通过燃烧液体反应物形成熔凝二氧化硅的方法和装置的制作方法

专利名称：通过燃烧液体反应物形成熔凝二氧化硅的方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及熔凝二氧化硅的制造方法，更具体地涉及由液体含硅化合物制造熔凝二氧化硅的方法和装置。
背景技术：
本领域中已知各种由气态反应物制造金属氧化物的方法。这种方法需要原料溶液、产生原料溶液蒸汽(下文中称为气态反应物)和将其和氧化剂输送到转化反应点的装置以及催化氧化和同时燃烧形成细球粒(称为烟尘)的装置。这种烟尘可用许多方法收集在淀积收集器上，包括收集室到旋转心轴。这种烟尘可同时或随后热处理成无孔隙的透明高纯度玻璃制品。这种方法一般在具有独特排列的喷嘴和燃烧器的特定装置中进行。
开发这些方法的许多初始研究集中在如何制造熔凝二氧化硅块料。选择合适的原料是该项工作的重点。因此，当时确定能在100℃温度之下产生200-300毫米汞柱(mmHg)蒸汽压的物质可用于制造这种熔凝二氧化硅块料。四氯化硅(SiCl4)的高蒸汽压表明它用作生产烟尘的方便蒸汽源，并开始发现和使用了一系列相似的氯化物原料。虽然这些物质具有某些不合需要的化学性质，但正是这个因素主要决定了目前采用SiCl4、GeCl4、POCl3和BCl3。
硅、锗、锆和钛是制造金属氧化物玻璃时卤化物气态反应物中常用的金属。然而，许多年来SiCl4已是生产高纯度石英玻璃的工业标准。如美国专利3，698，936中所揭示的那样，经氧化SiCl4生产高纯度熔凝二氧化硅可能使用以下几种反应之一，即(1)，(2)或(3)，其中燃烧器或喷射装置用于向反应空间供应反应物气体或蒸汽。应当注意反应(2)极少发生或使用。这些反应在经济上都存在固有的不利之处。另外，经热解或水解氧化SiCl4的反应还有产生氯气或强酸副产物的缺点。
虽然前两种反应在理论上可以发生，但一般需要辅助燃料来达到热解温度。SiCl4的水解会形成盐酸(HCl)，这种副产物不仅会损害许多淀积基底和反应装置，而且对环境也有害。由于HCl的腐蚀引起的停车时间、损耗和设备维修费用，减少污染物排出的系统(Emission abatement system)的代价是非常高的。
虽然也有处理HCl副产物的问题，但由于经济上的原因，第三种反应，SiCl4的水解可能是生产熔凝二氧化硅的优选工业方法。
虽然近年来SiCl4的水解已是生产高纯度熔凝二氧化硅的优选工业方法，但全球对环境保护的更高要求产生了更严格的点源排放(point source emissions)政府规定，从而促进寻找对环境更有利的原料。点源排放规定要求在排放到大气中之前从废气中清除HCl(SiCl4水解的副产物)以及许多颗粒污染物。满足这些规定的经济后果使得用卤化物原料生产熔凝二氧化硅对工业的吸引力减少。
另外，也已通过热分解和氧化硅烷生产了高纯度二氧化硅。然而，在处理时需要采取安全措施，因为当将空气引入密闭的硅烷容器中时会引起激烈的反应。硅烷与二氧化碳、氧化氮、氧气或水反应，产生高纯度的物质。这种物质可潜在地用于生产半导体器件。然而，现已证明硅烷的成本和反应活性太高，除了需要极高纯度的的小规模应用外，不考虑工业应用。
