WO2012098141A1 - Verfahren zur herstellung eines quarzglaszylinders sowie träger zur durchführung des verfahrens - Google Patents

Verfahren zur herstellung eines quarzglaszylinders sowie träger zur durchführung des verfahrens Download PDF

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Christian Nasarow
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Heraeus Quarzglas Gmbh & Co. Kg
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Definitions

  • the present invention relates to a method for producing a quartz glass cylinder comprising the following method steps:
  • the invention relates to a suitable carrier for carrying out the method.
  • a silicon-containing starting compound is converted by flame hydrolysis or pyrolysis to fine Si0 2 particles which are deposited on a cylinder jacket surface of a support rotating about its longitudinal axis become.
  • the thus obtained tubular soot body (hereinafter also referred to as "Si0 2 silo tube” or “soot tube” for short) usually contains a large number of hydroxyl groups and is subjected to sintering prior to dehydration treatment.
  • Si0 2 silo tube or "soot tube” for short)
  • quartz glass hollow cylinder is obtained or - if the inner bore of the soot tube collapses during sintering - a solid cylinder of quartz glass.
  • Synthetic silica hollow and solid cylinders are used as intermediates for a variety of optical and chemical components, in particular for the fabrication of microlithography and optical fiber preform lenses.
  • An OVD method for producing a quartz glass cylinder and a carrier of the type mentioned are known from DE 23 13 249 B2. Therein is for producing a tube of quartz glass proposed hydroxyl phenomenonarmem gene to produce 2 -Sootrohr by depositing Si0 2 particles on a substrate of Al 2 0 3, mullite, boron nitride, SiC, glass or glass ceramic, a Si0, and this then in the To vitrify carriers in an inert gas atmosphere by zone sintering.
  • the removal of a stuck support may result in injury to the inside wall of the soot tube, or the support must be removed by drilling. In any case, a complex processing of the inner bore is required.
  • a conical carrier In order to facilitate the removal of the carrier, different measures are known. For example, the use of a conical carrier, the use of a carrier made of graphite, a pre-coating of an Al 2 O 3 carrier with graphite powder (US 4,233,052 A) or the pre-coating of a carrier made of glass or SiC with BN powder ( JP 61 168544 A (1985)).
  • OVD deposition method using a metallic carrier is known from US 4,388,094 A.
  • the iterative processing of the following method steps is provided: depositing an SiO 2 soot layer on a conical carrier made of metal, cooling the carrier and removing the soot layer from the carrier down, and depositing a further soot layer on the liberated carrier length, which is attached to the stripped layer directly butt-joined.
  • the carrier is made of precious metals or stainless steel. Because of its larger coefficient of thermal expansion, the metallic carrier shrinks faster during cooling than the SiO 2 soot layer.
  • the invention has for its object to provide a method for producing a quartz glass cylinder by the OVD method using a carrier with high breaking strength and high thermal shock resistance, which can be easily removed, of which a low risk of contamination for the SiO 2 silo goes out, and which can contribute to a higher productivity of the process.
  • the invention has for its object to provide a carrier particularly suitable for carrying out the method, which is characterized by a high mechanical stability and also allows the production of large-volume and thick-walled soot body with small inner bore.
  • this object is achieved, starting from a method of the type mentioned above, on the one hand, by providing a carrier which has an elongated base body of a nickel-based alloy, which is provided with a surface layer of a ceramic material.
  • the soot layer is deposited on a support of a nickel-based alloy, which is completely or at least in a surface region, which comes into contact with the deposited soot layer in contact, provided with a ceramic material.
  • the main body can be designed as a hollow cylinder, as a solid cylinder or conical and consists completely or at least partially of a nickel-based alloy.
  • a nickel-based alloy Such alloys are distinguished by high-temperature resistance, corrosion resistance and wear resistance and, in addition to the main constituent nickel (at least 50% by weight), frequently contain appreciable amounts of chromium, molybdenum, iron, boron and cobalt. Further additional components such as C, Mn, Si, V, W, Cu, B, P and N generally have a proportion of together less than about 25 wt .-%, preferably less than 18 wt .-%.
  • Nickel-based alloys can also form a dense oxidic surface layer under oxidizing conditions at high temperature, which counteracts further corrosion.
  • the carrier produced from such a nickel-based alloy is thermally, mechanically and chemically stable and also suitable for low wall thicknesses for holding a heavy, large-volume soot body.
  • the ceramic surface layer serves primarily as a diffusion barrier against the penetration of constituents of the nickel-based alloy of the main body into the SiO 2 soot layer. It also provides a protective effect in terms of abrasion and corrosion of the metallic carrier material through the furnace atmosphere.
  • These functions already fulfill a thin surface layer of oxides, nitrides, carbides or borides, as long as they are dense and completely cover the surface of the metallic base body.
  • a particularly thin ceramic surface layer is flexible, so that it does not flake off even with a relatively large difference in its coefficient of thermal expansion compared to the metallic carrier material. To ensure this, the thickness of the ceramic surface layer is at most 150 ⁇ . After completion of the deposition process, the carrier and the soot layer cool down so that the carrier can be removed.
  • the resulting SiO 2 silo tube is vitrified to a quartz glass cylinder in the form of a tube or rod.
  • a dehydration treatment is carried out under vacuum or in a halogen-containing, in particular in a fluorine- or chlorine-containing atmosphere.
  • the structural support used according to the invention thus consists of a metal-ceramic composite. This has the advantages of the known stainless steel structural support with regard to breaking strength, thermal shock resistance and easy drawability, but it avoids its essential disadvantage. Because the ceramic surface layer is easy and quick to apply to the carrier.
  • the surface layer contains Al 2 O 3 , SiC or SiSiC.
  • SiSiC is a particularly preferred SiC modification in the form of reaction-bound silicon-infiltrated silicon carbide having a SiC bond matrix in which residual pores are filled with metallic silicon.
  • plasma spraying makes it possible to produce thin ceramic surface layers of high quality.
  • the surface layer preferably has a thickness in the range between 1 ⁇ and 10 ⁇ .
  • a relatively thin surface layer of at least 1 ⁇ m satisfies the requirements for protection against contamination and abrasion, and it is distinguished by a good thermal shock resistance and high adhesion to the metallic base body.
  • Layer thicknesses greater than 150 ⁇ m are particularly effective in terms of protection against contamination and abrasion, but are prone to flaking. With layer thicknesses of 10 ⁇ m and less, this danger is particularly low.
  • a process variant is preferred in which the support is forcibly cooled during cooling according to process step (c).
  • the high thermal shock resistance of the metallic base body allows a faster cooling compared to ceramic Sumateria- materials.
  • the faster cooling allows earlier removal of the carrier - also referred to as "pulling the carrier" - and thus enables a higher productivity of the method according to the invention. This effect is enhanced when a tubular support is used with an internal bore through which a coolant is passed during cooling.
  • the forced cooling of the tubular carrier allows a rapid cooling of the carrier, even of high temperature. Ceramic support materials would break because of their lower thermal shock resistance. Suitable coolants are primarily air or inert gases, but also liquids, such as water or oil.
  • the support can reach a temperature of more than 1000 ° C, which decreases with increasing thickness of the soot layer to several hundred degrees Celsius.
  • the carrier is cooled.
  • initial cooling rate the mean cooling rate in the upper third of the temperature interval between room temperature and the temperature of the surface temperature of the support at the conclusion of the deposition process.
  • the cooling of the composite of carrier and SiO 2 soot layer takes place from outside to inside.
  • the soot layer acts as a thermal insulator, so that the carrier generally cools more slowly than the soot layer.
  • the metallic carrier shrinks due to its higher coefficient of thermal expansion during cooling stronger than the SiO 2 soot layer and can as a relatively early stage - ie when the still elevated temperature - are drawn. This effect is intensified if the wearer not only cools rapidly, but on average even faster than that at his Au Ssenmantel adjacent SiO 2 soot layer. This is achieved, for example, by forced cooling of the carrier from the inside.
  • the SiO 2 silo tube still has a core temperature of at least 400 ° C., preferably of at least 600 ° C., when the carrier is removed.
  • the method according to the invention enables or facilitates the drawing of the carrier at a still high temperature of the SiO 2 silt tube.
  • the core temperature here is the temperature in the middle of the soot tube wall - measured in the region of half of the soot tube - understood.
  • a high residual heat of the soot tube when pulling the carrier is advantageous in several respects.
  • the soot tube in the still hot state, can be subjected to a hot treatment, which otherwise completely heats up the skin
  • the SiO 2 silo is dried before vitrification according to process step (e) and introduced for this purpose in a drying oven, while still a core temperature of at least 300 ° C, preferably at least 500 ° C has.
  • the soot tube is heated to temperatures between 850 ° and 1200 ° C. Due to its residual heat when introduced into the drying oven, the drying time is shortened and heating energy is absorbed. saved up.
  • the core temperature is the temperature in the middle of the soot tube wall, measured in the region of half of the soot tube.
  • the dehydration treatment using drying chemical components such as halogens is a diffusion and reaction controlled process in which the halogens either substitute or react with OH groups to form volatile reaction products.
  • the problem arises that the extent and speed of the substitution or conversion reactions depend on the soot density and the temperature, ie, they run unevenly in an inhomogeneous soot density and temperature field.
  • a homogeneous distribution of residual OH groups-and a uniform distribution of the substituents in the soot body a radially and axially as homogeneous as possible temperature and soot density distribution within the soot tube is therefore sought during drying.
  • this goal can not be achieved in practice.
