(57)【要約】  合成石英ガラスを製造するための公知の外側堆積法の場合には、反応区域（１２）に非晶質の石英ガラス粉末粒子（１３）を供給し、この石英ガラス粉末粒子をこの反応区域（１２）中で加熱し、回転軸を中心に回転する支持体（１０）の外側面に堆積させる。この方法から出発して高い堆積効率を特徴とする方法を提供するために、本発明の場合に、前記反応区域（１２）に、少なくとも３μｍの粒径を有する非晶質石英ガラス粉末をケイ素含有出発物質（１４）と一緒に供給し、このケイ素含有出発物質は反応区域中でＳｉＯ2粒子に反応し、このＳｉＯ2粒子は支持体上での石英ガラス粉末粒子との同時堆積においてＳｉＯ2含有層（１１）を形成しながら堆積し、この層中でこの石英ガラス粉末粒子（１３）は３０％〜９５％の範囲内のＳｉＯ2に関する質量割合であることが提案される。
2011516382.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
反応区域（１２）に非晶質の石英ガラス粉末粒子（１３）を供給し、前記石英ガラス粉末粒子（１３）を前記反応区域（１２）中で加熱し、回転軸を中心に回転する支持体（１０）の外側に堆積させることによる合成石英ガラスを製造するための外側堆積法において、前記反応区域（２）に少なくとも３μｍの粒度を有する非晶質の石英ガラス粉末粒子（１３）をケイ素含有出発物質（１４）と一緒に供給し、前記ケイ素含有出発物質（１４）は前記反応区域（２）中でＳｉＯ2粒子に反応し、かつ前記ＳｉＯ2粒子は、前記支持体（１０）上での前記石英ガラス粉末粒子（１３）との同時堆積において、ＳｉＯ2含有層（１１）を形成しながら堆積し、前記層中で前記石英ガラス粉末粒子（１３）は３０％〜９５％の範囲内のＳｉＯ2に関する質量割合であることを特徴とする、合成石英ガラスを製造するための外側堆積法。
【請求項２】
前記石英ガラス粉末粒子は、０．２〜３０μｍの範囲内の平均粒径、有利に３μｍ〜１５μｍの範囲内の平均粒径を有することを特徴とする、請求項１記載の外側堆積法。
【請求項３】
前記石英ガラス粉末粒子（１３）を、バーナー（１）の供給ノズル（６〜９）を介して前記反応区域（２）に供給することを特徴とする、請求項１又は２記載の外側堆積法。
【請求項４】
前記石英ガラス粉末粒子（１３）を、キャリアガス流中でケイ素含有出発物質（１４）と一緒に前記反応区域（１２）に供給することを特徴とする、請求項３記載の外側堆積法。
【請求項５】
石英ガラス粉末粒子（１３）は球状の形を有することを特徴とする、請求項１から４までのいずれか１項記載の外側堆積法。
【請求項６】
前記石英ガラス粉末粒子（１３）を、ＳｉＯ2含有層（１１）中で４０％〜８０％の範囲内のＳｉＯ2に関する質量割合となるような量で前記反応区域（１２）に供給することを特徴とする、請求項１から５までのいずれか１項記載の外側堆積法。
【請求項７】
予め塩素含有雰囲気中での精製処理にかけられている石英ガラス粉末粒子（１３）を使用することを特徴とする、請求項１から６までのいずれか１項記載の外側堆積法。
【請求項８】
前記反応区域（１２）に石英ガラス粉末粒子（１３）と一緒に、高温度でガスを放出する添加剤を供給することを特徴とする、請求項１から７までのいずれか１項記載の外側堆積法。
【請求項９】
前記同時堆積は第１の堆積段階と、少なくとも１つの第２の堆積段階とを有し、前記反応区域に第１の堆積段階の間に、第２の堆積段階とは異なる性質又は量の石英ガラス粉末粒子（１３）を供給することを特徴とする、請求項１から８までのいずれか１項記載の外側堆積法。
【請求項１０】
前記反応区域（２）に、ＳｉＯ2層の内側領域の形成のための第１の堆積段階の間に、石英ガラス粉末粒子（１３）を供給しないか、又はＳｉＯ2層（１１）の外側領域の形成のための第２の堆積段階の間よりもわずかな量の及び／又はわずかな不純物含有量又はヒドロキシル基含有量を有する石英ガラス粉末粒子（１３）を供給することを特徴とする、請求項９記載の外側堆積法。
