KR20180095614A - 낮은 OH, Cl, 및 Al 함량을 갖는 석영 유리로 제조된 유리 섬유 및 프리폼 - Google Patents

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헤래우스 크바르츠글라스 게엠베하 ＆ 컴파니 케이지
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Abstract

본 발명은, 재킷 (M1) 및 하나 이상의 코어를 포함하는 광 가이드에 관련되며, 여기서, 상기 재킷 (M1)은 코어를 둘러싸고, 여기서, 각 코어는 코어의 최대 연장부에 수직인 굴절률 프로파일을 가지며, 여기서, 각 굴절률 프로파일의 적어도 하나의 굴절률 (n K )은 재킷 (M1)의 굴절률 (n M1 )보다 크고; 여기서, 재킷 (M1)은, 이산화규소로 제조되며, 및 10ppm 미만의 OH 함량; 및 60ppm 미만의 염소 함량; 및 200ppb 미만의 알루미늄 함유을 갖는다. 본 발명은 또한 이산화규소 과립 I과 관련되며, 상기 이산화규소 과립 I의 총 중량에 기초한 각 경우에서, 200ppm 미만의 염소 함량 및 200ppb 미만의 알루미늄 함량을 특징으로 한다. 본 발명 또한, 500ppm 미만의 염소 함량 및 200ppb 미만의 알루미늄 함량을 특징으로 하는, 이산화규소 과립 Ⅱ와 관련된다. 더욱이, 본 발명은, 본 발명에 따른 이산화규소 과립 I 및 Ⅱ의 제조 공정뿐만 아니라 석영 유리체, 광 가이드 및 광 가이드 케이블의 제조 공정과 관련된다.

Description

낮은 OH, Cl, 및 Al 함량을 갖는 석영 유리로 제조된 유리 섬유 및 프리폼
본 발명은, 재킷 (jacket) (M1) 및 하나 이상의 코어를 포함하며, 여기서 상기 재킷 (M1)은 코어를 둘러싸는, 광 가이드에 관한 것으로, 여기서, 각각의 코어는 최대 코어 연장부 (extension)에 수직인 굴절률 프로파일을 가지며, 여기서, 각각의 굴절률 프로파일의 적어도 하나의 굴절률 (n K )은 재킷 (M1)의 굴절률 (n M1 )을 초과하고; 여기서, 재킷 (M1)은 이산화규소로 제조되고, 및 10ppm 미만의 OH 함량; 및 60ppm 미만의 염소 함량; 및 200ppb 미만의 알루미늄 함량을 가지며; 여기서, ppb 및 ppm은 재킷 층 (M1)의 총 중량에 각각 기초한다. 본 발명은 또한, 이산화규소 입자 I의 총 중량에 각각 기초하여, 200ppm 미만의 염소 함량 및 200ppb 미만의 알루미늄 함량을 특징으로 하는 이산화규소 입자 I에 관한 것이다. 본 발명은 또한, 이산화규소 입자 Ⅱ의 총 중량에 각각 기초하여, 500ppm 미만의 염소 함량 및 200ppb 미만의 알루미늄 함량을 특징으로 하는 이산화규소 입자 Ⅱ에 관한 것이다. 더욱이, 본 발명은, 본 발명에 따른 이산화규소 과립 I 및 Ⅱ의 제조 공정뿐만 아니라 석영 유리체 (quartz glass body), 광 가이드 (light guide) 및 광 가이드 케이블의 제조 공정에 관한 것이다.
이러한 광 가이드는 알려져 있다. 더욱이, 이것은, 데이터 전송 성능, 특히 장거리에 걸친 데이터 전송을 향상시키기 위하여, 광 가이드의 광 전도 특성 (light conducting properties)을 개선하는 데 그 목표가 있다. 광 가이드는, 유리 또는 석영 유리와 같은, 전도 물질로 제조된 하나 이상의 코어를 함유한다. 보통 구성에서, 코어는 적어도 하나의 재킷 층으로 둘러싸인다. 재킷 층은, 코어보다 낮은 굴절률을 갖는 물질, 흔히 유리 또는 석영 유리로 만들어진다. 코어 및/또는 재킷의 유리 또는 석영의 굴절률은, 도핑에 의해 구성될 수 있다. 게르마늄은, 종종 코어의 굴절률을 증가시키기 위해 선택된다. 불소 또는 붕소는, 재킷 층의 굴절률을 감소시키기 위해 바람직하게 선택된다. 코어와 재킷 층 사이에 굴절률에서 결과적 차이를 통해, 전반사 (total reflection)는 광 가이드의 코어를 통해 전도된 광에 의해 달성된다.
종종, 코어는 또한 단면을 통해 연속적으로 일정한 굴절률을 갖지 않고, 오히려 동심의 굴절률 프로파일을 갖는다. 이러한 방식으로, 코어의 특성은 더욱 조정될 수 있다. 코어가 동심원 굴절률 프로파일을 갖는 경우, 그 다음, 종종, 코어의 중심에 제1 영역이 있고, 여기서 굴절률은 최대이다. 거기에 연결되는, 여기서 주변부로 지칭되는, 추가의 영역의 굴절률은 중심보다 더 낮다. 코어의 주변부 내부로, 굴절률은 또한 더욱 변할 수 있다. 더욱이, 광 가이드는, 종종 코어 및 적어도 하나의 재킷 층에 부가하여 적어도 하나의 추가 외부 재킷 층을 갖는다. 코어 자체가 광을 전도하는데 필요한 특색들 (features)을 조합하기 위해, 적어도 하나의 재킷 층은, 코어의 제조에서 코어 자체의 주위에 형성되지만, 추가의 외부 재킷 층의 전구체는, 별도로 제조된다. 광 가이드는, 코어 전구체를 외부 재킷 층 전구체에 도입하고 및 이어서 전구체 어셈블리를 가온하에 인발하여 (drawing) 광 가이드를 형성하여 만들어질 수 있다.
코어와 경계를 이루는, 적어도 하나의 재킷 층, 및 외부 재킷 층은, 확실히, 광 가이드의 형성 후에 더 이상 서로 구별할 수 없을 수 있다. 더욱이, 광 가이드의 코어 및 재킷 층은, 전체로서 광 가이드를 파괴하지 않고, 인발 공정 후에 더 이상 서로 구별할 수 없다.
본 발명의 목적은, 현재의 기술 수준에 존재하는 하나 이상의 단점을 적어도 부분적으로 극복하는 데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은, 긴 수명을 갖는 광 가이드를 제공하는 데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은, 장거리 전송 (transmission)에 적절한 광 가이드를 제공하는 데 있다. 특히, 본 발명의 목적은, 다수의 부품들 (multiple pieces)이 서로 잘 부착될 수 있는 광 가이드를 제공하는 데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은, 장거리에 걸쳐 높은 전송 속도를 갖는 광 가이드를 제공하는 데 있다. 특히, 본 발명의 목적은, 100km 이상의 거리에 걸쳐 배수 (multiple)의 Tbit/s의 전송 속도를 가능하게 하는 광 가이드를 제공하는 데 있다.
또 다른 목적은, 내인열성 (tear proof) 및 내파괴성 (break proof)인, 광 가이드를 제공하는 데 있다. 특히, 본 발명의 목적은, 찢김 없이 장력하에 놓일 수 있는 광 가이드를 제공하는 데 있다.
또 다른 목적은, 높은 대칭성을 갖는 광 가이드를 제공하는 데 있다. 특히, 본 발명의 목적은, 원형 단면을 갖는 광 가이드를 제공하는 데 있다.
다른 목적은, 직선 형태를 갖는 광 가이드를 제공하는 데 있다.
낮은 감쇠 (low attenuation)를 갖는 광 가이드를 제조하는 데 또 다른 목적이 있다. 감쇠는, 거리에 따라 신호 강도가 떨어지는 것을 의미한다.
본 발명의 다른 목적은, 낮은 불투명도를 갖는 광 가이드를 제공하는 데 있다. 본 발명의 또 다른 목적은, 높은 투명도를 갖는 광 가이드를 제공하는 데 있다.
양이온의 이동을 방지하는 광 가이드를 제공하는 데 또 다른 목적이 있다.
또 다른 목적은, 비용 효율적인 광 가이드를 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 목적은, 고순도 및 이종 원자 (foreign atoms)로의 낮은 오염을 갖는 광 가이드를 제공하는 데 있다. 이종 원자는 의도적으로 도입되지 않은 구성분을 의미한다.
본 발명의 또 다른 목적은, 저 함량의 도펀트 물질 (dopant materials)을 함유하는 광 가이드를 제공하는 데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은, 재킷 유리 영역에서 높은 균질성 (homogeneity) 을 갖는 광 가이드를 제공하는 데 있다. 특성 또는 물질의 균질성은, 샘플에서 그 특성 또는 물질의 분포의 균일도 (uniformity)의 척도이다.
본 발명의 또 다른 목적은, 재킷 유리 영역에서 높은 물질 균질성을 갖는 광 가이드를 제공하는 데 있다. 물질 균질성은, 광 가이드에 함유된 원소 및 화합물, 특히 OH, 염소, 금속, 특히, 알루미늄, 알칼리 토금속, 내화성 금속 및 도펀트 물질의 분포의 균일도의 척도이다.
본 발명의 또 다른 목적은, 전술한 목적들 중 적어도 하나를 해결하는, 다중 섬유 코어를 갖는 광 가이드 (멀티 코어 광 가이드)를 제공하는 데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은, 신호 전송 동안에 누화 (crosstalk)을 통해 전송 오류를 거의 또는 나타내지 않는 멀티 코어 광 가이드를 제공하는 데 있다. 누화는, 멀티 코어 광 가이드의 하나의 섬유에서 멀티 코어 광 가이드의 다른 섬유로 신호의 이동 (migration)을 의미한다.
본 발명의 또 다른 목적은, 고품질의 높은 전송 속도를 갖는 멀티 코어 광 가이드를 제공하는 데 있다. 특히, 본 발명의 목적은, 신호 전송 동안에 섬유 코어가 서로 방해하지 않는 멀티 코어 광 가이드를 제공하는 데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은, 전술된 목적들 중 적어도 일부가 해결되는 광 가이드를 제조할 수 있는 공정을 제공하는 데 있다.
또 다른 목적은, 비용 및 시간을 절약하면서 광 가이드를 제조할 수 있는 공정을 제공하는 데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은, 광 가이드가 좀 더 간단하게 제조될 수 있는 공정을 제공하는 데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은, 광 가이드가 제조될 수 있는 연속 공정을 제공하는 데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은, 광 가이드가 증가된 속도로 만들어질 수 있는 공정을 제공하는 데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은, 광 가이드가 연속 용융 및 형성 공정을 통해 제조될 수 있는 공정을 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 목적은, 광 가이드가 낮은 불량률로 제조될 수 있는 공정을 제공하는 데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은, 조립 가능한 광 가이드가 제조될 수 있는 공정을 제공하는 데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은, 자동화 공정에 의해 광 가이드가 제조될 수 있는 자동화 공정을 제공하는 데 있다.
또 다른 목적은, 광 가이드의 가공성을 개선하는 데 있다. 또 다른 목적은, 광 가이드의 조립용이성 (assemblability)을 개선하는 데 있다.
전술한 목적 중 적어도 하나를 적어도 부분적으로 충족시키기 위한 기여는, 독립항에 의해 만들어진다. 종속항은, 상기 목적들 중 적어도 하나를 적어도 부분적으로 충족시키는 데 기여하는 바람직한 구체 예를 제공한다.
|1| 재킷 (M1) 및 하나 이상의 코어를 포함하는 광 가이드로서,
여기서, 재킷 (M1)은 코어를 둘러싸며,
여기서, 각 코어는 코어의 최대 연장부에 수직인 굴절률 프로파일을 갖고, 여기서, 각 굴절률 프로파일의 적어도 하나의 굴절률 (n K )은 재킷 (M1)의 굴절률 (n M1 )보다 크며;
여기서, 재킷 (M1)은 이산화규소로 제조되고, 및
a) 10ppm 미만의 OH 함량;
b) 60ppm 미만의 염소 함량; 및
c) 200ppb 미만의 알루미늄 함량을 가지며;
여기서, ppb 및 ppm은, 재킷 (M1)의 총 중량에 각각 기초한다.
|2| 구체 예 |1|에 따른 광 가이드에서, 둘 이상의 코어를 포함하며, 여기서, 상기 재킷 (M1)은, 매트릭스로서 상기 코어를 둘러싼다.
|3| 전술한 구체 예 중 하나에 따른 광 가이드에서,
상기 재킷 (M1)은:
d) 5x1015/㎤ 미만의 ODC 함량;
e) 1ppm 미만의 알루미늄과 다른 금속의 금속 함량;
f) log10 (η(1200℃)/dPas) = 13.4 내지 log10 (η(1200℃)/dPas) = 13.9 또는 log10 (η(1300℃)/dPas) = 11.5 내지 log10 (η(1300℃)/dPas) = 12.1 또는 log10 (η(1350℃)/dPas) = 1.2 내지 log10 (η(1350℃)/dPas) = 10.8의 범위에서 점도 (p = 1013hPa);
g) 6m 초과의 컬 파라미터 (curl parameter);
h) 재킷 (M1)의 OH 함량 a)에 기초하여, 10% 이하의 OH 함량의 표준 편차;
i) 재킷 (M1)의 Cl 함량 b)에 기초하여, 10% 이하의 Cl 함량의 표준 편차;
j) 재킷 (M1)의 Al 함량 c)에 기초하여, 10% 이하의 Al 함량의 표준 편차;
k) 1x10-4 미만의 굴절률 균질성;
l) 1150 내지 1250℃ 범위의 변태점 (transformation point) (Tg) 중 적어도 하나의 특색 (features)을 가지며,
여기서, ppb 및 ppm은, 재킷 (M1)의 총 중량에 각각 기초한다.
|4| 전술된 구체 예 중 하나에 따른 광 가이드에서, 상기 재킷 (M1)의 중량으로 함량은, 코어 및 재킷 (M1)의 총 중량에 기초하여, 적어도 60 wt.%이다.
|5| 하기 특색을 특징으로 하는 이산화규소 과립 I:
[A] 200ppm 미만의 염소 함량; 및
[B] 200ppb 미만의 알루미늄 함량;
여기서, ppb 및 ppm은, 이산화규소 과립 I의 총 중량에 각각 기초한다.
|6| 구체 예 |5|에 따른 이산화규소 과립 I에서,
상기 이산화규소 과립 I은:
[C] 1000ppb 미만의 알루미늄과 다른 금속의 금속 함량;
[D] 20 내지 50㎡/g 범위의 BET 표면적;
[E] 0.1 내지 1.5 mL/g 범위의 기공 부피;
[F] 10 wt.% 미만의 잔류 수분 함량;
[G] 0.5 내지 1.2 g/㎤ 범위의 벌크 밀도 (bulk density);
[H] 0.5 내지 1.2g/㎤ 범위의 다짐 밀도 (tamped density);
[I] 50ppm 미만의 탄소 함량;
[J] 50 내지 150㎛ 범위의 입자 크기 분포 D10;
[K] 150 내지 300㎛ 범위의 입자 크기 분포 D50;
[L] 250 내지 620㎛ 범위의 입자 크기 분포 D90의 특색 중 적어도 하나를 특징으로 하며,
여기서, wt.%, ppb 및 ppm은 이산화규소 과립 I의 총 중량에 각각 기초한다.
|7| 하기 단계들을 적어도 포함하는, 이산화규소 과립 I의 제조 공정:
I. 하기 특색을 갖는 이산화규소 분말을 제공하는 단계:
a. 200ppm 미만의 염소 함량; 및
b. 200ppb 미만의 알루미늄 함량;
여기서, ppb 및 ppm은, 이산화규소 분말의 총 중량에 각각 기초함;
Ⅱ. 액체를 제공하는 단계;
Ⅲ. 단계 Ⅰ 및 Ⅱ의 구성요소를 혼합하여 슬러리를 얻는, 혼합 단계;
Ⅳ. 상기 슬러리를 분무 건조시켜 이산화규소 과립 I을 얻는, 분무 건조 단계.
|8| 구체 예 |7|에 따른 공정에서, 상기 이산화규소 분말은:
c. 20 내지 60㎡/g 범위의 BET 표면적;
d. 0.01 내지 0.3g/㎤ 범위의 벌크 밀도;
e. 50ppm 미만의 탄소 함량;
f. 5ppm 미만의 알루미늄과 다른 금속의 총 함량;
g. 10 내지 100nm 범위의 일차 입자 크기를 갖는, 적어도 70 wt.%의 분말 입자;
h. 0.001 내지 0.3 g/㎤ 범위의 다짐 밀도;
i. 5 wt.% 미만의 잔류 수분 함량;
j. 1 내지 7㎛ 범위의 입자 크기 분포 D10;
k. 6 내지 15㎛ 범위의 입자 크기 분포 D50;
l. 10 내지 40㎛ 범위의 입자 크기 분포 D90의 특색 중 적어도 하나를 가지며,
여기서, wt.%, ppb 및 ppm은, 이산화규소 분말의 총 중량에 각각 기초한다.
|9| 구체 예 |7| 또는 |8| 중 하나에 따른 공정에 의해 얻을 수 있는 이산화규소 과립 I.
|10| 하기 특색을 특징으로 하는 이산화규소 과립 Ⅱ:
(A) 500ppm 미만의 염소 함량; 및
(B) 200ppb 미만의 알루미늄 함량의 특색을 특징으로 하고;
여기서, ppb 및 ppm은 이산화규소 과립 Ⅱ의 총 중량에 각각 기초한다.
|11| 구체 예 |10|에 따른 이산화규소 과립 Ⅱ에서,
상기 이산화규소 과립 Ⅱ는:
(C) 1000ppb 미만의 알루미늄과 다른 금속의 금속 함량;
(D) 10 내지 35㎡/g 범위의 BET 표면적;
(E) 0.1 내지 2.5㎡/g 범위의 기공 부피;
(F) 3 wt.% 미만의 잔류 수분 함량;
(G) 0.7 내지 1.2g/㎤ 범위의 벌크 밀도;
(H) 0.7 내지 1.2g/㎤ 범위의 다짐 밀도;
(I) 150 내지 250㎛ 범위의 입자 크기 D50;
(J) 5ppm 미만의 탄소 함량의 특색 중 적어도 하나를 특징으로 하며,
여기서, wt.%, ppb 및 ppm은, 이산화규소 과립 Ⅱ의 총 중량에 각각 기초한다.
|12| 하기 단계를 적어도 포함하는, 이산화규소 과립 Ⅱ의 제조 공정:
(I) 이산화규소 과립 I을 제공하는 단계;
(Ⅱ) 단계 (I) 유래의 이산화규소 과립 I을 처리하여 이산화규소 과립 Ⅱ를 얻는, 처리 단계.
|13| 구체 예 |12|에 따른 공정에 의해 얻어질 수 있는 이산화규소 과립 Ⅱ.
|14| 하기 단계를 적어도 포함하는, 석영 유리체의 제조 공정:
i.) 이산화규소 과립 Ⅱ를 제공하는 단계;
ⅱ.) 상기 이산화규소 과립 Ⅱ로부터 유리 용융물을 제조하는 단계;
ⅲ.) 상기 유리 용융물의 적어도 일부로부터 석영 유리체를 제조하는 단계.
|15| 구체 예 |14|에 따른 공정에서,
ⅳ.) 상기 석영 유리체로부터 적어도 하나의 개구부 (opening)를 갖는 중공체 (hollow body)를 제조하는 단계를 포함한다.
|16| 구체 예 |14| 또는 |15| 중 하나에 따른 공정에 의해 얻어질 수 있는 석영 유리체.
|17| 이산화규소로 구성된 석영 유리체로서, 여기서 상기 이산화규소는:
A] 10ppm 미만의 OH 함량;
B] 60ppm 미만의 염소 함량; 및
C] 200ppb 미만의 알루미늄 함량을 가지며;
여기서, ppb 및 ppm은, 석영 유리체의 총 중량에 각각 기초한다.
|18| 구체 예 |17|에 따른 석영 유리체에서,
상기 석영 유리체는:
D] 5x1015/㎤ 미만의 ODC 함량;
E] 300ppb 미만의 알루미늄과 다른 금속의 금속 함량;
F] log10 (η(1200℃)/dPas) = 13.4 내지 log10 (η(1200℃)/dPas) = 13.9 또는 log10 (η(1300℃)/dPas) = 11.5 내지 log10 (η(1300℃)/dPas) = 12.1 또는 log10 (η(1350℃)/dPas) = 1.2 내지 log10 (η(1350℃)/dPas) = 10.8의 범위에서 점도 (p = 1013hPa);
G] 상기 석영 유리체의 OH 함량 A]에 기초하여, 10% 이하의 OH 함량의 표준 편차;
H] 상기 석영 유리체의 Cl 함량 B]에 기초하여, 10% 이하의 Cl 함량의 표준 편차;
I] 상기 석영 유리체의 Al 함량 C]에 기초하여, 10% 이하의 Al 함량의 표준 편차;
J] 1x10-4 미만의 굴절률 균질성;
K] 원통형 형태;
L] 1150 내지 1250℃ 범위의 변태 온도 (Tg);
M] 1055 내지 1200℃ 범위의 가상 온도의 특색 중 적어도 하나를 특징으로 하며;
여기서, ppb 및 ppm은 석영 유리체의 총 중량에 각각 기초한다.
|19| 하기 단계를 포함하는, 광 가이드의 제조 공정:
A/ 다음을 제공하는 단계,
A1/ 구체 예 |15|에 따른 공정에 의해 얻을 수 있는 적어도 하나의 개구부를 갖는 중공체; 또는
A2/ 구체 예 |17| 또는 |18| 중 하나에 따른 석영 유리체, 여기서, 상기 석영 유리체는 먼저 가공 처리되어, 적어도 하나의 개구부를 갖는 중공체를 얻으며;
B/ 상기 적어도 하나의 개구부를 통해 하나 또는 다수의 코어 막대 (core rods)를 석영 유리체로 도입하여, 전구체를 얻는, 도입 단계;
C/ 단계 B/ 유래의 전구체를 가온하에 인발하여 하나 이상의 코어 및 재킷 (M1)을 갖는 광 가이드를 얻는, 인발 단계.
|20| 구체 예 |19|의 공정에 의해 얻어질 수 있는 광 가이드.
|21| 구체 예 |20|에 따른 광 가이드에서,
상기 광 가이드는, 재킷 (M1) 및 하나 또는 다수의 코어를 갖고,
여기서, 상기 재킷 (M1)은, 코어를 둘러싸며,
여기서, 각 코어는, 코어의 최대 연장부에 수직인 굴절률 프로파일을 갖고, 여기서, 각 굴절률 프로파일의 적어도 하나의 굴절률 (n K )은, 재킷 (M1)의 굴절률 (n M1 )보다 크며;
여기서, 상기 재킷 (M1)은, 이산화규소로 제조되고, 및
a) 10ppm 미만의 OH 함량; 및
b) 60ppm 미만의 염소 함량; 및
c) 200ppb 미만의 알루미늄 함량을 가지며;
여기서, ppb 및 ppm은, 재킷 (M1)의 총 중량에 각각 기초한다.
|22| 구체 예 |20| 또는 |21| 중 하나에 따른, 또는 구체 예 |1| 내지 |4| 중 하나에 따른 적어도 2개의 광 가이드를 포함하는 광 가이드 케이블.
|23| 하기 단계를 포함하는, 광 가이드 케이블의 제조 공정:
A} 구체 예 |20| 또는 |21| 중 하나에 따른, 또는 구체 예 |1| 내지 |4| 중 하나에 따른 적어도 2개의 광 가이드를 제공하는 단계;
B} A} 유래의 적어도 2개의 광 가이드를 가공하여, 광 가이드 케이블을 얻는, 가공 단계.
|24| 구체 예 |5|, |6|, |9| 내지 |11| 또는 |13| 중 하나에 따른 이산화규소 과립을 광 가이드의 신호 전송 (signal transmission)을 개선하는데 사용하는 방법.
|25| 구체 예 |5|, |6|, |9| 내지 |11| 또는 |13| 중 하나에 따른 이산화규소 과립을 광섬유, 광 가이드 및 광 가이드 케이블용 재킷 물질로 이루어진 군으로부터 선택된 제품의 제조하는 데 사용하는 방법.
본 명세서에서, 개시된 범위는 또한 경계 값을 포함한다. 따라서, 파라미터 A와 관련하여 "X 내지 Y의 범위의" 형식의 개시는, A가 값 X, Y 및 X 내지 Y의 값을 취할 수 있는 것으로 의미한다. 파라미터 A에 대해 형식 "최대 Y"의 일 측에 한정된 범위는, 값 Y 및 Y보다 작은 값에 상응하는 것을 의미한다.
도 1은, (석영 유리체의 제조 공정) 흐름도이다.
도 2는, (이산화규소 과립 I의 제조 공정) 흐름도이다.
도 3은, (이산화규소 과립 Ⅱ의 제조 공정) 흐름도이다.
도 4는, 분무탑 (spray tower)의 개략도이다.
도 5는, 광 가이드의 단면의 개략도이다.
도 6은, 광 가이드의 개략적인 평면도이다.
도 7은, 가스압 소결 오븐 (GDS 오븐)의 개략도이다.
본 발명의 제1 관점은, 재킷 (M1) 및 하나 이상의 코어를 포함하는 광 가이드이고,
여기서, 재킷 (M1)은 코어를 둘러싸며,
여기서, 각 코어는 단면 (QK)을 갖고,
여기서, 각 코어는 자켓 (M1)의 굴절률 (nM1)보다 단면 (QK)상에 적어도 한 지점에서 더 큰 굴절률 (nK)을 가지며;
여기서, 재킷 (M1)은 이산화규소로 만들어지고, 및
a) 10ppm 미만의 OH 함량;
b) 60ppm 미만의 염소 함량; 및
c) 200ppb 미만의 알루미늄 함량을 가지며;
여기서, ppb 및 ppm은, 재킷 (M1)의 총 중량에 각각 기초한다.
재킷 (M1)의 굴절률은, 굴절률 차이 측정에 의해 측정된다.
본 발명에 따르면, 어떤 특색에 대한 양의 설명어 (descriptor)로서 용어 ppm은, 그 특색에 대한 전체의 양의 100만분의 1을 의미한다. 본 발명에 따르면, 어떤 특색에 대한 양의 설명어로서 용어 ppb는, 그 특색에 대한 전체의 양의 10억분의 1을 의미한다. 단위가 기준 단위 (reference basis) 없이 주어진 경우, 이것은, 총 중량에 기초한다. 광 도파관 또는 광섬유로 또한 지칭되는, 광 가이드는, 전자기 방사선, 특히 광을 전도 또는 안내하는데 적절한 임의의 물질을 포함할 수 있다. 방사선을 전도하거나 또는 안내한다는 것은, 방사선의 세기를 상당히 방해하거나 또는 감쇠시키지 않으면서 광 가이드의 길이 연장부에 걸쳐 방사선을 전파시키는 것을 의미한다. 이를 위해, 방사선은, 광 가이드의 일 단부를 통해 가이드 내로 연결된다. 바람직하게는, 광 가이드는 170 내지 5000㎚의 파장 범위에서 전자기 방사선을 전도한다. 바람직하게는, 논의가 되고 있는 파장 범위에서 광 가이드에 의한 방사선의 감쇠는, 0.1 내지 10dB/km의 범위이다. 감쇠는, 바람직하게는, 1550nm의 기준 파장에서 측정된다. 바람직하게는, 광 가이드는, 최대 50 Tbit/s의 전송 속도 (transfer rate)를 갖는다. 광 가이드는, 바람직하게는, 6m 초과의 컬 파라미터를 갖는다. 본 발명의 맥락에서 컬 파라미터는, 외력이 없이 자유롭게 이동하는 섬유로서 존재하는, 섬유의, 예를 들어, 광 가이드의 또는 재킷 (M1)의 굽힘 반경 (bending radius)을 의미한다.
광 가이드는, 바람직하게는, 유연하게 제조된다. 본 발명의 맥락에서 유연함은, 광 가이드가 20㎜ 이하, 예를 들어, 10㎜ 이하, 특히 바람직하게는, 5㎜ 이하의 굽힘 반경을 특징으로 하는 것을 의미한다. 굽힘 반경은, 광 가이드의 파단 없이 및 방사선을 전도하는 광 가이드의 능력에 손상 없이, 형성될 수 있는 가장 작은 반경을 의미한다. 손상은, 광 가이드에서 굽힘을 통해 보내진 광의 0.1dB 초과의 감쇄가 있는 경우 존재한다. 감쇄는, 바람직하게는, 1550㎚의 기준 파장에 대해 제공된다.
광 가이드는, 바람직하게는, 가늘고 긴 형태 (elongate form)를 갖는다. 광 가이드의 형태는, 이의 길이 연장부 (L) 및 이의 단면 (Q)에 의해 정의된다. 광 가이드는, 바람직하게는, 이의 길이 연장부 (L)를 따라 원형 외벽을 갖는다. 광 가이드의 단면 (Q)은, 광 가이드의 외벽에 수직인 평면에서 항상 결정된다. 광 가이드가, 길이 연장부 (L)에서 만곡된 경우, 그 다음 단면 (Q)은, 광 가이드 외벽 상에 지점에서 광 가이드와 접촉하고 및 길이 연장부 (L)의 방향으로 연장되는, 접선에 수직으로 결정된다. 광 가이드는, 바람직하게는, 0.04 내지 1.5㎜의 범위에서 직경 (dL)을 갖는다. 광 가이드는, 바람직하게는, 1m 내지 100km의 범위에서 길이를 갖는다.
본 발명에 따르면, 광 가이드는, 하나 또는 다수의 코어, 예를 들어, 하나의 코어 또는 2개의 코어 또는 3개의 코어 또는 4개의 코어 또는 5개의 코어 또는 6개의 코어 또는 7개의 코어 또는 7개 초과의 코어, 특히 바람직하게는, 1개의 코어를 포함한다. 바람직하게는, 광 가이드를 통해 전도되는 전자기 방사선의 75% 초과, 예를 들어, 80% 초과 또는 85% 초과 또는 90% 초과 또는 95% 초과, 특히 바람직하게는, 98% 초과는, 코어에서 전도된다. 코어에서 광의 전송을 위해, 바람직한 파장 범위는, 광 가이드에 대해 이미 제공된 바와 같이, 적용된다. 바람직하게는, 코어의 물질은, 유리, 또는 석영 유리, 또는 이들 둘의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되고, 특히 바람직하게는, 석영 유리이다. 코어는, 서로 독립적으로, 동일 물질 또는 다른 물질로 만들어질 수 있다. 바람직하게는, 코어의 모두는, 동일 물질, 특히 바람직하게는, 석영 유리로 만들어진다.
각 코어는, 바람직하게는, 원형의, 단면 (QK)를 갖고 및 길이 (LK)를 갖는 가늘고 긴 형태를 갖는다. 코어의 단면 (QK)은, 각 다른 코어의 단면 (QK)과 독립적이다. 코어의 단면 (QK)은, 같거나 또는 다를 수 있다. 바람직하게는, 모든 코어의 단면 (QK)은 같다. 코어의 단면 (QK)은, 코어의 외벽 또는 광 가이드의 외벽에 수직인 평면에서 항상 결정된다. 코어가 길이 연장부에서 만곡된 경우, 그 다음 단면 (QK)은, 코어의 외벽 상에 지점에서 코어와 접촉하고 및 길이 연장부의 방향으로 연장되는, 접선에 수직일 것이다. 코어의 길이 (LK)는, 각 다른 코어의 길이 (LK)와 독립적이다. 코어의 길이 (LK)는 같거나 다를 수 있다. 바람직하게는, 모든 코어의 길이 (LK)는 같다. 각 코어는, 바람직하게는, 1m 내지 100km의 범위에서 길이 (LK)를 갖는다. 각 코어는 직경 (dK)을 갖는다. 코어의 직경 (dK)은 각 다른 코어의 직경 (dK)에 독립적이다. 코어의 직경 (dK)은 같거나 또는 다를 수 있다. 바람직하게는, 모든 코어의 직경 (dK)은 같다. 바람직하게는, 각 코어의 직경 (dK)은, 0.1 내지 1000㎛, 예를 들어, 0.2 내지 100㎛ 또는 0.5 내지 50㎛, 특히 바람직하게는, 1 내지 30㎛의 범위이다.
