WO2021013876A1 - Verfahren zur herstellung einer siliziumoxidsuspension - Google Patents

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WO2021013876A1
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Thomas Kayser
Bastian WEISENSEEL
Mirko Wittrin
Markus Wilde
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Heraeus Quarzglas GmbH and Co KG
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Heraeus Quarzglas GmbH and Co KG
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    • Y02P40/57—Improving the yield, e-g- reduction of reject rates

Definitions

  • the present invention relates to a method for producing a silicon dioxide suspension, comprising the method steps: providing a silicon dioxide powder and a liquid; Mixing the silica powder with the liquid to obtain a slurry; Ultrasonicating the slurry to obtain a precursor suspension; Passing at least a portion of the precursor suspension through a first multi-stage filter device, the first multi-stage filter device having at least a first, a second and a third filter stage, each filter stage including at least one filter, the second filter stage downstream of the first filter stage and the third filter stage is arranged downstream of the second filter stage, the first filter stage having a filter fineness of 5 ⁇ m or more, the second filter stage having a filter fineness in a range from 0.5 to 5 ⁇ m, the third filter stage having a filter fineness of 1 ⁇ m or less , and wherein at least one of the filter stages selected from the first, second and third filter stage has a separation rate of 99.5% or more, the separation rate being specified in accordance with ISO 16889, in each
  • Quartz glass, quartz glass products and products containing quartz glass are known.
  • Various methods for producing quartz glass and quartz glass bodies are also already known. Nonetheless, considerable efforts are still being made to show manufacturing processes by means of which quartz glass of even higher purity, that is to say the absence of impurities, can be manufactured.
  • high demands are made, for example with regard to homogeneity and purity. This is the case, among other things, with quartz glass, which is processed into light guides or light sources. Impurities can cause absorption here. This is disadvantageous because it leads to color changes and attenuation of the emitted light.
  • Another example of the use of high-purity quartz glass are production steps in semiconductor manufacturing.
  • any contamination of the glass body can lead to defects in the semiconductors and thus to rejects in production.
  • the high-purity quartz glass types used for these processes in particular high-purity synthetic quartz glass types, are therefore very expensive to produce. They are expensive.
  • Known methods for producing quartz glass bodies include melting silicon dioxide and shaping it into quartz glass bodies from the melt. Irregularities in a glass body, for example due to the inclusion of gases in the form of bubbles, can lead to failure of the glass body under stress, especially at high temperatures, or preclude its use for a specific purpose. Impurities in the raw material that forms quartz glass can lead to the formation of cracks, bubbles, stripes and discoloration in the quartz glass. When used in processes for the production and treatment of semiconductor components, impurities can also be worked out in the glass body and transferred to the treated semiconductor components. This is the case, for example, with etching processes and then leads to rejects in the semiconductor blanks. A problem that frequently occurs with the known production methods is consequently an inadequate quality of the quartz glass body.
  • Another aspect concerns raw material efficiency. It appears to be advantageous to use quartz glass and raw materials that arise elsewhere as a by-product for industrial processing into quartz glass products if possible, instead of spending these by-products as filling material, e.g. in building construction, or expensively disposing of them as garbage. These by-products are often separated as fine dust in filters. The fine dust raises further problems, especially with regard to health, occupational safety and handling.
  • a homogeneity one Property or substance is a measure of the uniformity of the distribution of this property or substance in a sample.
  • the homogeneity of the substance is a measure of the uniformity of the distribution of elements and compounds contained in the light guide, illuminant or semiconductor device, in particular OH, chlorine, metals, in particular aluminum, alkaline earth metals, refractory metals and dopants.
  • Another object of the invention is to provide a quartz glass body which is suitable for use in light guides, lighting means, molded bodies and coatings made of quartz glass and at least partially solves at least one, preferably several of the objects already described.
  • Another object is to provide a quartz glass body in which the migration of cations is as low as possible.
  • Another object of the invention is to provide a silicon dioxide powder from which stable granules can be obtained. It is a further object of the invention to provide a silicon dioxide granulate which is easy to handle.
  • Quartz glass bodies can be produced, by means of which at least some of the objects already described are at least partially achieved.
  • Quartz glass body can be produced more easily.
  • Quartz glass body can be produced continuously.
  • Quartz glass bodies can be produced by a continuous melting and shaping process.
  • Quartz glass bodies can be formed at a higher speed.
  • Quartz glass body can be produced with little waste.
  • silicon dioxide suspension which, if possible, has no particles different from silicon dioxide with a particle size of more than 1 ⁇ m.
