纯的熔凝二氧化硅,窑炉和方法

专利名称：纯的熔凝二氧化硅,窑炉和方法
技术领域：
本发明涉及较纯熔凝二氧化硅的制品，制造这种制品的窑炉和方法。
背景技术：
较纯的熔凝二氧化硅是通过其前体的热分解和所产生氧化物的沉积制造的。前体可以是蒸气形式或由蒸气负载。通过火焰水解或热解来进行分解。
这样的一种方法是水解或热解四氯化硅制造熔凝二氧化硅。揭示这种制备二氧化硅方法的早期专利有美国专利2,239,551(Nordberg)和2,273,342(Hyde)。火焰水解的工业应用是形成和沉积二氧化硅来形成较大物体(玻璃体(boule))。这样的玻璃体可以直接使用，或进行加工或组装成为大的光学体如望远镜的镜片。在这种方法中，SiCl4被水解，水解形成的蒸气通入火焰形成二氧化硅的熔融颗粒。这些颗粒连续沉积在饵器或淀积在被称作杯体的坩埚中，形成玻璃体。
这种方法存在严重的缺陷，即需要以对环境安全的方式处理掉副产物HCl。因此，在美国专利5,403,002(Dobbins等)中，使用一种无卤化物的含硅化合物来代替SiCl4。该专利中具体提出使用聚甲基硅氧烷如八甲基环四硅氧烷来提供水解或热解过程用的蒸气反应物。
为引入一种取代的前体，当然，严格来说必须避免熔凝二氧化硅产品明显的性能变化。不幸的是，由Dobbins等提出的前体替代导致性能的明显变化。其另一缺点是在产生的玻璃中出现了荧光现象，该荧光现象在玻璃受短波辐照时还有所增加。
这些研究揭示，透射损耗的一个因素是玻璃的钠含量。美国专利5,332,702和5,395,413(Sempolinski等)描述了降低钠含量所采用的补救措施。这些措施主要包括在建造熔凝二氧化硅沉积形成玻璃体的炉中使用氧化锆耐火材料。具体而言，在制造这种窑炉用的氧化锆耐火材料组分中必须使用分散剂、粘合剂和含钠离子尽量少的水。
采用Sempolinski等人专利所述的方法获得了改进的产品。然而，有些熔凝二氧化硅的用途明显要求进行进一步改进来满足这些用途的严格要求。这样的一种用途是用于由受激准分子型激光器发射的很短波长紫外光透射的透镜。这种激光器发射波长约为193-248nm的辐射。
发现由市售熔凝二氧化硅制造的透镜无法提供合格的短波长辐射的透射，而且显示不良的荧光现象。这两种情况随使用时间推移变得更严重。玻璃的透射损失或变暗一般称作UV吸收损坏。
本发明的主要目的是提供一种解决这些问题的熔凝二氧化硅材料。第二个目的是提供激光器透镜尤其是精细平版印刷过程所用的改进的熔凝二氧化硅玻璃。第三个目的是提供用于收集玻璃体形式的熔凝二氧化硅的改进窑炉。第四个目的是提供制造此改进的收集窑炉的及在该窑炉中制造玻璃的方法。
发明概述本发明包括制造熔凝二氧化硅玻璃的方法。该方法包括下列步骤提供二氧化硅原料，提供一主要由氧化铝(aluminum dioxide)构成的炉顶和杯，炉顶位于固结的非多孔熔凝二氧化硅玻璃体的上方。所述方法还包括将二氧化硅原料传送到安装在氧化铝炉顶内的反应部位的燃烧器中，在燃烧器中，二氧化硅原料转变为熔融的二氧化硅颗粒，再淀积并固结为熔凝二氧化硅玻璃。
本发明还包括将并非二氧化硅的二氧化硅前体原料液体转变为熔凝二氧化硅玻璃的熔凝二氧化硅玻璃窑炉，该窑炉具有内含的窑炉内部，在其内部是最高窑炉操作温度MFOT。窑炉内部有一个转变沉积固结部位，前体原料在该部位转变为二氧化硅烟尘(silica soot)，后者然后沉积并固结成为熔凝二氧化硅玻璃。窑炉内部位于氧化铝耐火砖内并被其绝热，氧化铝耐火砖烧结温度FT＞1650℃，主要由Al和O组成。
