WO2004005206A1 - Verfahren und vorrichtung zur herstellung einer vorform aus synthetischem quarzglas mittels eines plasmaunterstütztem abscheideverfahren - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zur herstellung einer vorform aus synthetischem quarzglas mittels eines plasmaunterstütztem abscheideverfahren Download PDF

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WO2004005206A1
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media
plasma
plasma zone
burner
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PCT/EP2003/007233
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Richard Schmidt
Karsten Bräuer
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Heraeus Tenevo Gmbh
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    • H05H1/30—Plasma torches using applied electromagnetic fields, e.g. high frequency or microwave energy
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    • C03B—MANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
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    • C03B37/01413—Reactant delivery systems
    • C03B37/0142—Reactant deposition burners
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    • C03B2201/075—Hydroxyl ion (OH)
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    • C03B2201/08—Doped silica-based glasses doped with boron or fluorine or other refractive index decreasing dopant
    • C03B2201/12—Doped silica-based glasses doped with boron or fluorine or other refractive index decreasing dopant doped with fluorine

Definitions

  • the invention relates to a method for producing a preform from synthetic quartz glass by means of a plasma-assisted deposition process in which a media stream containing a glass starting material and a carrier gas is fed to a multi-nozzle deposition burner, the glass starting material is introduced into a plasma zone by means of the deposition burner and oxidized therein to form SiO 2 particles is, and the Si0 2 particles are deposited on a deposition surface and directly glazed in the process.
  • the invention relates to a device comprising an excitation source for generating a plasma zone, and a multi-nozzle separating burner having a central axis, which is provided with a media nozzle for supplying a media stream to the plasma zone.
  • SiO 2 particles For the production of optical fiber preforms for commercial applications, methods for the deposition of SiO 2 particles from the gas phase are known under the names OVD (Outside Vapor Deposition), MCVD (Modified Chemical Vapor Deposition) and VAD (Vapor Axial Deposition).
  • OVD Outside Vapor Deposition
  • MCVD Modified Chemical Vapor Deposition
  • VAD Vapapor Axial Deposition
  • a plasma-assisted OVD method for producing a cladding glass made of fluorine-doped quartz glass for a preform for optical fibers is described in JP-A 61151031. It is proposed to use a multi-nozzle oxyhydrogen burner to produce a silicon-containing starting material with the formation of SiO 2 .
  • a method and a device of the type mentioned are known from DE-A 25 36 457. It describes a process for the production of synthetic quartz glass by oxidizing a hydrogen-free silicon compound, which is added for the fluorine doping, difluoromethane.
  • the silicon compound is deposited as a glassy mass on a heat-resistant carrier, the gas stream being passed through an induction-coupled plasma torch.
  • the device used for this purpose comprises an induction-coupled plasma torch with three concentrically arranged, stepped quartz glass tubes, of which the outer tube is the longest and the inner tube is the shortest.
  • the plasma-assisted Si0 2 deposition process can take place under a hydrogen-free atmosphere, which largely prevents the incorporation of hydroxyl groups into the quartz glass of the preform.
  • direct glazing without further aftertreatment in contrast to the so-called “soot process”), a low-hydroxyl quartz glass body is obtained which is also suitable for the production of areas of a preform for optical fibers close to the core low, and there is therefore an ongoing need to improve the deposition efficiency of these processes.
  • the object of the invention is to increase the deposition efficiency in a plasma-assisted SiO 2 deposition process.
  • the device known from JP-A 61151031 for the plasma-assisted deposition of Si0 2 particles on a rotating quartz glass rod consists of a high-frequency plasma torch which generates a plasma flame in the region of the surface of a core glass rod which can be rotated about its longitudinal axis, and a multi-nozzle flame hydrolysis burner the Si0 2 particles are formed by flame hydrolysis and fed to the plasma flame, so that a fluorine-doped quartz glass layer is deposited on the core glass rod.
  • a flame hydrolysis burner in conjunction with the plasma burner, an improvement in the deposition rate is achieved.
  • the disadvantage is necessarily accepted that the deposited layer contains large amounts of hydroxyl groups, which limit the possible uses of the preform produced in this way.
  • the invention is therefore also based on the object of specifying a device by means of which an improved deposition rate in the plasma-assisted deposition of SiO 2 particles on a deposition surface is made possible without the use of a flame hydrolysis burner.
  • the above-mentioned object is achieved according to the invention based on the method of the type mentioned at the beginning in that the media stream is focused in the direction of the plasma zone by means of the deposition burner.
  • the media stream contains at least one oxidizable glass starting material and a carrier gas therefor.
  • the carrier gas serves on the one hand to transport the glass starting material if it is in vapor form, for example.
  • the plasma flame is held at a predetermined distance from the deposition burner by the carrier gas flowing out of the deposition burner, thus preventing flashovers from the plasma zone into the area of the deposition burner.
  • the media flow can also be used to introduce the oxygen - or part of it - required for the oxidation of the glass starting material into the plasma zone.
  • the plasma is ignited in the plasma zone and the glass starting material is oxidized to Si0 2 particles by reaction with oxygen.
  • the media stream is hydrogen-free, a hydrogen-free plasma can be generated and the formation of hydroxyl groups by reaction with oxygen in the plasma zone can be avoided, so that the SiO 2 particles which form are essentially free of hydroxyl groups.
  • the carrier gas flow helps to set the distance between the plasma zone and the burner mouth of the deposition burner.
  • a sufficiently strong carrier gas flow avoids migration of the plasma flame in the direction of the burner mouth and thus prevents electrical flashovers and deposits of Si0 2 particles and an excessive thermal load in the area of the burner mouth.
  • the invention enables the carrier gas flow to be reduced while maintaining these functions.
  • the reduction in the amount of carrier gas in the media stream has several advantages. On the one hand, the concentration of glass starting material in the media stream is increased and focused on the plasma zone with the same amount, so that less glass starting material is guided past the plasma and the implementation is thereby improved. On the other hand, the cooling of the plasma flame associated with the carrier gas stream is reduced. The higher temperature of the plasma flame compared to the non-focusing method also contributes to an improvement in the degree of conversion of the glass starting material and thus to an increase in the deposition rate.
  • the focus in the direction of the plasma zone is achieved by a suitable gas flow of the media stream.
  • a focusing deposition burner is used, which has a media nozzle for supplying the media flow into the plasma zone, which either has a wall inclined in the direction of the plasma zone below the nozzle opening, or which tapers in the direction of the plasma zone.
  • the focus of the media flow is in any case within the plasma zone or in the area between the deposition burner and the plasma zone.
  • the method variant in which the media stream is focused on the plasma zone by means of a media nozzle of the deposition burner tapering in the direction of the plasma zone is particularly simple.
