DE102010042745A1

DE102010042745A1 - Synthetisches Siliziumdioxidglas mit einer einheitlichen fiktiven Temperatur

Info

Publication number: DE102010042745A1
Application number: DE102010042745A
Authority: DE
Inventors: Carlos Ottawa Duran; Kenneth E. Hrdina; Ulrich Wilhelm Heinz Neukirch
Original assignee: Corning Inc
Current assignee: Corning Inc
Priority date: 2009-10-21
Filing date: 2010-10-21
Publication date: 2011-04-28
Also published as: JP2011088815A; US8596094B2; JP5761956B2; US20110092354A1

Abstract

Ein Verfahren zum Herstellen eines Siliziumdioxidglases mit einer einheitlichen fiktiven Temperatur. Der Glasartikel wird auf eine angestrebte fiktive Temperatur erwärmt oder mit einer Geschwindigkeit, die kleiner ist als die Geschwindigkeit der Änderung der fiktiven Temperatur, für eine Dauer, die ausreicht, um eine Annäherung der fiktiven Temperatur des Siliziumdioxidglases an die angestrebte fiktive Temperatur bis auf 3°C zuzulassen, erwärmt oder abgekühlt. Das Siliziumdioxidglas wird dann mit einer Abkühlungsgeschwindigkeit, die größer ist als die Relaxationsgeschwindigkeit des Glases bei der angestrebten fiktiven Temperatur von der angestrebten fiktiven Temperatur auf eine Temperatur unterhalb des Spannungspunkts des Glases abgekühlt. Das Siliziumdioxidglas weist eine fiktive Temperatur auf, die nach dem Aushärtungsschritt um weniger als 3°C variiert. Es wird auch ein mit dem Verfahren hergestelltes Siliziumdioxidglas beschrieben.

