玻璃微粒沉积体的制造方法以及玻璃母材的制造方法_2

文档序号:8391291阅读:来源:国知局
实施本实施方式的玻璃微粒沉积体的制造方法的制造装置101的构成 图。制造装置101具有:反应容器102、升降旋转装置103、原料供给装置121、玻璃微粒生 成用燃烧器222、以及控制各部的动作的控制部105。
[0045] 反应容器102是能够形成玻璃微粒沉积体M的容器,并且具有安装在容器侧面的 排气管112。
[0046] 升降旋转装置103是通过支持棒110以及起始棒111使玻璃微粒沉积体M进行升 降动作以及旋转动作的装置。升降旋转装置103基于发自控制部105的控制信号,使玻璃 微粒沉积体M升降以及旋转。
[0047] 支持棒110被布置为插入并穿过形成于反应容器102的上壁的贯通孔,并且在设 置于反应容器102内的一端(在图1中为下端)处安装有起始棒111。支持棒110的另一 端(在图1中为上端)由升降旋转装置103把持。
[0048] 起始棒111是沉积玻璃微粒的棒,并且安装在支持棒110上。
[0049] 排气管112是将未附着于起始棒111以及玻璃微粒沉积体M上的玻璃微粒排出到 反应容器102的外部的管。
[0050] 向燃烧器222供给在原料供给装置121内气化的原料气体123。需要说明的是,在 图1中省略了供给火焰形成用气体的气体供给装置。
[0051] 原料供给装置121由气化液体原料123A的气化容器124、控制原料气体123的气 体流量的MFC125、将原料气体123导向燃烧器222的供给配管126、以及对气化容器124和 MFC125以及供给配管126的一部分进行温度控制的温控室127构成。
[0052]MFC125是将从燃烧器222出射的原料气体123经由供给配管126向燃烧器222供 给的装置。MFC125基于发自控制部105的控制信号对供给至燃烧器222的原料气体123的 供给量进行控制。
[0053] 供给配管126是将原料气体123导入燃烧器222的配管。为了将供给配管126的 温度保持为高温,优选在供给配管126的外周以及燃烧器222的外周的一部分上卷绕发热 体即带加热器128。通过对该带加热器128通电来对供给配管126以及燃烧器222进行加 热,由此可以使从燃烧器222出射的原料气体123的温度上升至适于气化的温度。例如, 若液体原料123A是八甲基环四硅氧烷(OMCTS),则上升至高于OMCTS的标准沸点175°C的 175~200°C的温度即可。
[0054] 燃烧器222通过使原料气体123在火焰中发生火焰热分解反应,从而生成玻璃微 粒130,并将生成的玻璃微粒130喷附在起始棒111上以使之沉积。
[0055] 控制部105控制着升降旋转装置103、原料供给装置121等各个动作。控制部105 向升降旋转装置103发送控制信号,该控制信号控制玻璃微粒沉积体M的升降速度以及旋 转速度。另外,控制部105向原料供给装置121的MFC125发送控制信号,该控制信号对从 燃烧器222出射的原料气体123的流量进行控制。
[0056] 作为用于喷出玻璃原料以及火焰形成气体的燃烧器222,可使用(例如)圆筒形多 喷嘴结构的燃烧器或线状多喷嘴结构的燃烧器。
[0057] 图2(a)是燃烧器222的前视图,其为具有多喷嘴结构的燃烧器的一个例子。
[0058] 图2(a)所示的燃烧器222,在中央部具有喷出原料气体123的原料喷口231。也 可以将原料气体123和氮(N2)等惰性气体混合并供给至原料喷口231。在原料喷口231的 外周设置有密封气体喷口232。另外,在密封气体喷口232的周围以同心圆状配置多个喷出 燃烧用气体的燃气喷口233。
[0059] 从中心的原料喷口 231喷出(例如)作为原料气体123的、以OMCTS等为代表的 硅氧烷。从密封气体喷口 232供给作为密封气体的惰性气体,例如氮气(N2)和氩气(Ar)气 体。另外,燃气喷口 233 (例如)从内周侧的口 233a喷出可燃性气体即氢气(H2),从外周侧 的口 233b喷出助燃性气体即氧气(02)。
