用于生产掺杂石英玻璃的方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及一种用于生产渗杂石英玻璃的方法。此外，本发明设及根据所述方法 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。
【背景技术】
[0002] 外来原子的并入能够使得石英玻璃的性质被影响。相应地，将氣渗杂入石英玻璃 能够降低其折光率。氣渗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"。在运一方面，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W直接地绘制来形成所需光纤的 预制模可W被用作所述光纤的半成品。备选地，可W使用包含由氣渗杂石英玻璃制成的至 少一个层的柱状或管状圆柱体。其可W被延长W在装配中与其它圆柱体组件一起W同轴排 列方式形成光纤。所述渗氣石英玻璃圆柱体也被应用在激光和半导体生产中。
[0003] 通常，渗杂材料是稀±元素，例如锭，W及过渡金属，例如侣和铁，W获得最高的可 能的放大性能。然而，可W引入石英玻璃的外来离子的量是有限制的，因为石英玻璃中的渗 杂剂的存在会改变其折光率，从而可能导致不良的副作用。为了克服运些缺点，石英玻璃被 额外地渗入氣，其被认为能够降低石英玻璃的折光率。然而，运也与某些生产相关的制约相 关联，其限制了可W引入石英玻璃的氣的量并使得均匀分布难W达到，尤其在壁厚度高的 情况下。
[0004] 外来原子的引入，由于径基基团（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。其相应地与运些需要与 渗杂方法兼容的问题相联系。现有技术描述了各种解决方法。
[0005] DE10218864Cl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。
[0006] WO03/101900Al公开了一种用于生产渗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氣气体。
[0007]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Si〇2的精细玻璃颗粒形成，并之后在化和SiF4的气氛中烧结。
[0008]DE102005059290Al公开了通过烟灰体在基底上逐层沉积Si〇2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。
[0009] EP0139532Bl描述了一种通过在含氣气体的存在下，加热烟尘般玻璃的预制模 W生产用于光纤的由玻璃制成的预制模的方法。
[0010] 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 体的脱氨相关联，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渗杂剂，尤其 是气体氣化合物，可能在玻璃化的工艺中脱附，尤其是在靠外的层中。运导致不良的浓度梯 度的生成和氣损耗。
[0011] 在含氣气氛中玻璃化，是一种对抗氣损耗，尤其是在烟灰体的靠外的层中的氣损 耗的方法。其保证了含氣化合物例如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，不发生氣从烟灰体中离去。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，在所述炉子中在含氣气体存在下的玻璃化被施行。由于高活 性介质例如SFa或其衍生物例如HF的存在，与高的加工溫度相结合，炉子材料暴露在极端 条件下。运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溫和腐蚀耐受性，还需要具有高纯度。典型的炉 子材料，于其中玻璃化可W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。玻璃化的溫度越高，材料的磨损和撕裂越严重。
[0012] 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。
[0013] 因此，需要一种方法，其允许在真空下玻璃化氣渗杂的烟灰体，而不同时形成渗杂 物的浓度梯度。取而代之的是实现高而均匀的氣渗杂。
[0014] 因此，本发明的目的是提供一种方法，其允许生产具有高氣含量和均匀的渗杂物 分布的氣渗杂石英玻璃，同时利用真空烧结的优点。本发明进一步的目的在于提供一种用 于生产氣渗杂石英玻璃的方法，通过此法生产的石英玻璃具有高氣含量和低气泡含量。
【发明内容】
[0015] 本发明通过提供一种生产具有高氣含量例如MOOOOppm的渗杂石英玻璃来实现 目标，其中氣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。
[0016] 相应地，本发明的一个目标是一种用于生产渗杂石英玻璃的方法，其包含W下的 步骤：
[0017]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；
[0018]b)在处理室中使用包含含氣化合物的气体处理所述烟灰体，同时形成氣化中间体 产物（A)，其中所述氣化中间体产物（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% ;
[001引 C)加热氣化中间体产物（A)至950至115(TC的溫度范围，同时形成氣化中间体产 物度)，其中氣化中间体产物度）的平均密度为石英玻璃相对密度的最多80%，优选最多 60 % ;W及
[0020] d)在处理室中玻璃化氣化中间体产物度)，同时形成渗杂石英玻璃，其中所述处 理室中的压力低于所述处理室外部的压力。
[0021] 在本发明的范围内，烟灰体应该被理解为是一种通过在基底上沉积Si〇2颗粒获得 的多孔的巧件，并且通过玻璃化被转化为最终的石英玻璃。通常，Si〇2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，因为运些层代表了扩散屏障，其可W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Si〇2烟灰体中的存在而 显著。
[0022] 用于生产运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，Si〇2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。在运一方面，该基底可W由例如 陶瓷、石墨或石英构成。在VAD(蒸汽轴向沉积）方法中，Si〇2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。在运两种方法中，在形成烟灰体时，Si〇2可W通过例如在 氨氧气体火焰中的SiCl4的火焰水解来形成，并可W烟灰体被逐层沉积在基底上。
【具体实施方式】[002引工艺步骤a)
[0024] 在根据本发明的方法的步骤a)中提供的烟灰体具有相对于石英玻璃的相对密度 的在18至30%范围的平均密度。运是基于2.21g/cm3的石英玻璃的密度。实现的密度尤其 取决于从沉积表面至燃烧器的距离、设定的溫度、气体的化学计量W及燃烧器的几何结构。 相关的设定对于本领域技术人员是已知的。烟灰体的密度可通过已知方法测定。例如烟灰 体的局部密度可W借助计算机断层摄影法通过记录烟灰体的断层图象来测定。随后，通过 将所有测定点平均化获得平均密度。
[0025] 在根据本发明的方法的一个特别优选的实施方式中，所述烟灰体的具体BET表面 积为 7 至 16m2/g，优选 10 至 15m2/g，其根据DIN-ISO9277:2003-5 测定。
[0026] 步骤a)中的烟灰体可W在处理之前使用含有含氣化合物的气体干燥，从而除去 可能出现在烟灰体内的杂质，例如，氨氧化物基团（OH基团）。干燥可W通过热和/或化学 方法进行。在一个特别优选的实施方式中，所述烟灰体在步骤a)中通过热和/或化学方法 于700至Iiocrc的溫度范围下干燥。
[0027] 在含氯化合物的存在下进行烟灰体的化学干燥同样是优选的。对氯气仍2)的使