(57)【要約】  石英ガラス粒状物の製造は、熱分解法ケイ酸の造粒処理と、ＳｉＯ２顆粒の形成と、ＳｉＯ２顆粒を、少なくとも３０体積％のヘリウムおよび／または水素を含有する処理ガスにおいてガラス化することを含む。このプロセスは、時間とコストがかかる。多孔質のＳｉＯ２顆粒を起点として、緻密な合成石英ガラス粒状物の廉価な製造を可能にする方法を提供するために、本発明によれば、ＳｉＯ２顆粒のガラス化を、ムライト含有のセラミックス製の回転管を備えたロータリキルン内で行うことが提案される。回転管の製造のために、ＳｉＯ２およびＡｌ２Ｏ３を少なくとも４５％のモル割合で有する原料粉末を、粉末溶射法により、ムライトを形成しながら得られる層を成形コアに被着し、成形コアを次いで取り除き、セラミックス製の回転管に、少なくとも３０体積％のヘリウムおよび／または水素を含む処理ガスを満たすか、または処理ガスで洗浄する。
2015516941.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱分解法ケイ酸の造粒処理により得られた多孔質の顆粒粒子（９）から成る流動性のＳｉＯ２顆粒をガラス化することによって合成石英ガラス粒状物を製造する方法であって、
前記ＳｉＯ２顆粒のガラス化を、ムライト含有のセラミックス製の回転管（６）を備えたロータリキルン（１）内で行い、該ムライト含有のセラミックス製の回転管（６）の製造のために、少なくとも７０％のモル割合を有するＳｉＯ２およびＡｌ２Ｏ３を含む原料末（１０３）を、粉末溶射法によって、成形コア（１０５）にムライトを含む層（１０８）を形成しながら被着させ、前記成形コア（１０５）を次いで取り除き、前記セラミックス製の回転管（６）を少なくとも３０体積％のヘリウムおよび／または水素を含む処理ガスで満たすか、該処理ガスで洗浄することを特徴とする、合成石英ガラス粒状物を製造する方法。
【請求項２】
前記セラミックス製の回転管（６）の製造のために使用される粉末溶射法が、プラズマ粉末溶射法である、請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記セラミックス製の回転管（６）を製造するための前記原料粉末（１０３）は、少なくとも７５ｍｏｌ％のＡｌ２Ｏ３を含み、ＳｉＯ２およびＡｌ２Ｏ３を合わせた含有量が、ムライト含有のセラミックス製の回転管（６）の少なくとも９５質量％、好適には少なくとも９８質量％を占める、請求項１または２記載の方法。
【請求項４】
セラミックス製のムライト含有の材料から成る回転管（６）を使用し、該材料は、０．５質量％未満、好適には０．１質量％未満のアルカリ含有量を有している、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】
前記原料粉末（１０３）の少なくとも一部は、合成されている、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】
２．５〜２．９ｇ／ｃｍ３の範囲の密度を有する、セラミックス製のムライト含有の材料から成る回転管（６）を使用する、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】
１０体積％未満、好適には５体積％未満の連続気泡率を有する、セラミックス製のムライト含有の材料から成る回転管（６）を使用する、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】
前記処理ガスは、少なくとも５０％、好適には少なくとも９５％のヘリウムおよび／または水素を含む、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）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８までのいずれか１項記載の方法。
【請求項１０】
前記顆粒粒子（９）を振動にさらす、請求項８記載の方法。
【請求項１１】
前記顆粒粒子（９）の加熱を、前記回転管（６）を取り囲む抵抗加熱装置（８）により行う、請求項８または９記載の方法。
【請求項１２】
前記ムライト含有の回転管（６）の使用により、石英ガラス粒状物に１〜１５質量ｐｐｍの範囲のＡｌ２Ｏ３のドーピングを行う、請求項１から１１までのいずれか１項記載の方法。
【請求項１３】
前記回転管（６）は、完全に前記ムライト含有のセラミックスから成っている、請求項１から１２までのいずれか１項記載の方法。
【請求項１４】
前記顆粒粒子（９）は、１００μｍ〜２０００μｍ、好適には２００μｍ〜４００μｍの平均粒径を有している（それぞれＤ５０値）、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】
前記顆粒粒子（９）は、狭い粒子径分布を有しており、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、請求項１から１４までのいずれか１項記載の方法。
【請求項１６】
前記ＳｉＯ２顆粒（９）は、ガラス化前に、ハロゲン含有の雰囲気中で加熱による精製をうけ、前記ＳｉＯ２顆粒の前記精製は、第２のロータリキルン内で行う、請求項１から１５までのいずれか１項記載の方法。
【請求項１７】
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、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し、隣接する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って分割されている、請求項１６記載の方法。
