用于生產摻雜石英玻璃的方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明設及一種用于生產滲雜石英玻璃的方法。此外，本發(fā)明設及根據所述方法 能夠獲得的石英玻璃及其在光學領域內的應用，例如用作光學組件。
【背景技術】
[0002] 外來原子的并入能夠使得石英玻璃的性質被影響。相應地，將氣滲雜入石英玻璃 能夠降低其折光率。氣滲雜的石英玻璃因此被用于尤其是光纖中的光導折光率結構，所述 光纖例如為彎曲不敏感光纖或所謂"超低損耗光纖"。在運一方面，若干方法對于本領域技 術人員是可利用的。相應地，包含徑向折光率分布圖并可W直接地繪制來形成所需光纖的 預制模可W被用作所述光纖的半成品。備選地，可W使用包含由氣滲雜石英玻璃制成的至 少一個層的柱狀或管狀圓柱體。其可W被延長W在裝配中與其它圓柱體組件一起W同軸排 列方式形成光纖。所述滲氣石英玻璃圓柱體也被應用在激光和半導體生產中。
[0003] 通常，滲雜材料是稀±元素，例如錠，W及過渡金屬，例如侶和鐵，W獲得最高的可 能的放大性能。然而，可W引入石英玻璃的外來離子的量是有限制的，因為石英玻璃中的滲 雜劑的存在會改變其折光率，從而可能導致不良的副作用。為了克服運些缺點，石英玻璃被 額外地滲入氣，其被認為能夠降低石英玻璃的折光率。然而，運也與某些生產相關的制約相 關聯，其限制了可W引入石英玻璃的氣的量并使得均勻分布難W達到，尤其在壁厚度高的 情況下。
[0004] 外來原子的引入，由于徑基基團（OH基團）存在于煙灰體（灰粉體，SOOtbody)中 并且需要在生產工序例如通過各種干燥步驟除去而進一步復雜化。其相應地與運些需要與 滲雜方法兼容的問題相聯系?，F有技術描述了各種解決方法。
[0005] DE10218864Cl描述了一種用于生產具有低OH含量的圓柱形石英玻璃體的方 法，其中煙灰體被施行脫水處理。
[0006] WO03/101900Al公開了一種用于生產滲和光纖預制模的方法，其中煙灰體首先 在含氯的氣氛中被處理，并且在隨后的步驟中經受含氣氣體。
[0007]EP0161680描述了一種生產用于光纖的玻璃預制模的方法，其中所述玻璃預制模 通過含有Si〇2的精細玻璃顆粒形成，并之后在化和SiF4的氣氛中燒結。
[0008]DE102005059290Al公開了通過煙灰體在基底上逐層沉積Si〇2顆粒生產由透明 石英玻璃制成的圓柱形體，形成多孔的煙灰體。所述煙灰體隨后經歷負壓燒結處理。
[0009] EP0139532Bl描述了一種通過在含氣氣體的存在下，加熱煙塵般玻璃的預制模 W生產用于光纖的由玻璃制成的預制模的方法。
[0010] 在減壓條件下玻璃化煙灰體被證明是有益的。因此，燒結工藝與同時發(fā)生的煙灰 體的脫氨相關聯，并且任意夾雜物均被排除。此外，在隨后的石英玻璃中的氣泡的形成被最 小化。然而，所述方法與一個缺點相聯系，其在于，煙灰體中的某些物理結合的滲雜劑，尤其 是氣體氣化合物，可能在玻璃化的工藝中脫附，尤其是在靠外的層中。運導致不良的濃度梯 度的生成和氣損耗。
[0011] 在含氣氣氛中玻璃化，是一種對抗氣損耗，尤其是在煙灰體的靠外的層中的氣損 耗的方法。其保證了含氣化合物例如SiF4或HF足夠高的分壓在玻璃化期間繼續(xù)在氣相中 存在，因而在玻璃化過程中，不發(fā)生氣從煙灰體中離去。然而，傳統(tǒng)方法是不利的，因為爐子 的材料需要達到嚴格的要求，在所述爐子中在含氣氣體存在下的玻璃化被施行。由于高活 性介質例如SFa或其衍生物例如HF的存在，與高的加工溫度相結合，爐子材料暴露在極端 條件下。運導致強的磨損和撕裂，其再導致高的維護和保養(yǎng)費用。不僅如此，極端的要求還 限制了批量規(guī)模，因為爐子材料的要求和壓力均隨著爐子的尺寸增加而增加。此外，爐子材 料的選擇非常有限，因為其不僅需要具有高溫和腐蝕耐受性，還需要具有高純度。典型的爐 子材料，于其中玻璃化可W在侵蝕性的氣氛下發(fā)生，包括例如由石英玻璃制成的內嵌管，但 是其與隨時間改變形狀的缺點相關聯。玻璃化的溫度越高，材料的磨損和撕裂越嚴重。