각 코어는, 코어의 최대 연장부에 수직인 적어도 하나의 굴절률 프로파일을 갖는다. "굴절률 프로파일"은, 굴절률이 코어의 최대 연장부에 수직인 방향에서 변화하거나 또는 일정한 것을 의미한다. 바람직한 굴절률 프로파일은, 동심원 굴절률 프로파일에, 예를 들어, 굴절률의 동심원 프로파일에 상응하고, 여기서, 최대 굴절률을 갖는 제1 영역은, 코어의 중심에 존재하고 및 더 낮은 굴절률을 갖는 또 다른 영역에 의해 둘러싸여 진다. 바람직하게는, 각 코어는, 이의 길이 (LK)에 걸쳐 오직 하나의 굴절률 프로파일을 갖는다. 코어의 굴절률 프로파일은, 각 다른 코어에서 굴절률 프로파일에 독립적이다. 코어의 굴절률 프로파일은 같거나 또는 다를 수 있다. 바람직하게는, 모든 코어의 굴절률 프로파일은 같다. 원칙적으로, 코어가 다수의 다른 굴절률 프로파일을 갖는 것도 또한 가능하다.
코어의 최대 연장부에 수직인 각 굴절률 프로파일은, 최대 굴절률 (nK)를 갖는다. 코어의 최대 연장부에 수직인 각 굴절률 프로파일은, 또한 더욱 낮은 굴절률을 가질 수 있다. 굴절률 프로파일의 최저 굴절률은, 바람직하게는, 굴절률 프로파일의 최대 굴절률 (nK)보다 0.5 이하이다. 굴절률 프로파일의 최저 굴절률은, 바람직하게는, 굴절률 프로파일의 최대 굴절률 (nK)보다 작은 0.0001 내지 0.15, 예를 들어, 0.0002 내지 0.1, 특히 바람직하게는, 0.0003 내지 0.05이다.
바람직하게는, 각 코어는, λr = 589㎚ (나트륨 D-라인)의 기준 파장, 20℃의 온도 및 정상 압력 (p = 1013 hPa)에서 측정된 각 경우에서, 1.40 내지 1.60의 범위, 예를 들어, 1.41 내지 1.59의 범위, 특히 바람직하게는, 1.42 내지 1.58의 범위에서 굴절률 (nK)을 갖는다. 이에 대한 자세한 내용은, 시험 방법 섹션을 참조한다. 코어의 굴절률 (nK)은 각 다른 코어의 굴절률 (nK)에 독립적이다. 코어의 굴절률 (nK)은 같거나 또는 다를 수 있다. 바람직하게는, 모든 코어의 굴절률 (nK)은 같다.
바람직하게는, 광 가이드의 각 코어는, 1.9 내지 2.5 g/㎤ 범위, 예를 들어, 2.0 내지 2.4 g/㎤ 범위, 특히 바람직하게는, 2.1 내지 2.3 g/㎤의 범위에서 밀도를 갖는다. 바람직하게는, 코어는, 코어의 총 중량에 기초한 각 경우에서, 100ppb 미만, 예를 들어, 20ppb 미만 또는 5ppb 미만, 특히 바람직하게는, 1ppb 미만의 잔류 수분 함량을 갖는다. 코어의 밀도는, 각 다른 코어의 밀도와 독립적이다. 코어의 밀도는 같거나 또는 다를 수 있다. 바람직하게는, 모든 코어의 밀도는 같다.
광 가이드가 하나 이상의 코어를 포함하는 경우, 그 다음 각 코어는, 다른 코어와 독립적으로, 전술된 특색을 특징으로 한다. 모든 코어가 동일한 특색을 갖는 것이 바람직하다.
본 발명에 따르면, 코어는, 적어도 하나의 재킷 (M1)에 의해 둘러싸인다. 재킷 (M1)은, 바람직하게는, 코어의 전체 길이에 걸쳐 코어를 둘러싼다. 바람직하게는, 재킷 (M1)은, 외부 표면, 즉, 코어의 전체 외벽의 적어도 95%, 예를 들어, 적어도 98%, 또는 적어도 99%, 특히 바람직하게는, 100%에 대해 코어를 둘러싼다. 종종, 코어는, 단부까지 (각 경우에서 마지막 1-5 cm) 재킷 (M1)에 의해 전체적으로 둘러싸인다. 이는, 기계적 손상으로부터 코어를 보호하는 역할을 한다.
재킷 (M1)은, 코어의 단면 (QK)의 프로파일을 따라 적어도 하나의 지점 (P)보다 더 낮은 굴절률을 갖는, 이산화규소를 포함하는, 임의의 물질을 포함할 수 있다. 바람직하게는, 코어의 단면 (QK)의 프로파일에서 적어도 하나의 지점 (P)은, 코어의 중심에 놓이는 지점이다. 더욱이, 바람직하게는, 코어의 단면의 프로파일에서의 지점 (P)은, 코어에서 최대 굴절률 (nKmax)을 갖는 지점이다. 바람직하게는, 재킷 (M1)은, 코어의 단면 (Q)의 프로파일에서 적어도 하나의 지점에서 코어 (nK)의 굴절률보다 적어도 0.0001 더 낮은 굴절률 (nM1)을 갖는다. 바람직하게는, 재킷 (M1)은, 0.0001 내지 0.5의 범위, 예를 들어, 0.0002 내지 0.4의 범위, 특히 바람직하게는, 0.0003 내지 0.3 범위의 양만큼 코어 (nK)의 굴절률보다 더 낮은 굴절률 (nM1)을 갖는다.
재킷은, 바람직하게는, 1.0 내지 1.599의 범위, 예를 들어, 1.30 내지 1.59의 범위, 특히 바람직하게는, 1.40 내지 1.57의 범위에서 굴절률 (nM1)을 갖는다. 바람직하게는, 재킷 (M1)은, 일정한 굴절률 (nM1)을 갖는 광 가이드의 영역을 형성한다. 일정한 굴절률을 갖는 영역은, 굴절률이 0.0001을 초과하여 굴절률 (nM1)의 평균으로부터 벗어나지 않는 영역을 의미한다.
원칙적으로, 광 가이드는 추가 재킷을 포함할 수 있다. 특히 바람직하게는, 추가 재킷 중 적어도 하나, 바람직하게는, 이들 중 몇 가지 또는 모두의 굴절률은, 각 코어의 굴절률 (nK)보다 낮다. 바람직하게는, 광 가이드는 재킷 (M1)을 둘러싸는 1 또는 2 또는 3 또는 4 또는 4 초과의 추가 재킷을 갖는다. 바람직하게는, 재킷 (M1)을 둘러싸는 추가 재킷은, 재킷 (M1)의 굴절률 (nM1)보다 낮은 굴절률을 갖는다.
바람직하게는, 광 가이드는, 코어를 둘러싸고 및 재킷 (M1)으로 둘러싸인, 즉, 코어와 재킷 (M1) 사이에 위치하는, 하나 또는 둘 또는 셋 또는 넷 또는 넷 초과의 추가 재킷을 갖는다. 더욱이, 바람직하게는, 코어와 재킷 (M1) 사이에 위치된 추가 재킷은, 재킷 (M1)의 굴절률 (nM1)보다 높은 굴절률을 갖는다.
바람직하게는, 굴절률은, 광 가이드의 코어로부터 최외측 재킷으로 감소한다. 코어로부터 최외측 재킷으로 굴절률의 감소는, 단계적으로 또는 연속적으로 발생할 수 있다. 굴절률에서 감소는, 다른 섹션을 가질 수 있다. 더욱이, 바람직하게는, 굴절률은, 적어도 하나의 섹션에서 단계적일 수 있고 및 적어도 하나의 다른 섹션에서 연속적일 수 있다. 단계들은 같거나 또는 다른 높이일 수 있다. 감소하는 굴절률을 갖는 섹션들 사이에 증가하는 굴절률 섹션을 갖는 섹션들을 배열하는 것은 확실히 가능하다.
다른 재킷의 다른 굴절률은, 예를 들어, 재킷 (M1), 추가 재킷 및/또는 코어의 도핑에 의해 구성될 수 있다.
코어의 제조의 방식에 의존하여, 코어는, 제조 후에 제1 재킷 층 (M0)을 이미 가질 수 있다. 코어에 직접 이웃하는 이 재킷 층 (M0)은, 때로는 일체형 재킷 층으로도 불린다. 재킷 층 (M0)은, 재킷 (M1) 및 만약 이들이 존재한다면, 추가 재킷보다 코어의 중간 지점에 더 가깝게 위치된다. 재킷 층 (M0)은, 보통 광 전도 또는 방사선 전도를 위한 역할을 하지 않는다. 오히려, 재킷 층 (M0)은, 방사선이 전송되는 경우, 코어 내부에 방사선을 유지시키는데 더 역할을 한다. 따라서, 코어에서 전도되는 방사선은, 바람직하게는, 코어로부터 재킷 층 (M0)까지 경계면에서 반사된다. 코어에서 재킷 층 (M0)까지의 경계면은, 바람직하게는, 굴절률에서 변화를 특징으로 한다. 재킷 층 (M0)의 굴절률은, 바람직하게는, 코어의 굴절률 (nK)보다 더 낮다. 바람직하게는, 재킷 층 (M0)은, 코어와 동일한 물질을 포함하지만, 도핑 또는 첨가제 때문에 코어보다 낮은 굴절률을 갖는다.
본 발명에 따르면, 재킷 (M1)은, 이산화규소로 제조되며, 및
a) 10ppm 미만, 예를 들어, 5ppm 미만, 특히 바람직하게는, 1ppm 미만의 OH 함량; 및
b) 60ppm 미만, 바람직하게는, 40ppm 미만, 예를 들어, 40ppm 미만 또는 2ppm 미만 또는 0.5ppm 미만, 특히 바람직하게는, 0.1ppm 미만의 염소 함량; 및
c) 200ppb 미만, 바람직하게는, 100ppb 미만, 예를 들어, 80ppb 미만, 특히 바람직하게는, 60ppb 미만의 알루미늄 함량을 갖고,
여기서, ppb 및 ppm은 재킷 (M1)의 총 중량에 각각 기초한다.
OH 함량은, 재킷 (M1)에서 OH 이온의 함량을 의미한다. 이것은 영구적인 및 또한 이동성 OH 기 모두 포함한다. 영구적인 OH 기는, 이산화규소 과립의 실리콘에 공유 결합되거나 또는 이산화규소 과립이 포함하는 또 다른 원소와 공유 결합된 OH 기를 의미한다. 영구적인 OH 기는, 800 내지 1700℃의 범위에서 온도 처리에 의해 제거되지 않는다. 이동성 OH 기는, 재킷에 포함된 비-영구적인 OH 기를 의미한다. 이동성 OH 기는, 이산화규소 입자 또는 분말의 열처리에 대해 뒤에 기재된 바와 같이, 800℃ 이상에서 템퍼링에 의해 제거될 수 있다.
바람직하게는, 재킷 층 (M1)은, 10ppm 미만, 예를 들어, 5ppm 미만 또는 1ppm 미만 또는 1ppb 내지 10ppm 범위 또는 1ppb 내지 5ppm 범위, 특히 바람직하게는, 1ppb 내지 1ppm의 범위에서 OH 함량을 갖는다.
염소 함량은, 재킷 (M1)에서 원소 염소 또는 염화물 이온의 함량을 의미한다. 바람직하게는, 재킷 (M1)은, 60ppm 미만, 바람직하게는, 40ppm 미만, 예를 들어, 4ppm 미만 또는 2ppm 미만 또는 0.5ppm 미만, 특히 바람직하게는, 0.1ppm 미만의 염소 함량을 갖는다. 종종, 재킷 (M1)의 염소 함량은, 적어도 1ppb이다.
알루미늄 함량은, 재킷 (M1)에서 원소 알루미늄 또는 알루미늄 이온의 함량을 의미한다. 바람직하게는, 재킷 (M1)은, 200ppb 미만, 예를 들어, 100ppb 미만 또는 80ppb 미만 또는 60ppb 미만, 1 내지 200ppb의 범위 또는 1 내지 100ppb 범위, 특히 바람직하게는, 1 내지 60ppb의 범위에서 알루미늄을 갖는다.
광 가이드의 바람직한 구체 예에서, 재킷 (M1)은, 다음 특색들 중 적어도 하나, 바람직하게는, 몇 가지 또는 모두를 갖는다:
d) 5x1015/㎤ 미만, 예를 들어, 0.1x1015 내지 3x1015/㎤의 범위, 특히 바람직하게는, 0.5x1015 내지 2.0x1015/㎤의 범위에서 ODC 함량;
e) 1ppm 미만, 예를 들어, 0.5ppm 미만, 특히 바람직하게는, 0.1ppm 미만의 알루미늄과 다른 금속의 금속 함량;
f) log10 (η(1200℃)/dPas) = 13.4 내지 log10 (η(1200℃)/dPas) = 13.9 및/또는 log10 (η(1300℃)/dPas) = 11.5 내지 log10 (η(1300℃)/dPas) = 12.1 및/또는 log10 (η(1350℃)/dPas) = 1.2 내지 log10 (η(1350℃)/dPas) = 10.8의 범위에서 점도 (p=1013 hPa);
g) 6m 초과의 컬 파라미터;
h) 재킷 (M1)의 OH 함량 a)을 기초하여, 10% 이하, 바람직하게는, 5% 이하의 OH 함량의 표준 편차;
i) 재킷 (M1)의 Cl 함량 b)에 기초하여, 10% 이하, 바람직하게는, 5% 이하의 Cl 함량의 표준 편차;
j) 재킷 (M1)의 Al 함량 c)에 기초하여, 10% 이하, 바람직하게는, 5% 이하의 Al 함량의 표준 편차;
k) 1x10-4 미만의 굴절률 균질성;
l) 1150 내지 1250℃, 특히 바람직하게는, 1180 내지 1220℃의 범위에서 변태점 (Tg);
여기서, ppb 및 ppm은 재킷 (M1)의 총 중량에 각각 기초한다.
바람직하게는, 광 가이드의 재킷 (M1)은: a)b), a)c), a)d), b)c), b)d), c)d), a)b)c), a)b)d), b)c)d) 및 a)b)c)d)로 이루어진 군으로부터 선택된 특색들의 조합을 갖는다:
약어 "ODC"는 "산소 결핍 중심 (oxygen deficient centre)"을 의미한다. 본 발명에 따르면, "ODC"는 석영 유리의 이산화규소에서 결함 중심을 의미한다. 본 발명에 따르면, "ODC 함량"은, 석영 유리의, 예를 들어, 재킷 (M1)의 또는 석영 유리체의 ㎤당 ODCs의 함량을 의미한다. 석영 유리에서 ODCs는: ≡Si-Si≡ 및 O=Si: 일 수 있다.
바람직하게는, 재킷 (M1)은, 전체 재킷 (M1)의 ODC 함량에 기초한 각 경우에서, 5x1015/㎤ 미만, 예를 들어, 0.1x1015 내지 3x1015/㎤, 특히 바람직하게는, 0.5x1015 내지 2.0x1015/㎤의 ODC 함량을 갖는다. 재킷 (M1)의 ODC 함량은, 축 방향으로, 방사상으로 또는 축 방향 및 방사상으로 변할 수 있다. 종종, 재킷 (M1)의 측정 지점에서, 전체 재킷 (M1)의 ODC 함량에 기초한 각 경우에서, 1014/㎤까지, 예를 들어, 0.5x1014/㎤까지의 변화는 일어날 수 있다. 바람직하게는, ODC 함량의 변화는, 전체 재킷 (M1)의 ODC 함량에 기초한 각 경우에서, 1013/㎤ 이하이다. 바람직하게는, 재킷 (M1)의 적어도 95%에서, ODC 함량은, 5x1015/㎤ 미만의 범위이다.
바람직하게는, 재킷 (M1)은, 재킷 (M1)의 총 중량에 기초한 각 경우에서, 1000ppb 미만, 예를 들어, 500ppb 미만, 특히 바람직하게는, 100ppb 미만의 알루미늄과 다른 금속의 금속 함량을 갖는다. 종종, 그러나, 재킷 (M1)은, 적어도 1ppb의 알루미늄과 다른 금속의 금속 함량을 갖는다. 이러한 금속은, 예를 들어, 나트륨, 리튬, 칼륨, 마그네슘, 칼슘, 스트론튬, 게르마늄, 구리, 몰리브덴, 티타늄, 철 및 크롬이다. 이들은, 예를 들어, 원소로, 이온으로, 또는 분자 또는 이온 또는 복합물의 일부로서 존재할 수 있다.
재킷 (M1)은, 추가 구성분을 포함할 수 있다. 바람직하게는, 재킷 (M1)은, 500ppm 미만의 추가 구성분, 예를 들어, 450ppm 미만, 특히 바람직하게는, 400ppm 미만을 포함하며, 여기서 ppm은 각 경우에서 재킷 (M1)의 총 중량에 기초한다. 추가 구성분의 예로는, 탄소, 불소, 요오드, 브롬 및 인이다. 이들은, 예를 들어, 원소로, 이온으로, 또는 분자 또는 이온 또는 복합물의 일부로서 존재할 수 있다.
바람직하게는, 재킷 (M1)은, 재킷 (M1)의 총 중량에 기초한 각 경우에서, 50ppm 미만, 예를 들어, 40ppm 미만 또는 30ppm 미만, 특히 바람직하게는, 20ppm 미만의 탄소를 함유한다.
바람직하게는, 재킷 (M1)은, 균질하게 분포된 OH 함량, 염소 함량 또는 알루미늄 함량을 갖는다. 재킷 (M1)의 균질성에 대한 지표는, OH 함량, 염소 함량 또는 알루미늄 함량의 표준 편차이다. 표준 편차는, 이 경우에서, 산술 평균에 대하여, 가변적인 OH 함량, 염소 함량 또는 알루미늄 함량의 값의 확산 폭의 척도이다. 표준 편차를 측정하기 위해, 샘플에서 논의가 되고 있는 성분, 예를 들면, OH, 염소 또는 알루미늄의 함량은, 적어도 7개의 측정 지점에서 측정된다.
바람직하게는, 재킷은 1x10-4 미만의 굴절률 균질성을 갖는다. 굴절률 균질성은, 샘플에서 측정된 모든 굴절률의 평균값에 기초하여, 샘플, 예를 들어, 재킷 (M1) 또는 석영 유리체 내에 각 지점에서 굴절률의 최대 편차이다. 평균값을 측정하기 위해, 굴절률은, 적어도 7개의 측정 지점에서 측정된다. 바람직하게는, 재킷은 1x10-4 미만, 예를 들어, 2x10-5 미만, 특히 바람직하게는, 1x10-5 미만의 굴절률 균질성을 갖는다.
광 가이드의 바람직한 구체 예에서, 재킷 (M1)의 중량으로 함량은, 재킷 (M1) 및 코어의 총 중량에 기초한 각 경우에서, 적어도 60 wt.%, 예를 들어, 적어도 70 wt.%, 특히 바람직하게는, 적어도 80 wt.%이다. 바람직하게는, 재킷 (M1)의 중량으로 함량은, 재킷 (M1), 코어 및 상기 재킷 (M1)과 코어 사이에 위치된 추가 재킷의 총 중량에 기초한 각 경우에서, 적어도 60 wt.%, 예를 들어, 적어도 70 wt.%, 특히 바람직하게는, 적어도 80wt.%이다. 바람직하게는, 재킷 (M1)의 중량으로 함량은, 광 가이드의 총 중량에 기초한 각 경우에서, 적어도 60 wt.%, 예를 들어, 적어도 70 wt.%, 특히 바람직하게는, 적어도 80 wt.%이다.
바람직하게는, 재킷 (M1)은, 2.1 내지 2.3 g/㎤, 특히 바람직하게는, 2.18 내지 2.22 g/㎤의 범위에서 밀도를 갖는다.
재킷 (M1)은, 광 가이드의 코어 또는 코어들을 둘러싼다. 광 가이드가 오직 하나의 코어만을 포함하는 경우, 재킷은 하나의 코어를 둘러싼다. 광 가이드가 하나 이상의 코어를 포함하는 경우, 재킷은, 원칙적으로, 모든 코어가 재킷에 의해 둘러싸이는 것을 보장하는 임의의 형태로 구성될 수 있다. 예를 들어, 다수의 코어는, 번들 (bundle)로서 존재할 수 있다. 이 경우, 번들은 재킷에 의해 둘러싸인다. 또 다른 바람직한 구체 예에 따르면, 재킷은 매트릭스 (matrix)로 구성된다. 매트릭스는, 코어가 재킷에 의해 매립된 및 둘러싸인 재킷을 의미한다. 인접한 코어 사이에는 또한 매립 매트릭스 (embedding matrix)도 있다.
재킷 (M1)은, 바람직하게는, 특색 조합 a)/b)/c)/d) 또는 a)/b)/c)/e) 또는 a)/b)/c/f), 더욱 바람직하게는, 특색 조합 a)/b)/c)/d)/e) 또는 a)/b)/c)/d)/f), 더욱 바람직하게는, 특색 조합 a)/b)/c)/d)/e)/f)을 갖는다.
재킷 (M1)은, 바람직하게는, 특색 조합 a)/b)/c)/d)를 가지며, 여기서 OH 함량은, 5ppm 미만이고, 염소 함량은 40ppm 미만이며, 알루미늄 함량은 80ppb 미만이고, ODC 함량은 0.1x1015 내지 3x1015/㎤의 범위이다.
재킷 (M1)은, 바람직하게는, 특색 조합 a)/b)/c)/e)를 가지며, 여기서, OH 함량은 5ppm 미만이고, 염소 함량은 40ppm 미만이며, 알루미늄 함량은 80ppb 미만이고, 및 알루미늄과 다른 금속의 함량은 0.1ppm 미만이다.
재킷 (M1)은, 바람직하게는, 특색 조합 a)/b)/c)/f)를 가지며, 여기서, OH 함량은 5ppm 미만이고, 염소 함량은 40ppm 미만이며, 알루미늄 함량은 80ppb 미만이고, 및 점도 (p=1013 hPa)는, log10 (η(1200℃)/dPas) = 13.4 내지 log10 (η(1200℃)/dPas) = 13.9의 범위이다.
재킷 (M1)은, 바람직하게는, 특색 조합 a)/b)/c)/d)/e)를 가지며, 여기서, OH 함량은 5ppm 미만이고, 염소 함량은 40ppm 미만이며, 알루미늄 함량은 80ppb 미만이고, ODC 함량은 0.1x1015 내지 3x1015/㎤이며, 및 알루미늄과 다른 금속의 총 함량은 0.1ppm 미만이다.
재킷 (M1)은, 바람직하게는, 특색 조합 a)/b)/c)/d)/f)를 가지며, 여기서, OH 함량은 5ppm 미만이고, 염소 함량은 40ppm 미만이며, 알루미늄 함량은 80ppb 미만이고, ODC 함량은 0.1x1015 내지 3x1015/㎤의 범위이며, 및 점도 (p=1013 hPa)는, log10 (η(1200℃)/dPas) = 13.4 내지 log10 (η(1200℃)/dPas) = 13.9의 범위이다.
재킷 (M1)은, 바람직하게는, 특색 조합 a)/b)/c)/e)/f)를 가지며, 여기서, OH 함량은 5ppm 미만이고, 염소 함량은 40ppm 미만이며, 알루미늄 함량은 80ppb 미만이고, 알루미늄과 다른 금속의 총 함량은 0.1ppm 미만이며 및 점도 (p=1013 hPa)는, log10 (η(1200℃)/dPas) = 13.4 내지 log10 (η(1200℃)/dPas) = 13.9의 범위이다.
재킷 (M1)은, 바람직하게는, 특색 조합 a)/b)/c)/d)/e)/f)를 가지며, 여기서, OH 함량은 5ppm 미만이고, 염소 함량은 40ppm 미만이며, 알루미늄 함량은 80ppb 미만이고, ODC 함량은 0.1x1015 내지 3x1015/㎤의 범위이며, 알루미늄과 다른 금속의 총 함량은 0.1ppm 미만이고 및 점도 (p=1013 hPa)는 log10 (η(1200℃)/dPas) = 13.4 내지 log10 (η(1200℃)/dPas) = 13.9의 범위이다.
이산화규소 과립 I
본 발명의 제2 관점은, 하기 특색을 특징으로 하는 이산화규소 과립 I이다:
[A] 200ppm 미만, 바람직하게는, 150ppm 미만, 예를 들어, 100ppm 미만, 또는 50ppm 미만 또는 1ppm 미만, 또는 500ppb 미만, 또는 200ppb 미만, 또는 1ppb 내지 200ppm 미만, 또는 1ppb 내지 100ppm, 또는 1ppb 내지 1ppm, 또는 10ppb 내지 500ppb의 범위, 또는 10ppb 내지 200ppb, 특히 바람직하게는, 1ppb 내지 80ppb의 염소 함량; 및
[B] 200ppb 미만, 바람직하게는, 100ppb 미만, 예를 들어, 50ppb 미만 또는 1 내지 200ppb 또는 1 내지 100ppb, 특히 바람직하게는, 1 내지 50ppb의 알루미늄 함량;
여기서, ppb 및 ppm은 이산화규소 과립 I의 총 중량에 기초한다.
분말은 1 내지 100㎚ 미만의 범위에서 일차 입자 크기를 갖는 건조 고체 물질의 입자를 의미한다.
이산화규소 과립은 이산화규소 분말을 과립화에 의해 얻어질 수 있다. 이산화규소 과립은 일반적으로 3㎡/g 이상의 BET 표면적 및 1.5 g/㎤ 미만의 밀도를 갖는다. 과립화는 분말 입자를 미소체 (granules)로 변형시키는 것을 의미한다. 과립화 동안, 다수의 이산화규소 분말 입자의 클러스터, 즉, 더 큰 응집체는, "이산화규소 미소체"로 지칭되는 것을 형성한다. 이들은 종종 "이산화규소 과립 입자" 또는 "과립 입자"로도 불린다. 집합적으로, 미소체는 과립을 형성하는데, 예를 들어, 이산화규소 미소체는 "이산화규소 과립"을 형성한다. 이산화규소 과립은 이산화규소 분말보다 더 큰 입경을 갖는다.
분말을 과립으로 변형시키기 위한, 과립화 과정은, 이하 좀 더 상세히 기재될 것이다.
본 맥락에서 이산화규소 결정립 (grain)은, 이산화규소 몸체, 특히 석영 유리체의 크기를 감소시켜 얻을 수 있는 이산화규소 입자를 의미한다. 이산화규소 결정립은, 일반적으로 1.2g/㎤ 이상, 예를 들어, 1.2 내지 2.2g/㎤의 범위, 및 특히 바람직하게는, 약 2.2g/㎤의 밀도를 갖는다. 더군다나, 이산화규소 결정립의 BET 표면적은, 일반적으로 DIN ISO 9277:2014-01에 따라 결정되어, 1㎡/g 미만인 것이 바람직하다.
원칙적으로, 당업자에 의해 적절한 것으로 고려되는 모든 이산화규소 입자는, 선택될 수 있다. 바람직하게는, 이산화규소 과립 및 이산화규소 결정립이다.
입경 또는 입자 크기는, 식
Figure pct00001
에 따라 "면적 등가 원형 직경 (xAi)"으로 제공되는, 입자의 직경을 의미하고, 여기서 Ai는 이미지 분석에 의한 관찰된 입자의 표면적을 나타낸다. 측정을 위한 적절한 방법은, 예를 들어, ISO 13322-1:2014 또는 ISO 13322-2:2009이다. "더 큰 입경"과 같은 비교 개시는, 항상 비교될 값이 동일한 방법으로 측정된다는 것을 의미한다.
이산화규소 과립 I의 바람직한 구체 예에서, 이것은, 하기 특색 중 적어도 하나, 바람직하게는, 몇 가지 또는 모두를 특징으로 한다:
[C] 1000ppb 미만, 바람직하게는, 40 내지 900ppb, 예를 들어, 50 내지 700ppb, 특히 바람직하게는, 60 내지 500ppb의 범위에서 알루미늄과 다른 금속의 금속 함량;
[D] 20 내지 50㎡/g의 범위, 예를 들어, 20 내지 40㎡/g의 범위; 특히 바람직하게는, 25 내지 35㎡/g의 범위에서 BET 표면적; 여기서 미세기공 함량은, 바람직하게는, 4 내지 5㎡/g 범위; 예를 들어, 4.1 내지 4.9㎡/g의 범위; 특히 바람직하게는, 4.2 내지 4.8㎡/g의 범위에서 BET 표면적을 차지한다;
[E] 0.1 내지 1.5 mL/g의 범위, 예를 들어, 0.15 내지 1.1 mL/g, 특히 바람직하게는, 0.2 내지 0.8 mL/g의 범위에서 기공 부피;
[F] 10 wt.% 미만, 바람직하게는, 0.01 wt.% 내지 5 wt.%, 예를 들어, 0.02 내지 1 wt.%, 특히 바람직하게는, 0.03 내지 0.5 wt.%의 잔류 수분 함량;
[G] 0.5 내지 1.2 g/㎤의 범위, 예를 들어, 0.6 내지 1.1 g/㎤의 범위, 특히 바람직하게는, 0.7 내지 1.0 g/㎤의 범위에서 벌크 밀도;
[H] 0.5 내지 1.2　g/㎤의 범위, 예를 들어, 0.6 내지 1.1 g/㎤, 특히 바람직하게는, 0.75 내지 1.0 g/㎤의 범위에서 다짐 밀도;
[I] 50ppm 미만의 탄소 함량;
[J] 50 내지 150㎛ 범위의 입자 크기 분포 D10;
[K] 150 내지 300㎛ 범위의 입자 크기 분포 D50;
[L] 250 내지 620㎛ 범위의 입자 크기 분포 D90;
여기서, wt.%, ppb 및 ppm은, 이산화규소 과립 I의 총 중량에 기초한다.
좀 더 바람직하게는, 이산화규소 과립 I의 미소체는, 구형 모폴리지를 갖는다. 구형 모폴리지는, 원형 내지 타원형 형태의 입자를 의미한다. 이산화규소 과립 I의 미소체는, 바람직하게는, 0.7 내지 1.3 SPHT3 범위의 평균 구형도, 예를 들어, 0.8 내지 1.2 SPHT3 범위의 평균 구형도, 특히 바람직하게는, 0.85 내지 1.1 범위의 평균 구형도를 갖는다. 특색 SPHT3은 시험 방법에 기재된다.
좀 더 바람직하게는, 이산화규소 과립의 미소체는, 0.7 내지 1.3 Symm3 범위의 평균 대칭성, 예를 들어, 0.8 내지 1.2 Symm3 범위의 평균 대칭성, 특히 바람직하게는, 0.85 내지 1.1 Symm3 범위의 평균 대칭성을 갖는다. 평균 대칭성 Symm3의 특색은 시험 방법에 기재된다.
