DE60206428T2

DE60206428T2 - Verfahren zum Herstellen einer Vorform aus porösem Glas durch Abscheidung aus der Dampfphase

Info

Publication number: DE60206428T2
Application number: DE60206428T
Authority: DE
Inventors: Tadashi 1 Enomoto; Yuichi 1 Ohga; Nobuya 1 Akaike; Haruhiko 1 Aikawa
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 2001-02-19
Filing date: 2002-02-19
Publication date: 2006-06-22
Anticipated expiration: 2022-02-20
Also published as: KR20020067992A; CN1297501C; BR0200454A; EP1233006A2; EP1233006A3; JP2002249326A; CN1371879A; US20020116955A1; ZA200201363B; JP4742429B2; BR0200454B1; DE60206428D1; EP1233006B1

Description

Hintergrund der Erfindung
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein verbessertes Verfahren zum Ausbilden einer Preform aus reinem Silizium an einem Start-Glasstab mit hoher Ertragsrate und hoher Ablagerungsrate durch die Verwendung des VAD Verfahrens (vapour phase axial deposition method-Verfahren zur Herstellung einer Preform durch axial Glasabscheidung aus der Dampfphase) um dadurch eine Preform für eine optische Faser herzustellen.
Beschreibung des Stands der Technik
Ein Siliziumglas mit hoher Reinheit, insbesondere ein Siliziumglasartikel, welcher für eine Preform einer optischen Faser verwendet wird, wird durch ein so genanntes Dampfphasen-Synthese Verfahren hergestellt, um ein Einmischen metallischer Unreinheiten zu verhindern. Dabei werden flüssiges Glasmaterial wie SiCL₄ und SiHCl₃ verdampft und gasförmig gemacht. Das gasförmige Glasmaterial wird einer Flamme zugeführt, welche mit Wasserstoff und Kohlenwasserstoff von hoher Reinheit als Verbrennungsgas und hochreinem Sauerstoff als Traggas, um dadurch Glaspartikel durch Flammenhydrolyse oder -oxidation zu bilden. Dann werden die Glaspartikel an einem Start-Stab abgeschieden mit dem Ziel eine Ruß-Preform zu schaffen. Die Ruß-Preform wird in einem Hochtemperaturofen zu Glas geschmolzen, und dabei wird das Silizium-Glas hergestellt. Das VAD Verfahren oder auch ein OVD Verfahren (outside vapour-phase deposition method) werden allgemein als Dampfphasen-Synthese Verfahren eingesetzt. Im Folgenden wird hier angenommen, dass die Ruß-Preform zur Herstellung von Silizium-Glas mittels VAD Verfahren oder OVD Verfahren den Start-Stab und an dem Start-Stab abgelagerte Glaspartikel umfasst.
Ein koaxialer mehr-röhrenförmiger Brenner wird allgemein als Brenner für die Flammensynthese verwendet. Eine Ablagerungsrate der Ruß-Preform ist definiert durch den Zuwachs an Gewicht der Ruß-Preform pro Zeiteinheit. Um die Ablagerungsrate der Ruß-Preform zu erhöhen, wird ein sogenannter koaxialer mehrröhrenförmiger Brenner verwendet. Der Mehrflammenbrenner erzeugt eine erste Flamme und eine zweite Flamme. Die erste Flamme zur Synthese der Glaspartikel umfasst ein Rohmaterialgas aus Glas, ein Verbrennungsgas und ein Traggas. Eine oder mehrer Flammen werden an dem äußeren Umfang der ersten Flamme angeordnet, um die Oberfläche der Ruß-Preform, an welcher die Ablagerung stattfindet, zu erhitzen.
Eine Schutzröhre zum Regulieren der Flammenweite und zum Verhindern eines Flatterns der ersten und zweiten Flamme aufgrund von Störungen wird normalerweise an der Spitze des Brenners vorgesehen. In einem solchen Fall wurde beispielsweise vorgeschlagen, die Flammenweite durch Vorsehen einer Schutzröhre an der Spitze der Syntheseröhre zu regulieren, um eine Rissbildung durch verringerte Unterschiede in der Dichte der Masse zu verringern, welche dort auftreten, wo die Ruß-Preform mit dem Ablagern beginnt. Die Schutzröhre hat ein Öffnungsende mit einem regulierbaren Durchmesser (Japanisches offengelegtes Patent No. HEI. 5-345621).
