NL9100335A - Werkwijze voor de vervaardiging van buisglas. - Google Patents

Description

Werkwijze voor de vervaardiging van buisglas.

De uitvinding heeft betrekking op een werkwijze voor de vervaardiging van buisglas, waarbij aansluitend aan het trekken van een buis uit gesmolten glas het binnenoppervlak van de buis wordt behandeld met een chemisch reaktief gas of gasmengsel.

Werkwijzen van deze aard zijn op zichzelf bekend.

Er kan bijvoorbeeld worden verwezen naar US-A-4 717 607, waaruit een werkwijze bekend is voor het onttrekken van alkali- en aardalkaliionen aan het oppervlak van buisglas tijdens het trekken van buisglas uit een glassmelt. Bij deze bekende werkwijze bestaat het reaktieve gas uit een mengsel van een gasvormige organische fluorverbinding en een oxiderend gas. De reaktie wordt bewerkstelligd door de hoge temperatuur van het glas in de zogenaamde zak van week glas. Het hierbij gevormde fluorhoudende gas reageert met de alkali- en aardalkaliionen in het glasoppervlak. De gevormde alkali- en aardalkaliverbindingen worden afgezogen via het uiteinde van de uit het glas gevormde buis. Het met deze werkwijze verkregen buisglas is geschikt voor de vervaardiging van fluorescentielampen met een kwikbevattende atmosfeer.

Uit de Nederlandse gepubliceerde octrooiaanvrage NL-A-79 06 006 is een soortgelijke werkwijze bekend. Hierbij wordt tijdens het trekken bijvoorbeeld een vluchtig chloride van een metaal tezamen met een gasvormig oxidatiemiddel in de zak van week glas gebracht. Onder invloed van de hoge temperatuur in de zak (800-950°C) zou op de binnenwand daarvan een laag van het oxide van het betreffende metaal worden afgezet. Het is echter bekend dat reaktie tussen bijvoorbeeld zuurstof en de chloriden van bijvoorbeeld silicium, titaan, tin in dit temperatuurgebied alleen dan optreedt indien het reaktiemengsel een hoeveelheid waterstof of waterdamp bevat. In de octrooiaanvrage worden lagen uit tinoxide, titaanoxide en indiumoxide genoemd als voorbeeld van lagen die kunnen worden aangebracht.

De bekende werkwijzen hebben het nadeel, dat de in de zak van week glas gevormde oppervlaktelagen bij het trekken van de buis tot een kleinere diameter worden vervormd. Indien de gevormde lagen een hogere smelttemperatuur, danwel verwekingstemperatuur bezitten dan het onderliggende glas, kunnen bij de onvermijdbare vervorming van deze lagen bij het insnoeren van de zak tot een buis scheuren in deze lagen ontstaan. Hierdoor wordt de beoogde bescherming van het onderliggende glas of de beoogde optische functie van de opgebrachte laag niet optimaal verkregen.

De uitvinding beoogt een oplossing te bieden voor het beschreven probleem. De werkwijze volgens de uitvinding draagt hiertoe het kenmerk, dat in de buis in de trekrichting een bij de trektemperatuur van het glas chemisch niet of nagenoeg niet reaktief gas of gasmengsel wordt geleid, dat in de buis op die plaats, waar de buis tenminste zover is afgekoeld, dat de diameter konstant is geworden, met behulp van een plasma, dat in de buis wordt opgewekt, tot reaktie wordt gebracht.

Bij toepassing van de werkwijze volgens de uitvinding worden de oppervlaktelagen na de totstandkoming in de plasmazone niet meer vervormd. Op deze wijze wordt ook met uiterst dunne, onder invloed van het plasma gevormde oppervlaktelagen een bijzonder goede bescherming van het onderliggende glas tegen aantasting door corrosieve atmosferen verkregen of voorkomen dat alkali- en/of aardalkaliionen uit het glas een nadelige invloed kunnen uitoefenen op de levensduur van uit het verkregen buisglas vervaardigde lampen, bijvoorbeeld fluorescentielampen. Mocht in de zak van week glas toch een geringe thermische reaktie plaatsvinden, dan worden eventuele scheuren in de hierbij gevormde laag in de plasmazone opgevuld, zodat ook onder deze omstandigheden een goed afsluitende laag wordt verkregen met de werkwijze volgens de uitvinding.