이산화규소 과립 I은, 예를 들어, 분자, 이온 또는 원소의 형태로 추가 구성분을 포함할 수 있다. 바람직하게는, 이산화규소 과립 I은, 이산화규소 과립 I의 총 중량에 기초한 각 경우에서, 500ppm 미만, 예를 들어, 200ppm 미만, 특히 바람직하게는, 100ppm 미만의 추가 구성분을 포함한다. 추가 구성분은, 탄소, 불화물, 요오드화물, 브롬화물, 인 또는 이들 중 적어도 둘의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있다. 바람직하게는, 이산화규소 과립 I은, 이산화규소 입자 I의 총 중량에 기초한 각 경우에서, 50ppm 미만, 예를 들어, 40ppm 미만 또는 30ppm 미만, 특히 바람직하게는, 20ppm 미만의 탄소를 포함한다. 바람직하게는, 이산화규소 과립 I은, 이산화규소 과립 I의 총 중량에 기초한 각 경우에서, 이산화규소, OH 이온, 염소/염화물, 또는 알루미늄 이외의 100ppm 미만의 구성분, 예를 들어, 70ppm 미만, 특히 바람직하게는, 50ppm 미만의 구성분을 포함한다.
이산화규소 과립 I은, 바람직하게는, 2.1 내지 2.3 g/㎤, 특히 바람직하게는, 2.18 내지 2.22 g/㎤의 범위에서 밀도를 갖는다.
벌크 밀도 및 다짐 밀도의 정의는, 이산화규소 과립의 제조 공정과 같다.
이산화규소 과립 I은, 바람직하게는, 200 내지 300㎛, 예를 들어, 220 내지 280㎛, 특히 바람직하게는, 230 내지 270㎛의 범위에서 평균 입자 크기를 갖는다.
이산화규소 과립 I은, 150 내지 300㎛, 바람직하게는, 180 내지 280㎛, 특히 바람직하게는, 220 내지 270㎛의 범위에서 입자 크기 D50을 갖는다. 좀 더 바람직하게는, 이산화규소 과립 I은, 50 내지 150㎛, 예를 들어, 80 내지 150㎛, 특히 바람직하게는, 100 내지 150㎛의 범위에서 입자 크기 D10을 갖는다. 좀 더 바람직하게는, 이산화규소 과립 I은, 250 내지 620㎛ 범위, 예를 들어, 280 내지 550㎛ 범위, 특히 바람직하게는, 300 내지 450㎛의 범위에서 입자 크기 D90을 갖는다.
이산화규소 과립 I은, 바람직하게는, 특색 조합 [A]/[B]/[D] 또는 [A]/[B]/[G] 또는 [A]/[B]/[K], 좀 더 바람직하게는, 특색 조합 [A]/[B]/[D]/[G] 또는 [A]/[B]/[D]/[K] 또는 [A]/[B]/[G]/[K], 더욱 바람직하게는, 특색 조합 [A]/[B]/[D]/[G]/[K]를 갖는다.
이산화규소 과립 I은, 바람직하게는, 특색 조합 [A]/[B]/[D]를 가지며, 여기서 염소 함량은 100ppm 미만이고, 알루미늄 함량은 100ppb 미만이며, 및 BET 표면적은 10 내지 40㎡/g의 범위이다.
이산화규소 과립 I은, 바람직하게는, 특색 조합 [A]/[B]/[G]를 가지며, 여기서 염소 함량은 100ppm 미만이고, 알루미늄 함량은 100ppb 미만이며, 및 벌크 부피는 0.6 내지 1.1g/㎤의 범위이다.
이산화규소 과립 I은, 특색 조합 [A]/[B]/[K]를 가지며, 여기서, 염소 함량은 100ppm 미만이고, 알루미늄 함량은 100ppb 미만이며, 및 입자 크기 분포 D50은 150 내지 300㎛의 범위이다.
이산화규소 과립 I은, 바람직하게는, 특색 조합 [A]/[B]/[D]/[G]을 가지며, 여기서, 염소 함량은 100ppm 미만이고, 알루미늄 함량은 100ppb 미만이며, BET 표면적은 10 내지 40㎡/g의 범위이고, 및 벌크 밀도는 0.6 내지 1.1 g/㎤의 범위이다.
이산화규소 과립 I은, 바람직하게는, 특색 조합 [A]/[B]/[D]/[K]를 가지며, 여기서, 염소 함량은 100ppm 미만이고, 알루미늄 함량은 100ppb 미만이며, BET 표면적은 10 내지 40㎡/g의 범위이고, 및 입자 크기 분포 D50은 150 내지 300㎛의 범위이다.
이산화규소 과립 I은, 바람직하게는, 특색 조합 [A]/[B]/[G]/[K]를 가지며, 여기서, 염소 함량은 100ppm 미만이고, 알루미늄 함량은 100ppb 미만이며, 벌크 밀도는 0.6 내지 1.1 g/㎤의 범위이고, 및 입자 크기 분포 D50은 150 내지 300㎛의 범위이다.
이산화규소 과립 I은, 바람직하게는, 특색 조합 [A]/[B]/[D]/[G]/[K]를 가지며, 여기서, 염소 함량은 100ppm 미만이고, 알루미늄 함량은 100ppb 미만이며, BET 표면적은 10 내지 40㎡/g의 범위이고, 벌크 밀도는 0.6 내지 1.1 g/㎤의 범위이며, 및 입자 크기 분포 D50은 150 내지 300㎛의 범위이다.
입자 크기는, 이산화규소 분말, 슬러리 또는 이산화규소 과립에 존재하는, 응집된 일차 입자들의 입자의 크기를 의미한다. 평균 입자 크기는, 논의가 되고 있는 물질의 모든 입자 크기의 산술 평균을 의미한다. D50 값은, 입자의 총수에 기초하여, 입자의 50%가 표시된 값보다 작은 것을 나타낸다. D10 값은, 입자의 총수에 기초하여, 입자의 10%가 표시된 값보다 작은 것을 나타낸다. D90 값은, 입자의 총수에 기초하여, 입자의 90%가 표시된 값보다 작은 것을 나타낸다. 입자 크기는, ISO 13322-2:2006-11에 따른 동적 사진 분석 과정에 의해 측정된다.
본 발명의 제3 관점은, 이산화규소 과립 I의 제조 공정에 관한 것이다. 이 공정은 하기 단계를 포함한다:
I. 이산화규소 분말을 제공하는 단계;
Ⅱ. 액체를 제공하는 단계;
Ⅲ. 단계 Ⅰ. 및 Ⅱ. 유래의 구성요소를 혼합하여 슬러리를 얻는, 혼합 단계; 및
Ⅳ. 상기 슬러리를 분무 건조시켜, 바람직하게는, 분무 과립화에 의해 이산화규소 과립 I을 얻는, 분무 건조 단계.
이산화규소 분말은 하기의 특색을 갖는다:
a. 이산화규소 분말의 총 중량에 기초한 각 경우에서, 200ppm 미만, 예를 들어, 1ppb 내지 150ppm 또는 10ppb 내지 100ppm, 특히 바람직하게는, 100ppb 내지 80ppm 범위의 염소 함량; 및
b. 이산화규소 분말의 총 중량에 기초한 각 경우에서, 200ppb 미만, 예를 들어, 1 내지 150ppb 또는 1 내지 100ppb, 특히 바람직하게는, 1 내지 80ppb 범위의 알루미늄 함량,
여기서, ppb 및 ppm은 이산화규소 분말의 총 중량에 각각 기초한다.
이산화규소 분말은, 바람직하게는, 하기 특색 중 적어도 하나, 예를 들어, 적어도 2 또는 적어도 3 또는 적어도 4, 특히 바람직하게는, 모두를 갖는다:
c. 20 내지 60㎡/g, 예를 들어, 25 내지 55㎡/g, 또는 30 내지 50㎡/g, 특히 바람직하게는, 20 내지 40㎡/g의 범위에서 BET 표면적;
d. 0.01 내지 0.3 g/㎤ 범위, 예를 들어, 0.02 내지 0.2 g/㎤ 범위, 바람직하게는, 0.03 내지 0.15 g/㎤ 범위의 벌크 밀도;
e. 50ppm 미만의 탄소 함량;
f. 5ppm 미만, 예를 들어, 2ppm 미만, 특히 바람직하게는, 1ppb 내지 1ppm의 알루미늄과 다른 금속의 총 함량;
g. 분말 입자의 적어도 70 wt.%가 10 내지 100nm의 범위, 예를 들어, 15 내지 100nm 미만의 범위, 특히 바람직하게는, 20 내지 100nm 미만의 범위에서 일차 입자 크기를 가짐;
h. 0.001 내지 0.3 g/㎤의 범위, 예를 들어, 0.002 내지 0.2 g/㎤ 또는 0.005 내지 0.1 g/㎤의 범위, 바람직하게는, 0.01 내지 0.06 g/㎤의 범위에서 다짐 밀도;
i. 5 wt.% 미만, 예를 들어, 0.25 내지 3 wt.% 범위, 특히 바람직하게는, 0.5 내지 2 wt.%의 범위에서 잔류 수분 함량;
j. 1 내지 7㎛ 범위, 예를 들어, 2 내지 6㎛ 범위 또는 3 내지 5㎛ 범위, 특히 바람직하게는, 3.5 내지 4.5㎛ 범위의 입자 크기 분포 D10;
k. 6 내지 15㎛ 범위, 예를 들어, 7 내지 13㎛ 범위 또는 8 내지 11㎛ 범위, 특히 바람직하게는, 8.5 내지 10.5㎛ 범위의 입자 크기 분포 D50;
l. 10 내지 40㎛ 범위, 예를 들어, 15 내지 35㎛ 범위, 특히 바람직하게는, 20 내지 30㎛ 범위의 입자 크기 분포 D90;
여기서, wt.%, ppb 및 ppm은, 이산화규소 분말의 총 중량에 각각 기초한다.
이산화규소 분말
이산화규소 일차 입자는, 합성 석영 유리의 제조시 소위 "수트 (Soot)"로서 축적된다. "수트"는 화염 가수분해 버너의 작동 동안 침착될 수 있다. 이를 위해, 원통형 재킷 표면 (cylinder jacket surface)을 갖는 회전 캐리어 튜브 (rotating carrier tube)는 한 줄로 늘어선 버너를 따라 전후로 이동된다. 이를 위해, 산소 및 수소는, 이산화규소 입자를 형성하기 위한 출발 물질뿐만 아니라 연료로서 화염 가수분해 버너에 주입될 수 있다. 화염 가수분해에 의해 생성된 이산화규소 일차 입자는 결집 및 응집되어, 나노 영역의 입자 크기를 갖는 이산화규소 수트 입자를 산출한다. 이들 이산화규소 수트 입자는, 길이 축에 대하여 회전하는 캐리어 튜브의 원통형 재킷 층 상에 침착되며, 이에 의해 점진적으로, 한 시트씩, 소위 수트 몸체는 형성된다. 이산화규소 수트 입자의 또 다른 부분은, 수트 몸체로 형성되지 않고, 결국 여과 시스템으로 추출된다. 이들 이산화규소 수트 입자는, 소위 "수트 먼지 (soot dust)"로 축적된다. "수트 먼지"는, 종종 이전에 언급된 수트 몸체 루트를 통해 석영 유리의 제조를 위한 공정의 부산물이다. 부-산물은, 종종 비용 및 노력을 들여 폐기된다. 본 발명의 경우에서, 이것은, 출발 물질로서 사용될 수 있고, 및 이하에서 "이산화규소 분말"로 지칭된다.
따라서, 석영 유리의 제조에서 부산물로서 생성되는 수트 먼지는, 본 발명에 따른 청구 범위에서 "이산화규소 분말"의 공급원이다.
화염 가수분해에 의한 수트 먼지로서 이산화규소 분말을 의도적으로 생성하는 것은, 이산화규소 분말을 합성하는 선택적인 수단이다. 이 경우, 화염 가수분해에서 형성된 이산화규소 입자는, 응집체 또는 결집체를 형성하기 전에 제거된다. 이 경우, 수트 먼지는 일차 생성물이다. 이는 본 발명에 따른 청구 범위에서 이산화규소 분말의 제2 공급원이다.
이산화규소 분말을 생성하기 위한 적절한 원료는, 바람직하게는, 실록산, 실리콘 알콕사이드 및 무기 규소 화합물이다. 실록산은, 선형 및 환형 폴리알킬실록산을 의미한다. 바람직하게는, 폴리알킬실록산은 하기 화학식 1을 가지며,
[화학식 1]
SipOpR2p,
여기서, p는 적어도 2, 바람직하게는, 2 내지 10, 특히 바람직하게는, 3 내지 5의 정수이고, 및 R은 1 내지 8의 C-원자, 바람직하게는, 1 내지 4의 C-원자를 갖는 알킬기, 특히 바람직하게는, 메틸기이다.
특히 바람직하게는, 헥사메틸디실록산, 헥사메틸시클로트리실록산 (D3), 옥타메틸시클로테트라실록산 (D4) 및 데카메틸시클로펜타실록산 (D5) 또는 이들의 둘 이상의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 실록산이다. 실록산이 D3, D4 및 D5를 포함하는 경우, 그러면, D4는 주성분인 것이 바람직하다. 주성분은, 이산화규소 분말의 총 양에 기초한 각 경우에, 바람직하게는, 적어도 70 wt.%, 바람직하게는, 적어도 80 wt.%, 예를 들어, 적어도 90 wt.% 또는 적어도 94 wt.%, 특히 바람직하게는, 적어도 98 wt.%의 양으로 존재한다. 바람직한 실리콘 알콕사이드는, 테트라메톡시실란 및 메틸트리메톡시실란이다. 이산화규소 분말의 원료로서 바람직한 무기 규소 화합물은, 실리콘 할로겐, 실리케이트, 탄화규소 및 질화규소이다. 이산화규소 분말의 원료로서 특히 바람직한 무기 규소 화합물은, 탄화규소 및 질화규소이다. 이산화규소 분말의 원료로서 특히 바람직한 무기 규소 화합물은, SiCl4 및 SiHCl3이다.
이산화규소 분말은 이산화규소를 함유한다. 바람직하게는, 이산화규소 분말은, 이산화규소 분말의 총 중량에 기초한 각 경우에서, 95wt.% 초과, 예를 들어, 98wt.% 초과, 또는 99wt.% 초과, 또는 99.9 wt.% 초과의 이산화규소의 비율을 함유한다. 특히 바람직하게는, 이산화규소 분말은, 이산화규소 분말의 총 중량에 기초하여, 99.99 wt.% 초과의 이산화규소의 비율을 함유한다.
바람직하게는, 이산화규소 분말은 이산화규소 분말의 총 중량에 기초한 각 경우에서, 1000ppb 미만, 예를 들어, 800ppb 미만 또는 500ppb 미만 또는 300ppb 미만, 특히 바람직하게는, 150ppb 미만의 알루미늄과 다른 금속의 금속 함량을 갖는다. 종종, 그러나, 이산화규소 분말은 적어도 1ppb의 알루미늄과 다른 금속 함량을 갖는다. 이러한 금속은, 예를 들어, 나트륨, 리튬, 칼륨, 마그네슘, 칼슘, 스트론튬, 게르마늄, 구리, 몰리브덴, 티타늄, 철 및 크롬이다. 이들은, 예를 들어, 원소로, 이온으로, 또는 분자 또는 이온 또는 복합물의 일부로서 존재할 수 있다.
바람직하게는, 이산화규소 분말은, 1000ppb 미만, 예를 들어, 700ppb 미만 또는 500ppb 미만 또는 300ppb 미만, 특히 바람직하게는, 200ppb 미만의 총 불순물 함량을 가지며, 각 경우에서 ppb는, 이산화규소 분말의 총 중량에 기초한다.
바람직하게는, 분말 입자의 수에 기초하여, 이산화규소 분말의 분말 입자의 적어도 70%는, 100㎚ 미만, 예를 들어, 10 내지 100㎚ 미만 또는 15 내지 100㎚ 미만, 특히 바람직하게는, 20 내지 100㎚ 미만의 일차 입자 크기를 갖는다. 일차 입자 크기는 ISO 13320:2009-10에 따라 동적 광 산란에 의해 측정된다.
바람직하게는, 분말 입자의 수에 기초하여, 이산화규소 분말의 분말 입자의 적어도 75%는, 100㎚ 미만, 예를 들어, 10 내지 100㎚ 미만 또는 15 내지 100㎚ 미만, 및 특히 바람직하게는, 20 내지 100㎚ 미만의 일차 입자 크기를 갖는다.
바람직하게는, 분말 입자의 수에 기초하여, 이산화규소 분말의 분말 입자의 적어도 80%는, 100㎚ 미만, 예를 들어, 10 내지 100㎚ 미만 또는 15 내지 100㎚ 미만, 및 특히 바람직하게는, 20 내지 100㎚ 미만의 범위에서 일차 입자 크기를 갖는다.
바람직하게는, 분말 입자의 수에 기초하여, 이산화규소 분말의 분말 입자의 적어도 85%는, 100㎚ 미만, 예를 들어, 10 내지 100㎚ 미만 또는 15 내지 100㎚ 미만, 및 특히 바람직하게는, 20 내지 100㎚ 미만의 범위에서 일차 입자 크기를 갖는다.
바람직하게는, 분말 입자의 수에 기초하여, 이산화규소 분말의 분말 입자의 적어도 90%는, 100㎚ 미만, 예를 들어, 10 내지 100㎚ 미만 또는 15 내지 100㎚ 미만, 및 특히 바람직하게는, 20 내지 100㎚ 미만의 범위에서 일차 입자 크기를 갖는다.
바람직하게는, 분말 입자의 수에 기초하여, 이산화규소 분말의 분말 입자의 적어도 95%는, 100㎚ 미만, 예를 들어, 10 내지 100㎚ 미만 또는 15 내지 100㎚ 미만, 및 특히 바람직하게는, 20 내지 100㎚ 미만의 범위에서 일차 입자 크기를 갖는다.
바람직하게는, 이산화규소 분말은, 1 내지 7㎛ 범위, 예를 들어, 2 내지 6㎛ 범위 또는 3 내지 5㎛ 범위, 특히 바람직하게는, 3.5 내지 4.5㎛의 범위에서 입자 크기 D10을 갖는다. 바람직하게는, 이산화규소 분말은, 6 내지 15㎛ 범위, 예를 들어, 7 내지 13㎛ 범위 또는 8 내지 11㎛ 범위, 특히 바람직하게는, 8.5 내지 10.5㎛의 범위에서 입자 크기 D50을 갖는다. 바람직하게는, 이산화규소 분말은, 10 내지 40㎛ 범위, 예를 들어, 15 내지 35㎛ 범위, 특히 바람직하게는, 20 내지 30㎛의 범위에서 입자 크기 D90을 갖는다.
이산화규소 분말의 출발 물질이 D3, D4 및 D5를 포함하는 혼합물인 경우, 이산화규소 분말은, 바람직하게 D3 및 D5를 1:100 내지 100:1 범위의 비율로, 예를 들어, 1:50 내지 50:1 또는 1:25 내지 25:1의 비율로, 특히 바람직하게는, 1:10 내지 10:1의 비율로 포함한다.
바람직하게는, 이산화규소 분말은, 10 내지 60㎡/g의 범위, 예를 들어, 15 내지 50㎡/g, 특히 바람직하게는, 20 내지 40㎡/g의 비표면적 (BET-표면적)을 갖는다. BET 표면적은, 연구 중인 표면에서 가스 흡수 (gas absorption)에 기초하고 및 DIN ISO 9277:2014-01에 따라 Brunauer, Emmet 및 Teller (BET)의 방법으로 측정된다.
바람직하게는, 이산화규소 분말은, 7 미만, 예를 들어, 3 내지 6.5 또는 3.5 내지 6 또는 4 내지 5.5, 특히 바람직하게는, 4.5 내지 5 범위의 pH 값을 갖는다. pH 값은, 단일 막대 측정 전극의 수단에 의해 측정될 수 있다. (수중 이산화규소 분말 4 wt.%).
이산화규소 분말은, 바람직하게는, 특성 조합 a./b./c. 또는 a./b./d. 또는 a./b./e., 좀 더 바람직하게는, 특성 조합 a./b./c./d. 또는 a./b./c./e. 또는 a./b./d./e., 더욱 바람직하게는, 특성 조합 a./b./c./e./e를 갖는다.
이산화규소 분말은, 바람직하게는, 특성 조합 a./b./c.를 가지며, 여기서, 염소 함량은 1ppb 내지 150ppm이고, 알루미늄 함량은 1 내지 150ppb이며, 및 BET 표면적은 20 내지 40㎡/g의 범위이다.
이산화규소 분말은, 바람직하게는, 특성 조합 a./b./d.를 가지며, 여기서, 염소 함량은 1ppb 내지 150ppm이고, 알루미늄 함량은 1 내지 150ppb이며, 및 입자 크기 분포 D50은 7 내지 13㎛의 범위이다.
이산화규소 분말은, 바람직하게는, 특성 조합 a./b./e를 가지며, 여기서, 염소 함량은 1ppb 내지 150ppm 범위이고, 알루미늄 함량은 1 내지 150ppb 범위이며, 및 벌크 밀도는 0.02 내지 0.2 g/㎤의 범위이다.
이산화규소 분말은, 바람직하게는, 특성 조합 a./b./c./d.를 가지며, 여기서, 염소 함량은 1ppb 내지 150ppm의 범위이고, 알루미늄 함량은 1 내지 150ppb의 범위이며, BET 표면적은 20 내지 40㎡/g의 범위이고, 및 입자 크기 분포 D50은 7 내지 13㎛의 범위이다.
이산화규소 분말은, 더욱 바람직하게는, 특성 조합 a./b./c./e를 가지며, 여기서, 염소 함량은 1ppb 내지 150ppm이고, 알루미늄 함량은 1 내지 150ppb이며, BET 표면적은 20 내지 40㎡/g의 범위이고, 및 벌크 밀도는 0.02 내지 0.2 g/㎤의 범위이다.
이산화규소 분말은, 더욱 바람직하게는, 특성 조합 a./b./d./e.를 가지며, 여기서, 염소 함량은 1ppb 내지 150ppm이고, 알루미늄 함량은 1 내지 150ppb 범위이며, 입자 크기 분포 D50은 7 내지 13㎛의 범위이고 및 벌크 밀도는 0.02 내지 0.2 g/㎤의 범위이다.
이산화규소 분말은, 더욱 바람직하게는, 특성 조합 a./b./d./e.를 가지며, 여기서, 염소 함량은 1ppb 내지 150ppm이고, 알루미늄 함량은 1 내지 150ppb 범위이며, 입자 크기 분포 D50은 7 내지 13㎛의 범위이고 및 벌크 밀도는 0.02 내지 0.2 g/㎤의 범위이다.
액체
액체는, 바람직하게는, 이산화규소 분말의 용해도가 0.5g/L 용매 미만, 바람직하게는, 0.25g/L 용매 미만, 특히 바람직하게는, 0.15g/L 용매 미만인 용매로 이루어진 군으로부터 선택된다.
적합한 액체는, 예를 들어, 극성 용매이다. 바람직하게는, 액체는, 물, 메탄올, 에탄올, n- 프로판올, 이소-프로판올, n- 부탄올, tert-부탄올 및 이들 중 하나 이상으로 이루어진 군으로부터 선택된다. 특히 바람직하게는, 액체는 물이다. 특히 바람직하게는, 액체는, 증류수 또는 탈 이온수이다.
슬러리
이산화규소 분말은, 더욱 가공되어 슬러리를 얻는다. "슬러리"는, 액체 및 이산화규소 분말의 현탁액 (suspension)을 의미한다. 이산화규소 분말은, 실온에서 액체에 거의 불용성이지만, 고 중량 비율로 액체에 도입되어 슬러리를 얻을 수 있다.
이산화규소 분말 및 액체는 임의의 방식으로 혼합될 수 있다. 예를 들어, 이산화규소 분말은, 액체에 첨가되거나 또는 이산화규소 분말에 액체를 첨가한 후, 교반되거나 또는 진동될 수 있다. 바람직하게는, 이산화규소 분말은, 교반 하에 액체에 첨가될 수 있다. 더욱 바람직하게는, 이산화규소 분말의 일부는 액체에 첨가될 수 있고 및 그렇게 얻어진 혼합물은, 이산화규소 분말의 나머지 부분과 혼합될 수 있다. 또한, 액체의 일부는, 이산화규소 분말에 첨가될 수 있고 및 그렇게 얻어진 혼합물은, 액체의 나머지 부분과 혼합될 수 있다.
이산화규소 분말 및 액체를 혼합하여, 액체에서 이산화규소 분말의 슬러리는 얻어진다. 바람직하게는, 슬러리는, 이산화규소 분말이 액체 중에 균질하게 분포되는, 현탁액이다. "균질"은, 각 지점에서 슬러리의 밀도 및 조성물이, 슬러리의 총량에 기초한 각 경우에서, 평균 밀도 및 조성물로부터 10% 이하로 변하는 것을 의미한다.
바람직하게는, 슬러리는, 1000 내지 2000g/L의 범위, 예를 들어, 1200 내지 1900g/L의 범위 또는 1300 내지 1800g/L의 범위, 특히 바람직하게는, 1400 내지 1700g/L의 범위에서 리터 당 중량을 갖는다. 리터당 중량은 부피 측정 용기 (calibrated container)를 칭량 (weighing)하여 측정된다.
바람직하게는, 슬러리는, 7 미만, 예를 들어, 1 내지 5 범위 또는 2 내지 4 범위, 특히 바람직하게는, 3 내지 3.5의 범위에서 등전점 (isoelectric point)을 갖는다. "등전점"은, 제타 전위가 0인 pH 값을 의미한다. 이 pH 값에서, 액체에 현탁된 고체의 표면은, 전하를 가지지 않는다. 등전점 위의 pH 값에서, 액체에 현탁된 고체의 표면은 음전하를 띠며, 등전점 아래의 pH에서 양전하를 띈다. 제타 전위는, ISO 13099-2:2012에 따라 측정된다.
바람직하게는, 슬러리는, 적어도 7, 예를 들어, 7 초과의 값 또는 7.5 내지 13 또는 8 내지 11, 특히 바람직하게는, 8.5 내지 10 범위의 pH 값으로 설정된 pH를 가질 수 있다. 바람직하게는, 슬러리의 pH 값은, NaOH 또는 NH3를 사용하여, 예를 들어, 수용액으로서 설정될 수 있다.
바람직하게는, 슬러리의 고체 함량은, 슬러리의 총 중량에 기초한 각 경우에서, 적어도 40 wt.%, 예를 들어, 45 내지 90 wt.%, 또는 50 내지 80 wt.%, 또는 55 내지 75 wt.%, 또는 특히 바람직하게는, 60 내지 70 wt.%이다.
수중에 30 wt.%의 고체 함량에서, 슬러리의 점도는, 500 내지 2000 mPa*s의 범위, 예를 들어, 600 내지 1700 mPa*s의 범위, 특히 바람직하게는, 1000 내지 1600 mPa*s의 범위이다. 점도는 DIN53019-1 (30%, 23℃, 물, 5rpm)에 따라 측정된다.
바람직하게는, 슬러리는 요변성 거동 (thixotropic beaviour)을 갖는다. 요변성 지수는, 3 내지 6 범위, 예를 들어, 3.5 내지 5 범위, 특히 바람직하게는, 4.0 내지 4.5의 범위이다. 요변성 지수는, DIN SPEC 91143-2 (30%, 23℃, 물, 5rpm, 50rpm)에 따라 측정된다.
이산화규소 분말은, 둘 이상의 분말 입자의 클러스터링 (clustering)에 의해 슬러리에서 형성된다. 바람직하게는, 입자는, 4 wt.% 수성 슬러리에서 100 내지 500㎚의 범위, 특히 바람직하게는, 200 내지 300㎚의 범위에서 평균 입자 크기를 갖는다. 바람직하게는, 입자는, 4 wt.% 수성 슬러리에서 50 내지 250nm의 범위, 특히 바람직하게는, 100 내지 150nm의 범위에서 입자 크기 D10을 갖는다. 바람직하게는, 입자는, 4 wt.% 수성 슬러리에서 100 내지 400㎚, 특히 바람직하게는, 200 내지 250㎚의 범위에서 입자 크기 D50을 갖는다. 바람직하게는, 입자는, 4 wt.% 수성 슬러리에서 200 내지 600㎚, 특히 바람직하게는, 350 내지 400㎚의 범위에서 입자 크기 D90을 갖는다.
과립화
이산화규소 과립은, 과립화에 의해 이산화규소 분말로부터 얻어진다. 과립화는 분말 입자를 미소체로의 변형을 의미한다. 과립화 동안, "이산화규소 미소체"로 언급되는 더 큰 응집체는, 다중 이산화규소 분말 입자의 응집에 의해 형성된다. 이는 종종 "이산화규소 입자", "이산화규소 과립 입자" 또는 "과립 입자"로도 불린다. 집합적으로, 미소체는 과립으로 구성되고, 예를 들어, 이산화규소 미소체는 "이산화규소 과립"으로 구성된다.
본 경우에서, 기술분야의 당업자에게 알려지고 및 이산화규소 분말의 과립화를 위해 적절한 것으로 판단되는 임의의 과립화 공정은, 원칙적으로 선택될 수 있다. 과립화 공정은, 응집 과립화 공정 또는 가압 과립화 공정으로 분류될 수 있으며, 및 습식 및 건식 과립 공정으로 더욱 분류된다. 공지의 방법은, 과립화 플레이트에서의 롤 과립화, 분무 과립화, 원심력 분쇄, 유동층 과립화, 과립화 밀 (mill), 조밀화 (compactification), 롤 프레싱, 브리케팅 (briquetting), 스캐빙 (scabbing) 또는 압출을 사용하는 과립화 공정이다.
바람직하게는, 이산화규소 과립은, 구형 모폴로지를 갖는 미소체를 갖는 가공하여 형성되고; 여기서, 상기 공정은 분무 과립화 또는 롤 과립화에 의해 더욱 바람직하게 수행된다. 더욱 바람직하게는, 구형 모폴로지를 갖는 미소체를 갖는 이산화규소 과립은, 구형 모폴로지를 갖지 않는 미소체의 최대 50%, 바람직하게는, 미소체의 최대 40%, 더욱 바람직하게는, 미소체의 최대 20%, 좀 더 바람직하게는, 미소체의 0 내지 50%, 0 내지 40% 또는 0 내지 20%, 또는 10 내지 50%, 10 내지 40% 또는 10 내지 20%를 포함하며, 각 경우에서 퍼센트는, 과립에서 미소체의 총수에 기초한다. 구형 모폴로지를 갖는 미소체는, 본 상세한 설명에 기재된 SPHT3 값을 갖는다.
분무 건조
바람직하게는, 이산화규소 과립은, 분무 건조로 또한 지칭되는 분무 과립화에 의해 얻어진다. 분무 건조는, 습식 과립화 공정의 군에 속한다.
분무 건조 동안, 슬러리는, 가스 흐름에서 압력 및 온도하에 분무된다. 슬러리의 방울은, 직접 및 집중 열교환으로 인해 즉시 건조되어 형성된다. 먼저, 건조한 미립자 (minute particles) ("핵")는 형성되고, 이는, 유동층 (fluidised bed)으로 부유 상태로 유지되며, 및 추가 액적 (droplets)을 건조시키기 위한 표면을 형성한다.
압력은, 바람직하게는, 1 내지 40 bar, 예를 들어, 5 내지 35 bar 또는 10 내지 30 bar, 또는 특히 바람직하게는, 14 내지 28 bar의 범위이며, 여기서 압력은 절대 압력으로 제공된다.
가스 흐름은, 바람직하게는, 공기, 불활성 가스, 적어도 2개의 불활성 가스 또는 적어도 하나의 불활성 가스와 공기의 조합, 바람직하게는, 적어도 2개의 불활성 가스와 공기의 조합으로 이루어진다. 불활성 가스는, 바람직하게는, 질소, 헬륨, 네온, 아르곤, 크립톤 및 크세논으로 이루어진 목록으로부터 선택된다. 예를 들어, 가스 흐름은, 바람직하게는, 공기, 질소 또는 아르곤, 특히 바람직하게는, 공기로 이루어진다.
가스 흐름은, 바람직하게는, 100℃ 내지 600℃, 예를 들어, 200℃ 내지 550℃ 또는 300℃ 내지 500℃, 특히 바람직하게는, 350℃ 내지 450℃의 온도를 갖는다.