Wenn die einen Kern aufweisende Ruß-Preform, welche mittels des VAD Verfahrens dick an der Außenwand des Glasstabs ausgebildet ist, dehydriert oder gesintert wird, so werden viele feine Lücken an der Grenzfläche der Ruß-Preform gebildet. Um diese Lücken zu vermeiden, wurde ein Verfahren zum Ausbilden einer Ruß-Preform unter Verwendung eines primären Brenners und eines sekundären Brenners vorgeschlagen. Die erste Schicht der Ruß-Preform wird an der Außenfläche des Glasstabs hoher Reinheit durch Verwendung des primären Brenners ausgebildet. Die erste Schicht hat einen Durchmesser, welcher zweifach oder weniger dem des Glasstabs ist. Dann, unter Verwendung des sekundären Brenners, wird die zweite Schicht an der Außenfläche der ersten Schicht mit einer Temperatur in der Grenzschicht zwischen dem Glasstab und der ersten Schicht zwischen 900–1000°C ausgebildet (Japanisches offengelegtes Patent No. Sho. 63-248734).
Bei dem VAD Verfahren werden Glaspartikel an der Außenfläche eines Ziel-Glasstabs abgelagert, welcher aus einem Kern oder einem Kern und einer Hülle besteht, während der Glasstab nach oben gezogen wird.
Bei dem Verfahren muss ein Verhältnis des Durchmessers c der Ruß-Preform zu dem Durchmesser b des Glasstabs (umfassend den Kern und die Hülle) unter der Bedingung konstant gehalten werden, dass die Dichte der Masse der Ruß-Preform ebenfalls konstant ist, so dass der Kerndurchmesser bezüglich des Durchmessers der letztendlich erhaltenen Ruß-Preform konstant ist, da das Verhältnis b/a eines Kerndurchmessers a zu dem Hüllendurchmesser b des Glasstabs im allgemeinen konstant ist.
Im übrigen sei angemerkt, dass, wenn der Durchmesser der Ruß-Preform groß ist, die Ablagerungsrate an Glaspartikeln an der Ruß-Preform verbessert wird. Die Ablagerungseffizienz an Glaspartikeln steigt in Abhängigkeit einer Vergrößerung des Durchmessers der Ruß-Preform. In dem Fall, dass der äußere Durchmesser der Ruß-Preform vergrößert wird, wird jedoch die Anhaftung der Glaspartikel an der Grenzfläche zwischen dem Glasstab und der Ruß-Preform (im Folgenden als „Grenzfläche der Ruß-Preform" bezeichnet) und die Erhitzung der Grenzfläche der Ruß-Preform ungenügend, da die Weite der Flammen des Brenners begrenzt ist. Als Folge werden Lücken während der Festigung der Ruß-Preform erzeugt, so dass man kein gutes transparentes Siliziumglas erhält.
Weiter ist ein anderes Verfahren zur Steigerung der Ablagerungsrate durch Erhöhen der Menge an Rohgasmaterial bekannt. Wenn die Menge an Rohgasmaterial erhöht wird, so wird die Anzahl an ausgebildeten Glaspartikeln erhöht und somit ist die Ruß-Preform ebenfalls dick. Da jedoch die Flamme zum Erhitzen der Ablagerungsoberfläche der Ruß-Preform unverändert bleibt, ist eine Ausdehnung der Flammen unzureichend. Daher können Risse zu einem frühen Zeitpunkt der Ruß-Preform Herstellung erzeugt werden, und die Dichte der Masse des äußeren Schichtanteils der Ruß-Preform wird verringert, wobei die Ruß-Preform zerbrechlich wird. Wenn die Dichte der Masse der Grenzschicht der Ruß-Preform verringert wird, dann entstehen eine Vielzahl an Lücken in der Grenzschicht der Ruß-Preform (im folgenden als „die Grenzschichtlücken" bezeichnet) können beim Festigen der optischen Faser-Preform erzeugt werden.
Ein erfolgreiches Mittel um Grenzschichtlücken zu vermeiden ist es, die Quantität der Flamme zu steigern indem der Durchmesser des Brenners oder der Durchmesser der Öffnung der Schutzröhre während des Arbeitsschrittes der Ruß-Preform-Herstellung vergrößert wird. Obwohl jedoch die Größe des Brenners und/oder der Durchmesser der Öffnung bei dem obigen Verfahren vergrößert erden, bleibt der Ablagerungsbereich der Ruß-Preform unverändert. Somit ist die Ertragsrate des Rohmaterialgases konstant, aber ein absoluter Ausschussbetrag an Glaspartikeln ist erhöht. Da das Sauerstoffgas und das Wasserstoffgas, welche nicht zu der Erhitzung der Ruß-Preform beitragen, erhöht werden, wird es im Ganzen nicht erfolgreich.