  • Silicon dioxide suspension only has the atoms Si, O, H, CI and C if possible.
  • Silicon dioxide suspension has as few atoms as possible that differ from Si, O, H, CI and C.
  • Another object of the invention is to provide a method for producing high-purity quartz glass.
  • a contribution to the at least partial fulfillment of at least one of the aforementioned tasks is made by the subjects of the independent claims.
  • the dependent claims provide preferred embodiments which contribute to at least partially fulfilling at least one of the objects.
  • a method for producing a silicon dioxide suspension comprising the process steps:
  • the first multi-stage filter device has at least a first, a second and a third filter stage
  • each filter stage contains at least one filter
  • the second filter stage is arranged downstream of the first filter stage and the third filter stage is arranged downstream of the second filter stage
  • the first filter stage has a filter fineness of 5 pm or more
  • the second filter stage has a filter fineness in a range from 0.5 to 5 pm
  • the third filter stage has a filter fineness of 1 ⁇ m or less, and wherein at least one of the filter stages selected from the first, second and third filter stages has a separation rate of 99.5% or more,
  • the silicon dioxide suspension is obtained in step (v) preferably after passing through the multi-stage filter device.
  • the first filter stage has a separation rate of 90% or less
  • the first filter stage has a filter fineness in a range from 5 to 15 ⁇ m;
  • the second filter stage has a separation rate of 95% or more; (d) the second filter stage has a filter fineness of 0.5 to 2 ⁇ m;
  • the third filter stage has a separation rate of 99.5% or more
  • the slurry has less than 5% by weight of additives for stabilizing the slurry, the% by weight based on the total weight of the slurry.
  • the silicon dioxide powder can be produced from a compound selected from the group consisting of siloxanes and silicon alkoxides.
  • G a residual moisture content of less than 5% by weight
  • H a BET surface area of less than 35 g / m 2 ;
  • the slurry is characterized by at least one of the following features: a.) A solids content of at least 20% by weight, based on the dry matter of the slurry;
  • the slurry has an all-in-one pH
  • At least 90% by weight of the silicon dioxide particles have a particle size in one
  • the slurry is rheopex
  • the silicon dioxide suspension has at least one of the following features:
  • At least 90% by weight of the silicon dioxide particles based on the total weight of all silicon dioxide particles, have a particle size in a range from 1 nm to ⁇ 10 ⁇ m;
  • the suspension has a pH in a range from 3 to 8, the% by weight being based on the solids content of the suspension;
  • a silicon dioxide suspension obtainable by a method according to one of the preceding embodiments.
  • Silicon dioxide suspension according to embodiment 13, or a silicon dioxide suspension obtainable by a method according to one of embodiments 1 to 12 is processed into silicon dioxide granules, the silicon dioxide granules having a larger particle diameter than the silicon dioxide particles present in the silicon dioxide suspension.
  • Silicon dioxide granules containing granules is formed, the granules having a spherical morphology.
  • Spray granulating is.
  • a throughput of silicon dioxide suspension through the nozzle in a range from 0.05 to 1 m 3 / h, for example in a range from 0.1 to 0.7 m 3 / h or from 0.2 to 0.5 m 3 / h, particularly preferably in a range from 0.25 to 0.4 m 3 / h;
  • a solids content of the silicon dioxide suspension of at least 40% by weight, for example in a range from 50 to 80% by weight, or in a range from 55 to 75% by weight, particularly preferably in a range from 60 to 70 % By weight, in each case based on the total weight of the silicon dioxide suspension;
  • a gas inflow into the spray tower in a range from 10 to 100 kg / min, for example in a range from 20 to 80 kg / min or from 30 to 70 kg / min, particularly preferably in a range from 40 to 60 kg / min;
  • a temperature of the gas stream on entry into the spray tower in a range from 100 to 450 ° C, for example in a range from 250 to 440 ° C, particularly preferably from 320 to 430 ° C;
  • the gas is selected from the group consisting of air, nitrogen and helium, or a combination of two or more thereof; preferably air;
  • k a residual moisture content of the granules when they are removed from the spray tower of less than 5% by weight, for example less than 3% by weight or less than 1% by weight or in a range from 0.01 to 0.5% by weight .-%, particularly preferably in a range from 0.1 to 0.3% by weight, in each case based on the total weight of the silicon dioxide granules formed during the spray drying;
  • L at least 50% by weight of the spray granulate, based on the total weight of the silicon dioxide granulate formed during spray drying, has a flight time in a range from 1 to 100 s, for example over a period of 10 to 80 s, particularly preferably over a period of time from 25 to 70 s;
  • the spray tower has a cylindrical geometry
  • a height of the spray tower of more than 10 m, for example more than 15 m or more than 20 m or more than 25 m or more than 30 m or in a range from 10 to 25 m, particularly preferably in a range of 15 to 20 m;
  • the exit of the droplets of silicon dioxide suspension from the nozzle takes place at an angle of 30 to 60 degrees counter to the perpendicular direction, particularly preferably at an angle of 45 degrees opposite to the perpendicular direction.