De uitgevonden werkwijze kan in al die gevallen worden toegepast, waar het gewenst is een laag met andere samenstelling op de binnenzijde van buisglas aan te brengen, zoals bijvoorbeeld door het onttrekken van metaalionen aan het glasoppervlak, of door lagen met een beschermende en/of specifieke optische functie op het glasoppervlak af te zetten. Bij lagen met een specifieke optische functie kan men bijvoorbeeld denken aan lagen, die selectief een deel van het spectrum reflecteren, bijvoorbeeld UV-reflecterende lagen die het zichtbare deel van het spectrum doorlaten.

Bij de werkwijze volgens de uitvinding wordt een reaktief gas of een reaktief gasmengsel, dat uit twee of meer componenten bestaat, toegepast. Bij de fabricage van buizen uit glas met bijvoorbeeld een temperatuur van het weke glas in de zak van 800°C wordt een reaktief gas toegepast dat tot temperaturen van ca. 800°C of hoger geen merkbare thermische reaktie vertoont, doch dat bij de temperaturen, waarbij het glas niet meer blijvend vervormt en de diameter konstant is geworden onder invloed van een plasma tot reaktie kan worden gebracht.

Als voorbeelden van reaktieve gassen kunnen bijvoorbeeld worden genoemd: etsgassen zoals CF4, C2F6, C2F4, NF3, SF6 en S02F2; deze gassen kunnen ook gemengd met lucht of zuurstof worden toegepast.

Als voorbeelden van reaktieve gasmengsels voor het afzetten van lagen met optische of beschermende functie kunnen bijvoorbeeld combinaties van vluchtige of gasvormige metaalhalogeniden en oxidatiemiddelen worden genoemd. Men kan hierbij bijvoorbeeld denken aan:

SiF4, SiCl4, A1C13, SnCl4, TiCl4, ZrCl4, BF3, BC13, PC13, YC13, Cr02Cl2, CH4, HfCl4, LaCl3, Ni(CO)4, TaF5, en dergelijke; als oxidatiemiddelen kunnen bijvoorbeeld 02, N02 en C02/H2 mengsels worden toegepast. Hiermede kunnen dan lagen bestaande uit C, Si02, A1203, Sn02, Ti02, Zr02 etc. worden afgezet. Het is uiteraard ook mogelijk lagen van gemengde oxiden af te zetten door uit te gaan van mengsels van diverse metaalhalogeniden. Het is eveneens mogelijk gasmengsels toe te passen, die zowel een etsende werking hebben als waaruit een laag kan worden afgezet, in het algemeen hebben gasmengsels, die een metaalfluoride bevatten een dergelijke werking, maar ook kan worden gedacht aan mengsels, die bijvoorbeeld een metaalchloride bevatten en een etsmiddel zoals QFg.

Op overeenkomstige wijze kunnen lagen uit nitriden worden afgezet, bijvoorbeeld door een gasmengsel bestaande uit SiCf, en NH3 toe te passen.

Voorwaarde is slechts, dat het gasmengsel zodanig wordt gekozen, dat in de zak van week glas geen of slechts een geringe thermische reaktie optreedt.

Het plasma kan zowel een hoogfrequent plasma als een microgolf plasma zijn. Bij toepassing van een isothermisch plasma van hoge temperatuur, hetgeen in het algemeen het geval zal zijn in gasmengsels van atmosferische druk en groter, moet de snelheid, waarmede de glasbuis door de plasmazone wordt bewogen, voldoende groot zijn om een opwarming tot de vervormingstemperatuur te voorkomen.

Bij voorkeur wordt de reaktie uitgevoerd onder toepassing van een isothermisch plasma van hoge temperatuur in een gasmengsel met tenminste atmosferische druk, waarbij de glasbuis met een snelheid door de plasmazone wordt bewogen, die voldoende is om een opwarming tot de vervormingstemperatuur te voorkomen.

De toepassing van een plasma heeft het voordeel dat in het algemeen grotere reaktiesnelheden mogelijk zijn dan met thermische CVD-processen. Onder invloed van het plasma kan doorgaans een vollediger omzetting van de gassen worden verkregen, dan met een uitsluitend thermisch proces mogelijk is. De uitgevonden werkwijze verschaft daardoor een proces, dat beter bestuurbaar is en minder afhankelijk van de trektemperatuur en treksnelheid dan een thermisch CVD-proces, zonder toepassing van een plasma.