许多专利描述用氯化物原料生产高纯度金属氧化物，特别是熔凝二氧化硅。这些专利揭示带有许多燃烧器装置和原料供给系统的设备，以通过火焰水解或热解来氧化金属氯化物。实例是Lesk等的美国专利4，491，604(其中将三氯硅烷、二氯硅烷和四氯硅烷火焰水解成烟尘)和Bayer的美国专利3，666，414(其中火焰水解三氯硅烷之类的卤化硅或氯仿)。在相似的方法中，Zirngibl的美国专利3，486，913(“Zirngibl”)和McLachlan的美国专利2，269，059(“McLachlan”)揭示了卤化物的氧化。Zirngibl使用空气、水蒸汽或氧来氧化TiCl4、CrCl3、CrO2Cl2、SiCl4、AlCl3、ZrCl4、FeCl2、FeCl3、ZnCl2或SnCl4之类的金属卤化物挥发组分，而McLachlan使用卤化硅、硅酸乙酯、硼酸甲酯、TiCl4、AlCl3和ZrCl4。
Best等的美国专利3，416，890揭示了在燃烧氧化气体和辅助燃料(如二硫化碳、硒硫化碳、硫光气或其它含有直接与碳结合的硫的无氢化合物)产生的火焰中分解金属或准金属全卤化物制造金属或准金属氧化物粉末的方法。
Dalton的美国专利2，239，551揭示了一种在可燃烧气体的火焰中分解玻璃形成化合物的气体混合物制造玻璃的方法。这种混合物用于形成硅、铝或硼的无水氧化物。可用硅酸乙酯或甲酯、三氯硅烷和四氟化硅之类的可分解的化合物代替四氯化硅；或用硼酸甲酯或硼氢化物代替氟化硼等。
Nordberg的美国专利2，326，059详细描述了一种制造高硅超低膨胀玻璃的技术，即将硅或钛的四氯化物汽化到氧气燃烧器的气流中，淀积所得的混合物形成预制品，在1500℃使该预制品变成玻璃状，形成乳色玻璃，然后在更高温度下煅烧乳色预制品，使其透明。
Hyde的美国专利2，272，342揭示了一种制造含透明二氧化硅的玻璃制品的方法，即用水浴汽化可水解的硅化合物，如氯化硅、三氯硅烷、硅酸甲酯、硅酸乙酯、氟化硅或它们的混合物。在燃烧器火焰中硅化合物蒸汽被水蒸汽水解，收集生成的无定形氧化物，最后进行烧结，直至形成透明玻璃为止。
Miller等的美国专利4，501，602描述了通过气相淀积元素周期表中第ⅠA、ⅠB、ⅡA、ⅡB、ⅢA、ⅢB、ⅣA、ⅣB和稀土族中金属的β-二酮酸根配合物生产颗粒状金属氧化物烟尘的方法。
本领域也可引用由硅烷化合物制备高纯度熔凝二氧化硅的专利。
Okamoto的日本专利申请90838-1985使用以通式R1nSi(OR2)4-n表示的硅烷酯(ester silane)和以通式Ge(OR3)3、B(OR3)3和PH3定义的一种或多种掺杂剂来使石英玻璃掺杂的方法，式中R1是氢原子、甲基或乙基；R2是甲基或乙基；R3是单价烃基；n是0-4之间的整数。揭示了许多有机金属化合物，包括甲基三甲氧基硅烷、二甲基二甲氧基硅烷、三甲基甲氧基硅烷、四甲氧基硅烷、甲基三乙氧基硅烷和四乙氧基硅烷。
Sterling的美国专利3，117，838揭示了一种通过硅烷的联合热分解和氧化制造非常纯的熔凝二氧化硅的方法。在该方法中，将二氧化碳、氧化亚氮或水蒸汽以及硅烷送入燃烧器或火炬喷嘴中，让火焰喷在碳基底上，使二氧化硅淀积在其上。
Freeman的美国专利4，810，673揭示一种通过化学气相淀积含有卤化硅烷组分和氧源(即二氯硅烷和氧化亚氮)的源气体混合物合成高质量氧化硅的方法。
Hasegawa等的美国专利4，242，487揭示了一种经有机硼硅氧烷化合物与脂族多元醇、芳族醇、苯酚和芳族羧酸中至少一种物质在250-450℃惰性气氛中的反应制造耐热半无机化合物的方法。该耐热半无机化合物可用作各种耐热材料。
从上述讨论可知，出于经济和环境的原因，迫切需要寻找能代替制造高纯度石英玻璃时常用的卤化硅原料的不含卤素的硅化合物。这种不含卤素的原料可能产生二氧化碳和水，而不是有害的腐蚀性HCl，作为玻璃制造过程的副产物。