Desweiteren, um die Ruß-Preform zu vergrößern ohne dass Grenzschichtlücken entstehen, ist es effektiv einen kleinen Brenner als primären Brenner zur Ablagerung der Glasspartikel an dem Glasstab zu verwenden.
Ein derartiger Brenner trägt jedoch nicht zur Verbesserung der Ablagerungsrate bei. Oder die Ablagerungsrate wird sogar schlechter, wenn die Glaspartikel nur in der Nähe des Glasstabs abgelagert werden. So ist beispielsweise, in dem Fall, dass ein kleiner Brenner als primärer Brenner verwendet wird, der Durchmesser der Ruß-Preform, welche durch den kleineren Brenner gebildet wird, zweimal so groß wie der des Glasstabs, die Ablagerungsmenge der Glaspartikel, welche durch den kleineren Brenner abgelagert werden, ist sehr gering im Verhältnis zu der gesamten Ablagerung. Die Ablagerungsrate ist in diesem Fall im Wesentlichen gleich oder nur leicht erhöht gegenüber dem Fall, dass nur ein zweiter Brenner verwendet wird.
Im Vergleich mit dem Fall, dass nur ein zweiter Brenner verwendet wird, ist die Menge an Rohmaterialgas, Verbrennungsgas und Traggas aufgrund der Hinzunahme des kleinen Brenners erhöht. Dementsprechend wird die Ertragsrate des Rohgasmaterials weniger.
Zusammenfassung der Erfindung
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer Ruß-Preform (Quarzruß-Preform) zu schaffen, wobei die Ablagerung an Glaspartikeln mit einer hohen Ertragsrate ausgebildet wird und eine hohe Ablagerungsrate durch die Verwendung von zwei Brennern unter bestimmten Bedingungen erzielt wird.
Die obige Aufgabe kann durch das erfindungsgemäße Zwei-Brenner Verfahren gelöst werden.
Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung umfasst ein Verfahren zur Herstellung einer Ruß-Preform die Schritte:
Ausbilden einer primären Ruß-Preform an einem äußeren Umfang eines Glasstabs mittels eines primären Brenners; und
Ausbilden einer sekundären Ruß-Preform mittels eines sekundären Brenners an einem äußeren Umfang der primären Ruß-Preform,
wobei ein Durchmesser der primären Ruß-Preform auf einen Wert zwischen zwei- und fünfmal des Durchmessers des Glasstabs festgelegt wird und die Dicke der sekundären Ruß-Preform auf einen Wert zwischen 1,5- und 7-mal der Dicke der primären Ruß-Preform festgelegt wird.
Gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung ist es möglich, die Leistung des primären Brenners bezüglich des gesamten Brenners zu maximieren.
Wenn das Verhältnis von dem Durchmesser der primären Ruß-Preform zu dem Durchmesser des Startstabs kleiner ist als zwei, so ist der Beitrag des primären Brenners geringer bezüglich der gesamten Ablagerung. Wenn der Durchmesser der primären Ruß-Preform siebenmal dem des Startstabs ist, so kann eine auftretende Beeinträchtigung der Flamme des primären Brenners durch die des sekundären Brenners turbulent werden. Als Folge ist die Ablagerungseffizienz oder die Ertragsrate des Rohmaterialgases deutlich verringert.
Vorzugsweise ist das Verhältnis zwischen den Dicken der primären Ruß-Preform und der zweiten Preform auf einen Wert zwischen zwei- und fünfmal der Dicke der primären Ruß-Preform festgelegt, so dass die Ablagerungsrate insbesondere verbessert wird.
Wenn der Durchmesser an einem Öffnungsende des sekundären Brenners größer ist als ein Durchmesser an einem Öffnungsende des primären Brenners, so ist die Oberfläche der Ruß-Preform, welche durch den sekundären Brenner erhitzt wird, größer derjenigen, welche durch den primären Brenner erhitzt wird. Als Folge wird die Ablagerungsrate der primären Preform sowie die der sekundären Preform verbessert.
Der Durchmesser des Brenners kann dabei auf zwei Arten definiert werden, der Durchmesser des Brenners an der Spitz, oder der Durchmesser eines Windschilds oder einer Schutzröhre an der Spitze, falls ein Windschild oder ein Schutz oder eine Röhre an dem Brenner angebracht ist.
