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DE102012008123A1 - Producing molded body, comprises producing quartz glass granules of granular particles with enclosed helium by granulating pyrogenically produced silicic acid and vitrifying, heating granules, and molding formed softened quartz glass mass - Google Patents

Producing molded body, comprises producing quartz glass granules of granular particles with enclosed helium by granulating pyrogenically produced silicic acid and vitrifying, heating granules, and molding formed softened quartz glass mass Download PDF

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DE102012008123A1
DE102012008123A1 DE201210008123 DE102012008123A DE102012008123A1 DE 102012008123 A1 DE102012008123 A1 DE 102012008123A1 DE 201210008123 DE201210008123 DE 201210008123 DE 102012008123 A DE102012008123 A DE 102012008123A DE 102012008123 A1 DE102012008123 A1 DE 102012008123A1
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DE
Germany
Prior art keywords
quartz glass
granules
helium
sio
rotary tube
Prior art date
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Application number
DE201210008123
Other languages
German (de)
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DE102012008123B4 (en
Inventor
Martin Arndt
Achim Hofmann
Walter Lehmann
Thomas Kayser
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Heraeus Quarzglas GmbH and Co KG
Original Assignee
Heraeus Quarzglas GmbH and Co KG
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Priority to JP2015503821A priority patent/JP6129293B2/en
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Abstract

Producing molded body from electrically melted synthetic quartz glass, comprises (a) providing synthetically produced quartz glass granules made of granular particles with enclosed helium, (b) heating the quartz glass granules in an electrically heated melt container, and (c) molding the formed softened quartz glass mass. The quartz glass granules are produced by (i) granulating pyrogenically produced silicic acid for forming silicon dioxide granules made of porous granular particles, and (ii) vitrifying the silicon dioxide granules under a treatment gas comprising at least 30 vol.% helium. Producing molded body from electrically melted synthetic quartz glass, comprises (a) providing synthetically produced quartz glass granules made of granular particles with enclosed helium, (b) heating the quartz glass granules in an electrically heated melt container, and (c) molding the formed softened quartz glass mass to obtain the molded body. The quartz glass granules are produced by (i) granulating pyrogenically produced silicic acid for forming silicon dioxide granules made of porous granulate particles, and (ii) vitrifying the silicon dioxide granules in a rotary kiln (1) comprising a rotary tube (6), which is at least partially made of a ceramic material, under a treatment gas comprising at least 30 vol.% helium, to obtain granular particles with enclosed helium.

Description

Technisches GebietTechnical area

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Formkörpers aus elektrogeschmolzenem synthetischem Quarzglas, indem synthetisch erzeugte Quarzglaskörnung bereitgestellt und in einem elektrisch beheizten Schmelzbehälter unter Bildung einer erweichten Quarzglasmasse erhitzt und die erweichte Quarzglasmasse zu dem Formkörper geformt wird.The present invention relates to a method for producing a fused silica synthetic quartz molded body by providing synthesized fused silica granules and heating in an electrically heated melting vessel to form a softened quartz glass mass, and shaping the softened silica glass mass into the formed body.

Synthetisch erzeugte Quarzglaskörnung wird durch thermisches Verdichten eines porösen SiO2-Granulats erhalten. Derartiges Granulat wird durch Vorverdichtung von SiO2-Sootstaub oder SiO2-Nanoteilchen erzeugt, wie sie beispielsweise bei der Herstellung von synthetischem Quarzglas durch Polymerisation, Polykondensation, Fällung oder CVD-Abscheideverfahren anfallen. Als Beispiele für übliche Granulierungsverfahren seien Rollgranulation, Sprühgranulation, Zentrifugalzerstäubung, Wirbelschichtgranulation, Granulierverfahren unter Einsatz einer Granuliermühle, Kompaktierung, Walzenpressen, Brikettierung, Schülpenherstellung oder Extrudierung genannt.Synthetically produced quartz glass grain is obtained by thermally compacting a porous SiO 2 granulate. Such granules are produced by pre-compression of SiO 2 soot dust or SiO 2 nanoparticles, as obtained for example in the production of synthetic quartz glass by polymerization, polycondensation, precipitation or CVD deposition. Rolling granulation, spray granulation, centrifugal atomization, fluidized bed granulation, granulation processes using a granulating mill, compaction, roll pressing, briquetting, slug production or extrusion are mentioned as examples of customary granulation processes.

Die dabei anfallenden diskreten, mechanisch und gegebenenfalls auch thermisch vorverdichteten Partikel werden hier als „SiO2-Granulatteilchen” bezeichnet. In ihrer Gesamtheit bilden sie das poröse „SiO2-Granulat”.The resulting discrete, mechanically and optionally also thermally pre-compressed particles are referred to herein as "SiO 2 granules". In their entirety they form the porous "SiO 2 granulate".

Wegen ihrer Porosität ist das direkte Einschmelzen derartiger SiO2-Granulate problematisch. Denn beim direkten Einschmelzen besteht die Gefahr, dass sich geschlossene, gasgefüllte Hohlräume bilden, die aus der hochviskosen Quarzglasmasse nicht oder nur sehr langsam zu entfernen sind und die so zu Blasen im Quarzglas führen. Deshalb ist für anspruchsvolle Anwendungen, bei denen es auf Blasenfreiheit des Endproduktes ankommt, in der Regel ein vorheriges Verglasen des porösen Granulats notwendig. Die durch Verglasen der porösen SiO2-Granulatteilchen erhaltenen, dichten Glasteilchen werden hier als „Quarzglasteilchen” bezeichnet, die in ihrer Gesamtheit die synthetische „Quarzglaskörnung” bilden.Because of their porosity, the direct melting of such SiO 2 granules is problematic. Because in direct melting there is a danger that form closed, gas-filled cavities that are not or only very slowly to remove from the high-viscosity quartz glass mass and thus lead to bubbles in the quartz glass. Therefore, for demanding applications, where it depends on freedom from bubbles of the final product, usually a previous vitrification of the porous granules necessary. The dense glass particles obtained by vitrification of the porous SiO 2 granules are referred to herein as "quartz glass particles" which in their entirety constitute the synthetic "quartz glass grain".

Derartige Quarzglaskörnung kann in elektrisch beheizten Schmelztiegeln oder Schmelzformen zu Bauteilen, wie Rohren, Stäben, Haltern, Glocken, Reaktoren oder Tiegeln für die Halbleiter- oder Lampenfertigung und der chemischen Verfahrenstechnik aus hochkieselsäurehaltigem Glas verarbeitet werden.Such Quarzglerkörnung can be processed in electrically heated crucibles or melt molds into components such as pipes, rods, holders, bells, reactors or crucibles for semiconductor or lamp production and chemical engineering of high-siliceous glass.

Unter „hochkieselsäurehaltigem Glas” wird hierbei nicht dotiertes oder dotiertes Quarzglas mit einem SiO2-Gehalt von mindestens 90 Gew.-% verstanden. Ein derartiges Glas wird im Folgenden der Einfachheit halber auch kurz als „Quarzglas” und die erweichte Masse daraus als „Quarzglasschmelze” bezeichnet.By "high-silica acid-containing glass" is meant non-doped or doped quartz glass having an SiO 2 content of at least 90% by weight. Such a glass is hereinafter referred to simply as "quartz glass" and the softened mass thereof as "quartz glass melt" for the sake of simplicity.

Die Quarzglasschmelze weist selbst bei Temperaturen nahe der Sublimationstemperatur von SiO2 noch eine vergleichsweise hohe Viskosität auf. Infolge ihrer hohen Temperatur und Viskosität können Quarzglasschmelzen nicht ohne weiteres mittels bei der Glasbearbeitung ansonsten üblichen Maßnahmen, wie Läutern oder Rühren, homogenisiert werden.The quartz glass melt still has a comparatively high viscosity even at temperatures close to the sublimation temperature of SiO 2 . Due to their high temperature and viscosity, quartz glass melts can not readily be homogenized by means otherwise conventional in glass processing, such as refining or stirring.

Beim Einschmelzen von Quarzglaskörnung bewirkt daher auch der Gasraum zwischen den dichten Quarzglasteilchen eine zusätzliche Blasenproblematik. Denn die beim Einschmelzprozess innerhalb der viskosen Glasmasse eingeschlossenen Gase können nachträglich kaum noch entweichen und auch nicht durch Homogenisierungsmaßnahmen entfernt werden. Sie verursachen Blasen und andere Störungen im fertigen Quarzglas-Formkörper.When smelting quartz glass grains, therefore, the gas space between the dense quartz glass particles also causes an additional problem of bubbles. Because the enclosed during the melting process within the viscous glass mass gases can escape later hardly and not be removed by homogenization. They cause bubbles and other disturbances in the finished quartz glass molded body.

Das Problem der Blasenbildung stellt sich insbesondere bei Einschmelzprozessen mit prozessbedingt beschränkter Einschmelzdauer, wie etwa beim kontinuierlichen Einschmelzen von Quarzglaskörnung in einem Schmelztiegel-Ziehverfahren. Bei diesem Verfahren wird einem Schmelztiegel von oben Quarzglaskörnung zugeführt, die dabei erzeugte Körnungs-Schüttung wird erhitzt und zu einer hochviskosen Quarzglasschmelze erschmolzen und diese wird kontinuierlich über eine Ziehdüse am Tiegelboden als Quarzglasstrang mit beliebigem Querschnittsprofil abgezogen. Aus dem Quarzglasstrang werden zylinderförmige Formkörper abgelängt.The problem of blistering arises in particular in smelting processes with process-related limited melting time, such as in the continuous melting of quartz glass grain in a crucible-drawing process. In this process, quartz glass grains are fed to a crucible from above, the granulated charge thus produced is heated and melted to give a highly viscous quartz glass melt and this is drawn off continuously via a die at the bottom of the crucible as a quartz glass strand with any cross-sectional profile. From the quartz glass strand cylindrical shaped bodies are cut to length.

Beim Schmelztiegel-Ziehverfahren können in die viskose Quarzglasschmelze eingeschlossene Gase kaum noch entfernt werden. Sie verursachen Blasen und andere Störungen im abgezogenen Quarzglasstrang und sie können zu Unstetigkeiten beim Ziehprozess und damit zu Maßabweichungen führen.In the crucible-pulling process, gases trapped in the viscous quartz glass melt can hardly be removed. They cause bubbles and other disturbances in the withdrawn quartz glass strand and they can lead to discontinuities in the drawing process and thus deviations.

Stand der Technik State of the art

Aus den obigen Erläuterungen ergibt sich, dass die Problematik des Blaseneinschlusses sowohl beim Verglasen des porösen SiO2-Granulats zu synthetischer Quarzglaskörnung als auch beim Einschmelzen der so erzeugten Quarzglaskörnung zu dem Quarzglas-Formkörper eine wichtige Rolle spielt. Mit dem Ziel, Blasenfreiheit oder Blasenarmut im jeweiligen Prozessstadium zu erreichen, ist eine Vielzahl unterschiedlicher Techniken bekannt.It follows from the above explanations that the problem of bubble entrapment plays an important role in both the vitrification of the porous SiO 2 granulate to synthetic quartz glass grain and in the fusing of the quartz glass grain thus produced to the quartz glass molded body. A variety of different techniques are known with the aim of achieving freedom from bladder or bladder at the respective process stage.

Verglasen von Granulat zu QuarzglaskörnungGlazing of granules to Quarzglaskörnung

So wird in der EP 1 076 043 vorgeschlagen, poröses SiO2-Granulat in eine Brennerflamme einzurieseln, um es darin fein zu verteilen und bei Temperaturen von 2000 bis 2500°C zu verglasen. Das Granulat wird vorzugsweise durch Sprüh- oder Nassgranulation von Filterstaub erhalten und hat Korngrößen im Bereich von 5 bis 300 μm. Vor dem Verglasen kann es durch Behandlung mit Mikrowellenstrahlung erhitzt und vorverdichtet werden.So will in the EP 1 076 043 proposed to throw porous SiO 2 granules into a burner flame in order to finely distribute it therein and to vitrify at temperatures of 2000 to 2500 ° C. The granules are preferably obtained by spray or wet granulation of filter dust and have particle sizes in the range of 5 to 300 microns. Before vitrification, it can be heated and precompressed by treatment with microwave radiation.

Der Sintergrad eines gegebenen Granulatteilchens hängt von seiner Teilchengröße und dem Wärmeeintrag ab, der wiederum von der Aufenthaltsdauer in der Brennerflamme und der Flammentemperatur bestimmt wird. Das Granulat hat jedoch in der Regel eine gewisse Teilchengrößenverteilung, und die Brenngasflamme hat Bereiche unterschiedlicher Strömungsgeschwindigkeiten und Flammentemperaturen. Dies führt zu ungleichmäßigen und wenig reproduzierbaren Sintergraden. Es besteht außerdem die Gefahr, dass die Quarzglasteilchen durch die Brenngase verunreinigt werden. In dem Zusammenhang ist besonders die Beladung mit Hydroxylgruppen bei Einsatz wasserstoffhaltiger Brenngase zu nennen, was mit einer vergleichsweise niedrigen Viskosität des Quarzglases einhergeht.The degree of sintering of a given granule particle depends on its particle size and the heat input, which in turn is determined by the residence time in the burner flame and the flame temperature. However, the granules usually have a certain particle size distribution, and the fuel gas flame has regions of different flow velocities and flame temperatures. This leads to uneven and little reproducible degrees of sintering. There is also the danger that the quartz glass particles are contaminated by the fuel gases. In this context, especially the loading with hydroxyl groups when using hydrogen-containing fuel gases, which is accompanied by a comparatively low viscosity of the quartz glass.