【請求項１８】
前記回転管内での精製を、塩素含有の雰囲気で９００℃〜１２５０℃の範囲の温度で行う、請求項１６または１７記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱分解法ケイ酸の造粒処理により得られる流動性のＳｉＯ２顆粒をガラス化することによって、合成石英ガラス粒状物を製造する方法に関する。
【０００２】
合成された、緻密な石英ガラス粒状物は、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坩堝、管、保持部、ベルジャー、反応器のような石英ガラス構成部材を製造するために使用可能である。純度および化学的な耐性の他に、このような製造プロセスではしばしば高い温度耐性が重要である。純粋な石英ガラスのための比較的低い軟化点として、文献には１１５０℃の温度値が記載されている。しかし、必要とされるプロセス温度は、しばしばより高くなるので、石英ガラス構成部材の組成変形が生じることがある。
【０００３】
先行技術
多孔質のＳｉＯ２顆粒は、顆粒粒子から成っている。この顆粒粒子は、たとえば、合成石英ガラスの製造時に重合、重縮合、沈殿またはＣＶＤ堆積法により発生するようなＳｉＯ２粒子の凝集体として得られる。小さな堆積厚さにより、このようなＳｉＯ２粒子の直接的な溶融は問題となるので、ＳｉＯ２粒子は通常、まずは造粒処理により予備圧縮される。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。
【０００４】
したがって、この場合に生じる直接的、機械的かつ場合によっては既に熱によって予備圧縮された粒子は、多数の一次粒子から構成され、本明細書では「ＳｉＯ２顆粒粒子」と呼ぶ。ＳｉＯ２顆粒粒子が、集合体として多孔質のＳｉＯ２顆粒を形成する。
【０００５】
基本的に、多孔質のＳｉＯ２顆粒をできるだけ気泡無しに圧縮するという課題がある。なぜならば、ＳｉＯ２顆粒を溶融して石英ガラスを形成する場合に、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、高い要求を課された用途のためには、多孔質の顆粒粒子から密な、ガラス化された石英ガラス粒子を生ぜしめることが必要である。先行技術では、この目的を達成するための多数の種々の技術が知られている。
【０００６】
欧州特許第１０７６０４３号明細書では、多孔質の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、好適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。
【０００７】
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複数の領域を有している。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。
【０００８】
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。
【０００９】
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。
【００１０】
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。
【００１１】
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。
【００１２】
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温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は、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。
【００１３】
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比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比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。
【００１４】
独国特許登録第１０２００４０３８６０２号から、ランプ製造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、熱により圧縮された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。
【００１５】
粘性を高めるために、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。
【００１６】
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、約３ｍ２／ｇのＢＥＴ比表面積になるまで圧縮される。
【００１７】
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プロフィールは、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、ガラス化されている。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。
【００１８】