本发明的一个实施方案涉及通过将含硅化合物通入火焰，形成熔融的二氧化硅颗粒，并在耐火材料建造的窑炉内收集这些颗粒来制造熔凝二氧化硅体的改进方法，其改进包括构造窑炉的至少一部分耐火材料，是曾经暴露于能与之反应的含反应性卤素气体，从而对其提纯除去污染金属的。
本发明还有一方面涉及较纯的熔凝二氧化硅材料，其对248nm辐射的透射率至少为99.5％，对193nm辐射率至少为98％，该材料体至少有相当大一部分暴露于这样的辐射时具有合格的荧光量，熔凝二氧化硅材料的污染金属离子含量小于100ppb。
本发明另一方面还涉及收集熔融二氧化硅颗粒成为固体形式的耐火材料窑炉，该窑炉至少一部分是由含少于300ppb量的流离金属污染物的耐火材料构造的。
附图简述

图1是本发明制造熔凝二氧化硅玻璃的设备和方法的示意图。
图2是本发明熔凝二氧化硅玻璃窑炉耐火材料圆拱形炉顶的俯视图。
图3是本发明圆拱形炉顶的截面图。
图4是本发明熔凝二氧化硅玻璃窑炉杯体的截面图。
图5是本发明碳—氯化提纯炉处理方法的示意图。
发明描述在制造熔凝二氧化硅中采用的常规玻璃体制造法为一步法。该方法中，载气鼓泡通过保持在一定低温的SiCl4原料。SiCl4蒸气就在载气中被输送到反应部位。反应部位包括若干个燃烧器，在高于1600℃温度下燃烧并将SiCl4蒸气氧化，沉积出二氧化硅。
这种常规方法的主要要求是设备和输送系统应能将原料气化并将气化的原料以蒸气状态输送到燃烧器。如Dobbins等人的专利所述，其设备和方法除了一个主要不同外基本上与常规的一样，只是用聚甲基硅氧烷取代SiCl4原料。使用这种替代原料会需要作一些小的调整，例如略高的传送温度(如100-150℃)。这是因为硅氧烷的蒸气压略低于SiCl4。
图1是制造并沉积熔融二氧化硅颗粒用来形成大的熔凝二氧化硅玻璃体的设备和方法示意图。该设备一般表示为10，包括一原料源12。使用氮气或氮气/氧气混合物作为载气。通入氮气的旁流14以防止蒸气流的饱和。蒸气反应物通过一分布装置到达反应部位，在那里有一些燃烧器18靠近炉顶20。反应物在这些燃烧器内和燃料/氧混合物混合，在高于1600℃温度下燃烧和氧化，沉积出二氧化硅。高纯的金属氧化物烟灰和热量通过耐火材料炉顶20向下输送。二氧化硅立刻在热的杯体26中沉积并固结为非多孔体24。
如Sempolinski等人专利所揭示的，氧化锆耐火材料的改进可减轻熔凝二氧化硅制品中钠离子污染的作用。然而，发现除钠外在炉的耐火材料中还存在其它污染物。这些污染物包括碱土金属和过渡金属如铁、铅，磷、硫、其它碱金属和铝，特别是会降低玻璃的UV光透射的游离金属污染物。
这些金属污染物在高于1650℃(二氧化硅在此温度沉积)温度具有不同程度的挥发性。因此，它们会存在于炉环境中，当二氧化硅沉积时被夹带在其中。熔凝二氧化硅透镜中若存在这些污染物会导致玻璃的透射能力下降，还会导致玻璃形成不良的荧光现象。而在透镜使用过程中受到短波长UV照辐射时，这些缺点还更为严重。
耐火材料固有地存在不同量的金属杂质以及这些金属不同的挥发性。这使得难以控制熔凝二氧化硅收集窑炉中的玻璃质量，甚至经常难以获得合格的玻璃。当使用聚硅氧烷作为熔凝二氧化硅的前体材料时，这一问题变得尤为尖锐。如Sempolinski等人专利所说明的，使用硅氧烷前体时，丧失了SiCl4分解的HCl副产物的自提纯作用。
污染金属可存在于制造炉耐火材料使用的原料中。在烧结耐火材料期间或随后的操作如锯开或研磨期间还会夹带金属。