Description

Querverweis auf verwandte Anmeldungen
Gemäß 35 U. S. C. § 119(e) beansprucht die Anmeldung die Priorität der U. S. Provisional-Anmeldung mit der Seriennummer 61/253644, die am 21. Oktober 2009 eingereicht wurde.
Hintergrund
Bei Standardprozessen zur Herstellung synthetischen Kiesel- oder Quarzglases wird die Zusammensetzung des Glases sorgfältig gesteuert. Beispielsweise wird die Verteilung von Modifikationsmitteln, wie beispielsweise Hydroxyl (OH), Natrium und dergleichen im Glas während seiner Herstellung mit dem Ziel gesteuert, eine homogene Verteilung dieser Spezies über den gesamten resultierenden Glasartikel zu erreichen. Nichtsdestotrotz liefern solche Standardprozesse häufig Gläser, in denen Brechungsindices und die Doppelbrechung Schwankungen unterliegen.
Zusammenfassung
Es wird ein Verfahren zum Herstellen eines Siliziumdioxidglases mit einer einheitlichen fiktiven Temperatur bereitgestellt. Der Glasartikel wird auf eine angestrebte fiktive Temperatur erwärmt oder mit einer Geschwindigkeit, die kleiner ist als die Geschwindigkeit der Änderung der fiktiven Temperatur, für eine Dauer, die ausreicht, um eine Annäherung der fiktiven Temperatur des Glases an die angestrebte fiktive Temperatur bis auf 3°C zuzulassen, erwärmt oder abgekühlt. Das Siliziumdioxidglas wird dann mit einer Abkühlungsgeschwindigkeit, die größer ist als die Relaxationsgeschwindigkeit des Glases bei der angestrebten fiktiven Temperatur, von der angestrebten fiktiven Temperatur auf eine Temperatur unterhalb des Spannungspunktes des Glases abgekühlt. Das Siliziumdioxidglas weist eine fiktive Temperatur auf, die nach dem Aushärten um weniger als 3°C variiert. Ebenfalls wird ein mit dem Verfahren hergestelltes Siliziumdioxidglas beschrieben.
Dementsprechend wird in einem Aspekt der Offenbarung ein Verfahren zum Herstellen eines Siliziumdioxidglases mit einer einheitlichen fiktiven Temperatur bereitgestellt. Das Verfahren umfasst die Schritte des Bereitstellens des Siliziumdioxidglases und des Aushärtens des Siliziumdioxidglases, wobei die fiktive Temperatur des Siliziumdioxidglases nach dem Aushärtungsschritt um weniger als 3°C variiert. Das Siliziumdioxidglas weist eine Konzentration an Hydroxylgruppen von bis zu 800 ppm, bezogen auf das Gewicht, auf. Das Aushärten des Siliziumdioxidglases umfasst: 1) das Halten des Siliziumdioxidglases auf der angestrebten fiktiven Temperatur für eine Dauer, die ausreicht, um eine Annäherung der fiktiven Temperatur des Siliziumdioxidglases an die angestrebte fiktive Temperatur bis auf 3°C zuzulassen; oder 2) das Erwärmen oder Abkühlen des Siliziumdioxidglases mit einer Geschwindigkeit, die kleiner ist als die Geschwindigkeit der Änderung der fiktiven Temperatur, für eine Dauer, die ausreicht, um eine Annäherung der fiktiven Temperatur des Siliziumdioxidglases an eine angestrebte fiktive Temperatur bis auf 3°C zuzulassen; und das Abkühlen des Siliziumdioxidglases mit einer Abkühlungsgeschwindigkeit, die größer ist als die Relaxationsgeschwindigkeit des Glases bei der angestrebten fiktiven Temperatur, von der angestrebten fiktiven Temperatur auf eine Temperatur unterhalb des Spannungspunktes des Glases.
In einem zweiten Aspekt stellt die Offenbarung ein Siliziumdioxidglas mit einer Indexhomogenität von kleiner als 1 ppm bereit, wobei das Siliziumdioxidglas eine fiktive Temperatur aufweist, die um weniger als 3°C variiert.
In einem dritten Aspekt stellt die Offenbarung ein Verfahren zum Erhalten einer einheitlichen fiktiven Temperatur in einem Siliziumdioxidglas bereit. Das Verfahren umfasst die Schritte: Bereitstellen des Siliziumdioxidglases, wobei das Siliziumdioxidglas einen Spannungspunkt T_S und eine fiktive Temperatur aufweist; und Aushärten des Siliziumdioxidglases, wobei die fiktive Temperatur des Glases nach dem Aushärtungsschritt um weniger als 3°C variiert. Das Aushärten des Siliziumdioxidglases umfasst: 1) Halten des Siliziumdioxidglases auf der angestrebten fiktiven Temperatur für eine Dauer, die ausreicht, um eine Annäherung der fiktiven Temperatur des Siliziumdioxidglases an die angestrebte fiktive Temperatur bis auf 3°C zuzulassen; oder 2) Erwärmen oder Abkühlen des Siliziumdioxidglases mit einer Geschwindigkeit, die kleiner ist als die Geschwindigkeit der Änderung der fiktiven Temperatur, für eine Dauer, die ausreicht, um eine Annäherung der fiktiven Temperatur des Siliziumdioxidglases an die angestrebte fiktive Temperatur bis auf 3°C zuzulassen; und Abkühlen des Siliziumdioxidglases mit einer Abkühlungsgeschwindigkeit, die größer ist als die Relaxationszeit des Glases bei der angestrebten fiktiven Temperatur, von der angestrebten fiktiven Temperatur auf eine Temperatur unterhalb des Spannungspunktes.
In einem vierten Aspekt stellt die Offenbarung ein Verfahren zum Aushärten eines Siliziumdioxidglases bereit. Das Verfahren umfasst die Schritte: Bereitstellen des Siliziumdioxidglases, wobei das Siliziumdioxidglas einen Spannungspunkt T_S und eine fiktive Temperatur aufweist; und Aushärten des Siliziumdioxidglases, wobei die fiktive Temperatur nach dem Aushärtungsschritt um weniger als 3°C von der angestrebten fiktiven Temperatur abweicht. Das Aushärten des Siliziumdioxidglases umfasst: 1) Halten des Siliziumdioxidglases auf der angestrebten fiktiven Temperatur für eine Dauer, die ausreicht, um eine Annäherung der fiktiven Temperatur des Siliziumdioxidglases an die angestrebte fiktive Temperatur bis auf 3°C zuzulassen; oder 2) Erwärmen oder Abkühlen des Siliziumdioxidglases mit einer Geschwindigkeit, die kleiner ist als die Geschwindigkeit der Änderung der fiktiven Temperatur, für eine Dauer, die ausreicht, um eine Annäherung der fiktiven Temperatur des Siliziumdioxidglases an die angestrebte fiktive Temperatur bis auf 3°C zuzulassen; und Abkühlen des Siliziumdioxidglases mit einer Abkühlungsgeschwindigkeit, die größer ist als die Relaxationsgeschwindigkeit des Glases bei der angestrebten fiktiven Temperatur von der angestrebten fiktiven Temperatur, auf eine Temperatur unterhalb des Spannungspunktes.
Diese und andere Aspekte, Vorteile und hervorstechende Merkmale werden aus der folgenden ausführlichen Beschreibung, den beigefügten Figuren und den beigefügten Ansprüchen ersichtlich.
Kurze Beschreibung der Figuren
1a ist eine schematische Darstellung eines Aushärtungsschemas für Siliziumdioxidglas, das einen isothermen Haltpunkt einschließt;
1b ist eine schematische Darstellung eines Aushärtungsschemas für Siliziumdioxidglas, in dem das Siliziumdioxidglas von einer Temperatur T_a auf eine Temperatur T_b erwärmt wird;
1c ist eine schematische Darstellung eines Aushärtungsschemas für Siliziumdioxidglas, in dem das Siliziumdioxidglas von einer Temperatur T_c auf eine Temperatur T_d abgekühlt wird;
2a ist eine schematische Darstellung eines zweiten Aushärtungsschemas für Siliziumdioxidglas;
2b ist eine schematische Darstellung eines dritten Aushärtungsschemas für Siliziumdioxidglas;
3a ist eine schematische Darstellung einer fortschreitend abnehmenden Abkühlungsgeschwindigkeit;
3b ist eine schematische Darstellung einer fortschreitend abnehmenden Erwärmungsgeschwindigkeit;
4 ist eine Abbildung der Doppelbrechung einer Siliziumdioxidglasprobe vor (1) und nach (2) dem Aushärten; und
5 ist eine Abbildung der Doppelbrechung einer zweiten Siliziumdioxidglasprobe vor (1) und nach (2) dem Aushärten.
Ausführliche Beschreibung
In der folgenden Beschreibung bezeichnen gleiche Bezugszeichen in den in den Figuren gezeigten verschiedenartigen Ansichten gleiche oder entsprechende Teile. Es soll auch verstanden werden, dass, soweit nicht anders angegeben ist, Begriffe wie „oben”, „unten”, „nach außen”, „nach innen” und dergleichen der Einfachheit halber verwendete Begriffe sind und keine Einschränkung darstellen sollen. Daneben soll verstanden werden, dass, wenn angegeben ist, dass ein Element oder eine Gruppe wenigstens ein Element aus einer Gruppe von Elementen und Kombinationen derselben umfasst, dieses Element oder diese Gruppe jede beliebige Anzahl der angegebenen Elemente, entweder allein oder in Kombination miteinander, umfassen, im Wesentlichen daraus bestehen oder daraus bestehen kann. In ähnlicher Weise soll verstanden werden, dass, wenn angegeben ist, dass eine Gruppe aus wenigstens einem Element aus einer Gruppe von Elementen oder Kombinationen derselben besteht, die Gruppe aus jeder beliebigen Anzahl der angegebenen Elemente, entweder allein oder in Kombination miteinander, bestehen kann. Soweit nicht anders angegeben ist, schließt ein angegebener Wertebereich sowohl den oberen als auch den unteren Grenzwert des Bereichs mit ein.
Unter Bezugnahme auf die Figuren allgemein soll verstanden werden, dass die Abbildungen lediglich der Beschreibung bestimmter Ausführungsformen dienen und die Offenbarung oder die beigefügten Ansprüche nicht darauf beschränken sollen. Die Figuren sind nicht notwendigerweise maßstabsgetreu und bestimmte Merkmale und Ansichten der Figuren können in vergrößertem Maßstab oder im Interesse der Klarheit und Prägnanz schematisch gezeigt sein.
Wie hierin verwendet, bezeichnet der Begriff „Hydroxyl”, soweit nicht anders angegeben ist, eine zweiatomige Spezies, entweder allein oder als eine beliebige Ansammlung, Mischung oder Anordnung derselben, die aus einem Sauerstoffatom und einem Atom eines beliebigen Isotops von Wasserstoff (Protium, Deuterium, Tritium) besteht. Derartige Wasserstoffisotope können in Konzentrationen vorhanden sein, die größer sind als, gleich sind oder kleiner sind als ihr entsprechendes natürliches Isotopenvorkommen. Wie hierin verwendet, bezeichnet der Begriff „OH”, soweit nicht anders angegeben, diejenige Spezies, die aus einem Sauerstoffatom und einem Wasserstoffatom besteht, wobei die Sauerstoff- und Wasserstoffisotope in ihrem natürlich vorkommenden Isotopenvorkommen vorhanden sind. Die natürlich vorkommende Verteilung der Wasserstoffisotope liegt bei annähernd 99,98% Protium (Wasserstoffkern, der aus einem Proton besteht) und 0,02 Deuterium (Wasserstoffkern, der aus einem Proton und einem Neutron besteht). Soweit nicht anders angegeben ist, bezeichnet der Begriff „OD” die Deuteroxylspezies, die aus einem Sauerstoffatom und einem Deuteriumatom besteht. Beispielsweise würde eine Konzentration von 1.000 ppm OH aus annähernd 998 ppm Protium enthaltender Hydroxylspezies und etwa 2 ppm OD- oder Deuterium enthaltender Hydroxylspezies bestehen.
Wenn hierauf Bezug genommen wird, liegt ein beliebiges anderes Element (z. B. Si, O, Na) in seiner natürlich vorkommenden Isotopenmischung vor, soweit dies nicht anders angegeben ist.
Soweit nicht anders angegeben ist, bezeichnen die Begriffe „Glas” und „Siliziumdioxidglas”, wie sie hierin verwendet werden, synthetisches Kiesel- oder Quarzglas und Artikel, die aus diesem hergestellt sind. Das synthetische Kiesel- oder Quarzglas ist, soweit nicht anders angegeben ist, im Wesentlichen frei von aktiv zugesetzten Dotierungsmitteln wie beispielsweise, aber nicht beschränkt auf, Halogene (z. B. Chlor oder Fluor) und besteht in einer Ausführungsform im Wesentlichen aus Siliziumdioxid, Wasserstoff, Natrium und Hydroxylgruppen.
In Standardverfahren zum Herstellen synthetischen Quarz- oder Kieselglases wird eine sorgfältige Steuerung der Zusammensetzung des Kiesel- oder Quarzglases eingesetzt. Beispielsweise wird die Verteilung von Modifikationsmitteln, wie beispielsweise den Hydroxylgruppen, Natrium und dergleichen in dem Glas während seiner Herstellung mit dem Ziel gesteuert, eine homogene Verteilung dieser Spezies über den gesamten resultierenden Glasartikel, wie beispielsweise eine optische Komponente für Projektions- und Beleuchtungsoptiken in Lithographiesystemen, zu erreichen. Nichtsdestotrotz liefern solche Standardverfahren häufig Gläser, deren Brechungsindices und Doppelbrechung Schwankungen unterliegen.
Unterschiede oder Ungleichmäßigkeiten in den Eigenschaften, wie beispielsweise dem Brechungsindex – oder dem absoluten Brechungsindex (absolute refractive index, ARI) – und der Doppelbrechung ergeben sich zum Teil auch durch strukturelle Unterschiede im Glas. Modifikationsmittel, wie beispielsweise die vorstehend angegebenen, haben einen nur geringen direkten Einfluss auf die Brechung, da die zugesetzten Mengen der Modifikationsmittel (z. B. 1–300 ppm OH, < 25 ppb Na) relativ klein sind. Diese Modifikationsmittel haben jedoch eine indirekte strukturelle Wirkung, da sie am Ende von -O-Si-O-Bindungen angeordnet sind und dadurch die Viskosität des Glases herabsetzen. Eine verringerte Viskosität führt zu Änderungen der finalen fiktiven Temperatur des Glases. Die fiktive Temperatur steht in direkter Beziehung zu – und ist ein Maß für – die Struktur des Glases.
Der Einfluss dieser Modifikationsmittel auf den Brechungsindex (Index) kann in zwei Kategorien unterteilt werden: eine erste Kategorie, nach der das Modifikationsmittel den Index direkt durch eine inhärente Änderung der Dichte der Elektronenwolke bedingt durch das Vorhandensein des Modifikationsmittels beeinflusst; und eine zweite Kategorie, nach der das Modifikationsmittel den Index indirekt durch eine Veränderung der Struktur des Glases beeinflusst.
Die Größenordnung der direkten und indirekten Beiträge der einzelnen Modifikationsmittel zum Index ändert sich als Funktion der Konzentration des Modifikationsmittels in dem Glas. Der Einfluss der OH-Konzentration auf den Index nimmt zum Beispiel mit zunehmender OH-Konzentration ab. Bei hohen OH-Konzentrationen ist der direkte Beitrag von OH auf den Brechungsindex groß, während der indirekte strukturell bedingte Beitrag auf den Index gering ist. Zum Beispiel muss sich bei 700 ppm OH die OH-Konzentration um etwa 25 ppm ändern, um eine Änderung des Index von 1 ppm zu bewirken, wobei sich diese Beziehung asymptotisch mit diesem Verhältnis von 1:25 bei OH-Konzentrationen von bis zu 1.000 ppm fortsetzt.
Es wurde beobachtet, dass der indirekte strukturell bedingte Beitrag von OH mit abnehmender OH-Konzentration zunimmt. Bei 60 ppm OH sind 5 ppm OH erforderlich, um den Index um 1 ppm zu ändern, wohingegen bei 1–2 ppm OH eine Änderung des Index um 1 ppm durch eine Änderung der OH-Konzentration von nur 2–3 ppm erreicht wird. Der Einfluss der OH-Konzentration bei diesen niedrigen Konzentrationsmengen ist vorwiegend strukturell bedingt; d. h., dass der indirekte Beitrag des OH auf den Index dominiert. Obwohl ein solches Verhalten für Konzentrationen an Hydroxylgruppen berichtet wurde, die die natürlich vorkommende Wasserstoffisotopenverteilung aufweisen, wird erwartet, dass Mischungen von Hydroxylgruppen, die mit einem bestimmten Wasserstoffisotop angereichert sind (z. B. Deuterium, das als Deuteroxyl (OD) vorliegt), ein ähnliches Verhalten zeigen.