顆粒は、電気溶融プロセスにおいて石英ガラスへとさらに加工され、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。
【００１９】
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。
【００２０】
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、３００μｍ〜４５００μｍ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。この場合、回転管の内部の温度は、約６７０℃に維持される。
【００２１】
この場合、ガラス粉末−顆粒を焼結するために、ムライト製の回転管が使用される。純粋なケイ酸塩鉱物ムライト（３Ａｌ２Ｏ３  ２ＳｉＯ２）は、従来の焼結技術では密に焼結することができない。したがって、技術的なムライトセラミックスの組成は、ムライトの他に別の鉱物相、特にコランダム（Ａｌ２Ｏ３）およびガラス（ＳｉＯ２）を含む。化学的な組成の変化により、ムライトセラミックスの特性は変更可能であり、特に焼結されたムライトセラミックスの密度は、ガラス相の含有量に著しく依存する。
【００２２】
このようなムライトセラミックスから成る回転管は、特定の使用時に、多数の汚染物質を放出し、この汚染物質は、高純度の石英ガラス粒状物において大抵は不都合であり、かつ多くの用途にとって有害である。
【００２３】
別の鉱物相の除去による汚染物質の低減は、簡単には可能ではない。なぜならば、ムライトセラミックスの特別な特性の１つは、約１２００℃までのそれ自体で高い温度耐性および温度変化耐性であるからである。しかし、高純度のムライト鉱物は、約１１００℃で相転移をうける。この相転移は、熱膨張係数の変更を伴い、組織の破壊をもたらす。
【００２４】
ＳｉＯ２顆粒のガラス化は、この温度を上回る温度を要求し、しかも石英ガラスの軟化温度の領域、つまり１１５０℃よりも高い温度を要求する。したがって、通常のムライトセラミックスから成る通常の回転管は、多孔質のＳｉＯ２顆粒のガラス化のためには容易に適しておらず、特に、高純度の石英ガラス粒状物の製造に関しては適していない。さらに、回転管内に、ムライトセラミックスの粗さにより、回転管内壁への付着が容易に生じ得る。
【００２５】
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顆粒を起点とした、高純度の密な合成石英ガラス粒状物の連続的かつ廉価な製造を可能にすることである。
【００２６】
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、本発明によれば、ＳｉＯ２顆粒のガラス化が、ムライト含有のセラミックス製の回転管を有するロータリキルン内で行われ、該回転管の製造のために、少なくとも７０％のモル割合でＳｉＯ２およびＡｌ２Ｏ３を含む原料粉末を粉末溶射法で、ムライトを含む相を形成しながら、成形コアに被着し、成形コアを次いで取り除き、セラミックス製の回転管を、少なくとも３０体積％のヘリウムおよび／または水素を含む処理ガスで満たすか、またはこの処理ガスで洗浄することにより、解決される。
【００２７】
ＳｉＯ２顆粒は、熱分解法ケイ酸（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得る。結果としていずれにせよ多孔質のＳｉＯ２顆粒が得られる。
【００２８】
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されており、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、特別な要求と回転管の材料が生じる。回転管の壁の少なくとも一部は、セラミックス製の、ムライトを含む材料から成っている。この混合セラミックスは、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している。
【００２９】
この際に、この回転管のための製造方法は、ガラス化プロセス時に品質に作用することが判った。本発明によれば、ＳｉＯ２およびＡｌ２Ｏ３を含む原料粉末は、粉末溶射法により、成形コアに層を被着させることによって加工される。プラズマ範囲の高温のために原料粉末が溶融し、凝固時に、原料粉末の組成に応じてコランダムおよび／またはガラスの割合を有するムライト状の組織が形成される。原料粉末は、純粋なＡｌ２Ｏ３粉末およびＳｉＯ２粉末の粉末混合物として提供されるか、または所定の組成を有する混合粉末として提供される。混合セラミックスの組織中のムライト割合は、できるだけ大きく、４５体積％、好適には６０体積％を下回らないことが望ましい。組織中のムライトの十分に高い割合のために重要なのは、Ａｌ２Ｏ３のモル割合であり、原料粉末において、（セラミックスの総モル含有量に関して）少なくとも７０％である。特に、純粋な粉末を起点とした場合、不都合な汚染物質の割合を簡単に最小限にすることができる。Ａｌ２Ｏ３およびＳｉＯ２以外に理想的には別の成分は含まれておらず、特にアルカリおよびアルカリ土類は含まれていない。
【００３０】
粉末射出法により形成された層は、互いに上下に体積された複数の層から成っている。重要なのは、その内壁が、成形コアと溶融流動性の材料との直接的な接触により形成されることである。このようにして得られたムライト含有の層の内壁は、成形コアの滑らかな表面を写し取る。
【００３１】