我们发现，通过建造污染金属含量小于300ppm的耐火材料的炉子，可以抑制收集窑炉中的金属污染。具体而言，发现使用氧化锆耐火材料建造熔凝二氧化硅沉积用的收集窑炉时，这是可以做得到的。按照本发明通过在含卤素气氛中烧结窑炉耐火材料可达到这一要求。在至少耐火材料的露出表面上卤素和污染金属反应，就能从这些表面上除去污染金属。
我们发现，氯或氟本身或其酸性气体形式尤其适用。可以使用基本上纯的提纯用气体。然而发现，使用低至浓度仅为5％在惰性气体如氦或氩中的提纯用气体，还是有效而方便的，虽然需要较长些的处理时间。提纯处理可以使用连续的卤素气体流。或者，可采用脉冲型处理，是将气体通入提纯室一段时间后排出，然后多次重复之。
提纯作用可在低至700℃发生。然而，一般优选使用在1100-1500℃的更高温度。
现参见耐火材料窑炉的各部分描述本发明。
较好的是，先对耐火材料体进行提纯，然后再砌装成炉。在砌装成炉之前，是在制造耐火材料期过程中进行这一处理。
使用根据本发明化学提纯的耐火材料能提供好几个优点。提纯的沉积窑炉可提供高纯度的熔凝二氧化硅产品，还能以恒定的高产率提供具有合格的短波长UV辐射高透射率和低荧光的溶凝二氧化硅玻璃。这种玻璃在使用中不会增加UV吸收损坏和荧光。不需要改变窑炉的结构或二氧化硅形成和沉积过程就可以达到这些要求。这些优点非常明显，因为这些特征对获得玻璃折射率的均匀性是很要紧的。
比较氧化锆耐火材料窑炉制成的两组熔凝二氧化硅试片证实了提纯处理的有效性。一组取自在未经处理的氧化锆耐火材料砌造的收集窑炉内沉积的玻璃体。另一组取自在经处理的氧化锆耐火材料砌造的收集窑炉内沉积的玻璃体。这两只窑炉用烧结的氧化锆耐火材料砌造炉顶和杯体衬里，基本相同。氧化锆耐火材料的提纯处理是在1300℃的提纯炉内保温8小时，整个时间保持5.7％Cl2和94.3％氦的流动气氛。
测定取自两种窑炉(经提纯处理和未经提纯处理的耐火材料)制造的熔凝SiO2玻璃体的可比较部位的试片的有关性能。表I列出在248nm和193nm波长辐射测定的内透射率(％)。
表I
还分析了上述熔凝二氧化硅玻璃体，确定显示合格低的荧光的玻璃体深度占其在收集杯体深度的百分数。通过积分在400-700nm范围测定的强度来确定荧光。要成为合格的，玻璃试片必须在受到15mJ/cm2和200Hz激光器发射的激光作用下具有小于4.2×10-9瓦/厘米2的值。
来自未处理窑炉的玻璃完全不合格。玻璃体中没有荧光值达到合格低值的部分。而来自处理炉的玻璃在直至3.53英寸的深度是合格的。这一深度为总深度的59.3％。
本发明包括制造熔凝二氧化硅体的方法，是将一种含硅化合物通入火焰形成熔融的二氧化硅颗粒，在氧化铝耐火衬料构造的窑炉内收集这些颗粒以熔凝二氧化硅体的形式。其改进包括构造收集二氧化硅颗粒的窑炉的至少一部分耐火材料是曾经接受能与其反应的含反应性卤素气体的处理，从而对其提纯除去污染金属的。
本发明包括制造熔凝二氧化硅玻璃的方法。该方法包括提供二氧化硅原料，提供主要由氧化铝构成的炉顶，该炉顶位于固结的非多孔熔凝二氧化硅玻璃体的上方。该方法包括将二氧化硅前体原料传送到安装在氧化铝炉顶的多个反应部位燃烧器中，在燃烧器中二氧化硅前体原料转变为二氧化硅颗粒，沉积并固结成熔凝二氧化硅玻璃体。