  • G an aluminum content of less than 200 ppb
  • the ppm and ppb each being based on the total weight of the silica granules.
  • a method for producing a quartz glass body at least including the method steps:
  • the quartz glass body according to embodiment 20 having at least one of the following features:
  • G a tungsten content of less than 5 ppm
  • ppb and ppm are each based on the total weight of the quartz glass body.
  • a method of making a light guide including the following steps:
  • AI providing a quartz glass body according to one of the embodiments 20 or 21, or a quartz glass body obtainable by a method according to the embodiment 19, wherein the quartz glass body is first processed into a hollow body with at least one opening; B / introducing one or more core rods into the hollow body from step AI through the at least one opening to obtain a precursor;
  • a method for manufacturing a light source including the following steps:
  • step (iii) Filling the hollow body from step (i) with a gas.
  • a lighting means obtainable by a method according to embodiment 24.
  • a method for producing a molded article comprising the following steps:
  • a method of making a coating on a substrate including the following steps:
  • A Providing a silicon dioxide suspension obtainable by a method of embodiments 1 to 12 and a substrate;
  • range specifications also include the values specified as limits.
  • An indication of the type “in the range from X to Y” in relation to a variable A means that A can assume the values X, Y and values between X and Y. Areas delimited on one side of the type “up to Y” for a size A mean values Y and less than Y.
  • a first object of the invention is a method for producing a silicon dioxide suspension comprising the method steps:
  • the first multi-stage filter device has at least a first, a second and a third filter stage
  • each filter stage contains at least one filter
  • the second filter stage is arranged downstream of the first filter stage and the third filter stage is arranged downstream of the second filter stage, the first filter stage having a filter fineness of 5 ⁇ m or more,
  • the second filter stage has a filter fineness in a range from 0.5 to 5 pm
  • the third filter stage has a filter fineness of 1 ⁇ m or less, and wherein at least one of the filter stages selected from the first, second and third filter stage has a separation rate of 99.5% or more,
  • silicon dioxide powder from naturally occurring or synthetically produced silicon dioxide.
  • Synthetic silicon dioxide powder is preferably used.
  • Pyrogenically produced silicon dioxide powder is particularly preferably used.
  • the silica powder can be any silica powder that has at least two particles. Any method that is familiar to the person skilled in the art and appears to be suitable for the present purpose can be considered as the production method.
  • the silicon dioxide powder is produced as a by-product in the production of quartz glass, in particular in the production of soot bodies. Silicon dioxide of this origin is often referred to as "soot dust”.
  • a suitable source for the silicon dioxide powder are silicon dioxide particles which are obtained in the synthetic production of soot bodies using flame hydrolysis burners.
  • a rotating support tube which has a cylinder jacket surface, is moved back and forth in a reversing manner along a row of burners.
  • the flame hydrolysis burners can be supplied with oxygen and hydrogen as burner gases as well as the starting materials for the formation of primary silicon dioxide particles.
  • the silicon dioxide primary particles preferably have a primary particle size of up to 100 nm.
  • the primary silicon dioxide particles generated by flame hydrolysis aggregate or agglomerate to form silicon dioxide particles with particle sizes of around 9 ⁇ m (DIN ISO 13320: 2009-1).
  • the shape of the primary silicon dioxide particles can be recognized by scanning electron microscopy and the primary particle size can be determined.
  • Some of the silicon dioxide particles are deposited on the cylinder jacket surface of the support tube rotating about its longitudinal axis. So the soot body becomes layer by layer built up.
  • Another part of the silicon dioxide particles is not deposited on the cylinder jacket surface of the carrier tube, but accumulates as dust, for example in a filter system.
  • This other part of silicon dioxide particles forms the silicon dioxide powder, often also referred to as “soot dust”.
  • the part of silicon dioxide particles deposited on the carrier tube is larger than the part of silicon dioxide particles that accumulates as soot dust in the context of the soot body production, based on the total weight of the silicon dioxide particles.
