-
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur
Herstellung eines Glasgegenstandes. Insbesondere bezieht sich
die vorliegende Erfindung auf ein wirksames Verfahren zur
Herstellung einer Glasvorform für eine optische Faser oder
ein Zwischenprodukt für die Vorform.
STAND DER TECHNIK
-
Ein Körper aus abgeschiedenen feinen Glasteilchen z. B. eine
Glasvorform für eine optische Faser, der durch ein
Dampfphase-Synthese-Verfahren wie z. B. das Dampfphase-
Axialabscheidungs-Verfahren (Vapor Phase Aual Deposition =
VAD) oder das chemische Außen-Dampfabscheidungs-Verfahren
(Outside Chemical Vapor Deposition process = OVD) hergestellt
wurde, wird in einem elektrischen Ofen bei erhöhter
Temperatur thermisch behandelt, so daß er unter
Bereitstellung eines Glasgegenstandes verglast wird.
-
Bisher wurde die Verglasung des Körpers aus abgeschiedenen
feinen Glasteilchen so durchgeführt, daß der Körper durch
eine schmale Heizzone geführt wurde, und zwar bei Normaldruck
in einer Atmosphäre, die He oder ein Inertgas, das eine
kleine Menge eines halogenhaltigen Gases (speziell ein
chlorhaltiges Gas) enthält, umfaßt; dieses Verfahren wird
Zonenheizverfahren genannt. Alternativ wird der Körper aus
abgeschiedenen feinen Glasteilchen zur Verglasung durch einen
stufenweisen Temperaturanstieg in einem elektrischen Ofen,
der einen ausreichend großen Heizraum aufweist, um den ganzen
Körper zu erhitzen, erhitzt; dieses Verfahren wird als
gleichmäßiges Erhitzungsverfahren bezeichnet.
-
Wenn der Körper aus abgeschiedenen feinen Glasteilchen nach
den obengenannten Verfahren verglast wird, können Gase wie
z. B. die, die von den feinen Glasteilchen des Körpers
eingeschlossen sind und/oder Gase, die in dem Körper gelöst
sind, während des Verglasungsvorgangs in dem resultierenden
Glasgegenstand Leerräume und Poren (Welche Blasen genannt
werden können) zurücklassen. Zusätzlich oder anstatt der
zurückbleibenden Blasen können durch die gelösten Gase
während einer folgenden Behandlung bei erhöhter Temperatur
Blasen erzeugt werden. Um das Blasenproblem zu lösen,
offenbart die japanische Patentveröffentlichung Nr.
201025/1988 ein Verglasungsverfahren, das in einer Atmosphäre
von reduziertem Druck oder Vakuumdruck ausgeführt wird. In
diesem Verfahren werden die in dem Körper aus abgeschiedenen
feinen Glasteilchen enthaltenen Gase durch den reduzierten
Druck oder den Vakuumdruck abgesaugt, so daß in dem
resultierenden Glasgegenstand kein Gas zurückbleiben kann.
-
Eine herkömmliche Apparatur zur thermischen Behandlung des
Körpers aus abgeschiedenen einen Glasteilchen ist, wie in
Fig. 1 dargestellt, aufgebaut. Die Apparatur umfaßt einen
Warmhalteofen, der ein Muffelrohr 2, das einen Körper aus
abgeschiedenen feinen Glasteilchen umgibt, sowie eine
Heizvorrichtung 3, die um das Muffelrohr 2 angeordnet ist,
enthält und einen Vakuumbehälter 5, in dem der Ofen hinter
einem Hitzeschild 4 angeordnet ist. Mittels einer Vakuumpumpe
7 kann ein Gas im Vakuumbehälter 5 durch eine Leitung 6
abgesaugt werden, so daß in dem Vakuumbehälter eine
Atmosphäre reduzierten Drucks oder eine Vakuumdruck-
Atmosphäre erzeugt werden kann. Während des Evakuierens wird
die Temperatur der Heizvorrichtung erhöht, so daß der in dem
Muffelrohr 2 angeordnete Körper 1 in einen verglasten
Gegenstand übergeführt wird.
-
Ein Oberflächenteil des verglasten Gegenstandes ist manchmal
kristallisiert, oder es werden manchmal blasenartige
glänzende Materialien nahe dem Oberflächenteil des verglasten
Gegenstandes festgestellt. Nach unseren Untersuchungen treten
solche Fälle bei einigen behandelten Glasgegenständen
unmittelbar nach Wiederaufbau des Muffelrohrs oder nach dem
der Körper aus abgeschiedenen feinen Glasteilchen während der
Verglasungsbehandlung zerbrochen war und ein Teil des Körpers
aus feinem Glas herabtropfte, auf.