  • the media nozzle can be the central nozzle of the deposition burner, or an annular-gap-shaped nozzle tapering in the direction of the plasma zone, or several individual nozzles distributed around the central axis and tapering in the direction of the plasma zone.
  • the tapering of the media nozzle begins in an area below the nozzle opening and causes the media flow to be focused in the area of the plasma zone, as explained above.
  • the media stream is enveloped by an oxygen-containing working gas stream which exits the media nozzle and has a lower flow rate than the media stream.
  • the working gas flow serves to shield and cool the burner mouth from the hot plasma, and at the same time it is via the oxygen-containing one Working gas flow provided at least part of the oxygen required to form the Si0 2 particles.
  • the fact that the oxygen-containing working gas flow exits the deposition burner at a lower flow rate than the media flow largely prevents the media flow from being affected, so that its focus on the plasma zone is retained.
  • This effect of the working gas flow is further improved if the working gas flow emerges turbulently from a first working gas nozzle of the separating burner designed as a diffuser.
  • the turbulence of the gas flow is achieved at least in the area after exiting the working gas nozzle by a sufficiently high flow rate.
  • the turbulent working gas flow ensures that the media flow focused on the plasma zone is influenced less than would be the case with a laminar and also focused working gas flow.
  • the working gas nozzle is designed as a diffuser, the diffuser can be based on the construction principles generally known for this in flow technology. It is essential that this creates a turbulent working gas flow that has little or no influence on the media flow.
  • the opening cross section of the working gas nozzle can be widened from a region from below the nozzle opening to the nozzle opening. The extension increases the degree of turbulence of the working gas stream emerging from the working gas nozzle.
  • a method of operation is preferred in which the working gas stream is enveloped by at least one oxygen-containing separating gas stream as it emerges from the working gas nozzle and emerges from an annular gap nozzle coaxially surrounding the working gas nozzle.
  • the separation gas flow is primarily used to cool and shield the burner mouth from the hot plasma.
  • the separation gas flow has a higher flow rate than the working gas flow.
  • a part of the oxygen required in the plasma zone is provided by the separation gas flow.
  • Working gas flow and separation gas flow can be set independently of one another, so that the size and position of the plasma zone can be flexibly specified within certain limits.
  • the plasma zone is preferably generated by means of high-frequency excitation within a burner tube, into which a mixture of media stream and working gas stream is introduced. This procedure ensures that the media flow and working gas mix to a certain extent even before the plasma zone, so that an effective reaction takes place between the oxygen-containing working gas and the glass starting material within the plasma zone and little unreacted glass starting material gets outside the plasma zone.
  • the media stream contains silicon tetracloride (SiCI 4 ) and nitrogen as the carrier gas.
  • the method according to the invention is particularly suitable for the production of fluorine-doped quartz glass.
  • a glass starting material is used that contains a fluorine-containing component.
  • the above-mentioned object is achieved according to the invention on the basis of the device of the type mentioned in the introduction in that the media nozzle is designed to focus in the direction of the plasma zone.
  • This design of the media nozzle ensures that the media stream is focused in the direction of the plasma zone as it exits the deposition burner.
  • a more stable gas flow is achieved, which makes it easier to maintain the position and size of the plasma zone, and enables a reduction in the amount of carrier gas - in comparison to the non-focusing method - without the plasma flame in Towards the deposition burner, causing electrical flashovers and Si0 2 deposits or an excessive thermal load on the media nozzle.
  • the media nozzle focusing in the direction of the plasma zone either has a wall inclined in the direction of the plasma zone below the nozzle opening, or it tapers in a region below the nozzle opening in the direction of the plasma zone.
  • the media nozzle tapers in a tapered area in the direction of the plasma zone.
  • the media nozzle can be the central nozzle of the deposition burner, or an annular-gap-shaped nozzle tapering in the direction of the plasma zone, or a plurality of individual nozzles distributed around the central axis and tapering in the direction of the plasma zone.
  • the tapering of the media nozzle begins in an area below the nozzle opening and causes the media flow to focus in the area of the plasma zone, as explained above.
  • the tapering area has a length of at least 5 mm, preferably of at least 8 mm. A sufficient focussing gas flow is ensured by a tapered area of this length.
  • the media nozzle has a nozzle opening with a diameter in the range between 4.5 mm and 6.5 mm, preferably in the range between 5.0 mm and 6.0 mm.
  • the media nozzle is designed as the central center nozzle of the separating burner.
  • the media nozzle is designed as a central center nozzle and is coaxially surrounded by a working gas nozzle in the form of an annular gap, which is designed as a diffuser and continuously expands in an expansion area in the direction of the plasma zone.
  • a working gas flow is introduced through the working gas nozzle surrounding the center nozzle, which impairs the focusing of the media gas flow as little as possible.
  • the working gas nozzle is designed as a diffuser, which expands continuously in an extension area in the direction of the plasma zone.
  • the working gas nozzle acts as a diffuser, so that the degree of turbulence of the working gas flow emerging from the working gas nozzle increases in the region of the nozzle opening. The result of this is that the focused media gas stream that escapes further inside is less impaired than would be the case with a directed working gas stream.
  • extension area has a length of at least 5 mm, preferably of at least 8 mm.
  • a sufficient degree of turbulence in the area of the working gas flow is achieved by means of a diffuser of the specified length.
  • the media nozzle has a nozzle opening which runs in a first nozzle plane running perpendicular to the central axis
  • the working gas nozzle has a nozzle opening which runs in a second nozzle plane running perpendicular to the central axis, wherein - Seen in the direction of flow - the first nozzle plane of the second nozzle plane is upstream of a length between 5 mm and 35 mm, preferably between 13 mm and 23 mm.
  • the opening of the working gas nozzle and the opening of the media nozzle are at a distance from one another. It has been shown that the distance has an influence on the deposition of Si0 2 particles on the burner mouth.
  • the pre-storage of the first nozzle level in the area mentioned prevents premature particle formation and thus deposits on the nozzle edge.
  • the media nozzle is formed by a quartz glass tube.
  • a quartz glass tube is characterized by high chemical and thermal stability.
  • the entry of contaminants into the plasma zone is largely avoided.
  • a central inner tube which forms the media nozzle, and at least two outer tubes coaxially surrounding the inner tube, which form annular gap nozzles or circular nozzles for supplying oxygen to the plasma zone.
  • the nozzles of the separating burner are formed by several tubes arranged coaxially to one another, the nozzle openings being able to be at different heights. They are therefore designed as an annular gap, or - in the case of an outer tube projecting beyond all the inner nozzles - in a circular manner in their region projecting beyond the inner nozzles.
  • the latter nozzles are also referred to as “annular gap nozzles” in the following.
  • Such a separating burner is of simple construction and inexpensive to produce. The invention is explained in more detail below with the aid of an exemplary embodiment and a drawing
  • Figure 1 shows an embodiment of the device according to the invention for use in producing a preform for optical fibers in a side view
  • FIG. 2 shows an embodiment of a device modified from FIG. 1 in a side view.