Dobbins等的美国专利5，043，002(该专利揭示的内容参考结合于本发明中)揭示了聚甲基硅氧烷，特别是六甲基环三聚硅氧烷、八甲基环四聚硅氧烷(“OMCTS”)和十甲基环五聚硅氧烷之类聚甲基环硅氧烷在熔凝石英玻璃制造方法中的应用。这种方法可用于制造掺杂了各种氧化物掺杂剂、用于制造光导纤维的石英玻璃无孔隙块体。Dobbins等的美国专利5，043，002也揭示了六甲基二硅氧烷的应用。同样参见日本专利申请1-138145中的六甲基二硅氧烷。
Blackwell等的美国专利5，152，819(该专利的内容参考结合于本发明中)描述了其它不含卤素的硅化合物，特别是具有Si-N-Si基本结构的有机硅-氮化合物、具有Si-N-Si-O-Si基本结构的硅氧硅氮烷(siloxasilazones)、以及它们的混合物。这些化合物可用于制造高纯度熔凝石英玻璃，而不会同时产生腐蚀性污染副产物。
虽然如美国专利5，043，002和5，152，819中所述，将不含卤素的硅化合物用作制造熔凝石英玻璃的原料可避免生成HCl，但仍存在一些问题，特别是当该玻璃用于制造光导纤维时。本发明人发现，在将汽化的聚烷基硅氧烷输送到燃烧器的过程中，凝胶状的高分子量物质可淀积在把气态反应物输送到燃烧器的管道内或在燃烧器内。这就降低了烟尘预制品的淀积速度。然后将该烟尘预制品玻璃化(consolidate)成拉制光导纤维的坯料。这也造成了坯料中的缺陷。由于坯料中受影响的部分，这种坯料会制成有缺陷的或不能使用的光导纤维。
发明的概述本发明涉及熔凝石英玻璃的制造方法。提供一种能经热氧化分解转化成SiO2的液态、较好是不含卤素的含硅化合物，并将其直接加入燃烧器的火焰中，从而形成细分散的无定形烟尘(soot)。无定形烟尘被淀积在接受器表面。基本上在淀积的同时或淀积后，可将烟尘烧结成熔凝石英玻璃体。然后可用这种熔凝石英玻璃体直接制造产品，或可对熔凝体作进一步的处理，如将其拉制成光导纤维。进一步参见题为“聚烷基硅氧烷的纯化方法和所得产品”的美国专利申请08／574，961中所述的最终用途。该专利的内容参考结合于本发明中。
本发明还包括由液态、较好不含卤素的含硅反应物制造熔凝石英的装置。该装置包括操作中能产生转化部位(conversion site)火焰的燃烧器、将液态含硅化合物加入火焰中经热氧化分解使其转化成细分散的无定形烟尘的注料器、和相对于所述燃烧器能让烟尘淀积在接受体表面上的接受体表面。
由含挥发性含硅化合物的原料制造无定形熔凝SiO2烟尘颗粒一般需要在加入燃烧器之前将该化合物汽化。例如在上述的美国专利5，043，002(Dobbins等)中，将氮气之类的载气鼓泡通过含硅的反应物，较好是八甲基环四聚硅氧烷之类的不含卤素的化合物。反应物蒸汽与氮气的混合物被输送到反应部位处的燃烧器中。在燃烧器中，反应物与气态燃料／氧气混合物混合和燃烧。
虽然如美国专利5，043，002和5，152，819所述，将不含卤素的硅化合物用作制造熔凝石英玻璃的原料可避免形成HCl，但仍存在一些问题，特别是当该玻璃用于制造高质量光学制品(如光导纤维)时。如题为“聚烷基硅氧烷的纯化方法和所得产品”的待审查美国专利申请08／574，961揭示的那样，申请人已发现如果在聚烷基硅氧烷原料中存在高沸点杂质，就会在将气态反应物输送到燃烧器的汽化和输送系统或燃烧器内形成凝胶淀积物。这种硅氧烷原料的聚合和凝胶化妨碍了二氧化硅制造方法的可控性和一致性。当在反应物蒸汽流中加入氧气之类的氧化性载气时，使这个问题更加严重，因为氧化剂能催化硅氧烷原料的聚合。这样会造成烟尘预制件(preform)淀积速度的降低。这种预制件然后可烧结成拉制光导纤维的坯料。另外，高分子量、高沸点杂质颗粒可能会淀积到光导纤维坯料上，造成“缺陷”或“群集缺陷”疵点。这种疵点会损害以后拉制的光导纤维的质量，因此，可能需要废弃整根坯料。