Wird der Durchmesser des Öffnungsendes des sekundären Brenners auf einen Wert zwischen zwei- und fünfmal dem des primären Brenners festgelegt, so kann die Ablagerungsoberfläche an der Ruß-Preform am erfolgreichsten erhitzt werden.
Liegt ein Winkel zwischen der jeweiligen Achse der Brenner und dem Glasstab zwischen 45 und 75 Grad liegt, so wird die Oberfläche der Ruß-Preform, die mittels des VAD-Verfahrens ausgebildet wird, am stabilsten und die Glaspartikelablagerung kann mit hoher Effizienz durchgeführt werden.
Wenn ein Abstand zwischen einem Flächenmittelpunkt der Glaspartikelablagerungsbereichs des primären Brenners und des sekundären Brenners ein Drittel oder mehr des Durchmessers der Ruß-Preform beträgt, dann wird ein VAD-Verfahren effizient durchgeführt. Ist der Abstand zwischen dem primären und dem sekundären Brenner kleiner als der obige Wert, so beeinflussen sich die Flammen, welche durch den jeweiligen Brenner gebildet werden, wobei eine Ablagerung an Glaspartikeln und die Ruß-Preform ineffizient ist.
Vorzugsweise beträgt der Abstand zwischen einem Flächenmittelpunkt der Glaspartikelablagerungsbereichs des primären und demjenigen des sekundären Brenners ein Drittel oder weniger des Durchmessers der Ruß-Preform.
Wird an einem Ablaufende der Ruß-Preform eine Zufuhr an Rohmaterialgas zu dem primären Brenner gestoppt bevor eine Zufuhr an Rohmaterialgas zu dem sekundären Brenner gestoppt wird, so wird eine überschüssiger Anteil an Glaspartikeln, welche durch den primären Brenner abgelagert werden, reduziert.
Nachdem die Zufuhr zu dem primären Brenner gestoppt wurde, lagert der sekundäre Brenner die Glaspartikel unterhalb einer Stoplinie ab, an welcher die Ablagerung an Glaspartikeln durch den primären Brenner angehalten wurde.
Als Folge davon ist die Ablagerung an Glaspartikeln effizienter und mit weniger Ausschuss an Rohmaterial durchgeführt, wodurch die Herstellungskosten reduziert werden.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1A ist eine schematische vertikale Schnittansicht, welche eine erste Randbedingung zeigt, bei welcher zwei Brenner verwendet werden, um Glaspartikel gemäß der Erfindung abzulagern;
1B ist ein vergrößerter Teilausschnitt der Ruß-Oberfläche, an welcher eine Ablagerung stattfindet und auf die der Brenner erfindungsgemäß gerichtet ist;
2A ist schematische vertikale Schnittansicht, welche eine Randbedingung zeigt, bei welcher ein Brenner verwendet wird, um Glaspartikel gemäß dem Stand der Technik abzulagern; und
2B ist ein vergrößerter Teilausschnitt der Ruß-Oberfläche, an welcher eine Ablagerung stattfindet und auf die der Brenner gemäß Stand der Technik gerichtet ist;
3 ist ein beispielhaftes Diagramm, welches eine Möglichkeit zur Anpassung der Menge an Glasmaterial (im Kreis) und der Ablagerungsoberfläche (im Trapez) gemäß Stand der Technik zeigt; und
4 ist ein beispielhaftes Diagramm, welches eine die Veränderung der Menge an Glasmaterial (im Kreis) und der Ablagerungsoberfläche (im Trapez) in zeitlicher Abfolge zeigt, wenn zwei Brenner zur Ablagerung von Glaspartikeln gemäß dem Stand der Technik verwendet werden.
Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen
Ein Glasstab, auf welchem Glaspartikel mittels des VAD Verfahrens abgelagert werden, wird während der Vorverarbeitung so hergestellt, dass er einen Kern aufweist, der Glasstab hat jedoch nicht immer eine Hülle. Als nächstes werden die Glaspartikel an dem Glasstab mittels des VAD Verfahrens abgelagert. Dann wird die Ruß-Preform verfestigt. Der Kerndurchmesser wird dann im Verhältnis zu dem Durchmesser der verfestigten Preform bestimmt. Das Verhältnis des Durchmessers der verfestigten Preform zu dem Durchmesser des Glasstabs wird grundsätzlich auf einen Wert im Bereich zwischen 2 und 7 festgelegt. Anders ausgedrückt, werden 75–95% der gesamten Glaspartikel im Arbeitsschritt der Ablagerung der Ruß-Preform synthetisiert. In Hinblick auf die Produktivität der Ruß-Preform ist der Arbeitsschritt der Ablagerung somit wichtig. Die Ablagerungsrate an Glaspartikeln ist von einer Menge an Glaspartikeln und einer Effizienz der Ablagerung an der Ablagerungsoberfläche abhängig.