이렇게 얻어진 각각의 이산화규소 미소체는, 이산화규소 분말의 개별 입자의 응집체로서 존재한다. 이산화규소 분말의 개별 입자의 평균 입자 크기는, 바람직하게는, 150 내지 300㎛, 예를 들어, 170 내지 250㎛, 특히 바람직하게는, 180 내지 240㎛의 범위이다. 이들 입자의 평균 입자 크기는, ISO 13322-2:2006-11에 따라 측정될 수 있다.
분무 건조는, 결합제와 같은 보조물 (auxiliaries)의 존재하에 수행될 수 있다. 원칙적으로, 당업자에게 알려지고 및 본 출원에 대해 적절한 것으로 판단되는, 모든 물질은, 보조물로 사용될 수 있다. 적절한 바인딩 물질의 예로는, 산화칼슘과 같은 금속 산화물, 탄산칼슘과 같은 금속 탄산염 및 셀룰로오스, 셀룰로오스 에테르, 전분 및 전분 유도체와 같은 다당류이다. 특히 바람직하게는, 분무 건조는, 보조물 없이 수행된다.
본 발명의 제4 관점은, 본 발명의 제3 관점에 따른 공정에 의해 얻어질 수 있는 이산화규소 과립 I이다.
이 공정에 의해 얻을 수 있는 이산화규소 미소체는, 바람직하게는, 본 발명의 제3 관점의 맥락에서 기재된 특색을 갖는다.
이산화규소 과립 Ⅱ
본 발명의 제5 관점은, 하기 특색을 특징으로 하는 이산화규소 과립 Ⅱ이다:
(A) 500ppm 미만, 바람직하게는, 400ppm 미만, 예를 들어, 350ppm 미만, 바람직하게는, 330ppm 미만 또는 1ppb 내지 500ppm 또는 1ppb 내지 450ppm 범위, 특히 바람직하게는, 1ppb 내지 300ppm 범위의 염소 함량;
(B) 200ppb 미만, 예를 들어, 150ppb 미만 또는 100ppb 미만 또는 1 내지 150ppb 또는 1 내지 100ppb, 특히 바람직하게는, 1 내지 80ppb 범위의 알루미늄 함량;
여기서, ppb 및 ppm은, 이산화규소 과립 Ⅱ의 총 중량에 각각 기초한다.
바람직한 구체 예에서, 이산화규소 과립 Ⅱ는 하기 특색 중 적어도 하나를 특징으로 한다:
(C) 이산화규소 입자 Ⅱ의 총 중량에 기초한 각 경우에서, 1000ppb 미만, 예를 들어, 1 내지 400ppb, 특히 바람직하게는, 1 내지 200ppb 범위의 알루미늄과 다른 금속의 금속 함량;
(D) 10 내지 35㎡/g 범위, 예를 들어, 10 내지 30㎡/g 범위, 특히 바람직하게는, 20 내지 30㎡/g 범위의 BET 표면적; 여기서, 미세 기공 기여는, 바람직하게는, 1 내지 2㎡/g의 범위; 예를 들어, 1.2 내지 1.9㎡/g의 범위; 특히 바람직하게는, 1.3 내지 1.8㎡/g의 범위에서 BET 표면적을 차지한다;
(E) 0.1 내지 2.5 mL/g의 범위, 예를 들어, 0.2 내지 1.5 mL/g의 범위; 특히 바람직하게는, 0.4 내지 1 mL/g의 범위에서 기공 부피;
(F) 3 wt.% 미만, 예를 들어, 0.001 wt.% 내지 2 wt.%, 특히 바람직하게는, 0.01 wt.% 내지 1 wt.%의 범위에서 잔류 수분 함량;
(G) 0.7 내지 1.2 g/㎤ 범위, 예를 들어, 0.75 내지 1.1 g/㎤ 범위, 특히 바람직하게는, 0.8 내지 1.0 g/㎤의 범위에서 벌크 밀도;
(H) 0.7 내지 1.2g/㎤, 예를 들어, 0.75 내지 1.1g/㎤, 특히 바람직하게는, 0.8 내지 1.0g/㎤의 범위에서 다짐 밀도;
(I) 150 내지 250㎛ 범위의 입자 크기 D50;
(J) 5ppm 미만, 예를 들면 4.5ppm 미만, 특히 바람직하게는, 4ppm 미만의 탄소 함량;
여기서, wt.%, ppb 및 ppm은, 이산화규소 과립 Ⅱ의 총 중량에 각각 기초한다.
이산화규소 과립 Ⅱ는 예를 들어, 분자, 이온 또는 원소의 형태로 추가 구성분을 포함할 수 있다. 바람직하게는, 이산화규소 과립 Ⅱ는, 이산화규소 과립 Ⅱ의 총 중량에 기초한 각 경우에서, 500ppm 미만, 예를 들어, 300ppm 미만, 특히 바람직하게는, 100ppm 미만의 추가 구성분을 포함한다. 종종, 적어도 1ppb의 다른 구성분은 함유된다. 추가 구성분은, 탄소, 불화물, 요오드화물, 브롬화물, 인 또는 이들로부터 적어도 2종의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있다. 바람직하게는, 이산화규소 과립 Ⅱ는, 이산화규소 과립 Ⅱ의 총 중량에 기초한 각 경우에서, 40ppm 미만, 예를 들어, 30ppm 미만, 특히 바람직하게는, 20ppm 미만의 탄소를 포함한다. 바람직하게는, 이산화규소 과립 Ⅱ는, 이산화규소 과립 Ⅱ의 총 중량에 기초한 각 경우에서, 이산화규소, OH 이온, 염소/염화물 또는 알루미늄 이외에 100ppm 미만, 예를 들어, 80ppm 미만, 특히 바람직하게는, 70ppm 미만의 구성분을 포함한다.
이산화규소 과립 Ⅱ는 바람직하게는, 0.5 내지 2.0 g/㎤, 예를 들어, 0.6 내지 1.5 g/㎤, 특히 바람직하게는, 0.8 내지 1.2 g/㎤의 범위에서 밀도를 갖는다. 밀도는 시험 방법에 기재된 대로 측정된다.
이산화규소 과립 Ⅱ는, 바람직하게는, 150 내지 250㎛ 범위, 예를 들어, 180 내지 250㎛ 범위, 특히 바람직하게는, 200 내지 250㎛의 범위에서 입자 크기 D50을 갖는다. 좀 더 바람직하게는, 이산화규소 과립 Ⅱ는, 바람직하게는, 50 내지 150㎛ 범위, 예를 들어, 80 내지 150㎛ 범위, 특히 바람직하게는, 100 내지 150㎛의 범위에서 입자 크기 D10을 갖는다. 더욱 바람직하게는, 이산화규소 과립 Ⅱ는, 바람직하게는, 250 내지 450㎛ 범위, 예를 들어, 280 내지 420㎛ 범위, 특히 바람직하게는, 300 내지 400㎛의 범위에서 입자 크기 D90을 갖는다.
이산화규소 과립 Ⅱ는, 바람직하게는, 특성 조합 (A)/(B)/(D) 또는 (A)/(B)/(H) 또는 (A)/(B)/(I), 더욱 바람직하게는, 특성 조합 (A)/(B)/(D)/(H) 또는 (A)/(B)/(D)/(I) 또는 (A)/(B)/(H)/(I), 더욱 바람직하게는, 특성 조합 (A)/(B)/(D)/(H)/(I)를 갖는다.
이산화규소 과립 Ⅱ는, 바람직하게는, 특성 조합 (A)/(B)/(D)를 가지며, 여기서, 염소 함량은 350ppm 미만이고, 알루미늄 함량은 100ppb 미만이며, 및 BET 표면적은 10 내지 30㎡/g의 범위이다.
이산화규소 과립 Ⅱ는, 바람직하게는, 특성 조합 (A)/(B)/(H)를 가지며, 여기서, 염소 함량은 350ppm 미만이고, 알루미늄 함량은 100ppb 미만이며, 및 다짐 밀도는 0.75 내지 1.1 g/㎤의 범위이다.
이산화규소 과립 Ⅱ는, 바람직하게는, 특성 조합 (A)/(B)/(I)를 가지며, 여기서, 염소 함량은 350ppm 미만이고, 알루미늄 함량은 100ppb 미만이며, 및 입자 크기 분포 D50는 150 내지 250㎛의 범위이다.
이산화규소 과립 Ⅱ는, 바람직하게는, 특성 조합 (A)/(B)/(D)/(H)를 가지며, 여기서, 염소 함량은 350ppm 미만이고, 알루미늄 함량은 100ppb 미만이며, BET 표면적은 10 내지 30㎡/g 범위이고, 및 다짐 밀도는 0.75 내지 1.1 g/㎤의 범위이다.
이산화규소 과립 Ⅱ는, 바람직하게는, 특성 조합 (A)/(B)/(D)/(I)를 가지며, 여기서, 염소 함량은 350ppm 미만이고, 알루미늄 함량은 100ppb 미만이며, BET 표면적은 10 내지 30㎡/g의 범위이고, 및 입자 크기 분포 D50는 150 내지 250㎛의 범위이다.
이산화규소 과립 Ⅱ는, 바람직하게는, 특성 조합 (A)/(B)/(H)/(I)를 가지며, 여기서, 염소 함량은 350ppm 미만이고, 알루미늄 함량은 100ppb 미만이며, 다짐 밀도는 0.75 내지 1.1 g/㎤ 범위이고 및 입자 크기 분포 D50는 150 내지 250㎛의 범위이다.
이산화규소 과립 Ⅱ는, 바람직하게는, 특성 조합 (A)/(B)/(D)/(H)/(I)를 가지며, 여기서, 염소 함량은 350ppm 미만이고, 알루미늄 함량은 100ppb 미만이며, BET 표면적은 10 내지 30㎡/g 범위이고, 다짐 밀도는 0.75 내지 1.1 g/㎤ 범위이며 및 입자 크기 분포 D50는 150 내지 250㎛의 범위이다.
본 발명의 제6 관점은, 이산화규소 입자 Ⅱ의 제조 공정이다. 이 공정은 적어도 하기 단계를 포함한다:
(I) 이산화규소 과립 I을 제공하는 단계; 및
(Ⅱ) 단계 (I) 유래의 이산화규소 과립 I을 처리하여 이산화규소 과립 Ⅱ를 얻는, 처리 단계.
이산화규소 과립 I은, 하기 특색을 갖는다:
A) 200ppm 미만의 염소 함량; 및
B) 200ppb 미만의 알루미늄 함량,
여기서, ppb 및 ppm은, 이산화규소 과립 I의 총 중량에 각각 기초한다.
바람직하게는, 단계 (I)에서 제공된 이산화규소 과립 I은, 본 발명의 제2 또는 제4 관점의 맥락에서 기재된 특색을 특징으로 한다. 바람직하게는, 단계 (I)에서 제공된 이산화규소 과립 I은, 본 발명의 제2 또는 제4 관점에 따른 이산화규소 과립 I이다.
단계 (Ⅱ)
이산화규소 과립 I이 석영 유리체를 얻기 위해 더욱 가공되기 전에, 이것은 전-처리되고, 이에 의해 이산화규소 과립 Ⅱ는 형성된다 (단계 (Ⅱ)). 이러한 전-처리는, 석영 유리체를 얻기 위한 공정 또는 그 결과로 생긴 석영 유리체의 특성에 영향을 미치는 공정을 용이하게 하는 다양한 목적을 제공할 수 있다. 예를 들어, 이산화규소 과립 I은, 조밀화, 정제, 표면 개질 또는 건조될 수 있다.
바람직하게는, 이산화규소 과립 I은, 열적, 기계적 또는 화학적 처리 또는 둘 이상 처리의 조합에 적용될 수 있고, 여기서, 이산화규소 과립 Ⅱ는, 얻어진다.
화학적 처리
바람직하게는, 이산화규소 과립 I은 탄소 함량 (wC (1))을 갖는다. 탄소 함량 (wC (1))은, 이산화규소 과립 I의 총 중량에 각각 기초하여, 바람직하게는 50ppm 미만, 예를 들어, 40ppm 미만 또는 30ppm 미만, 특히 바람직하게는 1ppb 내지 20ppm의 범위이다.
바람직하게는, 이산화규소 과립 I은, 적어도 2개의 입자를 포함한다. 바람직하게는, 적어도 2개의 입자는 서로에 대하여 운동 (motion)을 수행할 수 있다. 상대 운동을 유발하기 위한 수단으로서, 원칙적으로, 기술분야의 당업자에게 잘 알려지고, 및 적절한 것으로 판단되는 모든 수단은, 고려될 수 있다. 특히, 혼합은 바람직하다. 혼합은, 원칙적으로 임의의 방식으로 수행될 수 있다. 바람직하게는, 공급-오븐 (feed-oven)은 이를 위해 선택된다. 따라서, 적어도 두 개의 입자는, 바람직하게는, 공급-오븐, 예를 들어, 로터리 킬른에서 교반되어 서로에 대해 운동을 수행할 수 있다.
공급-오븐은, 오븐의 로딩 및 언로딩 (unloading), 소위, 충전이, 연속적으로 수행되는 오븐을 의미한다. 공급-오븐의 예로는, 로터리 킬른, 롤-오버타입 가열로, 벨트 컨베이어 오븐, 컨베이어 오븐, 연속 푸셔-타입 가열로 (continuous pusher-type furnaces)가 있다. 바람직하게는, 이산화규소 과립 I의 처리를 위해, 로터리 킬른은 사용된다.
본 발명의 맥락에서, 공정과 연관하여 연속은, 이것이 연속적으로 작동될 수 있다는 것을 의미한다. 이는, 공정에 포함된 재료 및 물질의 도입 및 제거가, 공정이 수행되면서, 달성될 수 있음을 의미한다. 이를 위해 공정이 중단될 필요는 없다.
예를 들어, "연속 오븐"과 연관하여, 물체의 속성으로 연속은, 이 물체가 그 내부에서 수행되는 공정, 또는 그 내부에서 수행되는 공정 단계가, 연속적으로 수행될 수 있는 방식으로 구성되는 것을 의미한다.
바람직하게는, 이산화규소 과립 I은, 반응물로 처리되어 이산화규소 과립 Ⅱ를 얻는다. 처리는, 이산화규소 과립에서 어떤 물질의 농도를 변화시키기 위해 수행된다. 이산화규소 과립 I은, 불순물 또는 특정 기능성을 가질 수 있으며, 이의 함량은, 예를 들어: OH 기, 탄소 함유 화합물, 전이 금속, 알칼리 금속 및 알칼리 토금속과 같은, 함량은, 감소되어야 한다. 불순물 및 기능성은, 출발 물질로부터 기원할 수 있거나 또는 공정의 과정에서 도입될 수 있다. 이산화규소 과립 I의 처리는, 다양한 목적을 제공할 수 있다. 예를 들어, 처리된 이산화규소 과립 I, 즉, 이산화규소 과립 Ⅱ를 사용하는 것은, 석영 유리체를 얻기 위한 이산화규소 과립의 가공을 단순화할 수 있다. 더욱이, 이러한 선택은, 그 결과로 생긴 석영 유리체의 특성을 조율하는데 사용될 수 있다. 예를 들어, 이산화규소 과립 I은, 정제되거나 또는 표면 개질될 수 있다. 더욱이, 이러한 처리는, 그 결과로 생긴 석영 유리체의 특성을 개선하는데 사용될 수 있다.
바람직하게는, 가스 또는 다중 가스의 조합은, 반응물로서 적합하다. 이는 또한 가스 혼합물이라고도 한다. 원칙적으로, 구체화된 처리에 대해 알려져 있고, 및 적절한 것으로 판단되는, 기술분야의 당업자에게 알려진 모든 가스는, 사용될 수 있다. 바람직하게는, HCl, Cl2, F2, O2, O3, H2, C2F4, C2F6, HClO4, 공기, 불활성 가스, 예를 들어, N2, He, Ne, Ar, Kr, 또는 이들의 둘 이상의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 가스는, 사용된다. 바람직하게는, 처리는, 가스 또는 둘 이상의 가스의 조합의 존재하에서 수행된다. 바람직하게는, 처리는, 가스 역 흐름 (counter flow) 또는 가스 동향-흐름 (co-flow)에서 수행된다.
바람직하게는, 반응물은, HCl, Cl2, F2, O2, O3 또는 이들의 둘 이상의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된다. 바람직하게는, 전술된 가스의 둘 이상의 혼합물은, 이산화규소 과립 I의 처리를 위해 사용된다. F, Cl 또는 모두의 존재를 통해, 전이 금속, 알칼리 금속 및 알칼리 토금속과 같은, 불순물로서 이산화규소 과립 I에 함유된 금속은, 제거될 수 있다. 이와 관련하여, 전술된 금속은, 공정 조건하에서 가스 혼합물의 구성분과 함께 전환되어, 나중에 뽑아내지고 및 따라서 과립에 더 이상 존재하지 않은 가스 화합물을 얻을 수 있다.
바람직하게는, HCl 및 Cl2의 가스 혼합물은 반응물로 사용된다. 바람직하게는, 가스 혼합물은, 1 내지 30 vol.%, 예를 들어, 2 내지 15 vol.% 범위, 특히 바람직하게는, 3 내지 10 vol.%의 범위에서 HCl 함량을 갖는다. 유사하게, 가스 혼합물은, 바람직하게는, 20 내지 70 vol.% 범위, 예를 들어, 25 내지 65 vol.% 범위, 특히 바람직하게는, 30 내지 60 vol.%의 범위에서 Cl2 함량을 갖는다. 100 vol.%까지의 나머지는, 하나 이상의 불활성 가스, 예를 들어, N2, He, Ne, Ar, Kr 또는 공기로 구성될 수 있다. 바람직하게는, 반응물에서 불활성 가스의 비율은, 반응물의 총 부피에 기초한 각 경우에서, 0 내지 50 vol.% 미만, 예를 들어, 1 내지 40 vol.% 또는 5 내지 30 vol.%의 범위, 특히 바람직하게는, 10 내지 20 vol.%의 범위이다.
O2, C2F2, 또는 Cl2와 이의 혼합물은, 바람직하게는, 실록산 또는 다수의 실록산의 혼합물로부터 제조된 이산화규소 과립 I을 정제하는데 사용된다.
가스 또는 가스 혼합물 형태의 반응물은, 바람직하게는, 50 내지 2000 L/h 범위, 예를 들어, 100 내지 1000 L/h 범위, 특히 바람직하게는, 200 내지 500 L/h 범위의 처리량으로 가스 흐름으로서 또는 가스 흐름의 일부로서 이산화규소 과립과 접촉된다. 접촉의 바람직한 구체 예는, 공급-오븐, 예를 들어, 로터리 킬른에서 가스 흐름과 이산화규소 과립의 접촉이다. 접촉의 또 다른 바람직한 구체 예는, 유동층 공정이다.
반응물로 이산화규소 과립 I의 처리를 통해, 탄소 함량 (wC (2))을 갖는 이산화규소 과립 Ⅱ은 얻어진다. 이산화규소 과립 Ⅱ의 탄소 함량 (wC (2))은, 각각의 이산화규소 과립의 총 중량에 기초하여, 이산화규소 과립 I의 탄소 함량 (wC (2)) 미만이다. 바람직하게는, wC(2)는, wC(1)보다 0.5 내지 50%, 예를 들어, 1 내지 45%, 특히 바람직하게는, 1.5 내지 45% 적다.
열처리
바람직하게는, 이산화규소 과립 I은, 열적 또는 기계적 처리 또는 이들 처리의 조합에 부가적으로 적용된다. 하나 이상의 이들 부가적인 처리는, 반응물로 처리하기 전 또는 동안에 수행될 수 있다. 선택적으로, 또는 부가적으로, 부가적인 처리는 또한 이산화규소 과립 Ⅱ에 대해 수행될 수 있다. 이하에서, 용어 "이산화규소 과립"은, 선택적으로 "이산화규소 과립 I" 및 "이산화규소 과립 Ⅱ"을 포함한다. "이산화규소 과립 I"에, 또는 처리된 이산화규소 과립 I인, "이산화규소 과립 Ⅱ"에 대해 하기에 기재된 처리를 수행하는 것이 마찬가지로 가능하다.
이산화규소 과립의 처리는, 다양한 목적을 제공할 수 있다. 예를 들어, 이 처리는, 석영 유리체를 얻기 위한 이산화규소 과립의 가공을 용이하게 한다. 처리는 또한 그 결과로 생긴 유리체의 특성에 영향을 미칠 수 있다. 예를 들어, 이산화규소 과립은, 조밀화, 정제, 표면 개질 또는 건조될 수 있다. 이와 관련하여, 비표면적 (BET)은 감소될 수 있다. 유사하게, 벌크 밀도 및 평균 입자 크기는, 이산화규소 입자의 응집으로 인해 증가할 수 있다. 열처리는 동적 또는 정적으로 수행될 수 있다.
동적 열처리의 경우, 이산화규소 과립이 교반되면서 열적으로 처리될 수 있는 모든 오븐은, 원칙적으로 적합하다. 동적 열처리의 경우, 바람직하게는, 공급-오븐은 사용된다.
동적 열처리에서 이산화규소 과립의 바람직한 평균 유지 시간은, 양에 의존한다. 바람직하게는, 동력 열처리에서 이산화규소 과립의 평균 유지 시간은, 10 내지 180분, 예를 들어, 20 내지 120분 또는 30 내지 90분의 범위이다. 특히 바람직하게는, 동적 열처리에서 이산화규소 과립의 평균 유지 시간은, 30 내지 90분의 범위이다.
연속 공정의 경우에, 이산화규소 과립의 흐름의 한정된 일부는, 유지 시간의 측정을 위한 샘플 로드 (sample load), 예를 들어, 그램, 킬로그램 또는 톤으로 사용된다. 유지 시간의 시작 및 종료는, 연속 오븐 작동으로 도입 및 배출에 의해 결정된다.
바람직하게는, 동적 열처리를 위한 연속 공정에서 이산화규소 과립의 처리량은, 1 내지 50㎏/h, 예를 들어, 5 내지 40㎏/h 또는 8 내지 30㎏/h의 범위이다. 특히 바람직하게는, 처리량은 10 내지 20㎏/h의 범위이다.
동적 열처리를 위한 불연속 공정의 경우, 처리 시간은, 오븐의 로딩과 후속 언로딩 사이에 시간의 주기로 제공된다.
동적 열처리를 위한 불연속 공정의 경우, 처리량은 1 내지 50㎏/h의 범위, 예를 들어, 5 내지 40㎏/h 또는 8 내지 30㎏/h의 범위이다. 특히 바람직하게는, 처리량은 10 내지 20㎏/h의 범위이다. 처리량은, 1시간 동안 처리되는 결정된 양의 샘플 로드를 사용하여 달성될 수 있다. 또 다른 구체 예에 따르면, 처리량은, 시간당 다수의 로드를 통해 달성될 수 있고, 여기서, 단일 막대의 중량은, 로드의 수로 나눈 시간당 처리량에 상응한다. 이 경우, 처리 시간은, 시간당 로드의 수로 나눈 60분으로 제공된 시간의 분획에 상응한다.
바람직하게는, 이산화규소 과립의 동적 열처리는, 적어도 500℃, 예를 들어, 510 내지 1700℃ 또는 550 내지 1500℃ 또는 580 내지 1300℃의 범위에서, 특히 바람직하게는, 600 내지 1200℃ 범위의 오븐 온도에서 수행된다.
보통, 오븐은 오븐 챔버에 표시된 온도를 갖는다. 바람직하게는, 이러한 온도는, 오븐에서 매 위치뿐만 아니라 처리 시간에서 매 시점에서 및 오븐의 전체 길이 및 전체 처리 기간에 기초하여, 10% 미만에서 하향 또는 상향으로 표시된 온도에서 벗어난다.
선택적으로, 특히 이산화규소 과립의 동적 열처리의 연속 공정은, 다른 오븐 온도에서 수행될 수 있다. 예를 들어, 오븐은, 처리 기간에 걸쳐 일정한 온도를 가질 수 있고, 여기서, 온도는 오븐의 길이에 걸쳐 섹션에서 변화한다. 이러한 섹션은, 동일한 길이 또는 다른 길이일 수 있다. 바람직하게는, 이 경우에서, 온도는, 오븐의 입구에서 오븐의 배출구까지 증가된다. 바람직하게는, 입구의 온도는, 배출구에서 적어도 100℃ 이하, 예를 들어, 150℃ 이하 또는 200℃ 이하 또는 300℃ 이하 또는 400℃ 이하이다. 더욱이, 바람직하게는, 입구에서 온도는, 바람직하게는, 적어도 500℃, 예를 들어, 510 내지 1700℃ 또는 550 내지 1500℃ 또는 580 내지 1300℃, 특히 바람직하게는, 600 내지 1200℃의 범위이다. 더욱이, 바람직하게는, 주입구에서 온도는, 바람직하게는, 적어도 300℃, 예를 들어, 400 내지 1000℃ 또는 450 내지 900℃ 또는 500 내지 800℃ 또는 550 내지 750℃, 특히 바람직하게는, 600 내지 700℃이다. 더욱이, 오븐 입구에 제공된 각각의 온도 범위는, 오븐 배출구에서 제공된 각각의 온도 범위와 조합될 수 있다. 오븐 입구 온도 범위 및 오븐 출구 온도 범위의 바람직한 조합은 하기 표 a와 같다:
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이산화규소 과립의 정적 열처리의 경우, 오븐에 배치된 도가니는, 바람직하게 사용된다. 적절한 도가니는, 소결 도가니 (sinter crucibles) 또는 금속 시트 도가니이다. 함께 리벳으로 고정된 다수의 시트로 제조된 압연 금속 시트 도가니는 바람직하다. 바람직한 도가니 물질의 예로는, 내화성 금속, 특히, 텅스텐, 몰리브덴 및 탄탈륨이다. 도가니는 더군다나 그래파이트 (graphite)로 만들어질 수 있거나, 또는 내화성 금속의 도가니 경우에 그래파이트 포일로 라이링될 수 있다. 더욱이, 바람직하게는, 도가니는 이산화규소로 만들어질 수 있다. 특히 바람직하게는, 이산화규소 도가니는 사용된다.
정적 열처리에서 이산화규소 과립의 평균 유지 시간은, 양에 의존한다. 바람직하게는, 이산화규소 과립 I의 20kg의 양에 대한 정적 열처리에서 이산화규소 과립의 평균 유지 시간은, 10 내지 180분의 범위, 예를 들어, 20 내지 120분의 범위, 특히 바람직하게는, 30 내지 90분의 범위이다.
바람직하게는, 이산화규소 과립의 정적 열처리는, 적어도 800℃, 예를 들어, 900 내지 1700℃ 또는 950 내지 1600℃ 또는 1000 내지 1500℃ 또는 1050 내지 1400℃, 특히 바람직하게는, 1100 내지 1300℃의 오븐 온도에서 수행된다.
바람직하게는, 이산화규소 과립 I의 정적 열처리는, 일정한 오븐 온도에서 수행된다. 정적 열처리는 또한 변화하는 오븐 온도에서 수행된다. 바람직하게는, 이 경우에, 온도는 처리 동안 증가하고, 여기서, 처리의 시작에서 온도는, 종료시보다 적어도 50℃ 이하, 예를 들어, 70℃ 이하 또는 80℃ 이하 또는 100℃ 이하 또는 110℃ 이하이며, 및 여기서, 종료시 온도는, 바람직하게는, 적어도 800℃, 예를 들어, 900 내지 1700℃ 또는 950 내지 1600℃ 또는 1000 내지 1500℃ 또는 1050 내지 1400℃, 특히 바람직하게는, 1100 내지 1300℃의 범위이다.
기계적 처리
또 다른 바람직한 구체 예에 따르면, 이산화규소 과립 I은, 기계적으로 처리될 수 있다. 기계적 처리는, 벌크 밀도를 증가시키기 위해 수행될 수 있다. 기계적 처리는, 전술된 열처리와 조합될 수 있다. 기계적 처리는 이산화규소 과립에서 응집체를 피할 수 있고, 및 따라서 이산화규소 과립에서 개별적, 처리된 이산화규소 미소체의 평균 입자 크기가 너무 커지는 것을 피할 수 있다. 응집체의 확대는, 추가 공정을 방해하거나 또는 본 발명의 공정에 의해 제조된 석영 유리체의 특성에 불리한 영향을 줄 수 있거나, 또는 두 영향의 조합을 가질 수 있다. 이산화규소 과립의 기계적 처리는 또한 가스 또는 가스들과 개별적 이산화규소 미소체의 표면과의 균일한 접촉을 촉진한다. 이것은, 특히, 하나 이상의 가스로 동시에 기계적 및 화학적 처리에 의해 달성된다. 이러한 방식으로, 화학적 처리의 효과는 개선될 수 있다.
이산화규소 과립의 기계적 처리는, 예를 들어, 로터리 킬른의 튜브를 회전시켜, 둘 이상의 이산화규소 미소체를 서로에 대해 이동시켜 수행될 수 있다.
바람직하게는, 이산화규소 과립 I은, 화학적으로, 열적 및 기계적으로 처리된다. 바람직하게는, 이산화규소 과립 I의 동시 화학적, 열적 및 기계적 처리는, 수행된다.
화학적 처리에서, 이산화규소 과립 I에서 불순물 함량은, 감소된다. 이를 위해, 이산화규소 과립 I은, 상승된 온도 및 염소 및 산소 함유 분위기하에서 로터리 킬른에서 처리될 수 있다. 이산화규소 과립 I에 존재하는 물은, 증발하고, 유기 물질은 반응하여 CO 및 CO2를 형성한다. 금속 불순물은 휘발성 염소 함유 화합물로 전환될 수 있다.
바람직하게는, 이산화규소 과립 I은, 적어도 500℃, 바람직하게는, 550 내지 1300℃ 또는 600 내지 1260℃ 또는 650 내지 1200℃ 또는 700 내지 1000℃, 특히 바람직하게는, 700 내지 900℃ 온도 범위의 로터리 킬른에서 염소 및 산소 함유 분위기로 처리된다. 염소 함유 분위기는, 예를 들어, HCl 또는 Cl2 또는 둘의 조합을 함유한다. 이러한 처리는, 탄소 함량의 감소를 유발한다.
더욱이, 바람직하게는, 알칼리 및 철 분순물은 감소된다. 바람직하게는, OH 기의 수의 감소는 달성된다. 700℃ 이하의 온도에서, 처리 기간은, 길어질 수 있고, 1100℃ 이상의 온도에서, 과립의 기공이, 염소 또는 가스성 염소 화합물을 포획하여, 막히는 위험이 있다.
바람직하게는, 이것은, 또한 각각 열적 및 기계적 처리와 동시에, 연속적으로 다수의 화학적 처리 단계를 수행하는 것도 가능하다. 예를 들어, 이산화규소 과립 I은, 염소 함유 분위기에서 먼저 처리되고, 및 연속적으로 산소 함유 분위기에서 처리될 수 있다. 그로부터 결과하는 저농도의 탄소, 수산기 및 염소는, 이산화규소 과립 Ⅱ의 용융 다운 (melting down)을 용이하게 한다.
또 다른 바람직한 구체 예에 따르면, 단계 Ⅱ-2)는, 하기 특색 중 적어도 하나, 예를 들어, 적어도 둘 또는 적어도 셋, 특히 바람직하게는, 모든 것의 조합을 특징으로 한다:
N1) 반응물은 HCl, Cl2 또는 이들의 조합을 포함한다;
N2) 처리는 로터리 킬른에서 수행된다;
N3) 처리는 600 내지 900℃ 범위의 온도에서 수행된다;
N4) 반응물은 역 흐름을 형성한다;
N5) 반응물은 50 내지 2000 L/h, 바람직하게는, 100 내지 1000 L/h, 특히 바람직하게는, 200 내지 500 L/h 범위의 가스 흐름을 갖는다;
N6) 반응물은 0 내지 50 vol.% 미만의 불활성 가스의 부피 비율을 갖는다.