  • soot dust is usually disposed of as waste in a complex and cost-intensive manner, or it is used as filler with no added value, e.g. in road construction, as additives in the dye industry, as raw material for tile production and for the production of hexafluorosilicic acid, which is used to renovate building foundations.
  • it is suitable as a starting material and can be processed into a high-quality product.
  • Silica made by flame hydrolysis is commonly referred to as fumed silica.
  • Pyrogenic silicon dioxide is usually in the form of amorphous silicon dioxide primary particles or silicon dioxide particles.
  • the silicon dioxide powder can be produced from a gas mixture by flame hydrolysis.
  • the silicon dioxide particles are also formed in the flame hydrolysis and removed as silicon dioxide powder before agglomerates or aggregates form.
  • the main product here is silicon dioxide powder, previously known as soot dust.
  • Siloxanes, silicon alkoxides and inorganic silicon compounds are preferably suitable as starting materials for the formation of the silicon dioxide powder.
  • Siloxanes are understood to mean linear and cyclic polyalkylsiloxanes.
  • Polyalkylsiloxanes preferably have the general formula
  • p is an integer of at least 2, preferably from 2 to 10, particularly preferably from 3 to 5, and
  • R is an alkyl group with 1 to 8 carbon atoms, preferably with 1 to 4 carbon atoms, particularly preferably a methyl group
  • siloxanes selected from the group consisting of hexamethyldisiloxane, hexamethylcyclotrisiloxane (D3), octamethylcyclotetrasiloxane (D4) and decamethylcyclopentasiloxane (D5) or a combination of two or more thereof. If the siloxane comprises D3, D4 and D5, D4 is preferably the main component.
  • the main component is preferably at least 70% by weight, preferably at least 80% by weight, for example at least 90% by weight or at least 94% by weight, particularly preferably at least 98% by weight %, each based on the total amount of silicon dioxide powder.
  • Preferred silicon alkoxides are tetramethoxysilane and methyltrimethoxysilane.
  • Preferred inorganic silicon compounds as starting materials for silicon dioxide powder are silicon halides, silicates, silicon carbide and silicon nitride. Silicon tetrachloride and trichlorosilane are particularly preferred as inorganic silicon compounds as starting materials for silicon dioxide powder.
  • the silicon dioxide powder can be produced from a compound selected from the group consisting of siloxanes, silicon alkoxides and silicon halides.
  • the silicon dioxide powder can preferably be produced from a compound selected from the group consisting of hexamethyldisiloxane, hexamethylcyclotrisiloxane, octamethylcyclotetrasiloxane and decamethylcyclopentasiloxane, tetramethoxysilane and methyltrimethoxysilane, silicon tetrachloride, and, for example, silicon tetrachloride and trichlorosetroxylcyclotylane, particularly preferably two or more of them, octotasilasetroxylotylane, and, for example, more preferably octametroxetroxylotyl, and, for example, octamethylcyclotethyl, for example, and preferably more octamethylcyclotrisiloxane.
  • a preferred composition of a suitable gas mixture contains a proportion of oxygen in the flame hydrolysis in a range from 25 to 40% by volume.
  • the proportion of hydrogen can be in a range from 45 to 60% by volume.
  • the proportion of silicon tetrachloride is preferably 5 to 30% by volume, all of the aforementioned% by volume based on the total volume of the gas stream.
  • a combination of the aforementioned volume fractions for oxygen, hydrogen and SiCl4 is also preferred.
  • the flame in the flame hydrolysis preferably has a temperature in a range from 1500 to 2500 ° C, for example in a range from 1600 to 2400 ° C, particularly preferably in a range from 1700 to 2300 ° C.
  • the silicon dioxide primary particles formed in the flame hydrolysis are preferably removed as silicon dioxide powder before agglomerates or aggregates form.
  • the silicon dioxide powder can have at least one, for example at least two or at least three or at least four, preferably at least five of the following features:
  • a bulk density of 0.01 to 0.3 g / cm 3 for example in the range from 0.02 to 0.2 g / cm 3 , preferably in the range from 0.03 to 0.15 g / cm 3 , more preferably im Range from 0.1 to 0.2 g / cm 3 or in the range from 0.05 to 0.1 g / cm 3 .