  • the SiO 2 soot has a heat-insulating effect and slows down the heating process so that theoretically a radially uniform temperature distribution could occur after a sufficiently long heating time, but on the other hand due to the long heating time required for this at the high temperatures required for drying 800 ° C, a compression of the soot tube in the area of the maximum heating effect takes place.
  • SiCI 4 silicon tetrachloride
  • This substance can be converted by flame hydrolysis in the presence of hydrogen and oxygen or by pyrolysis in the presence of oxygen to SiO 2 .
  • this involves the disadvantage that chlorine or chlorine compounds form in the reaction, which complicate the use of unprotected metallic components because of their corrosivity.
  • the use of another organosilicon compounds is proposed from which SiO 2 can be formed by hydrolysis or by oxidation.
  • Examples which may be mentioned monosilane (SiH 4 ), alkoxysilanes (R 4-n Si (OH) n , wherein R represents an alkoxy group having one to four carbon atoms) and nitrogen-silicon compounds in the form of silazanes.
  • Particularly interesting starting substances form the so-called polyalkylsiloxanes.
  • the object mentioned above is also achieved by starting from a method of the type mentioned in the introduction by providing a carrier which has an elongated metallic base body made from a nickel-based alloy which is cooled more rapidly on cooling according to the method step an inner region of the soot layer adjoining the carrier, and in that the SiO 2 soot tube still has a core temperature of at least 400 ° C. when the carrier is removed.
  • a metallic carrier is used. Di eser is characterized by a high breaking strength and a high tempera ture r circuitbeur - as already explained above - and in particular by a high thermal expansion coefficient in comparison to SiO 2 .
  • the cooling of the composite of carrier and SiO 2 soot layer takes place from outside to inside.
  • the soot layer acts as a thermal insulator, so that the carrier generally cools more slowly than the soot layer.
  • the metallic carrier shrinks more than the SiO 2 soot layer during cooling due to its higher coefficient of thermal expansion and can thus be drawn relatively early - ie at an even higher temperature. This effect is enhanced when the carrier not only cools quickly, but on average even faster than the SiO 2 soot layer adjacent to its outer surface.
  • the core temperature of the soot tube here is the temperature in the middle of the soot tube wall - measured in the region of half of the soot tube - understood. A high residual heat of the soot tube when pulling the carrier is advantageous in several respects.
  • the soot tube in the still hot state, can be subjected to a hot treatment which otherwise would require complete heating from room temperature to the treatment temperature. This heating process is thus shortened, which also has a productivity-increasing effect.
  • the carrier base body can be designed as a hollow cylinder, as a solid cylinder or conical and it consists completely or at least partially of a nickel-based alloy. Such alloys are distinguished by high-temperature resistance, corrosion resistance and wear resistance and, in addition to the main constituent nickel (at least 50% by weight), frequently contain noteworthy proportions of chromium, molybdenum, iron, boron and cobalt.
  • nickel-base alloys can form a dense oxidic surface layer under oxidizing conditions at high temperature, which counteracts further corrosion.
  • the carrier produced from such a nickel-based alloy is thermally, mechanically and chemically stable and also suitable for low wall thicknesses for holding a heavy, large-volume soot body.
  • the core temperature of the soot tube after removal of the carrier is still at least 600 ° C.
  • the carrier and the soot layer cool down so that the carrier can be removed.
  • the soot tube thus obtained is vitrified to a quartz glass cylinder in the form of a tube or rod.
  • a dehydration treatment is carried out under vacuum or in a halogen-containing, in particular in a fl uor or chlorine-containing atmosphere.
  • a dehydration treatment is carried out under vacuum or in a halogen-containing, in particular in a fl uor or chlorine-containing atmosphere.
  • the SiO 2 soot pipe is dried before vitrification according to process step (e) and introduced for this purpose in a drying oven, while still having a core temperature of at least 500 ° C.
  • the soot tube is heated to temperatures between 850 ° and 1200 ° C. Due to its residual heat when introduced into the drying oven, the drying time is shortened and heating energy is saved.
  • the core temperature is the temperature in the middle of the soot tube wall, measured in the region of half of the soot tube.
  • the dehydration treatment using drying chemical components such as halogens is a diffusion and reaction controlled process in which the halogens either substitute or react with OH groups to form volatile reaction products.
  • the general problem that arises is that the extent and speed of the substitution or conversion reactions depend on the soot density and the temperature, that is, they run unevenly in an inhomogeneous soot density and temperature field.
  • a radially and axially as homogeneous as possible temperature and soot density distribution within the soot tube is therefore aimed at during drying.
  • the SiO 2 soot acts heat-insulating and slows down the heating process, so that on the one hand theoretically a radially uniform temperature distribution could set after a sufficiently long heating time, but on the other hand due to the required long heating time at the required for drying high temperatures of more than 800 ° C, a compression of the soot tube in the area of the maximum heating effect takes place.
  • This difficulty is miti changed in the inventive method by the soot tube during heating in the dehydration process in the core already has a relatively high temperature.
  • the necessary heating time is not only considerably shorter and drying more effective and faster, but it is also a more homogeneous temperature and Sootêtver whatsoever and thus a smoother drying result achievable, resulting in particular in a radially and axially relatively homogeneous distribution of residual OH groups and substituents (such as chlorine ions) in the soot body shows.
  • a process variant is preferred in which the support is forcibly cooled during cooling according to process step (c).
  • the high thermal shock resistance of the metallic base body allows a faster cooling compared to ceramic substrates.
  • the faster cooling allows earlier removal of the carrier - also referred to as "pulling the carrier" - and thus allows a higher productivity of the method according to the invention.
  • the forced cooling of the tubular carrier allows a rapid cooling of the carrier, even of high temperature. Ceramic support materials would break because of their lower thermal shock resistance. Suitable coolants are primarily air or inert gases.
  • the support can reach a temperature of more than 1000 ° C, which decreases with increasing thickness of the soot layer to several hundred degrees Celsius.
  • the carrier is cooled.
  • initial cooling rate is meant the mean cooling rate in the upper third of the temperature interval between room temperature and the temperature of the surface temperature of the support at the conclusion of the deposition process.
  • a chlorine-free silicon starting material such as an organosilicon compound from which can be formed by hydrolysis or by oxidation SiO 2 .
  • the main body is preferably provided with a surface layer of a ceramic material which has an average thickness of less than 150 ⁇ .
  • the ceramic surface layer serves primarily as a diffusion barrier against the penetration of constituents of the nickel-based alloy of the main body into the SiO 2 soot layer. It also provides a protective effect in terms of abrasion and corrosion of the metallic carrier material through the furnace atmosphere.
  • These functions already fulfill a thin surface layer of oxides, nitrides, carbides or borides, provided that they are dense and completely cover the surface of the metallic base body.
  • a particularly thin ceramic surface layer is flexible, so that it does not chip off even with a relatively large difference in its thermal expansion coefficient in comparison to the metallic carrier material. To ensure this, the thickness of the ceramic surface layer is at most 150 ⁇ .
  • the structural support used according to the invention thus consists of a metal-ceramic composite.
  • This has the advantages of the known stainless steel construction carrier in terms of breaking strength, thermal shock resistance and easy drawability, but it avoids its major disadvantage. Because the ceramic surface layer is easy and quick to apply to the carrier.
  • the surface layer contains Al 2 O 3 , SiC or SiSiC.
  • SiSiC is a particularly preferred SiC modification in the form of reaction-bound silicon-infiltrated silicon carbide having a SiC bond matrix in which residual pores are filled with metallic silicon.
  • the surface layer preferably has a thickness in the range between 1 ⁇ and 10 ⁇ .
  • a relatively thin surface layer of at least 1 ⁇ satisfies the requirements for protection against contamination and abrasion and it is characterized by a good thermal shock resistance and high adhesion to the metallic body.
  • Layer thicknesses greater than 150 ⁇ m are particularly effective in terms of protection against contamination and abrasion, but are prone to flaking. At layer thicknesses of 10 ⁇ and less, this risk is particularly low.
  • the object stated above starting from a carrier of the type mentioned in the introduction, is achieved according to the invention in that it has an elongated base made of a nickel-based alloy provided with a surface layer of a ceramic material having an average thickness of less than 150 ⁇ has.
  • the carrier according to the invention comprises a base body of a high-temperature resistant nickel-based alloy, as known, for example, under the trade names "Hasteloy” or "Inconel".
  • a high-temperature resistant nickel-based alloy as known, for example, under the trade names "Hasteloy” or "Inconel”.
  • Such alloys are characterized by high temperature resistance, corrosion resistance and wear resistance and in addition to the main component nickel (at least 50 wt .-%) usually significant amounts of chromium, often molybdenum, iron, boron and cobalt.
  • Other additive components such as C, Mn, Si, V, W, Cu, B, P and N generally have a combined content of less than about
  • Nickel-base alloys can also form a dense oxidic surface layer under oxidizing conditions at high temperature, which counteracts further corrosion.
  • the carrier produced from such a nickel-based alloy is thermally, mechanically and chemically stable and also suitable for low wall thicknesses for holding a heavy, large-volume soot body.
  • the metallic base body is completely or at least in a particularly specified surface area, which comes into contact with the deposited soot layer in contact, provided with a ceramic material.
  • the ceramic Surface layer serves primarily as a diffusion barrier. It also provides a protective effect with respect to abrasion and corrosion of the metallic carrier material.
  • These functions already fulfill a thin surface layer of oxides, nitrides, carbides or borides, provided that they are dense and completely cover the surface of the metallic base body.
  • a particularly thin ceramic surface layer is flexible, so that it does not flake off even with a relatively large difference in its coefficient of thermal expansion compared to the metallic carrier material. To ensure this, the thickness of the ceramic surface layer is at most 150 ⁇ .