[0060] 如图2(b)所示,本实施方式中,在燃烧器222的中央部设置两个原料喷口 231。以 气体状态向各原料喷口 231供给硅氧烷。通过将原料喷口 231设为两个以上,可以分散原 料气体从而供给至燃烧器火焰内,因此可提高使原料气体化学变化为Si02的效率。玻璃原 料的喷出口的数量越多,其效果越好,在三个以上乃至五个以上的情况下,其效果更好。但 是,过多的话,燃烧器的价格增高。
[0061] 下面,对玻璃微粒沉积体以及玻璃母材的制造方法的步骤进行说明。
[0062](沉积工序)
[0063] 利用0VD法(外部沉积法)进行玻璃微粒的沉积,从而制造玻璃微粒沉积体M。首 先,如图1所示,在升降旋转装置103上安装支持棒110,进一步在支持棒110的下端安装起 始棒111的状态下,将起始棒111以及支持棒110的一部分放进反应容器102内。
[0064] 接着,MFC125基于发自控制部105的控制信号,在控制供给量的同时向燃烧器222 供给原料气体123。
[0065] 将原料气体123、以及氢氧气体(火焰形成气体)供给至燃烧器222,使原料气体 123在氢氧焰内发生火焰热分解反应(氧化反应等),由此生成玻璃微粒130。
[0066] 接着,燃烧器222使在火焰内生成的玻璃微粒130持续沉积在旋转以及升降的起 始棒111上。
[0067] 升降旋转装置103基于来自控制部105的控制信号,使起始棒111以及沉积在起 始棒111上的玻璃微粒沉积体M升降以及旋转。
[0068](透明化工序)
[0069] 接着,将所得的玻璃微粒沉积体M在惰性气体和氯气的混合气氛中加热到 1100°C,然后在He气氛中加热至1550°C,从而得到透明玻璃母材。反复进行这种玻璃母材 的制造。
[0070] 如以上说明的那样,在本实施方式中,在沉积工序中,每个燃烧器222至少设置两 个玻璃原料的出射口即原料喷口 231。通过将原料喷口 231设有两个以上,可以提高使原料 气体123化学变化为Si02的反应效率。
[0071] 另外,本实施方式中,将从一个玻璃原料的出射口喷出的玻璃原料的流速(初速) 设为4m/s以上60m/s以下,更优选设为10m/s以上40m/s以下,进一步优选设为15m/s以上 30m/s以下。由此,原料气体123容易通过自由喷流从火焰的中心向火焰的外周方向扩展, 因此,可以促进玻璃原料与火焰形成气体的氧的搅拌,从而进一步促进原料的氧化反应。如 果原料气体123的流速低于4m/s,则自由喷流的效果较弱,原料气体123难以向火焰外周方 向扩展。另外,若原料气体123的流速超过60m/s,则根据文丘里效应,在火焰外周流动的氧 气被引入原料气体流,原料气体流的截面积变窄,原料氧化反应时的加热密度提高。由此, 火焰温度过高,所制作的玻璃微粒沉积体的密度变高,玻璃微粒沉积体难以成长。
[0072] 本实施方式中,作为原料气体123,使用作为无卤原料的硅氧烷、优选使用0MCTS。 通常,作为玻璃原料使用的SiCl4基于以下的式(1)生成Si02玻璃微粒。
[0073]SiCl4+2H20 -Si02+4HC1 …式(1)
[0074] 该情况下,由于作为副产物生成了给环境及人体带来坏影响的HC1 (盐酸),因此 需要使盐酸无害化的处理装置,用于制造玻璃母材的运行成本变得非常高。
[0075] 另一方面,如本实施方式,在使用(例如)以0MCTS等为代表的硅氧烷液的情况 下,基于以下的式(2)生成Si02玻璃微粒。
[0076] [Si0(CH3)2]4+1602- 4Si02+8C02+
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