  • the device shown in FIG. 1 is used to produce a preform for optical fibers which has a core of undoped quartz glass and a jacket made of fluorine-doped quartz glass.
  • the device consists of a plasma burner, to which the reference number 1 is assigned, and a burner tube 2 made of quartz glass, within which a plasma 4 is ignited by means of a high-frequency coil 3.
  • the plasma torch 1 comprises an inner tube 5 made of quartz glass, via which glass starting material (SiCl and SF 6 for fluorine doping) and a carrier gas in the form of nitrogen are fed to the plasma 4.
  • the opening of the inner tube 5 facing the plasma 4 has a cone 6 which forms a media nozzle 7 which tapers in the direction of the plasma 4.
  • the focus 8 of the media nozzle 7 lies just below the plasma 4 on the longitudinal axis 9 of the plasma torch 1.
  • the diameter of the inner tube 5 is approximately 10 mm
  • the opening diameter of the media nozzle 7 is 5.2 mm
  • the length of the cone 6 indicated by the arrow 10 is approximately 10 mm.
  • the inner tube 5 is coaxial with two tubes 11; 12 surrounded by stainless steel.
  • Working gas in the form of oxygen is introduced into the annular gap 13 between the inner stainless steel tube 11 and the inner tube 5.
  • the annular gap 13 widens in the area of the upper nozzle opening facing the plasma 4 to form a diffuser 14. Since this widening results from the conical tapering of the inner tube 5, the lengths of the widening and cone 6 are identical (arrow 10).
  • the distance "A" between the nozzle opening of the inner stainless steel tube 11 (diffuser 14) and the media nozzle 7 is 23 mm. In its cylindrical part, the gap width of the annular gap 13 is approximately 6 mm.
  • Separating gas in the form of oxygen is introduced into the annular gap 16 between the inner tube 11 and the outer tube 12.
  • the separation gas primarily serves to cool and shield the plasma torch 1 from the hot plasma.
  • the gap width of the annular gap 16 is approximately 3 mm.
  • the opening of the annular gap 16 facing the plasma forms an outer nozzle 17 which is open in the direction of the plasma 4, the outer tube 12 projecting beyond the inner tube 11 by approximately 13 mm in the direction of the plasma 4.
  • the inner tube 5 is fed 40 g / min SiCI + SF 6 and 7 l / min nitrogen. This makes it possible to keep the plasma 4 at a distance of approximately 20 mm from the burner mouth (edge of the outer nozzle 17).
  • 40 l / min of working gas oxygen are introduced into the annular gap 13 and 70 g / min of separation gas oxygen into the annular gap 16.
  • SiCl is oxidized to Si0 2 particles and these are deposited on the cylindrical surface of a core glass rod 21 rotating about its longitudinal axis 20 and thereby vitrified directly.
  • a preform for an optical fiber is built up in layers.
  • the SiCI 4 is additionally mixed with SF ⁇ as a fluorine source.
  • a preform which is essentially free of hydroxyl groups.
  • the OH content in the fluorine-doped jacket area of the preform is approximately 4 ppm by weight. It is also essential that the process according to the invention results in a comparatively high separation efficiency of the raw material used, which is 100% higher than in the process described below with the aid of a comparative example.
  • the device shown in FIG. 2 is used to produce a preform. These differ from the device according to FIG. 1 only in the plasma torch 23, more precisely only in the design of the inner tube 25.
  • the difference to the device according to FIG. 1 is that the inner tube 25 is cylindrical in shape over its entire length with an inner diameter of 10 mm. Therefore, the annular gap 23 adjoining the inner tube 25 does not have a conically widening area, like the annular gap 13 of the device according to FIG. 1.
  • the distance A between the nozzle openings of the inner tube 25 and the inner stainless steel tube 11 is 23 mm.
  • the device according to FIG. 2 is used in the same way for producing a preform as described above with reference to FIG. 1.
  • the inner tube 25 is fed 40 g / min SiCI 4 + SF 6 .
  • 7 l / min of nitrogen do not have to be fed to the inner tube 25 in order to keep the plasma 4 at a distance of approximately 20 mm from the burner mouth (edge of the outer nozzle 17). but 20 l / min nitrogen.
  • the associated material and energy losses result in a comparatively low deposition efficiency with this procedure.

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Abstract

Es ist ein Verfahren zur Herstellung einer Vorform aus synthetischem Quarzglas mittels eines plasmaunterstützten Abscheideverfahrens bekannt, bei dem einem mehrdüsigen Abscheidebrenner ein wasserstofffreier Medienstrom enthaltend ein Glasausgangsmaterial und ein Trägergas zugeführt wird, das Glasausgangsmaterial mittels des Abscheidebrenners in eine Plasmazone eingebracht und darin unter Bildung von SiO2-Partikeln oxidiert wird, und die SiO2 -Partikel auf einer Ablagerungsfläche abgeschieden und dabei direkt verglast werden. Um hiervon ausgehend die Abscheideeffizienz zu erhöhen, wird erfindungsgemäss vorgeschlagen, dass der Medienstrom mittels des Abscheidebrenners (1) in Richtung auf die Plasmazone (4) fokussiert wird. Ein zur Durchführung des Verfahrens geeigneter mehrdüsiger Plasmabrenner, der mit einer Mediendüse für die Zufuhr eines Medienstroms zu der Plasmazone versehen ist, zeichnet sich dadurch aus, dass die Mediendüse (7) fokussierend in Richtung auf die Plasmazone (4) ausgebildet ist. Die Fokussierung geschied mittels einer Verjüngung (6) der Mediendüse (7).

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung einer Vorform aus synthetischem Quarzglas mittels plasmaunterstütztem Abscheideverfahren
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Vorform aus synthetischem Quarzglas mittels plasmaunterstütztem Abscheideverfahren, indem einem mehrdüsigen Abscheidebrenner ein Medienstrom enthaltend ein Glasausgangsmaterial und ein Trägergas zugeführt wird, das Glasausgangsmaterial mittels des Abscheidebrenners in eine Plasmazone eingebracht und darin unter Bildung von Si02-Partikeln oxidiert wird, und die Si02-Partikel auf einer Ablagerungsfläche abgeschieden und dabei direkt verglast werden.
Weiterhin betrifft die Erfindung eine Vorrichtung, umfassend eine Anregungsquelle zur Erzeugung einer Plasmazone, und einen eine Mittelachse aufweisenden mehrdüsigen Abscheidebrenner, der mit einer Mediendüse für die Zufuhr eines Medienstroms zu der Plasmazone versehen ist.