  • Figure 1 shows an apparatus for producing a SiO 2 soot body in the context of
  • Figure 2 shows a carrier according to the invention in a radial sectional view.
  • the apparatus shown in Figure 1 is used to produce a SiO 2 - soot body 3.
  • the device comprises a support tube 1 which is rotatable about its longitudinal axis 2 and which has a tubular base body 4, the outer shell is completely surrounded by a protective layer 5.
  • the tubular base body 4 has an outer diameter of 43 mm and an inner diameter of 26 mm. It consists of a nickel base alloy, which is commercially available under the name "Inconel 600", and the following mineral composition comprises: nickel 72.0, chromium 15.5, iron 8.0, manganese 1 .0, carbon 0.15, copper 0.5, silicon 0.5, sulfur 0.015.
  • the protective layer 5 consists of a 5 ⁇ thick, applied by plasma spraying on the base body 4 layer of Al 2 O 3 .
  • the ends of the support tube 1 are positively fixed in water-cooled metal clamping jaws 6 of a glass lathe, the mechanism is additionally protected by means of a heat shield 7 from overheating.
  • the protective layer 5 completely surrounds the base body 4.
  • the ceramic protective layer 5 prevents impurities from the base body 4 from entering the soot body 3, and at the same time shields it from the surrounding atmosphere and against corrosive and abrasive attack.
  • the deposition burners 4 are each supplied with oxygen and hydrogen as burner gases and as feed for the formation of the SiQ 2 particles Gas stream containing a chlorine-free polyalkylsiloxane. These components are converted into SiO 2 particles in the respective burner flame and these are deposited in layers on the support tube 1 to form the porous SiO 2 soot body 3.
  • the carriage 9 with the deposition burners 8 is thereby reciprocated at a translation speed of 800 mm / min along the forming soot body 3 between its ends.
  • the soot body deposition process is terminated as soon as the soot body 3 has an outer diameter of about 350 mm.
  • the support tube 1 at this time has a temperature of about 700 ° C.
  • Nitrogen is then introduced into the inner bore 1 1 of the inert tube 1 at a flow rate which allows cooling to 300 ° C. with an average cooling rate of about 20 ° C./min, so that after about 20 min. Temperature of 300 ° C has reached.
  • the soot body 3 is hardly cooled, so that - due to the higher coefficient of thermal expansion of the nickel base alloy of the base body 4, a relatively greater shrinkage of the support tube 1 results, which is therefore easy and without damaging the inner wall of the bore of the soot body. 3 draw.
  • the rapid cooling of the carrier tube 1 makes it possible to pull the carrier at a still high temperature of the soot tube 3, which is accompanied by an increase in productivity.
  • the residual heat of Sootrohres 3 is used for the subsequent process step.
  • the still about 600 ° C hot-soot tube 3 is then introduced into a dehydration furnace and heated therein to a temperature around 900 ° C and treated at this temperature in a chlorine-containing atmosphere for a period of 8 h.
  • the residual heat of Sootrohres 3 avoids otherwise necessary complete heating from room temperature to the treatment temperature of 900 ° C, which would take a long time and a high energy requirement due to the heat-insulating property of the opaque SiO 2 -Soots.
  • the dried soot tube 3 is then placed in a vacuum vitrification furnace with a vertically oriented longitudinal axis and continuously fed from its top with an inlet speed of 10 mm / min from above an annular heating element and heated zone by zone.
  • the temperature of the heating element is preset to 1400 ° C.
  • a melt front within the soot tube 3 moves from outside to inside and at the same time from top to bottom.
  • the internal pressure inside the glazing furnace is kept at 0.1 mbar by continuous evacuation during sintering.
  • quartz glass tube (outer diameter: 150 mm) with a small inner diameter of 43 mm is obtained, which is characterized by high purity, the use in the near-core region of an optical fiber preform - for example, as a substrate tube for internal deposition by MCVD- Procedure - allows.
  • the quartz glass tube is also suitable, for example, for catching a core rod during fiber drawing or for producing a preform.

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Abstract

Bei einem bekannten Verfahren zur Herstellung eines Quarzglaszylinders wird durch Abscheiden von SiO2-Partikeln auf einer Zylindermantelfläche eines um seine Längsachse rotierenden Trägers, ein poröses SiO2-Sootrohr hergestellt, das zu dem Quarzglaszylinder gesintert wird. Um hiervon ausgehend einen Träger mit hoher Bruchfestigkeit anzugeben, der sich einerseits leicht entfernen lässt und von dem andererseits eine geringe Kontaminationsgefahr für den Sootkörper ausgeht, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, dass ein Träger bereitgestellt wird, der einen lang gestreckten Grundkörper aus einer Nickelbasislegierung aufweist, der mit einer Oberflächenschicht aus einem keramischen Werkstoff versehen ist, die eine mittlere Dicke von weniger als 150 μm aufweist. Der Einsatz eines metallischen Trägers ermöglicht zudem das Entfernen des Trägers bei noch heißem Sootrohr und dessen Weiterbehandlung in heißem Zustand, was zu Produktivitätssteigerung, Energieersparnis und einem homogeneren Behandlungsergebnis beiträgt.

Description

Verfahren zur Herstellung eines Quarzglaszylinders sowie
Träger zur Durchführung des Verfahrens Beschreibung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Quarzglaszylinders umfassend folgende Verfahrensschritte:
(a) Bereitstellen eines eine Längsachse und eine Mantelfläche aufweisenden Trägers, (b) Abscheiden einer Sootschicht aus SiO2-Partikeln auf der Mantelfläche des um die Längsachse rotierenden Trägers,
(c) Abkühlen von Sootschicht und Träger,
(d) Entfernen des Trägers unter Bildung eines SiO2-Sootrohres, und
(e) Verglasen des SiO2-Sootrohres zu dem Quarzglaszylinder. Weiterhin betrifft die Erfindung einen zur Durchführung des Verfahrens geeigneten Träger.
Stand der Technik
Bei der Herstellung eines rohrförmigen Si02-Sootkörpers nach dem„OVD- Verfahren" (Outside Vapour Deposition) wird eine siliziumhaltige Ausgangsver- bindung durch Flammenhydrolyse oder Pyrolyse zu feinen Si02-Partikeln umgesetzt, die auf einer Zylindermantelfläche eines um seine Längsachse rotierenden Trägers niedergeschlagen werden.
Der so erhaltene rohrförmiger Sootkörper (im Folgenden auch als„Si02-Sootrohr" oder kurz als„Sootrohr" bezeichnet) enthält in der Regel eine große Anzahl an Hydroxylgruppen und wird vor dem Sintern einer Dehydratationsbehandlung u nterzogen. Durch Sintern des Sootrohres wird ein Quarzglas-Hohlzylinder erhalten oder - wenn die Innenbohrung des Sootrohres beim Sintern kollabiert - ein Vollzylinder aus Quarzglas.
Hohl- und Vollzylinder aus synthetischem Quarzglas dienen als Zwischenprodukte für eine Vielzahl von Bauteilen für die optische und für die chemische Industrie, insbesondere für die Herstellung von Linsen für Projektions- und Belichtungssysteme in der Mikrolithographie und für Vorformen für optische Fasern.
Ein OVD-Verfahren zur Herstellung eines Quarzglaszylinders und ein Träger der eingangs genannten Gattung sind aus der DE 23 13 249 B2 bekannt. Darin wird zur Herstellung eines Rohres aus hydroxylgruppenarmem Quarzglas vorgeschla- gen, durch Abscheidung von Si02-Partikeln auf einem Träger aus Al203, Mullit, Bornitrid, SiC, Glas oder Glaskeramik ein Si02-Sootrohr herzustellen, und dieses anschließend auf dem Träger in einer Inertgasatmosphäre durch Zonensintern zu verglasen.
Eine besondere Schwierigkeit ergibt sich beim Entfernen des Trägers aus der In- nenbohrung vor oder nach dem Sintern des Sootrohres. Das Entfernen eines festsitzenden Trägers kann zu Verletzungen der Innenwandung des Sootrohres führen, oder der Träger muss durch Ausbohren entfernt werden. In jedem Fall ist eine aufwändige Bearbeitung der Innenbohrung erforderlich.
Um das Entfernen des Trägers zu erleichtern sind unterschiedliche Maßnahmen bekannt. Beispielsweise wurden die Verwendung eines konischen Trägers, der Einsatz eines Trägers aus Graphit, eine Vorab-Beschichtung eines Al203-Trägers mit Graphitpulver (US 4,233,052 A) oder die Vorab-Beschichtung eines Trägers aus Glas oder aus SiC mit BN-Pulver (JP 61 168544 A(1985)) vorgeschlagen.
Diese Maßnahmen sind aber mit anderen Nachteilen verbunden. Die Verwendung von Graphit führt zu Veränderungen der Redox-Bedingungen im Reaktionsraum und zu einem Abbrand unter oxidierenden Bedingungen. Eine BN-Beschichtung auf einem Träger kann ebenso wie der Einsatz anderer Trägermaterialien als Quarzglas Verunreinigungen im Quarzglasrohling hinterlassen, die durch Diffusion, Abrasion oder Korrosion in die SiQ2-Sootschicht gelangen. Trägerrohre aus AI2O3 haben eine relativ geringe Bruchfestigkeit und eine geringe Temperatu rwechselbeständigkeit. Diese Eigenschaften begrenzen die Eignung derartiger Träger zur Herstellung großvolumiger und schwerer Sootrohre und sie erfordern ein langsames Abkühlen des Trägers nach dem Abscheideprozess. Die genannten Nachteile werden durch Einsatz eines metallischen Trägers vermieden. Ein derartiger Träger wird beispielsweise in der EP 082 642 B1 beschrieben, aus der auch ein gattungsgemäßes Verfahren bekannt ist. Es wird vorgeschlagen, einen zylinderförmigen Träger aus Platin einzusetzen, oder einen Träger aus Edelstahl, der von einer aufgeschwei ßten Platinfolie umhüllt ist. Auf die- ser wird unter Rotation des Trägers um seine Längsachse eine Sootschicht abgeschieden. Beim Abkühlen schrumpft der metallische Träger wegen des vergleichsweise großen Ausdehnungsunterschieds stärker als das Sootrohr, so dass er sich leicht aus dessen Innenbohrung herausziehen lässt.