바람직하게는, 이산화규소 과립 I은, 이산화규소 분말의 입경보다 더 큰 입경을 갖는다. 바람직하게는, 이산화규소 과립 I의 입경은, 이산화규소 분말의 입경보다 최대 300배까지, 예를 들어, 250배까지 또는 200배까지 또는 150배까지 또는 100배까지 또는 50배까지 또는 20배까지 또는 10배까지, 특히 바람직하게는, 2 내지 5배까지 크다.
다름본 발명의 제7 관점은, 본 발명의 제6 관점에 따른 공정에 의해 얻을 수 있는 이산화규소 과립 Ⅱ이다.
이 공정에 의해 얻을 수 있는 이산화규소 과립은, 바람직하게는, 본 발명의 제5 관점의 맥락에서 기재된 특성을 갖는다.
본 발명의 제8 관점은, 석영 유리체의 제조 공정이다. 상기 공정은 적어도 다음 단계를 포함한다:
i) 이산화규소 과립 Ⅱ 제공 단계;
ⅱ) 단계 i) 유래의 이산화규소 입자 Ⅱ를 가온시켜 유리 용융물을 얻는, 가온 단계;
ⅲ) 상기 유리 용융물의 적어도 일부를 제거하는 단계 및 석영 유리체를 형성하는 단계.
이산화규소 과립 Ⅱ는 하기 특색을 갖는다:
A) 500ppm 미만의 염소 함량; 및
B) 200ppb 미만의 알루미늄 함량,
여기서, ppm 및 ppb는, 이산화규소 과립 Ⅱ의 총 중량에 각각 기초한다.
바람직하게는, 단계 i)에서 제공되는 이산화규소 과립 Ⅱ는, 본 발명의 제5 또는 제7 관점의 맥락에서 기재된 특색을 특징으로 한다. 바람직하게는, 단계 i)에서 제공된 이산화규소 과립 Ⅱ는, 본 발명의 제5 또는 제7 관점에 따른 이산화규소 과립 Ⅱ이다.
단계 ⅱ)
유리 용융물은, 단계 i)에서 제공된 이산화규소 과립 Ⅱ로부터 제조된다. 바람직하게는, 이산화규소 과립 Ⅱ는, 가온되어 유리 용융물을 얻는다. 유리 용융물을 얻기 위한 이산화규소 과립 Ⅱ의 가온은, 원칙적으로, 이 목적을 위해 당 업자에게 알려진 임의의 방법으로 수행될 수 있다.
진공 소결
유리 용융물을 얻기 위한 이산화규소 과립 Ⅱ의 가온은, 진공 소결에 의해 수행될 수 있다. 이 공정은, 이산화규소 과립 Ⅱ가 배치 (batches)에서 용융을 위해 가온되는 불연속 공정이다.
바람직하게는, 이산화규소 과립 Ⅱ는, 진공 도가니에서 가온된다. 도가니는 용융 오븐에 배열된다. 도가니는 스탠딩 (standing) 또는 행잉 (hanging)으로 배열될 수 있고, 바람직하게는, 행잉이다. 도가니는, 소결 도가니 또는 금속 시트 도가니일 수 있다. 함께 리벳으로 고정된 다수의 플레이트의 압연된 금속 시트 도가니는, 바람직하다. 적절한 도가니 물질의 예로는, 내화성 금속, 특히 W, Mo 및 Ta, 그래파이트 또는 그래파이트 포일로 라이닝된 도가니이며, 특히 바람직하게는 그래파이트 도가니이다.
진공 소결에서, 이산화규소 과립 Ⅱ는, 진공하에서 용융을 위해 가온된다. 진공하에서는, 2mbar 미만의 잔류 압력 (residual pressure)을 의미한다. 이를 위해, 이산화규소 과립 Ⅱ를 함유하는 도가니는, 2 mbar 미만의 잔류 압력으로 진공 처리된다.
바람직하게는, 도가니는, 용융 오븐에서 1500 내지 2500℃ 범위, 예를 들어, 1700 내지 2300℃ 범위, 특히 바람직하게는, 1900 내지 2100℃ 범위의 용융 온도까지 가온된다.
용융 온도에서 도가니 내에 이산화규소 과립 Ⅱ에 대한 바람직한 유지 시간은, 양에 의존한다. 바람직하게는, 용융 온도에서 도가니 내에 이산화규소 과립 Ⅱ의 유지 시간은, 0.5 내지 10시간, 예를 들면 1 내지 8시간, 또는 1.5 내지 6시간, 특히 바람직하게는, 2 내지 5시간이다.
이산화규소 과립 Ⅱ는, 가온 동안 교반될 수 있다. 이산화규소 과립 Ⅱ의 교반은, 바람직하게는, 휘젓기, 진동 또는 회전 (slewing)에 의해 수행된다.
가스압 소결
유리 용융물을 얻기 위한 이산화규소 과립 Ⅱ의 가온은, 가스압 소결에 의해 수행될 수 있다. 이 공정은 이산화규소 과립 Ⅱ가 배치에서 용융을 위해 가온되는 정적 공정이다.
바람직하게는, 이산화규소 과립 Ⅱ는, 밀폐 가능한 도가니에 놓고 및 용융 오분으로 도입된다. 적절한 도가니 물질의 예로는, 그래파이트, 내화성 금속, 특히 W, Mo 및 Ta, 또는 그래파이트 포일로 라이닝된 도가니, 특히 바람직하게는, 그래파이트 도가니이다. 도가니는, 적어도 하나의 가스 주입구 및 적어도 하나의 가스 배출구를 포함한다. 가스는, 가스 주입구를 통해 도가니 내부로 도입될 수 있다. 가스는, 가스 배출구를 통해 도가니 내부로부터 제거될 수 있다. 바람직하게는, 가스 흐름으로 및 진공으로 도가니를 작동시키는 것이 가능하다.
가스압 소결에서, 이산화규소 과립 Ⅱ는, 적어도 하나의 가스 또는 둘 이상의 가스의 존재하에서 용융을 위해 가온된다. 적절한 가스는, 예를 들어, H2 및 불활성 가스 (N2, He, Ne, Ar, Kr)뿐만 아니라 이들 중 둘 이상이다. 바람직하게는, 가스압 소결은, 환원 분위기에서, 특히 바람직하게는, H2 또는 H2/He의 존재하에 수행된다. 공기와 H2 또는 H2/He 사이에 가스 교환은 발생한다.
바람직하게는, 이산화규소 과립 Ⅱ는, 1 bar 초과, 예를 들어, 2 내지 200 bar 또는 5 내지 200 bar 또는 7 내지 50 bar, 특히 바람직하게는, 10 내지 25 bar의 가스압에서 용융을 위해 가온된다.
바람직하게는, 도가니는, 1500 내지 2500℃ 범위, 예를 들어, 1550 내지 2100℃ 또는 1600 내지 1900℃, 특히 바람직하게는, 1650 내지 1800℃ 범위의 용융 온도로 오븐에서 가온된다.
가스압 하에 용융 온도에서 도가니 내에 이산화규소 과립 Ⅱ의 바람직한 유지 시간은, 양에 의존한다. 바람직하게는, 양이 20kg인 경우 용융 온도에서 도가니 내에 이산화규소 과립 Ⅱ의 유지 시간은, 0.5 내지 10시간, 예를 들어, 1 내지 9시간, 또는 1.5 내지 8시간, 특히 바람직하게는, 2 내지 7시간이다.
바람직하게는, 이산화규소 과립 Ⅱ는, 먼저 진공 하에, 뒤이어 H2 분위기 또는 H2 및 He를 포함하는 분위기, 특히 바람직하게는, 이들 가스의 역 흐름에서 용융시킨다. 이 공정에서, 제1단계에서 온도는 바람직하게는, 후속 단계에서 더 낮다. 진공에서 및 가스 또는 가스 존재하에서 가온 사이에 온도 차이는, 바람직하게는, 0 내지 200℃, 예를 들어, 10 내지 100℃, 특히 바람직하게는, 20 내지 80℃이다.
용융 전에 부분 결정질 상 (part crystalline phase)의 형성
이것은, 원칙적으로, 또한, 용융 전에 전-처리될 이산화규소 과립 Ⅱ에 대해 가능하다. 예를 들어, 이산화규소 과립 Ⅱ는, 부분 결정질 이산화규소 과립이 용융을 위해 가열되기 전에, 적어도 부분적으로 결정질 상이 형성되는 방식으로 가온될 수 있다.
부분 결정질 상의 형성을 위해, 이산화규소 과립 Ⅱ는, 바람직하게는, 감압 또는 하나 또는 다수의 가스의 존재하에서 가온된다. 적절한 가스는, 예를 들어, HCl, Cl2, F2, O2, H2, C2F6, 공기, 불활성 가스 (N2, He, Ne, Ar, Kr)뿐만 아니라 이들로부터 둘 이상이다. 바람직하게는, 이산화규소 과립 Ⅱ는 감압하에 가온된다.
바람직하게는, 이산화규소 과립 Ⅱ는, 이산화규소 과립 Ⅱ가, 예를 들어, 1000 내지 1700℃ 또는 1100 내지 1600℃ 또는 1200 내지 1500℃, 특히 바람직하게는, 1250 내지 1450℃ 범위의 온도에서 완전 용융 없이 연화되는 처리 온도로 가온된다.
바람직하게는, 이산화규소 과립 Ⅱ는, 오븐 내에 배열된 도가니에서 가온된다. 도가니는, 스탠딩 또는 행잉, 바람직하게는, 행잉으로 배열될 수 있다. 도가니는, 소결 도가니 또는 금속 시트 도가니일 수 있다. 함께 리벳으로 고정된 다수의 플레이트로 만들어진 압연된 금속 시트 도가니는 바람직하다. 적절한 도가니 물질의 예로는, 내화성 금속, 특히 W, Mo 및 Ta, 그래파이트 또는 그래파이트 포일로 라이닝된 도가니, 바람직하게는, 그래파이트 도가니이다. 바람직하게는, 처리 온도에서 도가니 내에 이산화규소 과립 Ⅱ의 유지 시간은, 1 내지 6시간, 예를 들어, 2 내지 5시간, 특히 바람직하게는, 3 내지 4시간이다.
바람직하게는, 이산화규소 과립 Ⅱ는, 연속 공정, 특히 바람직하게는, 로터리 킬른에서 가온된다. 오븐에서 평균 유지 시간은, 바람직하게는, 10 내지 180분, 예를 들어, 20 내지 120분, 특히 바람직하게는, 30 내지 90분이다.
바람직하게는, 전-처리를 위해 사용되는 오븐은, 이산화규소 과립 Ⅱ가 용융을 위해 가온되는 용융 오븐으로 공급 라인으로 통합될 수 있다. 좀 더 바람직하게는, 전-처리는, 용융 오븐에서 수행될 수 있다.
단계 ⅲ)
석영 유리체는, 단계 ⅱ)에서 제조된 유리 용융물의 적어도 일부로부터 형성된다.
바람직하게는, 석영 유리체는, 단계 ⅱ)에서 만들어진 유리 용융물의 적어도 일부로부터 형성된다. 원칙적으로, 석영 유리체는, 용융 오븐에서 유리 용융물의 적어도 일부로부터 또는 용융 오븐으로부터 유리 용융물의 적어도 일부의 제거 후에 형성될 수 있고, 바람직하게는, 용융 오븐으로부터 유리 용융물의 적어도 일부의 제거 후에 형성될 수 있다.
단계 ⅱ)에서 제조된 유리 용융물의 용융 오븐으로부터의 제거는, 연속적으로 또는 유리 용융물 제조의 종료 후에 수행될 수 있다. 유리 용융물은, 배출구를 통해, 바람직하게는, 노즐을 통해 오븐에서 제거된다.
유리 용융물은, 제거 전, 동안 또는 후에 유리 용융물을 형성을 가능하게 하는 온도로 냉각될 수 있다. 유리 용융물의 냉각시, 유리 용융물의 점도는, 상승한다. 유리 용융물은, 바람직하게는, 형성시 부여된 형태가 남아있고 및 형성 (forming)이, 가능한 한 적은 노력으로 가능한 한 쉽고 확실하게 수행될 수 있을 정도로 냉각된다. 기술분야의 당업자는, 형성 장치에서 유리 용융물의 온도를 변화시켜 형성을 위한 유리 용융물의 점도를 쉽게 설정할 수 있다. 바람직하게는, 유리 용융물은, 500℃ 미만, 예를 들어, 200℃ 미만 또는 100℃ 미만 또는 50℃ 미만, 특히 바람직하게는, 20 내지 30℃ 범위의 온도로 냉각된다.
더욱 바람직하게는, 냉각은, 0.1 내지 50 K/분, 예를 들어, 0.2 내지 10 K/분 또는 0.3 내지 8 K/분 또는 0.5 내지 5 K/분, 특히 바람직하게는, 1 내지 3 K/분 범위의 속도로 수행된다.
하기 프로파일에 따라 냉각시키는 것이 더욱 바람직하다:
1. 1180 내지 1220℃ 범위의 온도로 냉각하는 단계;
2. 이 온도에서 30분 내지 120분, 예를 들어, 40 내지 90분, 특히 바람직하게는, 50 내지 70분 동안 유지하는 단계;
3. 500℃ 미만, 예를 들어, 200℃ 미만 또는 100℃ 미만 또는 50℃ 미만, 특히 바람직하게는, 20℃ 내지 30℃ 범위의 온도로 냉각하는 단계;
여기서, 냉각은, 각 경우에서, 0.1 내지 50 K/분, 예를 들어, 0.2 내지 10 K/분 또는 0.3 내지 8 K/분 또는 0.5 내지 5 K/분, 특히 바람직하게는, 1 내지 3 K/분 범위의 속도로 수행된다.
형성된 석영 유리체는, 고형체 (solid body) 또는 중공체일 수 있다. 고형체는, 실질적으로 단일 물질로 만들어진 몸체를 의미한다. 마찬가지로, 고형체는, 하나 또는 다수의 함유물 (inclusions), 예를 들어, 기포를 가질 수 있다. 고형체에서 이러한 함유물은, 종종 65㎣ 이하, 예를 들어, 40㎣ 미만 또는 20㎣ 미만 또는 5㎣ 미만 또는 2㎣ 미만, 특히 바람직하게는, 0.5㎣ 미만의 크기를 갖는다.
석영 유리체는, 외관 형태 (exterior form)를 갖는다. 외관 형태는, 석영 유리체의 단면의 외부 가장자리의 형태를 의미한다. 단면에서 석영 유리체의 외관 형태는, 바람직하게는, 원형, 타원형 또는 3개 이상의 모서리, 예를 들어, 4, 5, 6, 7 또는 8 모서리를 갖는 다각형이고, 특히 바람직하게는, 석영 유리체는 원형이다.
바람직하게는, 석영 유리체는, 100 내지 10000mm, 예를 들어, 1000 내지 4000mm, 특히 바람직하게는, 1200 내지 2000mm의 범위에서 길이를 갖는다.
바람직하게는, 석영 유리체는, 10 내지 1500㎜의 범위, 예를 들어, 50 내지 1000mm 또는 100 내지 500mm의 범위, 특히 바람직하게는, 150 내지 300mm의 범위에서 외부 직경을 갖는다.
석영 유리체의 형성은, 노즐에 의해 수행될 수 있다. 이를 위해, 유리 용융물은, 노즐을 통해 보내진다. 노즐에 의해 형성된 석영 유리체의 외관 형태는, 노즐 개구부 (opening)의 형태에 의해 결정된다. 노즐 개구부가 원형이면, 석영 유리체는 원통형으로 형성될 것이다. 노즐은, 용융 오븐에 통합되거나 또는 별도로 배열될 수 있다. 노즐이 용융 오븐에 통합되어 있지 않은 경우, 이것은, 용융 후 및 형성 전에 유리 용융물이 도입될 수 있는 용기의 업스트림에 제공될 수 있다. 바람직하게는, 노즐은 용융 오븐 내로 통합된다. 바람직하게는, 이것은, 배출구의 일부로서 용융 오븐에 통합된다. 석영 유리체를 형성하기 위한 이 공정은, 이산화규소 과립이 연속 공정에 적절한 수직 배열 오븐에서 용융을 위해 가열되는 경우 바람직하다.
석영 유리체의 형성은, 유리 용융물을 몰드 (mould), 예를 들어, 형성된 도가니 내로 형성시켜 수행될 수 있다. 바람직하게는, 유리 용융물은 몰드 내에서 냉각되고 및 나중에 제거된다. 냉각은, 바람직하게는, 외부로부터 몰드를 냉각시켜 수행될 수 있다. 석영 유리체를 형성하기 위한 이 공정은, 이산화규소가 가스압 소결에 의해 또는 진공 소결에 의해 용융을 위해 가열되는 경우 바람직하다.
바람직하게는, 석영 유리체는 형성 후에 냉각된다. 바람직하게는, 석영 유리체는, 500℃ 미만, 예를 들어, 200℃ 미만 또는 100℃ 미만 또는 50℃ 미만, 특히 바람직하게는, 20 내지 30℃ 범위의 온도로 냉각된다.
바람직하게는, 냉각은, 0.1 내지 50 K/분, 예를 들어, 0.2 내지 10 K/분 또는 0.3 내지 8 K/분 또는 0.5 내지 5 K/분, 특히 바람직하게는, 1 내지 3 K/분 범위의 속도에서 수행된다.
하기 프로파일에 따라 냉각시키는 것이 더욱 바람직하다:
1. 1180 내지 1220℃ 범위의 온도로 냉각하는 단계;
2. 이 온도에서 30분 내지 120분, 예를 들어, 40 내지 90분, 특히 바람직하게는, 50 내지 70분 동안 유지하는 단계;
3. 500℃ 미만, 예를 들어, 200℃ 미만 또는 100℃ 미만 또는 50℃ 미만, 특히 바람직하게는, 20℃ 내지 30℃ 범위의 온도로 냉각하는 단계;
여기서, 냉각은, 각 경우에서, 0.1 내지 50 K/분, 예를 들어, 0.2 내지 10 K/분 또는 0.3 내지 8 K/분 또는 0.5 내지 5 K/분, 특히 바람직하게는, 1 내지 3 K/분 범위의 속도로 수행된다.
본 발명의 제8 관점의 구체 예에 따르면, 상기 공정은 하기 공정 단계들을 포함한다:
ⅳ.) 석영 유리체로부터 적어도 하나의 개구부를 갖는 중공 몸체를 제조하는 단계.
제조된 중공체는, 내부 및 외관 형태를 갖는다. 내부 형태는 중공체의 내부 에지의 단면의 형태를 의미한다. 중공체의 단면에서 내부 및 외관 형태는 같거나 또는 다를 수 있다. 단면에서 중공체의 내부 및 외관 형태는, 원형, 타원형 또는 셋 이상의 모서리, 예를 들어, 4, 5, 6, 7 또는 8개의 모서리를 갖는 다각형일 수 있다.
바람직하게는, 외관 형태의 단면은 중공체의 내부 형태에 상응한다. 특히 바람직하게는, 중공체는 단면에서 원형 내부 및 원형 외관 형태를 갖는다.
또 다른 구체 예에서, 중공체는 내부 및 외관 형태가 다를 수 있다. 바람직하게는, 중공체는, 단면에서 원형의 외관 형태 및 다각형의 내부 형태를 갖는다. 특히 바람직하게는, 단면에서 중공체는 원형의 외관 형태 및 육각형의 내부 형태를 갖는다.
바람직하게는, 중공체는, 100 내지 10,000㎜의 범위, 예를 들어, 1000 내지 4000㎜, 특히 바람직하게는 1200 내지 2000㎜의 범위에서 길이를 갖는다.
바람직하게는, 중공체는 1 내지 1000㎜, 예를 들어, 10 내지 500㎜ 또는 30 내지 200㎜, 특히 바람직하게는, 50 내지 125㎜의 범위에서 벽 두께를 갖는다.
바람직하게는, 중공체는, 10 내지 1500㎜, 예를 들어, 50 내지 1000㎜ 또는 100 내지 500㎜, 특히 바람직하게는, 150 내지 300㎜의 범위에서 외부 직경을 갖는다.
바람직하게는, 중공체는, 1 내지 500㎜, 예를 들어, 5 내지 300㎜ 또는 10 내지 200㎜, 특히 바람직하게는, 20 내지 100㎜의 범위에서 내부 직경을 갖는다.
중공체는, 하나 이상의 개구부를 포함한다. 바람직하게는, 중공체는, 정확하게 하나의 개구부를 포함한다. 바람직하게는, 중공체는, 짝수의 개구부, 예를 들어, 2, 4, 6, 8, 10, 12, 14, 16, 18 또는 20의 개구부를 포함한다. 바람직하게는, 중공체는 두 개의 개구부를 포함한다. 바람직하게는, 중공체는 튜브이다. 이러한 형태의 중공체는, 만약 광 가이드가 오직 하나의 코어를 포함하는 경우 특히 바람직하다.
중공체는 둘 이상의 개구부를 포함할 수 있다. 개구부는 바람직하게는 석용 유리체의 단부에 서로 반대 위치된 쌍으로 위치된다. 예를 들어, 석영 유리체의 각 단부는, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 또는 7 이상의 개구부, 특히 바람직하게는 5, 6 또는 7의 개구부를 가질 수 있다.
중공체는, 원칙적으로, 당업자에게 알려진 방법을 사용하여 형성될 수 있다. 바람직하게는, 중공체는 노즐에 의하여 형성된다. 바람직하게는, 노즐은, 이의 개구부의 중간에서, 형성 동안에 유리 용융물의 방향을 바꾸는 장치를 포함한다. 이러한 방식으로, 중공체는 유리 용융물로부터 형성될 수 있다.
중공체의 형성은, 노즐을 사용하고, 및 뒤이어 후처리에 의해 수행될 수 있다. 적절한 후처리는, 원칙적으로, 고형체로부터 중공체를 제조하기 위해 기술분야의 당업자에게 알려진 모든 공정, 예를 들어, 피어싱 채널, 드릴링, 호닝 또는 그라인딩이다. 바람직하게는, 적절한 후처리는, 하나 이상의 맨드릴에 걸쳐 고형체를 보내는 것이고, 이에 의해 중공체는 형성된다. 또한, 맨드릴은, 중공체를 형성하기 위해 고형체 내로 도입될 수 있다. 바람직하게는, 중공체는 형성 후에 냉각된다.
중공체를 얻기 위한 형성은, 몰드, 예를 들어, 형성된 도가니에서 유리 용융물을 형성하여 수행될 수 있다. 바람직하게는, 유리 용융물은 몰드에서 냉각되고, 및 이후에 이로부터 제거된다. 냉각은, 바람직하게는, 몰드를 외부로부터 냉각시켜 수행될 수 있다.
바람직하게는, 중공체는, 500℃ 미만, 예를 들어, 200℃ 미만 또는 100℃ 미만 또는 50℃ 미만, 특히 바람직하게는, 20 내지 30℃ 범위의 온도로 냉각된다.
바람직하게는, 냉각은, 0.1 내지 50 K/분, 예를 들어, 0.2 내지 10 K/분 또는 0.3 내지 8 K/분 또는 0.5 내지 5 K/분, 특히 바람직하게는, 1 내지 3 K/분 범위의 속도로 수행된다.
하기 프로파일에 따라 냉각시키는 것이 더욱 바람직하다:
1. 1180 내지 1220℃ 범위의 온도로 냉각하는 단계;
2. 이 온도로 30분 내지 120분, 예를 들어, 40 내지 90분, 특히 바람직하게는, 50 내지 70분 기간 동안 유지하는 단계;
3. 500℃ 미만, 예를 들어, 200℃ 미만 또는 100℃ 미만 또는 50℃ 미만, 특히 바람직하게는, 20℃ 내지 30℃ 범위의 온도로 냉각하는 단계;
여기서, 냉각은, 각 경우에서, 0.1 내지 50 K/분, 예를 들어, 0.2 내지 10 K/분 또는 0.3 내지 8 K/분 또는 0.5 내지 5 K/분, 특히 바람직하게는, 1 내지 3 K/분 범위의 속도로 수행된다.
본 발명의 제9 관점은, 본 발명의 제8 관점에 따른 공정에 의해 얻을 수 있는 석영 유리체이고, 여기서 석영 유리체는 바람직하게는, 이산화규소로 만들어지고, 여기서 이산화규소는 다음의 특색을 갖는다:
A] 10ppm 미만의 OH 함량; 및
B] 60ppm 미만의 염소 함량; 및
C] 200ppb 미만의 알루미늄 함량,
여기서, ppb 및 ppm은 석영 유리체의 총 중량에 각각 기초한다.
바람직하게는, 석영 유리체는, 하기 특색 중 적어도 하나, 예를 들어, 적어도 2 또는 적어도 3 또는 적어도 4, 특히 바람직하게는, 모두를 특징으로 한다:
D] 5x1015/㎤ 미만, 예를 들어, 0.1x1015 내지 3x1015/㎤ 범위, 특히 바람직하게는, 0.5x1015 내지 2.0x1015/㎤ 범위의 ODC 함량;
E] 300ppb 미만, 예를 들어, 200ppb 미만, 특히 바람직하게는, 1 내지 150ppb 범위의 알루미늄과 다른 금속의 금속 함량;
F] log10 (η(1200℃)/dPas) = 13.4 내지 log10 (η(1200℃)/dPas) = 13.9 및/또는 log10 (η(1300℃)/dPas) = 11.5 내지 log10 (η(1300℃)/dPas) = 12.1 및/또는 log10 (η(1350℃)/dPas) = 1.2 내지 log10 (η(1350℃)/dPas) = 10.8의 범위에서 점도 (p=1013 hPa);
G] 석영 유리체의 OH 함량 A]에 기초하여, 10% 이하, 바람직하게는, 5% 이하의 OH 함량의 표준 편차;
H] 석영 유리체의 Cl 함량 B]에 기초하여, 10% 이하, 바람직하게는, 5% 이하의 Cl 함량의 표준 편차;
I] 석영 유리체의 Al 함량 C]에 기초하여, 10% 이하, 바람직하게는, 5% 이하의 Al 함량의 표준 편차;
J] 1x10-4 미만, 예를 들어, 5x10-5 미만, 특히 바람직하게는, 1x10-6 미만의 굴절률 균질성;
K] 원통형 형태;
L] 1150 내지 1250℃ 범위의 변태점 (Tg);
M] 1055 내지 1200℃ 범위의 가상 온도;
여기서, ppb 및 ppm은, 석영 유리체의 총 중량에 각각 기초한다.
이 관점의 바람직한 구체 예에 대하여, 제1 내지 제8 관점에 대해 기재된 바람직한 구체 예와 관련하여 언급된다. 이는 또한 본 발명의 관점의 바람직한 구체 예이다.
바람직하게는, 석영 유리체는 균질하게 분포된 OH 함량, 염소 함량 또는 알루미늄 함량을 갖는다. 석영 유리체의 균질성에 대한 지표는, OH 함량, 염소 함량 또는 알루미늄 함량의 표준 편차로 표현될 수 있다. 표준 편차는, 변수의 값, 이 경우에, OH 함량, 염소 함량, 또는 알루미늄 함량의 값들의 산술 평균에 대한, 넓이의 폭의 척도이다. 표준 편차를 측정하기 위해, 논의가 되고 있는 구성요소, 예를 들어, OH, 염소 또는 알루미늄의 함량은, 샘플 내에 적어도 7개의 측정 위치에서 측정된다.
석영 유리체는, 특성 조합 A/B/C]/D] 또는 A]/B]/C]/E] 또는 A]/B]/C]/F, 좀 더 바람직하게는, 특성 조합 A]/B]/C]/D]/E] 또는 A]/B]/C]/D]/F] 또는 A]/B]/C]/E]/F], 더욱 바람직하게는, 특성 조합 A]/B]/C]/D]/E]/F]를 갖는다.
석영 유리체는, 특성 조합 A]/B]/C]/D]를 가지며, 여기서 OH 함량은 10ppm 미만이고, 염소 함량은 60ppm 미만이며, 알루미늄 함량은 200ppb 미만이고, 및 ODC 함량은 0.1·1015 내지 3·1015/㎤의 범위이다.
석영 유리체는, 특성 조합 A]/B]/C]/E]를 가지며, 여기서 OH 함량은 10ppm 미만이고, 염소 함량은 60ppm 미만이며, 알루미늄 함량은 200ppb 미만이고, 및 알루미늄과 다른 금속의 금속 함량은 200ppb 미만이다.
석영 유리체는, 특성 조합 A]/B]/C]/F]를 가지며, 여기서 OH 함량은 10ppm 미만이고, 염소 함량은 60ppm 미만이며, 알루미늄 함량은 200ppb 미만이고, 및 점도 (p = 1013hPa)는 log10 (η(1200℃)/dPas) = 13.4 내지 log10 (η(1200℃)/dPas) = 13.9의 범위이다.
석영 유리체는, 특성 조합 A]/B]/C]/D]/F]를 가지며, 여기서 OH 함량은, 10ppm 미만이고, 염소 함량은 60ppm 미만이며, 알루미늄 함량은 200ppb 미만이고, ODC 함량은 0.1·1015 내지 3·1015/㎤의 범위이며 및 알루미늄과 다른 금속의 금속 함량은 200ppb 미만이다.
석영 유리체는, 특성 조합 A]/B]/C]/D]/F]를 가지며, 여기서 OH 함량은 10ppm 미만이고, 염소 함량은 60ppm 미만이며, 알루미늄 함량은 200ppb 미만이고, ODC 함량은 0.1·1015 내지 3·1015/㎤의 범위이며 및 점도 (p=1013hPa)는 log10 (η(1200℃)/dPas) = 13.4 내지 log10 (η(1200℃)/dPas) = 13.9의 범위이다.
석영 유리체는, 특성 조합 A]/B]/C]/E]/F]를 가지며, 여기서 OH 함량은 10ppm 미만이고, 염소 함량은 60ppm 미만이며, 알루미늄 함량은 200ppb 미만이고, 알루미늄과 다른 금속의 금속 함량은 200ppb 미만이며, 및 점도 (p=1013hPa)는 log10 (η(1200℃)/dPas) = 13.4 내지 log10 (η(1200℃)/dPas) = 13.9의 범위이다.
석영 유리체는, 특성 조합 A]/B]/C]/D]/E]/F]를 가지며, 여기서 OH 함량은 10ppm 미만이고, 염소 함량은 60ppm 미만이며, 알루미늄 함량은 200ppb 미만이고, ODC 함량은 0.1·1015 내지 3·1015/㎤의 범위이며, 알루미늄과 다른 금속의 금속 함량은 200ppb 미만이고, 및 점도 (p=1013hPa)는 log10 (η(1200℃)/dPas) = 13.4 내지 log10 (η(1200℃)/dPas) = 13.9의 범위이다.
본 발명의 제9 관점의 바람직한 구체 예에 따른 석영 유리체는, 하기 단계를 포함하는 공정에 의해 얻을 수 있다:
i) 하기 단계를 포함하는 공정에 의해 얻을 수 있는 이산화규소 과립 Ⅱ를 제공하는 단계;
(I) 하기 단계를 포함하는 공정에 의해 얻을 수 있는 이산화규소 과립 I을 제공하는 단계:
I. 이산화규소 분말을 제공하는 단계;
Ⅱ. 액체를 제공하는 단계;
Ⅲ. 단계 Ⅰ.및 Ⅱ.의 구성요소를 혼합하여, 슬러리를 얻는, 혼합 단계; 및
Ⅳ. 상기 슬러리를 분무 건조시켜 이산화규소 과립 I을 얻는, 분무 건조 단계;
(Ⅱ) 단계 (I) 유래의 이산화규소 과립 I을 처리하여, 이산화규소 과립 Ⅱ를 얻는, 처리 단계;
ⅱ) 단계 (I) 유래의 이산화규소 과립 Ⅱ로부터 유리 용융물을 형성하는 단계;
ⅲ) 유리 용융물의 적어도 일부로부터 석영 유리체를 형성하는 단계;
ⅳ) 선택적으로, 석영 유리체로부터 적어도 하나의 개구부를 갖는 중공체를 형성하는 단계.