Während die Dichte an Siliziumglas auf 2,2 g/cm³ festgelegt ist, wird die Dichte der Masse der Ruß-Preform auf einen Bereich zwischen 0.2 g/cm³ und 0.7 g/cm³, vorzugsweise zwischen 0.2 g/cm³ und 0.4 g/cm³, festgelegt. Daran liegt es, dass eine Ruß-Preform bei niedrigen Massedichten sehr leicht zerstört wird, wohingegen die Ruß-Preform nicht wirksam bei hohen Dichten der Masse dehydriert ist.
Wenn Glaspartikel abgelagert werden, so wird, hinsichtlich der Dichte der Masse, der Außendurchmesser der Ruß-Preform normalerweise auf einen Wert im Bereich zwischen 3.2 bis 23 mal, vorzugsweise zwischen 4.1 bis 23 mal, größer als der des Glasstabs festgelegt.
Gemäß dem herkömmlichen VAD Verfahren werden Glaspartikel unter Verwendung eines Brenners abgelagert. In diesem Fall wird die Ablagerungsrate der Ruß-Preform verbessert durch Erhöhung (i) der Menge an Glaspartikeln, welche abgelagert werden sollen, (ii) der Effizienz der Ablagerung an der Ablagerungsoberfläche des Glasstabs oder der Ruß-Preform.
2A ist eine schematische Schnittdarstellung, welche eine Randbedingung zeigt, bei welcher ein Brenner gemäß dem Stand der Technik zur Ablagerung von Glaspartikeln verwendet wird. Bezugnehmend auf 2A wird die Ruß-Preform 202 synthetisiert and der Außenfläche eines Glasstabs 201 unter Verwendung eines Brenners 203.
2B ist ein vergrößerter Teilausschnitt, welcher einen vergrößerten Ablagerungsbereich zeigt, auf welchen der Brenner gerichtet ist. 2B zeigt eine Ablagerungsoberfläche 204 der Ruß-Preform aus Sicht des Brenners und einen Kreis 205, welcher dem Ausmaß an Glaspartikeln zeigt, welche durch die Reaktion des Rohmaterialgases, welches aus den Brenner herausgespritzt wird, an der Ablagerungsoberfläche des Glasstabs.
3 zeigt eine Veränderung der Menge an Glaspartikeln, welche dem gesamten Kreisbereich zugehörig sind, bezüglich einer Anpassung der Randbedingungen in einer zeitlichen Abfolge (Startbedingung → A → B → C). 3 zeigt weiter einen Wechsel einer Variation der Ablagerungsoberfläche, welche trapezförmig dargestellt ist. Wird eine Zugabe an Rohmaterialgas erhöht, um die Menge an abgelagerten Glaspartikeln zu erhöhen, wie für die Randbedingung A ausgehend von der Startbedingung, so wird der Durchmesser der Ruß-Preform dick. Wie mit den Randbedinungen B und C dargestellt, wird die Position des Brenners zu dem Glasstab angepasst, um den Durchmesser der Ruß-Preform konstant zu halten, da das Verhältnis der Durchmesser der Ruß-Preform und des Kerndurchmessers einen konstanten Wert einzunehmen hat. Als Folge davon wird ein Verhältnis eines Anteils, welcher zu einer Ablagerungsmenge beiträgt, und dem Ausmaß an synthetisierter Glaspartikelmenge geringer, obwohl die Ablagerungsrate der Ruß-Preform mit Sicherheit steigt. Der Anteil, welcher zu der Ablagerungsmenge beiträgt, ist der Bereich, in welchem das Trapez und der Kreis in 3 überlappen. Das Ausmaß an synthetisierter Glaspartikelmenge, welche der Zugabe an Rohgasmaterial entspricht, ist der gesamte Kreisbereich gemäß 3. Es ist damit in Hinblick auf die Ertragsrate nicht vorteilhaft.
Andererseits wird die Effizienz einer Ablagerung durch Vergrößerung der Ablagerungsoberfläche gesteigert. Die Ablagerungsoberfläche wird durch Ablegen der Brenner vergrößert. In 1 vergrößern sich die Winkel Θ1 und Θ2 entsprechend einem Ablegen der Brenner. 4 zeigt Randbedingungen, welche denen gemäß 3 ähnlich sind. Gemäß einer Randbedingung A ist die Ablagerungsoberfläche durch Ablegen des Brenners vergrößert. Gemäß der Randbedingung B wird die Zugabemenge an Rohgasmaterial erhöht, wobei die Ablagerungsfläche auf der Größe gemäß den Randbedingungen A gehalten wird.