Der Einfluss von Natrium auf den Brechungsindex ist vorwiegend struktureller Natur. Die Wirkung der Natriumkonzentration sowohl auf den Index als auch auf die Struktur des Glases ist direkt proportional zur fiktiven Temperatur (T_f) des Glases. Daten zeigen, dass eine Zunahme der Natriumkonzentration um 1 ppb die fiktive Temperatur des Glases verringert und den Brechungsindex von Gläsern, die entsprechend 1 ppm OD und 60 ppm OD enthalten, um 2,7 ppm und 1,4 ppm erhöht. Bei Natriummengen im Bereich von 1–100 ppb, ist der inhärente oder direkte Beitrag des Natriums zum Brechungsindex vernachlässigbar und der indirekte strukturelle Einfluss des Natriums macht 99% des Gesamteinflusses des Natriums auf den Index aus.
Hierin werden entsprechend ein synthetisches Kiesel- oder Quarzglas und Artikel, die daraus hergestellt sind, beschrieben und bereitgestellt. Das Glas ist isostrukturell, wie durch eine geringe Schwankung der fiktiven Temperatur T_f oder eine einheitliche fiktive Temperatur des Glases bewiesen ist. Die fiktive Temperatur steht in direkter Beziehung zu – und ist ein Maß für – die Struktur des Glases, die grundsätzlich durch die statistische Verteilung der Winkel der chemischen -Si-O-Si-Bindungen bestimmt ist. Ein ideales isostrukturelles Glas weist über die gesamten Abmessungen des Artikels die gleiche statistische Verteilung der Bindungswinkel auf und ist daher dadurch gekennzeichnet, dass eine fiktive Temperatur von der Position innerhalb des Artikels unabhängig ist. In einem realen Glas ist der Grad der Abweichung der fiktiven Temperatur daher ein direktes Maß dafür, wie nahe das Glas einem idealen isostrukturellen Glas kommt. Verfahren zum Herstellen eines solchen synthetischen Kiesel- oder Quarzglases, zum Bereitstellen eines synthetischen Kiesel- oder Quarzglases mit einer einheitlichen fiktiven Temperatur und zum Aushärten eines Siliziumdioxidglases werden ebenfalls bereitgestellt.
In einer Ausführungsform werden ein synthetisches Kiesel- oder Quarzglas und ein aus dem Glas gebildeter Artikel bereitgestellt. Das Glas ist isostrukturell und weist durchgehend eine einheitliche fiktive Temperatur auf. In einer Ausführungsform variiert die fiktive Temperatur des Glases um weniger als 3°C. In einer weiteren Ausführungsform variiert die fiktive Temperatur um weniger als 2°C und in einer noch weiteren Ausführungsform variiert die T_f um weniger als 1°C. Das Siliziumdioxidglas weist eine einheitliche fiktive Temperatur T_f auf, die in einer Ausführungsform kleiner als 1050°C ist.
Daneben besitzt der Glasartikel eine hohe Brechungsindexhomogenität und eine geringe Doppelbrechung, selbst in solchen Fällen, in denen Abweichungen in der Zusammensetzung, die gewöhnlich zu Abweichungen in der Struktur und der Homogenität führen, im Glas auftreten. Das Glas weist eine Indexhomogenität von weniger als 3 ppm auf. In einer Ausführungsform ist die Indexhomogenität kleiner als 1 ppm. In einer bestimmten Ausführungsform ist die Indexhomogenität an der Achse 1 (der Achse entlang des optischen Wegs durch den Artikel) der kleiner als 1 ppm. Das Siliziumdioxidglas weist eine Konzentration an Hydroxylgruppen von weniger als etwa 800 ppm und eine Natriumkonzentration von bis zu etwa 25 ppb auf. In einer Ausführungsform ist die Konzentration an Hydroxylgruppen kleiner als etwa 300 ppm. In einer weiteren Ausführungsform beträgt die Konzentration an Hydroxylgruppen weniger als etwa 100 ppm und in einer vierten Ausführungsform ist die Konzentration an Hydroxylgruppen kleiner als 5 ppm. Die Abweichung der Konzentration an Hydroxylgruppen beträgt in einer Ausführungsform wenigstens 0,5 ppm. Wie hier vorstehend beschrieben ist, schließt die Hydroxylkonzentration jede Spezies ein, die aus einem Sauerstoffatom und einem Atom eines beliebigen Wasserstoffisotops (Protium, Deuterium, Tritium) besteht. In manchen Ausführungsformen umfasst die -Hydroxylkonzentration zum Beispiel eine Konzentration von Deuteroxyl-(OD-)Gruppen, die größer ist als die natürlich vorkommende Konzentration von Deuterium (etwa 0,02%).
Das isostrukturelle Siliziumdioxidglas weist eine geringe Doppelbrechung auf, selbst in solchen Fällen, in denen Schwankungen der Zusammensetzung, die normalerweise zu strukturellen Abweichungen führen, im Glas auftreten. In einer Ausführungsform weist das Glas eine Doppelbrechung von weniger als 3 ppm/cm auf. In einer weiteren Ausführungsform weist das Glas eine Doppelbrechung von weniger als 1 cm/nm auf.
Das Siliziumdioxidglas weist einen absoluten Brechungsindex (ARI; d. h. der Brechungsindex im Vakuum) von weniger als 1,540840 bei einer Wellenlänge von 193,368 nm und einer Temperatur von 22°C auf. In einer Ausführungsform weist das Siliziumdioxidglas einen ARI von kleiner als 1,560830 bei einer Wellenlänge von 193,368 nm und einer Temperatur von 22°C auf.
Es wird auch ein Verfahren zum Herstellen eines Siliziumdioxidglases, das sich in einem isostrukturellen Zustand befindet, bereitgestellt. Der isostrukturelle Zustand spiegelt sich in den Schwankungen oder der Einheitlichkeit der fiktiven Temperatur wieder.
In einem ersten Schritt wird ein synthetisches Kiesel- oder Quarzglas bereitgestellt. Das synthetische Kiesel- oder Quarzglas wird üblicherweise mittels im Stand der Technik bekannter Dampfabscheidungsverfahren gebildet. In einer Ausführungsform wird das synthetische Siliziumdioxidglas durch direkte Abscheidung von Siliziumdioxidglas auf einem Substrat, wie beispielsweise einer Glasspindel oder einem Glasdorn, gebildet. In einer weiteren Ausführungsform wird das synthetische Kiesel- oder Quarzglas durch Abscheiden von Quarz- oder Kieselerde- oder Siliziumdioxidruß auf einem Substrat und anschließendem Sintern oder Verfestigen des abgeschiedenen Rußes unter Bilden des Siliziumdioxidglases gebildet. In einer Ausführungsform kann das Siliziumdioxidglas dann mechanisch und thermisch mittels im Stand der Technik zum Bilden von Siliziumdioxidglas bekannter Mittel be- oder verarbeitet werden.
Das Siliziumdioxidglas weist eine Konzentration an Hydroxylgruppen (Hydroxylkonzentration) von bis zu etwa 800 ppm, bezogen auf das Gewicht, auf. Die Hydroxylkonzentration umfasst die Konzentrationen an Hydroxylgruppen, die ein beliebiges Wasserstoffisotop (Protium, Deuterium, Tritium) enthalten. Dies schließt die natürlich vorkommenden Mischungen von Hydroxylgruppen, die entweder Protium oder Deuterium enthalten (annähernd 99,98% OH und 0,002% OD, wobei H und D entsprechend Protium und Deuterium bezeichnen) sowie Mischungen, die „angereichert sind (einen Anteil eines Isotops enthalten, der größer als die natürlich vorkommende Isotopenverteilung desselben ist)” mit zum Beispiel Deuterium, das als OD vorliegt, ein. In einer Ausführungsform ist die Hydroxylkonzentration kleiner als etwa 300 ppm. In weiteren Ausführungsformen ist die Hydroxylkonzentration kleiner als etwa 100 ppm oder kleiner als etwa 5 ppm. Die Abweichung der Hydroxylkonzentration beträgt in einer Ausführungsform wenigstens 0,5 ppm, wie mittels PV, oder Peak-zu-Tal-(d. h. der Differenz zwischen der maximalen und der minimalen Konzentration)Konzentrationsmessungen bestimmt wird.
In einer Ausführungsform wird das synthetische Siliziumdioxidglas ausgehärtet, indem das Glas zunächst auf eine gewünschte oder angestrebte fiktive Temperatur erwärmt wird. Das Aushärtungsschema ist schematisch in 1a gezeigt, in der die Glastemperatur als Funktion der Zeit abgebildet ist. In Schritt 110 wird das Glas auf eine gewünschte Temperatur erwärmt, die entweder bei oder nahe einer angestrebten fiktiven Temperatur T_f,t liegt. In einer Ausführungsform liegt die gewünschte Temperatur in einem Bereich von 5°C bis 20°C um die angestrebte fiktive Temperatur T_f,t. Das Glas wird mit einer solchen Geschwindigkeit erwärmt, dass die gewünschte Temperatur sobald wie möglich erreicht wird, ohne über die angestrebte fiktive Temperatur T_f,t „hinauszuschießen” oder diese zu überschreiten. In einer Ausführungsform liegt die Erwärmungsgeschwindigkeit in Schritt 110 in einem Bereich von etwa 1°C/Stunde bis zu etwa 50°C/Stunde. In einer weiteren Ausführungsform wird das Glas in Schritt 110 zunächst mit einer schnellen Geschwindigkeit und dann mit einer langsameren Geschwindigkeit erwärmt, so dass die angestrebte fiktive Temperatur angenähert wird, ohne dabei über diese hinauszuschießen.
In einer Ausführungsform wird das Glas bei der angestrebten fiktiven Temperatur T_f,t einer isothermen Haltezeit 120 unterworfen. Die isotherme Haltezeit 120 ist ein Zeitintervall, das ausreichend lang ist, um eine Annäherung der fiktiven Temperaturen T_f aller Glasvolumina im Glasartikel an die angestrebte fiktive Temperatur T_f,t und ein Erreichen des isostrukturellen Zustands, unabhängig von der lokalen Konzentration der Modifikationsmittels des Glases, zuzulassen. In einer Ausführungsform ist die Haltezeit 120 ausreichend lang, um zuzulassen, dass die fiktive Temperatur die angestrebte fiktive Temperatur erreichen kann. In weiteren Ausführungsformen weicht die fiktive Temperatur T_f um ΔT_f von der T_f,t ab. In einer Ausführungsform weicht die fiktive Temperatur des Glases um weniger als 3°C von der T_f,t ab. In einer weiteren Ausführungsform weicht die fiktive Temperatur des Glases um weniger als 2°C von der T_f,t ab und in einer dritten Ausführungsform weicht die fiktive Temperatur um weniger als 1°C von der T_f,t ab. Die Länge der isothermen Haltezeit wird auf Basis des gewünschten Grades der strukturellen Homogenität, der anfänglichen Abweichung oder „Streuung” der fiktiven Temperaturen im Glasartikel, den Abweichungen in den lokalen Konzentrationen der Modifikationsmittel und der vorhergehenden thermischen Entwicklung des Glasartikels bestimmt. In einer Ausführungsform liegt die isotherme Haltezeit 120 in einem Bereich von etwa 10 Stunden bis zu etwa 800 Stunden.
In einer weiteren Ausführungsform wird das Glas mit einer Geschwindigkeit, die kleiner ist als die Geschwindigkeit der Änderung der fiktiven Temperatur T_f, entweder auf die gewünschte Temperatur erwärmt oder auf diese abgekühlt. 1b zeigt schematisch einen Erwärmungsschritt 122, in dem das Glas von einer Temperatur T_a auf T_b gekühlt wird und 1c zeigt schematisch einen Abkühlungsschritt 124, in dem das Glas von einer Temperatur T_c auf T_d abgekühlt wird. Die Geschwindigkeit der Änderung der fiktiven Temperatur T_f variiert mit der Temperatur des Glases. In ähnlicher Weise hängt die Erwärmungsgeschwindigkeit in diesem Schritt wenigstens teilweise von der Temperatur des Glases ab und beträgt üblicherweise weniger als 0,1°C/Stunde und, in manchen Ausführungsformen, weniger als etwa 0,05°C/Stunde. Das Glas wird für eine Zeitdauer, die ausreichend lang ist, um eine Annäherung der fiktiven Temperaturen T_f aller Glasvolumina in dem Glasartikel an die angestrebte fiktive Temperatur T_f,t und ein Erreichen des isostrukturellen Zustands unabhängig von der lokalen Konzentration der Modifikationsmittel des Glases zuzulassen, erwärmt oder abgekühlt. In einer Ausführungsform wird das Glas für eine Zeitdauer erwärmt oder abgekühlt, die ausreichend lang ist, um zuzulassen, dass die fiktive Temperatur T_f die angestrebte fiktive Temperatur T erreicht. In weiteren Ausführungsformen weicht die fiktive Temperatur T_f um ΔT_f von der T_f,t ab. In einer Ausführungsform weicht die fiktive Temperatur des Glases um weniger als 3°C von der T_f,t ab. In einer weiteren Ausführungsform weicht die fiktive Temperatur des Glases um weniger als 2°C von der T_f,t ab und in einer dritten Ausführungsform weicht die fiktive Temperatur um weniger als 1°C von der T_f,t ab. Das Glas wird für eine Dauer, die auf dem gewünschten Grad der strukturellen Homogenität, der anfänglichen Abweichung oder „Streuung” der fiktiven Temperaturen im Glasartikel, den Abweichungen in den lokalen Konzentrationen der Modifikationsmittel und der vorhergehenden thermischen Entwicklung des Glasartikels basiert, erwärmt oder abgekühlt. In einer Ausführungsform wird das Glas für eine Dauer, die in einem Bereich von etwa 10 Stunden bis zu etwa 800 Stunden liegt, erwärmt oder abgekühlt.
Wenn der isostrukturelle Zustand erreicht wurde, wird das Glas mit einer Geschwindigkeit, die ausreichend hoch ist, um das Auftreten von unterschiedlichen strukturellen Änderungen im Glas zu verhindern, auf eine Temperatur unterhalb des Spannungspunktes T_S (d. h. die Temperatur, bei der ein Glas eine Viskosität von 10^14,5 Poise aufweist) abgekühlt (Schritt 130). In einer Ausführungsform wird das Glas auf eine Temperatur abgekühlt, die weniger als 100°C unterhalb der Temperatur der isothermen Haltezeit 120 oder der angestrebten fiktiven Temperatur T_f,t liegt. Die Abkühlungsgeschwindigkeit in Schritt 130 ist größer als die Relaxationsgeschwindigkeit (T); d. h. die Geschwindigkeit, bei der sich die fiktive Temperatur des Glases ändert oder „sich entspannt”. Anders ausgedrückt wird das Glas mit einer Geschwindigkeit abgekühlt, die größer ist als die Geschwindigkeit, bei der sich die fiktive Temperatur und die Struktur des Glases ändern können. Infolgedessen ändern sich die fiktive Temperatur und der isostrukturelle Zustand des Glases während des Abkühlungsschritts 130 nicht merklich. Die Relaxationsgeschwindigkeit beträgt üblicherweise etwa 1°C/Stunde, wohingegen die Abkühlungsgeschwindigkeit in Schritt 130 mehr als 5°C/Stunde beträgt. In einer Ausführungsform ist die Abkühlungsgeschwindigkeit größer als 10°C/Stunde und in einer weiteren Ausführungsform ist die Abkühlungsgeschwindigkeit größer als 30°C/Stunde.
In einer Ausführungsform, die schematisch in 2 gezeigt ist, wird das Glas zunächst in Schritt 210 auf eine erste Temperatur T₁ erwärmt, die größer ist als die angestrebte fiktive Temperatur T_f,t. Die tatsächliche Erwärmungsgeschwindigkeit des ersten Erwärmungsschritts 210 ist nicht entscheidend und das Glas kann im ersten Erwärmungsschritt 210 so schnell wie möglich (in manchen Ausführungsformen mit einer Geschwindigkeit von mehreren Hundert Grad Celsius pro Stunde) auf die Temperatur T₁ erwärmt werden. In einer Ausführungsform wird das Glas für eine erste Haltezeit 215, die dazu dient, jegliche vorherige thermische Entwicklung des Glases „auszulöschen” oder aufzuheben, und eine Länge hat, die ausreicht, um die thermische Entwicklung aufzuheben, auf T₁ gehalten. Die Struktur des Glases am Ende der ersten Haltezeit 215 befindet sich in einem Zustand, der von jeglicher vorhergehender Wärmebehandlung unabhängig ist, wie beispielsweise, aber nicht beschränkt auf, vorhergehenden Aushärtungs- oder am Glasartikel vorgenommenen Be- oder Verarbeitungsschritten bei hohen Temperaturen. In einer Ausführungsform weist die erste Haltezeit 215 eine Länge auf, die ausreicht, um zuzulassen, dass der gesamte Glasartikel eine fiktive Temperatur T_f erreicht, die etwa 3°C um die erste Temperatur T₁ herum liegt. In einer weiteren Ausführungsform ist die erste Haltezeit mehr als fünfmal so groß wie die Zeitkonstante der strukturellen Relaxation des Glases bei der ersten Temperatur T₁.