In der EP 1 088 789 A2 wird zum Verglasen von porösem SiO2-Granulat vorgeschlagen, das synthetisch erzeugte Granulat zunächst durch Erhitzen in HCl-haltiger Atmosphäre in einem Drehrohrofen zu reinigen, anschließend in einem Fließbett zu kalzinieren und dann in einer vertikalen Fließbettapparatur oder in einem Tiegel unter Vakuum oder Helium oder Wasserstoff zu synthetischer Quarzglaskörnung zu verglasen.In the EP 1 088 789 A2 is proposed for vitrifying porous SiO 2 granules, the initially synthesized granules to be cleaned by heating in HCl-containing atmosphere in a rotary kiln, then calcined in a fluidized bed and then in a vertical fluidized bed apparatus or in a crucible under vacuum or helium or To vitrify hydrogen into synthetic quartz glass grains.

Hierbei handelt es sich um ein diskontinuierliches Verglasungsverfahren, einhergehend mit einer großen thermischen Trägheit des Ofens und demzufolge langen Prozessdauern mit dementsprechend hohem Zeit- und Kostenaufwand mit geringem Durchsatz und einem im Ergebnis relativ teueren Granulat.This is a discontinuous vitrification process, accompanied by a large thermal inertia of the furnace and consequently long process times with correspondingly high time and cost with low throughput and a result in the relatively expensive granules.

Bei einem ähnlichen Verfahren gemäß der JP 10287416 A wird partikelförmiges SiO2-Gel mit Durchmessern im Bereich von 10 und 1.000 μm kontinuierlich einem Drehrohrofen verdichtet. Dieser umfasst ein Drehrohr aus Quarzglas mit einer Länge von 2 m und einem Innendurchmesser von 200 mm. Das Drehrohr wird mittels Heizern von außen beheizt und ist in mehrere Temperaturzonen aufgeteilt, die den Temperaturbereich von 50°C bis 1.100°C abdecken. Das partikelförmige SiO2-Gel mit Partikelgrößen zwischen 100 und 500 μm wird in dem mit 8 U/min rotierenden Drehrohr durch Zufuhr eines sauerstoffhaltigen Gases von organischen Bestandteilen befreit und zu SiO2-Pulver gesintert. Die Ofenatmosphäre beim Sintern enthält Sauerstoff und fakultativ Argon, Stickstoff oder Helium.In a similar method according to the JP 10287416 A Particulate SiO 2 gel with diameters in the range of 10 and 1000 microns is continuously compressed in a rotary kiln. This comprises a rotary tube of quartz glass with a length of 2 m and an inner diameter of 200 mm. The rotary kiln is heated by heaters from the outside and is divided into several temperature zones that cover the temperature range from 50 ° C to 1100 ° C. The particulate SiO 2 gel with particle sizes between 100 and 500 .mu.m is freed in the rotating tube rotating at 8 rpm by supplying an oxygen-containing gas from organic constituents and sintered to SiO 2 powder. The furnace atmosphere during sintering contains oxygen and optionally argon, nitrogen or helium.

Das danach erhaltene SiO2-Pulver enthält jedoch noch Silanolgruppen in hoher Konzentration von nicht weniger als 1.000 Gew.-ppm. Zu deren Beseitigung wird das SiO2-Pulver abschließend bei einer höheren Temperatur von 1.300°C in einem Quarzglastiegel mit einem Innendurchmesser von 550 mm in Chargen von 130 kg kalziniert und dicht gesintert.However, the SiO 2 powder obtained thereafter still contains silanol groups in a high concentration of not less than 1,000 ppm by weight. To eliminate them, the SiO 2 powder is finally calcined at a higher temperature of 1,300 ° C in a quartz glass crucible with an inner diameter of 550 mm in batches of 130 kg and densely sintered.

Die thermische Stabilität eines Drehrohres aus Quarzglas beschränkt dessen Einsatz bei hoher Temperatur zum Verglasen der Granulatteilchen. Beim Verglasen im Quarzglastiegel kann es jedoch zu Verbackungen der sinternden Granulatteilchen kommen, die zu einer undefinierten, porenhaltigen Quarzglasmasse führen.The thermal stability of a rotary tube made of quartz glass limits its use at high temperature for vitrifying the granules. However, vitrification in the quartz glass crucible can lead to caking of the sintering granulate particles, which leads to an undefined, porous quartz glass mass.

Auch die WO 88/03914 A1 lehrt die Reduktion der BET-Oberfläche eines amorphen, porösen SiO2-Pulvers unter Einsatz eines Drehrohrofens in einer Helium und/oder Wasserstoff enthaltender Atmosphäre. Bei einer ersten Verfahrensweise wird feiner SiO2-Sootstaub in einen Drehrohrofen gegeben, unter Luft auf 1200°C aufgeheizt und bei dieser Temperatur 1 h lang gehalten. Ergebnis dieses Prozesses soll ein rieselfähiges, sphärisches Granulat mit Korngrößen von 0,1 bis 5 mm und einer BET-Oberfläche < 1 m2/g sein. Sootstaub ist jedoch nicht rieselfähig, extrem sinteraktiv und er kann leicht verblasen werden. Die Verarbeitung von Sootstaub in einem Drehrohrofen gestaltet sich daher äußerst problematisch. Bei einer Abwandlung dieser Verfahrensweise wird vorgeschlagen, SiO2-Sootstaub mit Wasser zu vermischen, so dass eine feuchte krümelige Masse erhalten wird. Diese Masse wird in einen Drehrohrofen gegeben und bei einer Temperatur von 600°C zu einem Pulver mit Korngrößen von 0,1 bis 3 mm verdichtet. Das so vorverdichtete SiO2-Pulver wird anschließend in einem separaten Ofen verglast.Also the WO 88/03914 A1 teaches the reduction of the BET surface area of an amorphous, porous SiO 2 powder using a rotary kiln in a helium and / or hydrogen-containing atmosphere. In a first procedure fine SiO 2 soot dust is placed in a rotary kiln, heated to 1200 ° C under air and kept at this temperature for 1 h. The result of this process is a free-flowing, spherical granules with particle sizes of 0.1 to 5 mm and a BET surface area <1 m 2 / g. However, soot dust is not pourable, extremely sinter active and it can be easily blown. The processing of soot dust in a rotary kiln is therefore extremely problematic. In a modification According to this procedure, it is proposed to mix SiO 2 soot dust with water, so that a moist, crumbly mass is obtained. This mass is placed in a rotary kiln and compacted at a temperature of 600 ° C to a powder with particle sizes of 0.1 to 3 mm. The thus precompressed SiO 2 powder is then vitrified in a separate oven.

Aus der DE 10 2004 038 602 B3 ist ein Verfahren zur Herstellung von elektrogeschmolzenem, synthetischem Quarzglas für den Einsatz in der Lampen- und Halbleiterfertigung bekannt. Als Ausgangsmaterial für das elektrogeschmolzene Quarzglas wird thermisch verdichtetes SiO2-Granulat eingesetzt. Das Granulat wird durch Granulation einer wässrigen Suspension aus amorphen, nanoskaligen, durch Flammenhydrolyse von SiCl4 erzeugten pyrogenen SiO2-Partikeln gebildet.From the DE 10 2004 038 602 B3 For example, a method of making electro-fused synthetic silica glass for use in lamp and semiconductor manufacturing is known. The starting material for the electro-fused silica glass is thermally compacted SiO 2 granules. The granules are formed by granulation of an aqueous suspension of amorphous, nanoscale, produced by flame hydrolysis of SiCl 4 fumed SiO 2 particles.

Zwecks Viskositätserhöhung wird das SiO2-Granulat mit Al2O3 dotiert, indem der Suspension Nanopartikel aus pyrogen hergestelltem Al2O3 oder ein lösliches Aluminiumsalz beigefügt wird.In order to increase the viscosity, the SiO 2 granulate is doped with Al 2 O 3 by adding to the suspension nanoparticles of pyrogenically produced Al 2 O 3 or a soluble aluminum salt.

Es werden rundliche Granulat-Körner mit Außendurchmessern im Bereich zwischen 160 μm und 1000 μm erhalten. Das Granulat wird bei ca. 400°C im Drehrohrofen getrocknet und bei einer Temperatur von etwa 1420°C bis auf eine BET-Oberfläche von ca. 3 m2/g verdichtet.Roundish granules are obtained with outer diameters in the range between 160 microns and 1000 microns. The granules are dried at about 400 ° C in a rotary kiln and compressed at a temperature of about 1420 ° C to a BET surface area of about 3 m 2 / g.

Zum vollständigen Verglasen werden die Einzelkörner des Granulats anschließend unter verschiedenen Atmosphären, wie Helium, Wasserstoff oder Vakuum vollständig verglast. Das Heizprofil beim Verglasen der Granulate umfasst jeweils ein Aufheizen auf 1400°C mit einer Aufheizrate von 5°C/min und eine Haltezeit von 120 min. Nach dieser Behandlung sind die einzelnen Granulatkörner in sich verglast. Die Körner liegen einzeln vor, ohne zu einer Masse verschmolzen zu sein.For complete vitrification, the individual granules of the granules are then completely vitrified under different atmospheres, such as helium, hydrogen or vacuum. The heating profile during vitrification of the granules each comprises a heating to 1400 ° C with a heating rate of 5 ° C / min and a holding time of 120 min. After this treatment, the individual granules are vitrified in themselves. The grains are individually present without being fused to a mass.

Das Granulat wird in einem Elektroschmelzprozess zu Quarzglas weiterverarbeitet, wie beispielsweise in einem Tiegel zu einem Formkörper erschmolzen oder in einem Tiegelziehverfahren kontinuierlich zu einem Strang gezogen.The granules are further processed into fused silica in an electric melting process, for example melted in a crucible to form a shaped body or continuously drawn into a strand in a crucible drawing process.

Auch hier erfolgt das Verglasen in einem separaten Ofen, so dass es sich um ein diskontinuierliches Verfahren mit mehreren, kostenintensiven Aufheizprozessen.Again, the vitrification is carried out in a separate oven, so that it is a discontinuous process with multiple, costly heating processes.

Die US 4,225,443 A beschreibt den Einsatz eines Drehrohrofens zur Herstellung von Glaspartikeln für Filterzwecke. Fein gemahlenes Glaspulver mit Partikelgrößen um 100 μm wird mit Wasser und Bindemittel vermischt und zu Granulat-Partikeln mit Partikelgrößen um 300 μm–4,5 mm verarbeitet. Diese Partikel werden in einem Drehrohrofen mit einem Drehrohr aus Mullit zu im Wesentlichen sphärischen Pellets mit Größen um 500–4000 μm gesintert.The US 4,225,443 A describes the use of a rotary kiln for the production of glass particles for filtering purposes. Finely ground glass powder with particle sizes around 100 μm is mixed with water and binder and processed into granulate particles with particle sizes of 300 μm-4.5 mm. These particles are sintered in a rotary kiln with a rotary tube of mullite to form substantially spherical pellets of sizes around 500-4000 microns.

Einschmelzen der Quarzglaskörnung zur Erzeugung eines Quarzglas-FormkörpersMelting the quartz glass grain to produce a quartz glass molded body

Um dem Einschluss von Gasen bei einem Schmelztiegel-Ziehverfahren entgegen zu wirken, wird in der DE-OS 25 50 929 vorgeschlagen, im Innenraum des Schmelztiegels eine Atmosphäre aus Helium und Wasserstoff aufrecht zu erhalten. Diese beiden Gase diffundieren Quarzglas vergleichsweise schnell. Sie können andere, langsamer diffundierende Gase vorab aus vorhandenen Hohlräumen der Körnungs-Schüttung verdrängen und sind in der Lage, auch in der prozesstypisch kurzen Zeit des Schmelztiegel-Ziehverfahrens aus der viskosen Quarzglasschmelze zu entweichen. Wasserstoff kann sich darüber hinaus in Quarzglas unter Bildung von Hydroxylgruppen lösen. Dadurch können sowohl die Blasenbildung als auch das Blasenwachstum vermindert werden.In order to counteract the inclusion of gases in a crucible drawing process, in the DE-OS 25 50 929 proposed to maintain an atmosphere of helium and hydrogen in the interior of the crucible. These two gases diffuse quartz glass comparatively quickly. They can displace other, slower-diffusing gases beforehand from existing cavities of the granular bed and are able to escape from the viscous quartz glass melt, even in the process-typical short time of the crucible-pulling process. Hydrogen can also dissolve in quartz glass to form hydroxyl groups. This can reduce both blistering and bubble growth.

Es hat sich jedoch gezeigt, dass es trotz dieser Maßnahme zu Blasenbildung im Quarzglas-Formkörper kommen kann. Dies kann darauf zurückgeführt werden, dass sich bei Zufuhr der Gase Helium oder Wasserstoff bevorzugte Strömungskanäle in der Schüttung des Granulats ausbilden, die lokal zu einer relativ hohen Gaskonzentration führen und an anderer Stelle der Schüttung für einen hinreichenden Austausch der vorhandenen Gase durch Helium oder Wasserstoff fehlen. Sowohl die lokal überhöhte Gaskonzentration als auch ein lokal unzureichender Gasaustausch können zur Blasenbildung beitragen.However, it has been shown that, despite this measure, blistering can occur in the quartz glass molded body. This can be attributed to the fact that, upon introduction of the gases helium or hydrogen, preferred flow channels are formed in the bulk of the granules, which locally lead to a relatively high gas concentration and elsewhere in the bed for a sufficient exchange of the existing gases by helium or hydrogen missing , Both the locally excessive gas concentration and a locally insufficient gas exchange can contribute to bubble formation.