  • a chlorine content of less than 500 ppm for example of less than 300 ppm or less than 150 ppm, particularly preferably in a range from 1 ppb to 80 ppm;
  • At least 70% by weight of the powder particles have a primary particle size in a range from 10 to 100 nm, for example in the range from 15 to less than 100 nm, particularly preferably in the range from 20 to less than 100 nm;
  • a tamped density in a range from 0.001 to 0.3 g / cm 3 for example in the range from 0.002 to 0.2 g / cm 3 or from 0.005 to 0.1 g / cm 3 , preferably in the range from 0.01 to 0.06 g / cm 3 , also preferably in the range from 0.1 to 0.2 g / cm 3 , or in the range from 0.15 to 0.2 g / cm 3 ;
  • ix a residual moisture content of less than 5% by weight, for example in the range from 0.25 to 3% by weight, particularly preferably in the range from 0.5 to 2% by weight;
  • wt .-%, ppm and ppb are each based on the total weight of the silicon dioxide powder.
  • the silicon dioxide powder contains silicon dioxide.
  • the silicon dioxide powder preferably contains silicon dioxide in an amount of more than 95% by weight, for example in an amount of more than 98% by weight, or of more than 99% by weight, or of more than 99.9% by weight. -%, each based on the total weight of the silicon dioxide powder. It particularly preferably contains Silicon dioxide powder Silicon dioxide in an amount of more than 99.99% by weight, based on the total weight of the silicon dioxide powder.
  • the silicon dioxide powder preferably has a content of atoms other than Si, O, H, C, CI of less than 5 ppm, for example less than 2 ppm, particularly preferably less than 1 ppm, in each case based on the total weight of the silicon dioxide powder .
  • the silicon dioxide powder often has a content of atoms other than Si, O, H, C, Cl in an amount of at least 1 ppb.
  • the atoms other than Si, O, H, C, CI can be present, for example, as an element, as an ion, or as part of a molecule or an ion or a complex.
  • At least 70% of the powder particles of the silicon dioxide powder have a primary particle size of less than 100 nm, for example in the range from 10 to 100 nm or from 15 to 100 nm, and particularly preferably in the range from 20 to 100 nm.
  • the primary particle size is determined by dynamic light scattering according to ISO 13320: 2009-10.
  • At least 75% of the powder particles of the silicon dioxide powder have a primary particle size of less than 100 nm, for example in the range from 10 to 100 nm or from 15 to 100 nm, and particularly preferably in the range from 20 to 100 nm.
  • At least 80% of the powder particles of the silicon dioxide powder have a primary particle size of less than 100 nm, for example in the range from 10 to 100 nm or from 15 to 100 nm, and particularly preferably in the range from 20 to 100 nm.
  • At least 85% of the powder particles of the silicon dioxide powder have a primary particle size of less than 100 nm, for example in the range from 10 to 100 nm or from 15 to 100 nm, and particularly preferably in the range from 20 to 100 nm.
  • At least 90% of the powder particles of the silicon dioxide powder have a primary particle size of less than 100 nm, for example in the range from 10 to 100 nm or from 15 to 100 nm, and particularly preferably in the range from 20 to 100 nm.
  • At least 95% of the powder particles of the silicon dioxide powder have a primary particle size of less than 100 nm, for example in the range from 10 to 100 nm or from 15 to 100 nm, and particularly preferably in the range from 20 to 100 nm.
  • the silicon dioxide powder preferably has a specific surface area (BET surface area) in a range from 20 to 35 m 2 / g, for example from 25 to 35 m 2 / g, or from 25 to 30 m 2 / g.
  • BET surface area is determined by the Brunauer, Emmet and Teller (BET) method using DIN 66132 and is based on gas absorption at the surface to be measured.
  • the silicon dioxide powder preferably has a pH value of less than 7, for example in the range from 3 to 6.5 or from 3.5 to 6 or from 4 to 5.5, particularly preferably in the range from 4.5 to 5. Der The pH value can be determined using a combination electrode (4% silicon dioxide powder in water).
  • the silicon dioxide powder preferably has the combination of features a./b./c. or a./b./f. or a./b./g. on, further preferred the combination of features a./b./c./f. or a./b./c./g. or a./b./f./g. , particularly preferably the combination of features a./b./c./f./g.
  • the silicon dioxide powder preferably has the combination of features a./b./c.
  • the BET surface area is in a range from 20 to 35 m 2 / g
  • the bulk density is in a range from 0.05 to 0.3 g / ml_
  • the carbon content is less than 35 ppm.
  • the silicon dioxide powder preferably has the combination of features a./b./f. where the BET surface area is in a range from 20 to 35 m 2 / g, the bulk density is in a range from 0.05 to 0.3 g / ml_ and the total content of metals other than aluminum is in a range from 1 ppb to 1 ppm.