【請求項１１】
複峰性の粒度分布を有し、前記粒度分布の少なくとも１つの最大値は０．２μｍ〜２μｍの範囲内にあり、前記粒度分布の少なくとも１つの最大値は３μｍ〜３０μｍの範囲内にある石英ガラス粉末粒子（１３）を使用することを特徴とする、請求項１から１０までのいずれか１項記載の外側堆積法。
【請求項１２】
前記石英ガラス粉末粒子（１３）を、真空下で９５０℃〜１２００℃の範囲内の温度に加熱することにより脱ガスして、１質量ｐｐｍ未満のヒドロキシル基含有量を生じさせることを特徴とする、請求項１から１１までのいずれか１項記載の外側堆積法。
【請求項１３】
支持体として心棒を使用し、前記心棒はコアガラスと、前記コアガラスを取り巻くクラッドガラスとを有することを特徴とする、請求項１から１２までのいずれか１項記載の外側堆積法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、反応区域に非晶質石英ガラス粉末粒子を供給し、この石英ガラス粉末粒子をこの反応区域内で加熱し、支持体上に堆積させることによる、合成石英ガラスの製造方法に関する。
【０００２】
従来技術
高純度の合成石英ガラスを製造するために、ケイ素含有出発物質からＣＶＤ法において加水分解及び／又は酸化によりＳｉＯ2粒子を製造し、これを支持体に堆積させる多様な方法が公知である。この場合、外側堆積法と内側堆積法とに分けることができる。外側堆積法の場合には、ＳｉＯ2粒子は回転する支持体の外側に堆積される。この例としては、いわゆるＯＶＤ法（outside vapour phase deposition）、ＶＡＤ法（vapour phase axial deposition）又はＰＥＣＶＤ法（plasma enhanced chemical vapour deposition）が挙げられる。内側堆積法の公知の実施例として、ＭＣＶＤ法（modified chemical vapour deposition）があり、この場合、外側から加熱された管の内壁にＳｉＯ2粒子が堆積される。
【０００３】
この火炎加水分解の場合、例えば蒸気状のＳｉＣｌ4が酸素及び水素と一緒にバーナー火炎に供給され、その中でＳｉＯ2粒子の形成下に加水分解及び酸化される。このＳｉＯ2粒子は、堆積面上で多孔性のいわゆる「スート体」の形成下で堆積し、このスート体から別個の方法工程で石英ガラス部材がガラス化により得られるか、又はこのＳｉＯ2粒子はこの堆積面上での堆積の際に石英ガラス部材に直接ガラス化される（この方法は「直接ガラス化」ともいわれる）。
【０００４】
火炎加水分解によるＣＶＤ堆積の場合でも、プラズマ支援ＣＶＤ堆積の場合でも、基本的に使用される原材料についての収量及びエネルギーに関する効率を改善する課題が課せられる。
【０００５】
DE 33 27 484 A1には、ＭＣＶＤ法によるドープされた石英ガラスの製造の場合に堆積速度を改善するために、石英ガラス支持管の内側に形成される堆積区域に反応ガス混合物を約１μｍのサイズを有する石英ガラス粉末粒子の形の凝縮核と一緒に供給することが提案されている。例えば「スート粉塵」として合成ＳｉＯ2の火炎加水分解の際に生じるこの石英ガラス粉末粒子は、キャリアガス又は反応ガスと混合される。
【０００６】
この凝縮核は異質核形成を生じさせ、この反応ガスのより高い収率を生じさせる。この凝縮核の溶融のために必要な加熱出力は、この場合に支持管の外側からこの支持管壁部を通過して反応区域中にまで供給しなければならず、このことがこの支持管の変形を引き起こしかねない。
【０００７】