Für die Herstellung von Lichtleitfaservorformen für kommerzielle Anwendungen sind Verfahren zur Abscheidung von SiO2-Partikeln aus der Gasphase unter den Bezeichnungen OVD (Outside Vapor Deposition), MCVD (Modified Chemical Vapor Deposition) und VAD (Vapor Axial Deposition) bekannt. In der Regel erfolgt die Herstellung der Si02-Partikel durch Flammenhydrolyse siliziumhaltiger Glasausgangsstoffe in der Knallgasflamme eines Abscheidebrenners. Es ist aber auch bekannt, siliziumhaltige Glasausgangsstoffe unter Unterstützung eines Plasmas zu oxidieren und die so erzeugten SiO2-Partikel anschließend auf einem Träger abzuscheiden.
Ein plasmaunterstütztes OVD-Verfahren zur Herstellung eines Mantelglases aus Fluor dotiertem Quarzglas für eine Vorform für optische Fasern wird in der JP-A 61151031 beschrieben. Es wird vorgeschlagen, mittels eines mehrdüsigen Knallgasbrenners ein siliziumhaltiges Ausgangsmaterial unter Bildung von SiO2-
BESTATIGUNGSKOPIE Partikeln zu hydrolysieren und die erzeugten SiO2-Partikel anschließend einer Plasmaflamme zuzuführen, die mit einem Hochfrequenzplasmabrenner erzeugt wird. Aufgrund der hohen Temperaturen werden die auf einem rotierenden Träger abgeschiedenen Partikel sofort verglast und dadurch der ansonsten leicht flüchti- ge Dotierstoff Fluor in der Glasschicht gebunden (diese Methode wird im Folgenden auch als „Direktverglasen" bezeichnet).
Ein ähnliches Verfahren zur Herstellung einer Vorform für optische Fasern ist in der US-A 5,154,745 beschrieben. Darin wird vorgeschlagen, zunächst einen Vorformkern aus Quarzglas mit höherem Brechungsindex herzustellen und auf die- sem anschließend ein Mantelglas aus fluordotiertem Quarzglas abzuscheiden, wobei die Abscheidung unter Einsatz eines Plasmabrenners und unter direkter Verglasung der abgeschiedenen, fluorhaltigen SiO2-Partikel erfolgt.
Ein Verfahren und eine Vorrichtung der eingangs genannten Gattung sind aus der DE-A 25 36 457 bekannt. Darin wird ein Verfahren zur Herstellung von syntheti- schem Quarzglas durch Oxidieren einer wasserstofffreien Siliziumverbindung, der zur Fluordotierung Difluormethan hinzugefügt wird, beschrieben. Die Siliziumverbindung wird als glasige Masse auf einem hitzebeständigen Träger abgeschieden, wobei der Gasstrom durch einen induktionsgekoppelten Plasmabrenner hindurchgeleitet wird.
Die hierfür eingesetzte Vorrichtung umfasst einen induktionsgekoppelten Plasmabrenner mit drei konzentrisch zueinander angeordneten, abgestuften Quarz- glasrohren, von denen das äußere Rohr das längste, und das innere Rohr das kürzeste ist.
Das plasmaunterstützte Si02-Abscheideverfahren kann unter wasserstofffreier Atmosphäre erfolgen, wodurch ein Einbau von Hydroxylgruppen in das Quarzglas der Vorform weitgehend vermieden wird. Dadurch wird beim Direktverglasen ohne weitere Nachbehandlung (im Unterschied zum sogenannten „Sootverfahren") ein hydroxylarmer Quarzglaskörper erhalten, der auch für die Herstellung kernnaher Bereiche einer Vorform für optische Fasern geeignet ist. Allerdings ist die Ab- scheideeffizienz bei den bekannten Plasma-Abscheideverfahren im allgemeinen gering, und es besteht daher ein fortwährendes Bedürfnis, die Abscheideeffizienz dieser Verfahren zu verbessern.
Insoweit liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, die Abscheideeffizienz bei einem plasmaunterstützten SiO2-Abscheideverfahren zu erhöhen.
Die aus der JP-A 61151031 bekannte Vorrichtung zur plasmaunterstützten Abscheidung von Si02-Partikeln auf einem rotierenden Quarzglasstab besteht aus einem Hochfrequenz-Plasmabrenner, der eine Plasmaflamme im Bereich der Oberfläche eines um seine Längsachse rotierbaren Kernglasstabs erzeugt, und aus einem mehrdüsigen Flammhydrolysebrenner, mittels dem Si02-Partikel durch Flammenhydrolyse gebildet und der Plasmaflamme zugeführt werden, so dass eine Abscheidung einer fluordotierten Quarzglasschicht auf dem Kernglasstab erreicht wird. Durch den Einsatz eines Flammhydrolysebrenners in Verbindung mit dem Plasmabrenner wird zwar eine Verbesserung der Abscheiderate erreicht. Allerdings wird wegen des Einsatzes eines Knallgasbrenners und der dabei ablau- fenden Hydrolysereaktion zwangsläufig der Nachteil in Kauf genommen, dass die abgeschiedene Schicht große Mengen Hydroxylgruppen enthält, die die Einsatzmöglichkeiten der so hergestellten Vorform einschränken.
Der Erfindung liegt daher auch die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung anzugeben, mittels der eine verbesserte Abscheiderate bei der plasmaunterstützten Ab- Scheidung von Si02-Partikeln auf einer Ablagerungsfläche ermöglicht wird, ohne dass hierfür ein Flammhydrolysebrenner eingesetzt wird.
Hinsichtlich des Verfahrens wird die obengenannte Aufgabe ausgehend von dem Verfahren der eingangs genannten Gattung erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass der Medienstrom mittels des Abscheidebrenners in Richtung auf die Plas- mazone fokussiert wird.
Der Medienstrom enthält mindestens ein oxidierbares Glasausgangsmaterial und ein Trägergas dafür. Das Trägergas dient zum einen dem Transport des Glasausgangsmaterials, wenn dieses beispielsweise in dampfförmiger Form vorliegt. Außerdem wird die Plasmaflamme durch das aus dem Abscheidebrenner ausströmende Trägergas in einem vorgegebenen Abstand zum Abscheidebrenner gehalten und so Überschläge von der Plasmazone in den Bereich des Abscheidebrenners vermieden. Mit dem Medienstrom kann auch der zur Oxidation des Glasausgangsmaterials notwendige Sauerstoff - oder ein Teil davon - in die Plasmazone eingebracht werden. In der Plasmazone wird das Plasma gezündet und das Glasausgangsmaterial durch Reaktion mit Sauerstoff zu Si02-Partikeln oxidiert.
