用于生产掺杂石英玻璃的方法技术

本发明专利技术涉及生产掺杂石英玻璃的方法。此外，本发明专利技术涉及根据所述方法能够获得的石英玻璃及其在光学领域中的应用，例如用作光学组件。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种用于生产掺杂石英玻璃的方法。此外，本专利技术涉及根据所述方法能够获得的石英玻璃及其在光学领域内的应用，例如用作光学组件。
技术介绍
外来原子的并入能够使得石英玻璃的性质被影响。相应地，将氟掺杂入石英玻璃能够降低其折光率。氟掺杂的石英玻璃因此被用于尤其是光纤中的光导折光率结构，所述光纤例如为弯曲不敏感光纤或所谓“超低损耗光纤”。在这一方面，若干方法对于本领域技术人员是可利用的。相应地，包含径向折光率分布图并可以直接地绘制来形成所需光纤的预制模可以被用作所述光纤的半成品。备选地，可以使用包含由氟掺杂石英玻璃制成的至少一个层的柱状或管状圆柱体。其可以被延长以在装配中与其它圆柱体组件一起以同轴排列方式形成光纤。所述掺氟石英玻璃圆柱体也被应用在激光和半导体生产中。通常，掺杂材料是稀土元素，例如钇，以及过渡金属，例如铝和钛，以获得最高的可能的放大性能。然而，可以引入石英玻璃的外来离子的量是有限制的，因为石英玻璃中的掺杂剂的存在会改变其折光率，从而可能导致不良的副作用。为了克服这些缺点，石英玻璃被额外地掺入氟，其被认为能够降低石英玻璃的折光率。然而，这也与某些生产相关的制约相关联，其限制了可以引入石英玻璃的氟的量并使得均匀分布难以达到，尤其在壁厚度高的情况下。外来原子的引入，由于羟基基团(OH基团)存在于烟灰体(灰粉体，sootbody)中并且需要在生产工序例如通过各种干燥步骤除去而进一步复杂化。其相应地与这些需要与掺杂方法兼容的问题相联系。现有技术描述了各种解决方法。DE10218864C1描述了一种用于生产具有低OH含量的圆柱形石英玻璃体的方法，其中烟灰体被施行脱水处理。WO03/101900A1公开了一种用于生产掺和光纤预制模的方法，其中烟灰体首先在含氯的气氛中被处理，并且在随后的步骤中经受含氟气体。EP0161680描述了一种生产用于光纤的玻璃预制模的方法，其中所述玻璃预制模通过含有SiO2的精细玻璃颗粒形成，并之后在He和SiF4的气氛中烧结。DE102005059290A1公开了通过烟灰体在基底上逐层沉积SiO2颗粒生产由透明石英玻璃制成的圆柱形体，形成多孔的烟灰体。所述烟灰体随后经历负压烧结处理。EP0139532B1描述了一种通过在含氟气体的存在下，加热烟尘般玻璃的预制模以生产用于光纤的由玻璃制成的预制模的方法。在减压条件下玻璃化烟灰体被证明是有益的。因此，烧结工艺与同时发生的烟灰体的脱氢相关联，并且任意夹杂物均被排除。此外，在随后的石英玻璃中的气泡的形成被最小化。然而，所述方法与一个缺点相联系，其在于，烟灰体中的某些物理结合的掺杂剂，尤其是气体氟化合物，可能在玻璃化的工艺中脱附，尤其是在靠外的层中。这导致不良的浓度梯度的生成和氟损耗。在含氟气氛中玻璃化，是一种对抗氟损耗，尤其是在烟灰体的靠外的层中的氟损耗的方法。其保证了含氟化合物例如SiF4或HF足够高的分压在玻璃化期间继续在气相中存在，因而在玻璃化过程中，不发生氟从烟灰体中离去。然而，传统方法是不利的，因为炉子的材料需要达到严格的要求，在所述炉子中在含氟气体存在下的玻璃化被施行。由于高活性介质例如SF4或其衍生物例如HF的存在，与高的加工温度相结合，炉子材料暴露在极端条件下。这导致强的磨损和撕裂，其再导致高的维护和保养费用。不仅如此，极端的要求还限制了批量规模，因为炉子材料的要求和压力均随着炉子的尺寸增加而增加。此外，炉子材料的选择非常有限，因为其不仅需要具有高温和腐蚀耐受性，还需要具有高纯度。典型的炉子材料，于其中玻璃化可以在侵蚀性的气氛下发生，包括例如由石英玻璃制成的内嵌管，但是其与随时间改变形状的缺点相关联。玻璃化的温度越高，材料的磨损和撕裂越严重。此外，在气体气氛中玻璃化与向玻璃中引入气泡的增加的风险相关联，其对于石英玻璃的光学性质具有负面影响。因此，需要一种方法，其允许在真空下玻璃化氟掺杂的烟灰体，而不同时形成掺杂物的浓度梯度。取而代之的是实现高而均匀的氟掺杂。因此，本专利技术的目的是提供一种方法，其允许生产具有高氟含量和均匀的掺杂物分布的氟掺杂石英玻璃，同时利用真空烧结的优点。本专利技术进一步的目的在于提供一种用于生产氟掺杂石英玻璃的方法，通过此法生产的石英玻璃具有高氟含量和低气泡含量。
技术实现思路
本专利技术通过提供一种生产具有高氟含量例如>10000ppm的掺杂石英玻璃来实现目标，其中氟化和后续的玻璃化发生在不同的炉子中且玻璃化工艺是真空玻璃化。相应地，本专利技术的一个目标是一种用于生产掺杂石英玻璃的方法，其包含以下的步骤：a)提供烟灰体，其中所述烟灰体具有相对于石英玻璃相对密度的在18至30％范围的平均密度；b)在处理室中使用包含含氟化合物的气体处理所述烟灰体，同时形成氟化中间体产物(A)，其中所述氟化中间体产物(A)的平均密度相对于步骤a)中的烟灰体的平均密度增加最多30％；c)加热氟化中间体产物(A)至950至1150℃的温度范围，同时形成氟化中间体产物(B)，其中氟化中间体产物(B)的平均密度为石英玻璃相对密度的最多80％，优选最多60％；以及d)在处理室中玻璃化氟化中间体产物(B)，同时形成掺杂石英玻璃，其中所述处理室中的压力低于所述处理室外部的压力。在本专利技术的范围内，烟灰体应该被理解为是一种通过在基底上沉积SiO2颗粒获得的多孔的坯件，并且通过玻璃化被转化为最终的石英玻璃。通常，SiO2烟灰体的结构为足够透气性的，其促进均衡的气相处理或烧结。在具有高密度的层的区域，其可能仅达到一个有限的程度，因为这些层代表了扩散屏障，其可以导致在干燥和烧结工艺中的非均衡处理结果。该问题由于长扩散通道的存在，尤其是在具有大体积和厚壁的SiO2烟灰体中的存在而显著。用于生产这种烟灰体的大量方法对于本领域技术人员是可获得的。相关的示例包括被称为CVD的工艺，特别是OVD和VAD方法。在OVD(外部气相沉积)方法中，SiO2颗粒被沉积在围绕其纵向轴旋转的延长的基底的圆柱套表面。在这一方面，该基底可以由例如陶瓷、石墨或石英构成。在VAD(蒸汽轴向沉积)方法中，SiO2颗粒在旋转的碟形基底上沿着烟灰体的纵向轴方向组合起来。在这两种方法中，在形成烟灰体时，SiO2可以通过例如在氢氧气体火焰中的SiCl4的火焰水解来形成，并可以烟灰体被逐层沉积在基底上。具体实施方式工艺步骤a)在根据本专利技术的方法的步骤a)中提供的烟灰体具有相对本文档来自技高网...