图1-5说明本发明制造高纯度二氧化硅玻璃的方法。如图1所示，从原料源12提供二氧化硅原料。二氧化硅原料较好以蒸气状态形式输送到燃烧器18。较好是用原料蒸发器来产生二氧化硅原料蒸气，借助载气如氮气和氧气通过管道传送原料蒸气。这种方法包括提供基本由氧化铝构成的炉顶20。提供的氧化铝炉顶20位于固结非多孔的热熔凝二氧化硅体24的上方。二氧化硅原料蒸气传送到安装在氧化铝炉顶20的多个反应部位的燃烧器18。通过燃烧器的反应火焰/热量，输入的原料转变为微细的二氧化硅烟尘颗粒30，这些颗粒沉积并固结成熔凝二氧化硅玻璃体24。这种方法较好地在窑炉内有一个用来盛装和接触二氧化硅玻璃24的杯体26。窑炉的杯体26较好主要由氧化铝构成。提供的二氧化硅原料为污染金属离子含量小于100ppb的高纯度二氧化硅原料为宜，这样固结的熔凝二氧化硅玻璃体的污染金属离子含量就小于100ppb。二氧化硅原料较好是不含卤化物的二氧化硅原料，最好是硅氧烷。另一个实施方案中，二氧化硅原料是含卤化物的原料，较好是SiCl4。在一较好的实施方案中，提供二氧化硅原料还包括提供一钛掺杂剂源，结果熔凝二氧化硅玻璃体就是掺杂钛的熔凝二氧化硅。
提供氧化铝炉顶20较好是包括提供未经Cl处理的氧化铝耐火砖32，然后将其暴露在含反应性卤素的气体33中。如图5所示，耐火砖32用含反应性卤素气体进行提纯处理，产生经卤素提纯处理的耐火砖34。这种方法较好包括砌装经卤素提纯处理的氧化铝耐火砖34，获得基本由氧化铝构成的炉顶20。同样，提供氧化铝杯体26包括提供未经Cl处理的氧化铝耐火材料部件32，然后将其暴露在含反应性卤素的气体33中，产生经卤素提纯处理的氧化铝耐火材料部件34，然后将它们砌装形成如图4所示的杯体，它主要由氧化铝构成。本方法的这种较好实施方案中，成形/机械加工出氧化铝耐火预制件32。该预制件较好是成形为预定形状和尺寸，使它们能够砌装成炉顶20和杯体26。较好是用锯子和钻头将预制件机械加工成耐火材料部件32，在一个实施方案中，氧化铝耐火材料是进行湿机械加工的。最好先进行对耐火材料部件32的机械加工/成形，然后进行含反应性卤素气体的提纯处理，此提纯处理最好是将提纯的砖部件34砌装为窑炉杯体26和炉顶20之前的制造过程的最后一个步骤。本发明较好的含反应性卤素气体的提纯处理包括对耐火砖部件的碳—氯化提纯。如图5所示，耐火砖部件在碳—氯化处理炉36内进行处理。碳—氯化处理炉36较好是个石墨容器38，具有至少一个真空/处理气体进口/出口40，以便在密封容器38内抽真空和让处理气体如氯、氦、氢以及它们混合物受控地输入和排出。较好的石墨处理炉容器中有一层颗粒/粉末碳床层42，如石墨炭黑粉末，使炉内有一适量的碳，用于耐火材料部件的碳—氯化。处理炉36包括合适的加热源如感应加热元件或电阻加热元件，使容器38的内部和其内含物可加热至1000-1500℃的反应温度，较好至少至1200℃对内含物进行碳—氯化。除了通过与卤素氯试剂反应从耐火材料部件除去杂质外，还可以使杂质和炉内的碳进行反应(碳对耐火材料中的金属污染物进行还原)，来减少耐火材料的金属污染物。较好的碳—氯化提纯处理操作包括将耐火材料部件和碳床一起装入处理炉。炉温升高至较好的反应温度范围1000-1500℃(较好至少为1200℃)，同时抽真空并保持一定时间，使碳与存在的氧化物的适当进行反应，然后，将氯处理气体反复输入该容器，较好是在每次喷射氯气进料之间氯气体处理持续约30-60分钟，在升高的反应温度下进行30-60分钟处理，较好为2-5次。较好的氯气体处理气氛包含2.5-20％的Cl2，较好为3-10％Cl2，更好为4-8％Cl2，最好为6±1％Cl2，余量为氦。