Die erste Haltezeit 215 kann auch in solchen Fällen eingesetzt werden, in denen die Verteilung der fiktiven Temperaturen über das Glas breit ist. Hier wäre das Halten auf der angestrebten fiktiven Temperatur T_f,t (120 in 1, 230 in 2a), das dazu benötigt wird, um eine Verteilung der gewünschten fiktiven Temperatur innerhalb des gewünschten Bereichs von T_f,t zu erreichen, so lang, dass dies während der Herstellung des Glases unpraktisch wäre. Die erste Haltezeit 215 dient daher dazu, eine Abnahme der fiktiven Temperatur und eine Annäherung der T_f auf den gewünschten Bereich um T_f,t herum zu bewirken.
Nach der ersten Haltezeit 215 wird der Glasartikel in einer Ausführungsform auf die angestrebte fiktive Temperatur T_f,t abgekühlt. In einer Ausführungsform wird das Glas unter Verwenden des Abkühlungsschritts 220 von der ersten Temperatur T₁ auf die angestrebte fiktive Temperatur abgekühlt. Während des Abkühlungsschritts 220 wird das Glas mit einer Geschwindigkeit abgekühlt, die ausreichend klein ist, um eine Annäherung der fiktiven Temperatur T_f an die angestrebte fiktive Temperatur T_f,t oder ein Erreichen derselben auf von 5°C bis zu 20°C zuzulassen. In einer Ausführungsform wird das Glas mit einer Geschwindigkeit, die ausreichend langsam ist, um zu erlauben, dass Teile des Glases reorganisiert werden, um so den isostrukturellen Zustand zu erreichen, von der ersten Temperatur T₁ abgekühlt. In einer bestimmten Ausführungsform beträgt die Abkühlungsgeschwindigkeit im Abkühlungsschritt 220 weniger als etwa 0,05°C/Stunde.
In einer weiteren Ausführungsform wird das Glas zunächst auf eine zweite Temperatur T₂ abgekühlt (Schritt 222). Die zweite Temperatur T₂ ist kleiner als die angestrebte fiktive Temperatur T_f,t und größer als eine Temperatur, die 40°C unterhalb des Spannungspunktes T_S des Glases liegt; d. h. T₂ > T_S – 40°C. Die Abkühlungsgeschwindigkeit in Schritt 222 ist ausreichend langsam, um so zu erlauben, dass Teile des Glases reorganisiert werden und den isostrukturellen Zustand erreichen. In einer bestimmten Ausführungsform beträgt die Abkühlungsgeschwindigkeit im Abkühlungsschritt 220 weniger als etwa 0,05°C/Stunde. Nach Erreichen der zweiten Temperatur T₂ wird das Glas dann mit einer Erwärmungsgeschwindigkeit, die ausreichend klein ist, um eine Reorganisation von Teilen des Glases und ein Erreichen des isostrukturellen Zustands zuzulassen, auf die angestrebte fiktive Temperatur T_f,t erwärmt (Schritt 224). In einer Ausführungsform ist die Erwärmungsgeschwindigkeit im Erwärmungsschritt 224 ausreichend gering, um eine Annäherung der fiktiven Temperatur T_f an die angestrebte fiktive Temperatur T_f,t oder ein Erreichen derselben bis auf von 5°C bis zu 20°C zuzulassen.
Nach dem Erwärmen auf die T_f,t, durchläuft das Glas in einer Ausführungsform eine isotherme Haltezeit 230 bei der T_f,t. Die Länge der isothermen Haltezeit 230 entspricht einem Zeitintervall, das ausreicht, dass sich die fiktive Temperatur T_f des Glases an die angestrebte fiktive Temperatur T_f,t annähern kann. In einer Ausführungsform ist die isotherme Haltezeit 230 ausreichend lang, um zuzulassen, dass die fiktive Temperatur die angestrebte fiktive Temperatur erreicht. In weiteren Ausführungsformen weicht die fiktive Temperatur um ΔT_f von der T_f,t ab. In einer Ausführungsform weicht die fiktive Temperatur T_f des Glases um weniger als 3°C von der T_f,t ab. In einer weiteren Ausführungsform weicht die fiktive Temperatur des Glases um weniger als 2°C von der T_f,t ab und in einer dritten Ausführungsform weicht die fiktive Temperatur um weniger als 1°C von der T_f,t ab.
In einer weiteren Ausführungsform wird das Glas anstelle auf oder nahe der angestrebten fiktiven Temperatur T_f,t gehalten zu werden, mit einer Geschwindigkeit, die kleiner ist als die Geschwindigkeit der Änderung der fiktiven Temperatur T_f entweder auf eine ausgewählte Temperatur erwärmt oder auf diese abgekühlt. Das Glas wird für eine Zeitdauer, die ausreichend lang ist, um eine Annäherung der fiktiven Temperaturen T_f aller Glasvolumina in dem Glasartikel an die angestrebte fiktive Temperatur T_f,t und ein Erreichen des isostrukturellen Zustands zuzulassen, unabhängig von der lokalen Konzentrationen der Modifikationsmittel des Glases, erwärmt oder abgekühlt.
Wenn der isostrukturelle Zustand und/oder die gewünschte fiktive Temperatur während der isothermen Haltezeit 230 erreicht wurden, wird das Glas mit einer Geschwindigkeit, die ausreichend hoch ist, um das Auftreten von unterschiedlichen strukturellen Änderungen im Glas zu verhindern, auf eine Temperatur unterhalb des Spannungspunktes T_S abgekühlt (Schritt 240). In einer Ausführungsform wird das Glas auf eine Temperatur abgekühlt, die weniger als 100°C unterhalb der Temperatur des isothermen Haltens 230 liegt. Die Abkühlungsgeschwindigkeit in Schritt 240 ist größer als die Relaxationsgeschwindigkeit; d. h. die Geschwindigkeit, bei der sich die fiktive Temperatur des Glases abkühlt oder „entspannt”. Anders ausgedrückt wird das Glas mit einer Geschwindigkeit abgekühlt, die größer ist als die Geschwindigkeit, bei der sich die fiktive Temperatur und die Struktur des Glases ändern können. Infolgedessen ändern sich die fiktive Temperatur und der isostrukturelle Zustand des Glases während des Abkühlungsschritts 240 nicht merklich. Die Relaxationsgeschwindigkeit beträgt üblicherweise etwa 1°C/Stunde, wohingegen die Abkühlungsgeschwindigkeit in Schritt 240 mehr als 5°C/Stunde beträgt. In einer Ausführungsform ist die Abkühlungsgeschwindigkeit größer als 10°C/Stunde und in einer weiteren Ausführungsform ist die Abkühlungsgeschwindigkeit größer als 30°C/Stunde.
In manchen Ausführungsformen wird das Glas mit einer fortschreitend abnehmenden Abkühlungsgeschwindigkeit von der ersten Temperatur T₁ auf entweder die angestrebte fiktive Temperatur T_f,t (Schritt 220 in 2a) oder die zweite Temperatur T₂ (Schritt 222 in 2b) abgekühlt. Die fortschreitend abnehmende Abkühlungsgeschwindigkeit ist üblicherweise nicht-linear und umfasst mehrere Abkühlungsschritte, in denen die Abkühlungsgeschwindigkeit von einem Schritt zum nächsten abnimmt. Eine fortschreitend abnehmende Abkühlungsgeschwindigkeit ist schematisch in 3a gezeigt. Die fortschreitend abnehmende Abkühlungsgeschwindigkeit schließt zum Beispiel einen ersten Abkühlungsschritt 310 ein, in dem das Siliziumdioxidglas mit einer ersten Abkühlungsgeschwindigkeit r_a von einer ersten Temperatur T_a auf eine zweite Temperatur T_b abgekühlt wird, dann mit einer zweiten Abkühlungsgeschwindigkeit r_b auf eine dritte Temperatur T_c abgekühlt wird (zweiter Abkühlungsschritt 312), dann mit einer dritten Abkühlungsgeschwindigkeit r_c auf eine vierte Temperatur T_d abgekühlt wird (dritter Abkühlungsschritt 314) und schließlich mit einer vierten Abkühlungsgeschwindigkeit r_d auf eine fünfte Temperatur T_e abgekühlt wird (vierter Abkühlungsschritt 316), ein, wobei T_a > T_b > T_c > T_d > T_e und r_a > r_b > r_c > r_d. Die fortschreitend abnehmende Abkühlungsgeschwindigkeit ist nicht auf die Anzahl der vorstehend beschriebenen Abkühlungsschritte beschränkt und kann jede beliebige Anzahl an Abkühlungsschritten umfassen, in denen die Abkühlungsgeschwindigkeit fortschreitend verringert wird.
Die fortschreitend abnehmende Abkühlungsgeschwindigkeit ist kleiner als die optimale Aushärtungsgeschwindigkeit des Siliziumdioxidglases. Wie hierin verwendet, bezeichnet der Begriff „optimale Aushärtungsgeschwindigkeit” diejenige Aushärtungs- oder Abkühlungsgeschwindigkeit, bei der die Änderung der fiktiven Temperatur T_f bezüglich der Zeit t (d. h. dT_f/dt) einen lokalen maximalen Wert annimmt. Das Siliziumdioxidglas wird mit einer solchen Geschwindigkeit abgekühlt, dass die Differenz zwischen der Temperatur T und der fiktiven Temperatur T_f des Siliziumdioxidglases kleiner als ein vorbestimmter optimaler Wert ist und innerhalb eines vorbestimmten Bereichs für den optimalen Wert liegt.
In manchen Ausführungsformen wird das Glas mit einer fortschreitend abnehmenden Erwärmungsgeschwindigkeit von der zweiten Temperatur T₂ auf die angestrebte fiktive Temperatur T_f,t erwärmt (Schritt 224 in 2b). Wie bei der vorstehend beschriebenen fortschreitend abnehmenden Abkühlungsgeschwindigkeit ist die fortschreitend abnehmende Erwärmungsgeschwindigkeit üblicherweise nicht-linear und umfasst mehrere Erwärmungsschritte, in denen die Erwärmungsgeschwindigkeit von einem Schritt zum nächsten abnimmt. Eine fortschreitend abnehmende Erwärmungsgeschwindigkeit ist schematisch in 3b gezeigt. Die fortschreitend abnehmende Erwärmungsgeschwindigkeit schließt zum Beispiel einen ersten Erwärmungsschritt 320 ein, in dem das Siliziumdioxidglas mit einer ersten Erwärmungsgeschwindigkeit r_k von einer ersten Temperatur T_k auf eine zweite Temperatur T_j erwärmt wird, dann mit einer zweiten Erwärmungsgeschwindigkeit r_j auf eine dritte Temperatur T_i erwärmt wird (zweite Erwärmungsschritt 322), dann mit einer dritten Erwärmungsgeschwindigkeit r_i auf eine vierte Temperatur T_h erwärmt wird (dritter Erwärmungsschritt 324) und schließlich mit einer Erwärmungsgeschwindigkeit r_h auf eine fünfte Temperatur T_g (vierter Erwärmungsschritt 326), wobei T_k < T_j < T_i < T_h < T_g und r_k > r_j > r_i > r_h. Die fortschreitend abnehmende Erwärmungsgeschwindigkeit ist nicht auf die Anzahl der vorstehend beschriebenen Erwärmungsschritte beschränkt und kann jede beliebige Anzahl an Erwärmungsschritten umfassen, in denen die Erwärmungsgeschwindigkeit fortschreitend verringert wird.
Die fortschreitend abnehmende Erwärmungsgeschwindigkeit ist kleiner als die optimale Aushärtungsgeschwindigkeit des Siliziumdioxidglases. Das Siliziumdioxidglas wird mit einer solchen Geschwindigkeit erwärmt, dass die Differenz zwischen der Temperatur T und der fiktiven Temperatur T_f des Siliziumdioxidglases kleiner als ein vorbestimmter optimaler Wert ist und innerhalb eines vorbestimmten Bereichs für den optimalen Wert liegt.
Die fortschreitend abnehmenden Abkühlungs- und die fortschreitend abnehmenden Erwärmungsgeschwindigkeiten, die hierin beschrieben sind, basieren auf experimentellen Daten, die mit Proben mit niedrigen Hydroxylkonzentrationen erhalten wurden, und auf numerisch modellierten Daten.
Die Entwicklung der strukturellen Homogenität im Siliziumdioxidglas, wenn sich das Glas durch einen Aushärtungszyklus auf eine Struktur entspannt, die durch eine geringe fiktive Temperatur gekennzeichnet ist, kann mittels eines empirischen Modells, das in der U. S. Provisional-Patentanmeldung Nr. 61/141,924, die am 31. Dezember 2008 von Carlos Duran et al. eingereicht wurde und den Titel „High Purity Fused Silica with Low Absolute Refractive Index” hat, nachverfolgt werden, wobei auf deren diesbezügliche Offenbarung hiermit vollinhaltlich Bezug genommen wird. Das Modell basiert auf der Voraussetzung, dass sich ein Glas mit einer Struktur, die durch eine fiktive Temperatur T_f gekennzeichnet ist, wenn es auf einer Temperatur T gehalten wird, durch eine Änderung seiner T_f so, dass sich die fiktive Temperatur T_f an die Temperatur T annähert, entspannen wird. Ferner nimmt das Modell an, dass die Entspannung bzw. Relaxation in der Form: T_f(t) = T + (T_f(=) – T)·exp(–t/τ) (1) erfolgt, wobei t diejenige Zeit ist, die verstrichen ist, seitdem das Glas auf die Temperatur T gebracht wurde, und T_f(0) die T_f des Glases zu diesem Zeitpunkt ist. Das Modell nimmt auch an, dass die Entspannung durch eine Zeitkonstante τ gekennzeichnet ist. Bei einem Glas mit einer gegebenen Zusammensetzung ist die Zeitkonstante τ eine alleinige Funktion der Temperatur T und keine Funktion der fiktiven Temperatur T_f. Es wird angenommen, dass die Zeitkonstante τ durch die Temperaturabhängigkeit der Glasviskosität ν von T abhängt: τ(T) = ν(T)/α (2) wobei α ein materialspezifischer, von der Temperatur unabhängiger Parameter ist. Die Glasviskosität ν kann mit im Stand der Technik bekannten, unabhängigen Techniken gemessen werden, zum Beispiel mittels Techniken der Strahlbeugung und Parallelplatten. Alternativ dazu kann die Temperaturabhängigkeit der Viskosität experimentell durch Aushärten von Glasproben mit vorgegebenen einheitlichen Abkühlungsgeschwindigkeiten bestimmt werden.
Das Glas weist gewöhnlich eine Viskosität auf, die stark temperaturabhängig ist. Allgemein kann die Viskosität mittels einer Exponentialfunktion der Form: ν(T) = exp(a + b/T) (3) angenähert werden, wobei a und b Parameter sind, die empirisch aus der Anpassung der experimentellen Daten erhalten wurden. Die starke Temperaturabhängigkeit der Viskosität geht direkt in eine gleichermaßen starke Abhängigkeit der Relaxationsgeschwindigkeit τ(T) über. Für die Praxis bedeutet dies, dass die Geschwindigkeit der Änderung der fiktiven Temperatur T_f innerhalb des während eines normalen Aushärtungsprozesses verwendeten, üblichen Temperaturbereichs um mehrere Größenordnungen variieren kann. Um eine niedrige T_f innerhalb eines Zeitraums zu erhalten, der für einen Glasherstellungsprozess praktisch ist, muss das Aushärtungsschema daher diese Abweichungen berücksichtigen.
Beispiele
Die folgenden Beispiele veranschaulichen die Merkmale und Vorteile des hierin offenbarten Siliziumdioxidglases und der hierin offenbarten Verfahren und sollen die Offenbarung der beigefügten Ansprüche in keinster Weise einschränken.
Jede der hierin beschriebenen Proben wurde durch einen Prozess der Abscheidung von Ruß auf Glas mittels einer chemischen Verbrennung von Octamethyltreacylcosiloxan (OMCTS) und Abscheidung des Rußes auf einem Kiesel- oder Quarzdorn oder einer Kiesel- oder Quarzspindel oder einem Quarz- oder Kiesel-„Rohr” hergestellt, wobei eine Vorform gebildet wird. Die Vorform wurde verfestigt, um die gewünschten Hydroxyl- oder Deuteroxylmenge in dem Glas zu erhalten, und dann mechanisch mittels im Stand der Technik bekannter Quetschungs- oder Ausrollprozesse be- oder verarbeitet.