Ein weiteres OVD-Abscheideverfahren unter Einsatz eines metallischen Trägers ist aus der US 4,388 094 A bekannt. Dabei ist die iterative Abarbeitung folgender Verfahrensschritte vorgesehen: Abscheiden einer SiO2-Sootschicht auf einem konischen Träger aus Metall, Abkühlen des Trägers und Abziehen der Sootschicht vom Träger nach unten, und Abscheiden einer weiteren Sootschicht auf der freigewordenen Trägerlänge, die sich an die abgezogene Schicht direkt stumpf anschließt. Der Träger besteht aus Edelmetalle oder aus Edelstahl .Wegen seines größeren thermischen Ausdehnungskoeffizienten schrumpft der metallische Träger beim Abkühlen schneller als die SiO2-Sootschicht.
Technische Aufgabenstellung
Die Herstellung des bekannten metallischen Trägers mit aufgeschwei ßter Plati n- folie ist zeitaufwendig und teuer.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung eines Quarzglaszylinders nach dem OVD-Verfahren unter Einsatz eines Trägers mit hoher Bruchfestigkeit und hoher Temperaturwechselbeständigkeit anzugeben, der sich leicht entfernen lässt, von dem eine geringe Kontaminationsgefahr für das SiO2-Sootrohr ausgeht, und der zu einer höheren Produktivität des Verfahrens beitragen kann.
Weiterhin liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen für die Durchführung des Verfahrens besonders geeigneten Träger bereit zu stellen, der sich durch eine hohe mechanische Stabilität auszeichnet und der auch die Herstellung gro ß- volumiger und dickwandiger Sootkörper mit kleiner Innenbohrung erlaubt.
Hinsichtlich des Verfahrens wird diese Aufgabe ausgehend von einem Verfahren der eingangs genannten Gattung erfindungsgemäß einerseits dadurch gelöst, dass ein Träger bereitgestellt wird, der einen lang gestreckten Grundkörper aus einer Nickelbasislegierung aufweist, der mit einer Oberflächenschicht aus einem keramischen Werkstoff versehen ist.
Bei der erfindungsgemäßen Modifikation des gattungsgemäßen Verfahrens wird die Sootschicht auf einem Träger aus einer Nickelbasislegierung abgeschieden, der vollständig oder mindestens in einem Oberflächenbereich, welcher mit der abzuscheidenden Sootschicht in Kontakt kommt, mit einem keramischen Werkstoff versehen ist.
Der Grundkörper kann als Hohlzylinder, als Vollzylinder oder konisch ausgeführt sein und besteht vollständig oder mindestens teilweise aus einer Nickelbasislegierung. Derartige Legierungen zeichnen sich durch Hochtemperaturbeständig- keit, Korrosionsbeständigkeit und Verschlei ßfestigkeit aus und enthalten neben dem Hauptbestandteil Nickel (mindestens 50 Gew.-%) häufig nennenswerte Anteile an Chrom, Molybdän, Eisen, Bor und Kobalt. Weitere Zusatzkomponenten wie C, Mn, Si, V, W, Cu, B, P und N haben in der Regel einen Anteil von zusammen weniger als etwa 25 Gew.-%, vorzugsweise weniger als 18 Gew.-%. Nickel- basislegierungen können zudem unter oxidierenden Bedingungen bei hoher Temperatur eine dichte oxidische Oberflächenschicht ausbilden, die einer weiteren Korrosion entgegenwirkt. Der aus einer derartigen Nickelbasislegierung hergestellte Träger ist thermisch, mechanisch und chemisch stabil und auch bei geringen Wandstärken zur Halterung eines schweren, großvolumigen Sootkörpers geeignet.
Die keramische Oberflächenschicht dient in erster Linie als Diffusionsbarriere ge- gen das Eindringen von Bestandteilen aus der Nickelbasislegierung des Grundkörpers in die SiO2-Sootschicht. Sie entfaltet außerdem eine Schutzwirkung in Bezug auf Abrasion und Korrosion des metallischen Trägermaterials durch die Ofenatmosphäre. Diese Funktionen erfüllt bereits eine dünne Oberflächenschicht aus Oxiden, Nitriden, Carbiden oder Boriden, sofern sie dicht ist und die Oberflä- che des metallischen Grundkörpers vollständig bedeckt. Eine besonders dünne keramische Oberflächenschicht ist flexibel, so dass sie auch bei relativ großem Unterschied ihres thermischen Ausdehnungskoeffizienten im Vergleich zum metallischen Trägermaterial nicht abplatzt. Um dies zu gewährleisten liegt die Dicke der keramischen Oberflächenschicht bei maximal 150 μιη. Nach Abschluss des Abscheideprozesses kühlen der Träger und die Sootschicht ab, so dass der Träger entfernt werden kann. Das so erhaltene SiO2-Sootrohr wird zu einem Quarzglaszylinder in Form eines Rohres oder Stabes verglast. Optional erfolgt vor dem Verglasen des Sootrohres eine Dehydratationsbehandlung unter Vakuum oder in einer halogenhaltigen, insbesondere in einer fluor- oder chlorhaltigen Atmosphäre.
Der erfindungsgemäß eingesetzte Aufbauträger besteht somit aus einem Metall- Keramik- Verbund. Dieser hat die Vorteile des bekannten Edelstahl-Aufbauträgers in Bezug auf Bruchfestigkeit, Temperaturwechselbeständigkeit und leichte Zieh- barkeit, er vermeidet aber dessen wesentlichen Nachteil. Denn die keramische Oberflächenschicht ist einfach und schnell auf dem Träger aufzubringen.
Vorzugsweise enthält die Oberflächenschicht AI2O3, SiC oder SiSiC.
Oberflächenschichten, die vollständig oder überwiegend aus diesen Komponenten bestehen, sind dicht und vermindern die Eindiffusion von Verunreinigungen aus dem metallischen Trägermaterial in die Sootschicht. Außerdem zeigen sie eine hohe mechanische und thermische Beständigkeit, wirken einer Schmelzverbindung mit der Sootschicht entgegen und tragen so zu einer einfacheren Entnahme des Trägers bei. SiSiC ist eine besonders bevorzugte SiC-Modifikation in Form von reaktionsgebundenem siliciuminfiltriertem Siliciumcarbid mit einer SiC- Bindungsmatrix, in der restliche Poren mit metallischem Silicium gefüllt sind.
Insbesondere im Hinblick auf ein kostengünstiges Fertigungsverfahren für den Träger hat sich als günstig erwiesen, wenn die Oberflächenschicht durch Plasmaspritzen erzeugt wird.
Plasmaspritzen ermöglicht insbesondere die Herstellung dünner keramischer Oberflächenschichten in hoher Qualität.
Um eine möglichst hohe Flexibilität der Oberflächenschicht zu erreichen und um die Gefahr des Abplatzens zu verringern, weist die Oberflächenschicht vorzugsweise eine Dicke im Bereich zwischen 1 μιη und 10 μιη auf.
Eine relativ dünne Oberflächenschicht von mindestens 1 μιη genügt den Anforde- rungen an Schutz vor Kontamination und Abrasion und sie zeichnet sich durch eine gute Temperaturwechselbeständigkeit und ein hohes Haftvermögen am metallischen Grundkörper aus. Schichtdicken von mehr als 150 μιη sind in Bezug auf den Schutz vor Kontamination und Abrasion besonders wirksam, neigen jedoch zu Abplatzungen. Bei Schichtdicken von 10 μιη und weniger ist diese Gefahr be- sonders gering.
Es wird eine Verfahrensvariante bevorzugt, bei der der Träger beim Abkühlen gemäß Verfahrensschritt (c) zwangsgekühlt wird.
Die hohe Temperaturwechselbeständigkeit des metallischen Grundkörpers ermöglicht ein schnelleres Abkühlen im Vergleich zu keramischen Trägermateria- lien. Das schnellere Abkühlen ermöglicht ein früheres Entfernen des Trägers - auch als„Ziehen des Trägers" bezeichnet - und ermöglicht so eine höhere Produktivität des erfindungsgemäßen Verfahrens. Diese Wirkung wird verstärkt, wenn ein rohrförmiger Träger mit einer Innenbohrung eingesetzt wird, durch die beim Abkühlen ein Kühlmittel geleitet wird.
Die Zwangskühlung des rohrförmigen Trägers ermöglicht ein rasches Abkühlen des Trägers auch von hoher Temperatur. Dabei würden keramische Trägermate- rialien wegen ihrer geringeren Temperaturwechselbeständigkeit zerbrechen. Als Kühlmittel kommen in erster Linie Luft oder Inertgase, aber auch Flüssigkeiten, wie etwa Wasser oder Öl in Betracht.