[0012] 此外，在氣體氣氛中玻璃化與向玻璃中引入氣泡的增加的風險相關聯，其對于石 英玻璃的光學性質具有負面影響。
[0013] 因此，需要一種方法，其允許在真空下玻璃化氣滲雜的煙灰體，而不同時形成滲雜 物的濃度梯度。取而代之的是實現高而均勻的氣滲雜。
[0014] 因此，本發(fā)明的目的是提供一種方法，其允許生產具有高氣含量和均勻的滲雜物 分布的氣滲雜石英玻璃，同時利用真空燒結的優(yōu)點。本發(fā)明進一步的目的在于提供一種用 于生產氣滲雜石英玻璃的方法，通過此法生產的石英玻璃具有高氣含量和低氣泡含量。

【發(fā)明內容】

[0015] 本發(fā)明通過提供一種生產具有高氣含量例如MOOOOppm的滲雜石英玻璃來實現 目標，其中氣化和后續(xù)的玻璃化發(fā)生在不同的爐子中且玻璃化工藝是真空玻璃化。
[0016] 相應地，本發(fā)明的一個目標是一種用于生產滲雜石英玻璃的方法，其包含W下的 步驟：
[0017]a)提供煙灰體，其中所述煙灰體具有相對于石英玻璃相對密度的在18至30%范 圍的平均密度；
[0018]b)在處理室中使用包含含氣化合物的氣體處理所述煙灰體，同時形成氣化中間體 產物（A)，其中所述氣化中間體產物（A)的平均密度相對于步驟a)中的煙灰體的平均密度 增加最多30% ;
[001引 C)加熱氣化中間體產物（A)至950至115(TC的溫度范圍，同時形成氣化中間體產 物度)，其中氣化中間體產物度）的平均密度為石英玻璃相對密度的最多80%，優(yōu)選最多 60 % ;W及
[0020] d)在處理室中玻璃化氣化中間體產物度)，同時形成滲雜石英玻璃，其中所述處 理室中的壓力低于所述處理室外部的壓力。
[0021] 在本發(fā)明的范圍內，煙灰體應該被理解為是一種通過在基底上沉積Si〇2顆粒獲得 的多孔的巧件，并且通過玻璃化被轉化為最終的石英玻璃。通常，Si〇2煙灰體的結構為足夠 透氣性的，其促進均衡的氣相處理或燒結。在具有高密度的層的區(qū)域，其可能僅達到一個有 限的程度，因為運些層代表了擴散屏障，其可W導致在干燥和燒結工藝中的非均衡處理結 果。該問題由于長擴散通道的存在，尤其是在具有大體積和厚壁的Si〇2煙灰體中的存在而 顯著。
[0022] 用于生產運種煙灰體的大量方法對于本領域技術人員是可獲得的。相關的示例包 括被稱為CVD的工藝，特別是OVD和VAD方法。在OVD(外部氣相沉積）方法中，Si〇2顆粒 被沉積在圍繞其縱向軸旋轉的延長的基底的圓柱套表面。在運一方面，該基底可W由例如 陶瓷、石墨或石英構成。在VAD(蒸汽軸向沉積）方法中，Si〇2顆粒在旋轉的碟形基底上沿 著煙灰體的縱向軸方向組合起來。在運兩種方法中，在形成煙灰體時，Si〇2可W通過例如在 氨氧氣體火焰中的SiCl4的火焰水解來形成，并可W煙灰體被逐層沉積在基底上。
【具體實施方式】[002引工藝步驟a)
[0024] 在根據本發(fā)明的方法的步驟a)中提供的煙灰體具有相對于石英玻璃的相對密度 的在18至30%范圍的平均密度。運是基于2.21g/cm3的石英玻璃的密度。實現的密度尤其 取決于從沉積表面至燃燒器的距離、設定的溫度、氣體的化學計量W及燃燒器的幾何結構。 相關的設定對于本領域技術人員是已知的。煙灰體的密度可通過已知方法測定。例如煙灰 體的局部密度可W借助計算機斷層攝影法通過記錄煙灰體的斷層圖象來測定。隨后，通過 將所有測定點平均化獲得平均密度。
[0025] 在根據本發(fā)明的方法的一個特別優(yōu)選的實施方式中，所述煙灰體的具體BET表面 積為 7 至 16m2/g，優(yōu)選 10 至 15m2/g，其根據DIN-ISO9277:2003-5 測定。
[0026] 步驟a)中的煙灰體可W在處理之前使用含有含氣化合物的氣體干燥，從而除去 可能出現在煙灰體內的雜質，例如，氨氧化物基團（OH基團）。干燥可W通過熱和/或化學 方法進行。在一個特別優(yōu)選的實施方式中，所述煙灰體在步驟a)中通過熱和/或化學方法 于700至Iiocrc的溫度范圍下干燥。
[0027] 在含氯化合物的存在下進行煙灰體的化學干燥同樣是優(yōu)選的。對氯氣仍2)的使