缺陷是玻璃体内小的(即0．1-4．0毫米)气泡。熔凝二氧化硅中的气泡是由未燃烧的聚烷基硅氧烷凝胶之类杂质造成的。很小的硅氧烷凝胶颗粒可以是缺陷的引发部位。淀积在玻璃体上后，硅氧烷在高温下分解，放出能形成缺陷的气体。
热泳是将烟尘吸引到预制件上的过程。事实上，它产生了使颗粒移向较冷预制件的驱动力。燃烧器中产生的热气在沉积过程中通过预制件周围；烟尘颗粒仅靠燃烧不能获得足够的动量碰撞预制品。在温度梯度作用下，热泳使颗粒从热区移动到较冷区。从燃烧器中产生的燃烧气体要比预制件热。当这些气体在预制品周围通过时，产生温度梯度。热气体分子比冷气体分子具有更高的速度。当热气体分子碰撞颗粒时，它们会比冷气体分子向颗粒传递更多的动量。因此，颗粒被推向冷气体分子，再推向预制件。
群集缺陷(clustered defects)是光导纤维预制中的较大玻璃缺陷。这种缺陷由一系列线形、漏斗形或花形缺陷丛构成。大的凝胶颗粒可以是群集缺陷的引发部位。当凝胶颗粒撞在多孔预制件上后，它在预制件表面上形成一个突起的区域。由于群集缺陷是突起部位，更多的热传输至该部位，在该部位发生更多的热泳，使疵点生长，产生一连串缺陷。群集缺陷的结果是，光导纤维预制件部分不能正常玻璃化，而且坯料中缺陷会形成有缺陷的光导纤维。对于常规的100千米玻璃化坯料(直径为70毫米，长度为0．8米)来说，如果坯料表面上有一个群集缺陷，拉制时一般会损失5千米的光导纤维。对于较大的烧结坯料，单个群集缺陷的负作用会按比例增大。对于直径为90毫米，长度为1．8米的250千米玻璃化坯料，坯料表面上一个群集缺陷一般在拉制时会损失8千米的光导纤维。
申请人现已发现，在二氧化硅制造过程中将液态硅氧烷原料输送到转化部位可以抑制上述问题。通过输送硅氧烷原料液体，而不是输送硅氧烷原料蒸汽，避免硅氧烷原料暴露在汽化器和蒸汽输送系统的高温环境中，从而防止了硅氧烷原料的凝胶化。这样就提高了所得熔凝二氧化硅(fused silica)的产率和质量，同时也降低了对生产系统的维修要求。
附图简介

图1是本发明反应物输送系统的方框图。
图2是本发明用喷射器向燃烧器火焰喷射液态反应物的示意图。
图3是本发明用转换器(transducer)向燃烧器火焰加入液态反应物颗粒的示意图。
图4是装设在本发明燃烧器结构中的雾化器的示意图。
发明的详细描述本发明涉及高纯度熔凝石英玻璃的制造方法。本发明提供一种通过向转化部位输送液态硅氧烷原料来抑制二氧化硅制造过程中硅氧烷原料凝胶化的方法。由于避免了能促进形成令人讨厌的凝胶的汽化器和蒸汽输送系统的高温环境，从而改进了二氧化硅制造方法。将硅氧烷原料以液体形式输送到转化部位，直到刚好在转化成无定形二氧化硅烟尘之前或转化的同时才将其汽化。然后将无定形的二氧化硅烟尘淀积在接受体表面上。基本上在淀积的同时或以后，可将这种烟尘玻璃化成熔凝石英玻璃体。由这种玻璃体例如可拉制光导纤维。
本发明还包括二氧化硅制造装置。该装置包括装有硅氧烷液体原料的硅氧烷液体原料罐和用于将硅氧烷液体原料输送到注料器的硅氧烷液体原料输送管道。注料器将液体原料喷射到转化部位。液体原料在燃烧器火焰中被分解成细分散的无定形二氧化硅烟尘。形成的无定形二氧化硅烟尘淀积在接受体表面。