Zu Beginn des Abscheideprozess kann der Träger eine Temperatur von mehr als 1000 °C erreichen, die mit zunehmender Dicke der Sootschicht auf einige hundert Grad Celsius abnimmt. Nach Abschluss des Sootabscheidung wird der Träger abgekühlt. Je höher die Abkühlrate ist, umso ausgeprägter ist die Auswirkung in Bezug auf eine höhere Produktivität. In dem Zusammenhang hat es sich bewährt, wenn das Abkühlen des Trägers nach Abschluss des Sootabscheideprozesses mit einer anfänglichen Abkühlrate von mindestens 20 °C/min erfolgt. Unter„anfänglicher Abkühlrate" wird hierbei die mittlere Abkühlrate im oberen Drittel des Temperaturintervalls zwischen Raumtemperatur und der Temperatur der Oberflächentemperatur des Trägers bei Abschluss des Abscheideprozesses verstanden.
Es hat sich auch als vorteilhaft erweisen, wenn der Träger beim Abkühlen gemäß Verfahrensschritt (c) schneller abgekühlt wird als ein an den Träger angrenzender Innenbereich der Sootschicht.
Ohne besondere Maßnahme erfolgt das Abkühlen des Verbundes aus Träger und SiO2-Sootschicht von außen nach innen. Die Sootschicht wirkt dabei als thermischer Isolator, so dass der Träger in der Regel langsamer abkühlt als die Soot- schicht. Beim erfindungsgemäßen Verfahren schrumpft der metallische Träger aufgrund seines höheren thermischen Ausdehnungskoeffizienten beim Abkühlen stärker als die SiO2-Sootschicht und kann so relativ früh - also bei noch erhöhter Temperatur - gezogen werden. Dieser Effekt wird verstärkt, wenn der Träger nicht nur schnell abkühlt, sondern im Mittel sogar schneller als die an seinen Au- ßenmantel angrenzende SiO2-Sootschicht. Dies wird beispielsweise durch eine Zwangskühlung des Trägers von Innen erreicht.
Bei einer besonders bevorzugten Verfahrensvariante ist vorgesehen, dass das SiO2-Sootrohr beim Entfernen des Trägers noch eine Kerntemperatur von mindes- tens 400 °C, vorzugsweise von mindestens 600 °C aufweist.
Wie bereits erläutert, ermöglicht oder erleichtert das erfindungsgemäße Verfahren das Ziehen des Trägers bei noch hoher Temperatur des SiO2-Sootrohres. Als Kerntemperatur wird hier die Temperatur in der Mitte der Sootrohr-Wandung - gemessen im Bereich der Hälfte des Sootrohres - verstanden. Eine hohe Rest- wärme des Sootrohres beim Ziehen des Trägers ist in mehrfacher Hinsicht vorteilhaft.
• Zum einen wird die Prozessdauer beim Abkühlen verkürzt, was mit einer Steigerung der Produktivität einhergeht.
• Zum anderen kann das Sootrohr im noch hei ßen Zustand einer Hei ßbehand- lung unterzogen werden, die ansonsten ein vollständiges Aufheizen von
Raumtemperatur auf die Behandlungstemperatur erfordern würde. Dieser Aufheizprozess wird somit verkürzt, was sich ebenfalls produktivitätserhöhend auswirkt.
• Außerdem vermindert die genutzte Restwärme den Energiebedarf zum Auf- heizen auf die Behandlungstemperatur. Dabei ist zu beachten, dass das vollständige homogene Beheizen eines SiO2-Sootrohres wegen der wärmeisolierenden Eigenschaften von SiO2 besonders langwierig und energieintensiv ist.
In dem Zusammenhang hat es sich besonders bewährt, wenn das SiO2-Sootrohr vor dem Verglasen gemäß Verfahrensschritt (e) getrocknet und zu diesem Zweck in einen Trocknungsofen eingebracht wird, und dabei noch eine Kerntemperatur von mindestens 300 °C, vorzugsweise von mindestens 500 °C aufweist.
Bei üblichen Dehydratationsbehandlungen wird das Sootrohr auf Temperaturen zwischen 850 ° und 1200 °C aufgeheizt. Durch seine Restwärme beim Einbringen in den Trocknungsofen wird die Trocknungsdauer verkürzt und Heizenergie ein- gespart. Auch hier wird als Kerntemperatur die Temperatur in der Mitte der Soot- rohr-Wandung - gemessen im Bereich der Hälfte des Sootrohres - verstanden.
Die Dehydratationsbehandlung unter Einsatz trocknend wirkender chemischer Komponenten, wie Halogenen, ist ein diffusions- und reaktionsgesteuerter Pro- zess, bei dem die Halogene entweder OH-Gruppen substituieren oder mit diesen unter Bildung flüchtiger Reaktionsprodukte reagieren.
Dabei stellt sich allgemein das Problem, dass der Umfang und die Geschwindigkeit der Substitutions- oder Umwandlungsreaktionen von der Sootdichte und von der Temperatur abhängen, also in einem inhomogenen Sootdichte- und Tempera- turfeld ungleichmäßig ablaufen. Um ein homogenes Trocknungsergebnis - insbesondere eine homogene Verteilung restlicher OH-Gruppen - und eine gleichmäßige Verteilung der Substituenten im Sootkörper zu erzielen, wird daher beim Trocknen grundsätzlich eine radial und axial möglichst homogene Temperatur- und Sootdichteverteilung innerhalb des Sootrohres angestrebt. Dieses Ziel ist in der Praxis jedoch nicht zu erreichen. Denn der SiO2-Soot wirkt wärmeisolierend und verlangsamt den Aufheizprozess, so dass sich zwar einerseits nach ausreichend langer Aufheizdauer theoretisch eine radial gleichmäßige Temperaturverteilung einstellen könnte, jedoch andererseits infolge der dafür benötigten langen Aufheizdauer bei den zur Trocknung erforderlichen hohen Tem- peraturen von mehr als 800 °C eine Verdichtung des Sootrohres im Bereich der maximalen Heizeinwirkung stattfindet.
Diese Schwierigkeit wird beim erfindungsgemäßen Verfahren vermi ndert, indem das SiO2-Sootrohr beim Aufheizen im Dehydratationsprozess im Kern bereits eine vergleichsweise hohe Temperatur hat. Dadurch ist die notwendige Aufheizdauer nicht nur beträchtlich kürzer und die Trocknung effektiver und schneller, sondern es ist auch eine homogenere Temperatur- und Sootdichteverteilung und damit ein gleichmäßigeres Trocknungsergebnis erreichbar, was sich insbesondere in einer radial und axial vergleichsweise homogeneren Verteilung restlicher OH-Gruppen und Substituenten (wie etwa Chlor-Ionen) im Sootkörper zeigt. Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, wenn zum Abscheiden der Sootschicht gemäß Verfahrensschritt (a) ein chlorfreies Silizium-Ausgangsmaterial durch Flammenhydrolyse oder Pyrolyse zu den SiO2-Partikeln umgesetzt wird.
Eine bewährte Ausgangssubstanz für die Herstellung von synthetischem Quarz- glas ist Siliciumtetrachlorid (SiCI4). Diese Substanz ist durch Flammenhydrolyse in Gegenwart von Wasserstoff und Sauerstoff beziehungsweise durch Pyrolyse i n Gegenwart von Sauerstoff zu SiO2 umsetzbar. Damit geht jedoch der Nachteil einher, dass sich bei der Umsetzung Chlor oder Chlorverbindungen bilden, die wegen ihrer Korrosivität den Einsatz von ungeschützten metallischen Bauteilen erschweren. Um diesen Nachteil zu vermeiden, wird daher der Einsatz einer anderen siliziumorganischen Verbindungen vorgeschlagen, aus der durch Hydrolyse oder durch Oxidation SiO2 gebildet werden kann. Als Beispiel seien genannt: Monosilan (SiH4), Alkoxysilane (R4-n Si(OH)n, wobei R eine Alkoxy-Gruppe mit einem bis vier C-Atomen repräsentiert) und Stickstoff-Siliziumverbindungen in Form von Silazanen. Besonders interessante Ausgangssubstanzen bilden die so genannten Polyalkylsiloxane.
Hinsichtlich des Verfahrens wird die oben genannte Aufgabe ausgehend von einem Verfahren der eingangs genannten Gattung erfindungsgemäß andererseits auch dadurch gelöst, dass ein Träger bereitgestellt wird, der einen lang gestreck- ten metallischen Grundkörper aus einer Nickelbasislegierung aufweist, der beim Abkühlen gemäß Verfahrensschritt schneller abgekühlt wird als ein an den Träger angrenzender Innenbereich der Sootschicht, und dass das SiO2-Sootrohr beim Entfernen des Trägers noch eine Kerntemperatur von mindestens 400 °C aufweist. Beim erfindungsgemäßen Verfahren wird ein metallischer Träger eingesetzt. Di eser zeichnet sich durch eine hohe Bruchfestigkeit und eine hohe Temperatu rwechselbeständigkeit aus- wie weiter oben bereits erläutert - und insbesondere auch durch einen hohen thermischen Ausdehnungskoeffizienten im Vergleich zu SiO2. Dadurch wird das Ziehen des Trägers bei noch hoher Temperatur des SiO2- Sootrohres ermöglicht oder erleichtert. Ohne besondere Maßnahme erfolgt das Abkühlen des Verbundes aus Träger und SiO2-Sootschicht von außen nach innen. Die Sootschicht wirkt dabei als thermischer Isolator, so dass der Träger in der Regel langsamer abkühlt als die Sootschicht. Beim erfindungsgemäßen Verfahren schrumpft der metallische Träger aufgrund seines höheren thermischen Ausdehnungskoeffizienten beim Abkühlen stärker als die SiO2-Sootschicht und kann so relativ früh - also bei noch erhöhter Temperatur - gezogen werden. Dieser Effekt wird verstärkt, wenn der Träger nicht nur schnell abkühlt, sondern im Mittel sogar schneller als die an seinen Außenmantel angrenzende SiO2-Sootschicht. Als Kerntemperatur des Sootrohres wird hier die Temperatur in der Mitte der Sootrohr-Wandung - gemessen im Bereich der Hälfte des Sootrohres - verstanden. Eine hohe Restwärme des Sootrohres beim Ziehen des Trägers ist in mehrfacher Hinsicht vorteilhaft.
• Zum einen wird die Prozessdauer beim Abkühlen verkürzt, was mit einer Stei- gerung der Produktivität einhergeht.
• Zum anderen kann das Sootrohr im noch hei ßen Zustand einer Hei ßbehandlung unterzogen werden, die ansonsten ein vollständiges Aufheizen von Raumtemperatur auf die Behandlungstemperatur erfordern würde. Dieser Aufheizprozess wird somit verkürzt, was sich ebenfalls produktivitätserhöhend auswirkt.
• Außerdem vermindert die genutzte Restwärme den Energiebedarf zum Aufheizen auf die Behandlungstemperatur. Dabei ist zu beachten, dass das vollständige homogene Beheizen eines SiO2-Sootrohres wegen der wärmeisolierenden Eigenschaften von SiO2 besonders langwierig und energieintensiv ist. Der Träger-Grundkörper kann als Hohlzylinder, als Vollzylinder oder konisch ausgeführt sein und er besteht vollständig oder mindestens teilweise aus einer Nickelbasislegierung. Derartige Legierungen zeichnen sich durch Hochtemperaturbeständigkeit, Korrosionsbeständigkeit und Verschlei ßfestigkeit aus und enthalten neben dem Hauptbestandteil Nickel (mindestens 50 Gew.-%) häufig nennenswer- te Anteile an Chrom, Molybdän, Eisen, Bor und Kobalt. Weitere Zusatzkomponen- ten wie C, Mn, Si, V, W, Cu, B, P und N haben in der Regel einen Anteil von zusammen weniger als etwa 25 Gew.-%, vorzugsweise weniger als 18 Gew.-%. Nickelbasislegierungen können zudem unter oxidierenden Bedingungen bei hoher Temperatur eine dichte oxidische Oberflächenschicht ausbilden, die einer weite- ren Korrosion entgegenwirkt.
Der aus einer derartigen Nickelbasislegierung hergestellte Träger ist thermisch, mechanisch und chemisch stabil und auch bei geringen Wandstärken zur Halterung eines schweren, großvolumigen Sootkörpers geeignet.
Die oben erläuterten Vorteile machen sich umso stärker bemerkbar, je höher die Kerntemperatur des Sootrohres beim Entfernen des Trägers noch ist. Bei Temperaturen unterhalb von 400 °C ergibt sich noch ein - allerdings nur noch geringer - Effekt. Vorzugsweise beträgt die Kerntemperatur des Sootkörpers nach dem Entfernen des Trägers noch mindestens 600 °C.
Nach Abschluss des Abscheideprozesses kühlen der Träger und die Sootschicht ab, so dass der Träger entfernt werden kann. Das so erhaltene Sootrohr wird zu einem Quarzglaszylinder in Form eines Rohres oder Stabes verglast.
Optional erfolgt vor dem Verglasen des SiO2-Sootrohres eine Dehydratationsbe- handlung unter Vakuum oder in einer halogenhaltigen, insbesondere in einer fl u- or- oder chlorhaltigen Atmosphäre. In dem Zusammenhang hat es sich besonders bewährt, wenn das SiO2-Sootrohr vor dem Verglasen gemäß Verfahrensschritt (e) getrocknet und zu diesem Zweck in einen Trocknungsofen eingebracht wird, und dabei noch eine Kerntemperatur von mindestens 500 °C aufweist.
Bei üblichen Dehydratationsbehandlungen wird das Sootrohr auf Temperaturen zwischen 850 ° und 1200 °C aufgeheizt. Durch seine Restwärme beim Einbringen in den Trocknungsofen wird die Trocknungsdauer verkürzt und Heizenergie ei ngespart. Auch hier wird als Kerntemperatur die Temperatur in der Mitte der Soot- rohr-Wandung - gemessen im Bereich der Hälfte des Sootrohres - verstanden. Die Dehydratationsbehandlung unter Einsatz trocknend wirkender chemischer Komponenten, wie Halogenen, ist ein diffusions- und reaktionsgesteuerter Pro- zess, bei dem die Halogene entweder OH-Gruppen substituieren oder mit diesen unter Bildung flüchtiger Reaktionsprodukte reagieren. Dabei stellt sich allgemein das Problem, dass der Umfang und die Geschwindigkeit der Substitutions- oder Umwandlungsreaktionen von der Sootdichte und von der Temperatur abhängen, also in einem inhomogenen Sootdichte- und Temperaturfeld ungleichmäßig ablaufen. Um ein homogenes Trocknungsergebnis - insbesondere eine homogene Verteilung restlicher OH-Gruppen - und eine gleichmä- ßige Verteilung der Substituenten im Sootkörper zu erzielen, wird daher beim Trocknen grundsätzlich eine radial und axial möglichst homogene Temperatur- und Sootdichteverteilung innerhalb des Sootrohres angestrebt.
Dieses Ziel ist in der Praxis jedoch nicht zu erreichen. Denn der SiO2-Soot wirkt wärmeisolierend und verlangsamt den Aufheizprozess, so dass sich zwar einer- seits nach ausreichend langer Aufheizdauer theoretisch eine radial gleichmäßige Temperaturverteilung einstellen könnte, jedoch andererseits infolge der dafür benötigten langen Aufheizdauer bei den zur Trocknung erforderlichen hohen Temperaturen von mehr als 800 °C eine Verdichtung des Sootrohres im Bereich der maximalen Heizeinwirkung stattfindet. Diese Schwierigkeit wird beim erfindungsgemäßen Verfahren vermi ndert, indem das Sootrohr beim Aufheizen im Dehydratationsprozess im Kern bereits eine vergleichsweise hohe Temperatur hat. Dadurch ist die notwendige Aufheizdauer nicht nur beträchtlich kürzer und die Trocknung effektiver und schneller, sondern es ist auch eine homogenere Temperatur- und Sootdichteverteilung und damit ein gleichmäßigeres Trocknungsergebnis erreichbar, was sich insbesondere in einer radial und axial vergleichsweise homogeneren Verteilung restlicher OH-Gruppen und Substituenten (wie etwa Chlor-Ionen) im Sootkörper zeigt.
Es wird eine Verfahrensvariante bevorzugt, bei der der Träger beim Abkühlen gemäß Verfahrensschritt (c) zwangsgekühlt wird. Die hohe Temperaturwechselbeständigkeit des metallischen Grundkörpers ermöglicht ein schnelleres Abkühlen im Vergleich zu keramischen Trägermaterialien. Das schnellere Abkühlen ermöglicht ein früheres Entfernen des Trägers - auch als„Ziehen des Trägers" bezeichnet - und ermöglicht so eine höhere Pro- duktivität des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Diese Wirkung wird verstärkt, wenn ein rohrförmiger Träger mit einer Innenbohrung eingesetzt wird, durch die beim Abkühlen ein Kühlmittel geleitet wird.
Die Zwangskühlung des rohrförmigen Trägers ermöglicht ein rasches Abkühlen des Trägers auch von hoher Temperatur. Dabei würden keramische Trägermate- rialien wegen ihrer geringeren Temperaturwechselbeständigkeit zerbrechen. Als Kühlmittel kommen in erster Linie Luft oder Inertgase in Betracht.
Zu Beginn des Abscheideprozess kann der Träger eine Temperatur von mehr als 1000 °C erreichen, die mit zunehmender Dicke der Sootschicht auf einige hundert Grad Celsius abnimmt. Nach Abschluss des Sootabscheidung wird der Träger abgekühlt. Je höher die Abkühlrate ist, umso ausgeprägter ist die Auswirkung in Bezug auf eine höhere Produktivität. In dem Zusammenhang hat es sich bewährt, wenn das Abkühlen des Trägers nach Abschluss des Sootabscheideprozesses mit einer anfänglichen Abkühlrate von mindestens 20 °C/min erfolgt.
Unter„anfänglicher Abkühlrate" wird hierbei die mittlere Abkühlrate im oberen Drittel des Temperaturintervalls zwischen Raumtemperatur und der Temperatur der Oberflächentemperatur des Trägers bei Abschluss des Abscheideprozesses verstanden.
Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, wenn zum Abscheiden der Sootschicht gemäß Verfahrensschritt (a) ein chlorfreies Silizium-Ausgangsmaterial eingesetzt wird, wie etwa eine siliziumorganische Verbindung, aus der der durch Hydrolyse oder durch Oxidation SiO2 gebildet werden kann.
Der Grundkörper ist vorzugsweise mit einer Oberflächenschicht aus einem keramischen Werkstoff versehen ist, die eine mittlere Dicke von weniger als 150 μιη aufweist. Die keramische Oberflächenschicht dient in erster Linie als Diffusionsbarriere gegen das Eindringen von Bestandteilen aus der Nickelbasislegierung des Grundkörpers in die SiO2-Sootschicht. Sie entfaltet außerdem eine Schutzwirkung in Bezug auf Abrasion und Korrosion des metallischen Trägermaterials durch die Ofenatmosphäre. Diese Funktionen erfüllt bereits eine dünne Oberflächenschicht aus Oxiden, Nitriden, Carbiden oder Boriden, sofern sie dicht ist und die Oberfläche des metallischen Grundkörpers vollständig bedeckt. Eine besonders dünne keramische Oberflächenschicht ist flexibel, so dass sie auch bei relativ großem Unterschied ihres thermischen Ausdehnungskoeffizienten im Vergleich zum me- tallischen Trägermaterial nicht abplatzt. Um dies zu gewährleisten liegt die Dicke der keramischen Oberflächenschicht bei maximal 150 μιη.
