[发明专利]制备合成石英玻璃的工艺

说明书

本发明描述一种用于制备合成石英玻璃的工艺，其中所述方法中使用的合成火焰在无目标状态下的垂直发光强度的半峰全宽(FWHM_vert)与水平发光强度的半峰全宽(FWHM_hori)的比率大于10，所述发光强度以坎德拉/平方毫米为单位进行测量。

技术领域

本发明涉及一种用于生产合成石英玻璃的工艺和一种用于进行根据本发明的工艺的对应设备。

背景技术

为了生产合成石英玻璃，在CVD工艺中通过水解或氧化从含硅起始物质中生成SiO₂粒子，并且将其沉积于移动载体上。外部沉积工艺与内部沉积工艺之间可能存在差异。在外部沉积工艺中，SiO₂粒子沉积于旋转载体的外部。此类外部沉积工艺的实例是所谓的OVD工艺(外部气相沉积)、VAD工艺(气相轴向沉积)或PECVD工艺(等离子体增强化学气相沉积)。内部沉积工艺最著名的实例是MCVD工艺(改性化学气相沉积)，其中SiO₂粒子沉积在从外部加热的管的内壁上。

在载体表面区域内足够高的温度下，SiO₂粒子直接玻璃化，这也称为“直接玻璃化(direct vitrification)”。相比之下，在所谓的“烟灰工艺(soot process)”中，SiO₂粒子沉积期间的温度非常低，以致获得多孔SiO₂烟灰层，然后在单独的工艺步骤中将所述烟灰层烧结成透明的石英玻璃。直接玻璃化和烟灰工艺都产生致密、透明、高纯度的合成熔融二氧化硅。

在用于生产合成熔融二氧化硅的现有技术工艺中，通常使用一种方法来确保SiO₂粒子的足够沉积效率，其中沉积效率被理解为假设硅从所用的含硅起始化合物完全转化，所产生的烟灰体的重量与可以生产的SiO₂的数学上最大总量的商。

为了提供在玻璃化之后具有较低OH值(有利于纤维应用)的含碳烟灰体，DE 102011 121 153 A提出在SiO₂粒子沉积期间将聚硅氧烷化合物以与氧气相比超化学计量的方式馈送到火焰中，即在沉积期间使用所谓的富火焰(rich flame)。

在DE 101 02 611 A中公开了用于生产合成石英玻璃的另一工艺，其中描述了如果SiO₂粒子在它们冲击沉积表面时在燃烧器火焰的开度角为3°至15°和沉积燃烧器与沉积表面之间的距离为160mm到240mm之间沉积，那么可以避免沉积的石英玻璃中的不均匀性。此公开案并未公开关于沉积效率可如何提高的任何其它信息。

总体而言，现有技术工艺在含硅起始材料的沉积效率方面仍需要提高，并且因此需要一种用于生产合成石英玻璃的工艺，借此可提高含硅起始材料的沉积效率。提高的沉积效率伴随着合成熔融二氧化硅的低制造成本。

在本发明的上下文中，沉积效率被理解为沉积在目标管上的SiO₂的重量与数学上产生的SiO₂的总量(假设所有硅从使用的前体量完全转化)的商。

发明内容

根据本发明，此任务现通过一种生产合成石英玻璃的工艺来解决，所述工艺最初的特征在于以下工艺步骤：

(1)蒸发含有至少一种有机硅起始化合物的原料以形成原料蒸气；

(2)将来自工艺步骤(1)的原料蒸气馈送到反应区，其中所述原料蒸气在火焰中在氧气存在下燃烧并通过氧化和/或通过水解转化成SiO₂烟灰粒子；

(3)将由工艺步骤(2)产生的SiO₂烟灰粒子沉积在沉积表面上以形成烟灰体；

(4)必要时，由工艺步骤(3)产生的烟灰体以形成合成熔融二氧化硅。