成形コアは、最も簡単な場合、金属から成っており、好適には部分的に管状であるので、成形コアは内側から冷却され得る。冷却時の比較的強い収縮により、成形コアは、簡単にムライト含有のセラミックス層から剥がれる。この層から、場合によってはその外壁の僅かな機械的な後処理後に、本発明に係る方法において使用するためのムライト含有のセラミックスから成る回転管が得られる。
【００３２】
製造に基づいて、このようにして得られた回転管は、高い純度および密度ならびに滑らかで緻密な内壁により優れている。これによって、規定通りの使用時には、ガラス化すべき顆粒への汚染物の導入および回転管の内壁への付着の恐れは最小限にされる。
【００３３】
回転管は、一体的に、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いてよい。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く、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。このことを回転管の変形なしに可能にするためには、回転管の、少なくとも熱的に最も高く負荷が与えられる領域が、温度耐性のムライト含有のセラミックスから成っている。回転管が、ムライト含有のセラミックスから成る内側ライニングを有していてよく、ムライト含有のセラミックスは、回転管の外側カバーも形成することもできる。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ムライト含有のセラミックスから成っている。
【００３４】
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。
【００３５】
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、ヘリウムまたは水素を含む雰囲気である。十分にヘリウムまたは水素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％）がヘリウムおよび／または水素から成っている。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％がヘリウムおよび／または水素から成っており、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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。比較的長い処理時間の結果、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。基本的には、熱処理の強度が、ガラス化された粒状物の密度を決定する。この強度は、処理温度、処理期間ならびに各処理雰囲気の全体により決定される。高温での処理時間が長いほど、かつ雰囲気中のヘリウムおよび水素の割合が大きいほど、粒状物は緻密になる。
【００３８】
このようにガラス化された石英ガラス粒状物は、熱処理の強度に応じて完全に透明かつ密であるか、または未だに幾らかの不透明性を示す。不透明さとは関係なく、１バッチの粒状物は、特に高い均質性により優れている。したがって全ての石英ガラス粒子はほぼ同一の性質を示している。ガラス化の程度、粒子中におけるドーパントおよびヒドロキシル基の分布、仮想温度のような特性の一様さは、回転管内での連続的な転がりにより全ての粒子がほぼ同一の処理強度で処理されていることに帰する。
【００３９】
石英ガラス粒状物は、直接に石英ガラスを製造するためにさらに加工され得る。石英ガラス粒状物が堆積物として溶融容器内において粘性の石英ガラス質量体へと溶融され、変形されて成形体を形成する電気溶融法、石英ガラス粒子がバーナ火炎内に分散されて、該火炎内で溶融し、支持体上で結晶化される、火炎溶融法（ベルヌーイ法）が適している。さらに、石英ガラス粒状物は、好適には、石英ガラス坩堝の内側層または外側層の溶融のために適している。
【００４０】
セラミックス製の回転管の製造に使用される粉末溶射法は、プラズマ粉末溶射法であると有利であることが判った。
【００４１】
プラズマ粉末溶射法は、高い溶融温度を保証し、高い溶融温度は、原料粉末粒子の完全な溶融と、堆積された管状の層の、特に緻密で滑らかな内壁とを保証する。この製造技術は、大きな内径を有する特に肉厚の管の製造も可能にする。この製造方法の詳細は、独国特許第３００１３７１号明細書に説明されている。この明細書は、本願明細書に管状のセラミックス層の製造時の適切な方法温度に関して、回転管を製造するために取り入れられる。
【００４２】
セラミックス製の回転管を製造するための原料粉末が、少なくとも７５ｍｏｌ％のＡｌ２Ｏ３を含んでおり、ＳｉＯ２およびＡｌ２Ｏ３を合わせた含有量が、ムライト含有のセラミックス製の回転管の少なくとも９５質量％、好適には少なくとも９８質量％を占めると有利であることが判った。
【００４３】
不都合な汚染はこれにより阻止される。このためには、上述のプラズマ粉末溶射法を用いたムライト含有のセラミックスの製造時に、バインダおよび別の焼結補助剤が完全に省略され得ることが寄与する。
【００４４】
このようにして、特に有利な方法態様では、０．５質量％、好適には０．１質量％未満のアルカリ含有量を有する、セラミックス製のムライト含有の材料から成る回転管を使用することが可能である。
【００４５】
ＳｉＯ２中においてアルカリは既に小さな量でも、石英ガラスの結晶傾向を大幅に高める。しがたって、回転管の壁を介したＳｉＯ２顆粒もしくはガラス化された石英ガラス粒状物へのアルカリおよびアルカリ土類元素の導入は不都合である。回転管のためのムライト含有のセラミックスは、したがって理想的にはアルカリを有していない。