Technische AufgabenstellungTechnical task

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren anzugeben, das ausgehend von porösem SiO2-Granulat die Herstellung dichter, synthetischer Quarzglaskörnung ermöglicht, die beim Einsatz in einem Elektroschmelzprozess ein vorteilhaftes Einschmelzverhalten zeigt, und dadurch die reproduzierbare Herstellung möglichst blasenfreier Quarzglas-Formkörper ermöglicht, und zwar insbesondere auch bei kontinuierlichen Einschmelzprozessen.The invention has for its object to provide a method which, starting from porous SiO 2 granulate allows the production of dense, synthetic quartz glass grain, which shows an advantageous melting behavior when used in an electric melting process, and thus the reproducible Production possible bubble-free quartz glass moldings possible, especially in continuous smelting processes.

Allgemeine Beschreibung der ErfindungGeneral description of the invention

Diese Aufgabe wird ausgehend von einem Verfahren der eingangs genannten Gattung erfindungsgemäß durch ein Verfahren gelöst, dass synthetisch erzeugte Quarzglaskörnung aus Körnungsteilchen eingesetzt wird, in denen Helium eingeschlossen ist und deren Bereitstellung folgende Verfahrensschritte umfasst:

  • (a) Granulation pyrogen hergestellter Kieselsäure unter Bildung eines SiO2-Granulats aus porösen Granulatteilchen, und
  • (b) Verglasen des SiO2-Granulats in einem Drehrohrofen mit einem mindestens teilweise aus keramischem Werkstoff bestehenden Drehrohr und unter einem Behandlungsgas, das mindestens 30 Vol.-% Helium enthält, unter Bildung der Körnungsteilchen mit eingeschlossenem Helium.
This object is achieved on the basis of a method of the type mentioned above according to the invention by a method that synthetically produced quartz glass grain is used from granules in which helium is included and their provision comprises the following method steps:
  • (A) granulation of fumed silica to form a SiO 2 granules of porous granules, and
  • (b) vitrifying the SiO 2 granules in a rotary kiln with a rotary tube made of at least partially ceramic material and under a treatment gas containing at least 30% by volume of helium to form the helium trapped granules.

Beim erfindungsgemäßen Verfahren wird bereits beim Verglasen des porösen SiO2-Granulats zu dichter, heliumhaltiger Quarzglaskörnung eine wesentliche Voraussetzung für dessen vorteilhafte Weiterverarbeitung durch Einschmelzen zu einem weitgehend blasenfreien Formkörper geschaffen.In the method according to the invention, an essential prerequisite for its advantageous further processing by melting into a largely bubble-free shaped body is already created during the vitrification of the porous SiO 2 granules to dense, helium-containing quartz glass grains.

Das SiO2-Granulat wird erhalten, indem pyrogen hergestellte Kieselsäure – im Folgenden auch als „SiO2-Sootstaub” bezeichnet – anhand üblicher Granulierverfahren vorverdichtet wird. Die Granulierung kann unter Einsatz eines Drehrohres erfolgen, wie aus dem Stand der Technik bekannt. Ergebnis ist in jedem Fall ein poröses SiO2-Granulat. Dieses wird in einem Drehrohrofen mit einem um eine Mittelachse rotierenden, beheizten Drehrohr verglast, das in Längsrichtung des Ofens leicht geneigt ist, um den Transport des Granulats von seiner Einlaufseite zur Auslaufseite herbeizuführen. Dabei ergeben sich wegen der hohen Temperatur und der damit verbundenen Materialbelastung besondere Anforderungen, die im Folgenden näher erläutert werden.The SiO 2 granulate is obtained by precompressed fumed silica - hereinafter also referred to as "SiO 2 soot dust" - using conventional granulation. The granulation can be carried out using a rotary tube, as known from the prior art. In any case, the result is a porous SiO 2 granulate. This is vitrified in a rotary kiln with a heated rotary kiln rotating about a central axis, which is slightly inclined in the longitudinal direction of the furnace, to bring about the transport of the granules from its inlet side to the outlet side. Due to the high temperature and the associated material load, special requirements arise, which are explained in more detail below.

Über die Länge des Drehrohres gesehen wird beim Verglasen ein Temperaturprofil mit einem Temperaturmaximum erzeugt, das höher liegt als die Erweichungstemperatur von Quarzglas, also oberhalb von 1150°C. Um dies ohne Verformung des Drehrohres zu ermöglichen, besteht mindestens der thermisch am höchsten belastete Bereich des Drehrohres aus einer temperaturfesten Keramik mit höherer Erweichungstemperatur als undotiertes Quarzglas.Viewed over the length of the rotary tube, a temperature profile with a maximum temperature is produced during vitrification, which is higher than the softening temperature of quartz glass, ie above 1150 ° C. In order to make this possible without deformation of the rotary tube, at least the region of the rotary tube subjected to the highest thermal stress consists of a temperature-resistant ceramic with a higher softening temperature than undoped quartz glass.

Das Drehrohr ist einteilig oder es besteht aus mehreren Teilen, wobei die Drehrohr-Wandung mindestens über diejenige Teillänge, die der maximalen Temperaturbelastung ausgesetzt ist, aus der temperaturfesten Keramik besteht. Das Drehrohr kann eine Innenauskleidung aufweisen. Abgesehen von einer etwaigen metallischen Einfassung besteht das Drehrohr im einfachsten Fall vollständig aus der Keramik.The rotary tube is in one piece or consists of several parts, wherein the rotary tube wall consists of the temperature-resistant ceramic at least over that part length which is exposed to the maximum temperature load. The rotary tube may have an inner lining. Apart from a possible metallic enclosure, the rotary tube is in the simplest case completely made of ceramics.

Die Granulatteilchen werden in dem Drehrohr auf eine Temperatur erhitzt, die zum Verglasen genügt. Die daraus nach dem Verglasen erhaltenen Quarzglasteilchen haben eine spezifische Oberfläche von weniger als 1 m2/g; ermittelt nach DIN ISO 9277- Mai 2003 ; „Bestimmung der spezifischen Oberfläche von Feststoffen durch Gasadsorption nach dem BET-Verfahren”). Die Oberfläche ist dicht, wobei die Teilchen transparent oder teilweise opak sein können.The granules are heated in the rotary tube to a temperature sufficient for vitrification. The quartz glass particles obtained therefrom after vitrification have a specific surface area of less than 1 m 2 / g; determined by DIN ISO 9277- May 2003 ; "Determination of the specific surface area of solids by gas adsorption by the BET method"). The surface is dense, with the particles being transparent or partially opaque.

Damit das Verglasen der Schüttung aus porösem SiO2-Granulat im Drehrohr überhaupt gelingt, ist weitere Voraussetzung eine Atmosphäre, die Helium enthält. Nur eine ausreichend Helium enthaltende Atmosphäre ermöglicht ein blasenfreies oder besonders blasenarmes Verglasen der porösen Granulatteilchen bei niedriger Temperatur und/oder kurzen Verglasungdauern, wie sie unter den Bedingungen des Drehrohrofen-Verglasens möglich sind. Gegebenenfalls eingeschlossene Gase bestehen zum großen Teil (beispielsweise mindestens 90 Vol.-%) aus Helium. Anstelle von Helium wäre auch Wasserstoff für ein blasenarmes Verglasen grundsätzlich geeignet; allerdings führt eine Beladung der verglasten Quarzglasteilchen mit Wasserstoff nicht in dem Maße beim späteren Einschmelzen der Körnung zum Ausgasen und zur lokalen Verbesserung der Wärmeleitung wie dies bei der Heliumbeladung der Fall ist. Anteile von Wasserstoff in der Verglasungs-Atmosphäre sind aber unschädlich.So that the vitrification of the bed of porous SiO 2 granules in the rotary tube succeeds at all, another prerequisite is an atmosphere containing helium. Only a sufficiently helium-containing atmosphere allows bubble-free or particularly low-bubble vitrification of the porous granule particles at low temperature and / or short vitrification times as possible under the conditions of rotary kiln vitrification. Optionally trapped gases consist to a large extent (for example at least 90% by volume) of helium. Instead of helium and hydrogen for a low-bubble vitrification would be in principle suitable; However, loading of the vitrified quartz glass particles with hydrogen does not result in degassing and local improvement of heat conduction to the extent that the granules melt later, as is the case with helium loading. However, fractions of hydrogen in the glazing atmosphere are harmless.

Gemäß der Erfindung ist daher vorgesehen, dass das Drehrohr beim Verglasen entweder mit einem Behandlungsgas geflutet ist oder dass es mit diesem Behandlungsgas kontinuierlich oder von Zeit zu Zeit gespült wird, wobei das Behandlungsgas zu mindestens 30 Vol.-% aus Helium besteht und gleichzeitig möglichst wenig – im Idealfall keinen – Stickstoff enthält. Denn es hat sich gezeigt, dass in Gegenwart von Stickstoff verglaste Granulatteilchen zu einem höheren Blasengehalt neigen.According to the invention it is therefore provided that the rotary tube is flooded during vitrification either with a treatment gas or that it is purged continuously or from time to time with this treatment gas, wherein the treatment gas is at least 30 vol .-% of helium and at the same time as little as possible - ideally none - contains nitrogen. Because it has been shown that in the presence of nitrogen glazed granules tend to a higher bubble content.

Beim Durchwandern des Drehrohres sind die Granulatteilchen mechanischen Kräften ausgesetzt, die durch das Gewicht und die Umwälzung der Schüttung erzeugt werden. Etwaige Agglomerate der verglasten Körnung werden dabei wieder aufgelöst. As the rotary tube passes through, the granules are exposed to mechanical forces generated by the weight and circulation of the bed. Any agglomerates of the glazed grain are dissolved again.

Das Verglasen im Drehrohrofen umfasst einen Durchlauf oder mehrere Durchlaufe. Im Fall mehrerer Durchlaufe kann die Temperatur von Durchlauf zu Durchlauf erhöht werden. Bei mehreren Durchlaufen wird eine geringere Blasigkeit der Quarzglaskörnung erzielt.The vitrification in the rotary kiln comprises one or more passes. In the case of several passes, the temperature can be increased from run to run. With several passes, a lower blister of the quartz glass grain is achieved.

Die verglaste Quarzglaskörnung kann unmittelbar zur Herstellung von Quarzglasformteilen eingeschmolzen werden. Es hat sich jedoch gezeigt, dass je nach Einschmelztechnik und bei sehr hohen Anforderungen an die Blasenfreiheit der Quarzglasformteile die oben erläuterten Verglasungsmaßnahmen im Drehrohrofen allein nicht ausreichen, auch wenn die resultierende Körnung augenscheinlich vollständig transparent erscheint. Denn wird die Quarzglaskörnung in Elektroschmelzverfahren als Schüttung weiterverarbeitet, macht sich nicht nur ein etwaiger Gasgehalt der Körnung selbst blasenbildend bemerkbar, sondern auch Gase zwischen den Quarzglasteilchen der Schüttung. Üblicherweise wird versucht, diese Gase durch ein Spülen mit Helium auszutreiben, was jedoch durch die Ausbildung von bevorzugten Gasströmungskanälen mit den oben erläuterten Nachteilen einer inhomogenen Beaufschlagung mit Helium einhergeht.The glazed quartz glass grains can be melted directly for the production of quartz glass molded parts. However, it has been shown that, depending on the melting technique and the very high demands on the bubble freedom of the quartz glass moldings, the above-mentioned glazing measures in the rotary kiln alone are not sufficient, even if the resulting grain appears to be completely transparent. For if the quartz glass grains are further processed by electrolysis as a bed, not only does a possible gas content of the grain itself make bubbles, but also gases between the quartz glass particles of the bed. Usually, attempts are made to expel these gases by flushing with helium, but this is accompanied by the formation of preferred gas flow channels with the above-mentioned disadvantages of inhomogeneous helium.

Die Erfindung geht daher einen anderen Weg. Die für Elektroschmelzverfahren vorgesehene Quarzglaskörnung wird im Drehrohr so verglast, dass sie einen gewissen Heliumgehalt auch nach dem Abkühlen behält. Das eingeschlossene Helium wird beim anschließenden Elektroschmelzprozess allmählich freigesetzt, dehnt sich wegen der hohen Temperatur beim Schmelzprozess auf ein Vielfaches seines ursprünglichen Volumens aus und vertreibt dadurch das zwischen den Quarzglasteilchen der Schüttung vorhandene Fremdgas. Wichtig ist dabei auch Folgendes: Helium zeichnet sich durch eine gute Wärmeleitfähigkeit aus. Das gleichmäßige und kontinuierliche Freisetzen auch geringer Mengen an Helium hat deshalb den weiteren günstigen Effekt, dass sich eine Vergleichmäßigung der Temperatur über der Schüttung einstellt, was zu einem besseren und homogeneren Einschmelzen beiträgt.The invention therefore takes a different approach. The quartz glass grains intended for electrofusion are vitrified in the rotary kiln in such a way that they retain a certain helium content even after cooling. The trapped helium is released gradually in the subsequent electrofusion process, expands to a multiple of its original volume due to the high temperature during the melting process and thereby expels the foreign gas present between the silica particles of the bed. Important is also the following: Helium is characterized by a good thermal conductivity. The uniform and continuous release even of small amounts of helium therefore has the further favorable effect that a homogenization of the temperature over the bed adjusts, which contributes to a better and more homogeneous smelting.