熔凝石英玻璃体可掺有杂氧化物掺杂剂。除液体硅氧烷原料以外，将能被氧化或火焰水解转化成P2O5和含有选自元素周期表中ⅠA、ⅠB、ⅡA、ⅡB、ⅢA、ⅢB、ⅣA、ⅣB、ⅤA和稀土族中金属组分的金属氧化物之一的掺杂剂化合物加入燃烧器的火焰中。这样制得的掺杂了氧化物的熔凝石英玻璃例如可被拉制成光导纤维。
图1说明性地描述将液体硅氧烷原料和任选的掺杂剂形成化合物输送到燃烧器10的系统。聚甲基环硅氧烷之类的液体硅氧烷原料被储存在原料罐11中。原料罐11经液体原料输送管道系统连接到反应物引入部位处的液体原料注料器15中。如有必要，液体原料输送管道系统可包括计量泵12、任选的过滤器13和预加热器14。所述的液体原料输送管道系统具有第一末端51和第二末端52。用泵12将罐11中的硅氧烷原料液体通过液体原料输送管道经过滤器13输送到任选的预加热器14。为基本上防止和抑制液体在预加热器14中挥发，经过滤器13输送的液体处于足够的压力之下。为在引入燃烧器10之前加热液体反应物和避免汽化器的高温，任选地使用预加热器14。汽化器的高温一般会促进形成凝胶。如美国专利4，165，223(D．R．Powers)所揭示的那样，通常较好向燃烧器供给内保护气体、外保护气体以及甲烷和氧气燃料混合物。该专利的内容参考结合于本发明中。
液体反应物从任选的过滤器13或任选的预加热器14经第二末端52输送到液体注料器15，注料器15将液体输送到燃烧器10中。注料器15包括以液体流或雾化液体颗粒形式将液体反应物直接输送到燃烧器10火焰中的装置。在讨论中，我们一般称反应物处于“液体”形式。我们用该术语所表示的是反应物基本上处于液态。小部分反应物可以是气态，特别在使用预加热器14时或在液体上方使用氮气罩时。小部分的反应物以气态形式输送到燃烧部位，不会损害本发明的操作。
液体注料器15例如可包括装有细针的注射器。用它可将液体流高速度地喷射在燃烧器火焰中。虽然规模小时可用注射器，工业操作需要适当大的等同物，如雾化器。
如在Arthur H．Lefebure编著，Hemispere Publishing Co．于1989年出版的雾化和喷雾(Atomization and Spray)一书中所揭示的那样，在雾化领域中已知几种能形成很小液滴的雾化装置。该书的内容参考结合于本发明中。雾化器可用各种能源(如液体、气体、机械能、电能和振动能)进行操作，并可分成喷射雾化器、漩涡式雾化器、喷射-漩涡式雾化器、气动雾化器、旋转式雾化器、声波(acoustic)雾化器、超声雾化器和静电雾化器。较好使用喷射雾化器；喷射雾化器更好是喷射-漩涡式雾化器。这种雾化器先使液体形成涡旋，然后象常规雾化器一样从小孔内高速喷出液体。各种类型的雾化器描述在由L．Bayvel and Z．Orzechowski编著的，Taylor & Francis(1993)出版的Liquid Atomization一书中。该书的内容参考结合在本发明中。
另一种优选的雾化器是由氮气或空气压力操纵的气动雾化器。在特别优选的实施方案中，雾化器可装设在燃烧器的结构中。
硅氧烷反应物的雾化颗粒在燃烧器中燃烧。该燃烧器较好用甲烷和氧气的混合物提供燃料。雾化的反应物颗粒可用氮气之类的载气从雾化器输送到燃烧器火焰中。氮气较好是雾化气体。