본 발명의 제10 관점은 석영 유리체이고, 여기서 상기 석영 유리체는 이산화규소로 만들어지고, 및
A] 10ppm 미만의 OH 함량;
B] 60ppm 미만의 염소 함량; 및
C] 200ppb 미만의 알루미늄 함량을 가지며,
여기서, ppb 및 ppm은 각 경우에서 석영 유리체의 총 중량에 기초한다.
바람직하게는, 석영 유리체는, 하기 특색 중 적어도 하나, 예를 들어, 적어도 2 또는 적어도 3 또는 적어도 4, 특히 바람직하게는, 적어도 5를 갖는 것을 특징으로 한다:
D] 5x1015/㎤ 미만, 예를 들어, 0.1x1015 내지 3x1015/㎤ 범위, 특히 바람직하게는, 0.5x1015 내지 2.0x1015/㎤ 범위의 ODC 함량;
E] 300ppb 미만, 예를 들어, 200ppb 미만, 특히 바람직하게는, 1 내지 150ppb의 알루미늄과 다른 금속의 금속 함량;
F] log10 (η(1200℃)/dPas) = 13.4 내지 log10 (η(1200℃)/dPas) = 13.9 및/또는 log10 (η(1300℃)/dPas) = 11.5 내지 log10 (η(1300℃)/dPas) = 12.1 및/또는 log10 (η(1350℃)/dPas) = 1.2 내지 log10 (η(1350℃)/dPas) = 10.8의 범위에서 점도 (p=1013 hPa);
G] 석영 유리체의 OH 함량 A]에 기초하여, 10% 이하, 바람직하게는, 5% 이하의 OH 함량의 표준 편차;
H] 석영 유리체의 Cl 함량 [B]에 기초하여, 10% 이하, 바람직하게는, 5% 이하의 Cl 함량의 표준 편차;
I] 석영 유리체의 Al 함량 C]에 기초하여, 10% 이하, 바람직하게는, 5% 이하의 Al 함량의 표준 편차;
J] 1x10-4 미만, 예를 들어, 5x10-5 미만, 특히 바람직하게는, 1x10-6 미만의 굴절률 균질성;
K] 원통형 형태;
L] 1150 내지 1250℃ 범위의 변태점 (Tg);
M] 1055 내지 1200℃ 범위의 가상 온도;
여기서, ppb 및 ppm은 석영 유리체의 총 중량에 각각 기초한다.
이 관점의 바람직한 구체 예에 대하여, 제1 관점 내지 제9 관점에 대해 기재된 바람직한 구체 예와 관련하여 언급된다. 이들은 또한 본 발명의 이 관점에 대하여 바람직한 구체 예이다. 특히, 본 발명의 제1 관점의 재킷 층에 관련된 특색은, 또한 본 발명의 제10 관점의 재킷 층의 바람직한 특색이다.
본 발명의 제11 관점은, 하기 단계를 포함하는 광 가이드의 제조 공정이다:
A/ 다음을 제공하는 단계,
A1/ 단계 ⅳ.)를 포함하는 본 발명의 제8 관점에 따른 공정에 의해 얻을 수 있는 적어도 하나의 개구부를 갖는 중공체; 또는
A2/ 본 발명의 제9 또는 제10 관점에 따른 석영 유리체, 여기서, 상기 석영 유리체는 먼저 가공 처리되어, 적어도 하나의 개구부를 갖는 중공체를 얻으며;
B/ 상기 적어도 하나의 개구부를 통해 하나 이상의 코어 막대를 석영 유리체로 도입하여, 전구체를 얻는, 도입 단계;
C/ 단계 B/ 유래의 전구체를 가온하에 인발하여 하나 또는 다수의 코어 및 재킷 (M1)을 갖는 광 가이드를 얻는, 인발 단계.
단계 A/
단계 A/에 제공된 석영 유리체는, 적어도 2개의 개구부를 갖는 중공체이다. 단계 A/에 제공된 석영 유리체는, 본 발명의 제10 관점에 따른 특색을 특징으로 한다. 바람직하게는, 단계 A/에서 제공된 석영 유리체는, 단계 iv.)로서 석영 유리체로부터 적어도 2개의 개구부를 갖는 중공체의 형성을 포함하는 본 발명의 제8 관점에 따른 공정에 의해 얻을 수 있다. 특히 바람직하게는, 이러한 방식에서 제조된 석영 유리체는, 본 발명의 제10 관점에 따른 특색을 갖는다. 바람직하게는, 단계 A/에서 제공된 석영 유리체는, 본 발명의 제9 관점에 따른 특색을 갖는 석영 유리체이다. 특히 바람직하게는, 단계 A/에서 제공된 석영 유리체는, 본 발명의 제9 관점에 따른 특색 및 본 발명의 제10 관점에 따른 특색을 갖는다. 바람직하게는, 단계 A/에서 제공된 석영 유리체는, 본 발명의 제10 관점에 따른 석영 유리체이다.
단계 B/
하나 또는 다수의 코어 막대는, 석영 유리체 (단계 B/)의 적어도 하나의 개구부를 통해 도입된다. 본 발명의 맥락에서 코어 막대는, 재킷, 예를 들어, 재킷 (M1)에 도입되도록 조정되고 및 광 가이드를 얻기 위해 가공되는 물건을 의미한다. 코어 막대는 석영 유리의 코어를 갖는다. 바람직하게는, 코어 막대는, 석영 유리의 코어 및 코어를 둘러싸는 재킷 층 (M0)을 포함한다.
각 코어 막대는, 석영 유리체에 적합하도록 선택된 형태를 갖는다. 바람직하게는, 코어 막대의 외관 형태는, 석영 유리체의 개구부의 형태에 상응한다. 특히 바람직하게는, 석영 유리체는 튜브이고, 코어 막대는 원형 단면을 갖는 막대이다.
코어 막대의 직경은, 중공체의 내부 직경보다 작다. 바람직하게는, 코어 막대의 직경은, 중공체의 내부 직경보다 0.1 내지 3㎜ 작고, 예를 들어, 0.3 내지 2.5㎜ 더 작거나 또는 0.5 내지 2㎜ 더 작거나 또는 0.7 내지 1.5㎜ 작고, 특히 바람직하게는 0.8 내지 1.2㎜ 더 작다.
바람직하게는, 석영 유리체의 내부 직경 대 코어 막대의 직경의 비는, 2:1 내지 1.0001:1의 범위, 예를 들어, 1.8:1 내지 1.001:1의 범위 또는 1.6:1 내지 1.005:1의 범위 또는 1.4:1 내지 1.01:1의 범위, 특히 바람직하게는 1.2:1 내지 1.05:1의 범위이다.
바람직하게는, 코어 막대로 채워지지 않은 석영 유리체 내부의 영역은, 적어도 하나의 추가 구성요소, 예를 들어, 이산화규소 분말 또는 이산화규소 과립으로 채워질 수 있다.
적어도 하나의 또 다른 석영 유리체에 이미 존재하는 코어 막대가 석영 유리체로 도입되는 것도 또한 가능하다. 이 경우에서 또 다른 석영 유리체는, 석영 유리체의 내부 직경보다 더 작은 외부 직경을 갖는다. 석영 유리체 내로 도입되는 코어 막대는, 또한 둘 이상의 추가 석영 유리체, 예를 들어, 3 이상의 추가 석영 유리체에 존재할 수 있다.
이러한 방식으로 얻어진 하나 또는 다수의 코어 막대가 장착된 석영 유리체는, 이하에서 "전구체"로 지칭될 것이다.
단계 C/
전구체는 가온하에 인발된다 (단계 C/). 이러한 방식으로 얻어진 생성물은, 하나 또는 다수의 코어 및 적어도 하나의 재킷 (M1)을 갖는 광 가이드이다.
바람직하게는, 전구체는 0.05m/h 내지 110km/h 범위의 속도로 인발된다.
바람직하게는, 가온하에 인발은, 2500℃까지의 온도, 예를 들어, 1700 내지 2400℃의 온도, 특히 바람직하게는 2100 내지 2300℃ 범위의 온도에서 수행된다.
바람직하게는, 전구체는 외부로부터 전구체를 가열하는 오븐을 통해 주입한다.
바람직하게는, 전구체는, 광 가이드의 원하는 두께가 달성될 때까지 늘려진다. 바람직하게는, 전구체는, 단계 A/에서 제공된 석영 유리체의 길이에 기초한 각 경우에서, 1,000 내지 6,000,000배 길이, 예를 들어, 10,000 내지 500,000배 길이 또는 30,000 내지 200,000배 길이로 늘려진다. 특히 바람직하게는, 전구체는 단계 B/에 제공된 전구체의 길이에 기초한 각 경우에서, 100,000 내지 10,000,000배 길이, 예를 들어, 150,000 내지 5,800,000배 길이 또는 160,000 내지 640,000배 길이 또는 1,440,000 내지 5,760,000배 길이 또는 1,440,000 내지 2,560,000배 길이로 늘려진다.
바람직하게는, 전구체의 직경은, 단계 B/에 제공된 전구체의 직경에 기초한 각 경우에서, 100 내지 3,500의 범위, 예를 들어, 300 내지 3,000 또는 400 내지 800 또는 1,200 내지 2,400 또는 1,200 내지 1,600 범위의 배만큼 늘려서 감소된다.
단계 C/에서 얻어진 광 가이드는, 다양한 단계에서 후 처리될 수 있다.
광 가이드는, 코팅과 함께 제공될 수 있다. 바람직하게는, 광 가이드는, 인발 후 및 추가 후 처리 단계를 수행하기 전에 코팅가 함께 제공될 수 있다. 코팅은, 기계적 손상에 대한 보호뿐만 아니라 습기, 열, 냉기 및 기타 외부 영향에 대하여 보호 기능을 제공한다. 추가 코팅 없이, 섬유 표면상에 미세 갈라진 틈 (micro tears)의 위험성은 증가하고, 이는, 기계적 탄력성 (mechanical resilience)의 상당한 감소로 이어질 수 있다. 코팅은 하나 또는 둘 이상의 층으로 이루어질 수 있다. 바람직하게는, 코팅은 2개의 층으로 이루어진다. 2개의 층을 갖는 코팅은, 바람직하게는, 재킷 층을 둘러싸는 제1층, 코어 및 재킷 층으로부터 습기를 차단하는, 래커 (lacquer)뿐만 아니라, 열적 및 기계적 손상에 대하여 광 가이드를 보호하는 제1층을 둘러싸는 추가의 층을 갖는다. 적절한 코팅 물질은, 특히, 가교된 중합체이며, 바람직한 코팅 물질은 가교된 아크릴레이트, 폴리이미드, 규소 수지 (silicone) 또는 이의 둘 이상이다. 제1층은, 특히 바람직하게는, 가교된 폴리아크릴레이트로 이루어진다. 제1층은, 바람직하게는, 10 내지 100㎛, 예를 들어, 15 내지 50㎛, 특히 바람직하게는, 20 내지 30㎛의 범위에서 두께를 갖는다. 추가 층은, 예를 들어, 가교된 중합체의 조합으로 이루어진다. 추가 층은, 바람직하게는, 5 내지 500㎛, 예를 들어, 10 내지 100㎛ 또는 15 내지 50㎛, 특히 바람직하게는, 20 내지 30㎛의 범위에서 두께를 갖는다.
본 발명의 제12 관점은, 본 발명의 제11 관점에 따른 공정에 의해 얻을 수 있는 광 가이드이다.
바람직하게는, 본 발명의 제11 관점에 따른 공정에 의해 얻을 수 있는 광 가이드는, 재킷 (M1) 및 하나 또는 다수의 코어를 갖고,
여기서, 상기 재킷 (M1)은 코어를 둘러싸고;
여기서, 각 코어는, 코어의 최대 연장부에 수직인 굴절률 프로파일을 가지며, 여기서, 각 굴절률 프로파일의 적어도 하나의 굴절률 (nK)은, 재킷 (M1)의 굴절률 (nM1)보다 크고;
여기서, 상기 재킷 (M1)은, 이산화규소로 만들어지고, 및
a) 10ppm 미만의 OH 함량; 및
b) 60ppm 미만의 염소 함량; 및
c) 200ppb 미만의 알루미늄 함량을 가지며;
여기서, ppb 및 ppm은, 재킷 (M1)의 총 중량에 각각 기초한다.
바람직하게는, 재킷 (M1)은, 하기 특색들 중 적어도 하나를 갖는다:
d) 5x1015/㎤ 미만, 예를 들어, 0.1x1015 내지 3x1015/㎤ 범위, 특히 바람직하게는, 0.5x1015 내지 2.0x1015/㎤의 범위에서 ODC 함량;
e) 1ppm 미만, 예를 들어, 0.5ppm 미만, 특히 바람직하게는, 0.1ppm 미만의 알루미늄과 다른 금속의 금속 함량;
f) log10 (η(1200℃)/dPas) = 13.4 내지 log10 (η(1200℃)/dPas) = 13.9 및/또는 log10 (η(1300℃)/dPas) = 11.5 내지 log10 (η(1300℃)/dPas) = 12.1 및/또는 log10 (η(1350℃)/dPas) = 1.2 내지 log10 (η(1350℃)/dPas) = 10.8의 범위에서 점도 (p=1013 hPa);
g) 6m 초과의 컬 파라미터;
h) 재킷 (M1)의 OH 함량 a)에 기초하여, 10% 이하, 바람직하게는, 5% 이하의OH 함량의 표준 편차;
i) 재킷 (M1)의 Cl 함량 b)에 기초하여, 10% 이하, 바람직하게는, 5% 이하의 Cl 함량의 표준 편차;
j) 재킷 (M1)의 Al 함량 c)에 기초하여, 10% 이하, 바람직하게는, 5% 이하의 Al 함량의 표준 편차;
k) 1x10-4 미만, 예를 들어, 5x10-5 미만, 특히 바람직하게는, 1x10-6 미만의 굴절률 균질성;
l) 1150 내지 1250℃, 특히 바람직하게는, 1180 내지 1220℃의 범위에서 변태점 (Tg),
여기서, ppb 및 ppm은 재킷 (M1)의 총 중량에 각각 기초한다.
바람직하게는, 하기 단계를 포함하는 공정에 의해 얻을 수 있는 광 가이드이다:
A/ 하기 단계를 포함하는 공정에 의해 바람직하게 얻을 수 있는 석영 유리체를 제공하는 단계:
i) 하기 단계를 포함하는 공정에 의해 얻을 수 있는 이산화규소 과립 Ⅱ를 제공하는 단계;
(I) 하기 단계를 포함하는 공정에 의해 얻을 수 있는 이산화규소 과립 I을 제공하는 단계:
I. 이산화규소 분말을 제공하는 단계;
Ⅱ. 액체를 제공하는 단계;
Ⅲ. 단계 Ⅰ. 및 Ⅱ. 유래의 구성요소를 혼합하여 슬러리를 얻는, 혼합 단계; 및
Ⅳ. 상기 슬러리를 분무 건조시켜 이산화규소 과립 I을 얻는, 분무 건조 단계;
(Ⅱ) 단계 (I) 유래의 이산화규소 과립 I을 처리하여 이산화규소 과립 Ⅱ를 얻는, 처리 단계;
ⅱ) 단계 (Ⅱ) 유래의 이산화규소 과립 Ⅱ로부터 유리 용융물을 제조하는 단계;
ⅲ) 상기 유리 용융물의 적어도 일부로부터 석영 유리체를 제조하는 단계;
ⅳ) 상기 석영 유리체로부터 적어도 하나의 개구부를 갖는 중공체를 제조하는 단계;
B/ 상기 적어도 하나의 개구부를 통해 석영 유리체 내로 하나 또는 다수의 코어 막대를 도입하여 전구체를 얻는, 도입 단계,
C/ 상기 전구체를 가온하에 건조하여 코어 및 적어도 하나의 재킷 층 (M1)을 갖는 광 가이드를 얻는, 건조 단계.
이 맥락에서, 이산화규소 과립 I은, 하기 특색 중 적어도 하나를 갖는다:
A) 200ppm 미만의 염소 함량;
B) 200ppb 미만의 알루미늄 함량;
여기서, ppm 및 ppb는, 각 경우에서, 이산화규소 과립 I의 총 중량에 기초한다.
이 맥락에서, 이산화규소 분말은, 하기 특색을 갖는다:
a. 200ppm 미만의 염소 함량; 및
b. 200ppb 미만의 알루미늄 함량;
여기서, ppm 및 ppb는, 각 경우에서, 이산화규소 분말의 총 중량에 기초한다.
이 맥락에서, 이산화규소 과립 Ⅱ는 하기 특색 중 적어도 하나를 갖는다:
(A) 500ppm 미만의 염소 함량;
(B) 200ppb 미만의 알루미늄 함량;
여기서, ppm 및 ppb는, 각 경우에서, 이산화규소 과립 Ⅱ의 총 중량에 기초한다.
이 관점의 바람직한 구체 예에 대하여, 제6 관점 내지 제11 관점에 대해 기재된 바람직한 구체 예와 관련하여 언급된다. 이들은 또한 본 발명의 이 관점의 바람직한 구체 예이다.
본 발명의 제13 관점은, 본 발명의 제1 또는 제12 관점에 따른 적어도 둘의 광 가이드를 포함하는 광 가이드 케이블이다.
바람직하게는, 광 가이드 케이블은, 적어도 두 개의 광 가이드, 특히 바람직하게는, 10 내지 2000개의 광 가이드를 포함한다.
적어도 2개의 광 가이드는, 임의의 방식으로 케이블에 배열될 수 있다. 바람직하게는, 광 가이드는, 케이블 내에 번들 (bundles)로서 존재하거나 또는 꼬여져 있다. 광 가이드의 번들은, 서로 인접하여 위치된 다수의 광 가이드, 바람직하게는, 10의 광 가이드를 의미한다. 꼬인 광 가이드는, 서로에 대해 감싸진 광 가이드를 의미한다.
바람직하게는, 적어도 2개의 광 가이드는, 재킷으로 피복된다. 재킷은, 적어도 두 개의 광 가이드에 직접 적용될 수 있다. 직접은, 적어도 2개의 광 가이드와 재킷 사이에 1mm 이하의 빈 공간이 존재하는 것을 의미한다. 재킷은, 1mm를 초과하는 간격을 자유롭게 유지할 수 있는 방식으로, 적어도 2개의 광 가이드를 둘러쌀 수 있다.
재킷은, 기계적 손상에 대한 보호뿐만 아니라 습기, 열, 냉기 및 기타 외부 영향에 대하여 보호 기능을 제공한다. 재킷은, 하나 또는 둘 이상의 층으로 이루어질 수 있다. 바람직하게는, 재킷은, 외부 위치 층 및 내부 위치 층의 둘 이상의 층으로 이루어진다. 외부 위치 층은, 주로 기계적 손상에 대한 보호 기능을 제공한다. 적어도 하나의 내부 위치 층은, 습기, 열적, 기계적 및 기타 외부 영향에 대하여 보호한다. 상기 층에 대한 특히 적절한 물질은, 가교된 중합체이다.
적어도 2개의 광 가이드는, 바람직하게는, 적어도 2개의 광 가이드의 단부가 광 가이드 케이블의 단부와 일치하는 방식으로 광 가이드 케이블 내에 배열된다. 특히 바람직하게는, 케이블의 적어도 2개의 광 가이드는, 동일하게 길다. "동일하게 긴"은, 케이블의 광 가이드의 평균 길이에 기초하여, 광 가이드 길이의 편차가 5% 이하인 것을 의미한다.
바람직하게는, 광 가이드 케이블은, 적어도 하나의 단부에서, 바람직하게는, 양 단부에서 장치를 가지며, 이를 통해 광 가이드 케이블은, 다른 광 가이드 케이블 또는 다른 구성요소와 연결될 수 있다. 바람직하게는, 광 가이드 케이블은, 적어도 하나의 단부, 바람직하게는, 양 단부에서 플러그 연결 (plug connection) 또는 스플라이스 연결 (splice connection)을 갖는다.
본 발명의 제14 관점은, 하기 단계들을 포함하는 광 가이드 케이블의 제조 공정이다:
A} 본 발명의 제1 또는 제12 관점에 따른 적어도 2개의 광 가이드를 제공하는 단계;
B} 광 가이드 케이블을 얻기 위해 단계 A} 유래의 적어도 두 개의 광 가이드를 가공하는 단계.
바람직하게는, 본 공정에 의해 얻을 수 있는 광 가이드 케이블은, 본 발명의 제13 관점에 따른 특색을 특징으로 한다.
단계 A}에서 제공된 적어도 2개의 광 가이드는, 적어도 특색 A] 내지 C]를 갖는다. 바람직하게는, 단계 A}에서 제공된 적어도 2개의 광 가이드는, 특색 D] 내지 G] 중 적어도 하나를 갖는다. 바람직하게는, 단계 A}에서 제공된 적어도 2개의 광 가이드는, 본 발명의 제1 또는 제12 관점에 따른 특색을 특징으로 한다.
단계 A}에서 제공된 적어도 2개의 광 가이드는, 단계 B}에서 가공된다. 상기 가공은 둘 이상의 광 가이드로 만들어진 광 가이드 케이블이 얻어질 수 있는 단계들을 포함할 수 있다.
예를 들어, 단계 B}에 따른 가공은, 하기 단계들을 포함할 수 있다:
- 둘 이상의 광 가이드는 재킷과 함께 제공될 수 있다.
- 둘 이상의 광 가이드는 꼬여질 수 있다.
- 둘 이상의 광 가이드는 번들로 될 수 있다. 둘 이상의 광 가이드의 번들은, 바람직하게는, 개별 장치에 의해 함께 유지될 수 있다. 예를 들어, 번들은, 재킷에 의해 함께 유지될 수 있다.
- 둘 이상의 광 가이드는, 단부에서 장치, 바람직하게는, 플러그 또는 스플라이싱 장치와 함께 제공될 수 있다.
본 발명의 제14 관점의 바람직한 구체 예는, 본 발명의 제12 관점에 따라 얻을 수 있는 광 가이드를 제공하는 단계를 포함하는 광 가이드 케이블의 제조 공정이다. 따라서, 광 가이드는, 바람직하게는, 하기 단계를 포함하는 공정에 의해 얻을 수 있다:
A} 바람직하게는, 광 가이드의 제조를 위해 이미 기재된 공정에 따라 얻을 수 있는, 적어도 2개의 광 가이드를 제공하는 단계;
B} 광 가이드 케이블을 얻기 위해 A} 유래의 적어도 2개의 광 가이드를 가공하는 단계.
이 관점의 바람직한 구체 예에 대하여, 제3 내지 제13 관점에 대해 기재된 바람직한 구체 예와 관련하여 언급된다. 이들은 또한 본 발명의 이 관점에 대하여 바람직한 구체 예이다.
본 발명의 제15 관점은, 광섬유, 광 가이드 및 광 가이드 케이블에 대한 재킷 물질로 이루어진 군으로부터 선택된 제품의 제조를 위해 본 발명의 제2 또는 제4 관점에 따른 이산화규소 과립을 사용하는 방법에 관한 것이다.
재킷 물질은, 가치 사슬 (value chain)의 추가 단계에서, 광섬유, 광 가이드 또는 외피 또는 코팅에 의해 보호될 또 다른 몸체의 외피 또는 코팅을 얻기 위해 가공되는 물질을 의미한다.
도 1은, 본 발명에 따른 석영 유리체의 제조를 위한 공정 (100)의 단계 (101 내지 104)를 함유하는 흐름도를 나타낸다. 제1단계 (101)에서, 이산화규소 과립은 제공된다. 제2단계 (102)에서, 유리 용융물은 이산화규소 과립으로부터 제조된다.
바람직하게는, 몰드는, 오븐으로 도입될 수 있거나 또는 오븐에서 제거될 수 있는 용융에 대해 사용된다. 이러한 몰드는 종종 그래파이트로 제조된다. 이들은, 주형 (casting)에 음형 (negative form)을 제공한다. 이산화규소 과립은, 단계 (103)에서 몰드 내로 충전되고 및 먼저 용융을 일으킨다. 이어서, 석영 유리체는, 용융물을 냉각시켜 몰드에서 형성된다. 이것은, 그 다음, 예를 들어, 선택적인 단계 (104)에서, 몰드에서 제거되고 및 더욱 가공된다. 이 절차는 불연속적이다. 용융물의 형성은, 바람직하게는, 감압, 특히 진공에서 수행된다. 더욱이, 단계 (103) 동안, 환원성, 수소 함유 분위기로 간헐적으로 오븐을 충전하는 것이 가능하다.
또 다른 절차에서, 도가니는, 행잉 또는 스탠딩 도가니가 바람직하다. 이 경우에서, 이산화규소 과립은, 용융 도가니 내로 도입되고, 및 유리 용융물이 형성될 때까지 그 안에서 가온된다. 이 경우에, 용융은, 바람직하게는, 환원성 수소 함유 분위기에서 수행된다. 제3단계 (103)에서, 석영 유리체는 형성된다. 석영 유리체의 형성은, 여기서, 예를 들어, 도가니의 하부 상에 노즐을 통해, 도가니로부터 유리 용융물의 적어도 일부를 제거하는 단계 및 냉각시키는 단계에 의해 수행된다. 이 경우에서, 석영 유리체의 형태는, 노즐의 레이아웃 (layout)에 의해 결정될 수 있다. 이러한 방식에서, 예를 들어, 고형체는, 얻어질 수 있다. 중공체는, 예를 들어, 만약 노즐이 부가적으로 맨드릴을 갖는다면, 얻어진다. 특히, 단계 (103)에서, 석영 유리체의 제조를 위한 공정의 이러한 예로는, 바람직하게는, 연속적으로 수행된다. 선택적인 단계 (104)에서, 중공체는, 고체 석영 유리체로부터 형성될 수 있다.
도 2는, 이산화규소 과립 I의 제조를 위한 공정 (200)의 단계들 (201, 202 및 203)을 함유하는 흐름도를 나타낸다. 제1단계 (210)에서, 이산화규소 분말은 제공된다. 이산화규소 분말은, 바람직하게는, 규소 함유 물질, 예를 들어, 실록산, 실리콘 알콕사이드 또는 실리콘 할로겐이 발열성 공정에서 이산화규소로 전환되는, 합성 공정으로부터 얻어진다. 제2단계 (202)에서, 이산화규소 분말은, 액체, 바람직하게는 물과 혼합되어, 슬러리를 얻는다. 제3단계 (203)에서, 슬러리에 함유된 이산화규소는, 이산화규소 과립으로 전환된다. 과립화는 분무 과립화에 의해 수행된다. 이를 위해, 슬러리는, 분무탑으로 노즐을 통해 분무되고 및 건조되어 미소체를 얻으며, 여기서, 노즐과 슬러리 사이에 접촉 표면은, 유리 또는 플라스틱을 포함한다.
도 3은, 이산화규소 과립 Ⅱ의 제조를 위한 공정 (300)의 단계들 (301, 302, 303 및 304)을 함유하는 흐름도를 나타낸다. 단계들 (301, 302 및 303)은, 도 2에 따른 단계들 (201, 202 및 203)에 상응하게 진행한다. 단계 (304)에서, 단계 (303)에서 얻어진 이산화규소 과립 I은, 가공되어 이산화규소 과립 Ⅱ를 얻는다. 이것은, 바람직하게는, 염소 함유 분위기에서 이산화규소 과립 I을 가온하여 수행된다.
도 4에서, 이산화규소의 분무 과립화를 위한 분무탑 (1100)의 바람직한 구체 예를 나타낸다. 분무탑 (1100)은, 이산화규소 분말 및 액체를 함유하는 가압된 슬러리가 분무탑으로 주입되는 피드 (1101)을 포함한다. 파이프라인의 말단에서, 노즐 (1102)을 통해 슬러리는 미세하게 펼쳐진 분포로서 분무탑으로 도입된다. 바람직하게는, 노즐은 상향으로 기울어, 슬러리가 노즐 방향에서 미세 액적으로서 분무탑으로 분무되고, 및 그 다음 중력의 영향하에 활 모양으로 하방으로 떨어진다. 분무탑의 상부 말단에는, 가스 주입구 (1103)가 있다. 가스 주입구 (1103)을 통한 가스의 도입에 의해, 가스 흐름은, 노즐 (1102)에서 슬러리의 배출구 방향에 반대 방향으로 생성된다. 분무탑 (1100)은 또한 스크리닝 장치 (1104) 및 체가름 장치 (1105)를 포함한다. 정의된 입자 크기보다 작은 입자는, 스크리닝 장치 (1104)에 의해 추출되고, 및 방출 (1106)을 통해 제거된다. 스크리닝 장치 (1104)의 추출 강도는, 추출될 입자의 입자 크기에 상응하도록 구성될 수 있다. 정의된 입자 크기 이상의 입자는, 체가름 장치 (1105)에 의해 체가름되고 및 방출 (1107)을 통해 제거된다. 체가름 장치 (1105)의 체가름 투과성 (sieve permeability)은, 체가름될 입자 크기에 상응하게 선택될 수 있다. 잔여 입자인, 원하는 입자 크기를 갖는 이산화규소 과립은, 배출구 (1108)을 통해 제거된다.
도 5에서, 코어 (1201) 및 상기 코어 (1201)를 둘러싸는 재킷 (M1) (1202)를 갖는 본 발명에 따른 광 가이드 (1200)를 관통하는 개략적인 단면을 나타낸다.
도 6은, 케이블 구조를 갖는 가이드 (1300)의 평면도를 개략적으로 나타낸다. 코어 (1301) 및 상기 코어 (1301) 주위에 재킷 (M1) (1302)의 배열을 나타내기 위해, 코어 (1301)의 일부는 재킷 (M1) (1302) 없이 나타낸다. 통상적으로, 그러나, 코어 (1301)는, 재킷 (M1) (1302)에 의해 이의 전체 길이에 걸쳐 피복된다.
도 7은, 진공 소결 공정, 가스압 소결 공정 및 특히 이들의 조합에 적합한 오븐 (1500)의 바람직한 구체 예를 나타낸다. 오븐은, 외측으로부터 시작하여 안쪽으로, 내압 재킷 (1501) 및 열적 절연층 (1502)을 갖는다. 이에 의해 둘러싸인 공간은, 또한, 오븐 내부로 지칭됨, 가스 공급기 (1504)를 통해 가스 또는 가스 혼합물로 충전될 수 있다. 더욱이, 오븐 내부는, 가스가 제거될 수 있는, 가스 배출구 (1505)가 제공된다. 가스 공급 (1504)과 가스 제거 (1505) 사이에 가스 수송에서의 관계에 따라서, 과압, 진공 또는 또한 가스 흐름은, 오븐 (1500)의 내부에서 생성될 수 있다. 더욱이, 가열 소자 (1506)는, 오븐 (1500)의 내부에 제공된다. 이들은 종종 절연층 (1502) 상에 놓인다 (여기에 도시되지 않음). 용융 물질을 오염으로부터 보호하기 위해, 오븐의 내부는, 가열 소자 (1506)로부터 오븐 챔버 (1503)를 분리시키는 소위 "라이너 (liner)" (1507)가 제공된다. 용융 물질 (1509)을 갖는 용융 몰드 (1508)는, 오븐 챔버 (1503) 내로 도입될 수 있다. 용융 몰드 (1508)는, 측면 상에 개방될 수 있거나 (여기서 도시됨) 또는 용융 물질 (1509)을 완전히 둘러쌀 수 있다 (도시되지 않음).