外側堆積法の場合に堆積速度を改善するために、DE 34 34 598 A1では、まず慣用のＣＶＤ法を用いて０．０１〜０．０５μｍの範囲内の熱分解シリカ粒子を製造し、このシリカ粒子を分散溶液中に収容し、引き続きこの分散溶液をバーナー火炎に供給する方法が提案される。このバーナー火炎中でこのシリカ粒子は軟化し、同時にこのバーナー火炎の圧力下で支持体上に多孔性ＳｉＯ2からなる成形体の形成下に吹き付けられる。同時に、前記分散溶液は蒸発する。こうして得られた多孔性ＳｉＯ2からなる成形体を引き続き石英ガラス部材にガラス化する。
【０００８】
EP 1 604 957 A1によるこの方法の変法の場合に、０．２μｍの最大直径を有する予め製造された熱分解シリカ粒子を、キャリアガスを用いてバーナー火炎中に供給し、長軸を中心に回転する支持体上に多孔性ＳｉＯ2成形体として堆積する。熱分解シリカ粒子は、アグロメレートを形成する傾向があり、このアグロメレートは均質な緻密化を妨害する。
【０００９】
この両方の変法は、この多孔性の成形体の乾燥及びガラス化の際に比較的高い収縮が生じ、この収縮が亀裂及び剥離を引き起こすことが共通している。これは、スート法に固有の問題でもある。
【００１０】
技術的課題
したがって、本発明の根底をなす課題は、高い堆積効率によりすぐれていて、かつ公知の方法の上記の欠点を回避する合成石英ガラスの製造のための外側堆積法を提供することである。
【００１１】
前記課題は、本発明の場合に冒頭に述べた種類の外側堆積法から出発し、反応区域に少なくとも３μｍの粒径を有する非晶質石英ガラス粉末粒子をケイ素含有出発物質と一緒に供給し、その際、このケイ素含有出発物質は前記反応区域中で反応してＳｉＯ2粒子になり、このＳｉＯ2粒子は、支持体上での前記石英ガラス粉末粒子との同時堆積においてＳｉＯ2含有層を形成しながら堆積し、前記層中で前記石英ガラス粉末粒子は、３０％〜９５％の範囲内のＳｉＯ2に関する質量割合であることにより解決される。
【００１２】
この反応区域は、例えばＣＶＤ堆積バーナーのバーナー火炎であり、この火炎中で前記ＳｉＯ2粒子がケイ素含有出発物質の火炎加水分解及び酸化により形成されるか、又はプラズマバーナーのプラズマ区域であり、このプラズマ区域中でケイ素含有出発物質はＳｉＯ2粒子に直接変換される。この反応区域中では、ケイ素含有出発物質は常に、ＳｉＯ2粒子の形成下での酸化に（も）さらされる。
【００１３】
この反応区域には、さらに、予め別個のプロセスで製造された石英ガラス粉末粒子が供給され、この反応区域中で加熱され、その際に軟化される。本発明による方法の根本は、別個の方法で予め製造された石英ガラス粉末粒子を、in-situで製造されたＣＶＤ堆積法及びプラズマ堆積法のＳｉＯ2粒子と一緒に同時堆積されることを特徴としている。
【００１４】
この意味範囲で「同時堆積」は、加熱されかつ軟化された石英ガラス粉末粒子が、in-situで製造されたＳｉＯ2粒子（シリカ粒子）と一緒に、指向性の粒子流によって堆積面に向かって打ち出されかつ堆積され、その際、ＳｉＯ2粒子についての両方の品質は、堆積された石英ガラス質量にかなり貢献することを意味する。このＳｉＯ2粒子は、この場合、ばらばらの粒子の形で生じるか又はこのＳｉＯ2粒子はアグロメレートしたＳｉＯ2材料を形成し、この材料は特に石英ガラス粉末粒子上にも沈着する。
【００１５】
本来使用される石英ガラス粉末も、反応区域中で製造されるＳｉＯ2粒子も、こうして製造される石英ガラス質量のかなりの部分を形成するため、特に石英ガラス粉末粒子が使用され、この質量及びサイズは、in-situで製造されるＳｉＯ2粒子の質量及びサイズを数倍上回る場合に、慣用の方法と比べてＳｉＯ2堆積速度（時間単位当たりの質量）の向上が生じる。したがって、この石英ガラス粉末粒子の少なくとも一部は３μｍ以上の粒径を有し、この石英ガラス粉末粒子に起因するＳｉＯ2に関する質量割合は少なくとも３０％である。さらに、この「同時堆積」は堆積効率（出発材料に対する堆積された質量）に関しても有利に作用することが判明した。
【００１６】
この石英ガラス粉末粒子の外側堆積はバーナー火炎又はプラズマの使用下で行い、このことは石英ガラス粉末粒子の迅速な加熱及び軟化を可能にし、かつそれにより比較的大きな粒子及びより大きな粒子量の反応区域中への導入を可能にし、かつこの堆積面に向かう粒子流の形成を可能にする。
【００１７】
この本発明による「同時堆積」により多孔性の石英ガラスが生じる場合、これは特に高い安定性を有する。これは、「同時堆積」により製造された、特に微細粒のＳｉＯ2粒子が、この石英ガラス粉末の粒子のための「結合相」として作用することに起因することができる。
【００１８】
バーナー火炎中でin-situで製造されたＳｉＯ2粒子とその中に沈積された石英ガラス粉末粒子とから構成される多孔性のＳｉＯ2構造から形成されたセラミックの白色体の形の半製品を製造することができる。この種の半製品は、以後「白色体」ともいう。この言及された「結合相」は、特に大きな体積の機械的に安定な「白色体」の製造を容易にし、この白色体は高い白色体密度及び焼結の際のわずかな収縮を特徴とする。さらに、この「結合相」はガラス化温度の低下を引き起こし、このことは堆積した石英ガラス粉末粒子とＳｉＯ2粒子とを堆積面上で直接ガラス化する「直接ガラス化」による石英ガラス製造の場合のためにも有利である。この「結合相」の作用は、ＳｉＯ2粒子に起因するＳｉＯ2に関する質量割合が少なくとも５％である場合にはっきりと現れる。
【００１９】
本発明による方法により製造される石英ガラスは、支持体上のガラス化された層を形成するか、又は透明の、半透明の又は不透明の石英ガラスからなるガラス化された素材を形成するか、又は支持体上の多孔性の白色体の層の形の又は多孔性の白色体の形の半製品を形成し、これらは次のガラス化プロセスにおいて透明の、半透明の又は不透明の石英ガラスに加工される。
【００２０】
この石英ガラスは、その他の点で通常の使用目的のために、特に半導体作成で使用するための部材、例えば不透明の石英ガラスからなるフランジ又は透明の石英ガラスからなるウェハホルダの製造のために適している。高純度の熱分解シリカを使用する場合、この方法は、レンズ用及び情報伝達技術用の要求の多い合成石英ガラス体の製造のためにも適している。この方法により製造された不透明の部材及びこれらか形成された層は、さらに広い波長領域にわたり、特に紫外線波長領域においても良好なリフレクタ特性を示し、この石英ガラスは、拡散反射体としての、例えば半導体製造での反応室及び炉における使用も予定される。
【００２１】
この石英ガラス粉末粒子は、有利に多様な粒度を有する。０．２μｍ〜３０μｍの平均粒度、特に有利に３〜１５μｍの範囲内の平均粒度を有する石英ガラス粉末粒子が有利に使用される。
【００２２】
比較的大きな石英ガラス粉末粒子を使用することにより、この大きな石英ガラス粉末粒子が「同時堆積」においてin-situで製造されたＳｉＯ2からなる「結合相」と出会う場合に、この堆積の効率を改善することができ、同時に多孔性の石英ガラスの亀裂形成性を低減することができる。これは、次に、この多孔性の石英ガラスの脱水及びガラス化の際に比較的わずかな収縮が生じる。特に大きな石英ガラス粉末粒子の使用は、特に本発明による外側堆積法による不透明な石英ガラスの製造用に考慮される。
【００２３】
この石英ガラス粉末粒子は、別個の粉末コンベア又は他の流動化装置を介して運搬ガスを用いて反応区域に供給される。しかしながら、この石英ガラス粉末粒子をバーナーの供給ノズルを介して反応区域に供給する方法が特に有利であることが判明した。このバーナーは、例えば火炎加水分解用の堆積用バーナー又はプラズマバーナーである。この石英ガラス粉末粒子は、この場合、一般に中央に又は同心に配置されているこのバーナーの粉末ノズルを介して、反応区域中へ、つまり例えばバーナー火炎又はアーク中へ直接供給される。この方法による粉末の反応区域中への供給は、この粉末が火炎圧力又はアーク圧力により外側に吹き飛ばされることがないか又は吹き飛ばされることが少ないという利点を有する。
【００２４】
この関連で、石英ガラス粉末粒子をキャリアガス流中でケイ素含有出発物質と一緒に反応区域に供給する場合に特に有利であることが判明した。
【００２５】
この場合、反応区域へ侵入する前に既に石英ガラス粉末粒子とケイ素含有出発物質との間の完全な混合が行われ、このことが石英ガラス粉末粒子に対するケイ素含有出発物質及びin-situで製造されるＳｉＯ2粒子の均質な作用を促進し、多孔性石英ガラスからなる特に安定な白色体の堆積を可能にする。
【００２６】
この場合、この石英ガラス粉末粒子は球状の形を有する場合にも有効であることが実証された。
【００２７】
球状の形は、むしろ破片状の角張った粒子形状と比べて、改善された流動性及び堆積層中でのより高い固体密度の調節を可能にし、それに伴って、多孔性石英ガラスからなる白色体のわずかな収縮及び高い亀裂抵抗性及び機械的安定性を生じさせる。できる限り気泡のない溶融の観点で、この石英ガラス粉末粒子は、有利に内部空隙を有しない。
【００２８】
さらに、この石英ガラス粉末粒子を、ＳｉＯ2含有層中でＳｉＯ2に関する質量割合が４０％〜８０％の範囲内となるような量で反応区域に供給する場合に、有利であることが判明した。
【００２９】
４０％より低い石英ガラス粉末粒子の質量割合の場合には、堆積効率の向上に関するその有利な効果があまりはっきりと現れず、それに対して２０％より低いＳｉＯ2粒子の質量割合の場合には、焼結活性の向上に関するその有利な効果が比較的低く、このことは比較的高い焼結温度又は高いガラス化温度（直接ガラス化の場合）を必要とする。
【００３０】
光学的用途のための石英ガラスの使用に関して、予め塩素含有雰囲気中での精製処理にさらされた石英ガラス粉末粒子を使用する方法が有効であることが実証された。
【００３１】
塩素含有雰囲気中での精製処理により、特に金属不純物は除去される。さらに、石英ガラス中のヒドロキシル基の含有量を低下させることができる。
【００３２】
ＳｉＯ2層の層状の堆積の間に、プロセスパラメータ、例えば周囲の雰囲気又は温度を変更することができ、同様に使用材料の組成、特に石英ガラス粉末粒子の特性及び品質又は場合による添加剤を変更することができる。このように、特性が層厚によって傾斜して又は段階的に変化するＳｉＯ2層を製造することができる。したがって、本発明による方法は、特性、例えば耐薬品性又は耐熱性又は光学特性の不均一な、特に勾配した分布を有する石英ガラスからなる部材の製造のためにも適している。
【００３３】
これに関して、反応区域に石英ガラス粉末粒子と一緒に、高温でガスを放出する添加剤を供給する場合が有利であることが判明した。
【００３４】
この少なくとも１種の添加剤は、別個の粉末として又は石英ガラス粉末粒子のドーパントとして存在し、製造された層中で均一又は不均一に分配される。ガラス化温度で又は低い温度ですでに、この添加剤は、例えば分解によるか又は周囲の雰囲気との化学的反応によりガスを放出する。それにより、この石英ガラスの所定の度合いの多孔率を再現可能に製造することができる。適当な添加剤はＳｉ3Ｎ4であり、これは加熱の際に熱分解によってガス状の成分、例えば窒素を放出する。このガス状成分は軟化した石英ガラス中に細孔を形成し、この添加剤を含有しているＳｉＯ2層又は外側の層領域の所望の不透明性を生じさせる。
【００３５】
他の特に有利な変法の場合に、この同時堆積は第１の堆積段階と、少なくとも１つの第２の堆積段階を有し、この際、この反応区域に第１の堆積段階の間に、第２の堆積段階の間とは異なる性質又は量の石英ガラス粉末粒子を供給することが考慮される。
【００３６】
この変法は、このＳｉＯ2含有層の厚さにわたり特性の段階的又は連続的変更が可能である。この特性の変更は、該当する層範囲の全体のＳｉＯ2に関するそれぞれの割合の変更により、又はその特性の変更により、又は１つ以上の添加剤の添加により生じる。
【００３７】
特に、例えば、光学的プリフォームのコア付近の領域中で高い純度が重要である適用のために、この反応区域に、ＳｉＯ2層の内側領域の形成のための第１の堆積段階の間に、石英ガラス粉末粒子を供給しないか又は石英ガラス粉末粒子を、ＳｉＯ2層の外側領域の形成のための第２の堆積段階の間よりも少量で及び／又はわずかな不純物含有量又はヒドロキシル基含有量で供給する方法が有利であることが判明した。
【００３８】
例えば、特に低いヒドロキシル基含有量を必要とするプリフォームの内側のコア付近の相領域の製造は、完全に又は十分に、高純度のケイ素含有出発材料の使用下で行うことができ、それに対して、例えばプリフォームの外側のクラッド領域中のヒドロキシル基含有量がより高い相領域の製造は、例えばより高いヒドロキシル基含有量を有するが、このために特に高い堆積効率を有する石英ガラス粉末粒子と一緒に同時堆積させることにより行うことができる。
【００３９】
この方法の特に有利な実施態様の場合には、この石英ガラス粉末粒子を真空下で９００℃〜１２００℃の範囲内の温度に加熱することにより脱ガスし、その結果、１質量ｐｐｍ未満のヒドロキシル基含有量を生じさせることが考慮される。
【００４０】
石英ガラス粉末粒子の脱ガスは、ＳｉＯ2含有層の形成のために使用する前に又はその後で行う。この使用の前の乾燥は、アグロメレーション傾向を低減し、粉体の流動化を容易にする。石英ガラス粉末粒子の石英ガラス中で低いヒドロキシル基含有量を達成するために、真空（＜２ｍｂａｒ）下での１２００℃未満の比較的低い温度への加熱で十分であることが判明した。これは短い拡散経路に起因する。先行技術において通常のようなこのハロゲン含有ガスの添加は、したがって乾燥のために必要ではなく、ガラス状の石英ガラス粉末粒子の場合には十分な乾燥効果も示されない。
【００４１】
特に有利な変法の場合に、複峰性の粒度分布を有し、この粒度分布の少なくとも１つの最大値は０．２μｍ〜２μｍの範囲内にあり、この粒度分布の少なくとも１つの最大値は３μｍ〜３０μｍの範囲内にある石英ガラス粉末粒子を使用することが考慮される。
【００４２】
この石英ガラス粉末粒子は、２つ以上の最大値を有する粒度分布で存在する。この最大値の少なくとも１つ、その中でも特に副次最大値は、２μｍ未満の粒径を有する微細粒の範囲内にあり、他の最大値、その中でも特に主最大値は、３μｍを上回る粒径を有する粗大粒の範囲にある。平均サイズが互いに異なる少なくとも２つの粒子分布を有するこの種の複峰性粒度分布は、緻密な焼結のための又は直接ガラス化の際のエネルギー必要量を低減する。
【００４３】
この支持体は有利に心棒の形で存在し、この心棒はコアガラス及びコアガラスを取り巻くクラッドガラスを有する。この心棒は、光ファイバ用のプリフォームを製造するための石英ガラスからなる半製品である。ＳｉＯ2層の形の他のクラッド材料を設けることにより、光ファイバを線引きするプリフォームを直接得ることができる。
【００４４】
支持体上に又は他の堆積面上に沈着しないin-situで製造されたＳｉＯ2スート粒子は、有利に捕集され、このプロセスに再び供給することができる。この循環プロセスにより、より改善された材料収率が生じ、その際、リサイクルされたＳｉＯ2粒子の直径は徐々に増大することが判明した。この種のリサイクルされたＳｉＯ2粒子は焼結活性を高めることができ、その際、この質量割合は全体のＳｉＯ2質量に関して１０％未満である。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】堆積バーナーの使用下でのＳｉＯ2素材の製造の略図。
【図２】本発明による方法により製造されたプリフォームの半径方向の断面でのヒドロキシル基含有量の典型的な推移を表すグラフ。
【００４６】
実施例
本発明を、次に実施例及び図面を用いて詳細に説明する。
【００４７】
実施例１
図１は、ＯＶＤ法による多孔性のＳｉＯ2素材を製造するための通常の堆積バーナー１を表す。相互に同心に配置された全部で４つの石英ガラス管２、３、４、５からなり、これらが中央ノズル６、分離ガスノズル７、環状スリットノズル８及び外側ノズル９を形成する。
【００４８】
図１に示した堆積バーナー１の使用下での慣用のＯＶＤ法の本発明による改良を次に詳細に説明する：
約５μｍ（Ｄ50値）で大きな分布の比較的狭い最大値を有しかつ０．５μｍの範囲で副次最大値を有する複峰性の粒度分布を特徴とする、球状の形を有する非晶質の石英ガラス粉末粒子からなる市販の粉末は、予め高温塩化法で９００℃の温度で精製される。
【００４９】
この堆積バーナー１の中央ノズル６に、蒸気状のＳｉＣｌ4を４ｌ／ｍｉｎの速度で供給し及び酸素を供給する。ＳｉＣｌ4のこの供給は、方向矢印１４により表されている。この分離ガスノズル７により分離ガス−酸素が導通され、その際、この酸素−分離ガス流は同時に上記の非晶質石英ガラス粉末粒子用のキャリアガスとして用いられる。この流動速度は３５ｍ／ｓである。この石英ガラス粉末粒子の供給は、方向矢印１３により表される。
【００５０】
環状スリットノズル８を通して水素が供給され、外側ノズル９を通して燃焼ガス−酸素が供給され、その際、前記のガス流（ＳｉＣｌ4＋キャリアガス−水素、分離ガス−酸素、水素、燃焼ガス−酸素）は、この順序で相互に１：１：１０：３の量比である。
【００５１】
光学的プリフォームの製造のために、ドープされた石英ガラスからなるコアと、このコアを取り巻くドープされていない石英ガラスからなる内側クラッドとを有する心棒１０を準備する。この心棒１０は、４３．８ｍｍの外径を有し、３．５１のｂ／ａ比（＝外径をドープされたコア領域の直径で除算）を有する。これは、１５．２ｍｍの外径に引き出される。このドープされたコアは、その後で５ｍｍの直径を有する。
【００５２】
長軸を中心にして回転するこの心棒１０上に、堆積バーナー１を用いてＳｉＣｌ4の火炎加水分解によりin-situで製造されるＳｉＯ2スート粒子を、円筒の周面に向かう粒子流中で石英ガラス粉末粒子１３と同時堆積で堆積させる。このin-situで製造されたＳｉＯ2スート粒子の粒度は、比較的広い粒度分布で典型的に４０ｎｍである。この堆積バーナー１のキャリア長軸に沿った逆方向運動により、約１．４ｇ／ｃｍの構造厚さを有する多孔性の石英ガラスからなる層状のＳｉＯ2素材１１が形成される。
【００５３】
層状のＳｉＯ2素材１１が１０５ｍｍの外径に達した後に、この堆積プロセスを停止する。こうして製造された、心棒１０と多孔性ＳｉＯ2層（素材１１）とからなる複合体を、真空炉中で１℃／ｍｉｎの加熱速度で９５０℃の温度に加熱し、この温度を６時間保持することにより脱水する。この加熱及び保持時間の間に、この炉のヘリウム雰囲気は数回交換される。交換処理は真空（圧力＝０．０１ｍｂａｒ）で１０００ｍｂａｒのヘリウム分圧を有するヘリウム雰囲気下で行われる。ヘリウム下でガスパージ工程で交換しながらの真空下でのこの熱処理は、白色体中の温度の均一化を生じさせるため、ヘリウムの比較的高い伝熱性によりも支援されて、ＳｉＯ2粒子層の均一かつ均質な脱水が生じる。この前処理の完了後に（２２時間の処理時間後に）、ＳｉＯ2層１１中では０．２質量ｐｐｍ未満のヒドロキシル基含有量が生じる。
【００５４】
この層１１は、高い機械的安定性及び亀裂のないことを特徴とする。こうして製造された複合体を、引き続き真空下（０．０１ｍｂａｒ）で１５００℃の温度に加熱し、この温度で約５時間保持し、その後この複合体をヘリウム雰囲気中で冷却する。寸法的な不規則性を取り除くために、こうして得られた透明のプリフォームを繊維引き出しの前に７５の外径から７０ｍｍに研削して、引き続きＨＦ酸を用いて精製する。
【００５５】
図２は、上記の方法により得られたプリフォームの半径方向の断面でのヒドロキシル基含有量の典型的な推移をグラフで表す。ｙ軸には測定されたヒドロキシル基含有量が質量ｐｐｍでプロットされ、ｘ軸には最初の測定点から出発した、ｍｍで示す距離がプロットされている。この心棒の領域は、斜線を施した面領域により表されている。
【００５６】
本発明による方法で得られた外側の材料の領域のヒドロキシル基含有量は、０．２質量ｐｐｍを下回る。この心棒の内側材料との境界面の領域では、このヒドロキシル基含有量は約０．４質量ｐｐｍのまだ許容できる値にある。位置的に正確な測定により、心棒表面の上昇が確認され、これは恐らく当初の心棒の伸張プロセスに起因することが明らかとなった。この心棒の内部では、ＯＨ含有量は０．１質量ｐｐｍであった。
【００５７】
実施例２
実施例１により説明された方法の変法は、次の措置が異なっている：この心棒の代わりに、石英ガラスからなる支持管の形の支持体を使用し、この堆積バーナー１の分離ガスノズル７は酸素だけを供給し、別個の（図示されていない）流動化装置を用いて、バーナー火炎１２中へ流動化された粉末混合物を酸素−キャリアガス流を用いて吹き付ける。この流動化装置は閉鎖された容器からなり、この容器から粉末混合物は乱流のガス流によって供給ノズルを介して鋭角でバーナー火炎中へ導入される。この粉末混合物は、９５質量％が上記の予め精製された非晶質の石英ガラス粉末粒子から構成され、５質量％が熱分解シリカ粒子から構成され、堆積室から流動化装置に循環して戻される堆積されないＳｉＯ2スート粒子が重要である。
【００５８】
この粉末混合物の供給速度は、実施例１に一致する。この酸素−分離ガス流と、この酸素流動化ガス流と、キャリアガス流との流動速度の合計は、実施例１の酸素分離ガス流の流動速度に一致する。一方でＳｉＯ2に関する全質量に対するin-situで製造されたＳｉＯ2に関する質量比、他方で石英ガラス粉末粒子及びシリカ粒子の質量比は、約１：５である。このように、この支持体の円筒の外周面に向かう粒子流が生じ、その上に多孔性のＳｉＯ2スート層が堆積される。
【００５９】
ＳｉＯ2スート粒子、石英ガラス粉末粒子、及びシリカ粒子の同時堆積により製造された、多孔性石英ガラスからなる白色体は、この支持管上で、実施例１で説明したように乾燥される。この白色体は、約１．４ｇ／ｃｍ3より高い白色体密度、低い亀裂形成性及び高い機械的安定性を特徴とする。この支持管の除去後に、これを焼結炉中に導入し、その中で３時間の保持時間の間に空気−雰囲気中で１４００℃の温度で焼結させる。
【００６０】
２．１８ｇ／ｃｍ3の密度を有する不透明な独立起泡の管状体が得られる。この表面は、約１ｍｍの厚さの透明な層で補強されている。この管状体からリングが切断され、このリングはさらに半導体製造の場合に使用するための石英ガラス反応室のための大きなフランジに加工される。
【００６１】
こうして製造された半製品は、特に、広い波長領域にわたり高い反射率及びわずかな吸収率を特徴とし、したがって特に加熱プロセスでの使用のために適している。
【００６２】
実施例３
実施例２で説明された方法の変法において、この白色体は支持管の除去後に焼結炉中へ導入され、その中で真空下（圧力＝０．０１ｍｂａｒ）で１５００℃の温度で、５ｈの保持時間の間に、透明な石英ガラスからなる中空円筒体に焼結され、この中空円筒体のヒドロキシル基含有量は０．１１２質量ｐｐｍであり、不純物のＬｉ、Ｎａ、Ｋ、Ｍｇ、Ｆｅ、Ｃｕ、Ｃｒ、Ｎｂ、Ｔｉ、Ｚｒ及びＮｉの全含有量は１６０質量ｐｐｂ未満である。
【００６３】
この中空円筒体からリングが切断され、このリングはさらに半導体製造の場合に使用するための透明な石英ガラスからなるウェハホルダに加工される。
【図１】
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【図２】
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【国際調査報告】
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