Da der Medienstrom wasserstofffrei ist, kann ein wasserstofffreies Plasma er- zeugt und so die Bildung von Hydroxylgruppen durch Reaktion mit Sauerstoff in der Plasmazone vermieden werden, so dass die sich bildenden SiO2-Partikel im Wesentlichen frei von Hydroxylgruppen sind. Die Gegenwart von Wasser in der Plasmazone, etwa bedingt durch einen Luftzutritt, ist hierbei möglichst zu vermeiden.
Eine wesentliche Weiterbildung des eingangs erläuterten, bekannten Verfahrens im Hinblick auf die Verbesserung der Abscheideeffizienz besteht darin, dass der Medienstrom nicht einfach in die Plasmazone eingeleitet, sondern in Richtung auf die Plasmazone fokussiert wird. Denn es hat sich überraschend gezeigt, dass durch eine Fokussierung des Medienstromes in Richtung auf die Plasmazone eine stabilere Gasführung erreicht wird, die die Aufrechterhaltung von Lage und Größe der Plasmazone erleichtert, und dass die Menge an Trägergas - im Vergleich zur nicht fokussierenden Verfahrensweise - deutlich reduziert werden kann.
Der Trägergasstrom trägt zur Einstellung des Abstandes zwischen der Plasmazone und dem Brennermund des Abscheidebrenners bei. Ein ausreichend starker Trägergasstrom vermeidet ein Wandern der Plasmaflamme in Richtung auf den Brennermund und verhindert damit elektrische Überschläge sowie Ablagerungen von Si02-Patikeln und eine übermäßige thermische Belastung im Bereich des Brennermundes. Die Erfindung ermöglicht eine Reduzierung des Trägergasstroms unter Beibehaltung dieser Funktionen. Die Reduzierung der Trägergasmenge im Medienstrom wirkt sich in mehrfacher Hinsicht vorteilhaft aus. Zum einen wird bei gleicher Menge die Konzentration an Glasausgangsmaterial im Medienstrom erhöht und auf die Plasmazone fokussiert, so dass weniger Glasausgangsmaterial am Plasma vorbeigeführt wird und da- durch die Umsetzung verbessert wird. Zum anderen wird die mit dem Trägergasstrom einhergehende Abkühlung der Plasmaflamme vermindert. Die - im Vergleich zur nichtfokussierenden Verfahrensweise - höhere Temperatur der Plasmaflamme trägt ebenfalls zu einer Verbesserung des Umsetzungsgrades des Glasausgangsmaterial und damit zu einer Erhöhung Abscheiderate bei.
Die Fokussierung in Richtung auf die Plasmazone wird durch eine geeignete Gasführung des Medienstromes erreicht. Hierzu wird ein fokussierender Abscheidebrenner eingesetzt, der eine Mediendüse zur Zufuhr des Medienstroms in die Plasmazone aufweist, die entweder unterhalb der Düsenöffnung eine in Richtung auf die Plasmazone geneigte Wandung aufweist, oder die sich in Richtung auf die Plasmazone verjüngt. Der Fokus des Medienstroms befindet sich in jedem Fall innerhalb der Plasmazone oder im Bereich zwischen Abscheidebrenner und Plasmazone.
Besonders einfach gestaltet sich die Verfahrensvariante, bei der der Medienstrom mittels einer sich in Richtung auf die Plasmazone verjüngenden Mediendüse des Abscheidebrenners auf die Plasmazone fokussiert wird. Bei der Mediendüse kann es sich um die Mitteldüse des Abscheidebrenners handeln, oder um eine sich in Richtung auf die Plasmazone verjüngende, ringspaltförmige Düse, oder um mehrere, um die Mittelachse verteilte Einzeldüsen, die sich in Richtung auf die Plasmazone verjüngen. Die Verjüngung der Mediendüse beginnt in einem Be- reich unterhalb der Düsenöffnung und bewirkt eine Fokussierung des Medienstromes in den Bereich der Plasmazone, wie oben erläutert.
Als besonders günstig hat es sich erwiesen, wenn der Medienstrom beim Austritt aus der Mediendüse von einem sauerstoffhaltigen Arbeitsgasstrom, der eine geringere Strömungsgeschwindigkeit als der Medienstrom aufweist, umhüllt wird. Der Arbeitsgasstrom dient zur Abschirmung und zur Kühlung des Brennermundes gegenüber dem heißen Plasma, und gleichzeitig wird über den sauerstoffhaltigen Arbeitsgasstrom mindestens ein Teil des zur Bildung der Si02-Partikel erforderlichen Sauerstoffs bereitgestellt. Dadurch, dass der sauerstoffhaltige Arbeitsgasstrom mit geringerer Strömungsgeschwindigkeit als der Medienstrom aus dem Abscheidebrenner austritt, wird eine Einwirkung auf den Medienstrom weitgehend vermieden, so dass dessen Fokussierung auf die Plasmazone erhalten bleibt.
Diese Wirkung des Arbeitsgasstroms wird noch verbessert, wenn der Arbeitsgasstrom aus einer ersten, als Diffusor ausgebildeten Arbeitsgasdüse des Abscheidebrenners turbulent austritt. Die Turbulenz der Gasströmung wird hierbei mindestens in den Bereich nach Austritt aus der Arbeitsgasdüse durch eine aus- reichend hohe Strömungsgeschwindigkeit erreicht. Durch den turbulent austretenden Arbeitsgasstrom wird gewährleistet, dass der auf die Plasmazone fokus- sierte Medienstrom weniger beeinflusst wird, als dies bei einem laminaren und ebenfalls fokussierten Arbeitsgasstrom der Fall wäre. Zur Erleichterung der Einstellung von Turbulenz ist die Arbeitsgasdüse als Diffusor ausgebildet, der Diffu- sor kann auf den in der Strömungstechnik dafür allgemein bekannten Bauprinzipien beruhen. Wesentlich ist, dass dadurch eine turbulente Arbeitsgasströmung erzeugt wird, die den Medienstrom nicht oder wenig beeinflusst. Hierfür kann beispielsweise der Öffnungsquerschnitt der Arbeitsgasdüse von einem Bereich von unterhalb der Düsenöffnung bis zur Düsenöffnung erweitert sein. Durch die Er- Weiterung wird der Turbulenzgrad des aus der Arbeitsgasdüse austretenden Arbeitsgasstromes vergrößert.