Die Glasproben wurden zunächst mit einem Standardprozess, dessen Schema in Tabelle 1 beschrieben ist, ausgehärtet. Das resultierende Glas wurde dann gemäß den hierin beschriebenen Verfahren (Homogenisierungsaushärtung), deren Schema in Tabelle 2 beschrieben ist, ausgehärtet. Mit der Ausnahme von Rampen und/oder Haltezeiten oder einem „Halten” bei Temperaturen von weniger als oder gleich 200°C zu Beginn, wurden beide Aushärtungsschemata in einer Atmosphäre mit einer Spülwirkung, die entweder aus Stickstoff oder Stickstoff und weniger als 20% Chlor bestand, durchgeführt. Die Indexhomogenität (bestimmt mittels Peak-nach-Tal-(PV-)Messungen) und/oder die Doppelbrechung vor und nach dem hierin beschriebenen Aushärtungsprozess wurden für die untersuchten Proben bestimmt. Die Ergebnisse dieser Messungen, die in Tabelle 3 angegeben sind, zeigen, dass das hierin beschriebene Aushärtungsverfahren in jeder Probe die Indexhomogenität und/oder die Doppelbrechung des Glases herabgesetzt. Abbildungen der Doppelbrechungen der Proben 4 und 5 als Funktion ihrer Positionierung entlang der Achse 3 der Probe vor (1) und nach (2) dem hierin beschriebenen Aushärtungsprozess sind entsprechend in den 4 (Probe 3) und 5 (Probe 5) gezeigt. In beiden Fällen nimmt die Doppelbrechung des Glases infolge des Aushärtungsprozesses ab. Daneben zeigt die Doppelbrechung als eine Funktion der Positionierung entlang einer gegebenen Achse geringe Abweichungen. Tabelle 1. Standard-Aushärtungsschema.

Schritt Nr.	Schritt	Temperatur (°C)		Geschwindigkeit (°C/Stunde)	Zeit (Minuten)
Schritt Nr.	Schritt	Zu Beginn	Am Ende	Geschwindigkeit (°C/Stunde)	Zeit (Minuten)
1	Rampe	25	200	200	53
2	Haltezeit	200	200		15
3	Haltezeit/Anfahren	200	200		7
4	Rampe/Anfahren	200	1200	300	200
5	Rampe	1200	1225	50	30
6	Haltezeit	1225	1225		240
7	Rampe	1225	1150	–5	900
8	Rampe	1150	1125	–5	300
9	Rampe	1125	1100	–2,5	600
10	Rampe	1100	1075	–1	1500
11	Rampe	1075	1060	–0,5	1800
12	Rampe	1060	1016	–0,4	6600
13	Rampe	1016	800	–30	432
14	Abkühlen	800	500	–80	225
15	Abkühlen	500	50	–40	675

Tabelle 2. Homogenitätsaushärtungsschema für das hierin beschrieben Verfahren.

Schritt Nr.	Schritt	Temperatur (°C)		Geschwindigkeit (°C/Stunde)	Zeit (Minuten)
Schritt Nr.	Schritt	Zu Beginn	Am Ende	Geschwindigkeit (°C/Stunde)	Zeit (Minuten)
1	Rampe	25	200	200	53
2	Haltezeit	200	200	0	15
3	Haltezeit/Anfahren	200	200	0	7
4	Rampe/Anfahren	200	900	300	140
5	Rampe	900	1000	100	60
6	Rampe	1000	1030	30	60
7	Rampe	1030	1055	10	240
8	Rampe	1055	1058	5	36
9	Rampe	1058	1060	2	60
10	Haltezeit	1060	1060	0	5760
11	Rampe	1060	800	–30	520
12	Abkühlen	800	500	–300	60
13	Abkühlen	500	50	–300	90

Tabelle 3. Indexhomogenität und Doppelbrechung vor und nach der hierin beschriebenen Aushärtung.

Probe	OH, Na-Gehalt (ppm)	Indexhomogenität (ppm)		Doppelbrechung (nm/cm)
Probe	OH, Na-Gehalt (ppm)	Vor dem Aushärten	Nach dem Aushärten	Vor dem Aushärten	Nach dem Aushärten
1	60 ppm	1,74	1,5	0,36	0,35
2	60 ppm			0,35	0,175
3	1–2 ppm OD, < 1 ppm OH (Protium)	0,63	0,54	0,41	0,39
4	60 ppm OD	3,55	1,76	1,1	0,55
5	< 2 ppm OD, 2–21 ppb Na	2,3	0,9	0,28	0,189
6	1–5 ppm OD	-	-	0,75	0,41

Obwohl typische Ausführungsformen zum Zwecke der Veranschaulichung angegeben wurden, sollte die vorstehende Beschreibung nicht als Einschränkung des Umfangs der Offenbarung der beigefügten Ansprüche verstanden werden. Entsprechend können verschiedene Modifikationen, Anpassungen und Alternativen für einen Fachmann ersichtlich sein, ohne dabei von dem eigentlichen Sinn und dem Umfang der vorliegenden Offenbarung oder der beigefügten Ansprüche abzuweichen.
Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung:

1. Verfahren zum Herstellen eines Siliziumdioxidglases mit einer einheitlichen fiktiven Temperatur, wobei das Verfahren die Schritte umfasst:
a. Bereitstellen des Siliziumdioxidglases, wobei das Siliziumdioxidglas einen Spannungspunkt T_S, eine fiktive Temperatur und eine Relaxationsgeschwindigkeit bei der fiktiven Temperatur aufweist, wobei das Siliziumdioxidglas eine Hydroxylkonzentration aufweist, die um wenigstens 0,5 ppm variiert; und
b. Aushärten des Siliziumdioxidglases, wobei das Aushärten des Siliziumdioxidglases umfasst:
i. entweder
1. Halten des Siliziumdioxidglases auf einer angestrebten fiktiven Temperatur für eine Dauer, die ausreicht, um eine Annäherung der fiktiven Temperatur des Siliziumdioxidglases an die angestrebte fiktive Temperatur bis auf 3°C zuzulassen; und
2. Erwärmen oder Abkühlen des Glases mit einer Geschwindigkeit, die kleiner ist als eine Geschwindigkeit der Änderung der fiktiven Temperatur, für eine Dauer, die ausreicht, um eine Annäherung der fiktiven Temperatur des Siliziumdioxidglases an die angestrebte fiktive Temperatur bis auf 3°C zuzulassen; und
ii. Abkühlen des Siliziumdioxidglases von der angestrebten fiktiven Temperatur auf eine Temperatur unterhalb des Spannungspunktes mit einer Abkühlungsgeschwindigkeit, die größer ist als die Relaxationsgeschwindigkeit des Glases bei der angestrebten fiktiven Temperatur, wobei das Siliziumdioxidglas eine fiktive Temperatur aufweist, die nach dem Aushärtungsschritt um weniger als 3°C variiert.
2. Verfahren nach der Ausführungsform 1, wobei der Schritt des Aushärtens des Siliziumdioxidglases ferner umfasst:
a. Erwärmen des Siliziumdioxidglases auf eine erste Temperatur, die größer ist als die angestrebte fiktive Temperatur; und
b. Abkühlen des Siliziumdioxidglases von der ersten Temperatur auf die angestrebte fiktive Temperatur mit einer Geschwindigkeit, die ausreichend klein ist, um eine Annäherung der fiktiven Temperatur des Siliziumdioxidglases an die angestrebte fiktive Temperatur bis auf 20°C zuzulassen.
3. Verfahren nach der Ausführungsform 2, wobei der Schritt des Abkühlens des Siliziumdioxidglases von der ersten Temperatur auf die angestrebte fiktive Temperatur das Abkühlen des Siliziumdioxidglases auf die angestrebte fiktive Temperatur mit einer fortschreitend abnehmenden Abkühlungsgeschwindigkeit umfasst.
4. Verfahren nach der Ausführungsform 2, wobei der Schritt des Erwärmens des Siliziumdioxidglases auf die erste Temperatur ferner das Halten des Siliziumdioxidglases auf der ersten Temperatur für eine Dauer, die ausreicht um eine Annäherung der fiktiven Temperatur des Siliziumdioxidglases an die angestrebte fiktive Temperatur bis auf 3°C zuzulassen, umfasst.
5. Verfahren nach der Ausführungsform 2, wobei das Siliziumdioxidglas mit einer Geschwindigkeit von weniger als 0,05°C/Stunde von der ersten Temperatur auf die angestrebte fiktive Temperatur abgekühlt wird.
6. Verfahren nach der Ausführungsform 2, wobei der Schritt des Abkühlens des Siliziumdioxidglases auf die erste Temperatur umfasst:
a. Abkühlen des Siliziumdioxidglases auf eine zweite Temperatur, wobei die zweite Temperatur kleiner als die angestrebte fiktive Temperatur ist und größer als T_S –40°C ist; und
b. Erwärmen des Siliziumdioxidglases von der zweiten Temperatur auf die angestrebte fiktive Temperatur mit einer Geschwindigkeit, die ausreichend klein ist, um eine Annäherung der fiktiven Temperatur des Siliziumdioxidglases an die angestrebte fiktive Temperatur bis auf 20°C zuzulassen.
7. Verfahren nach der Ausführungsform 6, wobei der Schritt des Erwärmens des Siliziumdioxidglases von der zweiten Temperatur auf die angestrebte fiktive Temperatur das Erwärmen des Siliziumdioxidglases auf die angestrebte fiktive Temperatur mit einer fortschreitend abnehmenden Erwärmungsgeschwindigkeit umfasst.
8. Verfahren nach der Ausführungsform 1, wobei das Siliziumdioxidglas bis zu etwa 25 ppb Natrium enthält.
9. Verfahren nach der Ausführungsform 1, wobei das Siliziumdioxidglas eine Konzentration an Hydroxylgruppen von weniger als 800 ppm, bezogen auf das Gewicht, enthält.
10. Verfahren nach der Ausführungsform 1, wobei die fiktive Temperatur kleiner als 1065°C ist.
11. Verfahren nach der Ausführungsform 1, wobei das Siliziumdioxidglas nach dem Aushärten eine Indexhomogenität von weniger als 1 ppm aufweist.
12. Verfahren nach der Ausführungsform 1, wobei das Siliziumdioxidglas einen absoluten Brechungsindex von kleiner als 1,560830 bei einer Wellenlänge von 193,368 nm und einer Temperatur von 22°C aufweist.
13. Verfahren nach der Ausführungsform 1, wobei das Siliziumdioxidglas eine Doppelbrechung von weniger als 3 nm/cm aufweist.
14. Verfahren nach der Ausführungsform 1, wobei das Halten des Siliziumdioxidglases auf der angestrebten fiktiven Temperatur das Halten des Siliziumdioxidglases auf der angestrebten fiktiven Temperatur für eine Dauer, die in einem Bereich von 10 Stunden bis zu etwa 800 Stunden liegt, umfasst.
15. Verfahren nach der Ausführungsform 1, wobei das Siliziumdioxidglas mit einer Geschwindigkeit von mehr als etwa 5°C/Stunde von der angestrebten fiktiven Temperatur auf eine Temperatur unterhalb des Spannungspunktes abgekühlt wird.
16. Verfahren nach der Ausführungsform 1, wobei die Hydroxylkonzentration Deuteroxylgruppen umfasst und wobei die Deuteroxylgruppen in einer Konzentration vorhanden sind, die größer als das natürliche Isotopenvorkommen von Deuterium ist.
17. Verfahren nach der Ausführungsform 1, wobei der Schritt des Aushärtens des Siliziumdioxidglases das Halten des Siliziumdioxidglases auf der angestrebten fiktiven Temperatur für eine Dauer, die ausreicht, um eine Annäherung der fiktiven Temperatur des Siliziumdioxidglases an die angestrebte fiktive Temperatur bis auf 3°C zuzulassen, umfasst.
18. Siliziumdioxidglas, wobei das Siliziumdioxidglas eine Indexhomogenität von weniger als 1 ppm aufweist, wobei das Siliziumdioxidglas eine fiktive Temperatur besitzt, die um weniger als 3°C variiert.
19. Siliziumdioxidglas nach der Ausführungsform 18, wobei die fiktive Temperatur kleiner als 1065°C ist.
20. Siliziumdioxidglas nach der Ausführungsform 18, wobei das Siliziumdioxidglas eine Konzentration an Hydroxylgruppen von weniger als 800 ppm, bezogen auf das Gewicht, aufweist.
21. Siliziumdioxidglas nach der Ausführungsform 18, wobei die Konzentration an Hydroxylgruppen um wenigstens 0,5 ppm variiert.
22. Siliziumdioxidglas nach der Ausführungsform 18, wobei die Konzentration an Hydroxylgruppen eine Konzentration an Deuteroxylgruppen umfasst und wobei die Konzentration an Deuteroxylgruppen größer ist als das natürliche Isotopenvorkommen von Deuterium.
23. Siliziumdioxidglas nach der Ausführungsform 18, wobei das Siliziumdioxidglas bis zu etwa 25 ppb Natrium enthält.
24. Siliziumdioxidglas nach der Ausführungsform 18, wobei das Siliziumdioxidglas einen absoluten Brechungsindex von kleiner als 1,560830 bei einer Wellenlänge von 193,368 nm und einer Temperatur von 22°C aufweist.
25. Siliziumdioxidglas nach der Ausführungsform 18, wobei das Siliziumdioxidglas eine Doppelbrechung von weniger als 3 nm/cm aufweist.
26. Verfahren zum Erhalten einer einheitlichen fiktiven Temperatur in einem Siliziumdioxidglas, wobei das Verfahren die Schritte umfasst:
a. Bereitstellen des Siliziumdioxidglases, wobei das Siliziumdioxidglas einen Spannungspunkt T_S, eine fiktive Temperatur und eine Relaxationsgeschwindigkeit bei der fiktiven Temperatur aufweist; und
b. Aushärten des Siliziumdioxidglases, wobei das Aushärten des Siliziumdioxidglases umfasst:
i. entweder
1. Halten des Siliziumdioxidglases auf einer angestrebten fiktiven Temperatur für eine Dauer, die ausreicht, um eine Annäherung der fiktiven Temperatur des Siliziumdioxidglases an die angestrebte fiktive Temperatur bis auf 3°C zuzulassen; und
2. Erwärmen oder Abkühlen des Glases mit einer Geschwindigkeit, die kleiner ist als eine Geschwindigkeit der Änderung der fiktiven Temperatur, für eine Dauer, die ausreicht, um eine Annäherung der fiktiven Temperatur des Siliziumdioxidglases an die angestrebte fiktive Temperatur bis auf 3°C zuzulassen; und
ii. Abkühlen des Siliziumdioxidglases von der angestrebten fiktiven Temperatur auf eine Temperatur unterhalb des Spannungspunktes mit einer Abkühlungsgeschwindigkeit, die größer ist als die Relaxationsgeschwindigkeit des Glases bei der angestrebten fiktiven Temperatur, wobei das Siliziumdioxidglas eine fiktive Temperatur aufweist, die nach dem Aushärtungsschritt um weniger als 3°C variiert.
27. Verfahren nach der Ausführungsform 26, wobei der Schritt des Aushärten des Siliziumdioxidglases ferner umfasst:
a. Erwärmen des Siliziumdioxidglases auf eine erste Temperatur, die größer ist als die angestrebte fiktive Temperatur; und
b. Abkühlen des Siliziumdioxidglases von der ersten Temperatur auf die angestrebte fiktive Temperatur mit einer Geschwindigkeit, die ausreichend klein ist, um eine Annäherung der fiktiven Temperatur des Siliziumdioxidglases an die angestrebte fiktive Temperatur bis auf 20°C zuzulassen.
28. Verfahren nach der Ausführungsform 26, wobei der Schritt des Abkühlens des Siliziumdioxidglases von der ersten Temperatur auf die angestrebte fiktive Temperatur das Abkühlen des Siliziumdioxidglases auf die angestrebte fiktive Temperatur mit einer fortschreitend abnehmenden Abkühlungsgeschwindigkeit umfasst.
29. Verfahren nach der Ausführungsform 28, wobei der Schritt des Abkühlens des Siliziumdioxidglases auf die angestrebte fiktive Temperatur mit einer fortschreitend abnehmenden Abkühlungsgeschwindigkeit das Abkühlen des Siliziumdioxidglases auf eine solche Weise umfasst, dass eine Differenz T_f – T zwischen der fiktiven Temperatur T_f des Siliziumdioxidglases und der Temperatur T an einem beliebigen Punkt während des Abkühlens des Siliziumdioxidglases kleiner ist als eine vorbestimmte optimale Differenz zwischen der fiktiven Temperatur T_f des Siliziumdioxidglases und der Temperatur T des Siliziumdioxidglases an einem beliebigen Punkt während des Abkühlens und innerhalb eines vorbestimmten Bereichs der optimalen Differenz liegt.
30. Verfahren nach der Ausführungsform 26, wobei der Schritt des Erwärmens des Siliziumdioxidglases auf die erste Temperatur ferner das Halten des Siliziumdioxidglases auf der ersten Temperatur für eine Dauer, die ausreicht, um eine Annäherung der fiktiven Temperatur des Siliziumdioxidglases an die angestrebte fiktive Temperatur bis auf 3°C zuzulassen, umfasst.
31. Verfahren nach der Ausführungsform 26, wobei das Siliziumdioxidglas mit einer Geschwindigkeit von weniger als 0,05°C/Stunde von der ersten Temperatur auf die angestrebte fiktive Temperatur abgekühlt wird.
32. Verfahren nach der Ausführungsform 26, wobei der Schritt des Abkühlens des Siliziumdioxidglases auf die erste Temperatur umfasst:
a. Abkühlen des Siliziumdioxidglases auf eine zweite Temperatur, wobei die zweite Temperatur kleiner als die angestrebte fiktive Temperatur ist und größer als T_S –40°C ist; und
b. Erwärmen des Siliziumdioxidglases von der zweiten Temperatur auf die angestrebte fiktive Temperatur mit einer Geschwindigkeit, die ausreichend klein ist, um eine Annäherung der fiktiven Temperatur des Siliziumdioxidglases an die angestrebte fiktive Temperatur bis auf 20°C zuzulassen.
33. Verfahren nach der Ausführungsform 32, wobei der Schritt des Erwärmens des Siliziumdioxidglases von der zweiten Temperatur auf die angestrebte fiktive Temperatur das Erwärmen des Siliziumdioxidglases auf die angestrebte fiktive Temperatur mit einer fortschreitend abnehmenden Erwärmungsgeschwindigkeit umfasst.
34. Verfahren nach der Ausführungsform 33, wobei der Schritt des Erwärmens des Siliziumdioxidglases auf die angestrebte fiktive Temperatur mit einer fortschreitend abnehmenden Erwärmungsgeschwindigkeit das Erwärmen des Siliziumdioxidglases auf eine solche Weise umfasst, dass eine Differenz T_f – T zwischen der fiktiven Temperatur T_f des Siliziumdioxidglases und der Temperatur T an einem beliebigen Punkt während des Erwärmens des Siliziumdioxidglases kleiner ist als eine vorbestimmte optimale Differenz zwischen der fiktiven Temperatur T_f des Siliziumdioxidglases und der Temperatur T des Siliziumdioxidglases an einem beliebigen Punkt während des Erwärmens und innerhalb eines vorbestimmten Bereichs der optimalen Differenz liegt.
35. Verfahren nach der Ausführungsform 26, wobei das Siliziumdioxidglas bis zu etwa 25 ppb Natrium enthält.
36. Verfahren nach der Ausführungsform 26, wobei die fiktive Temperatur kleiner als 1065°C ist.
37. Verfahren nach der Ausführungsform 26, wobei das Siliziumdioxidglas eine Konzentration an Hydroxylgruppen von weniger als 800 ppm, bezogen auf das Gewicht, enthält.
38. Verfahren nach der Ausführungsform 26, wobei die Hydroxylkonzentration um wenigstens 0,5 ppm variiert.
39. Verfahren nach der Ausführungsform 26, wobei das Siliziumdioxidglas nach dem Aushärten eine Indexhomogenität von weniger als 1 ppm aufweist.
40. Verfahren nach der Ausführungsform 26, wobei das Siliziumdioxidglas einen absoluten Brechungsindex von kleiner als 1,560830 bei einer Wellenlänge von 193,368 nm und einer Temperatur von 22°C aufweist.
41. Verfahren nach der Ausführungsform 26, wobei das Siliziumdioxidglas eine Doppelbrechung von weniger als 3 nm/cm aufweist.
42. Verfahren nach der Ausführungsform 26, wobei das Halten des Siliziumdioxidglases auf der angestrebten fiktiven Temperatur das Halten des Siliziumdioxidglases auf der angestrebten fiktiven Temperatur für eine Dauer, die in einem Bereich von etwa 10 Stunden bis zu etwa 800 Stunden liegt, umfasst.
43. Verfahren nach der Ausführungsform 26, wobei das Siliziumdioxidglas mit einer Geschwindigkeit von mehr als etwa 5°C/Stunde von der angestrebten fiktiven Temperatur auf eine Temperatur unterhalb des Spannungspunktes abgekühlt wird.
44. Verfahren nach der Ausführungsform 26, wobei der Schritt des Aushärtens des Siliziumdioxidglases das Halten des Siliziumdioxidglases auf der angestrebten fiktiven Temperatur für eine Dauer, die ausreicht, um eine Annäherung der fiktiven Temperatur des Siliziumdioxidglases an die angestrebte fiktive Temperatur bis auf 3°C zuzulassen, umfasst.
45. Verfahren zum Aushärten eines Siliziumdioxidglases, wobei das Verfahren die Schritte umfasst:
a. Bereitstellen des Siliziumdioxidglases, wobei das Siliziumdioxidglas einen Spannungspunkt T_S, eine fiktive Temperatur und eine Relaxationsgeschwindigkeit bei der fiktiven Temperatur aufweist; und
b. Aushärten des Siliziumdioxidglases, wobei das Aushärten des Siliziumdioxidglases umfasst:
i. entweder
1. Halten des Siliziumdioxidglases auf einer angestrebten fiktiven Temperatur für eine Dauer, die ausreicht, um eine Annäherung der fiktiven Temperatur des Siliziumdioxidglases an die angestrebte fiktive Temperatur bis auf 3°C zuzulassen; und
2. Erwärmen oder Abkühlen des Glases mit einer Geschwindigkeit, die kleiner ist als eine Geschwindigkeit der Änderung der fiktiven Temperatur, für eine Dauer, die ausreicht, um eine Annäherung der fiktiven Temperatur des Siliziumdioxidglases an die angestrebte fiktive Temperatur bis auf 3°C zuzulassen; und
ii. Abkühlen des Siliziumdioxidglases von der angestrebten fiktiven Temperatur auf eine Temperatur unterhalb des Spannungspunktes mit einer Abkühlungsgeschwindigkeit, die größer ist als die Relaxationsgeschwindigkeit des Glases bei der angestrebten fiktiven Temperatur, wobei das Siliziumdioxidglas eine fiktive Temperatur aufweist, die nach dem Aushärtungsschritt um weniger als 3°C variiert.
46. Verfahren nach der Ausführungsform 45, wobei der Schritt des Aushärtens des Siliziumdioxidglases ferner umfasst:
a. Erwärmen des Siliziumdioxidglases auf eine erste Temperatur, die größer ist als die angestrebte fiktive Temperatur; und
b. Abkühlen des Siliziumdioxidglases von der ersten Temperatur auf die angestrebte fiktive Temperatur mit einer Geschwindigkeit, die ausreichend klein ist, um eine Annäherung der fiktiven Temperatur des Siliziumdioxidglases an die angestrebte fiktive Temperatur bis auf 20°C zuzulassen.
47. Verfahren nach der Ausführungsform 46, wobei der Schritt des Abkühlens des Glases von der ersten Temperatur auf die angestrebte fiktive Temperatur das Abkühlen des Siliziumdioxidglases auf die angestrebte fiktive Temperatur mit einer fortschreitend abnehmenden Abkühlungsgeschwindigkeit umfasst.
48. Verfahren nach der Ausführungsform 47, wobei der Schritt des Abkühlens des Siliziumdioxidglases auf die angestrebte fiktive Temperatur mit einer fortschreitend abnehmenden Abkühlungsgeschwindigkeit das Abkühlen des Siliziumdioxidglases auf eine solche Weise umfasst, dass eine Differenz T_f – T zwischen der fiktiven Temperatur T_f des Siliziumdioxidglases und der Temperatur T an einem beliebigen Punkt während des Abkühlens des Siliziumdioxidglases kleiner ist als eine vorbestimmte optimale Differenz zwischen der fiktiven Temperatur T_f des Siliziumdioxidglases und der Temperatur T des Siliziumdioxidglases an einem beliebigen Punkt während des Abkühlen und innerhalb eines vorbestimmten Bereichs der optimalen Differenz liegt.
49. Verfahren nach der Ausführungsform 46, wobei der Schritt des Erwärmens des Siliziumdioxidglases auf die erste Temperatur ferner das Halten des Siliziumdioxidglases auf der ersten Temperatur für eine Dauer, die ausreicht, um eine Annäherung der fiktiven Temperatur des Siliziumdioxidglases an die angestrebte fiktive Temperatur bis auf 3°C zuzulassen, umfasst.
50. Verfahren nach der Ausführungsform 46, wobei das Siliziumdioxidglas mit einer Geschwindigkeit von weniger als 0,05°C/Stunde von der ersten Temperatur auf die angestrebte fiktive Temperatur abgekühlt wird.
51. Verfahren nach der Ausführungsform 46, wobei der Schritt des Abkühlens des Siliziumdioxidglases auf die erste Temperatur umfasst:
a. Abkühlen des Siliziumdioxidglases auf eine zweite Temperatur, wobei die zweite Temperatur kleiner als die angestrebte fiktive Temperatur ist und größer als T_S –40°C ist; und
b. Erwärmen des Siliziumdioxidglases von der zweiten Temperatur auf die angestrebte fiktive Temperatur mit einer Geschwindigkeit, die ausreichend klein ist, um eine Annäherung der fiktiven Temperatur des Siliziumdioxidglases an die angestrebte fiktive Temperatur bis auf 20°C zuzulassen.
52. Verfahren nach der Ausführungsform 51, wobei der Schritt des Erwärmens des Siliziumdioxidglases von der zweiten Temperatur auf die angestrebte fiktive Temperatur das Erwärmen des Siliziumdioxidglases auf die angestrebte fiktive Temperatur mit einer fortschreitend abnehmenden Erwärmungsgeschwindigkeit umfasst.
53. Verfahren nach der Ausführungsform 52, wobei der Schritt des Erwärmens des Siliziumdioxidglases auf die angestrebte fiktive Temperatur mit einer fortschreitend abnehmenden Erwärmungsgeschwindigkeit das Erwärmen des Siliziumdioxidglases auf eine solche Weise umfasst, dass eine Differenz T_f – T zwischen der fiktiven Temperatur T_f des Siliziumdioxidglases und der Temperatur T an einem beliebigen Punkt während des Erwärmens des Siliziumdioxidglases kleiner ist als eine vorbestimmte optimale Differenz zwischen der fiktiven Temperatur T_f des Siliziumdioxidglases und der Temperatur T des Siliziumdioxidglases an einem beliebigen Punkt während des Erwärmens und innerhalb eines vorbestimmten Bereichs der optimalen Differenz liegt.
54. Verfahren nach der Ausführungsform 45, wobei die fiktive Temperatur kleiner als 1065°C ist.
55. Verfahren nach der Ausführungsform 45, wobei das Siliziumdioxidglas nach dem Aushärten eine Indexhomogenität von weniger als 1 ppm aufweist.
56. Verfahren nach der Ausführungsform 45, wobei das Siliziumdioxidglas eine Doppelbrechung von weniger als 3 nm/cm aufweist.
57. Verfahren nach der Ausführungsform 45, wobei das Halten des Siliziumdioxidglases auf der angestrebten fiktiven Temperatur das Halten des Siliziumdioxidglases auf der angestrebten fiktiven Temperatur für eine Dauer, die in einem Bereich von etwa 10 Stunden bis zu etwa 800 Stunden liegt, umfasst.
58. Verfahren nach der Ausführungsform 45, wobei das Siliziumdioxidglas mit einer Geschwindigkeit von mehr als etwa 5°C/Stunde von der angestrebten fiktiven Temperatur auf eine Temperatur unterhalb des Spannungspunktes abgekühlt wird.
59. Verfahren nach der Ausführungsform 45, wobei der Schritt des Aushärtens des Siliziumdioxidglases das Halten des Siliziumdioxidglases auf der angestrebten fiktiven Temperatur für eine Dauer, die ausreicht, um eine Annäherung der fiktiven Temperatur des Siliziumdioxidglases an die angestrebte fiktive Temperatur bis auf 3°C zuzulassen, umfasst.