시험 방법
a. 가상 온도
가상 온도는, 약 606cm-1에서 라만 산란 강도 (Raman scattering intensity)를 사용하는 라만 분광계에 의해 측정된다. 절차 및 분석은, Pfleiderer 등의 기고문인; "The UV-induced 210㎚ absorption band in fused Silica with different thermal history and stoichiometry"; Journal of Non-Crystalline Solids, volume 159 (1993), pages 145-153에 기재된다.
b. OH 함량
유리의 OH 함량은, 적외선 분광법에 의해 측정된다. D. M. Dodd & D. M. Fraser "Optical Determinations of OH in Fused Silica" (J.A.P. 37, 3991 (1966))의 방법은, 사용된다. 그 안에 지명된 장치 대신에, FTIR-분광계 (Fourier transform infrared spectrometer, current System 2000 of Perkin Elmer)는 사용된다. 스펙트럼의 분석은, 원칙적으로, 약 3670cm-1에서 흡수 밴드 또는 약 7200cm-1에서 흡수 밴드에 대해 수행될 수 있다. 밴드의 선택은, OH 흡수를 통한 투과 손실 (transmission loss)이 10 내지 90%인 것에 기초하여 만들어진다.
c. 산소 결핍 중심 ( ODCs )
정량적 검출을 위해, ODC(I) 흡수는, McPherson, Inc. (USA)의 진공 UV 분광기, 모델 VUVAS 2000을 사용하여 1-2㎜ 두께의 샘플에서 투과 측정에 의해 165㎚에서 측정된다.
그 다음:
N =α/σ
N = 결함 농도 (defect concentration) [1/㎤]
α = ODC(I) 밴드의 광학적 흡수 [1/cm, base e]
σ = 유효 단면적 [㎠]
여기서, 유효 단면적은, σ=7.5·l0-17㎠로 설정된다 (L. Skuja, "Color Centers and their Transformations in Glassy SiO2", Lectures of the summer school "Photosensitivity in optical Waveguides and glasses", July 13-18 1998, Vitznau, Switzerland).
d. 원소 분석
d-1) 고체 샘플은 분쇄된다. 그 다음, 약 20g의 샘플은, 내-HF 용기 (HF-resistant vessel) 내로 이를 충분히 도입시키고, 이를 HF로 피복시키며, 및 100℃에서 1시간 동안 열처리하여 세정된다. 냉각 후, 산은 버리고 및 샘플은 고순도의 물로 여러 번 세정된다. 그 다음, 용기 및 샘플은, 건조 캐비닛 (drying cabinet)에서 건조된다.
다음, 약 2g의 고체 샘플 (전술된 바와 같이 세정된 분쇄 물질; 전-처리 없는 직접 더스트 등)은, 내-HF 추출 용기에서 칭량되고, 및 15㎖ HF (50 wt.%)에 용해된다. 추출 용기는 밀폐되고, 및 샘플이 완전히 용해될 때까지 100℃에서 열처리된다. 그 다음, 추출 용기는 개방되고, 및 용액이 완전히 증발될 때까지, 100℃에서 더욱 열 처리된다. 한편, 추출 용기는, 15㎖의 고순도 물로 3x 채워진다. 1㎖ HNO3는, 추출된 불순물을 용해시키기 위해, 추출 용기 내로 도입되고, 및 고순도 물로 15㎖까지 채워진다. 샘플 용액은 그 다음 준비된다.
d-2) ICP-MS/ICP-OES 측정
OES 또는 MS의 여부는 예상된 원소 농도에 의존하여 사용된다. 통상적으로, MS의 측정은 1ppb이며, 및 OES의 경우는 (칭량된 샘플에 기초한 각 경우에서) 10ppb이다. 측정 장치로 원소 농도의 측정은, 장치 제조업자 (ICP-MS: Agilent 7500ce; ICP-OES: Perkin Elmer 7300 DV)의 규정에 따라 및 보정을 위해 인증된 기준 액체 (reference liquids)를 사용하여 수행된다. 장치에 의해 측정된 용액 (15㎖)의 원소 농도는, 그 다음 샘플의 최초 중량 (2g)에 기초하여 전환된다.
주의: 산, 용기, 물 및 장치가 논의가 되고 있는 원소 농도를 측정하기 위해 충분히 순수해야 한다는 것을 명심해야 한다. 이것은, 석영 유리 없는 블랭크 샘플 (blank sample)을 추출하여 점검된다.
다음 원소는, 이러한 방식으로 측정된다: Li, Na, Mg, K, Ca, Fe, Ni, Cr, Hf, Zr, Ti, (Ta), V, Nb, W, Mo, Al.
d-3) 액체로서 존재하는 샘플의 측정은, 전술한 바와 같이 수행되며, 여기서, 단계 d-1)에 따른 샘플 준비는 생략된다. 15㎖의 액체 샘플은, 추출 플라스크로 도입된다. 최초 샘플 중량에 기초한 전환은 이루어지지 않는다.
e. 액체의 밀도의 결정
액체의 밀도를 측정하기 위해, 액체의 정밀하게 한정된 부피는, 액체 및 이의 구성분에 대해 불활성인 측정 장치 내로 칭량되고, 여기서, 용기의 빈 중량 및 충전 중량은 측정된다. 밀도는, 도입된 액체의 부피로 나눈 두 중량 측정들 사이에 차이로 제공된다.
f. 불화물 검출
15g의 석영 유리 샘플은, 분쇄되고, 및 70℃에서 질산으로 처리하여 세정된다. 샘플은, 그 다음 고순도 물로 여러 번 세척되고 및 그 다음 건조된다. 2g의 샘플은, 니켈 도가니 내로 칭량되고 및 10g Na2CO3 및 0.5g ZnO로 커버된다. 도가니는, Ni-뚜껑으로 밀폐되고 및 1시간 동안 1000℃에서 세게 가열된다. 니켈 도가니는, 그 다음 물로 채워지고, 및 용융물 케이크 (melt cake)가 완전히 용해될 때까지 끓여진다. 용액은, 200㎖ 측정 플라스크로 이동되고 및 고순도 물로 200㎖까지 채워진다. 용해되지 않은 구성분의 침전 후에, 30㎖는 취해지고 및 100㎖ 측정 플라스크로 이동되며, 0.75㎖의 빙초산 및 60㎖의 TISAB는 첨가되고 및 고순도 물로 채워진다. 샘플 용액은, 150㎖ 유리 비이커로 이동된다.
샘플 용액에서 불화물 함량의 측정은, 예상된 농도 범위에 적절한, 이온 민감성 (불화물) 전극에 의해 및 제조업자에 의해 조건으로 요구된 디스플레이 장치에 의해 수행되고, 여기서, 불화물 이온 민감성 전극 및 R503/D을 갖는 기준 전극 F-500는, Wissenschaftlich-Technische Werkst
Figure pct00003
tten GmbH사의 pMX 3000/pH/ION에 연결된다. 용액 내에 불화물 농도, 희석 인자 및 샘플 중량을 이용하여, 석영 유리 내에 불화물 농도는 계산된다.
g. 염소의 결정 (≥50ppm)
15g의 석영 유리 샘플은 분쇄되고, 70℃에서 질산으로 처리하여 세정된다. 이어서, 샘플은 고순도 물로 여러 번 헹궈지고, 및 그 다음 건조된다. 2g의 샘플은, 그 다음 압력 용기용 PTFE-인서트 (PTFE-insert) 내로 채워지고, 15㎖ NaOH (c=10mol/ℓ)는 첨가되고, PTFE 뚜껑으로 밀폐되고, 및 압력 용기에 놓어진다. 이것은, 밀폐되고, 24시간 동안 155℃에서 열 처리된다. 냉각 후, PTFE 인서트는 제거되고 및 용액은 100㎖ 측정 플라스크에 전체적으로 이동된다. 거기에, 10㎖ HNO3 (65 wt.%) 및 15㎖ 아세테이트 버퍼는 첨가되고, 냉각되며 및 고순도 물로 100㎖로 채워진다. 샘플 용액은, 150㎖ 유리 비이커로 이동된다. 샘플 용액은, 5 내지 7의 범위에서 pH 값을 갖는다.
샘플 용액에 염화물 함량의 측정은, 예상되는 농도 범위에 적절한 이온 민감성 (염소) 전극, 및 제조업자에 의해 조건으로 요구된 디스플레이 장치에 의해 수행되고, 여기서, 타입 Cl-500의 전극 및 타입 R-503/D의 기준 전극은 Wissenschaftlich-Technische Werkst
Figure pct00004
tten GmbH의 pMX 3000/pH/ION에 부착된다.
h. 염소 함량 (< 50ppm)
석영 유리에서 0.1ppm까지의 염소 함량 < 50ppm은, 중성자 활성화 분석 (NAA)에 의해 측정된다. 이를 위해, 각각이 3㎜ 직경 및 1cm 길이인, 3개의 드릴 코어 (보어 (bores))는, 석영 유리체로부터 제조된다. 상기 드릴 코어/보어는 그 다음, 분석을 위해 연구소, 이 경우, Johannes-Gutenberg University in Mainz, Germany의 핵 화학 연구소에 제공된다. 염소로 샘플의 오염을 배제하기 위해, 측정 직전에 현장에서 HF 욕조에서 샘플의 철저한 세정은 조치된다. 각 보어는 여러 번 측정된다. 결과 및 보어는, 그 다음 연구소로부터 다시 돌려받는다.
i. 광학 특성
석영 유리 샘플의 투과 (transmission)는, Perkin Elmer로부터의 상용 격자- 또는 FTIR-분광계 (Lambda 900 [190-3000㎚] 또는 System 2000 [1000-5000㎚])로 측정된다. 선택은, 요구된 측정 범위에 의해 결정된다.
절대 투과를 측정하기 위해, 샘플 몸체는, 평행 평면에 대해 연마되고 (표면 거칠기 RMS <0.5㎚), 및 표면은, 초음파 처리에 의해 모든 잔류물이 제거된다. 샘플 두께는 1cm이다. 불순물, 도펀트 등으로 인해 예상된 강한 투과 손실의 경우, 더 두껍거나 또는 얇은 샘플은 선택되어, 장치의 측정 범위 내에서 유지될 수 있다. 샘플 두께 (측정 길이)는, 샘플을 통한 방사선의 통로 때문에 오직 경미한 가상실제 (slight artefacts)가 생성되게 선택되고 및 동시에 충분하게 검출 가능한 결과는 측정된다.
불투명도의 측정에서, 샘플은 적분구 (integrating sphere)의 전면에 놓인다. 불투명도는, 식: O = 1/T = I0/I에 따라 측정된 투과 값 T를 사용하여 계산된다.
j. 튜브 또는 막대의 굴절률 및 굴절률 프로파일
튜브/막대의 굴절률 프로파일은, York Technology Ltd. Preform Profiler P102 또는 P104에 의해 특징화될 수 있다. 이를 위해, 막대는 측정 챔버에 눕혀 놓이고, 및 챔버는 기밀하게 밀폐된다. 측정 챔버는 그 다음, 633㎚에서 최외각 유리 층의 것과 매우 유사한, 633㎚의 시험 파장에서 굴절률을 갖는 침유 (immersion oil)로 채워진다. 레이저 빔은, 그 다음 측정 챔저를 통과한다. (방사선의 방향에서) 측정 챔버 뒤에는, (측정 챔버를 빠져나오는 방사선과 비교한 측정 챔버를 진입하는 방사선의) 편차 각을 측정하는 검출기가 장착된다. 막대의 굴절률 프로파일의 방사 대칭의 가정하에, 대립적인 굴절률의 프로파일은, 역 아벨 변환 (inverse Abel transformation)에 의해 재구성될 수 있다. 이들 계산은, 장치 제조업자 York의 소프트웨어에 의해 수행된다.
샘플의 굴절률은, 전술된 것과 유사한 York Technology Ltd. Preform Profiler P104로 측정된다. 등방성 샘플 (isotropic samples)의 경우에서, 굴절률 프로파일의 측정은, 오직 하나의 값의, 굴절률을 제공한다.
k. 탄소 함량
이산화규소 과립 및 이산화규소 분말의 표면 탄소 함량의 정량적 측정은, 이산화탄소를 얻기 위해 산소로 모든 표면 탄소 오염원 (SiC는 제외)의 완전 산화에 의해, 미국의 Leco Corporation의 탄소 분석기 RC612로 수행된다. 이를 위해, 4.0g의 샘플은 칭량되고 및 석영 유리 디쉬 (dish)에서 탄소 분석기 내로 도입된다. 샘플은, 순수 산소에 잠겨지고, 및 900℃에 180초 동안 가열된다. 형성된 CO2는, 탄소 분석기의 적외선 검출기에 의해 측정된다. 이들 측정 조건하에서, 검출 한계 (detection limit)는, ≤ 1ppm (중량-ppm) 탄소에 놓인다.
상기에서 지명된 탄소 분석기를 사용하는 이 분석에 적절한 석영 유리 보트는, 본 경우에서, Deslis Laborhandel, Flurstraße 21, D-40235 Dusseldorf (Germany), Deslis-No. LQ-130XL로부터, 실험 용품 마켓에서 LECO number 781-335로 LECO 분석기용 소모품으로 얻을 수 있다. 이러한 보트는, 폭/길이/높이의 치수가 25mm/60mm/15mm를 갖는다. 석영 유리 보트는, 샘플 물질로 이의 높이의 반까지 채워진다. 이산화규소 분말의 경우, 1.0 g 샘플 물질의 샘플 중량은 도달될 수 있다. 더 낮은 검출 한계는, 그 다음 <1 중량 ppm 탄소이다. 동일한 보트에서, 4g의 이산화규소 과립의 샘플 중량은, 동일한 충전 높이에 도달된다 (100 내지 500㎛의 범위에서 평균 입자 크기). 더 낮은 검출 한계는, 약 0.1 중량 ppm 탄소이다. 더 낮은 검출 한계는, 샘플의 측정 표면 적분 (measurement surface integral)이 빈 샘플의 측정 표면 적분의 세배를 초과하지 않을 경우 도달된다 (빈 샘플 = 상기 공정이지만 빈 석영 유리 보트로 수행).
l. 컬 파라미터
컬 파라미터 (또한, "섬유 컬"로 불림)는, DIN EN 60793-1-34:2007-01 (표준 IEC 60793-1-34:2006의 독일 버전)에 따라 측정된다. 측정은, 부속서 A의 섹션 A.2.1, A.3.2 및 A.4.1 ("extrema technique")에 기재된 방법에 따라 이루어진다.
m. 감쇠
감쇠는, DIN EN 60793-1-40:2001 (표준 IEC 60793-1-40:2001의 독일 버전)에 따라 측정된다. 측정은, λ의 파장 = 1550㎚에서 부속서 ("cut-back method")에 기재된 방법에 따라 이루어진다.
n. 슬러리의 점도
슬러리는, 탈염수 (Direct-Q 3UV, Millipore, 수질: 18.2 MΩcm)를 이용하여 30 wt.% 고체 함량의 농도로 설정된다. 점도는, 그 다음 Anton-Paar의 MCR102로 측정된다. 이를 위해, 점도는 5rpm에서 측정된다. 측정은, 23℃의 온도 및 1013hPa의 공기압에서 이루어진다.
o. 요변성 ( Thixotropy )
슬러리의 농도는, 탈염수 (Direct-Q 3UV, Millipore, 수질: 18.2 MΩcm)를 이용하여 30 wt.%의 고체의 농도로 설정된다. 요변성은, 그 다음 콘 및 플레이트 배열을 가진 Anton-Paar의 MCR102로 측정된다. 점도는, 5 rpm 및 50 rpm에서 측정된다. 제1 및 제2 값의 몫 (quotient)은, 요변성 지수를 제공한다. 측정은, 23℃의 온도에서 이루어진다.
p. 슬러리의 제타 전위 (zeta potential)
제타 전위 측정을 위해, 제타 전위 셀 (Flow Cell, Beckman Coulter)은 사용된다. 샘플은, 1g/L 농도의 20㎖ 용액을 얻기 위해 탈염수 (Direct-Q 3UV, Millipore, 수질: 18.2 MΩcm)에서 용해된다. pH는, 0.1mol/L 및 1mol/L의 농도를 갖는 HNO3 용액 및 0.1mol/L의 농도를 갖는 NaOH 용액의 첨가를 통해 7로 설정된다. 측정은, 23℃의 온도에서 이루어진다.
q. 슬러리의 등전점 ( Isoelectric point)
등전점, 제타 전위 측정 셀 (Flow Cell, Beckman Coulter) 및 자동 적정기 (DelsaNano AT, Beckman Coulter)는, 사용된다. 샘플은, 1g/L 농도를 갖는 20㎖ 용액을 얻기 위해 탈염수 (Direct-Q 3UV, Millipore, 수질: 18.2 MΩcm)에서 용해된다. pH는, 0.1mol/L 및 1mol/L의 농도를 갖는 HNO3 용액 및 0.1mol/L 농도를 갖는 NaOH 용액을 첨가시켜 변화된다. 등전점은, 제타 전위가 0인 pH 값이다. 측정은, 23℃의 온도에서 이루어진다.
r. 슬러리의 pH 값
슬러리의 pH 값은, Wissenschaftlich-Technische-Werkst
Figure pct00005
tten GmbH의 WTW 3210을 사용하여 측정된다. WTW의 pH 3210 Set 3은, 전극으로 사용된다. 측정은, 23℃의 온도에서 이루어진다.
s. 고체 함량
샘플의 칭량된 부분 (m1)은 500℃에서 4시간 동안 가열되고, 냉각 후 재칭량 (m2)된다. 고체 함량 (w)은 m2/m1*100 [Wt.%]로 제공된다.
t. 벌크 밀도
벌크 밀도는, Powtec의 SMG 697로 표준 DIN ISO 697:1984-01에 따라 측정된다. 벌크 물질 (이산화규소 분말 또는 과립)은, 덩어리지지 않는다.
u. 다짐 밀도 (과립)
다짐 밀도는, 표준 DIN ISO 787:1995-10에 따라 측정된다.
v. 기공 크기 분포의 측정
기공 크기 분포는, (480 mN/m의 표면 장력 및 140°의 접촉각으로) DIN 66133에 따라 측정된다. 3.7㎚보다 더 작은 기공 크기의 측정을 위해, Porotec의 Pascal 400은 사용된다. 3.7㎚ 내지 100㎛의 기공 크기의 측정을 위해, Porotec의 Pascal 140은 사용된다. 샘플은, 측정 전 압력 처리에 적용된다. 이를 위해, 수동 수압 (hydraulic press)은 사용된다 (Specac Ltd.의 Order-Nr. 15011, River House, 97 Cray Avenue, Orpington, Kent BR5 4HE, U.K.). 250mg의 샘플 물질은, Specac Ltd.의 13㎜ 내부 직경을 갖는 펠릿 다이 내로 칭량되고 및 디스플레이에 따라, 1t로 로딩된다. 이 로딩은 5초 동안 유지되고, 및 필요하다면, 재조정된다. 샘플 상에 로딩은 그 다음 면해지고, 및 샘플은, 재순환 공기 건조 캐비닛에서 4시간 동안 105±2℃로 건조된다.
샘플은, 0.001g의 정확도로 타입 10의 투과도계 (penetrometer) 내로 칭량되고, 및 측정의 우수한 재현성을 제공하기 위해, 이것은, 사용된 스템 부피 (stem volume), 즉, 투과도계를 채우기 위해 잠재적으로 사용된 Hg 부피의 퍼센트가 총 Hg 부피의 20% 내지 40%의 범위에 있도록 선택된다. 투과도계는, 그 다음 50㎛ Hg로 천천히 진공 처리되며, 및 이 압력에서 5분 동안 그대로 둔다. 다음의 파라미터: 총 기공 부피, 총 기공 표면적 (원통형 기공으로 가정함), 평균 기공 반경, 모달 기공 반경 (modal pore radius) (가장 빈번하게 발생하는 기공 반경), 피크 n.2 기공 반경 (㎛)은, 측정 장치의 소프트웨어에 의해 직접적으로 제공된다.
w. 일차 입자 크기
일차 입자 크기는, 주사 전자 현미경 (SEM) 모델 Zeiss Ultra 55를 사용하여 측정된다. 샘플은, 몹시 묽은 현탁액을 얻기 위해, 탈염수 (Direct-Q 3UV, Millipore, 수질: 18.2 MΩcm)에서 현탁된다. 현탁액은, 초음파 프로브 (UW 2070, Bandelin electronic, 70 W, 20kHz)로 1분 동안 처리되고, 및 그 다음 탄소 접착 패드 (carbon adhesive pad)에 적용된다.
x. 현탁액에서 평균 입자 크기
현탁액에서 평균 입자 크기는, 레이저 편향 방법을 사용하는, 사용자 매뉴얼에 따라, Malvern Instruments Ltd., UK로부터 이용 가능한, Mastersizer 2000을 사용하여 측정된다. 샘플은, 1g/L의 농도를 갖는 20㎖ 현탁액을 얻기 위해, 탈염수 (Direct-Q 3UV, Millipore, 수질: 18.2 MΩcm)에서 현탁된다. 현탁액은, 1분 동안 초음파 프로브 (UW 2070, Bandelin electronic, 70 W, 20 kHz)로 처리된다.
y. 고체의 입자 크기 및 코어 크기
고체의 입자 크기 및 결정립 크기는, 사용자 매뉴얼에 따라, Retsch Technology GmbH, Deutschland로부터 이용 가능한, Camsizer XT를 사용하여 측정된다. 소프트웨어는, 샘플에 대해 D10, D50 및 D90 값을 제공한다.
z. BET 측정
비표면적의 측정을 위해, DIN ISO 9277:2010에 따른 정적 체적 (static volumetric) BET 방법은, 사용된다. BET 측정을 위해, SMART 방법 ("Sorption Method with Adaptive Dosing Rate")에 따라 작동하는, "NOVA 3000" 또는 "Quadrasorb" (Quantachrome로부터 이용 가능함)은, 사용된다. 미세기공 분석은, t-플롯 공정 (t-plot process) (p/p0 = 0.1-0.3)을 사용하여 수행되고 및 중간기공 분석은, MBET 공정 (p/p0 = 0.0-0.3)을 사용하여 수행된다. 기준 물질로서, Quantachrome로부터 이용 가능한, 표준 알루미나 SARM-13 및 SARM-214는 사용된다. 측정 셀의 무부하 중량 (tare weight) (세정 및 건조)은 칭량된다. 측정 셀의 타입은, 도입된 샘플 물질 및 필러 막대 (filler rod)가 가능한 만큼 측정 셀을 채우도록 및 이용할 수 없는 공간 (dead space)이 최소로 감소되도록 선택된다. 샘플 물질은, 측정 셀 내로 도입된다. 샘플 물질의 양은, 측정값의 예상된 값이 10-20㎡/g에 상응하도록 선택된다. 측정 셀은, BET 측정 장치 (필러 막대 없음)의 굽는 위치 (roasting positions)에 고정되고 및 <200 mbar로 진공 처리된다. 진공 처리의 속도는, 물질이 측정 셀로부터 누출되지 않도록 설정된다. 굽기는 이 상태로 1시간 동안 200℃에서 수행된다. 냉각 후에, 샘플로 충전된 측정 셀은 칭량된다 (원시 값 (raw value)). 무부하 중량은, 그 다음 샘플의 중량 = 순 중량 (net weight) = 중량의 원시 값으로부터 차감된다. 충전 막대는, 그 다음 측정 셀 내로 도입되고, 이는 BET 측정 장치의 측정 위치에 다시 고정된다. 측정의 시작 전에, 샘플 식별부호 및 샘플 중량은, 소프트웨어로 입력된다. 측정은 시작된다. 질소 가스 (N2 4.0)의 포화 압력 (saturation pressure)은 측정된다. 측정 셀은, 진공 처리되고 및 질소 욕조를 사용하여 77K에 이르기까지 냉각된다. 이용할 수 없는 공간은, 헬륨 가스를 사용하여 (He 4.6) 측정된다. 측정 셀은, 다시 진공 처리된다. 적어도 5개의 측정 지점으로 다중 지점 분석은 수행된다. N2 4.0은 흡수성 (absorptive)으로 사용된다. 비표면적은 ㎡/g로 제공된다.
za. 유리체의 점도
유리의 점도는, DIN ISO 7884-4:1998-02 표준에 따라 Windows 10에서 제조업자의 소프트웨어 WinTA (현 버전 9.0)를 갖는 TA Instruments의 타입 401의 빔 굽힘 점도계를 사용하여 측정된다. 지지체들 사이에 지지 폭은, 45mm이다. 직사각형 단면을 갖는 샘플 막대는, 끝이 절단된다 (샘플의 상부 및 하부 측은, >1000의 그릿 (grit)을 갖는 그릿 페이퍼 또는 이와 유사한 것을 사용하여 그라인딩/연마시켜 만들어진다). 가공 후에 샘플 표면은 결정립 크기 = 9㎛ & RA = 0.15㎛를 갖는다. 샘플 막대는 다음의 치수를 갖는다: 길이 = 50mm, 폭 = 5mm & 높이 = 3mm (배열: 표준 문서에서와 같이, 길이, 폭, 높이). 세 개의 샘플은, 측정되고 및 평균은 계산된다. 샘플 온도는, 샘플 표면에 대해 꼭 맞는 열전대 (thermocouple)를 사용하여 측정된다. 다음의 파라미터는 사용된다: 가열 속도 = 25K에서 최대 1500℃까지, 로딩 중량 = 100g, 최대 굽힘 = 3000㎛ (표준 문서로부터의 편차).
zb. 잔류 수분 (물 함량)
이산화규소 과립의 샘플의 잔류 수분의 측정은, Mettler Toledo의 Moisture Analyzer HX204를 사용하여 수행된다. 상기 장치는 열중량분석의 원리를 사용하여 작용한다. HX204는, 가열 소자로서 할로겐 광원이 장착된다. 건조 온도는 220℃이다. 샘플의 출발 중량은 10g±10%이다. "표준" 측정 방법은 선택된다. 건조는, 중량 변화가 1 mg/140s 이하로 도달할 때까지 수행된다. 잔류 수분은, 초기 중량과 샘플의 최종 중량 사이에 차이를, 샘플의 초기 중량으로 나눈 것으로 제공된다.
이산화규소 분말의 잔류 수분 측정은, DIN EN ISO 787-2:1995 (2h, 105℃)에 따라 수행된다.
실시 예
본 발명은 하기 실시 예에서 더욱 예시된다. 본 발명은 실시 예에 의해 제한되지 않는다.
A. 1. 이산화규소 분말의 제조 ( OMCTS 방법)
실록산을 공기 (A)로 분무화 (atomising)하여 형성된 에어로졸은, 산소 농축 공기 (B)와 수소의 혼합물을 점화시켜 형성된 화염으로 압력하에 도입된다. 더욱이, 화염을 둘러싸는 가스 흐름 (C)은, 도입되고, 및 공정 혼합물은 공정 가스로 나중에 냉각된다. 생성물은, 필터에서 분리된다. 공정 파라미터는, 표 1에 제공되고, 및 그 결과로 생긴 생성물의 사양은, 표 2에 제공된다. 본 실시 예에 대한 실험 값은 A1-x로 나타낸다.
2. 변형 1: 상승된 탄소 함량
상당량의 탄소가 또한 형성되는 방식으로 실록산의 연소가 수행된 것을 제외하고는, A.1에 기재된 공정은, 수행된다. 본 실시 예의 실험 값은, A2-x로 표시된다.
실시 예 A1-1 A2-1 A2-2
에어로졸 형성
실록산 OMCTS* OMCTS* OMCTS*
피드 kg/h (kmol/h) 10 (0.0337) 10 (0.0337) 10 (0.0337)
공기 피드 (A)
압력		 Nm3/h
barO		 14
1.2		 10
1.2		 12
1.2
버너 피드
산소 풍부 공기 (B)
O2 함량		 Nm3/h
Vol.%		 69
32		 65
30		 68
32
총 O2 피드 Nm3/h
kmol/h		 25.3
1.130		 21.6
0.964		 24.3
1.083
수소 피드 Nm3/h
kmol/h		 27
1.205		 27
1.205		 12
0.536
탄소 화합물의 피드
물질
양

Nm3/h		 -- --
메탄 5.5
공기 흐름 (C) Nm3/h 60 60 60
화학 양론 비
V 2.099 1.789 2.011
X 0.938 0.80 2.023
Y 0.991 0.845 0.835
V = 실록산의 완전 산화를 위해 사용된 O2/요구된 O2의 몰 비; X = 몰 비로서 O2/H2; Y = (OMCTS + 연료 가스의 화학량론적 전환을 위해 사용된 O2/요구된 O2의 몰 비);
*OMCTS = 옥타메틸시클로테트라실록산.
실시 예 A1-1 A2-1 A2-2
BET ㎡/g 30 33 34
벌크 밀도 g/ml 0.114±0.011 0.105±0.011 0.103±0.011
다짐 밀도 g/ml 0.192±0.015 0.178±0.015 0.175±0.015
일차 입자 크기 nm 94 82 78
입자 크기 분포 D10 ㎛ 3.978±0.380 5.137±0.520 4.973±0.455
입자 크기 분포 D50 ㎛ 9.383±0.686 9.561±0.690 9.423±0.662
입자 크기 분포 D90 ㎛ 25.622±1.387 17.362±0.921 18.722±1.218
C 함량 ppm 34±4 73±6 80±6
Cl 함량 ppm < 60 < 60 < 60
Al 함량 ppb 20 20 20
Al 이외 금속의 총 함량 ppb < 700 < 700 < 700
잔류 수분 wt.% 0.02-1.0 0.02-1.0 0.02-1.0
물 4%에서 pH 값 (IEP) - 4.8 4.6 4.5
5 rpm에서 점도, 수성 현탁액 30 wt.%, 23℃ mPas 753 1262 1380
알칼리 토금속 함량 ppb 538 487 472
B. 1. 이산화규소 분말의 제조 (규소 공급원: SiCl 4 )
사염화규소 (SiCl4)의 양은 온도 (T)에서 증발되고, 및 산소 풍부 공기 및 수소의 혼합물을 점화시켜 형성된 버너의 화염에 압력 (P)으로 도입된다. 버너의 입구에서 평균 정규화된 가스 흐름은 일정하게 유지된다. 공정 혼합물은 그 다음 공정 가스로 냉각된다. 생성물은 여과기에서 분리된다. 공정 파라미터는, 표 3에 제공되고 및 그 결과로 생긴 생성물의 사양은 표 4에 제공된다. 이들은 B1-x로 표시한다.
2. 변형 1: 상승된 탄소 함량
공정은 B.1.에서 기재된 대로 수행하였으나, 사염화규소의 버닝 (burning)은, 상당한 양의 탄소가 형성되도록 수행된다. 본 실시 예에 대한 실험데이터는 B2-x로 나타낸다.