Es wird eine Verfahrensweise bevorzugt, bei der der Arbeitsgasstrom beim Austritt aus der Arbeitsgasdüse von mindestens einem sauerstoffhaltigen Trenngasstrom umhüllt wird, der aus einer die Arbeitsgasdüse koaxial umgebenden Ringspaltdüse austritt. Der Trenngasstrom dient in erster Linie zur Kühlung und Abschirmung des Brennermundes von dem heißen Plasma. Hierzu weist der Trenngasstrom eine höhere Strömungsgeschwindigkeit auf als der Arbeitsgasstrom- Außerdem wird durch den Trenngasstrom ein Teil des in der Plasmazone benötigten Sauerstoffs bereitgestellt. Arbeitsgasstrom und Trenngasstrom können unabhängig voneinander eingestellt werden, so dass insoweit Größe und Lage der Plasmazone in gewissen Grenzen flexibel vorgegeben werden können. Vorzugsweise wird die Plasmazone mittels Hochfrequenzanregung innerhalb eines Brennerrohres erzeugt, in das ein Gemisch aus Medienstrom und Arbeitsgasstrom eingeleitet wird. Durch diese Verfahrensweise wird gewährleistet, dass sich Medienstrom und Arbeitsgas bereits vor der Plasmazone in einem gewissen Maße vermischen, so dass innerhalb der Plasmazone eine effektive Reaktion zwischen dem sauerstoffhaltigen Arbeitsgas und dem Glasausgangsmaterial stattfindet und wenig unreagiertes Glasausgangsmaterial außerhalb der Plasmazone gelangt.
Besonders bewährt hat es sich, dass der Medienstrom Siliziumtetraclorid (SiCI4) und als Trägergas Stickstoff enthält.
Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich besonders zur Herstellung von fluordotiertem Quarzglas. Hierzu wird ein Glasausgangsmaterial eingesetzt, das eine fluorhaltige Komponente enthält.
Hinsichtlich der Vorrichtung wird die oben angegebene Aufgabe ausgehend von der Vorrichtung der eingangs genannten Gattung erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Mediendüse fokussierend in Richtung auf die Plasmazone ausgebildet ist.
Durch diese Ausbildung der Mediendüse wird gewährleistet, dass der Medienstrom beim Austritt aus dem Abscheidebrenner in Richtung auf die Plasmazone fokussiert wird. Durch die Fokussierung des Medienstromes in Richtung auf die Plasmazone wird eine stabilere Gasführung erreicht, was die Aufrechterhaltung von Lage und Größe der Plasmazone erleichtert, und eine Verringerung der Menge an Trägergas - im Vergleich zur nicht fokussierenden Verfahrensweise - ermöglicht, ohne dass dadurch die Plasmaflamme in Richtung auf den Abschei- debrenner zuwandert und dabei elektrische Überschläge und Si02-Ablagerungen oder eine übermäßige thermische Belastung der Mediendüse verursacht.
Hinsichtlich der Vorteile einer Reduzierung der Trägergasmenge im Medienstrom wird auf die obigen Erläuterungen zum erfindungsgemäßen Verfahren verwiesen. Die in Richtung auf die Plasmazone fokussierende Mediendüse weist entweder unterhalb der Düsenöffnung eine in Richtung auf die Plasmazone geneigte Wandung auf, oder sie verjüngt sich in einem Bereich unterhalb der Düsenöffnung in Richtung auf die Plasmazone.
Insbesondere wegen der einfachen Handhabung und Herstellung wird die zuletzt genannte Ausgestaltung bevorzugt, bei der sich die Mediendüse in einem Verjüngungsbereich in Richtung auf die Plasmazone verjüngt. Bei der Mediendüse kann es sich um die Mitteldüse des Abscheidebrenners handeln, oder um eine sich in Richtung auf die Plasmazone verjüngende, ringspaltförmige Düse, oder um meh- rere, um die Mittelachse verteilte Einzeldüsen, die sich in Richtung auf die Plasmazone verjüngen. Die Verjüngung der Mediendüse beginnt in einem Bereich unterhalb der Düsenöffnung und bewirkt eine Fokussierung des Medienstromes in den Bereich der Plasmazone, wie oben erläutert.
Hierbei hat es sich als besonders günstig erwiesen, wenn der Verjüngungsbe- reich eine Länge von mindestens von 5 mm, vorzugsweise von mindestens 8 mm aufweist. Durch einen Verjüngungsbereich dieser Länge wird eine ausreichende fokussierende Gasführung gewährleistet.
Bei einer bevorzugten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung weist die Mediendüse eine Düsenöffnung mit einem Durchmesser im Bereich zwischen 4,5 mm und 6,5 mm, vorzugsweise im Bereich zwischen 5,0 mm und 6,0 mm auf. Hierbei ist die Mediendüse als zentrale Mitteldüse des Abscheidebrenners ausgebildet.
Es hat sich gezeigt, dass mit einer Düsenöffnung im angegebenen Bereich eine optimale Fokussierung und eine Optimierung der Abscheiderate erreicht wird.
In einer bevorzugten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist die Mediendüse als zentrale Mitteldüse ausgebildet und koaxial von einer ringspalt- förmigen Arbeitsgasdüse, die als Diffusor ausgebildet ist und sich in einem Erweiterungsbereich in Richtung auf die Plasmazone kontinuierlich erweitert, umgeben. Durch die die Mitteldüse umgebende Arbeitsgasdüse wird ein Arbeitsgasstrom eingeleitet, der die Fokussierung des Mediengasstroms möglichst wenig beeinträchtigt. Hierzu ist die Arbeitsgasdüse als Diffusor ausgebildet, der sich in einem Erweiterungsbereich in Richtung auf die Plasmazone kontinuierlich erweitert. Durch die Erweiterung wirkt die Arbeitsgasdüse als Diffusor, so dass der Turbulenzgrad des aus der Arbeitsgasdüse austretenden Arbeitsgasstromes im Bereich der Düsenöffnung zunimmt. Dadurch wird erreicht, dass der weiter innen austretende, fokussierte Mediengasstrom weniger beeinträchtigt wird, als dies bei einem gerichteten Arbeitsgasstromes der Fall wäre.
Bewährt hat es sich, wenn der Erweiterungsbereich eine Länge von mindestens 5 mm, vorzugsweise von mindestens 8 mm aufweist. Durch einen Diffusor der angegebenen Länge wird ein ausreichender Turbulenzgrad im Bereich des Arbeitsgasstromes erreicht.
Weiterhin hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn die Mediendüse eine Düsen- Öffnung aufweist, die in einer ersten, senkrecht zur Mittelachse verlaufenden Düsenebene verläuft, und wenn die Arbeitsgasdüse eine Düsenöffnung aufweist, die in einer zweiten, senkrecht zur Mittelachse verlaufenden Düsenebene verläuft, wobei - in Strömungsrichtung gesehen - die erste Düsenebene der zweiten Düsenebene um eine Länge zwischen 5 mm und 35 mm, vorzugsweise zwischen 13 mm und 23 mm, vorgelagert ist.
Die Öffnung der Arbeitsgasdüse und die Öffnung der Mediendüse weisen hierbei einen Abstand zueinander auf. Es hat sich gezeigt, dass der Abstand Einfluss auf die Ablagerung von Si02-Partikeln auf dem Brennermund hat. Durch die Vorlagerung der ersten Düsenebene im genannten Bereich wird eine zu frühe Partikelbil- düng und damit Ablagerungen auf dem Düsenrand verhindert.