【技术保护点】
用于生产掺杂石英玻璃的方法，包括以下步骤：a)提供烟灰体，其中所述烟灰体具有相对于石英玻璃的相对密度的18至30％范围的平均密度；b)在处理室中使用包含含氟化合物的气体处理所述烟灰体，同时形成氟化中间体产物(A)，其中所述中间体产物(A)的平均密度相对于步骤a)中的烟灰体的平均密度增加最多30％；c)加热氟化中间体产物(A)至950至1150℃的温度范围，同时形成氟化中间体产物(B)，其中氟化中间体产物(B)的平均密度是石英玻璃的相对密度的最多80％，优选最多60％；以及d)在处理室中玻璃化所述氟化中间体产物(B)，其中所述处理室内部的压力低于所述处理室外部的压力，同时形成掺杂石英玻璃。

【技术特征摘要】
2014.07.21 EP 14177763.11.用于生产掺杂石英玻璃的方法，包括以下步骤：
a)提供烟灰体，其中所述烟灰体具有相对于石英玻璃的相对密度的18至
30％范围的平均密度；
b)在处理室中使用包含含氟化合物的气体处理所述烟灰体，同时形成氟化中
间体产物(A)，其中所述中间体产物(A)的平均密度相对于步骤a)中的烟灰
体的平均密度增加最多30％；
c)加热氟化中间体产物(A)至950至1150℃的温度范围，同时形成氟化中
间体产物(B)，其中氟化中间体产物(B)的平均密度是石英玻璃的相对密度的
最多80％，优选最多60％；以及
d)在处理室中玻璃化所述氟化中间体产物(B)，其中所述处理室内部的压
力低于所述处理室外部的压力，同时形成掺杂石英玻璃。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述含氟化合物选自由F2、SiF4、
CF4、C2F6、SF6、C3F8、NF3、ClF3、BF3和氟-氯代烃组成的组中。
3.根据权利要求1和/或2所述的方法，其特征在于，气体中含氟化合物的分
数为15至100体积％，更优选为60至100体积％，各自相对于气体的总体积。
4.根据权利要求1至3中任意一项或多项所述的方法，其特征在于，步骤b)
中对所述烟灰体的处理在700至1100℃的温度范围进行。
5.根据权利要求1至4中任意一项或多项所述的方法，其特征在于，步骤d)
中的玻璃化温度在1200至1500℃，优选1250至1350℃的范围。
6.根据权利要求1至5中任意一项或多项所述的方法，其特征在于，氟化中
间体产物(B)的平均密度是石英玻璃的相对密度的40至80％，优选50至60％。
7.根据权利要求1至6中任意一项或多项所述的方法，其特征在于，所述烟
灰体在步骤a)中在700至1100℃的温度范围下通过热和/或化学方法干燥。
8.根据权利要求1至7中任意一项或多项所述的方法，其特征在于，步骤d)
中的玻璃化发生在第二处理室，所述第二处理室与在其中施行步骤b)和c)的第一
处理室不同。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述氟化中间体产物(B)在
玻璃化之前在第二处理室经受另一干燥步骤，其中干燥在700至120...

【专利技术属性】
技术研发人员：马尔特·斯威林，马丁·特罗姆尔，斯特芬·兹瓦格，
申请(专利权)人：贺利氏石英玻璃有限两合公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE