(57)【要約】  電気溶融された合成石英ガラスから成形体を製造する公知の方法では、石英ガラス粒状物（１５）が電気的に加熱された溶融容器（３１）内で、軟化された石英ガラス材料（５７）を形成しながら加熱され、加熱された石英ガラス材料（５７）は、成形体へと成形される。連続的な溶融プロセスにおいて、有利な溶融特性を達成するために、本発明では、ヘリウムが封入された粒状物粒子から成る合成された石英ガラス粒状物（１５）を使用することが提案される。この粒状物粒子は、多孔質の顆粒粒子（９）から成るＳｉＯ２顆粒を形成しながら、熱分解法により製造したケイ酸を造粒処理し、少なくとも部分的にセラミックス材料から成る回転管（６）を備えたロータリキルン（１）内で、少なくとも３０体積％のヘリウムを含む処理ガス雰囲気中で、封入されたヘリウムを有する前記粒状物粒子を形成しながら、前記ＳｉＯ２粒子をガラス化することにより形成される。
2015520095.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
合成された石英ガラス粒状物（１５）を提供して、電気的に加熱された溶融容器（３１）内で軟化された石英ガラス材料（５７）を形成しながら加熱し、軟化された前記石英ガラス材料（５７）を成形体へと成形する、電気溶融された合成石英ガラスから成形体を製造する方法において、
ヘリウムが封入された粒状物粒子から成る合成された石英ガラス粒状物（１５）を使用しており、該粒状物粒子の提供が、以下の方法ステップを含む、すなわち
ａ）多孔質の顆粒粒子（９）から成るＳｉＯ２顆粒を形成しながら、熱分解法により製造したケイ酸を造粒処理するステップと、
ｂ）少なくとも部分的にセラミックス材料から成る回転管（６）を備えたロータリキルン（１）内で、少なくとも３０体積％のヘリウムを含む処理ガス雰囲気中で、封入されたヘリウムを有する前記粒状物粒子を形成しながら、前記ＳｉＯ２粒子をガラス化するステップと
を含むことを特徴とする、電気溶融された合成石英ガラスから成形体を形成する方法。
【請求項２】
前記粒状物粒子に封入されたヘリウムは、少なくとも０．５ｃｍ３／ｋｇ、有利には少なくとも１０ｃｍ３／ｋｇの体積割合を占める、請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記処理ガスは、前記方法ステップ（ｂ）によるガラス化時に少なくとも５０％のヘリウム、有利には少なくとも９５％のヘリウムを有している、請求項１または２記載の方法。
【請求項４】
前記溶融容器（１）は、底部流出部（５５）を備えた加熱される溶融型として形成されており、前記底部流出部（５５）を通じて、前記軟化された石英ガラス材料（５７）を連続的に石英ガラスストランド（３５）として引き抜く、請求項１から３までのいずれか１項記載の方法。
【請求項５】
前記顆粒粒子（９）は、２０μｍ〜２０００μｍ、有利には１００μｍ〜４００μｍの平均粒径を有している（それぞれＤ５０値）、請求項１から４までのいずれか１項記載の方法。
【請求項６】
１００μｍ未満の粒径を有するＳｉＯ２顆粒が、顆粒総質量の１０質量％未満の質量を占めるように、ＳｉＯ２顆粒の割合を予め調節する、請求項１から５までのいずれか１項記載の方法。
【請求項７】
前記顆粒粒子（９）を前記ガラス化時に１３００℃〜１６００℃の範囲の温度にまで加熱する、請求項１から６までのいずれか１項記載の方法。
【請求項８】
前記顆粒粒子（９）または前記ガラス化された石英ガラス粒状物（１５）を振動にさらす、請求項１から７までのいずれか１項記載の方法。
【請求項９】
前記顆粒粒子（９）の加熱を、回転管（６）を取り囲む抵抗加熱装置（８）を用いて行う、請求項１から８までのいずれか１項記載の方法。
【請求項１０】
前記回転管（６）は、石英ガラスの粘度を同時に高める物質、有利にはＡｌ２Ｏ３、ＺｒＯ２またはＳｉ３Ｎ４から成っている、請求項１から９までのいずれか１項記載の方法。
【請求項１１】
前記物質は、０．５％未満のアルカリ含有量を有している、請求項１０記載の方法。
【請求項１２】
前記回転管内壁は、合成されたＡｌ２Ｏ３から成っている、請求項１０または１１記載の方法。
【請求項１３】
前記Ａｌ２Ｏ３含有の回転管（６）を使用しながら、石英ガラス粒状物（１５）にＡｌ２Ｏ３を１〜２０質量ｐｐｍの範囲でドープする、請求項１０から１２までのいずれか１項記載の方法。ＳｉＯ２顆粒（９）を、前記ガラス化前にハロゲン含有雰囲気の加熱により精製し、前記ＳｉＯ２顆粒（９）の精製は、第２のロータリキルン内で行う、請求項１から１３までのいずれか１項記載の方法。
【請求項１４】
前記第２のロータリキルンを、前記ＳｉＯ２顆粒（９）の乾燥および精製のために使用し、該第２のロータリキルンは中心軸線（７）の方向で見て、乾燥ゾーンと精製ゾーンとを含む複数のゾーンに分割されており、隣接する前記ゾーンは、開口を備えた分離ディスクまたはラビリンストラップにより分割されている、請求項１４記載の方法。
【請求項１５】
前記精製を、回転管内で塩素含有の雰囲気中で、９００℃〜１２５０℃の範囲の温度で行う、請求項１４または１５記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、合成された石英ガラス粒状物を提供して、電気的に加熱された溶融容器内で、軟化された石英ガラス材料（質量体）を形成しながら加熱し、軟化された石英ガラス材料を成形体へと成形することによって、電気溶融された合成石英ガラスから成形体を製造する方法に関する。
【０００２】
合成された石英ガラス粒状物（Quarzglaskoernung）は、多孔質のＳｉＯ２顆粒を熱により圧縮することによって得られる。このような多孔質のＳｉＯ２顆粒は、たとえば重合、重縮合、沈殿またはＣＶＤ堆積法により合成石英ガラスを製造する際に発生するような、ＳｉＯ２スート塵またはＳｉＯ２ナノ粒子の予備圧縮により形成される。通常の造粒法の例として、転動造粒、噴霧造粒、遠心アトマイズ、流動層造粒、造粒ミルを使用した造粒法、コンパクティング、ロールプレス、ブリケッティング、フレーク状成形物（Schuelpen）製造または押出しが挙げられる。
【０００３】
この際に発生する、機械的にかつ場合によっては熱的に予備圧縮された分離している粒子を、本明細書では「ＳｉＯ２顆粒粒子」と呼ぶ。このＳｉＯ２顆粒粒子が、集合体として多孔質のＳｉＯ２顆粒を形成する。
【０００４】
その多孔性に基づき、このようなＳｉＯ２顆粒の直接溶融は問題となる。なぜならば、直接溶融時に、閉じられた、ガスで満たされた複数の中空室が形成される恐れがあり、これらの中空室は、高粘度の石英ガラス材料から取り除くことができないか、または極めて緩慢にしか取り除くことができず、したがって石英ガラス中の気泡をもたらすからである。したがって、最終製品が気泡を含まないことが重要となる、高い要求を課された用途のためには、一般的に、多孔質の顆粒を事前にガラス化することが必要である。多孔質のＳｉＯ２顆粒粒子のガラス化により得られる緻密なガラス粒子を、本明細書では「石英ガラス粒子」と呼び、これらの石英ガラス粒子が、集合体として、合成された「石英ガラス粒状物」を形成する。
【０００５】
このような石英ガラス粒状物は、電気的に加熱された溶融坩堝または溶融型内で加工されて、半導体製造またはランプ製造および化学的な方法技術に用いられる、高ケイ酸（含有）ガラスから成る管、ロッド、ホルダ、ベルジャー、反応器または坩堝のような構成部材を形成する。
【０００６】
この場合、「高ケイ酸ガラス」とは、ドープされていない石英ガラスであるか、または少なくとも９０質量％のＳｉＯ２含有量を有するドープされた石英ガラスであると理解される。以下では簡略化のために、このようなガラスを、短く「石英ガラス」と呼び、石英ガラスから成る軟化された質量体（材料）を「石英ガラス溶融物」と呼ぶ。
【０００７】
石英ガラス溶融物自体は、ＳｉＯ２の昇華温度に近い温度でもいまだに比較的高い粘性を有している。石英ガラス溶融物は、その高い温度および高い粘性に基づいて、精錬または撹拌のようなガラス加工時には通常である手段を用いても、簡単に均質化することができない。
【０００８】
したがって、石英ガラス粒状物の溶融時には、緻密な石英ガラス粒子間のガス室も、追加的な気泡の問題を生ぜしめる。それというのも、溶融プロセス時に粘性のガラス材料内に封入されたガスは、後からほとんど漏れ出ることができず、均質化手段によっても取り除くことができないからである。ガスは、完成した石英ガラス成形体における気泡および別の障害を引き起こす。
【０００９】
気泡形成の問題は、特に、たとえば溶融坩堝−引抜き法（Schmerztiegel-Ziehverfahren）における石英ガラス粒状物の連続的な溶融時のように、プロセスに基づいて制限された溶融継続時間を有する溶融プロセスにおいて生じる。溶融坩堝−引抜き法では、溶融坩堝に上方から石英ガラス粒状物が供給され、この場合に形成される粒状物の堆積物（Schuettung）が加熱され、溶融されて高粘度の石英ガラス溶融物を形成し、この石英ガラス溶融物は、連続的に坩堝底部に設けられた引抜きノズルを介して任意の横断面形状を有する石英ガラスストランドとして引き抜かれる。この石英ガラスストランドからシリンダ状の成形体が切り出される。
【００１０】
溶融坩堝−引抜き法では、粘性の石英ガラス溶融物内に封入されるガスを、ほとんど取り除くことができない。ガスは、引き抜かれた石英ガラスストランド中の気泡および別の障害の原因となり、かつガスは、引抜きプロセスにおける不連続性、ひいては寸法の変動をもたらす。
【００１１】
先行技術
上記の説明から、気泡封入の問題は、多孔質のＳｉＯ２顆粒をガラス化して合成石英ガラス粒状物を形成する際にも、かつこれにより得られた石英ガラス粒状物を溶融して石英ガラス成形体を形成する際にも、重要であることが判った。それぞれのプロセス段階において気泡がないこと、または気泡が少ないことを達成する目的で、多数の異なる技術が知られている。
【００１２】
石英ガラス粒状物を形成するための顆粒のガラス化
欧州特許第１０７６０４３号明細書では、ＳｉＯ２顆粒を火炎内で微細に分散させ、２０００℃〜２５００℃の温度でガラス化するために、多孔質のＳｉＯ２顆粒をバーナ火炎の中に流し込むことが提案されている。顆粒は、有利には噴霧造粒または湿式造粒により、篩にかけられたダスト（Filterdust）から得られ、５μｍ〜３００μｍの範囲の粒径を有している。ガラス化の前に、顆粒を、マイクロ波照射を用いた処理によって加熱し、予備圧縮することができる。
【００１３】
与えられた顆粒粒子の焼結度は、その粒径および熱導入量に依存する。熱導入量は、バーナ火炎内における滞留時間および火炎温度により決定される。しかし、一般的に、顆粒はある程度の粒子径分布を有しており、バーナガス火炎は、互いに異なる流速および火炎温度を有する領域を有している。このことは、不均一な、再現性の低い焼結度をもたらす。さらに、石英ガラス粒子が燃焼ガスにより汚染（不純化）されるおそれが生じる。これに関連して、特に、水素含有の燃焼ガスの使用時のヒドロキシル基による負荷が挙げられ、このことは石英ガラスの比較的低い粘度を招く。
【００１４】
欧州特許出願公開第１０８８７８９号明細書には、多孔質のＳｉＯ２顆粒をガラス化するために、合成された顆粒を、まず、ロータリキルン内でＨＣｌ含有の雰囲気中で加熱することによって精製し、続いて流動床でか焼し、次いで垂直流動床機器または坩堝内で真空またはヘリウムまたは水素下でガラス化して、合成された石英ガラス粒状物を得ることが提案されている。
【００１５】
この方法は、断続的なガラス化法であり、炉の大きな熱慣性およびその結果の長いプロセス期間を伴い、それに応じて長い時間および大きなコストが費やされ、処理量は少なく、結果として顆粒は比較的高価になる。
【００１６】
特開平１０−２８７４１６号公報による類似の方法では、１０μｍ〜１０００μｍの範囲の直径を有する粒子状のＳｉＯ２ゲルが連続的にロータリキルン内で圧縮される。ロータリキルンは、２ｍの長さおよび２００ｍｍの内径を有する、石英ガラス製の回転管を有している。この回転管はヒーターによって外側から加熱され、かつ５０℃〜１１００℃の温度範囲をカバーする複数の温度ゾーンに分割されている。１００μｍ〜５００μｍの間の粒径を有する粒子状のＳｉＯ２ゲルは、８回転／分で回転する回転管内で、酸素含有ガスの供給により有機成分を取り除かれ、焼結されてＳｉＯ２粉末となる。焼結時の炉の雰囲気は、酸素および任意にアルゴン、窒素またはヘリウムを含有する。
【００１７】
これにより得られたＳｉＯ２粉末は、未だにシラノール基を、１０００質量ｐｐｍを下らない高い濃度で含んでいる。シラノール基を除去するために、ＳｉＯ２粉末は、次いで１３００℃の比較的高い温度で、５５０ｍｍの内径を有する石英ガラス坩堝内で、１３０ｋｇの装填量でか焼され、緻密に焼結される。
【００１８】
石英ガラスから成る回転管の熱安定性は、顆粒粒子をガラス化するための高い温度での回転管の使用を制限する。しかし、石英ガラス坩堝におけるガラス化時に、焼結された顆粒粒子の焼付きが生じることがあり、このことは定義不能な孔を有する石英ガラス材料をもたらす。
【００１９】
国際公開第８８／０３９１４号は、ロータリキルンを使用しながら、ヘリウムおよび／または水素を含む雰囲気中でアモルファスの多孔質のＳｉＯ２粉末のＢＥＴ表面積を減少することを教示している。第１の方法形式では、微細なＳｉＯ２スート塵をロータリキルンに入れ、空気中で１２００℃にまで加熱し、この温度で１時間保持する。このプロセスの結果、０．１ｍｍ〜５ｍｍの粒径と、１ｍ２／ｇよりも小さなＢＥＴ表面積とを有する流動性の球形の顆粒が得られることが望ましい。しかし、スート塵は、流動性ではなく、極端に焼結活性であり、簡単に吹き飛ばされる。ロータリキルン内でのスート煤塵の加工は、したがって極めて問題が多い。この方法態様の変化形では、ＳｉＯ２スート塵を水と混合することが提案され、これにより湿分の多い脆い質量体が得られる。この質量体が、ロータリキルン内に入れられ、６００℃の温度で圧縮されて、０．１ｍｍ〜３ｍｍの粒径を有する粉末を形成する。このように予備圧縮されたＳｉＯ２粉末は、次いで別個の炉内でガラス化される。
【００２０】
独国特許登録第１０２００４０３８６０２号から、ランプおよび半導体製造において使用するための、電気溶融された合成石英ガラスの製造方法が公知である。電気溶融された石英ガラスのための原材料として、熱により圧縮されるＳｉＯ２顆粒が使用される。顆粒は、アモルファスのナノスケールの、ＳｉＣｌ４から火炎加水分解により得られた熱分解法により製造したＳｉＯ２粒子から成る水性懸濁液の造粒処理により形成される。
【００２１】
粘性を高めるために、水性懸濁液に熱分解法により製造したＡｌ２Ｏ３または可溶性のアルミニウム塩から成るナノ粒子が添加されることによって、ＳｉＯ２顆粒にＡｌ２Ｏ３がドープされる。
【００２２】
１６０μｍ〜１０００μｍの範囲の外径を有する丸い顆粒の粒が得られる。顆粒は約４００℃でロータリキルン内で乾燥され、約１４２０℃の温度で圧縮されて、約３ｍ２／ｇのＢＥＴ表面積になる。
【００２３】
完全にガラス化するために、顆粒の個別の粒は、次いでヘリウム、水素または真空のような種々の雰囲気で完全にガラス化される。顆粒のガラス化の際の加熱経過は、５℃／分の昇温速度での１４００℃までの加熱と、１２０分の保持時間とをそれぞれ有する。この処理の後、個別の顆粒の粒は、ガラス化している。粒は、個別に存在し、この場合に溶融して質量体を形成することはない。
【００２４】
顆粒は、電気溶融プロセスにおいて石英ガラスへと更に加工され、たとえば坩堝内で溶融されて成形体を形成するか、坩堝引抜き法により連続的に引き抜かれてストランドを形成する。
【００２５】
この場合も、ガラス化は別個の炉内で行われるので、この方法も、コストのかかる複数の加熱プロセスを有する断続的な方法である。
【００２６】
米国特許第４２２５４４３号明細書は、フィルタ用のガラス粒子を製造するためのロータリキルンの使用を記載している。１００μｍの粒径を有する微細に粉砕されたガラス粉末が水およびバインダと混合され、そして３００μｍ〜４．５ｍｍの粒径を有する顆粒−微粒子へと加工される。これらの微粒子は、ムライト製の回転管を有するロータリキルン内で焼結されて、５００μｍ〜４０００μｍの大きさを有するほぼ球形のペレットを形成する。
【００２７】
石英ガラス成形体を形成するための石英ガラス粒状物の溶融
溶融坩堝−引抜き法におけるガスの封入に抗するために、独国特許出願公開第２５５０９２９号明細書には、溶融坩堝の内室に、ヘリウムおよび水素からなる雰囲気を維持することが提案されている。両方のガスは、石英ガラスに比較的迅速に拡散する。これらのガスは、より緩慢に拡散する別のガスを、粒状物の堆積物の、存在する中空室から予め押し出し、溶融坩堝−引抜き法の、プロセスに典型的な短い時間でも、粘性の石英ガラス溶融物から漏れ出ることができる。さらに水素は、石英ガラスにヒドロキシル基を形成しながら溶解することができる。これにより、気泡形成も、気泡成長も阻止することができる。
【００２８】
しかし、この措置にも拘わらず、石英ガラス成形体において気泡形成が生じ得ることが判った。このことは、ヘリウムまたは水素ガスの供給時に優先的な流路が顆粒の堆積物内に形成され、この通路は、局所的に比較的高いガス濃度をもたらし、堆積物の別の箇所では、ヘリウムまたは水素による存在するガスとの十分な交換のために不足していることに起因し得る。局所的に過剰に高いガス濃度も、局所的に不十分なガス交換も、気泡形成のために作用し得る。
【００２９】
技術的な課題設定
本発明の根底を成す課題は、多孔質のＳｉＯ２顆粒を起点として、緻密な合成された石英ガラス粒状物の製造を可能にし、該石英ガラス粒状物は、電気溶融プロセスにおける使用時に、有利な溶融挙動を示し、これによってできるだけ気泡を有しない石英ガラス成形体の再現可能な製造を可能にし、しかも特に連続的な溶融プロセスにおいても可能にすることにある。
【００３０】
本発明の概要
この課題は、冒頭で述べた形式の方法を起点として、本発明に係る方法により解決される。この場合、ヘリウムが封入された粒状物粒子から成る合成された石英ガラス粒状物を使用し、該粒状物粒子の提供は以下の方法ステップを含む。
ａ）多孔質の顆粒粒子から成るＳｉＯ２顆粒を形成しながら、熱分解法により製造したケイ酸を造粒処理し、
ｂ）少なくとも部分的にセラミックス材料から成る回転管を有するロータリキリン内で、少なくとも３０体積％のヘリウムを含む処理ガス中において、封入されたヘリウムを有する粒状物粒子を形成しながら、ＳｉＯ２顆粒をガラス化する。
【００３１】
本発明に係る方法では、既に多孔質のＳｉＯ２粒子をガラス化して、ヘリウムを含有する緻密な石英ガラス粒状物を形成する際に既に、溶融によって十分に気泡のない成形体へと有利に加工するための重要な前提条件が達成される。
【００３２】
ＳｉＯ２顆粒は、熱分解法により製造したケイ酸（以下ではＳｉＯ２スート塵とも呼ぶ）が通常の造粒法により予備圧縮されることにより得られる。造粒処理は、先行技術から公知のように回転管を使用しながら行われる。いずれの場合も多孔質のＳｉＯ２顆粒が得られる。このＳｉＯ２顆粒は、中心軸線を中心として回転する加熱された回転管を有するロータリキルン内でガラス化される。回転管は、炉の長手方向で僅かに傾斜しており、これにより、入口側から出口側への顆粒の搬送が生じる。この場合、高い温度と、該高い温度に関連する材料負荷のために、以下で詳細に説明される特別な要求が生じる。
【００３３】
回転管の長さにわたって見て、ガラス化時に、石英ガラスの軟化温度よりも高い、つまり１１５０℃よりも高い温度最大値を有する温度プロフィールが生じる。この高い温度を回転管の変形無しに可能にするためには、回転管の、少なくとも最も強く熱によって負荷される領域は、ドープされていない石英ガラスよりも高い軟化温度を有する耐熱性のセラミックスから成っている。
【００３４】
回転管は、一体に、つまりワンピースに形成されているか、または複数の部分から成っており、回転管の壁は、少なくとも最大の温度負荷にさらされる部分長さにわたって、耐熱性のセラミックスから成っている。回転管は、内側ライニングを有していてよい。場合によっては金属製のフレームを除いて、回転管は最も簡単な場合には完全にセラミックスから成っている。
【００３５】
顆粒粒子は、回転管内で、ガラス化のために十分である温度にまで加熱される。これによりガラス化後に得られる石英ガラス粒子は、１ｍ２／ｇよりも小さな比表面積を有している。この比表面積は、「ＤＩＮ  ＩＳＯ９２７７−２００３年５月；Ｂｅｓｔｉｍｍｕｎｇ  ｄｅｒ  ｓｐｅｚｉｆｉｓｃｈｅｎ  Ｏｂｅｒｆｌａｅｃｈｅ  ｖｏｎ  Ｆｅｓｔｓｔｏｆｆｅｎ  ｄｕｒｃｈ  Ｇａｓａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ  ｎａｃｈ  ｄｅｍ  ＢＥＴ−Ｖｅｒｆａｈｒｅｎ」により求められる。表面は緻密であり、粒子は透明であるか、または部分的に不透明であってよい。
【００３６】
多孔質のＳｉＯ２顆粒から成る堆積物のガラス化を回転管内で達成するために、別の前提条件は、ヘリウムを含む雰囲気である。十分なヘリウムを含む雰囲気のみが、ロータリキルンを用いたガラス化の条件下で起こり得るような比較的低い温度および／または短いガラス化時間において、多孔質の顆粒粒子の、気泡のない、または特に気泡の少ないガラス化を可能にする。場合によっては封入されるガスは、大部分（たとえば少なくとも９０体積％）がヘリウムから成っている。ヘリウムの代わりに水素も、気泡の少ないガラス化のために基本的には適している。しかし、ガラス化された石英ガラス粒子に水素を負荷することは、粒状物の後の溶融時に、ヘリウムを負荷した場合に生じるような、脱気および熱伝導の局所的な改善をもたらさない。ガラス化雰囲気における水素の割合は、無害である。
【００３７】
したがって、本発明によれば、回転管にガラス化時に処理ガスを注入するか、または回転管を処理ガスにより連続的にまたは間断的に洗浄し、この場合に、処理ガスは、少なくとも３０体積％がヘリウムから成っており、同時にできるだけ少ない窒素を含んでいるか、理想的には窒素を含んでいない。なぜならば、窒素の存在時にガラス化された顆粒粒子は、比較的に高い気泡含有量を有する傾向にあるからである。
【００３８】
回転管の通過時に、顆粒粒子は機械的な力にさらされている。機械的な力は、堆積物の重さおよび回転により形成される。ガラス化された粒状物の場合によっては生じる凝集はこの場合に再び解除される。
【００３９】
ロータリキルン内でのガラス化は、１つまたは複数の通流を含む。複数の通流が設けられている場合、温度は通流毎に高められる。複数の通流が設けられている場合、石英ガラス粒状物の比較的小さな気泡率が得られる。
【００４０】
ガラス化された石英ガラス粒状物は、直接に石英ガラス成形部品の製造のために溶融され得る。しかし、溶融技術に応じて、かつ石英ガラス成形体の気泡がないことに対して極めて高い要求が課されている場合には、得られた粒状物が視覚的に完全に透明に見えたとしても、ロータリキルン内での上述のガラス化手段だけでは十分ではない。なぜならば、石英ガラス粒状物は電気溶融法において堆積物としてさらに加工されるので、粒状物の、場合によっては存在するガス含有量自体のみに、気泡を形成するものとして注目するだけではなく、堆積物の石英ガラス粒子の間にもガスにも注目すべきだからである。通常、石英ガラス粒子の間のガスは、ヘリウムを用いた洗浄により追い出されるが、このことは優先的なガス流通路の形成により、ヘリウムによる不均一な負荷という上述の欠点を招く。
【００４１】
したがって、本発明は別の方法を提示する。電気溶融法のために設けられた石英ガラス粒状物を、該石英ガラス粒状物が幾らかのヘリウム含有量を冷却後にも保持しているように、回転管内でガラス化する。封入されたヘリウムは、続く電気溶融プロセスにおいて徐々に放出され、溶融プロセス時の高温により、その当初の体積の数倍にまで膨張し、これにより堆積物の石英ガラス粒子間に存在する不純物ガスを追い出す。この場合に重要なのは以下のことである。ヘリウムガスは良好な熱伝導性により優れている。したがって、僅かな量のヘリウムの一様かつ連続的な放出は、堆積物にわたる温度の均一化を生ぜしめるという別の有利な効果を有し、このことは、改善された均質な溶融物のために役立つ。
【００４２】
石英ガラス粒子からのヘリウム放出は、連続的にかつ一様に堆積物全体にわたって行われる。溶融容器内へのヘリウムの導入による堆積物の付加的な洗浄は省略され得るか、または洗浄のためのヘリウム量を、ヘリウムを含有しない粒状物を使用した場合に比べて減じることができる。
【００４３】
石英ガラス粒子からのヘリウムの放出は、最初に封入されていたヘリウム含有量が高ければ高いほど顕著になる。有利には、粒状物粒子内に封入されたヘリウムの体積割合は、少なくとも０．５ｃｍ３／ｋｇ、有利には１０ｃｍ３／ｋｇである。
【００４４】
ヘリウム下での上述のガラス化プロセスは、この石英ガラス粒状物へのヘリウムガスによる比較的に高い負荷を引き起こす。石英ガラス粒状物１ｋｇあたりのヘリウム含有量は、ヘリウムが通常条件（室温（２５℃）および大気圧）での脱気時に、少なくとも０．５ｃｍ３、有利には少なくとも１０ｃｍ３のガス体積を占めているようにされる。溶融時に、熱膨張によって、ヘリウムの、通常条件下でのガス体積の３倍または４倍のガス体積が生じる。ガス体積は、粒状物を軟化するまで加熱し、漏れ出したガスの種類およびガス比容を求めることによって求められる。
【００４５】
ガラス化された粒状物内のヘリウム含有量は、ロータリキルン雰囲気内のヘリウムの含有量により調節可能である。処理ガスが、本発明の方法ステップ（ｂ）によるガラス化時に、少なくとも５０％のヘリウム、有利には少なくとも９５％のヘリウムを含んでいると有利であることが判った。
【００４６】
ガラス化時にヘリウムを使用することにより、多孔質の顆粒粒子の完全なガラス化が比較的に低い温度かつ短い時間で達成される。さらに、ガラス化雰囲気における５０体積％よりも多いヘリウムの高い含有量により、ガラス化された粒状物の特に高い密度および低い気泡含有率が達成される。ガラス化雰囲気の残りの割合は、不活性ガスまたは窒素および／または酸素により形成されていてよく、この場合、最後に挙げた２種のガスの体積の割合は、３０体積％よりも少ないと有利である。
【００４７】
したがって、このようにガラス化された石英ガラス粒状物は、製造条件に基づいてヘリウムを含んでいる。石英ガラス粒状物に封入されたヘリウムに、拡散する時間をできるだけ僅かにしか与えないように、ガラス化後に冷却ができるだけ迅速に行われる。
【００４８】
ヘリウムで負荷された石英ガラス粒状物は、上述で説明した理由から、電気溶融プロセスにおいて有利な溶融挙動を、特に、厳しい溶融条件下、つまり短い溶融時間と大きな溶融質量において示す。これにより、垂直方向の坩堝引抜き法における粒状物の連続的な溶融時のように、溶融プロセスにおいて堆積物から残留ガスを除去するための時間は制限されており、特に溶融容器内での温度分布の再現性に対して特に高い要求が課される。
【００４９】
したがって、石英ガラス粒状物は、溶融容器が底部流出部を有する加熱された溶融型として実施されており、該底部流出部を通じて軟化された石英ガラス材料が連続的に石英ガラスストランドとして引き抜かれる用途のために使用される。
【００５０】
石英ガラス粒状物の、ヘリウムによる負荷容量と、溶融プロセス時の脱気の時間とは、石英ガラス粒子のサイズに依存する。石英ガラス粒子のサイズは、顆粒粒子の当初のサイズにより決定される。本願発明による方法では、顆粒粒子が１００μｍ〜２０００μｍ、有利には２００μｍ〜４００μｍの平均粒径を有している場合に特に良好な結果をもたらす。
【００５１】
１０００μｍよりも大きな平均粒径を有している顆粒粒子は、緩慢にしかガラス化することができない。特に微粒の石英ガラス粒状物は、回転管壁に焼付く傾向にある。
【００５２】
この作用を最小限にするために、１００μｍ未満の粒径を有するＳｉＯ２顆粒が、顆粒総質量の１０質量％未満の質量しか占めないように、ＳｉＯ２顆粒の割合を調節する。
【００５３】
顆粒粒子のできるだけ一様なガラス化およびヘリウムによるできるだけ均質な負荷のためには、ほぼ同一の粒径が有利である。これに関して、顆粒粒子が狭い粒子径分布を有していると有利であることが判った。この粒子径分布では、Ｄ９０値に対応する粒径が、Ｄ１０値に対応する粒径の最大で二倍の大きさである。狭い粒子径分布は、比較小さな嵩密度を示し、このことはガラス化時の凝集に抗して作用する。さらに、顆粒粒子の、理想的には単峰性の粒子径分布においては、堆積物内の場合によっては起こり得る分離のパラメーターとしての粒子間の質量差がなくなり、このことは堆積物のより一様なガラス化に必要である。
【００５４】
多孔質の顆粒粒子は、回転管内で、ガラス化を生ぜしめる温度にまで加熱される。１３００℃〜１６００℃の範囲の温度が有利であることが判った。１３００℃よりも低い温度では完全なガラス化のために長い処理時間が必要となる。有利には、温度は少なくとも１４５０℃である。１６００℃よりも高い温度では、回転管および炉が熱により過剰に負荷される。
【００５５】
回転管の回転による顆粒への機械的な負荷は、凝集形成のおそれを減じる。しかし、約１４００℃を超える高温では、石英ガラスの部分的な軟化が生じるので、小さな運動を有する領域において、回転管壁への付着が生じることがある。
【００５６】
このことを阻止するために、有利な方法の態様では、顆粒粒子を振動にさらす。
【００５７】
振動は、揺動、衝突または超音波により生ぜしめられてよい。振動は規則的にまたはパルス式に間断的に行われる。
【００５８】
高いガラス化温度は、バーナによって生ぜしめられてよい。バーナは、顆粒粒子に作用する。しかし、加熱が回転管を取り囲む抵抗加熱装置により行われる方法の態様が有利である。
【００５９】
上述のように、外部から回転管を通じて熱導入することは、温度安定性のセラミックスから成る態様を要求する。このような加熱形式により、顆粒粒子が機械的に（吹きつけにより）または化学的に（汚染物質によって）燃焼ガスから影響を受けることは阻止される。
【００６０】
回転管の材料として、同時に石英ガラスの粘性を高める物質、有利にはＡｌ２Ｏ３、ＺｒＯ２またはＳｉ３Ｎ４が考慮されると有利である。
【００６１】
この場合、これらの材料は、石英ガラスの粘性を高め、ひいては石英ガラス構成部材の熱安定性の改善に寄与するドーパントを含んでいるという付加的な特性を有している。ドーパントを含まないか、またはドーパントを十分な濃度で含んでいない多孔質の顆粒粒子は、回転管内で連続的に加熱され、その際に転がされる。ドーパントを含む内壁との接触により、微細な摩滅が生じる。この摩滅は、顆粒粒子への所望のドーピングをもたらすか、またはドーピングのために寄与する。ドーパントは、石英ガラス内で通常は酸化物として存在する。したがって、本発明に係る方法の本態様の中心となる考えは、多孔質のＳｉＯ２顆粒粒子の完全なガラス化を、ロータリキルン内で高温で実施し、このことは、ガラス化時の適切な雰囲気によって、かつ回転管のための、同時に摩滅による石英ガラス粒状物のためのドーパント源として働く耐熱性の材料によって可能にされることにある。この方法は、ＳｉＯ２顆粒粒子の連続的なガラス化を可能にし、同時に粘性を高めるドーパントによる均質な負荷を可能にする。
【００６２】
この文脈において適切なドーパントとして、特にＡｌ２Ｏ３および（Ｓｉ３Ｎ４の形態の）窒素が考慮される。これらのドーパントの十分な導入のためには、回転管の内壁が少なくとも高い負荷にさらされる領域で、少なくとも９０質量％、有利には少なくとも９９質量％だけ該当する物質から成っていると有利である。
【００６３】
特にＡｌ２Ｏ３は、高い温度耐性と、良好な温度変化耐性と、耐腐食性とにより優れている。最も簡単な場合、回転管の内壁全体がＡｌ２Ｏ３から成っている。別の場合には、回転管の、最も高い温度負荷に曝されている部分がＡｌ２Ｏ３から成っている。
【００６４】
高温では、顆粒粒子およびガラス化された石英ガラス粒子は、回転管の内壁の材料の摩滅により汚染され得る。僅かなアルカリ含有量でも、石英ガラスの失透傾向は大幅に高められる。したがって、回転管の内壁の物質が、０．５％未満のアルカリ含有量を有していると有利である。
【００６５】
石英ガラス粒子にＡｌ２Ｏ３をドープするために、回転管が合成されたＡｌ２Ｏ３から成っていると、汚染物質による上記汚染に抗することができる。
【００６６】
９９質量％よりも高い純度を有する合成されたＡｌ２Ｏ３は、「Ａｌｓｉｎｔ」の商品名で公知である。材料コストを減じるために、この合成材料は、回転管の薄い内側ライニングの領域に制限されていてよい。
【００６７】
Ａｌ２Ｏ３含有の回転管の使用時に、簡単な形式で、１質量ｐｐｍ〜２０質量ｐｐｍの範囲で、石英ガラス粒のＡｌ２Ｏ３によるドープが生ぜしめられてよい。
【００６８】
これに対して択一的には回転管内壁はＺｒＯ２またはＴｉＯ２から成っている。
【００６９】
これらの材料は、ＳｉＯ２顆粒のガラス化のための十分に高い溶融温度により優れている（ＺｒＯ２：約２７００℃、ＴｉＯ２：約１８５５℃）。これらの材料は、小さな濃度では、たとえば半導体製造のような多くの用途に対して、汚染物質としては無害である。
【００７０】
再現可能かつ経済的な製造方法に関して、ＳｉＯ２顆粒は、ガラス化前に、ハロゲン含有雰囲気中での加熱による精製をうける。この場合、ＳｉＯ２顆粒の精製は、第２のロータリキルン内で行われる。
【００７１】
この方法の態様では、顆粒製造に続く熱的な高温処理ステップ、つまり精製およびガラス化が、それぞれ１つのロータリキルン内で行われる。これにより十分に連続的な製造プロセスが達成され、炉システムの交換が阻止される。このことは互いに連続する処理ステップの時間的な調整と空間的な適合を容易にし、顆粒の通流時間の短縮化に寄与する。
【００７２】
ロータリキルンは、各処理ステップの特有の要求に適合されている。この場合、ロータリキルンは、複数の互いに遮断された複数の処理空間へと分割されている。特に、既に十分に乾燥した顆粒の場合、最終乾燥および精製は同一の方法ステップにおいて１つの精製炉内で行われる。しかし理想的な場合には、各処理ステップ、つまり乾燥、精製およびガラス化の各処理ステップのために、固有のロータリキルンが設けられている。これにより、処理時間、処理温度および処理雰囲気をそれぞれ互いに独立して各プロセスに合わせて最適化することができ、このことは品質を改善された最終製品をもたらす。これにより、たとえば、乾燥から精製への移行時に、かつ精製からガラス化への移行時に、先行するプロセスの余熱がその都度利用され得る。
【００７３】
互いに異なる材料からなる複数の回転管が設けられている場合、これらの回転管は突き当て式に互いに隣接しているが、有利にはこれらの材料は幾らかの遊びを有して、互いに内外に係合している。これにより、各材料の互いに異なる熱膨張係数に基づく問題を阻止することができる。
【００７４】
ロータリキルンの互いに異なるゾーンにおける雰囲気を十分に互いに独立して調節することができるように、ロータリキルンの隣り合う複数のゾーンは、流体的に互いにある程度分離されており、このためには有利には複数の開口を有する分離ディスクまたはラビリンストラップにより分割されている。
【００７５】
回転管内での精製は、塩素含有の雰囲気で、９００℃〜１２５０℃の範囲の温度で行われる。塩素含有の雰囲気は、特にＳｉＯ２顆粒からのアルカリおよび鉄汚染物質の減少を生ぜしめる。９００℃よりも低い温度では、長い処理時間が生じ、１２５０℃よりも高い温度では、塩素またはガス状の塩素化合物を含めて多孔質の顆粒の緻密焼結（Dichtsintern）の恐れが生じる。
【００７６】
十分に連続的な方法形式では、ＳｉＯ２顆粒の乾燥および精製のために、唯１つのロータリキルンが使用される。この場合、このロータリキルンは、中心軸線の方向で見て、乾燥ゾーンと精製ゾーンとを含む複数のゾーンに分割されている。
【００７７】
複数のゾーンへの分割は、有利にはやはり開口を備える分離ディスクまたはラビリンストラップにより行われる。乾燥ゾーンおよび精製ゾーンの領域では、回転管の内壁が有利には石英ガラスから成っており、顆粒の汚染を阻止することができる。
【００７８】
複数のプロセスステップ、たとえば乾燥／精製または精製／ガラス化のプロセスステップが１つの共通のロータリキルン内で経過する場合、複数のゾーンはそれぞれ、固有の加熱装置を有していて良い。良好なエネルギ利用に関して、精製およびガラス化のための回転管は、回転管を取り囲む抵抗加熱装置を用いてそれぞれ加熱される。
【００７９】
顆粒の乾燥は、有利には空気中で２００℃〜６００℃の範囲の温度の加熱により行われる。
【００８０】
この方法形式では、顆粒の乾燥のために、別個の乾燥炉が設けられており、この乾燥炉は、有利にはロータリキルンとして形成されている。温度は、一定であるか、または乾燥が進行するにつれて高められる。２００℃よりも低い温度は、長い乾燥時間をもたらす。６００℃よりも高い温度は、封入されたガスの迅速な進出をもたらし、このことは顆粒の破壊をもたらし得る。
【００８１】
ガラス化された石英ガラス粒子は、遠心法（Schleuderverfahren）において製造される、不透明な石英ガラスから成る管のような、不透明なまたは透明な石英ガラスから成る構成部材を製造するために使用可能である。石英ガラス粒子自体は、粒子状の出発材料として、いわゆるベルヌーイ法において石英ガラスシリンダを製造するために、またはアークまたはプラズマを用いて石英ガラス坩堝を製造するために、加工されかつ溶融され得る。これらの方法形式では、石英ガラス粒子は急激に焼結されるので、封入されたヘリウムガスの脱気のためには僅かな時間しか残っていない。ガラス化された粒子内に封入されたガスは、この場合、気泡を形成するので、不都合である。本発明によれば、石英ガラス粒子は、比較的高いヘリウム含有量のために、上述のように電気的に加熱された溶融容器内での溶融により使用される。溶融容器は、封入されたヘリウムガスが漏れ出し、ある程度の期間にわたってその溶融促進効果を発揮することができる内室を提供する。
【００８２】
以下に、本発明を実施例と図面につき詳しく説明する。
【図面の簡単な説明】
【００８３】
【図１】本発明に係る方法によるガラス化ステップおよび後処理ステップを実施するロータリキルンの側面図である。
【図２】ロータリキルンの長さにわたる温度プロフィールを示す図である。
【図３】本発明により石英ガラスから成るストランドを引き抜くための坩堝溶融装置を示す図である。
【００８４】
図１は、キャスタ２に支持されたロータリキルン（回転窯）１を示している。ロータリキルン１は、主にＳｉＣから成るフレーム５を有しており、該フレーム５内には、合成されたＡｌ２Ｏ３（商品名、Ａｌｓｉｎｔ）から成る、１５０ｍｍの内径と１．８ｍの長さとを有する回転管６が位置固定されている。回転管６は、中心軸線７を中心として回転可能であり、外周面に設けられた抵抗加熱装置８により加熱可能である。
【００８５】
ロータリキルン１は、長手方向７で水平線に対して僅かに傾斜されており、これにより、多孔質のＳｉＯ２顆粒９から成る堆積物の、ロータリキルン１の入口側３から取出し側１０への搬送をもたらすことができる。開放した入口側３は、回動固定された入口ケーシング４により閉じられている。この入口ケーシング４は、多孔質のＳｉＯ２顆粒９の供給のための入口１６と、ヘリウムおよび別の処理ガスの供給のための別の入口（図示せず）とを備えている。
【００８６】
回転管６の開放した取出し側１０は、同様に回動固定された取出しケーシング１１により閉じられている。取出しケーシング１１は、ガラス化された石英ガラス粒状物の取り出しのための出口１７を備えており、該出口１７を介してガスもロータリキルン１から流出することができる。ガスを吸い込むために、吸込み管片１８が設けられている。該吸込み管片１８は、ロータリキルン１の上側の領域に配置されている。さらに、取出しケーシング１１には、ガス流入管片１９が設けられている。ガス流入管片１９により、ガス、たとえばアルゴンが、回転管６内に導入され得る。
【００８７】
以下に本発明に係る方法を実施例につき詳しく説明する。
【００８８】
ＳｉＯ２顆粒の製造、乾燥および精製
実施例Ａ
顆粒は、熱分解法ケイ酸（ナノスケールのＳｉＯ２粉末、ＳｉＯ２スート塵）および完全脱塩水（精製水）から成る６０質量％の残留湿分を含むスラリをインテンシブミキサ内で造粒処理することにより製造される。造粒処理後は、残留湿分は２０質量％未満である。顆粒は、３ｍｍ未満の粒径に篩分けされて取り出される。
【００８９】
ロータリキルン内において空気中で４００℃で乾燥させることにより（処理量２０ｋｇ／ｈ）、残留湿分を１％未満に低下させる。１００μｍ〜７５０μｍの分級物への篩分けが行われる。つまり、１００μｍ未満の粒径を有する微細な部分は取り除かれる。
【００９０】
次いで、精製およびさらなる乾燥が、ＨＣｌ含有雰囲気中でロータリキルン内で１０４０℃の最高温度にて行われる（処理量：１０ｋｇ／ｈ）。この場合、比表面積（ＢＥＴ）が約５０％だけ減じられる。
【００９１】
高い純度を有する、ドープされていない合成石英ガラスから成るＳｉＯ２顆粒が得られた。ＳｉＯ２顆粒は、主に、２００μｍのＤ１０値、４００μｍのＤ９０値および３００μｍの平均粒径（Ｄ５０値）を有する粒子径分布を有する多孔質の球面状の粒子から成っている。
【００９２】
実施例Ｂ
顆粒は、高速造粒処理により、熱分解法ケイ酸（ナノスケールのＳｉＯ２粉末、ＳｉＯ２スート塵）および完全脱塩水とから、インテンシブミキサ内で製造された。このためには、完全脱塩水をインテンシブミキサ内に入れ、残留湿分が約２３質量％となり、顆粒が製造されるまで、混合しながら熱分解法ケイ酸を供給する。顆粒は、２ｍｍ以下の粒径に篩分けされて取り出される。大きな粒子は、前もってローラ粉砕機の使用により破砕されてよく、これにより、収量を高めることができる。
【００９３】
ロータリキルン内において空気中で３５０℃で乾燥させることにより、残留湿分は１％未満に低下される（処理量１５ｋｇ／ｈ）。１００μｍ未満の粒径を有する微細な部分は取り除かれた。これ以外は、さらなる篩分けは不要である。
【００９４】
次いで、精製およびさらなる乾燥が、ＨＣｌ含有雰囲気中でロータリキルン内で１０５０℃〜１１５０℃の温度で行われる（処理量１０ｋｇ／ｈ）。化学的な不純物の合計は、高温塩素処理時に、原材料の不純物の１／１０に減じられる（つまり１０ｐｐｍよりも少なくされる）。
【００９５】
顆粒は、主に、３００μｍのＤ１０値、４５０μｍのＤ９０値、３５０μｍの平均粒径（Ｄ５０値）を有する粒子径分布を有する多孔質の粒子から成っている。
【００９６】
顆粒のガラス化
回転軸線７を中心として、８回転／分の回転速度で回転する回転管６に、１５ｋｇ／時の供給速度で連続的に、ドープされていない多孔質のＳｉＯ２顆粒９が供給される。
【００９７】
回転管６は、長手方向７で、顆粒粒子９の特殊なシュート角度で傾斜されているので、その長さにわたって、顆粒堆積物の一様な厚さが生じる。一様な堆積物厚さは、ヘリウムの一様な作用をもたらし、均質なガラス化を容易にする。図１に入口ケーシング４に図示された堆積物は、変位可能なシュート角度を示している。これは、簡略化された概略図である。
【００９８】
回転管６の内室１３には、ヘリウムが注入されている。雰囲気のヘリウム含有量は、約９０体積％である。顆粒堆積物は、連続的に転がされ、この場合、抵抗加熱装置８により回転管６内で加熱され、徐々にガラス化されて石英ガラス粒子１５となる。おおよそ回転管６の後方の三分の一の直前での最高温度は、約１４６０℃である。Ａｌ２Ｏ３から成る回転管６は、この温度に難なく耐えることができる。
【００９９】
回転管６が出口ケーシング１１の近傍まで加熱されているので、温度は最大値から出口ケーシング１１にまで迅速に降下する。出口ケーシング１１では、ガラス化された粒状物１５の平均的な表面温度は５００℃よりも幾らか高い。
【０１００】
これまで理想的であると考えられてきた、回転管６の長さにわたる軸方向での温度プロフィールが図２のグラフに概略的に示されている。Ｙ軸には、顆粒堆積物９の表面の温度Ｔ（パイロメータにより測定）が、回転管６の軸方向位置に関して記載されている。顆粒の供給の直後には、顆粒の表面は約５００℃の温度で、３０分の間、乾燥され、その後に徐々に上昇する温度で１０００℃〜１３００℃で熱により予備圧縮される。この場合、同時に、多孔質の顆粒内に存在するガスとヘリウムとの交換が行われる。この圧縮およびガス交換過程は、約６０分間、続く。次いで、顆粒堆積物９は、完全にガラス化されるまで加熱され、この場合に１４６０℃の最高温度に達する。それまでのロータリキルン６内における平均滞留時間は約３時間である。
【０１０１】
このプロセス段階において、ガラス化された石英ガラス粒子のヘリウム含有量は比較的に高い。次いで、ガラス化され、ヘリウムにより高負荷された石英ガラス粒子１５の迅速な冷却が行われるので、ヘリウムが石英ガラス粒状物から拡散する少ない機会しか有しないことによって、脱気は十分に阻止される。ガラス化プロセスの終了後に、理論的には放出可能なヘリウムガスのガス体積は、石英ガラス粒状物ｋｇ当たりで約３ｃｍ３である（ガス体積は、２５℃で大気圧を基準とする）。
【０１０２】
上述のプロセスパラメータは、ロータリキルン１内の顆粒９の滞留時間ならびにガラス化ゾーン１３のヘリウム雰囲気と関連して、連続気泡性が十分に消失することにつながる。表面は緻密である。石英ガラス粒子１５は、この方法段階における取出し時に、視覚上は完全に透明である。
【０１０３】
凝集が生じると、運動する顆粒堆積物９内の機械的な負荷により、または回転管６の振動により、この凝集は再び解除される。
【０１０４】
同時に、顆粒粒子９の表面および顆粒粒子９の孔に到達する、Ａｌ２Ｏ３の一様の摩滅が生じる。これにより形成された、ガラス化された石英ガラス粒子は、１５質量ｐｐｍのＡｌ２Ｏ３による均質なドーパントを有している。回転管６の内壁への付着は、十分に阻止される。
【０１０５】
完全にガラス化され均質にドープされた石英ガラス粒子は、２．０ｇ／ｃｍ３よりも大きな密度と、１ｍ２／ｇ未満のＢＥＴ表面積を有しており、比較的高いヘリウム含有量を有している。石英ガラス粒状物は、排出ケーシング１１および出口管片１７を介して連続的に取り出される。
【０１０６】
坩堝からの石英ガラス管の引抜き
このように形成され、ヘリウムで負荷され、均質にＡｌ２Ｏ３をドープされた石英ガラス粒状物は、石英ガラス管を製造するために垂直方向の坩堝引抜き法において使用される。
【０１０７】
図３に概略的に示した引抜き炉１は、タングステンから成る溶融坩堝３１を有している。溶融坩堝内には、上方から供給管片３２を介して連続的にガラス化された石英ガラス粒状物１５が充填される。
【０１０８】
溶融坩堝３１は、水冷された炉ジャケット３６によって、保護ガスで洗浄された保護ガス室４０を介在して取り囲まれている。保護ガス室４０内には、酸化絶縁材料から成る多孔質の絶縁層３８と、ＳｉＯ２粒状物１５を加熱するための抵抗加熱装置４３とが収容されている。保護ガス室４０は、下方に向かって開いていて、その他は底部プレート４５およびカバープレート４６によって外部に向かって密閉されている。溶融坩堝３１は、坩堝内室４７を取り囲んでいる。坩堝内室４７は、同様に周囲に対してカバー４８およびシールエレメント４９によりシールされている。
【０１０９】
坩堝内室ガスのための流入部５２および流出部５１がカバー４８を貫通している。この場合、坩堝内室ガスは、９０体積％の水素と１０体積％のヘリウムから成るガス混合物である。保護ガス室４０には、上側領域において、純粋な水素のためのガス流入部５３が設けられている。
【０１１０】