Als Folge wächst die Ablagerungsrate der Ruß-Preform. Aufgrund der Vergrößerung der Ablagerungsoberfläche an dem Glasstab erreichen Flammen für eine Erhitzung der Grenzfläche der Ruß-Preform verglichen mit der Startbedingung schlechter die Grenzfläche und die Temperatur der Grenzfläche der Ruß-Preform sinkt, wodurch die Dichte der Masse der Ruß-Preform erniedrigt wird. Demzufolge bilden sich Lücken in der Grenzschicht des Glasstabs, wenn die Ruß-Preform dehydriert wird und transparent gemacht wird. Das Verfahren ist aufgrund der Bildung von Lücken nicht vorteilhaft. Um die Bildung von Lücken in der Grenzschicht der Ruß-Preform zu verhindern, schlägt die ungeprüfte Japanische Patentveröffentlichung Sho. 63-248734 vor, „den primären Brenner zur Ausbildung einer porösen Glasschicht zu verwenden, welcher einen Durchmesser aufweist, der zweimal oder weniger dem des Außendurchmessers des hochreinen Glasstabs ist" (siehe 4C in der genannten Veröffentlichung).
Das Verfahren löst das Problem feiner Lücken, welche in der Grenzschicht der Ruß-Preform gebildet sind, jedoch ist die Menge an durch den primären Brenner „vorgeformten" Ruß verglichen mit der Menge aller Glaspartikel nach dem Festigen deutlich geringer.
Falls ein primärer Brenner gemäß dem oben genannten Stand der Technik eingesetzt wird, so trägt infolgedessen der primäre Brenner nicht direkt zu einer Verbesserung der Ablagerungsrate der Ruß-Preform bei. Wird eine Zunahme der Zugabe an Rohgasmaterial, welche durch den primären Brenner bewirkt wird, berücksichtigt, so wird das Verhältnis der Menge an abgelagerten Glaspartikeln zu der Gesamtmenge an Rohgastmaterial kaum gesteigert. Dementsprechend ist das Verfahren ineffizient bezüglich der Ertragsrate des Rohgasmaterials.
In Hinblick auf die unten beschriebenen Randbedingungen ist da Verhältnis von dem Schnittbereich der primären Ruß-Preform zu dem gesamten Schnittbereich 2.6%. Und das Verhältnis der Menge an der primären Preform zu der Menge der gesamten synthetisierten Preform ist 2.7%.
Die Massendichte an Glaspartikeln, welche an der Außenwand des Glasstabs abgelagert sind: 0.3 g/cm³.
Ein Verhältnis des Durchmessers der Preform nach der Festigung zu dem Durchmesser des Glasstabs: 4-fach, und
Ein Verhältnis des Durchmessers der primären Ruß-Preform zu dem Durchmesser des Glasstabs ist 2-fach.
Wie oben beschrieben kann ein Beitrag des primären Brenners zu einer Verbesserung der Ablagerungsrate kaum festgestellt werden.
Auf der anderen Seite ist die vorliegende Erfindung sehr effektiv als Verfahren zur Erzielung von Ertragsraten des Rohmaterials während die oben genannten Probleme gelöst werden.
Das Verfahren der vorliegenden Erfindung wird unter den folgenden Randbedingungen erreicht:

(i) 2 × R1 ≤ R2 ≤ 5 × R1
(ii) 1.5 ≤ (R3 – R2)/(R2 – R1) ≤ 7,

In 1A ist die Ruß-Preform 102 an der Peripherie des Glasstabs 101 mittels eines sekundären Brenners 103 und eines primären Brenners 104 ausgebildet. Bei den oben genannten Randbedingungen ist es bevorzugt, dass die Dicke der sekundären Ruß-Preform in einem Bereich zwischen 2.5 und 5 mal der Dicke der primären Ruß-Preform liegt.