Der erfindungsgemäß eingesetzte Aufbauträger besteht somit aus einem Metall- Keramik-Verbund. Dieser hat die Vorteile des bekannten Edelstahl -Aufbauträgers in Bezug auf Bruchfestigkeit, Temperaturwechselbeständigkeit und leichte Zieh- barkeit, er vermeidet aber dessen wesentlichen Nachteil. Denn die keramische Oberflächenschicht ist einfach und schnell auf dem Träger aufzubringen.
Vorzugsweise enthält die Oberflächenschicht AI2O3, SiC oder SiSiC.
Oberflächenschichten, die vollständig oder überwiegend aus diesen Komponenten bestehen, sind dicht und vermindern die Eindiffusion von Verunreinigungen aus dem metallischen Trägermaterial in die Sootschicht. Außerdem zeigen sie eine hohe mechanische und thermische Beständigkeit, wirken einer Schmelzverbindung mit der Sootschicht entgegen und tragen so zu einer einfacheren Entnahme des Trägers bei. SiSiC ist eine besonders bevorzugte SiC-Modifikation in Form von reaktionsgebundenem siliciuminfiltriertem Siliciumcarbid mit einer SiC- Bindungsmatrix, in der restliche Poren mit metallischem Silicium gefüllt sind.
Um eine möglichst hohe Flexibilität der Oberflächenschicht zu erreichen und um die Gefahr des Abplatzens zu verringern, weist die Oberflächenschicht vorzugsweise eine Dicke im Bereich zwischen 1 μιη und 10 μιη auf. Eine relativ dünne Oberflächenschicht von mindestens 1 μιη genügt den Anforderungen an Schutz vor Kontamination und Abrasion und sie zeichnet sich durch eine gute Temperaturwechselbeständigkeit und ein hohes Haftvermögen am metallischen Grundkörper aus. Schichtdicken von mehr als 150 μιη sind in Bezug auf den Schutz vor Kontamination und Abrasion besonders wirksam, neigen jedoch zu Abplatzungen. Bei Schichtdicken von 10 μιη und weniger ist diese Gefahr besonders gering.
Hinsichtlich des Trägers wird die oben angegebene Aufgabe ausgehend von einem Träger der eingangs genannten Gattung erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass er einen lang gestreckten Grundkörper aus einer Nickelbasislegierung aufweist, der mit einer Oberflächenschicht aus einem keramischen Werkstoff versehen ist, die eine mittlere Dicke von weniger als 150 μιη aufweist.
Der erfindungsgemäße Träger umfasst einen Grundkörper aus einer hochtempe- raturfesten Nickelbasislegierung, wie sie beispielsweise unter den Handelsnamen „Hasteloy" oder„Inconel" bekannt sind. Derartige Legierungen zeichnen sich durch Hochtemperaturbeständigkeit, Korrosionsbeständigkeit und Verschleißfestigkeit aus und enthalten neben dem Hauptbestandteil Nickel (mindestens 50 Gew.-%) in der Regel nennenswerte Anteile an Chrom, häufig auch Molybdän, Eisen, Bor und Kobalt. Weitere Zusatzkomponenten wie C, Mn, Si, V, W, Cu, B, P und N haben in der Regel einen Anteil von zusammen weniger als etwa
25 Gew.-%, vorzugsweise weniger als 18 Gew.-%. Nickelbasislegierungen können zudem unter oxidierenden Bedingungen bei hoher Temperatur eine dichte oxidische Oberflächenschicht ausbilden, die einer weiteren Korrosion entgegenwirkt. Der aus einer derartigen Nickelbasislegierung hergestellte Träger ist thermisch, mechanisch und chemisch stabil und auch bei geringen Wandstärken zur Halterung eines schweren, großvolumigen Sootkörpers geeignet.
Der metallische Grundkörper ist vollständig oder mindestens in einem besonders spezifizierten Oberflächenbereich, der mit der abzuscheidenden Sootschicht in Kontakt kommt, mit einem keramischen Werkstoff versehen. Die keramische Oberflächenschicht dient in erster Linie als Diffusionsbarriere. Sie entfaltet außerdem eine Schutzwirkung in Bezug auf Abrasion und Korrosion des metallischen Trägermaterials. Diese Funktionen erfüllt bereits eine dünne Oberflächenschicht aus Oxiden, Nitriden, Carbiden oder Boriden, sofern sie dicht ist und die Oberfläche des metallischen Grundkörpers vollständig bedeckt. Eine besonders dünne keramische Oberflächenschicht ist flexibel, so dass sie auch bei relativ großem Unterschied ihres thermischen Ausdehnungskoeffizienten im Vergleich zum metallischen Trägermaterial nicht abplatzt. Um dies zu gewährleisten liegt die Dicke der keramischen Oberflächenschicht bei maximal 150 μιη. Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Trägers ergeben sich aus den Unteransprüchen. Soweit in den Unteransprüchen angegebene Ausgestaltungen des Trägers den in Unteransprüchen zum erfindungsgemäßen Verfahren genannten Verfahrensweisen nachgebildet sind, wi rd zur ergänzenden Erläuterung auf die obigen Ausführungen zu den entsprechenden Verfahrensansprüchen verwiesen.
Ausführunqsbeispiel
Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels und einer Zeichnung näher erläutert. Es zeigt in schemati scher Darstellung
Figur 1 eine Vorrichtung zur Herstellung eines SiO2-Sootkörpers im Rahmen der
Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, und
Figur 2 einen Träger gemäß der Erfindung in einer radialen Schnittdarstellung.
Die in Figur 1 dargestellte Vorrichtung dient zur Herstellung eines SiO2- Sootkörpers 3. Die Vorrichtung umfasst ein Trägerrohr 1 , das um seine Längsachse 2 rotierbar ist und das einen rohrförmigen Grundkörper 4 aufweist, dessen Außenmantel vollständig von einer Schutzschicht 5 umgeben ist.
Der rohrförmige Grundkörper 4 hat eine Außendurchmesser von 43 mm und einen Innendurchmesser von 26 mm. Er besteht aus einer Nickelbasislegierung, die u nter der Bezeichnung„Inconel 600" im Handel erhältlich ist, und die folgende no- minaler Zusammensetzung aufweist: Nickel 72.0, Chrom 15.5, Eisen 8.0, Mangan 1 .0, Kohlenstoff 0.15, Kupfer 0.5, Silizium 0.5, Schwefel 0.015.
Die Schutzschicht 5 besteht aus einer 5 μιη dicken, mittels Plasmasprühen auf dem Grundkörper 4 aufgebrachten Lage aus AI2O3. Die Enden des Trägerrohres 1 sind in wassergekühlten metallischen Spannbacken 6 einer Glasdrehmaschine formschlüssig fixiert, deren Mechanik zusätzlich mittels eines Hitzeschildes 7 vor Überhitzung geschützt ist.
Zur Herstellung eines Quarzglaskörpers werden auf der Zylindermantelfläche des um seine Längsachse 2 rotierenden Trägerrohres 1 mittels des OVD- Abscheideverfahrens sukzessive aufeinander folgende SiO2-Sootschichten abgeschieden. Zur Erzeugung der Sootschichten sind Abscheidebrenner 8 aus Quarzglas vorgesehen, die mit einem Abstand von jeweils 150 mm auf einem gemei nsamen Schlitten 9 montiert sind, der entlang des Trägerrohres 1 zwischen den Enden des sich bildenden Sootkörpers 3 reversierend bewegbar ist, wie dies der Richtungspfeil 10 andeutet, und der senkrecht dazu verschiebbar ist.
Aus der Schnittdarstellung des Trägerrohres 1 gemäß Figur 2 ist erkennbar, dass die Schutzschicht 5 den Grundkörper 4 vollständig umschließt. Die keramische Schutzschicht 5 verhindert einen Eintrag von Verunreinigungen aus dem Grundkörper 4 in den Sootkörper 3, und sie schirmt diesen gleichzeitig gegenüber der umgebenden Atmosphäre und gegenüber korrosivem und abrasivem Angriff ab.
Die Darstellungen in den Figuren 1 und 2 sind nicht maßstabsgetreu; insbesondere ist die Dicke der keramischen Schutzschicht 5 im Sinne einer deutlicheren Darstellung übertrieben dick eingezeichnet.
Nachfolgend wird das erfindungsgemäße Verfahren anhand der in Figur 1 gezeig- ten Anordnung beispielhaft beschrieben:
Zur Herstellung des Si02-Sootkörpers 3 nach dem erfindungsgemäßen Verfahren werden den Abscheidebrennern 4 jeweils als Brennergase Sauerstoff und Wasserstoff zugeführt sowie als Einsatzmaterial für die Bildung der SiQ2-Partikel ein Gasstrom, der ein chlorfreies Polyalkylsiloxan enthält. Diese Komponenten werden in der jeweiligen Brennerflamme zu SiO2-Partikeln umgesetzt und diese auf dem Trägerrohr 1 unter Bildung des porösen SiO2-Sootkörpers 3 schichtweise abgeschieden. Der Schlitten 9 mit den Abscheidebrennern 8 wird dabei mit einer Translationsgeschwindigkeit von 800 mm/min entlang des sich bildenden Soot- körpers 3 zwischen dessen Enden hin- und herbewegt.