图2说明性地描述本发明的装置。在该装置中，注射器21将液体反应物流22注入到由燃烧器24产生的转化部位火焰23中。反应物的热氧化分解产生细分散的无定形烟尘25，这种烟尘淀积在可旋转的心轴26上。
图3是本发明装置的另一个实施方案的示意图。雾化器31将小的液体反应物颗粒32注入到燃烧器24产生的火焰23上。反应物的燃烧产生烟尘25，这种烟尘淀积在可旋转的心轴26上。
图4是本发明装置的优选实施方案的截面图。在该装置中，燃烧器40将雾化器41装设在它的结构中。雾化器41将很细的雾化液体反应物颗粒喷入火焰23中。与上述实施方案一样，燃烧液体反应物产生的无定形烟尘25收集在可旋转的心轴26上。
如图4所示，燃烧器40包括一系列环绕雾化器41的同心通道。氮气流可经最内边的通道43通入，以便防止反应物颗粒42与氧气过早接触。氧气可经通道44和45通入火焰23。氧气与甲烷之类燃料的预混合物可经最外边的通道46通入火焰。装有雾化注料器的燃烧器(如图4所示的实例)产生宽的烟尘流。这样可使以后制得的光导纤维的内芯区和包层区具有更高的同心性。
图4所示的本发明最优选的雾化器部件53包括喷气雾化器。用这种喷气雾化器，可利用流动气流(如从最内层通道43通入的气流)的动能雾化液体硅氧烷原料。用高速气体雾化该原料。这样产生的雾化液体喷射物42的速度为0．5-50．0米／秒。对于喷气雾化器，较好使用惰性气体。对于本发明，氮气是特别优选的，但也可使用非惰性气体如氧气，但不能在液体原料完全汽化之前防止原料燃烧。将氮气用作喷射气体有助于覆盖原料，以免与火焰中的氧气接触和防止燃烧器阻塞。当本发明中使用喷气雾化器时，高速喷射气体被有效地配置，以便在燃烧器和火焰中有效地雾化硅氧烷。
在实施本发明时，虽然较好让雾化器部件53作为燃烧器装置的整体部分，但也可以使用与燃烧器分开的喷气雾化器，如图2和图3中所示的雾化器21和31。
如图1所示，该装置也可配置掺杂剂供料罐16。该供料罐含有能通过氧化或火焰水解转化成P2O5或含有选自元素周期表中ⅠA、ⅠB、ⅡA、ⅡB、ⅢA、ⅢB、ⅣA、ⅣB、ⅤA和稀土族中金属组分的金属氧化物的化合物。这些氧化物掺杂剂与燃烧器中产生的二氧化硅结合，形成掺杂的石英玻璃(silica glass)。这种掺杂石英玻璃随后可制成光导纤维。
能提供石英玻璃掺杂剂的化合物可从图1中的掺杂剂供料罐16送入供料罐11。或者，可通过与含硅化合物输送系统相似的单独计量泵和任选的过滤器(未画出)将掺杂剂从供料罐16输送到液体注料器15。
在本发明中，不含卤素的含硅反应物化合物较好包括聚烷基硅氧烷，如六甲基二硅氧烷。聚烷基硅氧烷更好包括聚甲基环硅氧烷。所述的聚甲基环硅氧烷最好选自六甲基环三聚硅氧烷、八甲基环四聚硅氧烷、十甲基环五聚硅氧烷、十二甲基环六聚硅氧烷以及它们的混合物。
如待审查的美国专利申请08／574，961揭示的那样，在常规二氧化硅制造方法中将八甲基环四聚硅氧烷用作硅氧烷原料产生的问题是这些硅氧烷原料易于聚合和形成凝胶。这种凝胶会阻塞和阻碍原料蒸发器和汽化原料输送系统。
如下实施例进一步说明本发明。
实施例1-用注射器将液体反应物注射到火焰中来制造烟尘用装有0．01英寸直径针头的注射器将八甲基环四聚硅氧烷(OMCTS)的液流注射到装有玻璃棒的车床的燃烧器火焰中。将生成的含有SiO2的多孔烟尘颗粒收集在直径为1英寸的旋转玻璃棒上。这方法表明燃烧液态硅氧烷原料获得SiO2的可行性。