这样的氯进料喷射之后，再次抽真空同时保持温度。较好的做法是这种真空—氯—真空形式的碳—氯化处理至少重复一次以上，确保对耐火材料部件进行适当的碳—氯化提纯处理。最后抽了真空之后，较好用吹扫处理气体如氦或氢对处理容器及其内含物进行吹扫。在碳—氯化提纯之后，砌装成窑炉、炉顶和杯体之前，应尽量减少对耐火材料部件的加工和接触。最好要对耐火砖部件进行至少两次碳—氯化处理。采用本发明的碳—氯化处理的耐火砖部件能提供高纯度的熔凝二氧化硅，其在KrF 248nm的UV透射率至少为99.9％/cm，在ArF 193nm至少为99.3％/cm，乃至99.7％+/cm。
如图1和图4所示，本发明包括提供基本由氧化铝构成的窑炉杯体26，此氧化铝杯体是盛装固结的非多孔熔凝二氧化硅玻璃体24之用的。
氧化铝炉顶和杯体的耐火材料部件34较好是未涂布的氧化铝。
氧化铝炉顶和杯体的耐火材料部件34较好是基本不含Si和SiO2的氧化铝。氧化铝中SiO2含量最好小于2000ppm(重量)。
提供氧化铝炉顶和杯体的耐火材料部件34较好包括提供未经烧结的氧化铝耐火材料前体，然后在至少1660℃烧结该氧化铝耐火材料前体，砌装经烧结的氧化铝耐火材料部件34形成并提供炉顶和杯体。氧化铝耐火材料前体宜在至少1665℃，更好在至少1670℃，最好在至少1675℃温度进行烧结。
如图2-3所示，提供氧化铝炉顶，较好包括提供许多多孔的氧化铝耐火砖并将这些耐火砖砌装为炉顶，耐火砖的孔隙率较好在25-70％范围。较好如图2-3所示，氧化铝炉顶20包括提供了许多氧化铝耐火砖34，并将这些砖砌装形成自支撑的拱形炉顶。较好的氧化铝炉顶20用的是氧化铝耐火材料部件34，其体积密度＜3.9克/厘米3，较好≤3克/厘米3，更好≤2.5克/厘米3，最好≤2克/厘米3和≤1.4克/厘米3。氧化铝耐火材料的体积密度较好≥1.2克/厘米3，在约1.2-3.8范围。提供氧化铝炉顶20较好包括提供其20-1200℃杨氏模量至少为2×106psi的氧化铝耐火材料。提供氧化铝炉顶20较好包括提供在1600℃和25psi负荷下150小时的蠕变百分数＜5％，较好≤2％，更好≤1.2％的氧化铝耐火材料34。较好的氧化铝炉顶20在1100℃的辐射率＜0.35。
本发明较好包括要避免有二氧化硅颗粒30沉积在炉顶20上。这是通过控制燃烧器18烟灰流的聚焦方向朝下并确保它们在炉顶中是固定向下的，这样就可以避免和抑制二氧化硅颗粒沉积覆盖在氧化铝炉顶上。
本发明还包括终止二氧化硅原料输入燃烧器18，冷却熔凝的二氧化硅玻璃体24，拆开氧化铝炉顶20，并处置拆下的使用温度高于1300℃的氧化铝炉顶砖34。
本发明还包括用于将并非二氧化硅的液体二氧化硅前体原料转变为熔凝二氧化硅玻璃的熔凝二氧化硅玻璃窑炉。熔凝二氧化硅玻璃窑炉50具有内含的窑炉内部52，该窑炉内部具有最高的窑炉操作温度MFOT，炉内52包括沉积固结部位置，在此部位前体原料转变为二氧化硅烟炱，然后沉积并固结成熔凝二氧化硅玻璃。窑炉内部52是由许多氧化铝耐火砖34包围并绝热的，氧化铝耐火砖34的烧结温度FT＞1650℃，氧化铝耐火砖主要由Al和O构成。
氧化铝耐火砖34的烧结温度FT较好为FT＞MFOT+20℃。氧化铝耐火砖34的SiO2含量较好小于2000ppm(重量)。氧化铝耐火砖34的污染金属离子浓度较好小于300ppm，氧化铝耐火砖34最好是Cl处理提纯的碳—氯化的氧化铝耐火砖。氧化铝耐火砖较好的Na浓度≤100ppm(重量)，K浓度≤20ppm(重量)，Fe浓度≤250ppm(重量)(更好的Fe≤150ppm)。氧化铝耐火砖34较好是没有微裂纹的耐火砖。氧化铝耐火砖34应砌装在一起形成位于窑炉内部52上方的自支撑的圆拱形炉顶。氧化铝耐火砖34还要砌装在一起形成杯形容器，其内盛装沉积并固结的熔凝二氧化硅玻璃，该玻璃在旋转的杯体内部应为流动状。
本发明包括熔凝二氧化硅玻璃窑炉50。炉50包括自支撑的圆拱形炉顶20(如图2所示，其截面如图3所示)。圆拱形炉顶20较好是由氧化铝耐火砖34位错堆砌而成。耐火砖34较好主要由Al和O组成。耐火砖34的体积密度较好在1.2-3克/厘米3范围。如图2-3所示，炉顶20有多个燃烧器孔18和钢金属环结构的支撑环120，后者用于在砌装/建造炉期间包围炉顶20和保持砖34在圆拱形炉顶结构内的位置，同时炉顶在窑炉操作期间位于炉的基础侧壁上。氧化铝耐火砖的烧结温度较好高于1650℃。氧化铝耐火砖34的二氧化硅含量较好小于2000ppm(重量)，Fe含量较好小于250ppm(重量)，Na含量较好小于100ppm(重量)，炉顶氧化铝耐火砖34的杨氏模量较好至少为2×106psi，在1600℃和25psi负荷下150小时后的蠕变百分数小于5％。炉顶砖34宜以人字形图案砌装在一起。
本领域的技术人员应当理解，在不偏离本发明的精神和范围下可以对本发明进行各种修改和变动。因此，本发明包括在权利要求书和其等价内容范围之内提供的修改和变动。
权利要求
1.一种改进的制造熔凝二氧化硅体的方法，该方法包括在氧化铝耐火材料建造的窑炉内将含硅化合物通入火焰形成熔融二氧化硅颗粒，并收集所述熔凝二氧化硅体颗粒，所述的改进包括收集二氧化硅颗粒的窑炉的至少一部分曾经预先与含反应性卤素气体接触进行反应，从而提纯除去耐火材料中的污染金属。
2.一种制造熔凝二氧化硅玻璃的方法，所述方法包括提供二氧化硅原料，提供基本由氧化铝构成的炉顶，所述炉顶位于固结非多孔的熔凝二氧化硅玻璃体的上方，将所述二氧化硅原料输送到安装在氧化铝炉顶内的多个反应部位燃烧器中，在燃烧器中所述二氧化硅原料转变为许多二氧化硅颗粒，沉积并固结成为所述的熔凝二氧化硅玻璃体。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于所述方法包括提供基本由氧化铝构成的杯体，所述氧化铝杯中盛装所述固结的非多孔熔凝二氧化硅玻璃体。
4.如权利要求2所述的方法，其特征在于所述提供的二氧化硅原料是高纯度二氧化硅原料，所述熔凝二氧化硅玻璃体的污染金属离子含量小于100ppb。
5.如权利要求2所述的方法，其特征在于所述提供的二氧化硅原料包含钛掺杂剂源物质，所述熔凝二氧化硅玻璃体是掺杂了钛的熔凝二氧化硅。
6.如权利要求2所述的方法，其特征在于提供所述氧化铝炉顶的步骤，包括提供许多未经Cl处理的氧化铝耐火砖；将未经Cl处理的氧化铝耐火砖进行含反应性卤素气体的提纯处理，提供许多经卤素提纯处理的氧化铝耐火砖；并砌装所述经卤素处理提纯的氧化铝耐火砖，形成并提供所述基本为氧化铝的炉顶。
7.如权利要求3所述的方法，其特征在于提供所述氧化铝杯体的步骤，包括提供许多未经Cl处理的氧化铝耐火材料部件；将未经Cl处理的氧化铝耐火材料部件进行含反应性卤素气体的提纯处理，提供许多经卤素提纯处理的氧化铝耐火材料部件，并砌装所述经卤素处理提纯的氧化铝耐火材料部件，形成并提供所述基本为氧化铝的杯体。
8.如权利要求2所述的方法，其特征在于提供所述氧化铝炉顶的步骤包括提供未经涂布的氧化铝炉顶。