Der Sootkörper-Abscheideprozess wird beendet, sobald der Sootkörper 3 einen Außendurchmesser von etwa 350 mm aufweist. Das Trägerrohr 1 hat zu diesem Zeitpunkt eine Temperatur von etwa 700 °C. In die Innenbohrung 1 1 des Träge r- rohres 1 wird anschließend Stickstoff mit einer Durchflussrate eingeleitet, die ein Abkühlen auf 300 °C mit einer mittleren Abkühlrate von etwa 20 °C/min ermöglicht, so dass das Trägerrohr nach etwa 20 min die Soll-Temperatur von 300 °C erreicht hat. In dieser Zeit ist der Sootkörper 3 kaum abgekühlt, so dass sich - auch aufgrund des höheren thermischen Ausdehnungskoeffizienten der Nickelba- sislegierung des Grundkörpers 4 eine vergleichsweise stärker Schrumpfung des Trägerrohres 1 ergibt, das sich daher leicht und ohne Beschädigung der Innenwandung der Bohrung des Sootkörpers 3 ziehen lässt. Es zeigt sich, dass die Innenoberfläche des so erhaltenen Rohres aus porösem SiO2-Soot (Sootrohr 3) eben und sauber ist, so dass eine mechanische Nachbearbeitung nicht erforde r- lieh ist. Auch die Oberfläche des Trägerrohres 1 weist keine visuell erkennbare Korrosion auf. Eine Überprüfung der Reinheit der Kontaktfläche zwischen SiO2- Sootrohr 3 und Trägerrohr 1 ergab keine nennenswerten Verunreinigungsgehalte.
Das schnelle Abkühlen des Trägerrohres 1 ermöglicht das Ziehen des Trägers bei noch hoher Temperatur des Sootrohres 3, was mit einer Steigerung der Produkti- vität einhergeht.
Außerdem wird die Restwärme des Sootrohres 3 für den nachfolgenden Verfahrensschritt genutzt. Hierzu wird das noch etwa 600 °C hei ße Sootrohr 3 anschließend in einen Dehydratationsofen eingebracht und darin auf eine Temperatur um 900 °C aufgeheizt und bei dieser Temperatur in einer chlorhaltigen Atmosphäre während einer Dauer von 8 h behandelt. Die Restwärme des Sootrohres 3 vermeidet ein ansonsten notwendiges vollständiges Aufheizen von Raumtemperatur auf die Behandlungstemperatur von 900 °C, was wegen der wärmeisolierenden Eigenschaft des opaken SiO2-Soots lange Zeit und einen hohen Energiebedarf erfordern würde. Das getrocknete Sootrohr 3 wird anschließend in einen Vakuum-Verglasungsofen mit vertikal orientierter Längsachse eingebracht und mit seinem unteren Ende beginnend mit einer Zufuhrgeschwindigkeit von 10 mm/min kontinuierlich von oben einem ringförmigen Heizelement zugeführt und zonenweise erhitzt. Die Temperatur des Heizelements wird auf 1400°C voreingestellt. Beim Sintern wan- dert eine Schmelzfront innerhalb des Sootrohres 3 von außen nach innen und gleichzeitig von oben nach unten. Der Innendruck innerhalb des Verglasungs- ofens wird beim Sintern durch fortlaufendes Evakuieren bei 0,1 mbar gehalten.
Auf diese Weise wird ein großvolumiges Quarzglasrohr (Außendurchmesser: 150 mm) mit kleinem Innendurchmesser von 43 mm erhalten, das sich durch hohe Reinheit auszeichnet, die einen Einsatz im kernnahen Bereich einer Vorform für optische Fasern - zum Beispiel als Substratrohr für die Innenabscheidung mittels MCVD-Verfahren - ermöglicht. Das Quarzglasrohr ist beispielsweise auch zum Überfangen eines Kernstabs beim Faserziehen oder zur Herstellung einer Vorform geeignet.

Claims

Patentansprüche
Verfahren zur Herstellung eines Quarzglaszylinders, umfassend folgende Verfahrensschritte:
(a) Bereitstellen eines eine Längsachse und eine Mantelfläche aufweisenden Trägers,
(b) Abscheiden einer Sootschicht aus SiO2-Partikeln auf der Mantelfläche des um die Längsachse rotierenden Trägers (1 ),
(c) Abkühlen von Sootschicht und Träger (1 ),
(d) Entfernen des Trägers (1 ) unter Bildung eines SiO2-Sootrohres (3), und
(e) Verglasen des SiO2-Sootrohres (3) zu dem Quarzglaszylinder, dadurch gekennzeichnet, dass ein Träger (1 ) bereitgestellt wird, der einen langgestreckten Grundkörper (4) aus einer Nickelbasislegierung aufweist, der mit einer Oberflächenschicht (5) aus einem keramischen Werkstoff versehen ist, die eine mittlere Dicke von weniger als 150 μιη aufweist.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächenschicht (5) AI2O3, SiC oder SiSiC enthält.
3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche7, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächenschicht (5) durch Plasmaspritzen erzeugt wird.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächenschicht (5) eine Dicke im Bereich zwischen 1 μιη und 10 μιη aufweist.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Träger (1 ) beim Abkühlen gemäß Verfahrensschritt (c) zwangsgekühlt wird.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dass ein rohrförmiger Träger (1 ) mit einer Innenbohrung (1 1 ) eingesetzt wird, durch die beim Abkühlen ein Kühlmittel geleitet wird.
7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Abkühlen des Trägers (1 ) nach Abschluss des Sootabscheideprozesses mit einer anfänglichen Abkühlrate von mindestens 20 °C/min erfolgt.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 7 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Träger (1 ) beim Abkühlen gemäß Verfahrensschritt (c) schneller abgekühlt wird als ein an den Träger (1 ) angrenzender Innenbereich der Sootschicht.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das SiO2-Sootrohr (3) beim Entfernen des Trägers (1 ) noch eine Kerntemperatur von mindestens 400 °C, vorzugsweise von mindestens 600 °C aufweist.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das SiO2- Sootrohr (3) vor dem Verglasen gemäß Verfahrensschritt (e) getrocknet und zu diesem Zweck in einen Trocknungsofen eingebracht wird, und dabei noch eine Kerntemperatur von mindestens 300 °C, vorzugsweise von mindestens 500 °C aufweist.
1 1 . Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zum Abscheiden der Sootschicht gemäß Verfahrensschritt (a) ein chlorfreies Silizium-Ausgangsmaterial durch Flammenhydrolyse oder Pyrolyse zu den SiO2-Partikeln umgesetzt wird.
12. Verfahren zur Herstellung eines Quarzglaszylinders, umfassend folgende Verfahrensschritte:
(a) Bereitstellen eines eine Längsachse und eine Mantelfläche aufweisenden Trägers, (b) Abscheiden einer Sootschicht aus SiO2-Partikeln auf der Mantelfläche des um die Längsachse rotierenden Trägers (1 ),
(c) Abkühlen von Sootschicht und Träger (1 ),
(d) Entfernen des Trägers (1 ) unter Bildung eines SiO2-Sootrohres (3), und (e) Verglasen des SiO2-Sootrohres (3) zu dem Quarzglaszylinder, dadurch gekennzeichnet, dass ein Träger (1 ) bereitgestellt wird, der einen lang gestreckten metallischen Grundkörper (4) aus einer Nickelbasislegierung aufweist, der beim Abkühlen gemäß Verfahrensschritt (c) schneller abgekühlt wird als ein an den Träger (1 ) an grenzender Innenbereich der Sootschicht, und dass das SiO2-Sootrohr (3) beim Entfernen des Trägers (1 ) noch eine Kerntemperatur von mindestens 400 °C aufweist.
13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das SiO2- Sootrohr (3) vor dem Verglasen gemäß Verfahrensschritt (e) getrocknet und zu diesem Zweck in einen Trocknungsofen eingebracht wird, und dabei noch eine Kerntemperatur von mindestens 300 °C, vorzugsweise von mindestens 500 °C aufweist.
14. .Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Träger (1 ) beim Abkühlen gemäß Verfahrensschritt (c) zwangsgekühlt wird.
15. Verfahren nach Anspruch 14, dass ein rohrformiger Träger (1 ) mit einer I n- nenbohrung (1 1 ) eingesetzt wird, durch die beim Abkühlen ein Kühlmittel geleitet wird.
16. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Abkühlen des Trägers (1 ) nach Abschluss des Sootabscheidepro- zesses mit einer anfänglichen Abkühlrate von mindestens 20 °C/min erfolgt.
17. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 2 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper (4) mit einer Oberflächenschicht (5) aus einem keramischen Werkstoff versehen ist, die eine mittlere Dicke von weniger als 150 μιη aufweist.
18. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass ein Träger gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 2 bis 4 eingesetzt wird.
19. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass das SiO2-Sootrohr (3) beim Entfernen des Trägers (1 ) noch eine Kern- temperatur von mindestens 600 °C aufweist.
20. Träger zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass er einen lang gestreckten Grundkörper (4) aus einer Nickelbasislegierung aufweist, der mit einer Oberflächenschicht (5) aus einem keramischen Werkstoff versehen ist die eine mittlere Dicke von weniger als 150 μιη aufweist.
21 . Träger nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächenschicht (5) AI2O3, SiC oder SiSiC enthält.
22. Träger nach Anspruch 20 oder 21 , dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächenschicht (5) eine Dicke im Bereich zwischen 1 μιη und 10 μιη auf- weist.
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