【００４６】
これに関連して特に、原料粉末の少なくとも一部が合成されている本発明に係る方法の変化形が有利である。
【００４７】
この目的のために適した、合成されたＳｉＯ２粉末およびＡｌ２Ｏ３粉末は、市場で入手可能である。材料コストを減じるために、合成された材料が、回転管の薄い内側ライニングに制限されていてもよい。
【００４８】
２．５ｇ／ｃｍ３〜２．９ｇ／ｃｍ３の範囲の密度を有する、セラミックス製のムライト含有の材料から成る回転管が使用されると有利であることが判った。
【００４９】
回転管の内壁の摩滅により、表面は時間の経過毎に回転管壁のますます深い層により形成される。これにより、内壁の表面粗さが変化し得る。ムライト含有のセラミックスの密度が高いほど、つまり、多孔性が小さいほど、表面の粗さは、該表面がさらに内側に位置する壁領域により形成されるや否や、ますます小さくなる。
【００５０】
上述のプラズマ粉末溶射法は、高い均質性と、幾らかの多孔性を有する、セラミックス製のムライト含有の材料をもたらす。多孔性は、管の壁にわたって軸方向および半径方向で均等に分配されている。高い密度を形成するために、焼結プロセスが後続してもよい。上述の範囲の密度は、製造手間および硬度に関して最適化された妥協点をなす。
【００５１】
これに関して、１０体積％未満、好適には５体積％未満の連続気泡性を有する、セラミックス製のムライト含有の材料から成る回転管が使用されると有利であることが判った。
【００５２】
特に高い密度および石英ガラス粒状物の低い気泡含有量に関して、少なくとも５０体積％、好適には少なくとも９５体積％のヘリウムおよび／または水素を含む処理ガスがガラス化時に有利であることが判った。
【００５３】
このような雰囲気により、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および／または水素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量が達成される。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％未満であると有利である。
【００５４】
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。
【００５５】
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。好適には、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、石英ガラス粒子の不都合な凝集に容易につながる。回転管の回転による顆粒への機械的な負荷は、凝集体形成のおそれを減じる。しかし、約１４００℃を上回る高温では、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ことが規定されている。
【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、外部から内部へ回転管壁を介して熱を導入することは、温度安定性のセラミックスから成る態様を要求する。これにより、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うけることは阻止される。
【００６０】
回転管の内壁のための材料として、ムライト含有のセラミックスが使用されるので、ムライト含有の回転管の使用により、石英ガラス粒状物内で、１〜１５質量ｐｐｍの範囲のＡｌ２Ｏ３ドーパントが生じる。
【００６１】
Ａｌ２Ｏ３は、石英ガラスの粘性を高める。したがって、この場合、回転管の壁の材料は、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放出す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、顆粒粒子への均一な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。これによって石英ガラス粒状物へのＡｌ２Ｏ３のドープが１質量ｐｐｍ〜１５質量ｐｐｍの範囲で形成され得る。
【００６２】
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耐熱性の材料によって可能にされることにある。耐熱性の材料は、同時に摩滅により石英ガラス粒状物のためのドーパント源として働く。この方法は、ＳｉＯ２顆粒粒子の連続的なガラス化を可能にし、この場合同時に、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。
【００６３】
石英ガラス粒状物へのドーパントとしてのＡｌ２Ｏ３の十分な導入のためには、回転管が完全にムライト含有のセラミックスから成っていると有利である。
【００６４】
石英ガラス粒子のガラス化の程度は、石英ガラス粒子の大きさ、ひいては顆粒粒子の当初の大きさとに依存する。本願発明による方法では、顆粒粒子が１００μｍ〜２０００μｍ、好適には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。
【００６５】
２０００μｍ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。
【００６６】
この作用を最小限にするためには、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顆粒の割合を予め調節すると有利であることが判った。