Die Helium-Freisetzung aus den Quarzglasteilchen erfolgt kontinuierlich und gleichmäßig über die gesamte Schüttung. Auf ein zusätzliches Spülen der Schüttung durch Einleiten von Helium in den Schmelzbehälter kann verzichtet werden, oder die Heliummenge zum Spülen kann im Vergleich zu heliumfreier Einsatzkörnung verringert werden.The helium release from the quartz glass particles takes place continuously and uniformly over the entire bed. An additional purging of the bed by introducing helium into the melting vessel can be dispensed with, or the amount of helium for purging can be reduced in comparison to helium-free feed grain.

Die Helium-Freisetzung aus den Quarzglasteilchen ist umso ausgeprägter, je höher der anfänglich eingeschlossene Heliumgehalt ist. Vorzugsweise beträgt das Volumen des in den Körnungsteilchen eingeschlossenen Heliums mindestens 0,5 cm3/kg, vorzugsweise mindestens 10 cm3/kg.Helium release from the silica particles is more pronounced the higher the initially included helium content. Preferably, the volume of the trapped in the Körnungsteilchen helium is at least 0.5 cm 3 / kg, preferably at least 10 cm 3 / kg.

Der oben beschriebene Verglasungsprozess unter Helium bewirkt eine relativ hohe Beladung der Quarzglaskörnung mit diesem Gas. Der Gehalt an Helium pro 1 kg Quarzglaskörnung ist so, dass das Helium beim Ausgasen unter Normalbedingungen (bei Raumtemperatur (25°C) und Atmosphärendruck) ein Gasvolumen von mindestens 0,5 cm3, vorzugsweise mindestens 10 cm3, einnimmt. Beim Einschmelzen ergibt sich wegen thermischer Ausdehnung ein Gasvolumen an Helium bis zum 3- oder 4-fachen des Glasvolumens unter Normalbedingungen. Das Gasvolumen wird ermittelt, indem die Körnung bis zum erweichen erhitzt und das die entweichende Gasart und deren spezifisches Gasvolumen ermittelt wird.The above-described glazing process under helium causes a relatively high loading of the quartz glass grains with this gas. The content of helium per 1 kg quartz glass grain is such that the helium during outgassing under normal conditions (at room temperature (25 ° C) and atmospheric pressure) occupies a gas volume of at least 0.5 cm 3 , preferably at least 10 cm 3 . During melting, a gas volume of helium results due to thermal expansion up to 3 or 4 times the glass volume under normal conditions. The gas volume is determined by heating the granules until softening and determining the escaping gas type and its specific gas volume.

Der Heliumgehalt in der verglasten Körnung ist durch den Gehalt an Helium in der Drehrohrofen-Atmosphäre einstellbar. Es hat sich bewährt, wenn das Behandlungsgas beim Verglasen gemäß Verfahrensschritt (b) mindestens 50% Helium enthält, vorzugsweise mindestens 95%.The helium content in the glazed grain is adjustable by the content of helium in the rotary kiln atmosphere. It has proven useful when the treatment gas in vitrification according to process step (b) contains at least 50% helium, preferably at least 95%.

Durch den Einsatz von Helium beim Verglasen gelingt ein vollständiges Verglasen der porösen Granulatteilchen bei vergleichsweise niedriger Temperatur und in kurzer Zeit. Durch einen hohen Gehalt an Helium in der Verglasungs-Atmosphäre von mehr als 50 Vol.-% wird außerdem eine besonders hohe Dichte und ein geringer Blasengehalt der verglasten Körnung erreicht. Der Restanteil der Verglasungs-Atmosphäre kann durch inerte Gase oder durch Stickstoff und/oder Sauerstoff gebildet werden, wobei der Volumenanteil der beiden zuletzt genannten Gase vorzugsweise weniger als 30 Vol.-% beträgt.Through the use of helium during vitrification, complete vitrification of the porous granule particles succeeds at a comparatively low temperature and in a short time. In addition, a high content of helium in the vitrification atmosphere of more than 50% by volume achieves a particularly high density and a low void content of the vitrified granulation. The remaining portion of the vitrification atmosphere can be formed by inert gases or by nitrogen and / or oxygen, wherein the volume fraction of the latter two gases is preferably less than 30 vol .-%.

Die so verglaste Quarzglaskörnung enthält somit herstellungsbedingt Helium. Um dem in der Quarzglaskörnung eingeschlossenen Helium möglichst wenig Zeit zum Ausdiffundieren zu lassen, erfolgt das Abkühlen nach dem Verglasen möglichst rasch.The glazed quartz glass grains thus contain helium due to their production. In order to allow the helium trapped in the quartz glass grains as little time as possible to diffuse out, cooling takes place as quickly as possible after vitrification.

Die mit Helium beladene Quarzglaskörnung zeigt aus den oben erläuterten Gründen ein günstiges Einschmelzverfahren in einem Elektroschmelzprozess; insbesondere auch unter schwierigen Einschmelzbedingungen, das heißt, bei kurzen Aufschmelzdauern und großen Schmelzmassen, so dass die Dauer zum Entfernen von Restgasen aus der Schüttung im Schmelzprozess begrenzt ist und besonders hohe Anforderungen an die Reproduzierbarkeit der Temperaturverteilung innerhalb des Schmelzbehälters bestehen, wie etwa beim kontinuierlichen Einschmelzen der Körnung in einem Vertikal-Tiegelziehverfahren. The quartz glass grain loaded with helium shows, for the reasons explained above, a favorable smelting process in an electrofusion process; especially under difficult melting conditions, that is, with short melting times and large enamels, so that the duration for removing residual gases from the bed in the melting process is limited and there are particularly high demands on the reproducibility of the temperature distribution within the melting vessel, such as in continuous melting the grain in a vertical-Tiegelziehverfahren.

Vorzugsweise wird die Quarzglaskörnung daher für eine Anwendung eingesetzt, bei der der Schmelzbehälter als beheizte Schmelzform mit Bodenauslass ausgeführt ist, durch den die erweichte Quarzglasmasse kontinuierlich als Quarzglasstrang abgezogen wird.Preferably, the quartz glass grain is therefore used for an application in which the melting vessel is designed as a heated melt mold with bottom outlet, through which the softened quartz glass mass is withdrawn continuously as quartz glass strand.

Die Beladungskapazität der Quarzglasteilchen mit Helium und damit die Dauer der Ausgasung beim Einschmelzprozess hängen von der Größe der Quarzglasteilchen ab. Deren Größe wird von der ursprünglichen Größe der Granulatteilchen bestimmt. Das erfindungsgemäße Verfahren führt zu besonders guten Ergebnissen, wenn die Granulatteilchen eine mittlere Korngröße zwischen 100 und 2000 μm, vorzugsweise zwischen 200 μm und 400 μm, aufweisen.The loading capacity of the quartz glass particles with helium and thus the duration of outgassing during the melting process depend on the size of the quartz glass particles. Their size is determined by the original size of the granules. The inventive method leads to particularly good results when the granules have an average particle size between 100 and 2000 .mu.m, preferably between 200 .mu.m and 400 .mu.m.

Granulatteilchen mit einer mittleren Korngröße von mehr als 1000 μm lassen sich nur langsam verglasen. Besonders feinkörnige Quarzglaskörnung neigt zum Verbacken mit der Drehrohrwandung.Granulate particles with an average particle size of more than 1000 μm can be glazed only slowly. Particularly fine-grained quartz glass grains tend to cake with the Drehrohrwandung.

Um diesen Effekt zu minimieren hat es sich bewährt, einen Feinanteil des SiO2-Granulats mit Teilchengrößen von weniger als 100 μm vorab so einzustellen, dass er weniger als 10 Gew.-% des Granulat-Gesamtgewichts ausmacht.In order to minimize this effect, it has been found useful to pre-set a fines content of the SiO 2 granules with particle sizes of less than 100 μm so that it accounts for less than 10% by weight of the total granulate weight.

Für ein möglichst gleichmäßiges Verglasen der Granulatteilchen und eine möglichst homogene Beladung mit Helium sind etwa gleiche Teilchengrößen vorteilhaft. Im Hinblick hierauf hat es sich auch bewährt, wenn die Granulatteilchen eine enge Teilchengrößenverteilung aufweisen, bei der der dem D90-Wert zugeordnete Teilchendurchmesser maximal doppelt so groß ist wie der dem D10-Wert zugeordnete Teilchendurchmesser. Eine enge Teilchengrößenverteilung zeigt eine vergleichsweise geringe Schüttdichte, was einer Agglomeration beim Verlasen entgegenwirkt. Außerdem entfällt bei im Idealfall monomodaler Größenverteilung der Granulatteilchen der Gewichtsunterschied zwischen den Teilchen als Parameter für eine etwaige Separierung innerhalb der Schüttung, was einem gleichmäßigeren Verglasen der Schüttung förderlich ist.For a uniform as possible vitrification of the granules and a homogeneous as possible loading with helium about the same particle sizes are advantageous. In view of this, it has also been found that the granule particles have a narrow particle size distribution in which the particle diameter assigned to the D 90 value is at most twice as large as the particle diameter assigned to the D 10 value. A narrow particle size distribution shows a comparatively low bulk density, which counteracts agglomeration during desalination. In addition, in the ideally monomodal size distribution of the granules, the weight difference between the particles as a parameter for any separation within the bed, which promotes more uniform vitrification of the bed, is eliminated.

Die porösen Granulatteilchen werden im Drehrohr auf eine Temperatur erhitzt, die ein Verglasen bewirkt. Bewährt hat sich eine Temperatur im Bereich von 1300°C bis 1600°C. Bei Temperaturen von weniger als 1300°C ist zum vollständigen Verglasen eine lange Behandlungsdauer erforderlich. Vorzugsweise beträgt die Temperatur mindestens 1450°C. Bei Temperaturen oberhalb von 1600°C werden Drehrohr und Ofen thermisch übermäßig belastet.The porous granules are heated in the rotary tube to a temperature which causes vitrification. A temperature in the range of 1300 ° C to 1600 ° C has proven itself. At temperatures less than 1300 ° C, a long treatment time is required for complete vitrification. Preferably, the temperature is at least 1450 ° C. At temperatures above 1600 ° C rotary kiln and furnace are thermally excessively stressed.

Die mechanische Beanspruchung der Granulate durch die Rotation des Drehrohres vermindert die Gefahr von Agglomeratbildungen. Bei hohen Temperaturen oberhalb von etwa 1400°C kommt es jedoch zum teilweisen Erweichen des Quarzglases, so dass es in Bereichen mit geringer Bewegung zu Anhaftungen an der Drehrohrwandung kommen kann.The mechanical stress of the granules by the rotation of the rotary tube reduces the risk of agglomeration. At high temperatures above about 1400 ° C, however, it comes to partial softening of the quartz glass, so that in areas with little movement to adhesion to the Drehrohrwandung can occur.

Um dies zu verhindern, ist bei einer bevorzugten Verfahrensweise vorgesehen, dass die Granulatteilchen einer Vibration unterzogen werden.To prevent this, it is provided in a preferred procedure that the granules are subjected to a vibration.

Die Vibration kann durch Rütteln, Stoßen oder Ultraschall erzeugt werden. Sie erfolgt regelmäßig oder impulsartig von Zeit zu Zeit.The vibration can be generated by shaking, bumping or ultrasound. It occurs regularly or impulsively from time to time.

Die hohe Verglasungs-Temperatur kann durch Brenner erzeugt werden, die auf die Granulatteilchen einwirken. Bevorzugt ist jedoch eine Verfahrensweise, bei der das Erhitzen mittels einer das Drehrohr umgebenden Widerstandsheizeinrichtung erfolgt.The high glazing temperature can be generated by burners acting on the granules. However, preference is given to a procedure in which the heating takes place by means of a resistance heater surrounding the rotary tube.

Der Wärmeeintrag von außen durch das Drehrohr erfordert eine Ausführung aus einer temperaturstabilen Keramik, wie oben erläutert. Durch diese Art der Beheizung wird verhindert, dass die Granulatteilchen mechanisch (durch Verblasen) oder chemisch (durch Verunreinigungen) von einem Brenngas beeinflusst werden.The heat input from the outside through the rotary tube requires an embodiment of a temperature-stable ceramic, as explained above. This type of heating prevents the granule particles from being influenced mechanically (by blowing) or chemically (by impurities) from a fuel gas.

Als Werkstoff für das Drehrohr kommt vorteilhafterweise eine Substanz in Betracht, die gleichzeitig die Viskosität von Quarzglas erhöht, vorzugsweise Al2O3, ZrO2, oder Si3N4.As a material for the rotary tube is advantageously a substance into account, at the same time increases the viscosity of quartz glass, preferably Al 2 O 3, ZrO 2, or Si 3 N 4.

Dieser Werkstoff hat in dem Fall die zusätzliche Eigenschaft, dass er einen Dotierstoff enthält, der zu einer Erhöhung der Viskosität von Quarzglas und damit zu einer Verbesserung der thermischen Stabilität von Quarzglasbauteilen beiträgt. This material in the case has the additional property that it contains a dopant, which contributes to an increase in the viscosity of quartz glass and thus to an improvement in the thermal stability of quartz glass components.

