TW200300746A - SiO2 shaped body which is vitrified in partial regions or completely, processes for its production and use - Google Patents

Description

200300746 玖、發明說明 貫施方式及圖式簡單說明) (翻’月應敘明··發明所屬之技術領域、先前技術、內容、 一、【發明所屬之技術領域】 丨」廿 許多技術界場合使用多孔性、無定形_成形體。可提及之 實例包含··過濾材料、絕熱材料或加熱護套。 再者，猎助於燒結及/或熔化作用，由無定形、多孔性灿$ 成形體可觀财義找_神料。舉财之，高純度多孔2 性咖2成形體可用作_纖維或賴維之獅體。再者，二此亦 可能製造用以抽拉單晶體（尤其料晶體）之掛褐。 二、【先前技術】 在既有技術習知、用以燒結及/或炫化石夕石材料之諸方法中 (例如··爐燒結、區帶燒結、電弧燒結、接觸燒結、埶氣體芦 電浆燒結卜待燒結及/或炼化之_料係藉熱能傳遞: 加熱。若有待如此製造找_石機將不含任何外來原 有極高純度時’使用熱氣體或熱細表_導致待燒結及/或航 矽石材料受到外來原子之不良污染。 所以’原則上，唯有藉助輻射作用之非熱式、非接觸式 加熱方能減低或免除外來原子之污染。 既有_知之-種方法係微波燒結。但，送入高純度叫 石夕石㈣之微触射能極低。所以，此種方法效率非常低，因而 成本極高。該方法之另一缺點是：因顧微波僅係呈非常不聚焦 200300746 之$心秒石材料之部分、局部界定及精確劃清玻化作用實屬不 可能。 月之目的係提供一種製造部分區（層）或全部玻化、Si〇2 y ， “方法中，一無定形、多孔性Si〇2預形體係藉助於輻 射％之非接觸式加熱而加以燒結或玻化，且在此步驟過程中可免 除Si〇2成形體受到外來原子之污染。 利用雷射束作為輻射能可達成該目的。 忒雷射束之波長以大於玻狀矽石之吸收邊緣而為4.2微米 為佳。 尤以波長為10 · 6微米之C02雷射束更佳。 所以所有可商購之C 〇 2雷射均適用作雷射。 就本發明之觀點而論，應瞭解的是·· si〇2預形體係指一多 孔性、藉若干成形步驟、由無定形si〇2微粒（玻狀矽石）製造之無 定形成形體。 原則上，既有技術習知之所有si〇2預形體均屬適當。舉例 吕之’其製造方法在歐洲專利EP 7〇5797、EP 318100、 EP653381、德國專利 DE-OS 2218766、英國專利 GB_B 2329893、日本專利 JP 5294610、美國專利 us—A—4,929,579 中均曾述及。德國專利DE-A1-丄9943^中所述si〇2預形體 之製造方法特別適當。該Si〇2預形體以呈坩堝形態者為佳。

Si〇2預形體之内侧及外側以用聚焦區直徑至少2公分之雷 200300746 射束照射而加以燒結或玻化為佳。 三、【發明内容】 本發明之内容係一部分區（層）或全部玻化之sio2成形體、其 製造方法及用途。 本發明之另一内容是：一内側完全玻化及外侧多敞孔之si〇2 成形體及一外側完全玻化及内側多敞孔之si〇2成形體。 四、【實施方式】 實施該照射作用所用輻射能密度以每平方公分50瓦至50〇 瓦為佳，但以每平方公分1〇〇瓦至2〇〇瓦較佳，尤以每平方公分 工3〇瓦至180瓦更佳。 以均勻地及連續地照射在Si〇2預形體之内、外兩側為佳。 、、原則上’實施Si〇2海體内侧及外側之均勻及連續照射以 達成燒結或玻化作料_活動雷射光學伽及/紐堝在雷射 光束中之對應移動。 實施雷射束_可_精於此項技術者f知之所有方法，例 _=雷射_沿所有方向軸之導束㈣。實施預形體在雷 鶴’ _地村·精於此徽術者習知之所有方法， 例如：猎助於-_人。再者，結合該兩種運動亦屬可能。 無孔洞或玻触財可祕一封閉、 將無定、喂之無杨S1C>2表面。藉吸收雷射韓射能 …y 12加崎結输化可達成此目的。破化關或外側之 200300746 厚度係藉雷射能之輸入於每個部位加以控制。 各側玻化之厚度最好盡可能均勻。 由於Si〇2獅體幾何形狀之影響，在照射預形體之過程中， 雷射束可能無法以怪常不變之肖度照到預形體之表面。因雷射韓 射能之吸彳通肢改變，所以玻化之厚度不均勻。在此情況下， 為確保玻化儘可能’，在獅體之雷賴㈣程巾，最好將一個 或更多個加工魏、f射能量、位移路徑、位移速率及雷射焦點 等加以適當調節。 實施Si〇2預形體表面玻化或燒結之溫度為 1000 至 2500 C，但以13 00至18〇〇 c較佳，尤以14〇〇至15〇〇。〇更佳。 在超過1000 C之溫度下，熱量由熱表面傳導入成形體容許