【００６７】
顆粒粒子のできるだけ一様なガラス化のためには、ほぼ一様な粒径が有利である。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を促進する。
【００６８】
再現可能かつ廉価な製造方法に関して、ＳｉＯ２顆粒は、ガラス化前に、ハロゲン含有の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。
【００６９】
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、炉システムの交換は阻止される。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。
【００７０】
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、複数の互いに対して遮断された複数の処理空間へと分割されていてよい。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。
【００７１】
互いに異なる材料から成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、好適にはこれらの材料は遊びを有して、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。
【００７２】
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対して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、このためには好適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。
【００７３】
回転管内での精製は、好適に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。
【００７４】
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、唯一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。
【００７５】
複数のゾーンへの分割は、好適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、回転管の内壁が好適には石英ガラスから成っており、顆粒の汚染物質を回避することができる。
【００７６】
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よい。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。
【００７７】
顆粒の乾燥は、好適には空気中で２００℃〜６００℃の範囲の温度での加熱により行われる。
【００７８】
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、好適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。
【００７９】
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、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の粒子状の原材料として、石英ガラス坩堝の内側層および外側層を製造するための製造するための粒子状の原材料として、使用さされ得る。さらにこのような石英ガラス粒子は、電気的に加熱された溶融坩堝または溶融型内での溶融により加工されて、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。好適には、石英ガラス粒子は、石英ガラス坩堝の製造、特に坩堝の外側層を製造するために使用され得る。石英ガラス粒子へのドーパントの粘性を高める作用は、石英ガラス坩堝の寿命の延長に寄与する。
【００８０】
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】
【００８１】
【図１】粉末溶射法による、本発明に係る方法において使用するムライト管を製造する装置を示す図である。
【図２】本発明に係る方法においてガラス化ステップを実施するためのロータリキルンを側面で示す図である。
【図３】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。
【００８２】
図１に概略的に示された、粉末溶射のための装置は、プラズマバーナ１０１と、原料粉末１０３用の供給管路１０２を有する貯蔵容器と、１５０ｍｍの外径および約２ｍの長さならびに滑らかな外周面を備えた、長手方向軸線１０４を中心として回転する金属製の支持管１０５とを有している。プラズマバーナ１０１および原料粉末供給管路１０２は、支持管長手方向軸線１０４に沿って、方向矢印１０６により示されているように、可逆的に運動可能である。
【００８３】