9.如权利要求2所述的方法，其特征在于提供所述氧化铝炉顶的步骤包括提供基本不含Si的无二氧化硅的氧化铝炉顶。
10.如权利要求2所述的方法，其特征在于提供所述氧化铝炉顶的步骤，包括提供未烧结的氧化铝耐火材料前体，在至少1600℃烧结所述氧化铝耐火材料前体，提供烧结的氧化铝耐火材料，并砌装所述烧结的氧化铝耐火材料，形成并提供所述的炉顶。
11.如权利要求10所述的方法，其特征在于所述氧化铝耐火材料前体在至少1665℃烧结。
12.如权利要求10所述的方法，其特征在于所述氧化铝耐火材料前体在至少1670℃烧结。
13.如权利要求10所述的方法，其特征在于所述氧化铝耐火材料前体在至少1675℃烧结。
14.如权利要求2所述的方法，其特征在于提供所述氧化铝炉顶的步骤包括提供许多多孔的氧化铝耐火砖，将所述耐火砖砌装成所述炉顶，所述多孔耐火砖的孔隙率在25-70％范围。
15.如权利要求2所述的方法，其特征在于提供所述氧化铝炉顶的步骤包括提供许多氧化铝耐火砖，将所述耐火砖砌装形成圆拱形的炉顶。
16.如权利要求2所述的方法，其特征在于提供所述氧化铝炉顶的步骤包括提供其体积密度＜3.9克/厘米3的氧化铝耐火材料。
17.如权利要求16所述的方法，其特征在于所述氧化铝玻璃材料的体积密度≥1.2克/厘米3。
18.如权利要求16所述的方法，其特征在于提供所述氧化铝炉顶的步骤包括提供其体积密度≤3克/厘米3的氧化铝耐火材料。
19.如权利要求16所述的方法，其特征在于提供所述氧化铝炉顶的步骤包括提供其体积密度≤2.5克/厘米3的氧化铝耐火材料。
20.如权利要求16所述的方法，其特征在于提供所述氧化铝炉顶的步骤包括提供其体积密度≤2克/厘米3的氧化铝耐火材料。
21.如权利要求16所述的方法，其特征在于提供所述氧化铝炉顶的步骤包括提供其体积密度≤1.4克/厘米3的氧化铝耐火材料。
22.如权利要求2所述的方法，其特征在于提供所述氧化铝炉顶的步骤包括提供杨氏模量至少为2×106psi的氧化铝耐火材料。
23.如权利要求2所述的方法，其特征在于提供所述氧化铝炉顶的步骤包括提供在1600℃和25psi负荷下150小时的蠕变百分数＜5％的氧化铝耐火材料。
24.如权利要求2所述的方法，其特征在于提供所述氧化铝炉顶的步骤包括提供在1600℃和25psi负荷下150小时的蠕变百分数≤2％的氧化铝耐火材料。
25.如权利要求2所述的方法，其特征在于提供所述氧化铝炉顶的步骤包括提供在1600℃和25psi负荷下150小时的后蠕变百分数≤1.2％的氧化铝耐火材料。
26.如权利要求2所述的方法，其特征在于所述氧化铝炉顶在1100℃具有＜0.35的辐射率。
27.如权利要求2所述的方法，其特征在于所述方法还包括避免让二氧化硅颗粒沉积在所述炉顶上。
28.如权利要求6所述的方法，其特征在于所述方法还包括终止二氧化硅原料输入所述燃烧器，冷却所述熔凝的二氧化硅玻璃体，拆开除所述氧化铝炉顶的砖，处置掉许多操作温度高于1300℃的所述砖。
29.如权利要求2所述的方法，其特征在于提供二氧化硅原料的步骤包括提供不含卤化物的二氧化硅原料。
30.一种用于将二氧化硅前体原料转变为熔凝二氧化硅玻璃的熔凝二氧化硅玻璃窑炉，所述熔凝二氧化硅玻璃窑炉具有内含的窑炉内部，它有个最高窑炉操作温度MFOT，所述窑炉内部中有个转变沉积固结部位，在这个部位所述前体原料转变为二氧化硅烟尘，后者然后沉积并固结成熔凝二氧化硅玻璃，所述窑炉内部被许多氧化铝耐火砖包围并绝热，所述氧化铝耐火砖的烧结温度FT＞1650℃，所述氧化铝耐火砖主要由Al和O组成。
