230167004A1 (en) * 2020-05-01 2023-06-01 Shin-Etsu Chemical Co., Ltd. Porous glass base material manufacturing apparatus, method for manufacturing porous glass base material, and method for manufacturing glass base material for optical fiber
EP3950610A1 (de) 2020-08-06 2022-02-09 Heraeus Quarzglas GmbH & Co. KG Alternative fluorierungsmittel ii: fluosil und sootaufbau
EP3950611A1 (de) 2020-08-06 2022-02-09 Heraeus Quarzglas GmbH & Co. KG Alternative fluorierungsmittel zur herstellung von fluoriertem quarzglas
JP7428632B2 (ja) * 2020-12-14 2024-02-06 信越化学工業株式会社 多孔質ガラス母材の製造方法及び製造装置
EP4015468A1 (de) 2020-12-16 2022-06-22 Heraeus Quarzglas GmbH & Co. KG Verfahren zur herstellung von synthetischem quarzglas
EP4015466A1 (de) 2020-12-16 2022-06-22 Heraeus Quarzglas GmbH & Co. KG Verfahren zur herstellung von synthetischem quarzglas
EP4015467A1 (de) 2020-12-16 2022-06-22 Heraeus Quarzglas GmbH & Co. KG Verfahren zur herstellung von synthetischem quarzglas
USD982401S1 (en) * 2021-05-09 2023-04-04 Weber Product Development, Llc Cap designed to reseal a partially used tube of caulk for later reuse

Family Cites Families (24)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB8905966D0 (en) 1989-03-15 1989-04-26 Tsl Group Plc Improved vitreous silica products
US5152819A (en) * 1990-08-16 1992-10-06 Corning Incorporated Method of making fused silica
US5043002A (en) * 1990-08-16 1991-08-27 Corning Incorporated Method of making fused silica by decomposing siloxanes
US5632797A (en) * 1994-12-30 1997-05-27 Corning Incorporated Method of providing vaporized halide-free, silicon-containing compounds
US5558687A (en) * 1994-12-30 1996-09-24 Corning Incorporated Vertical, packed-bed, film evaporator for halide-free, silicon-containing compounds
US5703191A (en) * 1995-09-01 1997-12-30 Corning Incorporated Method for purifying polyalkylsiloxanes and the resulting products
US6312656B1 (en) * 1995-12-19 2001-11-06 Corning Incorporated Method for forming silica by combustion of liquid reactants using oxygen
US6244575B1 (en) * 1996-10-02 2001-06-12 Micron Technology, Inc. Method and apparatus for vaporizing liquid precursors and system for using same
MXPA00006041A (es) * 1997-12-19 2003-09-10 Corning Inc Quemador y metodo para producir hollin de oxido metalico.
JP2000017438A (ja) 1998-06-30 2000-01-18 Japan Pionics Co Ltd 気化器及び気化供給方法
US6546757B1 (en) * 1998-07-28 2003-04-15 Brown University Research Foundation Liquid spray pyrolysis method for the fabrication of optical fiber preforms, with reactant mixing
US6672106B1 (en) * 1998-08-07 2004-01-06 Corning Incorporated Method and apparatus for forming soot for the manufacture of glass
US6260385B1 (en) * 1998-08-07 2001-07-17 Corning Incorporated Method and burner for forming silica-containing soot
US6705127B1 (en) * 1998-10-30 2004-03-16 Corning Incorporated Methods of manufacturing soot for optical fiber preforms and preforms made by the methods
JP3685251B2 (ja) * 2000-08-31 2005-08-17 信越化学工業株式会社 球状シリカ粉末の製造方法
US6766702B2 (en) * 2001-07-16 2004-07-27 Institute For Tropospheric Research, A German Non-Profit Organization Method and apparatus for investigating temporal development of particles or droplets in gas-vapor mixture
KR20040078643A (ko) * 2001-12-04 2004-09-10 프라이맥스 인코포레이티드 증기를 증착실에 공급하는 방법 및 화학 증착 기화기
DE10302914B4 (de) * 2003-01-24 2005-12-29 Heraeus Quarzglas Gmbh & Co. Kg Verfahren zur Herstellung von synthetischem Quarzglas
GB2478307A (en) * 2010-03-02 2011-09-07 Heraeus Quartz Uk Ltd Manufacture of silica glass
DE102011119374A1 (de) * 2011-11-25 2013-05-29 Heraeus Quarzglas Gmbh & Co. Kg Verfahren zur Herstellung von synthetischem Quarzglas
DE102011119373A1 (de) * 2011-11-25 2013-05-29 Heraeus Quarzglas Gmbh & Co. Kg Verfahren zur Herstellung von synthetischem Quarzglas
DE102011119339A1 (de) * 2011-11-25 2013-05-29 Heraeus Quarzglas Gmbh & Co. Kg Zerstäubungsverfahren zur Herstellung von synthetischem Quarzglas
DE102011119341A1 (de) * 2011-11-25 2013-05-29 Heraeus Quarzglas Gmbh & Co. Kg Verfahren zur Herstellung von synthetischem Quarzglas nach der Sootmethode
DE102011121153B3 (de) * 2011-12-15 2013-03-21 Heraeus Quarzglas Gmbh & Co. Kg Verfahren zur Herstellung von synthetischem Quarzglas sowie Quarzglas für den Einsatz als Mantelmaterial einer optischen Faser

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EP2791069A1 (de) 2014-10-22
US20150007611A1 (en) 2015-01-08
US9481597B2 (en) 2016-11-01
IN2014CN04381A (ko) 2015-09-04

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