原料粉末１０３は、ムライト組成で存在する、ＳｉＯ２およびＡｌ２Ｏ３から成る合成された混合粉末であり、Ａｌ２Ｏ３は、７５％のモル割合を有している。この原料粉末は、バインダまたは別の添加材料を含んでいない。平均粒子径は１２０μｍである。プラズマバーナ１０１が、支持管１０５に沿った長手軸線１０４の方向で可逆的に走行させられる間、原料粉末１０３は、プラズマバーナ１０１のプラズマ火炎１０７に連続的に供給される。原料粉末１０３は、これによりプラズマ火炎１０７内で溶融され、プラズマ圧により、長手方向軸線１０４を中心として回転する支持管１０５の外周面に向かって加速される。凝固時に、セラミックス製の、ムライト状の組織から成る層１０８が形成される。１回の堆積毎に、約１０５μｍの厚さの層が形成される。堆積プロセスは、層１０８が２０ｍｍの厚さに達するまで継続される。支持管１０５を除去した後に、これにより得られたムライト管は、さらなる圧縮のために１２５０℃の温度で焼結される。
【００８４】
このような粉末溶射法により得られたムライト管は、ほぼ不都合な汚染物質を有していない。連続気泡性は、ゼロであり、独立気泡は約８％であり、密度は、２．８ｇ／ｃｍ３であり、溶融温度は１８３０℃である。外壁の軽い研磨およびエンドキャップの切り落としにより、本発明に係る方法で使用するムライト含有の回転管６（図２を参照）が得られる。
【００８５】
製造条件的に、このように得られた回転管は高い純度および滑らかかつ緻密な内壁により優れている。規定通りの使用時に、ガラス化すべき顆粒への汚染物質の導入および回転管内壁への付着の恐れは最小限にされている。
【００８６】
図２は、キャスタ２に支承されたロータリキルン１を示している。このロータリキルン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、１５０ｍｍの内径および１．８ｍの長さを有するムライトセラミックスから成る回転管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。
【００８７】
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、たとえば水素の供給のための別の入口（図示せず）とを備えている。
【００８８】
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。ヘリウムリッチなガスを炉雰囲気から吸い出すために、吸込み管片１８が設けられている。この吸込み管片１８は、ロータリキルン１の上方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。このガス流入管片１９により、ヘリウムを有しないガス、特にアルゴンが回転管６内に導入される。
【００８９】
分離ディスク１２により、内室は、予熱ゾーンおよびガラス化ゾーン１３および、後処理ゾーン１４に分割されている。分離ディスク１２は、該分離ディスクが顆粒粒子９もしくはガラス化された石英ガラス粒状物１５の堆積物のために透過性であるが、ガス室は十分に分離されているように形成されている。この目的のためには、分離ディスクは、回転管６の内壁に位置固定され、かつ外側縁部に、半径方向で反対の側に位置する同じ大きさの２つの開口２０ａ,２０ｂを有している。開口２０ａが、回転管６の回転により、顆粒９もしくは石英ガラス粒状物１５の堆積物の領域に到達すると、開口は堆積物を通過させ、同時に堆積物により十分にストップされるので、開口ではガラス化領域１３から後処理領域１４に向かって単に少しのガスしか漏れ出ることができない。同時に、反対の側に位置する開口２０ｂは、ロータリキルン１の最も上の位置に位置している。この位置では比較的に軽いヘリウムガスが好適には流出し、直接にこの位置に位置決めされた吸込み管片１８により吸い込まれ、同時にガス流入部１９を介してアルゴンにより代えられる。
【００９０】
これによって、予熱／ガラス化ゾーン１３と後処理ゾーン１４との間のガス室の十分な分離が達成される。より効果的な分離のためには、ラビリンスシールにより互いにずらされて配置された開口を備える、相前後して配置された複数の分離ディスク１２が役立つか、または、顆粒９のガラス化と、後処理のための複数の別個のロータリキルンが使用される。後者の場合は、少なくとも２００℃の高温のガラス化された石英ガラス粒状物が直接に後処理のためのロータリキルン内に移行される。
【００９１】
抵抗加熱装置８は、後処処理ゾーン１４の領域に延びていない。後処理ゾーン１４は、対流による熱導入および隣接するガラス化領域１３からの熱導入を除いて加熱されない。
【００９２】
以下では、本発明に係る方法を、実施例につき詳しく説明する。
【００９３】
ＳｉＯ２顆粒の製造、乾燥、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。
【００９４】
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。次いで１００μｍ未満の粒径を有する微細な部分は取り除かれる。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。粒径分布は、２００μｍのＤ１０値、４００μｍのＤ９０値により表される。
【００９５】
次いで、精製およびさらなる乾燥が、ＨＣｌ含有の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。
【００９６】
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。
【００９７】
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。
【００９８】
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。
【００９９】