Die porösen Granulatteilchen, die den Dotierstoff nicht oder in einer nicht ausreichenden Konzentration enthalten, werden in dem Drehrohr kontinuierlich erhitzt und dabei umgewälzt. Durch den Kontakt mit der den Dotierstoff enthaltenden Innenwandung ergibt sich ein feinteiliger Abrieb, der zu einer gewünschten Dotierung der Granulatteilchen führt oder dazu beiträgt. Der Dotierstoff liegt im Quarzglas in der Regel als Oxid vor. Ein Kerngedanke dieser Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht somit darin, das vollständige Verglasen der porösen SiO2-Granulatteilchen in einem Drehrohrofen bei hoher Temperatur durchzuführen, was ermöglicht wird durch eine geeignete Atmosphäre beim Verglasen und durch einen temperaturfesten Werkstoff für das Drehrohr, der gleichzeitig durch Abrieb als Dotierstoffquelle für die Quarzglaskörnung dient. Dieses Verfahren ermöglicht ein kontinuierliches Verglasen der SiO2-Granulatteilchen und dabei gleichzeitig das homogene Beladen mit dem die Viskosität erhöhenden Dotierstoff.The porous granule particles which do not contain the dopant or in an insufficient concentration are heated continuously in the rotary tube and thereby circulated. The contact with the dopant-containing inner wall results in a finely divided abrasion, which leads to a desired doping of the granules or contributes to it. The dopant is usually present in the quartz glass as an oxide. A core idea of this embodiment of the method according to the invention is thus to carry out the complete vitrification of the porous SiO 2 granules in a rotary kiln at high temperature, which is made possible by a suitable atmosphere during vitrification and by a temperature-resistant material for the rotary tube, the same time by abrasion serves as a dopant source for the Quarzglaskörnung. This method allows a continuous vitrification of the SiO 2 granules and at the same time the homogeneous loading with the viscosity-increasing dopant.

Als geeignete Dotierstoffe in diesem Sinne kommen insbesondere Al2O3 und Stickstoff (in Form von Si3N4) in Betracht. Für einen ausreichenden Eintrag dieser Dotierstoffe ist es vorteilhaft, wenn die Drehrohr-Innenwandung zumindest im hochbelasteten Bereich zu mindestens 90 Gew.-%, vorzugsweise zu mindestens 99 Gew.-% aus der betreffenden Substanz besteht.Suitable dopants in this sense are in particular Al 2 O 3 and nitrogen (in the form of Si 3 N 4 ) into consideration. For a sufficient entry of these dopants, it is advantageous if the rotary tube inner wall, at least in the highly loaded region to at least 90 wt .-%, preferably at least 99 wt .-% consists of the substance in question.

Insbesondere Al2O3 zeichnet sich durch eine hohe Temperaturfestigkeit, eine gute Temperaturwechselbeständigkeit sowie Korrosionsfestigkeit aus. Im einfachsten Fall besteht die gesamte Innenwandung des Drehrohres aus Al2O3. Andernfalls besteht derjenige Teil des Drehrohres aus Al2O3, der der höchsten Temperaturbelastung ausgesetzt ist.In particular, Al 2 O 3 is characterized by a high temperature resistance, good thermal shock resistance and corrosion resistance. In the simplest case, the entire inner wall of the rotary tube consists of Al 2 O 3 . Otherwise, that part of the rotary tube made of Al 2 O 3 , which is exposed to the highest temperature load.

Bei hohen Temperaturen können die Granulatteilchen und die verglasten Quarzglasteilchen durch Abrieb des Materials der Drehrohr-Innenwandung verunreinigt werden. Bereits geringe Alkaligehalte erhöhen die Entglasungsneigung von Quarzglas beträchtlich. Daher weist die Substanz der Drehrohr-Innenwandung vorzugsweise einen Alkaligehalt von weniger als 0,5% auf.At high temperatures, the granule particles and vitrified silica glass particles may be contaminated by abrasion of the material of the rotary tube inner wall. Even small amounts of alkali considerably increase the devitrification tendency of quartz glass. Therefore, the substance of the rotary tube inner wall preferably has an alkali content of less than 0.5%.

Für eine Dotierung der Quarzglasteilchen mit Al2O3 wird dieser Kontamination durch Verunreinigungen entgegengewirkt, wenn das Drehrohr aus synthetisch hergestelltem Al2O3 besteht.For a doping of the quartz glass particles with Al 2 O 3 , this contamination is counteracted by impurities when the rotary tube is made of synthetically produced Al 2 O 3 .

Synthetisch hergestelltes Al2O3 mit einer Reinheit von mehr als 99 Gew.-% ist unter dem Handelsnamen „Alsint” bekannt. Um Materialkosten zu minimieren, kann der synthetische Werkstoff auf den Bereich einer dünnen Innenauskleidung des Drehrohres beschränkt sein.Synthetically produced Al 2 O 3 having a purity of more than 99% by weight is known by the trade name "Alsint". To minimize material costs, the synthetic material may be limited to the area of a thin inner lining of the rotary tube.

Bei Einsatz eines Al2O3-haltigen Drehrohres kann so auf einfache Art und Weise eine Al2O3-Dotierung der Quarzglaskörnung im Bereich von 1 bis 20 Gew-ppm erzeugt werden.When using an Al 2 O 3 -containing rotary tube, it is thus possible in a simple manner to produce an Al 2 O 3 doping of the quartz glass grain in the range from 1 to 20 ppm by weight.

Alternativ dazu besteht die Drehrohr-Innenwandung aus ZrO2 oder TiO2.Alternatively, the rotary tube inner wall consists of ZrO 2 or TiO 2 .

Diese Werkstoffe zeichnen sich durch ausreichend hohe Schmelztemperaturen für das Verglasen des SiO2-Granulats aus (ZrO2: ca. 2700°C; TiO2: ca. 1855°C) und sie sind in geringer Konzentration für viele Anwendungen als Verunreinigung unschädlich, wie etwa für die Halbleiterfertigung.These materials are characterized by sufficiently high melting temperatures for the vitrification of the SiO 2 granules (ZrO 2 : about 2700 ° C, TiO 2 : about 1855 ° C) and they are harmless in low concentration for many applications as an impurity such for example for semiconductor production.

Im Hinblick auf ein reproduzierbares und kostengünstiges Herstellungsverfahren wird das SiO2-Granulat vor dem Verglasen einer Reinigung durch Erhitzen in einer halogenhaltigen Atmosphäre unterzogen, wobei das Reinigen des SiO2-Granulats in einem zweiten Drehrohrofen erfolgt.With a view to a reproducible and cost-effective production method, the SiO 2 granules are subjected to a cleaning by heating in a halogen-containing atmosphere before the vitrification, wherein the cleaning of the SiO 2 granulate takes place in a second rotary kiln.

Bei dieser Verfahrensvariante erfolgen die sich an die Granulatherstellung anschließenden thermischen Hochtemperatur-Behandlungsschritte, nämlich das Reinigen und das Verglasen, jeweils in einem Drehrohrofen. Dadurch wird ein weitgehend kontinuierlicher Herstellungsprozess erreicht und ein Wechsel des Ofensystems vermieden. Dies erleichtert die zeitliche Abstimmung und räumliche Anpassung bei aufeinander folgenden Behandlungsschritten und trägt zu einer Verkürzung der Durchlaufzeit des Granulats bei.In this variant of the method, the high-temperature thermal treatment steps subsequent to the granule production, namely the cleaning and the vitrification, are carried out in a rotary kiln. As a result, a largely continuous production process is achieved and a change of the furnace system is avoided. This facilitates the timing and spatial adjustment in successive treatment steps and contributes to a reduction in the throughput time of the granules.

Die Drehrohrofen sind auf die spezifischen Anforderungen des jeweiligen Behandlungsschritts angepasst. Dabei kann ein Drehrohrofen in mehrere voneinander abgeschottete Behandlungsräume unterteilt sein. Insbesondere können bei bereits weitgehend trockenem Granulat das Fertigtrocknen und Reinigen in einem Verfahrensschritt in einem Reinigungsofen erfolgen. Im Idealfall ist aber für jeden der Behandlungsschritte Trocknen, Reinigen und Verglasen ein eigener Drehrohrofen vorgesehen. Dadurch können Behandlungsdauer, -temperatur und -atmosphäre jeweils unabhängig voneinander an den jeweiligen Prozess optimiert werden, was zu einem qualitativ besseren Endprodukt führt. Dadurch kann beispielsweise bei den Übergängen vom Trocknen zum Reinigen und vom Reinigen zum Verglasen jeweils die Restwärme vom Vorprozess genutzt werden.The rotary kilns are adapted to the specific requirements of the respective treatment step. In this case, a rotary kiln can be divided into a plurality of separate treatment rooms. In particular, in already largely dry granules, the finished drying and cleaning can take place in one process step in a cleaning oven. Ideally, however, is for each of the treatment steps Drying, cleaning and glazing provided a dedicated rotary kiln. As a result, treatment duration, temperature and atmosphere can each be optimized independently of the respective process, resulting in a better quality final product. As a result, the residual heat from the pre-process can be used, for example, in the transitions from drying to cleaning and from cleaning to glazing.

Im Fall von Drehrohren aus unterschiedlichen Werkstoffen können diese stoßweise aneinander grenzen, vorzugsweise sind sie aber mit gewissem Spiel ineinandergesteckt, um Probleme wegen unterschiedlicher thermischer Ausdehnungskoeffizienten der jeweiligen Werkstoffe zu vermindern.In the case of rotary tubes made of different materials, these can interfere with each other intermittently, but they are preferably inserted into each other with a certain play in order to reduce problems due to different thermal expansion coefficients of the respective materials.

Um die Atmosphären in den unterschiedlichen Zonen des Drehrohrofens weitgehend unabhängig voneinander einstellen zu können, sind benachbarte Zonen des Drehrohrofens fluidisch voneinander in gewissem Maße separiert und zu diesem Zweck vorzugsweise durch mit Öffnungen versehene Trennscheiben oder durch Labyrinthfallen unterteilt.In order to set the atmospheres in the different zones of the rotary kiln largely independently of each other, adjacent zones of the rotary kiln are fluidly separated from each other to some extent and for this purpose preferably divided by apertured cutting discs or by labyrinth traps.

Das Reinigen im Drehrohr erfolgt unter chlorhaltiger Atmosphäre bei einer Temperatur im Bereich zwischen 900 und 1250°C. Die chlorhaltige Atmosphäre bewirkt insbesondere eine Reduzierung an Alkali- und Eisenverunreinigungen aus dem SiO2-Granulat. Bei Temperaturen unterhalb von 900°C ergeben sich lange Behandlungsdauern und bei Temperaturen oberhalb von 1250°C besteht die Gefahr des Dichtsinterns des porösen Granulats unter Einschluss von Chlor oder gasförmigen Chlorverbindungen.The cleaning in the rotary tube takes place under a chlorine-containing atmosphere at a temperature in the range between 900 and 1250 ° C. The chlorine-containing atmosphere in particular causes a reduction in alkali and iron impurities from the SiO 2 granules. At temperatures below 900 ° C, long treatment times result and at temperatures above 1250 ° C there is a risk of dense sintering of the porous granules including chlorine or gaseous chlorine compounds.

Im Sinne einer weitgehend kontinuierlichen Verfahrensweise wird auch zum Trocknen und zum Reinigen des SiO2-Granulats nur ein Drehrohrofen eingesetzt, wobei dieser in Richtung der Mittelachse gesehen in Zonen unterteilt ist, umfassend eine Trocknungszone und eine Reinigungszone.In the sense of a largely continuous procedure, only one rotary kiln is used for drying and for cleaning the SiO 2 granulate, wherein this is divided into zones in the direction of the central axis, comprising a drying zone and a cleaning zone.

Die Unterteilung in Zonen erfolgt vorzugsweise wiederum bevorzugt durch mit Öffnungen versehene Trennscheiben oder durch Labyrinthfallen. Im Bereich der Trocknungs- und Reinigungszone besteht die Innenwandung des Drehrohres vorzugsweise aus Quarzglas, um Verunreinigungen des Granulats zu vermeiden.The subdivision into zones is preferably again preferably by apertured cutting discs or by labyrinth traps. In the area of the drying and cleaning zone, the inner wall of the rotary tube is preferably made of quartz glass in order to avoid contamination of the granules.

Laufen mehrere Prozessschritte in einem gemeinsamen Drehrohrofen ab, wie etwas Trocknen/Reinigen oder Reinigen/Verglasen kann jede der Zonen mit einer eigenen Heizeinrichtung versehen sein. Im Hinblick auf eine gute Energieausnutzung werden die Drehrohre zum Reinigen und Verglasen jeweils mittels einer das Drehrohr umgebenden Widerstandsheizeinrichtung beheizt.If several process steps take place in a common rotary kiln, such as some drying / cleaning or cleaning / vitrification, each of the zones can be provided with its own heating device. With regard to a good utilization of energy, the rotary tubes for cleaning and vitrification are respectively heated by means of a resistance heater surrounding the rotary tube.

Das Trocknen des Granulats erfolgt vorzugsweise durch Erwärmen unter Luft bei einer Temperatur im Bereich zwischen 200 und 600°C.The drying of the granules is preferably carried out by heating under air at a temperature in the range between 200 and 600 ° C.

Bei dieser Verfahrensweise ist für das Trocknen des Granulats ein separater Trocknungsofen vorgesehen, der vorzugsweise als Drehrohrofen ausgebildet ist. Die Temperatur ist konstant oder wird bei Trocknungsfortschritt erhöht. Bei Temperaturen unterhalb von 200°C ergeben sich lange Trocknungsdauern. Oberhalb von 600°C kann es zu einem raschen Austritt eingeschlossener Gase kommen, der zur Zerstörung der Granulate führen kann.In this procedure, a separate drying oven is provided for drying the granules, which is preferably designed as a rotary kiln. The temperature is constant or increases as the drying progresses. At temperatures below 200 ° C, long drying times result. Above 600 ° C, there may be a rapid escape of trapped gases, which can lead to the destruction of the granules.