-
Um diese hergestellten verglasten Glasgegenstände zu
verwenden, sollten solche Verunreinigungen (d. h. das
kristallisierte Glas, blasenartige Materialien usw.) im
Oberflächenteil des Gegenstandes beispielsweise durch
Abreiben der Gegenstandoberfläche, entfernt werden.
-
Die JP-A-59 152 228, die ein Verfahren beschreibt, welches
alle Merkmale des Oberbegriffs von Anspruch 1 der
vorliegenden Erfindung offenbart, betrifft die Herstellung
eines hochfesten Quarzglasrohres, wobei das Quarzrohr auf
hohe Temperaturen, die gleich hoch oder höher als seine
Erweichugnstemperatur sind, erhitzt wird und wobei zur
gleichen Zeit Vakuum zur Entfernung der Luftblasen, die in
dem Quarzglasrohr enthalten sind, angewendet wird.
-
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist daher die
Bereitstellung eines Verfahrens zur Herstellung eines
Glasgegenstandes ohne darin enthaltene Verunreinigungen.
-
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur
Herstellung eines Glasgegenstandes bereitgestellt, bei dem
ein Körper aus abgeschiedenen feinen Glasteilchen, der durch
ein Dampfphase-Synthese-Verfahren hergestellt wurde, unter
Bedingungen von reduziertem Druck in einem Muffelrohr eines
Vakuumofens, der in einem Vakuumbehälter angeordnet ist,
thermisch behandelt und verglast wird, so daß der
Glasgegenstand erhalten wird, dadurch gekennzeichnet, daß der
Vakkuumofen mit dem Muffelrohr bei einer Brenntemperatur, die
nicht niedriger als eine Verglasungstemperatur des Körpers
aus abgeschiedenen feinen Glasteilchen ist, vorgebrannt wird,
während der Vakuumbehälter evakuiert wird, bevor der Körper
aus abgeschiedenen feinen Glasteilchen zur Verglasung in den
Vakuumofen gestellt wird.
-
In dem erfindungsgemäßen Verfahren liegt die Brenntemperatur
im allgemeinen im Bereich von 1500 bis 1750ºC, vorzugsweise
im Bereich von 1600 bis 1700ºC, bevorzugter im Bereich von
1600 bis 1650ºC; das Brennen wird fortgesetzt, bis der Druck
im Inneren des Vakuumbehälters vorzugsweise auf unter 10 Pa,
noch bevorzugter unter 5 Pa gesunken ist.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
-
Fig. 1 zeigt schematisch eine herkömmliche Apparatur zur
Verglasung eines Körpers aus abgeschiedenen feinen
Glasteilchen, um so einen verglasten Glasgegenstand
zu erhalten.
-
Fig. 2 ist ein Diagramm, das eine Temperatur-Zeit-Kurve für
den Brennvorgang im Vakuumofen gemäß dem Verfahren
der vorliegenden Erfindung zeigt.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
-
Durch unsere Untersuchungen wurde festgestellt, daß die
Verunreinigungen im Oberflächenteil des verglasten
Glasgegenstandes im allgemeinen nach dem folgenden
Mechanismus erzeugt werden:
-
Sobald das Glas in Gegenwart einer Verunreinigung,
beispielsweise Kohlenstoffpulver, Metallpulver, ein Alkali
und/oder ein Fett sowie von Öl von der Haut auf hohe
Temperatur erhitzt wird, kristallisiert das Glas und wird
entglast. Die blasenartigen Materialien scheinen Blasen (oder
Leerräume) aus Kohlenstoffpulver selbst oder aus
Kohlenstoffpulver als Kerne zu sein, oder sie scheinen aus
Metallpulver zu sein. Gase in den Leerräumen sind anscheinend
N&sub2;, O&sub2; und/oder CO&sub2;. Außerdem scheint SiO&sub2;-Pulver, an dem
Kohlenstoff haftet, ebenfalls eine der Verunreinigungen zu
sein.
-
In dem in Fig. 1 dargestellten Vakuumofen ist das Muffelrohr
aus Kohlenstoff gemacht. Die Heizvorrichtung und die meisten
Elemente, welche zum Aufbau des Vakuumofens notwendig sind
und seine Zubehörteile sind ebenfalls aus Kohlenstoff
hergestellt. Kohlenstoffpulver bleibt leicht an den
Oberflächen der aus Kohlenstoff hergestellten Elemente
zurück, da Kohlenstoff durch Wasser und/oder Sauerstoff, die
in einer Rußvorform enthalten sind, oxidiert wird, und auch
erzeugt wird, wenn die aus Kohlenstoff hergestellten Elemente
während des Aufbaus der aus Kohlenstoff hergestellten
Elemente aneinander reiben. Wenn die Vakuumbedingungen bei
erhöhter Temperatur aus einem bestimmten Grund unterbrochen
werden, und im Vakuumbehälter Umgebungsatmosphäre herrscht,
reagiert außerdem der Oberflächenkohlenstoff der Elemente mit
Luftsauerstoff, er brennt nämlich, so daß an den Elementen
rauhe Oberflächen auftreten. Diese rauhen Oberflächen können
das Kohlenstoffpulver erzeugen. Demnach ist es sehr wirksam,
die Bildung von Kohlenstoffpulver zu verhindern, um so die
Bildung von Verunreinigungen zu unterdrücken.