实施例2-将超声换能器雾化器用作注料器制造烟尘用沿燃烧器中心线插入的Vibra-Cell20-khz超声换能器雾化器(购自Sonics& Materials，IncDanbury，CT)将液态八甲基环四聚硅氧烷(OMCTS)输送至燃烧器。雾化器周围有两个氧气进料内环和一个CH4／O2预混物进料外环。使用如下的流速八甲基环四聚硅氧烷(OMCTS)，11克／分；氧气，10标准升／分(SLPM)；预混物，10标准升／分CH4和8．4标准升／分O2。
继续燃烧约10分钟。心轴上收集到良好的SiO2烟尘淀积物，这进一步表明用以小液滴形式喷入燃烧器火焰的硅氧烷原料制取SiO2的实际可行性。
实施例3-用雾化燃烧器制造烟尘如图4所示制造雾化燃烧器。试验了以下各种尺寸的雾化器41和周围通道
雾化器41的内径0．007-0．015英寸通道43的内径0．036-0．050英寸通道43的外径0．048-0．063英寸用内径为0．015英寸的雾化器41由八甲基环四聚硅氧烷(OMCTS)制造烟尘颗粒，历时65分钟。流速如下通过通道46的预混物10标准升／分CH4和8标准升／分O2。
通过通道44和45的O226标准升／分。
通过通道43的氮气5．6标准升／分。
通过雾化器41的八甲基环四聚硅氧烷(OMCTS)前5分钟为6毫升／分，后60分钟为10毫升／分。
靶子或饵棒(直径为1英寸的玻璃棒)的转速为1-5转／秒，往返移动速度为15米／分。燃烧器与饵棒接受体表面的距离约为6．5英寸。
反应物八甲基环四聚硅氧烷(OMCTS)得到完全燃烧。在65分钟淀积期内，靶子重量增加247克(3．8克／分)。然后在炉中烟尘玻璃化，产生透明且无可见缺陷的玻璃。
这些结果表明，已成功地使用本发明的雾化燃烧器燃烧液体硅氧烷原料，并以良好的速度将烟尘淀积在接受器表面。
出于解释的目的，已对本发明作了详细说明，但应当理解这些细节只起到解释的作用，本领域中普通技术人员可以对此作各种变化，而不偏离本发明的精神和范围。本发明的范围由如下权利要求书确定。
权利要求
1．一种在制造二氧化硅时抑制硅氧烷原料凝胶化的方法，其特征在于所述的方法包括如下步骤a)制得液体硅氧烷原料；b)将所述的液体硅氧烷原料以液体形式输送到转化部位；c)在转化部位使所述的液体硅氧烷原料雾化；d)在转化部位将所述的雾化硅氧烷原料转化成二氧化硅。
2．如权利要求1所述的方法，其特征在于所述在转化部位雾化所述液体硅氧烷原料的步骤还包括喷气雾化所述液体硅氧烷原料的步骤。
3．如权利要求2所述的方法，其特征在于所述喷气雾化所述液体硅氧烷原料的步骤还包括用流动气流的动能雾化所述液体硅氧烷原料的步骤。
4．如权利要求2所述的方法，其特征在于所述喷气雾化所述液体硅氧烷原料的步骤还包括用惰性气体喷气雾化所述液体硅氧烷原料的步骤。
5．如权利要求4所述的方法，其特征在于所述用惰性气体喷气雾化所述液体硅氧烷原料的步骤包括用氮气喷气雾化所述液体硅氧烷原料的步骤。
6．如权利要求1所述的方法，其特征在于所述在转化部位雾化所述液体硅氧烷原料的步骤还包括使雾化硅氧烷原料的速度大于0．5米／秒。
7．如权利要求1所述的方法，其特征在于所述在转化部位将所述雾化硅氧烷原料转化成二氧化硅的步骤还包括在火焰中分解所述雾化硅氧烷原料的步骤。
8．一种在将硅氧烷转化成二氧化硅烟尘的转化部位利用液体硅氧烷的方法，其特征在于所述的方法包括a)在远离所述转化部位的地方容装液体硅氧烷；b)以液体形式将所述的液体硅氧烷输送到所述的转化部位；c)在转化部位将输送到的所述液体硅氧烷汽化；d)在转化部位将所述汽化的输送到的硅氧烷转化为二氧化硅烟尘。