Die verglasten Quarzglasteilchen sind zur Herstellung von Bauteilen aus opakem oder transparentem Quarzglas einsetzbar, wie beispielsweise eines Rohres aus opakem Quarzglas, das in einem Schleuderverfahren hergestellt wird. Sie können auch als teilchenförmiges Ausgangsmaterial zur Herstellung eines Quarzglaszylinders im sogenannten Verneuil-Verfahren oder zur Herstellung eines Quarzglastiegels eingesetzt werden. Erfindungsgemäß werden sie wegen ihres vergleichsweise hohen Heliumgehalts jedoch durch Einschmelzen in einem elektrisch beheizten Schmelzbehälter eingesetzt, wie oben erläutert.The glazed quartz glass particles are useful for making components of opaque or transparent quartz glass, such as an opaque quartz glass tube, which is made by a spin coating process. They can also be used as a particulate starting material for producing a quartz glass cylinder in the so-called Verneuil process or for producing a quartz glass crucible. However, according to the invention, because of their comparatively high helium content, they are used by melting in an electrically heated melting vessel, as explained above.

Ausführungsbeispielembodiment

Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels und einer Zeichnung näher erläutert. Es zeigt in schematischer DarstellungThe invention will be explained in more detail with reference to an embodiment and a drawing. It shows in a schematic representation

1 einen Drehrohrofen zur Durchführung des Verglasungs- und Nachbehandlungsschritts beim erfindungsgemäßen Verfahren in einer Seitenansicht, 1 a rotary kiln for carrying out the glazing and aftertreatment step in the method according to the invention in a side view,

2 ein Temperaturprofil über der Länge des Drehrohrofens, und 2 a temperature profile over the length of the rotary kiln, and

3 eine Tiegelschmelzvorrichtung zum Ziehen eines Strangs aus Quarzglas gemäß der Erfindung. 3 a crucible melting apparatus for drawing a strand of quartz glass according to the invention.

1 zeigt einen auf Laufrollen 2 gelagerten Drehrohrofen 1. Der Drehrohrofen 1 weist im Wesentlichen einen Rahmen 5 aus SiC auf, in dem ein Drehrohr 6 aus synthetisch hergestelltem Al2O3 (Handelsname Alsint) mit einem Innendurchmesser von 150 mm und einer Länge von 1,8 m fixiert ist. Das Drehrohr 6 ist um eine Mittelachse 7 rotierbar und mittels einer am Außenmantel vorgesehenen Widerstandsheizeinrichtung 8 beheizbar. 1 shows you on casters 2 stored rotary kiln 1 , The rotary kiln 1 essentially has a frame 5 made of SiC, in which a rotary tube 6 made of synthetically produced Al 2 O 3 (trade name Alsint) having an inner diameter of 150 mm and a length of 1.8 m. The rotary tube 6 is about a central axis 7 rotatable and by means provided on the outer jacket resistance heater 8th heated.

Der Drehrohrofen 1 ist in Längsrichtung 7 gegenüber der Horizontalen leicht geneigt, um den Transport einer Schüttung aus porösem SiO2-Granulat 9 von der Einlaufseite 3 des Drehrohrofens 1 zur Entnahmeseite 10 herbeizuführen. Die offene Einlaufseite 3 ist mittels eines rotatorisch feststehenden Einlaufgehäuses 4 verschlossen. Das Einlaufgehäuse 4 ist mit einem Einlass 16 für die Zufuhr von porösem SiO2 Granulat 9 und mit einem weiteren Einlass (nicht dargestellt) für die Zufuhr von Helium und anderen Behandlungsgasen ausgestattet.The rotary kiln 1 is in the longitudinal direction 7 slightly inclined to the horizontal to transport a bed of porous SiO 2 granules 9 from the inlet side 3 of the rotary kiln 1 to the removal side 10 bring about. The open inlet side 3 is by means of a rotationally fixed inlet housing 4 locked. The inlet housing 4 is with an inlet 16 for the supply of porous SiO 2 granules 9 and equipped with another inlet (not shown) for the supply of helium and other treatment gases.

Die offene Entnahmeseite 10 des Drehrohres 6 ist mittels eines ebenfalls rotatorisch feststehenden Entnahmegehäuses 11 verschlossen. Das Entnahmegehäuse 11 ist mit einem Auslass 17 für die Entnahme von verglaster Quarzglaskörnung 15 versehen, über den auch Gas aus dem Drehrohrofen 1 ausströmen kann. Zur Absaugung von Gas ist ein Absaugstutzen 18 vorgesehen, der im oberen Bereich des Drehrohrofens 1 angeordnet ist. Weiterhin ist das Entnahmegehäuse 11 mit einem Gaseinlassstutzen 19 ausgestattet, mittels dem ein Gas, beispielsweise Argon, in das Drehrohr 6 eingeleitet werden kann.The open unloading side 10 of the rotary tube 6 is by means of a likewise rotationally fixed removal housing 11 locked. The removal housing 11 is with an outlet 17 for the removal of glazed quartz glass grains 15 provided over the gas from the rotary kiln 1 can flow out. For the extraction of gas is a suction 18 provided in the upper area of the rotary kiln 1 is arranged. Furthermore, the removal housing 11 with a gas inlet 19 equipped, by means of a gas, such as argon, in the rotary tube 6 can be initiated.

Im Folgenden wird das erfindungsgemäße Verfahren anhand von Ausführungsbeispielen näher beschrieben:The method according to the invention is described in more detail below on the basis of exemplary embodiments:

Herstellung, Trocknung und Reinigung von SiO2-GranulatProduction, drying and cleaning of SiO 2 granules

Beispiel AExample A

Das Granulat wurde durch Granulation eines Schlickers mit 60 Gew.-% Restfeuchte aus pyrogener Kieselsäure (nanoskaliges SiO2-Pulver, SiO2-Sootstaub) und VE-Wasser im Intensivmischer hergestellt. Nach der Granulation beträgt die Restfeuchte < 20%. Das Granulat wurde auf Korngrößen < 3 mm abgesiebt.The granules were prepared by granulation of a slurry with 60 wt .-% residual moisture content of fumed silica (nanoscale SiO 2 powder, SiO 2 soot dust) and deionized water in the intensive mixer. After granulation, the residual moisture is <20%. The granules were sieved to particle sizes <3 mm.

Durch Trocknung bei 400°C in einem Drehrohrofen (Durchsatz: 20 kg/h) unter Luft wurde die Restfeuchte auf < 1% abgesenkt. Es erfolgt eine Absiebung auf die Fraktion 100 bis 750 um, das heißt, der Feinanteil mit Korngrößen < 100 um wird entfernt.By drying at 400 ° C in a rotary kiln (throughput: 20 kg / h) under air, the residual moisture was lowered to <1%. There is a screening on the fraction 100 to 750 to, that is, the fines with particle sizes <100 microns is removed.

Anschließend erfolgt eine Reinigung und weitere Trocknung in HCl-haltiger Atmosphäre im Drehrohrofen bei einer Maximaltemperatur von 1040°C (Durchsatz: 10 kg/h). Dabei wird die spezifische Oberfläche (BET) um ca. 50% verringert.This is followed by cleaning and further drying in an HCl-containing atmosphere in a rotary kiln at a maximum temperature of 1040 ° C. (throughput: 10 kg / h). The specific surface area (BET) is reduced by approx. 50%.

Es wurde ein SiO2-Granulat aus synthetischem, undotiertem Quarzglas mit hoher Reinheit erhalten. Es besteht im Wesentlichen aus porösen, sphärischen Teilchen mit einer Teilchengrößenverteilung mit einem D10-Wert von 200 μm, einem D90-Wert von 400 μm und einem mittleren Teilchen-Durchmesser (D50-Wert) von 300 μm.An SiO 2 granulate of synthetic undoped quartz glass of high purity was obtained. It consists essentially of porous, spherical particles having a particle size distribution with a D 10 value of 200 μm, a D 90 value of 400 μm and an average particle diameter (D 50 value) of 300 μm.

Beispiel BExample B

Das Granulat wurde durch Schnellgranulation aus pyrogener Kieselsäure (nanoskaliges SiO2-Pulver, SiO2-Sootstaub) und VE-Wasser im Intensivmischer hergestellt. Dazu wird VE-Wasser im Intensivmischer vorgelegt und unter Mischung pyrogene Kieselsäure zugegeben, bis die Restfeuchte ca. 23 Gew.-% beträgt und ein Granulat hergestellt ist. Das Granulat wird auf Korngrößen ≤ 2 mm abgesiebt. Grobe Teilchen können vorab durch Einsatz eines Walzenbrechers zerkleinert werden, um die Ausbeute zu erhöhen.The granules were prepared by rapid granulation from fumed silica (nanoscale SiO 2 powder, SiO 2 soot dust) and deionized water in the intensive mixer. For this purpose, demineralized water is initially introduced in the intensive mixer and pyrogenic silica is added with mixing until the residual moisture is about 23% by weight and a granulate is produced. The granules are sieved to particle sizes ≤ 2 mm. Coarse particles can be ground in advance by using a roll crusher to increase the yield.

Durch Trocknung bei 350°C in einem Drehrohrofen (Durchsatz 15 kg/h) unter Luft wird die Restfeuchte auf < 1% abgesenkt. Der Feinanteil mit Korngrößen < 100 μm wurde entfernt; ansonsten erfolgte keine weitere Absiebung.By drying at 350 ° C in a rotary kiln (throughput 15 kg / h) under air, the residual moisture is lowered to <1%. The fine fraction with grain sizes <100 microns was removed; otherwise no further screening took place.

Anschließend erfolgt eine Reinigung und weitere Trocknung in HCl-haltiger Atmosphäre im Drehrohrofen bei Temperaturen von 1050–1150°C (Durchsatz: 10 kg/h). Die Summe chemischer Verunreinigungen wird bei der Heißchlorierung auf kleiner 1/10 des Ausgangsmaterials verringert (d. h. auf < 10 ppm). This is followed by cleaning and further drying in an HCl-containing atmosphere in a rotary kiln at temperatures of 1050-1150 ° C. (throughput: 10 kg / h). The sum of chemical impurities is reduced to less than 1/10 of the starting material during hot chlorination (ie <10 ppm).

Das Granulat besteht im Wesentlichen aus porösen Teilchen mit einer Teilchengrößenverteilung mit einem D10-Wert von 300 μm, einem D90-Wert von 450 μm und einem mittleren Teilchen-Durchmesser (D50-Wert) von 350 μm.The granules essentially consist of porous particles having a particle size distribution with a D10 value of 300 μm, a D90 value of 450 μm and an average particle diameter (D50 value) of 350 μm.

Verglasen des GranulatsGlazing of the granules

Dem um seine Rotationsachse 7 mit einer Umdrehungsgeschwindigkeit von 8 U/min rotierenden Drehrohr 6 wird mit einer Zufuhrrate von 15 kg/h kontinuierlich undotiertes, poröses SiO2-Granulat 9 zugeführt.The around its axis of rotation 7 with a rotation speed of 8 rpm rotating rotary tube 6 is continuously undoped, porous SiO 2 granules at a feed rate of 15 kg / h 9 fed.

Das Drehrohr 6 ist in Längsrichtung 7 im spezifischen Schüttwinkel der Granulatteilchen 9 geneigt, so dass sich über seine Länge eine gleichmäßige Dicke der Granulat-Schüttung einstellt. Die gleichmäßige Schüttungsdicke trägt zu einer gleichmäßigen Einwirkung von Helium bei und erleichtert das homogene Verglasen. Die in 1 im Einlassgehäuse 4 dargestellte Schüttung zeigt einen abweichenden Schüttwinkel; dies dient nur der vereinfachten schematischen DarstellungThe rotary tube 6 is in the longitudinal direction 7 in the specific angle of repose of the granule particles 9 inclined, so that sets over its length a uniform thickness of the granulate bed. The uniform bulk thickness contributes to a uniform effect of helium and facilitates homogeneous vitrification. In the 1 in the inlet housing 4 shown bed shows a different angle of repose; this is only the simplified schematic representation

Der Innenraum 13 des Drehrohres 6 wird mit Helium geflutet; der Heliumgehalt der Atmosphäre beträgt etwa 90 Vol.-%. Die Granulat-Schüttung wird kontinuierlich umgewälzt und dabei mittels der Widerstandsheizeinrichtung 8 innerhalb des Drehrohres 6 erhitzt und allmählich zu Quarzglasteilchen 15 verglast. Die Maximaltemperatur kurz vor etwa dem hinteren Drittel des Drehrohres 6 beträgt etwa 1460°C. Das Drehrohr 6 aus Al2O3 hält dieser Temperatur ohne weiteres stand.The interior 13 of the rotary tube 6 is flooded with helium; the helium content of the atmosphere is about 90% by volume. The granulate bed is continuously circulated while using the resistance heater 8th inside the rotary tube 6 heated and gradually to quartz glass particles 15 glazed. The maximum temperature just before the rear third of the rotary tube 6 is about 1460 ° C. The rotary tube 6 from Al 2 O 3 this temperature easily withstood.

Da das Drehrohr 6 bis nahe an das Auslassgehäuse 11 beheizt ist, nimmt die Temperatur vom Maximalwert bis zum Auslassgehäuse 11 rasch ab. Dort liegt die mittlere Oberflächentemperatur der verglasten Körnung 15 bei etwas mehr als 500°C.Because the rotary tube 6 close to the outlet housing 11 is heated, the temperature increases from the maximum value to the outlet housing 11 quickly. There lies the mean surface temperature of the glazed grain 15 at just over 500 ° C.