-
Wenn der Körper aus abgeschiedenen feinen Glasteilchen
thermisch behandelt wird, kann er zerspringen und in das
Muffelrohr tropfen. Bei einem solchen Vorfall haften die
feinen Glasteilchen an der inneren Wand des aus Kohlenstoff
hergestellten Muffelrohrs. Es ist sehr schwierig, solche
feinen Glasteilchen vollständig zu entfernen. Ferner ist es
nicht leicht, Gase, die an einem Element im Vakuumbehälter
adsorbiert sind, abzusaugen, und sie bleiben im Behälter
zurück. Wenn der Ofen auf eine erhöhte Temperatur erhitzt
wird, treten die Gase im Ofen auf.
-
Wie oben beschrieben wurde, gibt es viele Möglichkeiten, daß
Kohlenstoffpulver und feine Glaspulver erzeugt werden und im
Vakuumofen schweben. Allerdings ist es unter dem praktischen
Gesichtspunkt unmöglich, die Elemente jedesmal, wenn die
Verunreinigungen erzeugt wurden, auszutauschen. Und selbst
wenn dies möglich ist, besteht die Möglichkeit, daß das
Kohlenstoffpulver, wie oben beschrieben, beim ersten Schritt
nach dem Ersatz erzeugt wird. So kann der Ersatz der Elemente
kein ausreichendes Mittel sein, um die Bildung der
Verunreinigungen zu vermeiden.
-
Die vorliegende Erfindung, die auf der Basis unserer oben
beschriebenen Untersuchungen gemacht wurde, liegt in dem
Verfahren zur Entfernung der Verunreinigungen wie z. B. von
Kohlenstoffpulver, den feinen Glasteilchen usw., wobei der
Vakuumofen und alle Elemente im Vakuumofen, die
Verunreinigungen erzeugen können, vor der thermischen
Behandlung des Körpers aus abgeschiedenen feinen
Glasteilchen, bei einer Brenntemperatur, die nicht niedriger
als der Verglasungspunkt des Glaskörpers ist, vorgebrannt
werden, während der Vakuumbehälter evakuiert wird, wodurch
das Kohlenstoffpulver, die feinen Glasteilchen und/oder die
Gase, die andernfalls während des Verglasungsschrittes in
Erscheinung treten und/oder die Blasen zurücklassen, aus dem
Vakuumbehälter entfernt werden; und der Körper aus
abgeschiedenen feinen Glasteilchen dann verglast wird, um den
Glasgegenstand bereitzustellen, der weder Verunreinigungen
noch Blasen an oder in der Nähe seiner Oberfläche aufweist.
-
Um die Entfernungswirkungen einschließlich des entgasenden
Effektes der vorliegenden Erfindung zu fördern, liegt die
Brenntemperatur vorzugsweise über 1600ºC. Um allerdings die
Verflüchtigung von Metallen aus Elementen des Vakuumofens aus
Metall zu unterdrücken, liegt die Brenntemperatur
vorzugsweise unter 1700ºC.
-
Hinsichtlich der Brennzeit gilt im allgemeinen, je länger die
Zeit ist, um so besser sind die Effekte der vorliegenden
Erfindung. Allerdings bringt die längere Brennzeit nicht
notwendigerweise eine gute Ofeneffizienz mit sich, und es
kann schwierig sein, zu bestimmten, ob die Brenneffekte der
vorliegenden Erfindung vollständig erreicht wurden. So wurden
die erreichbaren Drücke im Vakuumofen von uns gemessen,
während der Ofen bei Evakuierung des Ofens erhitzt wurde; und
wir stellten fest, daß bei Evakuierung des Ofens auf einen
Druck von weniger als 10 Pa, vorzugsweise von weniger als
5 Pa während des Brennens, gute Glasgegenstände hergestellt
wurden.
-
Üblicherweise wird der aus Kohlenstoff hergestellte Ofen
verwendet, wenn Körper aus abgeschiedenen feinen Glasteilchen
bei reduziertem Druck oder Vakuumdruck verglast werden.
Allerdings ist die vorliegende Erfindung auch anwendbar, wenn
ein Muffelrohr aus Quarz verwendet wird.