Si〇2成形體之部分至全部燒結作用超越待達成之玻化内層及/或 外層。 本發明之另-目的係提供—種方法，該方法料局部界定、 劃清之Si〇2預形體玻化或燒結。 该目的之達成係藉助於—項事實：利用雷射僅照射多孔性、 無定形SiQ2·翻側或其外側之表面而加以燒結或玻化。 除僅成形體之-側經照射之外，參數及程序最好對應於業經 述及之方法。依照本發明，如雜將成雜之—侧加以玻化即屬 可能。 由於玻化矽石之熱傳導性極低，可利用本發明方法，在 9 200300746 成形體内玻化及未玻化狀間製造—清_定之界面。如此可使

Si〇2成形體内形成一劃清之燒結梯度。 、該内侧完全玻化及外侧多敞孔之Si〇2成形體最好係一利用 CZ法以抽拉石夕單晶體之玻狀石夕石坩禍。 本發明方法之另-伽是關定之_方向。由於雷射輕射 具有顯著之平行性，所以將雷射來源與試樣間之距離依照任何預 期之程度扣增加亦射能。如此可對正錢結材料之加以照射 而無發生㈣之虞。再者’ f射之優良聚紐可達成極高之局部 能量密度。 再者，在實施加工過程中，si〇2預形體内之極高溫度可壓抑 玻狀矽石之結晶作用。 若係掛卿預形體之内側玻化，因外侧無收縮現象，如 此可谷易地製成最終形狀之掛禍。 利用CZ去抽拉單晶體以使用内部玻化之玻狀玻璃掛禍為佳。 4、主/等内側破化、外側多敵孔無定形玻狀玻璃掛禍之外層最好 ^干物貝等物質可導致或加速隨後實施CZ方法過程中 外層之結晶作用。舉例言之，德國專利DE聰⑴7中曾述及 既有技術自知、適作此崎之物質及浸潰方法。 / >考諸貝驗例將本發明加以更詳細說明如下。 實^多孔、無定形加2預形體之製造 ’ ^作係依據德國專利DE_Al-l9943l〇3中所述之方 實靶在真空情況下，藉助於—塗覆塑膠之混合器，將高純度 :解及w❸石料地、無氣泡及無金屬污染地分散於雙重蒸顧 水内。如此所製分散液之固體含量為幻重量比（95%溶融及 。藉助於工業界普遍_之所謂輥法，於—塗覆歸 之外模内’將該分散液製成14啊_狀。在_温度下烘乾 ;小日t之後，將職自模中取出，隨後，在約滅溫度下，於 4小_予以完全烘乾。經烘乾之開⑽敵密度約狂62公 見/立方公分及壁之厚度為9公厘。 實驗例2: 之解岭施本發明之方法 藉二一㈣機器人2(IRB24。。型)、於一雷射束功率3 吋坩坰褚2田射3 (TLF 3QQQ型渴輪）之焦朗將實驗例1之14 时掛禍預形體；L加以照射。 声。除有=料束錢’機11人2提供有所叙運動自由 轉向鏡4 (該猶㈣共_斜扣發出之細能轉至垂 6。該二Γ鳴靖有光學翻5，以_-次雷射束 寬光1儀^射束之直役為16公厘。該平行—次雷射束通過該拓 公厘(，相V ::先學儀器5與掛禍1間之距離約為45。 厘（明參閱第-圖）。機器人2係 式加以控制。砂_ 適讀堝幾何形狀之程 自由产二:: 動對稱性(轉動㈣，將運動之 J在一個平面加兩個轉動轴上（請參閱第二圖）。在掛堝 11 200300746 =動^角速度為〇15V秒）’首先綱之所有上緣均以奶。 ^耗圍覆叫射。之後，雷射以職方摘過鄉！内表面$ 、:、餘心。鄉之轉動速率及在—軸上自购邊緣至中心之前 進速率係經適當地加速俾單位時間涵蓋之面積恆常不變。實施: 射所用之能量密度為15Q瓦/平方公分。在同—加工步驟内，除、 =體表面之玻化作料，因自熱内表面9傳導人成形體内部之 '、、、罝使灿2成形體部分燒結（B層）。雷射束照射之後，該邮 _丄業經無孔洞、減泡或無觀地加以玻化（μ)(自内表面 之3么厘厚度中）’而其原有外幾何形狀仍保持不變（請參閱 弟三圖）。 12 轉動蚪（㈣度為Q15。/秒） 角度範圍如雷m _ 私所社緣均以375c 之其餘部分。二=旋方式通_内表面s 進速率係經•地力連俾:=在―轴上自_邊緣至中心之屬