Ein bislang als ideal gefundenes axiales Temperaturprofil über die Länge des Drehrohres 6 ist im Diagramm von 2 schematisch dargestellt. Auf der y-Achse ist die Temperatur T der Oberfläche der Granulat-Schüttung 9 (ermittelt mittels Pyrometer) gegen die axiale Position im Drehrohr 6 aufgetragen. Unmittelbar nach dem Zuführen des Granulats wird dieses bei einer Temperatur um 500°C während einer Dauer von 30 min getrocknet, und danach bei allmählich steigender Temperatur bei etwa 1000°C bis 1300°C thermisch vorverdichtet. Dabei findet gleichzeitig ein Austausch des in dem porösen Granulat vorhandenen Gases durch Helium statt. Dieser Verdichtungs- und Gasaustauschvorgang dauert etwa 60 min. Anschließend wird die Granulat-Schüttung 9 zum vollständigen Verglasen aufgeheizt und erreicht dabei eine Maximaltemperatur um 1460°C. Bis dahin beträgt die mittlere Verweilzeit im Drehrohrofen 6 etwa 3 h.A hitherto found ideal axial temperature profile over the length of the rotary tube 6 is in the diagram of 2 shown schematically. On the y-axis, the temperature T is the surface of the granulate bed 9 (determined by means of a pyrometer) against the axial position in the rotary tube 6 applied. Immediately after the feeding of the granules, this is dried at a temperature around 500 ° C for a period of 30 min, and then thermally precompressed at a gradually increasing temperature at about 1000 ° C to 1300 ° C. At the same time an exchange of the present in the porous granules gas by helium takes place. This compression and gas exchange process takes about 60 minutes. Subsequently, the granulate bed 9 heated to complete vitrification, reaching a maximum temperature around 1460 ° C. Until then, the average residence time in the rotary kiln 6 about 3 h.

In diesem Prozessstadium ist der Heliumgehalt der verglasten Quarzglasteilchen 15 relativ hoch. Danach erfolgt ein rasches Abkühlen der verglasten und mit Helium hochbeladenen Quarzglasteilchen 15, so dass ein Entgasen weitgehend vermieden wird, indem Helium wenig Gelegenheit zum Ausdiffundieren aus der dichten Quarzglaskörnung erhält. Nach Abschluss des Verglasungsprozesses liegt das Gasvolumen an theoretisch freisetzbarem Heliumgas pro kg Quarzglaskörnung bei etwa 3 cm3 (Gasvolumen normiert auf 25°C und Atmosphärendruck)At this stage of the process, the helium content of the vitrified quartz glass particles is 15 quite high. This is followed by rapid cooling of the vitrified and helium-loaded quartz glass particles 15 so that degassing is largely avoided by giving helium little opportunity to diffuse out of the dense silica grain. After completion of the vitrification process, the gas volume of theoretically releasable helium gas per kg of quartz glass grains is about 3 cm 3 (gas volume normalized to 25 ° C. and atmospheric pressure)

Die oben genannten Prozessparameter führen in Verbindung mit der Aufenthaltsdauer des Granulats 9 im Drehrohrofen 1 und der Heliumatmosphäre in der Verglasungszone 13 dazu, dass die offene Porosität weitgehend verschwindet. Die Oberfläche ist dicht. Die Quarzglasteilchen 15 sind bei Entnahme in diesem Verfahrensstadium augenscheinlich vollkommen transparent.The above-mentioned process parameters result in connection with the residence time of the granules 9 in the rotary kiln 1 and the helium atmosphere in the glazing zone 13 to the fact that the open porosity largely disappears. The surface is dense. The quartz glass particles 15 are evidently completely transparent at removal at this stage of the process.

Kommt es zu Agglomeraten, werden diese infolge der mechanischen Beanspruchung in der sich bewegenden Granulat-Schüttung 9 oder durch Vibration des Drehrohres 6 wieder aufgelöst.If it comes to agglomerates, these are due to the mechanical stress in the moving granulate bed 9 or by vibration of the rotary tube 6 dissolved again.

Gleichzeitig kommt es zu einem gleichmäßigen Abrieb von Al2O3, das auf die Oberfläche der Granulatteilchen 9 und in deren Poren gelangt. Die so erzeugte, verglaste Quarzglaskörnung weist homogene Dotierung mit Al2O3 um 15 Gew.-ppm auf. Anhaftungen an der Innenwandung des Drehrohres 6 werden weitgehend vermieden.At the same time there is a uniform abrasion of Al 2 O 3 on the surface of the granules 9 and get into their pores. The vitrified quartz glass grain thus produced exhibits homogeneous doping with Al 2 O 3 by 15 ppm by weight. Adhesions on the inner wall of the rotary tube 6 are largely avoided.

Die vollständig verglasten und homogen dotierten Quarzglasteilchen haben eine Dichte von mehr als 2,0 g/cm3 und eine BET-Oberfläche von weniger als 1 m2/g und sie weisen einen vergleichsweise hohen Heliumgehalt auf. Die Quarzglaskörnung wird über das Austragsgehäuse 11 und den Auslassstutzen 17 kontinuierlich entnommen. The fully vitrified and homogeneously doped quartz glass particles have a density of more than 2.0 g / cm 3 and a BET surface area of less than 1 m 2 / g and they have a comparatively high helium content. The quartz glass graining is via the discharge housing 11 and the outlet 17 taken continuously.

Ziehen eines Quarzglasrohres aus einem TiegelDrawing a quartz glass tube from a crucible

Die so erzeugte, mit Helium beladene und homogen mit Al2O3 dotierte Quarzglaskörnung wird zur Herstellung eines Quarzglasrohres in einem Vertikal-Tiegelziehverfahren eingesetzt.The thus produced, loaded with helium and homogeneously doped with Al 2 O 3 quartz glass grain is used for the production of a quartz glass tube in a vertical crucible pulling process.

Der in 3 schematisch gezeigte Ziehofen 1 umfasst einen Schmelztiegel 31 aus Wolfram, in den von oben über einen Zufuhrstutzen 32 kontinuierlich die verglaste Quarzglaskörnung 15 eingefüllt wird.The in 3 schematically shown Ziehofen 1 includes a crucible 31 made of tungsten, in the top of a supply nozzle 32 continuously the glazed quartz glass grains 15 is filled.

Der Schmelztiegel 31 ist von einem wassergekühlten Ofenmantel 36 unter Bildung eines mit Schutzgas gespülten Schutzgasraums 40 umgeben, innerhalb dessen eine poröse Isolationsschicht 38 aus oxidischem Isolationsmaterial und eine Widerstandsheizeinrichtung 43 zum Erhitzen der SiO2-Körnung 15 untergebracht sind. Der Schutzgasraum 40 ist nach unten hin offen und ansonsten mit einer Bodenplatte 45 und mit einer Deckplatte 46 nach Außen abgedichtet. Der Schmelztiegel 31 umschließt einen Tiegel-Innenraum 47, der ebenfalls gegenüber der Umgebung mittels einer Abdeckung 48 und einem Dichtelement 49 abgedichtet ist.The melting pot 31 is from a water cooled oven jacket 36 forming a protective gas space purged with protective gas 40 surrounded, within which a porous insulation layer 38 made of oxidic insulation material and a resistance heater 43 for heating the SiO 2 grain 15 are housed. The inert gas space 40 is open at the bottom and otherwise with a bottom plate 45 and with a cover plate 46 sealed to the outside. The melting pot 31 encloses a crucible interior 47 , which also with respect to the environment by means of a cover 48 and a sealing element 49 is sealed.

Durch die Abdeckung 48 ragt ein Einlass 52 und ein Auslass 51 für ein Tiegelinnenraum-Gas. Dabei handelt es sich um ein Gasgemisch aus 90 Vol.-% Wasserstoff und 10 Vol.-% Helium. Der Schutzgasraum 40 ist im oberen Bereich mit einem Gaseinlass 53 für reinen Wasserstoff versehen.Through the cover 48 protrudes an inlet 52 and an outlet 51 for a crucible interior gas. It is a gas mixture of 90 vol .-% hydrogen and 10 vol .-% helium. The inert gas space 40 is in the upper area with a gas inlet 53 provided for pure hydrogen.

Im Bodenbereich des Schmelztiegels 31 befindet sich eine Ziehdüse 34 aus Wolfram. Diese setzt sich zusammen aus einem Ziehdüsen-Außenteil 37 und einem Dorn 39. Der Dorn 39 der Ziehdüse 34 ist mit einem Halterohr 41 aus Wolfram verbunden, das sich durch den Tiegel-Innenraum 47 erstreckt und über die obere Abdeckung 48 aus diesem herausgeführt ist. Außer zur Halterung des Dorns 39 dient das Halterohr 41 auch der Zufuhr eines Prozessgases zum Einstellen eines vorgegebenen Blasdrucks in der Innenbohrung 54 des Rohrstrangs 35.In the bottom area of the crucible 31 there is a drawing nozzle 34 made of tungsten. This is composed of a pulling nozzle outer part 37 and a thorn 39 , The thorn 39 the drawing nozzle 34 is with a holding ear 41 connected by tungsten, extending through the crucible interior 47 extends and over the top cover 48 is led out of this. Except for holding the thorn 39 serves the holding tube 41 also the supply of a process gas for setting a predetermined blowing pressure in the inner bore 54 of the pipe string 35 ,

Die weiche Quarzglasmasse 57 gelangt über eine Strömungskanal 54 zwischen Dorn 39 und Ziehdüsen-Außenteil bis zum Düsenauslass 55 und wird als Rohrstrang 35 mit einem Innendurchmesser von 190 mm und einem Außendurchmesser von 210 mm vertikal nach unten in Richtung der Ziehachse 56 abgezogen.The soft quartz glass mass 57 passes over a flow channel 54 between spike 39 and nozzle outer part to the nozzle outlet 55 and is called a pipe string 35 with an inner diameter of 190 mm and an outer diameter of 210 mm vertically downwards in the direction of the drawing axis 56 deducted.

Das Gewicht der Quarzglasmasse 57 bewirkt im Bereich des Düsenauslasses 55 einen „hydrostatischen Druck”, wodurch die erweichte Quarzglasmasse 57 den Ringspalt mit einer Durchflussrate von etwa 28 kg/h passiert.The weight of the quartz glass mass 57 causes in the area of the nozzle outlet 55 a "hydrostatic pressure", whereby the softened quartz glass mass 57 the annular gap with a flow rate of about 28 kg / h happens.

Beim Durchlaufen des Schmelztiegels 1 von oben nach unten setzt die Quarzglaskörnung das eingeschlossene Helium frei, so dass sich dieses innerhalb der Schüttung der Quarzglaskörnung 15 gleichmäßig verteilt, die dort vorhandene Luft austreibt und durch seine gute Wärmeleitfähigkeit zu einem homogenen und gleichmäßigen Erhitzen beiträgt.When passing through the crucible 1 From top to bottom, the quartz glass granules release the trapped helium, so that this within the bed of quartz glass grains 15 evenly distributed, which expels existing air and contributes by its good thermal conductivity to a homogeneous and uniform heating.

Das abgezogene Quarzglasrohr wurde in Bezug auf Blasen, Einschlüsse und Schlieren optisch untersucht. Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 unter Probe A zusammengefasst. Bei der Vergleichsprobe C wurde heliumfreie Standard-Quarzglaskörnung gleicher Korngröße eingesetzt und gleichermaßen verarbeitet wie oben für Probe A erläutert. Bei Probe C wurde Standard-Quarzglas und Helium enthaltende Quarzglaskörnung im Verhältnis 50:50 vorab homogen vermischt. Tabelle 1 A B C Heliumbeladung 100 50:50 0 Blasen ++ + - Schlieren + + - Einschlüsse + + 0 The withdrawn quartz glass tube was visually inspected for blisters, inclusions and streaks. The results are summarized in Table 1 under Sample A. For comparative sample C, helium-free standard quartz glass grains of the same particle size were used and processed in the same way as explained above for sample A. For Sample C, standard fused quartz glass and 50:50 quartz glass granules containing helium were mixed homogeneously in advance. Table 1 A B C helium loading 100 50:50 0 Blow ++ + - Schlieren + + - inclusions + + 0

Die Qualität hinsichtlich des Auftretens von Blasen, Schlieren und Einschlüssen ist in Tabelle 1 qualitativ bewertet. Dabei setzt sich die Symbolik der qualitativen Bewertung wie folgt um:

„++”
sehr gut,
„+”
gut,
„0”
akzeptabel,
„-”
schlecht und
The quality of occurrence of bubbles, streaks and inclusions is qualitatively evaluated in Table 1. The symbolism of the qualitative evaluation is as follows:
"++"
very well,
"+"
Good,
"0"
acceptable,
"-"
bad and

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • EP 1076043 [0012] EP 1076043 [0012]
  • EP 1088789 A2 [0014] EP 1088789 A2 [0014]
  • JP 10287416 A [0016] JP 10287416A [0016]
  • WO 88/03914 A1 [0019] WO 88/03914 A1 [0019]
  • DE 102004038602 B3 [0020] DE 102004038602 B3 [0020]
  • US 4225443 A [0026] US 4225443A [0026]
  • DE 2550929 A [0027] DE 2550929 A [0027]

Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature

  • DIN ISO 9277- Mai 2003 [0035] DIN ISO 9277- May 2003 [0035]

Claims (16)