9．如权利要求8所述的方法，其特征在于所述以液体形式将所述的液体硅氧烷输送到转化部位的步骤还包括抑制液体硅氧烷汽化的步骤。
10．如权利要求8所述的方法，其特征在于所述汽化所述输送到的液体硅氧烷的步骤还包括用惰性气体喷射所述液体硅氧烷的步骤。
11．如权利要求8所述的方法，其特征在于所述方法还包括用P2O5和含有选自元素周期表中ⅠA、ⅠB、ⅡA、ⅡB、ⅢA、ⅢB、ⅣVA、ⅣB、ⅤA和稀土族中金属组分的金属氧化物之中至少一种物质掺杂所述二氧化硅烟尘的步骤。
12．一种二氧化硅制造装置，其特征在于它包括容纳硅氧烷液体原料的硅氧烷液体原料罐；具有第一末端和第二末端的硅氧烷液体原料输送管道，所述的第一末端连接到所述硅氧烷液体原料罐上；硅氧烷液体原料注料器，所述的注料器连接到所述硅氧烷液体原料输送管道的第二末端；邻接于所述注料器的硅氧烷转化成二氧化硅的转化部位，在所述的转化部位从所述注料器喷出的硅氧烷被转化成二氧化硅。
13．如权利要求12所述的二氧化硅制造装置，其特征在于所述的硅氧烷液体原料注料器包括雾化装置。
14．如权利要求13所述的装置，其特征在于所述的雾化装置包括喷气雾化器。
15．如权利要求14所述的装置，其特征在于所述的喷气雾化器邻接于燃烧器。
16．如权利要求12所述的装置，其特征在于所述硅氧烷转化成二氧化硅的转化部位包括火焰。
17．如权利要求13所述的装置，其特征在于所述的雾化装置包括静电雾化器。
18．如权利要求13所述的装置，其特征在于所述的雾化装置包括气动雾化器。
19．如权利要求13所述的装置，其特征在于所述的雾化装置包括喷射雾化器。
20．一种制造二氧化硅烟尘的方法，其特征在于所述的方法包括提供转化部位，所述的转化部位用于将二氧化硅生产原料转化成二氧化硅；将喷气雾化器放在所述转化部位附近；以液体形式将二氧化硅生产原料输送到所述喷气雾化器中；用气体将所述的二氧化硅生产原料喷气雾化。
21．一种制造二氧化硅烟尘的方法，其特征在于所述的方法包括提供转化部位，所述的转化部位用于将二氧化硅生产原料转化成二氧化硅；将静电雾化器放在所述转化部位附近；以液体形式将二氧化硅生产原料输送到所述静电雾化器中；用电荷将所述的二氧化硅生产原料静电雾化。
22．一种制造二氧化硅烟尘的方法，其特征在于所述的方法包括提供转化部位，所述的转化部位用于将二氧化硅生产原料转化成二氧化硅；将气动雾化器放在所述转化部位附近；以液体形式将二氧化硅生产原料输送到所述气动雾化器中；用气动方式将所述的二氧化硅生产原料气动雾化。
23．一种制造二氧化硅烟尘的方法，其特征在于所述的方法包括提供转化部位，所述的转化部位用于将二氧化硅生产原料转化成二氧化硅；将喷射雾化器放在所述转化部位附近；以液体形式将二氧化硅生产原料输送到所述喷射雾化器中；将所述的二氧化硅生产原料喷射雾化。
全文摘要
本发明涉及熔凝石英玻璃的制造方法,即将液态、较好为不含卤化物的含硅化合物(32)直接送到燃烧器(24)的火焰(23)中,从而形成无定形的烟尘(25)。这种烟尘淀积在表面(26)上,并玻璃化成为熔凝石英玻璃块体。本发明也涉及到一种装置。该装置包括产生火焰(23)的燃烧器(24)、将化合物(32)送入火焰(23)以将该化合物转化成烟尘的注料器(31)和淀积烟尘的表面(26)。
文档编号C03B19/14GK1204299SQ96199035
公开日1999年1月6日 申请日期1996年12月12日 优先权日1995年12月19日
发明者D·W·霍托夫, D·L·亨德森, G·E·史密斯, E·H·乌鲁蒂 申请人:康宁股份有限公司