射所用之辟之面積㈣林。實施用 預升如 W為5Q瓦/平方公分。在同-加X步驟内，^ 熱:之破化作用外，因自熱内表面9傳導入成形體内苦Μ 坩^使Si〇2成形體部分燒結（Β層）。雷射束照射之後，該 咼1業、纟二無孔洞、無氣泡或無裂痕地加以玻化⑺層Η自内表茂 算起之 乂 ★ 么厘厚度中），而其原有外幾何形狀仍保持不變（請參段 第三圖）。 五、【圖式簡單說明】 第—圖：實驗例2所用裝備之結構圖。 第二圖：實驗例2取代路徑之示意圖。 第二圖：示實驗例2中坩堝玻化在内表面。

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Claims (1)

1. 200300746 拾、申請專利範圍 /.、一種製造部分區（層）或全部玻化、Si〇2成形體之方法，在 δ亥方法中’-無定形、多孔性si02腳體係藉助於輕射能之非接 觸式加熱^X燒結或破化，且在此步驟過財可免除si〇2成形 到外來原子之污染，其特徵為賴細能係-雷射束。 2. 如㈣翻朗第！項之方法，其中該雷射束之波長大於玻 狀石夕石之吸收邊緣而為4 · 2微米。 3. _請專利範圍第…項之方法，其中所用雷射係波長為 10 · 6微米之c〇2雷射束。 二如申請專利範圍第或3項之方法，其中該多孔性、無 定形之Si〇2預形體係呈坩堝形狀。 5.如巾物m除、2、3心項之方法，其巾邮獅 體之内側及外側個—聚_直徑至少為$公分之雷射束照射且 如此而加以燒結或玻化。 6·如申請專利範圍第1、2、14^ ^ 2 3 4或5項之方法’其中對預形 體内側及外侧之照射作用係均勻地及連續地實施。 7. 如巾請專利範圍第卜2、3、4、” s項之方法，其中實 施Sl〇2獅體表面玻化作用或燒結作用之溫度為藤至a咖 t ’但以纖至厕。C較佳，尤以_至觸。C更佳。 8. 如申請專利範圍第！、2、3、4、5、6或7項之方法，其中 實施雷射照射所用之能量為每平方公分％瓦至5⑻瓦，尤以咖 13 ZUUJUU/^fO 至200瓦/平方公分更佳。 9· d用以對—具有内側及外側、多 體實施局_、财破_魏_之=== 而 =形體内側或僅其外侧係用雷射將表面加 加以燒結或玻化。 10 · 一 s:02成形體，其特徵為該siQ2成形體之關係經完全加 以玻化且其外側係呈多敞孔性。

   一少士申。月專利範圍帛1〇項之si〇2成形體，其中該si〇2成形 體係利用CZ法以抽拉石夕單晶體之玻㈣石掛禍。 12 · •一 Sl〇2成形體’其特徵為該Si〇2成形體之外側係經完全加 以玻化且其内側係呈多敞孔性。

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