Bezugnehmend auf 1B zeigt der große Kreis 106 das Ausmaß an Glaspartikeln, welche durch den sekundären Brenner ausgebildet wurden, in anderen Worten, den Ablagerungsbereich des sekundären Brenners. Und ein kleiner Kreis 107 zeigt das Ausmaß der Menge an Glaspartikeln, welche durch den primären Brenner ausgebildet wurden, in anderen Worten, den Ablagerungsbereich des primären Brenners. Der trapezförmige Bereich 108 zeigt eine Ablagerungsoberfläche an der Ruß-Preform in 1B. Der Bereich, welcher tatsächlich zu einer Anlagerung an Glaspartikeln durch den ersten und den zweiten Brenner beiträgt, ist der Bereich, in welchem der große Kreis 106 und der kleine Kreis 107 den trapezförmigen Bereich überlappen. Ein Bereich 105, in welchem der große Kreis 106 und der kleine Kreis 107 den trapezförmigen Bereich nicht überlappen, entspricht einer Ausschussmenge an Glaspartikeln. Ein Abstand T beschreibt den Abstand zwischen den Mittelpunkt des großen Kreises 106 und dem Mittelpunkt des kleinen Kreises 107. Bezugnehmend auf 1A wird ein Winkel Θ1 zwischen der Achse 104a des primären Brenners und der Achse 101a des Glasstabs vorzugsweise in einem Bereich zwischen 45 und 75 Grad festgelegt. Ein Winkel Θ2 zwischen der Achse 103a des sekundären Brenners und der Achse des Glasstabs wird vorzugsweise in einem Bereich zwischen 45 und 75 Grad festgelegt.
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden im Detail beschrieben; die Beschreibung soll jedoch den Schutzbereich nicht einschränken.
(Beispiel 1)
Ein Rohgasmaterial (SiCl₄), H₂ und O₂ wird verwendet, um Glaspartikel unter den folgenden Randbedingungen abzulagern.
Brenner: zwei koaxiale mehr-röhrige Brenner (das Verhältnis der Durchmesser der Öffnungsenden (sekundärer Brenner/primärer Brenner) ist 3.3).
Durchmesser des Glasstabs: 30 mm.
Durchmesser der primären Ruß-Preform: 100 mm.
Durchmesser der gesamten Ruß-Preform, ausgebildet mittels des primären und des sekundären Brenners: 260 mm.
Abstand T zwischen den Mittelpunkten der Ausmaße an durch den primären Brenner und den sekundären Brenner jeweils abgelagerten Glaspartikel: 200 mm.
Die Ergebnisse werden wie folgt dargestellt:
Ablagerungsrate der Ruß-Preform, ausgebildet durch den primären und den sekundären Brenner: 31 g/min.
Wachstumsrate der Ruß-Preform, ausgebildet durch den primären und den sekundären Brenner: 95 mm/min.
Ertragsrate an Rohmaterialgas: 55%.
(Vergleichsbeispiel 1)
Die Randbedingen sind bis auf die folgenden Unterschiede gleich denen des Beispiels 1.
Brenner: ein koaxialer mehr-röhrige Brenner (mit einem Brenner-Winkel von 60° zwischen dem Glasstab und dem Brenner).
Durchmesser der Ruß-Preform: 260 mm.
Die Ergebnisse werden wie folgt dargestellt:

Ablagerungsrate der Ruß-Preform: 22 g/min.

Wachstumsrate der Ruß-Preform: 85 mm/min.

Ertragsrate an Rohmaterialgas: 50%.
Die Länge des „nicht-effektiven Bereichs" bei Beendigung der Ausbildung der Ruß-Preform ist im Beispiel 1 1.3-mal länger als im Vergleichsbeispiel. Dabei wird unter „nicht-effektiven Bereich" ein sich verjüngender Bereich verstanden, in welchem die Ruß-Preform abnimmt.
(Vergleichsbeispiel 2)
Die Randbedingen sind bis auf die folgenden Unterschiede gleich denen des Beispiels 1.
Brenner: zwei koaxiale mehr-röhrige Brenner (das Verhältnis der Durchmesser der Öffnungsenden (sekundärer Brenner/primärer Brenner) ist 5:0).
Durchmesser der primären Ruß-Preform: 50 mm.
Die Ergebnisse werden wie folgt dargestellt:
Ablagerungsrate der Ruß-Preform durch den primären und den sekundären Brenner: 22.3 g/min.
Wachstumsrate der Ruß-Preform durch den primären und den sekundären Brenner: 85 mm/min.
Ertragsrate an Rohmaterialgas: 42%.
(Vergleichsbeispiel 3)
Die Randbedingen sind bis auf die folgenden Unterschiede gleich denen des Beispiels 1.
Brenner: zwei konzentrische mehr-röhrige Brenner (das Verhältnis der Durchmesser der Öffnungsenden (sekundärer Brenner/primärer Brenner) ist 2:0).