31.如权利要求30所述的熔凝二氧化硅玻璃窑炉，其特征在于所述氧化铝耐火砖具有的FT为FT＞MFOT+20℃。
32.如权利要求30所述的熔凝二氧化硅玻璃窑炉，其特征在于所述氧化铝耐火砖的SiO2含量小于2000ppm重量。
33.如权利要求30所述的熔凝二氧化硅玻璃窑炉，其特征在于所述氧化铝耐火砖的SiO2含量小于300ppm重量。
34.如权利要求30所述的熔凝二氧化硅玻璃窑炉，其特征在于所述氧化铝耐火砖是经Cl处理提纯的氧化铝耐火砖。
35.如权利要求30所述的熔凝二氧化硅玻璃窑炉，其特征在于所述氧化铝耐火砖的Na浓度≤100ppm。
36.如权利要求30所述的熔凝二氧化硅玻璃窑炉，其特征在于所述氧化铝耐火砖的K浓度≤20ppm。
37.如权利要求30所述的熔凝二氧化硅玻璃窑炉，其特征在于所述氧化铝耐火砖的Fe浓度≤250ppm。
38.如权利要求30所述的熔凝二氧化硅玻璃窑炉，其特征在于所述氧化铝耐火砖的Fe浓度≤150ppm。
39.如权利要求30所述的熔凝二氧化硅玻璃窑炉，其特征在于所述氧化铝耐火砖是单种氧化物组分的无微裂纹的耐火砖。
40.如权利要求30所述的熔凝二氧化硅玻璃窑炉，其特征在于所述氧化铝耐火砖包括砌装在一起形成位于所述窑炉内部上方的圆拱形炉顶的氧化铝炉顶砖。
41.如权利要求30所述的熔凝二氧化硅玻璃窑炉，其特征在于所述氧化铝耐火砖包括砌装在一起形成杯形容器的氧化铝杯体砖，所述杯形容器容纳并接触所述沉积并固结成的熔凝二氧化硅玻璃。
42.如权利要求30所述的熔凝二氧化硅玻璃窑炉，其特征在于所述氧化铝耐火砖的体积密度在1.2-3克/厘米3范围。
43.一种熔凝二氧化硅玻璃窑炉，所述窑炉包括自支撑的圆拱形炉顶，所述圆拱形炉顶是许多氧化铝耐火砖交错堆砌而成的，所述氧化铝耐火砖主要由Al和O组成，其体积密度在1.2-3克/厘米3范围。
44.如权利要求43所述的熔凝二氧化硅玻璃窑炉，其特征在于烧结所述氧化铝耐火砖的温度高于1650℃。
45.如权利要求43所述的熔凝二氧化硅玻璃窑炉，其特征在于所述氧化铝耐火砖的二氧化硅含量小于2000ppm重量。
46.如权利要求43所述的熔凝二氧化硅玻璃窑炉，其特征在于所述氧化铝耐火砖的Fe含量小于250ppm重量。
47.如权利要求43所述的熔凝二氧化硅玻璃窑炉，其特征在于所述氧化铝耐火砖的Na含量小于100ppm重量。
48.如权利要求43所述的熔凝二氧化硅玻璃窑炉，其特征在于所述氧化铝耐火砖的杨氏模量至少为2×106psi。
49.如权利要求43所述的熔凝二氧化硅玻璃窑炉，其特征在于所述氧化铝耐火砖在1600℃和25psi负荷下150小时的蠕变百分数＜5％。
50.如权利要求43所述的熔凝二氧化硅玻璃窑炉，其特征在于所述氧化铝耐火砖以人字形图案砌装在一起。
全文摘要
提供较纯的二氧化硅制品,制造这种制品的窑炉(50)和方法。通过在耐火材料窑炉(50)中收集熔融二氧化硅颗粒来制造这种制品,在窑炉中,至少有一部分耐火材料(32)曾受过含卤素气体的处理,该含卤素气体与耐火材料(32)中的污染金属离子进行了反应。
文档编号C01B33/12GK1387499SQ00815425
公开日2002年12月25日 申请日期2000年9月8日 优先权日1999年9月10日
发明者L·H·科塔斯卡, R·S·小帕夫利克 申请人:康宁股份有限公司