Es hat sich bewährt, dass die Mediendüse von einem Quarzglasrohr gebildet wird. Ein Quarzglasrohr zeichnet sich durch hohe chemische und thermische Stabilität aus. Außerdem wird ein Eintrag von Verunreinigungen in die Plasmazone weitgehend vermieden. Im Hinblick hierauf hat es sich auch als günstig erwiesen, dass die Mediendüse in ein Brennerrohr aus Quarzglas mündet, das die Plasmazone umgibt.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist ein zentrales Innenrohr vorgesehen, das die Mediendüse bildet, und mindestens zwei das Innenrohr koaxial umgebene Außenrohre, die Ringspaltdüsen oder kreisförmigen Düsen für die Zufuhr von Sauerstoff zu der Plasmazone bilden. Die Düsen des Abscheidebrenners werden dabei durch mehrere koaxial zueinander angeordnete Rohre gebildet, wobei die Düsenöffnungen auf unterschiedlicher Höhe liegen können. Sie sind daher als Ringspalt, oder - im Fall eines alle inneren Düsen überragenden Außenrohres - kreisförmig in ihrem über die inneren Düsen hinausragenden Bereich ausgebildet. Letztere Düsen werden im Folgenden auch als „Ringspaltdüsen" bezeichnet. Ein derartiger Abscheidebrenner ist konstruktiv einfach aufgebaut und kostengünstig herstellbar. Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels und einer Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigen im einzelnen in schematischer Darstellung
Figur 1 eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Einsatz beim Herstellen einer Vorform für optische Fasern in einer Seitenansicht und
Figur 2 eine Ausführungsform einer gegenüber Figur 1 abgewandelten Vor- richtung in einer Seitenansicht.
Beispiel
Die in Figur 1 dargestellte Vorrichtung wird zur Herstellung einer Vorform für optische Fasern eingesetzt, die einen Kern aus undotiertem Quarzglas und einen Mantel aus fluordotiertem Quarzglas aufweist.
Die Vorrichtung besteht aus einem Plasmabrenner, dem insgesamt die Bezugsziffer 1 zugeordnet ist, und aus einem Brennerrohr 2 aus Quarzglas, innerhalb dem mittels einer Hochfrequenzspule 3 ein Plasma 4 gezündet wird. Der Plasmabrenner 1 umfasst ein Innenrohr 5 aus Quarzglas, über das dem Plasma 4 Glasausgangsmaterial (SiCI und SF6 zur Fluordotierung) und ein Trägergas in Form von Stickstoff zugeführt werden. Die dem Plasma 4 zugewandte Öffnung des Innenrohres 5 weist einen Konus 6 auf, der eine sich in Richtung auf das Plasma 4 verjüngende Mediendüse 7 ausbildet. Der Fokus 8 der Mediendüse 7 liegt knapp unterhalb des Plasmas 4 auf der Längsachse 9 des Plasmabrenners 1. In seinem zylindrischen Bereich beträgt der Durchmesser des Innenrohres 5 etwa 10 mm, der Öffnungs-Durchmesser der Mediendüse 7 liegt bei 5,2 mm und die durch den Pfeil 10 angezeigte Länge des Konus 6 beträgt ca. 10 mm.
Das Innenrohr 5 ist koaxial von zwei Rohren 11 ; 12 aus Edelstahl umgeben. In den Ringspalt 13 zwischen innerem Edelstahl-Rohr 11 und Innenrohr 5 wird Arbeitsgas in Form von Sauerstoff eingeleitet. Der Ringspalt 13 erweitert sich im Bereich der oberen, dem Plasma 4 zugewandten Düsenöffnung unter Ausbildung eines Diffusors 14. Da sich diese Erweiterung durch die konische Verjüngung des Innenrohres 5 ergibt, sind die Längen von Erweiterung und Konus 6 identisch (Pfeil 10). Der Abstand „A" zwischen der Düsenöffnung des inneren Edelstahl- Rohres 11 (Diffusor 14) und der Mediendüse 7 beträgt 23 mm. In seinem zylindrischen Teil liegt die Spaltweite des Ringspalts 13 bei etwa 6 mm.
In den Ringspalt 16 zwischen innerem Rohr 11 und äußerem Rohr 12 wird Trenn- gas in Form von Sauerstoff eingeleitet. Das Trenngas dient in erster Linie zur Kühlung und Abschirmung des Plasmabrenners 1 gegenüber dem heißen Plasma. Die Spaltweite des Ringspalts 16 beträgt etwa 3 mm. Die dem Plasma zugewandte Öffnung des Ringspalts 16 bildet eine in Richtung auf das Plasma 4 offene Außendüse 17, wobei das äußere Rohr 12 das innere Rohr 11 um etwa 13 mm in Richtung auf das Plasma 4 überragt.
Das Innere des Brennerohres 2 ist gegenüber der Außenatmosphäre abgeschlossen, wie dies durch den Dichtungsring 18 angedeutet ist. In einer alternativen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird in den Ringspalt 19 zwischen Brennerrohr 2 und äußerem Rohr 12 zusätzliches Arbeitsgas in Form von Sauerstoff eingeleitet. Im Folgenden wird das erfindungsgemäße Verfahren anhand der in Figur 1 gezeigten Vorrichtung beispielhaft beschrieben:
Dem Innenrohr 5 werden 40 g/min SiCI + SF6 und 7 l/min Stickstoff zugeführt. Dadurch gelingt es, das Plasma 4 in einem Abstand von etwa 20 mm vom Bren- nermund (Rand der Außendüse 17) zu halten. Außerdem werden in den Ringspalt 13 40 l/min Arbeitsgas-Sauerstoff und in den Ringspalt 16 70 l/min Trenngas- Sauerstoff eingeleitet.
Im Bereich des Plasma 4 wird SiCI zu Si02-Partikeln oxidiert und diese werden auf der Zylindermantelfläche eines um seine Längsachse 20 rotierenden Kern- glasstabs 21 abgeschieden und dabei direkt verglast. Durch eine zyklisch rever- sierende Bewegung des Plasmabrenners 1 entlang der Zylindermantelfläche wird schichtweise eine Vorform für eine optische Faser aufgebaut. Zur Erzeugung eines fluordotierten Mantelglases der Vorform (Quarzglas mit 5 Gew.-% Fluor) wird dem SiCI4 zusätzlich SFβ als Fluorquelle beigemischt.
Dadurch, dass mit wasserstofffreiem Plasma gearbeitet wird, wird eine Vorform erhalten, die im wesentlichen frei von Hydroxylgruppen ist. Der OH-Gehalt im fluordotierten Mantelbereich der Vorform beträgt etwa 4 Gew.-ppm. Wesentlich ist auch, dass sich beim erfindungsgemäßen Verfahren eine vergleichsweise hohe Abscheideeffizienz des eingesetzten Rohstoffes ergibt, die um 100 % höher liegt als beim nachfolgend anhand eines Vergleichsbeispiels beschriebenen Verfahren.