Durchmesser der primären Ruß-Preform: 150 mm.
Die Ergebnisse werden wie folgt dargestellt:
Ablagerungsrate der Ruß-Preform durch primären und sekundären Brenner: 30 g/min.
Wachstumsrate der Ruß-Preform durch primären und sekundären Brenner: 90 mm/min.
Ertragsrate an Rohmaterialgas: 44%.
(Beispiel 2)
Die Randbedingen sind bis auf die folgenden Unterschiede gleich denen des Beispiels 1.
Brenner: zwei koaxiale mehr-röhrige Brenner (das Verhältnis der Durchmesser der Öffnungsenden (sekundärer Brenner/primärer Brenner) ist 3.3).
Abstand zwischen den Mittelpunkten, an welchen durch den primären Brenner und den sekundären Brenner Glaspartikel abgelagert werden: 80 mm.
Die Ergebnisse werden wie folgt dargestellt:
Ablagerungsrate der Ruß-Preform durch den primären und den sekundären Brenner: 30.3 g/min.
Wachstumsrate der Ruß-Preform durch den primären und den sekundären Brenner: 90 mm/min.
Ertragsrate an Rohmaterialgas: 50%.
(Beispiel 3)
Außer das die Zugabe an Rohgasmaterial zu dem primären Brenner 30 Minuten vor einer erwarteten Zeit, an welcher die Ruß-Preform fertiggestellt sein wird, gestoppt wird, liegen die gleichen Randbedingungen vor wie im Beispiel 1.
Als Ergebnis wird die Länge des nicht-effektiven Bereichs auf die Länge entsprechen dem Vergleichsbeispiel 1 verkürzt, wobei der „effektive Bereich" unverändert bleibt.
Durch Ausbildung einer Ruß-Preform mittels des Zwei-Brenner-Verfahrens werden erfindungsgemäß eine hohe Ertragsrate des Rohgasmaterials und eine hohe Ablagerungsrate der Ruß-Preform erzielt.

Claims

Verfahren zur Herstellung einer Preform aus Ruß an einem äußeren Umfang eines Glasstabs, umfassend die Schritte: Ausbilden einer primären Ruß-Preform an einem äußeren Umfang eines Glasstabs mittels eines primären Brenners; und Ausbilden einer sekundären Ruß-Preform mittels eines sekundären Brenners an einem äußeren Umfang der primären Ruß-Preform, wobei ein Durchmesser der primären Ruß-Preform auf einen Wert zwischen zwei- und fünfmal des Durchmessers des Glasstabs festgelegt wird und die Dicke der sekundären Ruß-Preform auf einen Wert zwischen 1,5- und 7-mal der Dicke der primären Ruß-Preform festgelegt wird.
Verfahren zur Herstellung einer Ruß-Preform gemäß Anspruch 1, wobei die Dicke der sekundären Ruß-Preform auf einen Wert zwischen zwei- und fünfmal der Dicke der primären Ruß-Preform festgelegt wird.
Verfahren zur Herstellung einer Ruß-Preform nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei ein Durchmesser an einem Öffnungsende des sekundären Brenners größer ist als ein Durchmesser an einem Öffnungsende des primären Brenners.
Verfahren zur Herstellung einer Ruß-Preform gemäß Anspruch 3, wobei der Durchmesser des Öffnungsendes des sekundären Brenners auf einen Wert zwischen zwei- und fünfmal dem des primären Brenners festgelegt wird.
Verfahren zur Herstellung einer Ruß-Preform nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei ein Winkel zwischen dem primären Brenner und dem Glasstab zwischen 45 und 75 Grad liegt und ein Winkel zwischen dem sekundären Brenner und dem Glasstab zwischen 45 und 75 Grad liegt.
Verfahren zur Herstellung einer Ruß-Preform nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei ein Abstand zwischen einem Flächenmittelpunkt der Glaspartikel, die durch den primären Brenner gebildet werden, und einem Flächenmittelpunkt der Glaspartikel, die durch den sekundären Brenner gebildet werden, ein Drittel oder mehr des Durchmessers der Ruß-Preform beträgt, die durch den primären und den sekundären Brenner gebildet wird.
Verfahren zur Herstellung einer Ruß-Preform nach einem der Ansprüche 1 bis 6, weiter umfassend: Beenden einer Zufuhr an Rohmaterialgas zu dem primären Brenner an einem Ablaufende der Ruß-Preform, bevor eine Zufuhr an Rohmaterialgas zu dem sekundären Brenner gestoppt wird.