溶融坩堝３１のための底部領域には、タングステンから成る引抜きノズル３４が位置している。引抜きノズル３４は、引抜きノズル外側部分３７およびマンドレル３９から成っている。引抜きノズル３４のマンドレル３９は、タングステンから成る保持管４１に結合されている。保持管４１は、坩堝内室４７を通じて延びており、上側のカバー４８を超えて坩堝内室４７から導出されている。マンドレル３９の保持の他に、保持管４１は、管ストランド３５の内孔５４内で所定の吹込み圧を調節するためのプロセスガスの供給部としても働く。
【０１１１】
軟らかい石英ガラス材料５７は、マンドレル３９と引抜きノズル外側部分３７との間の流れ通路５４を介してノズル流出部５５に到達し、かつ１９０ｍｍの内径と２１０ｍｍの外径とを有する管ストランド３５として垂直方向で下方に、引抜き軸線の方向５６に引き抜かれる。
【０１１２】
石英ガラス材料５７の質量（重さ）は、ノズル流出部５５の領域において、流体静力学的な圧力を生ぜしめる。これにより軟化された石英ガラス材料５７は、環状ギャップを約２８ｋｇ／時の貫流速度で通過する。
【０１１３】
上から下に向かう溶融坩堝１の通過時に、石英ガラス粒状物は、封入されたヘリウムを放出するので、このヘリウムは、石英ガラス粒状物１５の堆積物の内部に一様に分配され、堆積物内に存在している空気を追い出し、かつその良好な熱伝導性により均質かつ一様な加熱に寄与する。
【０１１４】
引き抜かれた石英ガラス管は、気泡、封入物およびシュリーレン（光学的なむら）に関して光学的に検査された。結果は表１において、実施例Ａの試料Ａにつき纏められている。比較試料Ｃでは、ヘリウムを有しない同一の粒径の標準的な石英ガラス粒状物が使用され、試料Ａについて上記で説明したのと同様に加工されている。試料Ｂでは、標準的な石英ガラスおよびへリウムを有する石英ガラス粒状物を５０：５０の割合で予め均一に混合した。
【０１１５】
2015520095.tif 000003
【０１１６】
気泡、シュリーレンおよび封入物の発生に関する品質は、表１に量的に評価されている。この場合、以下の品質評価の記号が使用されている。
”＋＋”極めて良好
”＋”良好
”０”許容可能
”−”不良
【図１−２】
2015520095.tif 000004
【図３】
2015520095.tif 000005
【手続補正書】
【提出日】平成26年12月10日(2014.12.10)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
合成された石英ガラス粒状物（１５）を提供して、電気的に加熱された溶融容器（３１）内で軟化された石英ガラス材料（５７）を形成しながら加熱し、軟化された前記石英ガラス材料（５７）を成形体へと成形する、電気溶融された合成石英ガラスから成形体を製造する方法において、
ヘリウムが封入された粒状物粒子から成る合成された石英ガラス粒状物（１５）を使用しており、該粒状物粒子の提供が、以下の方法ステップを含む、すなわち
ａ）多孔質の顆粒粒子（９）から成るＳｉＯ２顆粒を形成しながら、熱分解法により製造したケイ酸を造粒処理するステップと、
ｂ）少なくとも部分的にセラミックス材料から成る回転管（６）を備えたロータリキルン（１）内で、少なくとも３０体積％のヘリウムを含む処理ガス雰囲気中で、封入されたヘリウムを有する前記粒状物粒子を形成しながら、前記ＳｉＯ２粒子をガラス化するステップと
を含むことを特徴とする、電気溶融された合成石英ガラスから成形体を形成する方法。
【請求項２】
前記粒状物粒子に封入されたヘリウムは、少なくとも０．５ｃｍ３／ｋｇ、有利には少なくとも１０ｃｍ３／ｋｇの体積割合を占める、請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記処理ガスは、前記方法ステップ（ｂ）によるガラス化時に少なくとも５０％のヘリウム、有利には少なくとも９５％のヘリウムを有している、請求項１または２記載の方法。
【請求項４】
前記溶融容器（１）は、底部流出部（５５）を備えた加熱される溶融型として形成されており、前記底部流出部（５５）を通じて、前記軟化された石英ガラス材料（５７）を連続的に石英ガラスストランド（３５）として引き抜く、請求項１から３までのいずれか１項記載の方法。
【請求項５】
前記顆粒粒子（９）は、２０μｍ〜２０００μｍ、有利には１００μｍ〜４００μｍの平均粒径を有している（それぞれＤ５０値）、請求項１から４までのいずれか１項記載の方法。
【請求項６】
１００μｍ未満の粒径を有するＳｉＯ２顆粒が、顆粒総質量の１０質量％未満の質量を占めるように、ＳｉＯ２顆粒の割合を予め調節する、請求項１から５までのいずれか１項記載の方法。
【請求項７】
前記顆粒粒子（９）を前記ガラス化時に１３００℃〜１６００℃の範囲の温度にまで加熱する、請求項１から６までのいずれか１項記載の方法。
【請求項８】
前記顆粒粒子（９）または前記ガラス化された石英ガラス粒状物（１５）を振動にさらす、請求項１から７までのいずれか１項記載の方法。
【請求項９】
前記顆粒粒子（９）の加熱を、回転管（６）を取り囲む抵抗加熱装置（８）を用いて行う、請求項１から８までのいずれか１項記載の方法。
【請求項１０】
前記回転管（６）は、石英ガラスの粘度を同時に高める物質、有利にはＡｌ２Ｏ３、ＺｒＯ２またはＳｉ３Ｎ４から成っている、請求項１から９までのいずれか１項記載の方法。
【請求項１１】
前記物質は、０．５％未満のアルカリ含有量を有している、請求項１０記載の方法。
【請求項１２】
前記回転管内壁は、合成されたＡｌ２Ｏ３から成っている、請求項１０または１１記載の方法。
【請求項１３】
前記Ａｌ２Ｏ３含有の回転管（６）を使用しながら、石英ガラス粒状物（１５）にＡｌ２Ｏ３を１〜２０質量ｐｐｍの範囲でドープする、請求項１０から１２までのいずれか１項記載の方法。
【請求項１４】
ＳｉＯ２顆粒（９）を、前記ガラス化前にハロゲン含有雰囲気の加熱により精製し、前記ＳｉＯ２顆粒（９）の精製は、第２のロータリキルン内で行う、請求項１から１３までのいずれか１項記載の方法。
【請求項１５】
前記第２のロータリキルンを、前記ＳｉＯ２顆粒（９）の乾燥および精製のために使用し、該第２のロータリキルンは中心軸線（７）の方向で見て、乾燥ゾーンと精製ゾーンとを含む複数のゾーンに分割されており、隣接する前記ゾーンは、開口を備えた分離ディスクまたはラビリンストラップにより分割されている、請求項１４記載の方法。
【請求項１６】
前記精製を、回転管内で塩素含有の雰囲気中で、９００℃〜１２５０℃の範囲の温度で行う、請求項１４または１５記載の方法。
【国際調査報告】
2015520095.tif 000006
2015520095.tif 000007
2015520095.tif 000008
2015520095.tif 000009
2015520095.tif 000010
2015520095.tif 000011