Diese hohe Abscheideeffizienz ergibt sich allein durch die Fokussierung des Medienstromes in Richtung auf das Plasma 4 und die strömungstechnische Wirkung des Diffusors 14. Dies zeigt folgendes Vergleichsbeispiel:
Vergleichsbeispiel
Zur Herstellung einer Vorform wird die in Figur 2 dargestellte Vorrichtung eingesetzt. Diese unterscheidet sind von der Vorrichtung nach Figur 1 nur im Plasmabrenner 23, genauer einzig und allein in der Ausbildung des Innenrohres 25. Hinsichtlich der Ausbildung des Innenrohres 25 besteht der Unterschied zu der Vorrichtung nach Figur 1 darin, dass das Innenrohr 25 hier über seine gesamte Länge zylinderförmig mit einem Innendurchmesser von 10 mm ausgebildet ist. Daher weist auch der an das Innenrohr 25 angrenzenden Ringspalt 23 keinen sich konisch sich nach außen erweiternden Bereich aus, wie der Ringspalt 13 der Vorrichtung nach Figur 1. Der Abstand A zwischen den Düsenöffnungen von Innenrohr 25 und innerem Edelstahlrohr 11 beträgt 23 mm.
Die Vorrichtung nach Figur 2 wird in der gleichen Art und Weise zur Herstellung einer Vorform eingesetzt, wie dies oben anhand Figur 1 beschrieben ist. Dem In- nenrohr 25 werden 40 g/min SiCI4 + SF6 zugeführt. Dabei zeigt es sich jedoch, dass im Gegensatz zu dem Verfahren nach Beispiel 1 dem Innenrohr 25 nicht 7 l/min Stickstoff zugeführt werden müssen, um das Plasma 4 in einem Abstand von etwa 20 mm vom Brennermund (Rand der Außendüse 17) zu halten, sondern 20 l/min Stickstoff. Infolge der vergleichsweise hohen Stickstoffzufuhr kommt es zu einer verstärkten Dissipation des eingesetzten SiCI4 im Plasma 4 und innerhalb des Brennerrohres 2 und außerdem zu einem verstärkten Kühlen des Plasmas 4. Die damit einhergehenden Material- und Energieverluste resultieren bei dieser Verfahrensweise in einer vergleichsweise geringen Abscheideeffizienz.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Herstellung einer Vorform aus synthetischem Quarzglas mittels eines plasmaunterstützten Abscheideverfahrens, indem einem mehrdüsigen Abscheidebrenner ein wasserstofffreier Medienstrom enthaltend ein Glasausgangsmaterial und ein Trägergas zugeführt wird, das Glasausgangsmaterial mittels des Abscheidebrenners in eine Plasmazone eingebracht und darin unter Bildung von Si02-Partikeln oxidiert wird, und die Si02-Partikel auf einer Ablagerungsfläche abgeschieden und dabei direkt verglast werden, dadurch gekennzeichnet, dass der Medienstrom mittels des Abscheidebrenners (1) in Richtung auf die Plasmazone (4) fokussiert wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Medienstrom mittels einer sich in Richtung auf die Plasmazone (4) verjüngenden Mediendüse (7) des Abscheidebrenners (1) auf die Plasmazone (4) fokussiert wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Medienstrom beim Austritt aus der Mediendüse (7) von einem sauerstoffhaltigen Arbeitsgasstrom umhüllt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Arbeitsgasstrom aus einer ersten, als Diffusor ausgebildeten Arbeitsgasdüse (14) des Abscheidebrenners (1) turbulent austritt.
5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Arbeitsgasstrom beim Austritt aus der Arbeitsgasdüse (14) von mindestens einem sauerstoffhaltigen Trenngasstrom umhüllt wird, der aus einer die Arbeitsgasdüse (14) koaxial umgebenden Ringspaltdüse (17) austritt.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Plasmazone (4) mittels Hochfrequenzanregung (3) innerhalb eines Brennerrohres (2) erzeugt wird, in das ein Gemisch aus Medienstrom und Arbeitsgasstrom eingeleitet wird.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Medienstrom Siliziumtetrachlorid (SiCI4) und als Trägergas Stickstoff enthält.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Glasausgangsmaterial eine fluorhaltige Komponente enthält.
9. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 7, umfassend eine Anregungsquelle zur Erzeugung einer Plasmazone, und einen eine Mittelachse aufweisenden mehrdüsigen Abscheidebrenner, der mit einer Mediendüse für die Zufuhr eines Medienstroms zu der Plasmazone versehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Mediendüse (7) fokussierend in Richtung auf die Plasmazone (4) ausgebildet ist.
10.Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Mediendüse (7) in einem Verjüngungsbereich (6) in Richtung auf die Plasmazone (4) verjüngt.
1 1.Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Verjüngungsbereich (6) eine Länge von mindestens 5 mm, vorzugsweise mindestens 8 mm aufweist.
12. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 9 bis 11 , dadurch gekennzeichnet, dass die Mediendüse (7) eine Düsenöffnung mit einem Durchmesser im Bereich zwischen 4,5 mm und 6,5 mm, vorzugsweise im Bereich zwischen 5,0 mm und 6,0 mm aufweist.
13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Mediendüse (7) als zentrale Mitteldüse ausgebildet und koaxial von einer ringspaltförmigen Arbeitsgasdüse (14), die als Diffusor ausgebildet ist und sich in einem Erweiterungsbereich in Richtung auf die Plasmazone (4) kontinuierlich erweitert, umgeben ist.
14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Erweiterungsbereich eine Länge von mindestens 5 mm, vorzugsweise mindestens 8 mm aufweist.
15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Mediendüse (7) eine Düsenöffnung aufweist, die in einer ersten, senkrecht zur Mittelachse (9) verlaufenden Düsenebene verläuft, und dass die Arbeitsgasdüse (14) eine Düsenöffnung aufweist, die in einer zweiten, senkrecht zur Mittelachse verlaufenden Düsenebene verläuft, wobei - in Strömungsrichtung gesehen - die erste Düsenebene der zweiten Düsenebene um eine Länge zwischen 5 mm und 35 mm, vorzugsweise zwischen 13 mm und 33 mm vorgelagert ist.
16. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Vorrichtungsansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Mediendüse (7) von einem Quarzglasrohr gebildet wird.
17. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Vorrichtungsansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Mediendüse (7) als zentrale Mitteldüse ausgebildet und von mindestens zwei Ringspaltdüsen (14; 17) für die Zufuhr von Sauerstoff zu der Plasmazone (4) koaxial umgeben ist.
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