Verfahren zur Herstellung eines Formkörpers aus elektrogeschmolzenem synthetischem Quarzglas, indem synthetisch erzeugte Quarzglaskörnung (15) bereitgestellt und in einem elektrisch beheizten Schmelzbehälter (31) unter Bildung einer erweichten Quarzglasmasse (57) erhitzt und die erweichte Quarzglasmasse (57) zu dem Formkörper geformt wird, dadurch gekennzeichnet, dass synthetisch erzeugte Quarzglaskörnung (15) aus Körnungsteilchen eingesetzt wird, in denen Helium eingeschlossen ist und deren Bereitstellung folgende Verfahrensschritte umfasst: (a) Granulation pyrogen hergestellter Kieselsäure unter Bildung eines SiO2-Granulats aus porösen Granulatteilchen (9), und (b) Verglasen des SiO2-Granulats in einem Drehrohrofen (1) mit einem mindestens teilweise aus keramischem Werkstoff bestehenden Drehrohr (6) und unter einem Behandlungsgas, das mindestens 30 Vol.-% Helium enthält, unter Bildung der Körnungsteilchen mit eingeschlossenem Helium.Process for the production of a shaped body of electro-fused synthetic quartz glass by using synthetically produced quartz glass grains ( 15 ) and in an electrically heated melting vessel ( 31 ) to form a softened quartz glass mass ( 57 ) and the softened quartz glass mass ( 57 ) is formed into the shaped body, characterized in that synthetically produced quartz glass grain ( 15 in which helium is included and the provision thereof comprises the following method steps: (a) granulation of fumed silica to form a SiO 2 granulate of porous granules ( 9 ), and (b) vitrifying the SiO 2 granulate in a rotary kiln ( 1 ) with an at least partially made of ceramic material rotary tube ( 6 ) and under a treatment gas containing at least 30% by volume of helium to form helium trapped granules. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das in den Körnungsteilchen eingeschlossene Helium ein Volumen von mindestens 0,5 cm3/kg, vorzugsweise mindestens 10 cm3/kg, einnimmt.A method according to claim 1, characterized in that the helium trapped in the granules occupies a volume of at least 0.5 cm 3 / kg, preferably at least 10 cm 3 / kg. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Behandlungsgas beim Verglasen gemäß Verfahrensschritt (b) mindestens 50% Helium enthält, vorzugsweise mindestens 95%.A method according to claim 1 or 2, characterized in that the treatment gas in the vitrification according to process step (b) contains at least 50% helium, preferably at least 95%. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schmelzbehälter (1) als beheizte Schmelzform mit Bodenauslass (55) ausgeführt ist, durch den die erweichte Quarzglasmasse (57) kontinuierlich als Quarzglasstrang (35) abgezogen wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the melting container ( 1 ) as a heated melt mold with bottom outlet ( 55 ), through which the softened quartz glass mass ( 57 ) continuously as a quartz glass strand ( 35 ) is deducted. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Granulatteilchen (9) eine mittlere Korngröße zwischen 20 und 2000 μm, vorzugsweise zwischen 100 μm und 400 μm, aufweisen (jeweils D50-Wert).Method according to one of the preceding claims, characterized in that the granules ( 9 ) have an average particle size between 20 and 2000 microns, preferably between 100 microns and 400 microns (each D 50 value). Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Feinanteil des SiO2-Granulats mit Teilchengrößen von weniger als 100 μm vorab so eingestellt wird, dass er weniger als 10 Gew.-% des Granulat-Gesamtgewichts ausmacht.Method according to one of the preceding claims, characterized in that a fines content of the SiO 2 granules having particle sizes of less than 100 microns is adjusted in advance so that it is less than 10 wt .-% of the total granulate weight. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Granulatteilchen (9) beim Verglasen auf eine Temperatur im Bereich von 1300°C bis 1600°C erhitzt werden.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the granules ( 9 ) are heated to a temperature in the range of 1300 ° C to 1600 ° C during vitrification. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Granulatteilchen (9) oder die verglaste Quarzglaskörnung (15) einer Vibration unterzogen werden.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the granules ( 9 ) or the vitreous silica grain ( 15 ) are subjected to vibration. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Erhitzen der Granulatteilchen (9) mittels einer das Drehrohr (6) umgebenden Widerstandsheizeinrichtung (8) erfolgt.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the heating of the granules ( 9 ) by means of a rotary tube ( 6 ) surrounding resistance heater ( 8th ) he follows. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Drehrohr (6) aus einer Substanz besteht, die gleichzeitig die Viskosität von Quarzglas erhöht, vorzugsweise aus Al2O3 , ZrO2 oder Si3N4.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the rotary tube ( 6 ) consists of a substance which simultaneously increases the viscosity of quartz glass, preferably of Al 2 O 3 , ZrO 2 or Si 3 N 4 . Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Substanz einen Alkaligehalt von weniger als 0,5% aufweist.A method according to claim 10, characterized in that the substance has an alkali content of less than 0.5%. Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehrohr-Innenwandung aus synthetisch hergestelltem Al2O3 besteht.A method according to claim 10 or 11, characterized in that the rotary tube inner wall consists of synthetically produced Al 2 O 3 . Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass unter Einsatz eines Al2O3-haltigen Drehrohres (6) eine Al2O3-Dotierung der Quarzglaskörnung (15) im Bereich von 1 bis 20 Gew.-ppm erzeugt wird.Method according to one of claims 10 to 12, characterized in that using an Al 2 O 3 -containing rotary tube ( 6 ) an Al 2 O 3 doping of the quartz glass grains ( 15 ) is produced in the range of 1 to 20 ppm by weight. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das SiO2-Granulat (9) vor dem Verglasen einer Reinigung durch Erhitzen in einer halogenhaltigen Atmosphäre unterzogen wird, und dass das Reinigen des SiO2-Granulats (9) in einem zweiten Drehrohrofen erfolgt.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the SiO 2 granules ( 9 ) is subjected to a cleaning by heating in a halogen-containing atmosphere before the vitrification, and that the cleaning of the SiO 2 granules ( 9 ) takes place in a second rotary kiln. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Drehrohrofen zum Trocknen und zum Reinigen des SiO2-Granulats (9) eingesetzt wird, und in Richtung der Mittelachse (7) gesehen in Zonen unterteilt ist, umfassend eine Trocknungszone und eine Reinigungszone, wobei benachbarte Zonen durch eine mit Öffnungen versehene Trennscheiben oder durch Labyrinthfallen unterteilt sind. A method according to claim 14, characterized in that the second rotary kiln for drying and for cleaning the SiO 2 granules ( 9 ) is used, and in the direction of the central axis ( 7 ) is divided into zones, comprising a drying zone and a cleaning zone, wherein adjacent zones are divided by an apertured cutting discs or by labyrinth traps. Verfahren nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Reinigen im Drehrohr unter chlorhaltiger Atmosphäre bei einer Temperatur im Bereich zwischen 900 und 1250°C erfolgt.A method according to claim 14 or 15, characterized in that the cleaning takes place in the rotary tube under chlorine-containing atmosphere at a temperature in the range between 900 and 1250 ° C.
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Cited By (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2017103168A1 (en) * 2015-12-18 2017-06-22 Heraeus Quarzglas Gmbh & Co. Kg Gas purging for melting furnace and production method for quartz glass
WO2017103160A1 (en) * 2015-12-18 2017-06-22 Heraeus Quarzglas Gmbh & Co. Kg Production of silica glass articles from silica granluate
US10618833B2 (en) 2015-12-18 2020-04-14 Heraeus Quarzglas Gmbh & Co. Kg Preparation of a synthetic quartz glass grain
US10676388B2 (en) 2015-12-18 2020-06-09 Heraeus Quarzglas Gmbh & Co. Kg Glass fibers and pre-forms made of homogeneous quartz glass
US10730780B2 (en) 2015-12-18 2020-08-04 Heraeus Quarzglas Gmbh & Co. Kg Preparation of a quartz glass body in a multi-chamber oven
US11053152B2 (en) 2015-12-18 2021-07-06 Heraeus Quarzglas Gmbh & Co. Kg Spray granulation of silicon dioxide in the preparation of quartz glass
US11236002B2 (en) 2015-12-18 2022-02-01 Heraeus Quarzglas Gmbh & Co. Kg Preparation of an opaque quartz glass body
US11299417B2 (en) 2015-12-18 2022-04-12 Heraeus Quarzglas Gmbh & Co. Kg Preparation of a quartz glass body in a melting crucible of refractory metal
US11339076B2 (en) 2015-12-18 2022-05-24 Heraeus Quarzglas Gmbh & Co. Kg Preparation of carbon-doped silicon dioxide granulate as an intermediate in the preparation of quartz glass
US11492282B2 (en) 2015-12-18 2022-11-08 Heraeus Quarzglas Gmbh & Co. Kg Preparation of quartz glass bodies with dew point monitoring in the melting oven
US11952303B2 (en) 2015-12-18 2024-04-09 Heraeus Quarzglas Gmbh & Co. Kg Increase in silicon content in the preparation of quartz glass

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2550929A1 (en) 1974-11-18 1976-05-20 Philips Nv METHOD OF MANUFACTURING QUARTZ GLASS OBJECTS BY DRAWING
US4225443A (en) 1978-03-22 1980-09-30 The Taulman Company Sintered-glass-granule filter medium
WO1988003914A1 (en) 1986-11-20 1988-06-02 Tsl Group Plc Vitreous silica
JPH10287416A (en) 1997-04-08 1998-10-27 Mitsubishi Chem Corp Production of synthetic quartz powder
EP1076043A2 (en) 1999-08-13 2001-02-14 Heraeus Quarzglas GmbH & Co. KG Process for producing dense quartz glass granules
EP1088789A2 (en) 1999-09-28 2001-04-04 Heraeus Quarzglas GmbH & Co. KG Porous silica granule, its method of production and its use in a method for producing quartz glass
DE102004038602B3 (en) 2004-08-07 2005-12-29 Heraeus Quarzglas Gmbh & Co. Kg Process for making quartz glass for use in the manufacture of lamps and semiconductors involves melting glass by electrically heating in a vacuum, the glass containing a specified concentration of temperature-stable hydroxyl groups

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102012006914B4 (en) * 2012-04-05 2018-01-18 Heraeus Quarzglas Gmbh & Co. Kg Process for the preparation of synthetic quartz glass grains

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2550929A1 (en) 1974-11-18 1976-05-20 Philips Nv METHOD OF MANUFACTURING QUARTZ GLASS OBJECTS BY DRAWING
US4225443A (en) 1978-03-22 1980-09-30 The Taulman Company Sintered-glass-granule filter medium
WO1988003914A1 (en) 1986-11-20 1988-06-02 Tsl Group Plc Vitreous silica
JPH10287416A (en) 1997-04-08 1998-10-27 Mitsubishi Chem Corp Production of synthetic quartz powder
EP1076043A2 (en) 1999-08-13 2001-02-14 Heraeus Quarzglas GmbH & Co. KG Process for producing dense quartz glass granules
EP1088789A2 (en) 1999-09-28 2001-04-04 Heraeus Quarzglas GmbH & Co. KG Porous silica granule, its method of production and its use in a method for producing quartz glass
DE102004038602B3 (en) 2004-08-07 2005-12-29 Heraeus Quarzglas Gmbh & Co. Kg Process for making quartz glass for use in the manufacture of lamps and semiconductors involves melting glass by electrically heating in a vacuum, the glass containing a specified concentration of temperature-stable hydroxyl groups

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
DIN ISO 9277- Mai 2003

Cited By (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2017103168A1 (en) * 2015-12-18 2017-06-22 Heraeus Quarzglas Gmbh & Co. Kg Gas purging for melting furnace and production method for quartz glass
WO2017103160A1 (en) * 2015-12-18 2017-06-22 Heraeus Quarzglas Gmbh & Co. Kg Production of silica glass articles from silica granluate
US10618833B2 (en) 2015-12-18 2020-04-14 Heraeus Quarzglas Gmbh & Co. Kg Preparation of a synthetic quartz glass grain
US10676388B2 (en) 2015-12-18 2020-06-09 Heraeus Quarzglas Gmbh & Co. Kg Glass fibers and pre-forms made of homogeneous quartz glass
US10730780B2 (en) 2015-12-18 2020-08-04 Heraeus Quarzglas Gmbh & Co. Kg Preparation of a quartz glass body in a multi-chamber oven
US11053152B2 (en) 2015-12-18 2021-07-06 Heraeus Quarzglas Gmbh & Co. Kg Spray granulation of silicon dioxide in the preparation of quartz glass
US11236002B2 (en) 2015-12-18 2022-02-01 Heraeus Quarzglas Gmbh & Co. Kg Preparation of an opaque quartz glass body
US11299417B2 (en) 2015-12-18 2022-04-12 Heraeus Quarzglas Gmbh & Co. Kg Preparation of a quartz glass body in a melting crucible of refractory metal
US11339076B2 (en) 2015-12-18 2022-05-24 Heraeus Quarzglas Gmbh & Co. Kg Preparation of carbon-doped silicon dioxide granulate as an intermediate in the preparation of quartz glass
US11492282B2 (en) 2015-12-18 2022-11-08 Heraeus Quarzglas Gmbh & Co. Kg Preparation of quartz glass bodies with dew point monitoring in the melting oven
US11492285B2 (en) 2015-12-18 2022-11-08 Heraeus Quarzglas Gmbh & Co. Kg Preparation of quartz glass bodies from silicon dioxide granulate
US11708290B2 (en) 2015-12-18 2023-07-25 Heraeus Quarzglas Gmbh & Co. Kg Preparation of a quartz glass body in a multi-chamber oven
US11952303B2 (en) 2015-12-18 2024-04-09 Heraeus Quarzglas Gmbh & Co. Kg Increase in silicon content in the preparation of quartz glass

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