Aan de hand van het nu volgende uitvoeringsvoorbeeld en de tekening zal de werkwijze volgens de uitvinding nader worden toegelicht. In de tekening toont de enige figuur schematisch een werkwijze voor het trekken van buisglas volgens het zogenaamde Danner-proces (zie bijvoorbeeld US-A-1 219 709) en het aansluitend behandelen van het inwendig oppervlak. Het is echter even goed mogelijk het buisglas te vervaardigen volgens het zogenaamde Vello-proces (zie bijvoorbeeld US-A-2 009 793) of een ander geschikt proces, waarbij een zak van week glas wordt gevormd, waarin het reaktieve gas kan worden geblazen.

Bij het Danner-proces wordt vanuit een niet in de tekening weergegeven reservoir gesmolten glas om een roterende doom 1 getrokken. In de doom loopt een buis 2 voor het toevoeren van een reaktief gas, die uitmondt in de zak 3 van week glas. De temperatuur in deze zak 3 ligt in het algemeen tussen 800° en 950°C. Tussen de trekrollen 4 en 5, waar het buisglas 6 zover is afgekoeld dat het niet meer blijvend kan worden vervormd, bevindt zich een inrichting 7 voor het opwekken van een plasma in de glasbuis 6. De temperatuur van het glas ter plaatse kan bijvoorbeeld ca. 400°C bedragen. De inrichting 7 kan bijvoorbeeld bestaan uit een resonator, een lopende golfapplicator of een spoel.

In een praktische uitvoeringsvorm wordt tijdens het trekken van de buis in de zak van week glas een gasmengsel geblazen, dat SiF4, zuurstof en stikstof in een verhouding van 0.1:1:5 bevat. Een dergelijk mengsel reageert thermisch niet of nauwelijks bij temperaturen beneden ca. 1000°C. De snelheid van de glasbuis 6 in de plasmazone bedroeg ca. 5 meter per seconde. Het gasmengsel werd in de buis geblazen met een debiet van 2 m3 per uur. Met een trilholte 7 werd met een wisselveld van 2.45 Ghz een plasma opgewekt, dat bij atmosferische druk een hoge temperatuur bezit. Bij de toegepaste snelheid, waarmee de glasbuis 6 door de plasmazone werd bewogen, bereikte de glasbuis ter plaatse echter niet de vervormingstemperatuur bij de toegepaste trekkracht. Uit een zak van week glas werd op deze wijze een buis verkregen met een inwendige diameter van 65 mm, die aan de binnenzijde was bedekt met een dunne laag uit Si02. Bij toepassing in fluorescentielampen verhindert deze laag effectief het uit het glas diffunderen van natriumionen. Door het bij de depositiereaktie gevormde fluor wordt een deel van de natriumionen uit het oppervlak van het glas weggeëtst.

Claims (5)

1. Werkwijze voor de vervaardiging van buisglas, waarbij aansluitend aan het trekken van een buis uit gesmolten glas het binnenoppervlak van de buis wordt behandeld met een chemisch reaktief gas of gasmengsel, met het kenmerk dat in de buis in de trekrichting een bij de trektemperatuur van het glas chemisch niet reaktief gas of gasmengsel wordt geleid, dat in de buis op die plaats, waar de buis tenminste zover is afgekoeld, dat de diameter konstant is geworden, met behulp van een plasma, dat in de buis wordt opgewekt, tot reaktie wordt gebracht.

2. Werkwijze volgens Conclusie 1, met het kenmerk dat een reaktief gas of gasmengsel wordt toegepast, dat onder invloed van het plasma met het glasoppervlak reageert onder onttrekking van metaalionen.

3. Werkwijze volgens Conclusie 1, met het kenmerk dat een reaktief gas of gasmengsel wordt toegepast, dat onder invloed van het plasma een laag vormt op een glasoppervlak.

4. Werkwijze volgens Conclusie 1, met het kenmerk dat een laag uit Si02 wordt aangebracht onder toepassing van een gasmengsel, dat SiF4, zuurstof en stikstof bevat.

5. Werkwijze volgens Conclusie 1, met het kenmerk dat een isothermisch plasma van hoge temperatuur wordt toegepast in een gasmengsel van tenminste atmosferische druk, waarbij de glasbuis met een snelheid door de plasmazone wordt bewogen, die voldoende is om een opwarming tot de vervormingstemperatuur te voorkomen.