Claims

Verfahren zum Herstellen eines Siliziumdioxidglases mit einer einheitlichen fiktiven Temperatur, wobei das Verfahren die Schritte umfasst: a. Bereitstellen des Siliziumdioxidglases, wobei das Siliziumdioxidglas einen Spannungspunkt T_S, eine fiktive Temperatur und eine Relaxationsgeschwindigkeit bei der fiktiven Temperatur besitzt, wobei das Siliziumdioxidglas eine Konzentration an Hydroxylgruppen aufweist, die kleiner als 800 ppm, bezogen auf das Gewicht, ist, und wobei die Hydroxylkonzentration um wenigstens 0,5 ppm variiert; und b. Aushärten des Siliziumdioxidglases, wobei das Aushärten umfasst: i. entweder 1. Halten des Siliziumdioxidglases auf einer angestrebten fiktiven Temperatur für eine Dauer, die ausreicht, um eine Annäherung der fiktiven Temperatur des Siliziumdioxidglases an die angestrebte fiktive Temperatur bis auf 3°C zuzulassen; oder 2. Erwärmen oder Abkühlen des Siliziumdioxidglases mit einer Geschwindigkeit, die kleiner ist als eine Geschwindigkeit der Änderung der fiktiven Temperatur, für eine Dauer, die ausreicht, um eine Annäherung der fiktiven Temperatur des Siliziumdioxidglases an die angestrebte fiktive Temperatur bis auf 3°C zuzulassen; und ii. Abkühlen des Siliziumdioxidglases von der angestrebten fiktiven Temperatur auf eine Temperatur unterhalb des Spannungspunktes mit einer Abkühlungsgeschwindigkeit, die größer ist als die Relaxationsgeschwindigkeit des Glases bei der angestrebten fiktiven Temperatur, wobei das Siliziumdioxidglas eine fiktive Temperatur aufweist, die nach dem Aushärtungsschritt um weniger als 3°C variiert.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Schritt des Aushärtens des Siliziumdioxidglases ferner umfasst: a. Erwärmen des Siliziumdioxidglases auf eine erste Temperatur, die größer als die angestrebte fiktive Temperatur ist; und b. Abkühlen des Siliziumdioxidglases von der ersten Temperatur auf die angestrebte fiktive Temperatur mit einer Geschwindigkeit, die ausreichend klein ist, um eine Annäherung der fiktiven Temperatur des Siliziumdioxidglases an die angestrebte fiktive Temperatur bis auf 20°C zuzulassen.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei der Schritt des Abkühlens des Siliziumdioxidglases von der ersten Temperatur auf die angestrebte fiktive Temperatur das Abkühlen des Siliziumdioxidglases auf die angestrebte fiktive Temperatur mit einer fortschreitend abnehmenden Abkühlungsgeschwindigkeit umfasst.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei der Schritt des Erwärmens des Siliziumdioxidglases auf die erste Temperatur ferner das Halten des Siliziumdioxidglases auf der ersten Temperatur für eine Dauer, die ausreicht, um zuzulassen, dass das Siliziumdioxidglas eine fiktive Temperatur erreicht, die bis auf 3°C der ersten Temperatur entspricht, umfasst.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei das Siliziumdioxidglas mit einer Geschwindigkeit von weniger als etwa 0,05°C/Stunde von der ersten Temperatur auf die angestrebte fiktive Temperatur abgekühlt wird.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei der Schritt des Abkühlens des Siliziumdioxidglases von der ersten Temperatur umfasst: a. Abkühlen des Siliziumdioxidglases auf eine zweite Temperatur, wobei die zweite Temperatur kleiner ist als die angestrebte fiktive Temperatur und größer ist als T_S –40°C; und b. Erwärmen des Siliziumdioxidglases von der zweiten Temperatur auf die angestrebte fiktive Temperatur mit einer Geschwindigkeit, die ausreichend klein ist, um eine Annäherung der fiktiven Temperatur des Siliziumdioxidglases an die angestrebte fiktive Temperatur bis auf 20°C zuzulassen.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei die fiktive Temperatur nach dem Aushärten kleiner als 1065°C ist.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei das Siliziumdioxidglas nach dem Aushärten eine Indexhomogenität von weniger als 1 ppm aufweist.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei das Siliziumdioxidglas nach dem Aushärten einen absoluten Brechungsindex von 1,560830 bei einer Wellenlänge von 193,368 nm und einer Temperatur von 22°C aufweist.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei das Siliziumdioxidglas mit einer Geschwindigkeit von mehr als etwa 5°C/Stunde von der angestrebten fiktiven Temperatur auf eine Temperatur unterhalb des Spannungspunktes abgekühlt wird.
Siliziumdioxidglas, wobei das Siliziumdioxidglas eine Indexhomogenität von weniger als 1 ppm, eine Konzentration an Hydroxylgruppen von weniger als 800 ppm, bezogen auf das Gewicht, aufweist, wobei die Konzentration an Hydroxylgruppen um wenigstens 0,5 ppm variiert und wobei das Siliziumdioxidglas eine fiktive Temperatur aufweist, die um weniger als 3°C variiert.
Siliziumdioxidglas nach Anspruch 11, wobei die fiktive Temperatur kleiner als 1065°C ist.
Siliziumdioxidglas nach Anspruch 11 oder 12, wobei die Konzentration an Hydroxylgruppen eine Konzentration an Deuteroxylgruppen einschließt und wobei die Konzentration an Deuteroxylgruppen größer ist als das natürliche Isotopenvorkommen von Deuterium.
Siliziumdioxidglas nach einem der Ansprüche 11 bis 13, wobei das Siliziumdioxidglas bis zu 225 ppb Natrium enthält.
Siliziumdioxidglas nach einem der Ansprüche 11 bis 14, wobei das Siliziumdioxidglas einen absoluten Brechungsindex von kleiner als 1,560830 bei einer Wellenlänge von 193,368 nm und einer Temperatur von 22°C aufweist.