실시 예 B1-1 B2-1
에어로졸 형성
사염화 실리콘의 피드 kg/h (kmol/h) 50 (0.294) 50 (0.294)
온도 T
압력 p		 ℃
barO		 90
1.2		 90
1.2
버너 피드
산소 풍부 공기,
그 내에 O2 함량		 Nm3/h
Vol.%		 145
45		 115
30
탄소 화합물의 피드
물질
양

Nm3/h		 --
메탄
2.0
수소 피드 Nm3/h
kmol/h		 115
5.13		 60
2.678
화학 양론 비
X 0.567 0.575
Y 0.946 0.85
X = 몰비로서 O2/H2; Y = SiCl4 + H2 + CH4의 화학양론적 반응에 사용된 O2/요구된 O2의 몰 비;
실시 예 B1-1 B2-1
BET ㎡/g 49 47
벌크 밀도 g/ml 0.07±0.01 0.06±0.01
다짐 밀도 g/ml 0.11±0.01 0.10±0.01
일차 입자 크기 nm 48 43
입자 크기 분포 D10 ㎛ 5.0±0.5 4.5±0.5
입자 크기 분포 D50 ㎛ 9.3±0.6 8.7±0.6
입자 크기 분포 D90 ㎛ 16.4±0.5 15.8±0.7
C 함량 ppm < 4 76
Cl 함량 ppm 280 330
Al 함량 ppb 20 20
Ca, Co, Cr, Cu, Fe, Ge, Hf, K, Li, Mg, Mn, Mo, Na, Nb, Ni, Ti, V, W, Zn, Zr의 농도의 총량 ppb < 1300 < 1300
잔류 수분 wt.% 0.02-1.0 0.02-1.0
물 4%에서 pH 값 (IEP) pH 3.8 3.8
5 rpm에서 점도, 수성 현탁액 30 wt.%, 23℃ mPas 5653 6012
알칼리 토금속 함량 ppb 550 342
C. 스팀 처리
이산화규소 분말의 입자 흐름은 스탠딩 칼럼의 상부를 통해 도입된다. 공기 및 온도 (A)를 갖는 스팀은, 칼럼의 기저를 통해 도입된다. 칼럼은, 내부 히터에 의해 칼럼의 상부에서 온도 (B) 및 칼럼의 기저에서 제2온도 (C)로 유지된다. 칼럼을 떠난 후 (유지 시간 (D)), 이산화규소 분말은, 특히 표 6에 나타낸 특성을 갖는다. 공정 파라미터는 표 5에 제공된다.
실시 예 C-1 C-2
추출물: 생성물 유래 B1-1 B2-1
추출물 피드 kg/h 100 100
스팀 피드 kg/h 5 5
스팀 온도 (A) ℃ 120 120
공기 피드 Nm3/h 4.5 4.5
칼럼
높이
내부 직경
m
mm
2
600
2
600
T (B) ℃ 260 260
T (C) ℃ 425 425
이산화규소 분말의 유지 시간 (D) s 10 10
실시 예 C-1 C-2
물 4%에서 pH 값 (IEP) - 　4.6 4.6
Cl 함량 ppm < 60 < 60
C 함량 ppm < 4 36
5 rpm에서 점도, 수성 현탁액 30 wt.%, 23℃ mPas 　 1523 1478
실시 예 C-1 및 C-2에서 얻은 이산화규소 분말 각각은, 현탁액 중 중간 pH 값뿐만 아니라 낮은 염소 함량을 갖는다. 실시 예 C-2의 탄소 함량은, C-1보다 높다.
D. 중화제로 처리
이산화규소 분말의 입자 흐름은, 스탠딩 칼럼의 상부를 통해 도입된다. 칼럼의 기저를 통해, 중화제 및 공기는 첨가된다. 칼럼은, 내부 히터에 의해 칼럼의 상부에서 온도 (B) 및 칼럼의 기저에서 제2온도 (C)로 유지된다. 칼럼을 떠난 후 (유지 시간 (D)), 이산화규소 분말은, 특히 표 8에 나타낸 특성을 갖는다. 공정 파라미터는 표 7에 제공된다.
실시 예 D-1
추출물: 생성물 유래 B1-1
추출물 피드 kg/h 100
중화제 암모니아
중화제의 피드 kg/h 1.5
중화제의 사양 Air Liquide로부터 구입가능:
암모니아 N38, 순도 = 99.98 Vol.%
공기 피드 Nm3/h 4.5
칼럼
높이
내부 직경
m
mm
2
600
T (B) ℃ 200
T (C) ℃ 250
이산화규소 분말의 유지 시간 (D) s 10
실시 예 D-1
물 4%에서 pH 값 (IEP) - 　4.8
Cl 함량 ppm 210
C 함량 ppm < 4
5 rpm에서 점도, 수성 현탁액 30 wt.%, 23℃ mPas 821
E. 1. 이산화규소 분말로부터 이산화규소 과립의 제조
이산화규소 분말은 완전 탈염수에서 분산된다. 이를 위해, Gustav Eirich 기계 공장에서 타입 R의 고효율 혼합장치 (intensive mixer)는 사용된다. 그 결과로 생긴 현탁액은, 막 펌프 (membrane pump)로 펌핑되고, 및 이에 의해 가압되며 및 노즐에 의해 액적으로 전환된다. 이들은 분무탑에서 건조되고, 및 탑의 바닥 상에 수집된다. 공정 파라미터는, 표 9에 제공되고, 얻어진 과립의 특성은 표 10에 제공된다. 본 실시 예의 실험 데이터는 E1-x로 표시된다.
2. 변형 1: 상승된 탄소 함량
본 공정은 E.1에서 기재된 것과 유사하다. 부가적으로, 탄소 분말은, 첨가제로서 현탁액으로 분산된다. 이들 실시 예에 대한 실험 값은, E2-x로 표시된다. E2-21 내지 E2-23에서, 산화알루미늄은 첨가제로서 첨가된다.
실시 예 E1-1 E1-2 E1-3 E1-4 E1-5 E2-1 E2-21 E2-22 E2-23
추출물: 생성물 유래 A1-1 A2-1 B1-1 C-1 C-2 A1-1 A1-1 A1-1 A1-1
추출물의 양 kg 10 10 10 10 10 10 1000 1000 1000
첨가제
물질
최대 입자크기
양		 -- -- -- -- --
C**
75㎛
1g
Al2O3 +
65㎛
0.32g
Al2O3 +
65㎛
0.47g
Al2O3 +
65㎛
0.94g
물 등급*
Litre		 FD
5.4		 FD
5.4		 FD
5.4		 FD
5.4		 FD
5.4		 FD
5.4		 FD
5.4		 FD
5.4		 FD
5.4
분산액
고체 함량
wt.%
65
65
65
65
65
65
65
65
65
노즐
직경
온도
압력
설치 높이
mm
℃
bar
m
2.2
25
16
6.5
2.2
25
16
6.5
2.2
25
16
6.5
2.2
25
16
6.5
2.2
25
16
6.5
2.2
25
16
6.5
2.2
25
16
6.5
2.2
25
16
6.5
2.2
25
16
6.5
분무탑
높이
내부 직경
m
m
18.20
6.30
18.20
6.30
18.20
6.30
18.20
6.30
18.20
6.30
18.20
6.30
18.20
6.30
18.20
6.30
18.20
6.30
T (피드 가스) ℃ 380 380 380 380 380 380 380 380 380
T (배기가스) ℃ 110 110 110 110 110 110 110 110 110
공기 흐름 m3/h 6500 6500 6500 6500 6500 6500 6500 6500 6500
설치 높이 = 노즐과 중력의 방향으로 분무탑 내부의 가장 낮은 지점 사이의 거리. *FD = 완전 탈염된, 전도도 ≤ 0.1 μS;
**C 006011 : 그래파이트 분말, 최대 입자 크기: 75㎛, 고순도 (Goodfellow GmbH, Bad Nauheim (Germany)로부터 이용 가능함);
+Aeroxide Alu 65: 고도로 분산된 산화알루미늄, 입자 크기 65㎛ (Evonik Industries AG, Essen (Germany).
실시 예 E1-1 E1-2 E1-3 E1-4 E1-5 E2-1 E2-21 E2-22 E2-23
BET ㎡/g 30 33 49 49 47 28 32 30 32
벌크 밀도 g/ml 0.8±0.1 0.8±0.1 0.8±0.1 0.8±0.1 0.8±0.1 0.8±0.1 0.8±0.1 0.8±0.1 0.8±0.1
다짐 밀도 g/ml 0.9±0.1 0.9±0.1 0.9±0.1 0.9±0.1 0.9±0.1 0.9±0.1 0.9±0.1 0.9±0.1 0.9±0.1
평균 입자 크기 ㎛ 255 255 255 255 255 255 255 255 255
입자 크기 분포 D10 ㎛ 110 110 110 110 110 110 110 110 110
입자 크기 분포 D50 ㎛ 222 222 222 222 222 222 222 222 222
입자 크기 분포 D90 ㎛ 390 390 390 390 390 390 390 390 390
SPHT3 dim.-less 0.64-0.98 0.64-0.98 0.64-0.98 0.64-0.98 0.64-0.98 0.64-0.98 0.64-0.98 0.64-0.98 0.64-0.98
종횡비 W/L (폭 대 길이) dim.-less 0.64-0.94 0.64-0.94 0.64-0.94 0.64-0.94 0.64-0.94 0.64-0.94 0.64-0.94 0.64-0.94 0.64-0.94
C 함량 ppm < 4 39 < 4 < 4 32 100 < 4 < 4 < 4
Cl 함량 ppm < 60 < 60 280 <60 <60 <60 < 60 < 60 < 60
Al 함량 ppb 20 20 20 20 20 20 190 270 520
Ca, Co, Cr, Cu, Fe, Ge, Hf, K, Li, Mg, Mn, Mo, Na, Nb, Ni, Ti, V, W, Zn, Zr의 농도의 총량 ppb < 700 < 700 < 1300 < 1300 < 1300 < 700 < 700 < 700 < 700
잔류 수분 wt.% < 3 < 3 < 3 < 3 < 3 < 3 < 3 < 3 < 3
알칼리 토금속 함량 ppb 538 487 550 550 342 538 517 490 541
기공 부피 ml/g 0.33 0.33 0.45 0.45 0.45 0.33 0.33 0.33 0.33
안식각 ° 26 26 26 26 26 26 26 26 26
과립은 모두 개방 기공이 있고, 균일하며 및 구형의 형상을 갖는다 (모두 미세현미경 조사). 그들은 함께 달라 붙거나 또는 굳게 결합하는 경향이 없다.
F. 이산화규소 과립의 세정
이산화규소 과립은, 먼저 온도 (T1)에서 산소로 로터리 킬른에서 선택적으로 처리된다. 그 다음, 이산화규소 과립은, 동향-흐름에서 염소 함유 성분으로 처리되고, 여기서, 온도는 온도 (T2)로 상승된다. 공정 파라미터는, 표 11에 제공되고, 및 얻은 처리된 과립의 특성은 표 12에 제공된다.
실시 예 F1-1 F1-2 F2-1 F2-21 F2-22 F2-23
추출물: 생성물 유래 E1-1 E1-2 E2-1 E2-21 E2-22 E2-23
로터리 킬른 1 )
길이
내부 직경
cm
cm
200
10
200
10
200
10
200
10
처리량 kg/h 2 2 2 2
회전 속도 rpm 2 2 2 2
T1 ℃ 1100 부재 부재 1100 1100 1100
분위기 순수 O2 부재 부재 순수 O2 순수 O2 순수 O2
반응물 O2 부재 부재 O2 O2 O2
피드 l/h 300 부재 부재 300 l/h 300 l/h 300 l/h
잔류 수분 wt.% <1 < 3 < 3 <1 <1 <1
T2 ℃ 1100 1100 1100 1100 1100 1100
동향-흐름 　 　 　
성분 1: HCl l/h 50 50 50 50 50 50
성분 2: Cl2
성분 3: N2 		l/h
l/h		 0
50		 15
35		 15
35		 0
50		 0
50		 0
50
총 동향-흐름 l/h 100 100 100 100 100 100
1)로터리 킬른의 경우, 처리량은 제어 변수로서 선택된다. 이것은, 작동 동안에, 로터리 킬른에서 배출되는 질량 흐름의 무게가 측정되고, 및 그 다음 이에 맞춰 로터리 킬른의 회전 속도 및/또는 경사도가 조정된다는 것을 의미한다. 예를 들어, 처리량에서 증가는, a) 회전 속도를 증가시키거나, b) 수평으로부터 로터리 킬른의 경사도를 증가시키거나, 또는 a) 및 b)의 조합에 의해 달성될 수 있다.
실시 예 F1-1 F1-2 F2-1 F2-21 F2-22 F2-23
BET ㎡/g 25 27 23 26 26 23
C 함량 ppm < 4 < 4 < 4 < 4 < 4 < 4
Cl 함량 ppm 100-200 100-200 100-200 100-200 100-200 100-200
Al 함량 ppb 20 20 20 190 270 520
기공 부피 ㎣/g 650 650 650 650 650 650
Ca, Co, Cr, Cu, Fe, Ge, Hf, K, Li, Mg, Mn, Mo, Na, Nb, Ni, Ti, V, W, Zn, Zr의 농도의 총량 ppb <200 <200 <200 <200 <200 <200
알칼리 토금속 함량 ppb 115 55 35 124 110 116
다짐 밀도 g/㎤ 0.95±0.05 0.95±0.05 0.95±0.05 0.95±0.05 0.95±0.05 0.95±0.05
세정 단계 후에 과립은, F1-2 및 F2-1a의 경우에서, (저 탄소 과립, 예를 들어, F1-1과 같은) 상당히 감소된 탄소 함량 및 상당히 낮은 함량의 알칼리 토금속을 갖는다. SiC 형성은, 관찰되지 않았다.
G. 유리체의 형성
표 13의 열 2에 따른 이산화규소 과립은, 원료로서 사용된다. 링 형상의 중공 공간 및 d a 의 몰드 몸체의 외부 직경, d i 의 몰드 몸체의 내부 직경, 및 길이 (l)을 갖는 그래파이트 몰드는 준비된다. 1mm의 두께를 갖는 고순도 그래파이트 포일은, 외부 몰드 몸체의 내벽에 적용되고, 및 1mm의 두께를 갖는 동일한 고순도 그래파이트의 그래파이트 포일은, 내부 몰드 몸체의 외벽에 적용된다. 1.2 g/㎤의 벌크 밀도 및 0.4㎜의 밀도를 갖는 고순도 그래파이트로 만들어진 고순도 그래파이트 라인은, (G-2의 경우: 원통형 중공 공간) 몰드의 링 형상 중공 공간의 기저에 적용된다. 그래파이트 포일을 갖는 고-순도 그래파이트 몰드는, 이산화규소 과립으로 채워진다. 채워진 그래파이트 몰드는, 오븐 내로 도입되고 및 오븐이 진공 처리된다. 도입된 이산화규소 과립은, 온도 T1으로부터 가열 속도 R1으로 온도 T2까지 이끌고 및 거기서 지속 시간 t2 동안 유지된다. 그 다음, 이것은, 가열 속도 R2로 T3까지 가온된 다음, 추가의 템퍼링 없이, 가열 속도 R3으로 온도 T4까지, 가열 속도 R4로 온도 T5까지 가온되고, 및 거기에 지속 기간 t5 동안 유지된다. 마지막 240분 동안, 오븐은 1.6*106 Pa의 압력에서 질소로 충진된다. 뒤이어, 몰드는 서서히 냉각된다. 1050℃의 온도에 도달시, 몰드는 이 온도에서 240분 동안 유지된다. 이어서, 이것은, T6까지 서서히 더욱 냉각된다. 공정 파라미터는, 표 13에 기록되고, 형성된 석영 유리체의 특성은 표 14에 정리된다. "서서히 냉각"은, 몰드가 추가 냉각 조치 없이 스위치가 꺼진 오븐을 방치, 다시 말하면 주변에 열을 방출하여 냉각되는 것을 의미한다.
실시 예 G1-1 G1-2 G2-1 G2-21 G2-22 G2-23
추출물: 생성물 유래 F1-1 F1-2 F2-1 F2-21 F2-22 F2-23
T1 ℃ 25 25 25 25 25 25
R1 ℃/min + 2 + 2 + 2 +2 +2 +2
T2 ℃ 400 400 400 400 400 400
t2 min 60 60 60 60 60 60
R2 ℃/min + 3 + 3 + 3 +3 +3 +3
T3 ℃ 1000 1000 1000 1000 1000 1000
R3 ℃/min + 0.2 + 0.2 + 0.2 +0.2 +0.2 +0.2
T4 ℃ 1350 1350 1350 1350 1350 1350
R4 ℃/min + 2 + 2 + 2 +2 +2 +2
T5 ℃ 1750 1750 1750 1750 1750 1750
t5 min 720 720 720 720 720 720
T6 ℃ 25℃ 25℃ 25℃ 25℃ 25℃ 25℃
실시 예 G1-1 G1-2 G2-1 G2-21 G2-22 G2-23
길이 (석영 유리체) mm 2000 1000 2000 2000 2000 2000
외경 (석영 유리체) mm 260 560 260 260 260 260
내경 (석영 유리체) mm 45 -(고체) 45 45 45 45
OH 함량* ppm 0.3±0.2 0.4±0.2 0.4±0.2 0.3±0.2 0.3±0.2 0.3±0.2
C 함량 ppm < 4 < 4 < 4 < 4 < 4 < 4
Cl 함량* ppm < 60 < 60 < 60 < 60 < 60 < 60
Al 함량* ppb 14±5 13±5 12±5 185±5 280±5 510±5
ODC 함량 /㎤ 0.8*1015 1.7*1015 1.1*1015 0.8*1015 0.8*1015 0.8*1015
Ca, Co, Cr, Cu, Fe, Ge, Hf, K, Li, Mg, Mn, Mo, Na, Nb, Ni, Ti, V, W, Zn, Zr의 농도의 총량 ppb 153 62 171 160 166 172
굴절률 균질성 ppm 30 30 30 30 30 30
가상 온도 ℃ 1109 1137 1148 1120 1113 1244
점도
@1250℃
@1300℃
@1350℃		 Lg(/dPas)
12.6
11.8
11.1
12.4
11.8
11.1
12.7
11.8
11.1
12.6
11.8
11.1
12.6
11.8
11.1　
12.7
11.8
11.2
"±"는 표준 편차를 나타낸다.
모든 유리체는, OH 함량, 탄소 함량 및 알루미늄 함량에 대해 매우 우수한 값을 갖는다.
H. 유리 섬유의 제조
실시 예 G에서 이미 제조된 석영 유리체는, 먼저, EP　0598349　B1의 실시 예 1과 유사하게 기계적으로 제작된다. 제작된 석영 유리체의 외부 직경은, 250㎜이고, 내부 직경은 50㎜이다. 뒤이어, 제작된 석영 유리체는, EP 0598349 B1의 실시 예 6과 유사하게 더욱 가공되고, 여기서 이것은, 실시 예 6의 천연 석영 유리체를 대신하여 사용된다. 45㎜의 외부 직경을 갖는 코어 막대는 사용된다. 공정 파라미터는, 표 15에 제공되고, 형성된 유리 섬유의 특성은 표 16에 제공된다.
실시 예 H1-1 H2-1 H2-21 H2-22 H2-23
물질 = 생성물 유래 G1-1 G2-1 G2-21 G2-22 G2-23
섬유 인발 오븐의 오븐 온도 ℃ 2100 2100 2100 2100 2100
인발 속도 m/min 1200 1200 1200 1200 1200
실시 예 H1-1 H2-1 H2-21 H2-22 H2-23
길이 (유리 섬유) km 120 120 120 120 120
총 직경 ㎛ 125 125 125 125 125
재킷 사양 　 　 　
OH 함량* ppm < 1 < 1 < 1 < 1 < 1
C 함량 ppm < 4 < 4 < 4 < 4 < 4
Cl 함량* ppm < 60 < 60 < 60 < 60 < 60
Al 함량* ppb 14±5 12±5 185±5 280±5 510±5
ODC 함량 /㎤ 0.3*1015 0.5*1015 0.3*1015 0.3*1015 0.3*1015
Ca, Co, Cr, Cu, Fe, Ge, Hf, K, Li, Mg, Mn, Mo, Na, Nb, Ni, Ti, V, W, Zn, Zr의 농도의 총량 ppb 153 171 153 153 153
컬 m 17.3 22.1 9.1 5.5 4.3
* "±"는 표준 편차를 나타낸다.
큰 컬 값은 작은 값보다 더 우수하다.

Claims (24)

  1. 재킷 (M1) 및 하나 이상의 코어를 포함하는 광 가이드로서,
    여기서, 재킷 (M1)은 코어를 둘러싸며,
    여기서, 각 코어는 코어의 최대 연장부에 수직인 굴절률 프로파일을 갖고, 여기서, 각 굴절률 프로파일의 적어도 하나의 굴절률 (n K )은 재킷 (M1)의 굴절률 (n M1 )보다 크며;
    여기서, 재킷 (M1)은 이산화규소로 제조되고, 및
    a) 10ppm 미만의 OH 함량;
    b) 60ppm 미만의 염소 함량; 및
    c) 200ppb 미만의 알루미늄 함량을 가지며;
    여기서, ppb 및 ppm은, 재킷 (M1)의 총 중량에 각각 기초하는, 광 가이드.
  2. 청구항 1에 있어서,
    둘 이상의 코어를 포함하며, 상기 재킷 (M1)은, 매트릭스로서 상기 코어를 둘러싸는, 광 가이드.
  3. 전술한 청구항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 재킷 (M1)은:
    d) 5x1015/㎤ 미만의 ODC 함량;
    e) 1ppm 미만의 알루미늄과 다른 금속의 금속 함량;
    f) log10 (η(1200℃)/dPas) = 13.4 내지 log10 (η(1200℃)/dPas) = 13.9 또는 log10 (η(1300℃)/dPas) = 11.5 내지 log10 (η(1300℃)/dPas) = 12.1 또는 log10 (η(1350℃)/dPas) = 1.2 내지 log10 (η(1350℃)/dPas) = 10.8 범위의 점도 (p = 1013hPa);
    g) 6m 초과의 컬 파라미터;
    h) 재킷 (M1)의 OH 함량 a)에 기초하여, 10% 이하의 OH 함량의 표준 편차;
    i) 재킷 (M1)의 Cl 함량 b)에 기초하여, 10% 이하의 Cl 함량의 표준 편차;
    j) 재킷 (M1)의 Al 함량 c)에 기초하여, 10% 이하의 Al 함량의 표준 편차;
    k) 1x10-4 미만의 굴절률 균질성;
    l) 1150 내지 1250℃ 범위의 변태점 (Tg) 중 적어도 하나의 특색을 가지며,
    여기서, ppb 및 ppm은, 재킷 (M1)의 총 중량에 각각 기초하는, 광 가이드.
  4. 전술한 청구항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 재킷 (M1)의 중량으로 함량은, 코어 및 재킷 (M1)의 총 중량에 기초하여, 적어도 60 wt.%인, 광 가이드.
  5. [A] 200ppm 미만의 염소 함량; 및
    [B] 200ppb 미만의 알루미늄 함량의 특색을 특징으로 하는 이산화규소 과립 I으로서;
    여기서, ppb 및 ppm은, 이산화규소 과립 I의 총 중량에 각각 기초하는, 이산화규소 과립 I.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 이산화규소 과립 I은:
    [C] 1000ppb 미만의 알루미늄과 다른 금속의 금속 함량;
    [D] 20 내지 50㎡/g 범위의 BET 표면적;
    [E] 0.1 내지 1.5 mL/g 범위의 기공 부피;
    [F] 10 wt.% 미만의 잔류 수분 함량;
    [G] 0.5 내지 1.2 g/㎤ 범위의 벌크 밀도;
    [H] 0.5 내지 1.2g/㎤ 범위의 다짐 밀도;
    [I] 50ppm 미만의 탄소 함량;
    [J] 50 내지 150㎛ 범위의 입자 크기 분포 D10;
    [K] 150 내지 300㎛ 범위의 입자 크기 분포 D50;
    [L] 250 내지 620㎛ 범위의 입자 크기 분포 D90의 특색 중 적어도 하나를 특징으로 하며,
    여기서, wt.%, ppb 및 ppm은 이산화규소 과립 I의 총 중량에 각각 기초하는, 이산화규소 과립 I.
  7. I. 하기 특색을 갖는 이산화규소 분말을 제공하는 단계:
    a. 200ppm 미만의 염소 함량; 및
    b. 200ppb 미만의 알루미늄 함량;
    여기서, ppb 및 ppm은, 이산화규소 분말의 총 중량에 각각 기초함;
    Ⅱ. 액체를 제공하는 단계;
    Ⅲ. 단계 Ⅰ 및 Ⅱ의 구성요소를 혼합하여 슬러리를 얻는, 혼합 단계;
    Ⅳ. 상기 슬러리를 분무 건조시켜 이산화규소 과립 I을 얻는, 분무 건조 단계를, 적어도 포함하는, 이산화규소 과립 I의 제조 공정.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 이산화규소 분말은:
    c. 20 내지 60㎡/g 범위의 BET 표면적;
    d. 0.01 내지 0.3g/㎤ 범위의 벌크 밀도;
    e. 50ppm 미만의 탄소 함량;
    f. 5ppm 미만의 알루미늄과 다른 금속의 총 함량;
    g. 10 내지 100nm 범위의 일차 입자 크기를 갖는, 적어도 70 wt.%의 분말 입자;
    h. 0.001 내지 0.3 g/㎤ 범위의 다짐 밀도;
    i. 5 wt.% 미만의 잔류 수분 함량;
    j. 1 내지 7㎛ 범위의 입자 크기 분포 D10;
    k. 6 내지 15㎛ 범위의 입자 크기 분포 D50;
    l. 10 내지 40㎛ 범위의 입자 크기 분포 D90의 특색 중 적어도 하나를 가지며,
    여기서, wt.%, ppb 및 ppm은, 이산화규소 분말의 총 중량에 각각 기초하는, 이산화규소 과립 I의 제조 공정.
  9. 청구항 7 또는 8중 어느 한 항에 따른 공정에 의해 얻을 수 있는 이산화규소 과립 I.
  10. (A) 500ppm 미만의 염소 함량; 및
    (B) 200ppb 미만의 알루미늄 함량의 특색을 특징으로 하는 이산화규소 과립 Ⅱ로서;
    여기서, ppb 및 ppm은 이산화규소 과립 Ⅱ의 총 중량에 각각 기초하는, 이산화규소 과립 Ⅱ.
  11. 청구항 10에 있어서,
    상기 이산화규소 과립 Ⅱ는:
    (C) 1000ppb 미만의 알루미늄과 다른 금속의 금속 함량;
    (D) 10 내지 35㎡/g 범위의 BET 표면적;
    (E) 0.1 내지 2.5㎡/g 범위의 기공 부피;
    (F) 3 wt.% 미만의 잔류 수분 함량;
    (G) 0.7 내지 1.2g/㎤ 범위의 벌크 밀도;
    (H) 0.7 내지 1.2g/㎤ 범위의 다짐 밀도;
    (I) 150 내지 250㎛ 범위의 입자 크기 D50;
    (J) 5ppm 미만의 탄소 함량의 특색 중 적어도 하나를 특징으로 하며,
    여기서, wt.%, ppb 및 ppm은, 이산화규소 과립 Ⅱ의 총 중량에 각각 기초하는, 이산화규소 과립 Ⅱ.
  12. (I) 이산화규소 과립 I을 제공하는 단계;
    (Ⅱ) 단계 (I) 유래의 이산화규소 과립 I을 처리하여 이산화규소 과립 Ⅱ를 얻는, 처리 단계를 적어도 포함하는, 이산화규소 과립 Ⅱ의 제조 공정.
  13. 청구항 12에 따른 공정에 의해 얻을 수 있는 이산화규소 과립 Ⅱ.
  14. i.) 이산화규소 과립 Ⅱ를 제공하는 단계;
    ⅱ.) 상기 이산화규소 과립 Ⅱ로부터 유리 용융물을 제조하는 단계;
    ⅲ.) 상기 유리 용융물의 적어도 일부로부터 석영 유리체를 제조하는 단계를 적어도 포함하는, 석영 유리체의 제조 공정.
  15. 청구항 14에 있어서,
    ⅳ.) 상기 석영 유리체로부터 적어도 하나의 개구부를 갖는 중공체를 제조하는 단계를 포함하는, 석영 유리체의 제조 공정.
  16. 청구항 14 또는 15중 어느 한 항의 공정에 의해 얻을 수 있는 석영 유리체.
  17. 이산화규소로 구성된 석영 유리체로서, 상기 이산화규소는:
    A] 10ppm 미만의 OH 함량;
    B] 60ppm 미만의 염소 함량; 및
    C] 200ppb 미만의 알루미늄 함량을 가지며;
    여기서, ppb 및 ppm은, 석영 유리체의 총 중량에 각각 기초하는, 석영 유리체.
  18. 청구항 17에 있어서,
    상기 석영 유리체는:
    D] 5x1015/㎤ 미만의 ODC 함량;
    E] 300ppb 미만의 알루미늄과 다른 금속의 금속 함량;
    F] log10 (η(1200℃)/dPas) = 13.4 내지 log10 (η(1200℃)/dPas) = 13.9 또는 log10 (η(1300℃)/dPas) = 11.5 내지 log10 (η(1300℃)/dPas) = 12.1 또는 log10 (η(1350℃)/dPas) = 1.2 내지 log10 (η(1350℃)/dPas) = 10.8 범위의 점도 (p = 1013hPa);
    G] 상기 석영 유리체의 OH 함량 A]에 기초하여, 10% 이하의 OH 함량의 표준 편차;
    H] 상기 석영 유리체의 Cl 함량 B]에 기초하여, 10% 이하의 Cl 함량의 표준 편차;
    I] 상기 석영 유리체의 Al 함량 C]에 기초하여, 10% 이하의 Al 함량의 표준 편차;
    J] 1x10-4 미만의 굴절률 균질성;
    K] 원통형 형태;
    L] 1150 내지 1250℃ 범위의 변태 온도 (Tg);
    M] 1055 내지 1200℃ 범위의 가상 온도의 특색 중 적어도 하나를 특징으로 하며;
    여기서, ppb 및 ppm은 석영 유리체의 총 중량에 각각 기초하는, 석영 유리체.
  19. A/ 다음을 제공하는 단계,
    A1/ 청구항 15에 따른 공정에 의해 얻을 수 있는 적어도 하나의 개구부를 갖는 중공체; 또는
    A2/ 청구항 17 내지 18중 어느 한 항에 따른 석영 유리체, 여기서, 상기 석영 유리체는 먼저 가공 처리되어, 적어도 하나의 개구부를 갖는 중공체를 얻으며;
    B/ 상기 적어도 하나의 개구부를 통해 하나 또는 다수의 코어 막대를 석영 유리체로 도입하여, 전구체를 얻는, 도입 단계;
    C/ 단계 B/ 유래의 전구체를 가온하에 인발하여 하나 이상의 코어 및 재킷 (M1)을 갖는 광 가이드를 얻는, 인발 단계를 포함하는, 광 가이드의 제조 공정.
  20. 청구항 19의 공정에 의해 얻을 수 있는 광 가이드.
  21. 청구항 20에 있어서,
    상기 광 가이드는, 재킷 (M1) 및 하나 또는 다수의 코어를 갖고,
    여기서, 상기 재킷 (M1)은, 코어를 둘러싸며,
    여기서, 각 코어는, 코어의 최대 연장부에 수직인 굴절률 프로파일을 갖고, 여기서, 각 굴절률 프로파일의 적어도 하나의 굴절률 (n K )은, 재킷 (M1)의 굴절률 (n M1 )보다 크며;
    여기서, 상기 재킷 (M1)은, 이산화규소로 제조되고, 및
    a) 10ppm 미만의 OH 함량; 및
    b) 60ppm 미만의 염소 함량; 및
    c) 200ppb 미만의 알루미늄 함량을 가지며;
    여기서, ppb 및 ppm은, 재킷 (M1)의 총 중량에 각각 기초하는, 광 가이드.
  22. 청구항 20 또는 21중 어느 한 항에 따른, 또는 청구항 1 내지 4중 어느 한 항에 따른 적어도 2개의 광 가이드를 포함하는 광 가이드 케이블.
  23. A} 청구항 20 또는 21중 어느 한 항에 따른, 또는 청구항 1 내지 4중 어느 한 항에 따른, 적어도 2개의 광 가이드를 제공하는 단계;
    B} A} 유래의 적어도 2개의 광 가이드를 가공하여, 광 가이드 케이블을 얻는, 가공 단계를 포함하는, 광 가이드 케이블의 제조 공정.
  24. 청구항 5, 6, 9 내지 11 또는 15중 어느 한 항에 따른 이산화규소 과립을 광섬유, 광 가이드 및 광 가이드 케이블용 재킷 물질로 이루어진 군으로부터 선택된 제품을 제조하는데 사용하는 방법.
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