BEISPIELE
BEISPIEL 1
-
Der Körper aus abgeschiedenen feinen Glasteilchen, der nach
dem VAD-Verfahren hergestellt worden war, wurde mit dem
Vakuumofen, wie er in Fig. 1 dargestellt ist, verglast. Der
Körper aus abgeschiedenen feinen Glasteilchen hatte eine
Größe von 150 mm (Durchmesser) x 800 mm (Länge). Bevor der
Körper zur Verglasung in den Ofen gestellt wurde, wurde der
Ofen fast bis Vakuumdruck (4 Pa) evakuiert, während der Ofen
auf eine Temperatur von 1600ºC erhitzt wurde, was der im
Diagramm von Fig. 2 dargestellten Temperatur-Zeit-Kurve
entsprach, dann wurde er für 2 Stunden bei dieser Temperatur
gehalten und abgekühlt. Danach wurde der Körper aus
abgeschiedenen feinen Glasteilchen in den Ofen gestellt und
auf eine Temperatur von 1600ºC erhitzt, um unter typischen
Bedingungen für die Verglasung (konkret erhitzten auf eine
Temperatur von 800ºC in 30 Minuten, dann erhöhen der
Temperatur auf 1580ºC mit einer Geschwindigkeit von 3ºC/min
und anschließend Halten bei dieser Temperatur für 10 Minuten)
verglast, wodurch ein gutes Glasgegenstand mit hoher Qualität
erhalten wurde.
-
Als der Ofen vor dem oben beschriebenen Brennen mit einer
Vakuumpumpe bei einer Temperatur von 800ºC evakuiert wurde,
erreichte der Druck im Ofen 14 Pa, es wurde allerdings kein
geringerer Druck erreicht. Im Gegensatz dazu wurde beim
Brennen, wenn der Ofen auf 1600ºC erhitzt wurde und 30
Minuten bei dieser Temperatur gehalten wurde, der Druck im
Ofen 1= Pa und 80 Minuten, nachdem eine Temperatur von 1600ºC
erreicht worden war, erreichte der Druck 5 Pa.
VERGLEICHSBEISPIEL 1
-
Als der Vakuumofen erhitzt wurde und bei einer Temperatur von
800ºC gehalten und dann evakuiert wurde, erreichte der Druck
im Ofen 15 Pa. Allerdings war keine weitere Reduktion des
Druckes möglich, obgleich die Evakuierung für eine Stunde
fortgesetzt wurde. Der Körper aus abgeschiedenen feinen
Glasteilchen wurde wie in Beispiel 1 in den Ofen gestellt und
durch Erhitzen des Ofens auf 1600ºC bei Evakuierung erhitzt.
Der resultierende Gegenstand wies in einer dünnen Schicht
nahe seiner Oberfläche zahlreiche feine Blas auf. Außerdem
war eine optische Faser, die aus dem Körper hergestellt
wurde, so schwach, daß keine längere Faser erhalten wurde.
BEISPIEL 2
-
Das Brennen des Ofens wurde wie in Beispiel 1 ausgeführt,
außer daß der Ofen für 50 Minuten bei einer Temperatur von
1650ºC gehalten wurde und dann bestätigt wurde, daß ein Druck
von 7 Pa erreicht war und dann abgekühlt wurde. Danach wurde
der Körper aus abgeschiedenen feinen Glasteilchen wie in
Beispiel 1 in den Ofen gestellt und auf eine Temperatur von
1600ºC bei Evakuierung erhitzt, so daß der Körper verglast
wurde. Der erhaltene Gegenstand hatte nur 2 feine Blasen in
einer dünnen Schicht nahe seiner Oberfläche entlang einer
gesamten Länge des verglasten Gegenstandes; demnach war
beinah eine gute Verglasung möglich.
-
Wie oben beschrieben wurde, stellt das vorliegende Verfahren
einen Glasgegenstand mit hoher Qualität bereit, in dem der
Vakuumofen vorher erhitzt wird, so daß die Verunreinigungen
wie das Kohlenstoffpulver, das in dein Ofen schwebt und/oder
die Gase, die in dem Körper enthalten oder gelöst sind,
entfernt worden sind.
-
Wenn der Brennvorgang einmal entsprechend der vorliegenden
Erfindung durchgeführt worden ist, muß kein zusätzliches
Brennen erfolgen, außer wenn ein Umstand im Ofen, z. B. der
Wiederaufbau der Kohlenstoffelemente des Ofens, das Tropfen
eines Teils des Körpers aus abgeschiedenen feinen
Glasteilchen oder das Ausgesetztsein der Kohlenstoffelemente
einer Umgangsatmosphäre durch ein Zusammenbrechen des
reduzierten oder Vakuumdrucks im Ofen, auftritt.
-
Ein Maß dafür, ob das Brennen ausreichend ist, ist die
Tatsache, ob der Druck des Vakuumofens während des Brennens
weniger als 10 Pa und vorzugsweise weniger als 5 Pa erreicht.