次いで、精製およびさらなる乾燥が、ＨＣｌ含有の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）。
【０１００】
化学的な不純物の合計は、高温塩素処理時に、原材料の１／１０未満に減じられる（つまり１０ｐｐｍ未満にされる）。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。
【０１０１】
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／ｈ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。
【０１０２】
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、回転管の内室を予熱ゾーンおよびガラス化ゾーン１３もしくは後処理ゾーン１４に十分に分離することを容易にする。図２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。
【０１０３】
回転管６のゾーン１３には、ヘリウムが満たされている。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。ムライトセラミックスから成る回転管６は、この温度に難なく耐えることができる。
【０１０４】
分離ディスク１２の開口２０ａ；２０ｂを介して、ガラス化された石英ガラス粒子１５の堆積物は、徐々に後処理ゾーン１４に到達する。ガス流入部１９を介したアルゴンの連続的な導入によって、そして一方では吸引ノズル１８を用いた分離板１２の開口部（２０ａ；２０ｂ）を通って流出するヘリウムに富んだガスの吸引による、かつ他方では取出ノズル１７を介したガス損失による、ヘリウムに富んだガラス化雰囲気のほぼ同じ大きさのガス損失のために、後処理ゾーン１４内で、ヘリウムと明らかに過剰量のアルゴンとの混合物より成る雰囲気が生じる；ヘリウム含有量は２０体積％未満である。後処理ゾーン１４は直接的には加熱されないので、分離板１２の温度は出口ケーシング１１に至るまで連続的に減少する。そこでは、ガラス化された粒状物１５の平均表面温度は約５００℃をいくらか上回る。後処理ゾーン１４内でのガラス化された粒状物１５の平均滞留時間は約４０分である。
【０１０５】
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３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９の供給の直後には、顆粒は約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約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９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。
【０１０６】
このプロセス段階では、ガラス化された石英ガラス粒子１５のヘリウム含有量は比較的高い。理論的に放出し得るヘリウムガスのガス体積は、粒子自体の体積の３倍である（２５℃および雰囲気圧力に標準化したガス体積の場合）。
【０１０７】
分離板１２を通過した後、ガラス化された、かつヘリウムで高負荷された石英ガラス粒子１５は、後処理ゾーン内で徐々に冷めていき、その際、ヘリウムが少ない雰囲気ゆえに同時にガスをほとんど放出する、つまり、温度を、例えば５００℃を超えるように、十分に高くし、かつガス排出時間を十分に長く、例えば３０分を超えて、維持することによって、ヘリウムは、緻密な石英ガラス粒状物から拡散する機会を得る。後処理の終了後、放出されるべきヘリウムのガス体積は、いずれにせよ粒子自体の体積の２倍よりも少ない（２５℃で大気圧を基準とする）。
【０１０８】
上記のプロセスパラメーターは、回転管炉１内での顆粒９の滞留時間およびガラス化ゾーン１３におけるヘリウム雰囲気と一緒に、開放気孔率の実質的な消失をもたらす。表面は緻密である。石英ガラス粒子１５は、この工程段階で取り出した場合、明らかに完全に透明である。
【０１０９】
凝集体が生じる場合、凝集体は、運動する顆粒−堆積物９における機械的負荷のためにまたは回転管６の振動によって再び解砕する。
【０１１０】
同時に、顆粒粒子９の表面上や顆粒粒子９の孔に達する、回転管６のムライトからのＡｌ２Ｏ３の均一な摩滅が起こる。したがって、このようにして製造されガラス化された石英ガラス粒状物は、１０質量ｐｐｍのＡｌ２Ｏ３による均質なドープを有している。回転管６の内壁への付着は、十分に阻止される。
【０１１１】
完全にガラス化され均質にドープされた石英ガラス粒状物は、２．０ｇ／ｃｍ３よりも大きな密度と、１ｍ２／ｇ未満のＢＥＴ比表面積を有しており、ヘリウム中でのガラス化に鑑みて、比較的低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。
【０１１２】
石英ガラス粒状物は、石英ガラス坩堝の外側層の製造のために使用される。この場合、Ａｌ２Ｏ３ドープの粘性を高める作用が、石英ガラス坩堝の寿命を増大させることに寄与する。
【図１】
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【図２−３】
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【国際調査報告】
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