  • the silicon dioxide powder preferably has the combination of features a./b./g. with the BET surface area in a range from 20 to 35 m 2 / g, the bulk density in a range from 0.05 to 0.3 g / ml_ and at least 70% by weight of the powder particles having a primary particle size in one Range from 20 to less than 100 nm.
  • the silicon dioxide powder further preferably has the combination of features a./b./c./f.
  • the BET surface area is in a range from 20 to 35 m 2 / g, the bulk density is in a range from 0.05 to 0.3 g / ml_, the carbon content is less than 40 ppm and the total content of metals other than aluminum ranges from 1 ppb to 1 ppm.
  • the silicon dioxide powder further preferably has the combination of features a./b./c./g.
  • the BET surface area is in a range from 20 to 35 m 2 / g
  • the bulk density is in a range from 0.05 to 0.3 g / ml_
  • the carbon content is less than 40 ppm
  • at least 70 wt. -% of the powder particles have a primary particle size in a range from 20 to less than 100 nm.
  • the silicon dioxide powder further preferably has the combination of features a./b./f./g. , the BET surface area being in a range from 20 to 35 m 2 / g, the bulk density being in a range from 0.05 to 0.3 g / ml_, the total content of metals other than aluminum in is in a range from 1 ppb to 1 ppm and at least 70% by weight of the powder particles have a primary particle size in a range from 20 to less than 100 nm.
  • the silicon dioxide powder particularly preferably has the combination of features a./b./c./f./g.
  • the BET surface area is in a range from 20 to 35 m 2 / g
  • the bulk density is in a range from 0.05 to 0.3 g / ml_
  • the carbon content is less than 40 ppm
  • the total content of metals Other than aluminum is in a range from 1 ppb to 1 ppm and at least 70% by weight of the powder particles have a primary particle size in a range from 20 to less than 100 nm.
  • Steps (i) - (v) of the first item are:
  • each filter stage contains at least one filter
  • the second filter stage is arranged downstream of the first filter stage and the third filter stage is arranged downstream of the second filter stage, the first filter stage having a filter fineness of 5 ⁇ m or more,
  • the second filter stage has a filter fineness in a range from 0.5 to 5 pm
  • the third filter stage has a filter fineness of 1 ⁇ m or less, and wherein at least one of the filter stages selected from the first, second and third filter stages has a separation rate of 99.5% or more,
  • Further filter stages can be provided between the filter stages referred to as the first, second and third filter stages.
  • a liquid is understood to be a substance or a mixture of substances that is liquid at a pressure of 1013 hPa and a temperature of 20 ° C.
  • a “slurry” in the context of the present invention means a mixture of at least two substances, the mixture having at least one liquid and at least one solid under the conditions present when considered.
  • a slurry and a precursor suspension are formed.
  • the precursor suspension is also a slurry, but this was treated with ultrasound according to step (iv).
  • a “slurry” or “precursor suspension” is expressly designated in the following, that is to say in general terms of a “slurry”, what is described in this way can in principle apply to the slurry, or to the precursor suspension, or to both the slurry and the precursor suspension .
  • the liquid is preferably selected from the group consisting of organic liquids and water.
  • the silicon dioxide powder is preferably soluble in the liquid in an amount of less than 0.5 g / L, preferably in an amount of less than 0.25 g / L, particularly preferably in an amount of less than 0.1 g / L, the g / L are given as g silicon dioxide powder per liter of liquid.
  • Polar solvents are preferably suitable as the liquid.
  • This can be organic liquids or water.
  • the liquid is preferably selected from the group consisting of water, methanol, ethanol, n-propanol, iso-propanol, n-butanol, tert-butanol and mixtures of more than one thereof.
  • the liquid water is particularly preferred.
  • the liquid particularly preferably contains distilled or deionized water, for example also “ultra-pure” water. This has an electrical conductivity of ⁇ 0.2 me / a.
  • the silicon dioxide powder is preferably processed into a slurry.
  • the silica powder is almost insoluble in the liquid at room temperature, but it can be incorporated into the liquid in large proportions by weight to obtain the slurry.
  • the silicon dioxide powder and the liquid can be mixed in any manner.
  • the silicon dioxide powder can be added to the liquid, or the liquid can be added to the silicon dioxide powder.
  • the mixture can be agitated during the addition or after the addition.
  • the mixture is particularly preferably agitated during and after the addition. Examples of agitation are shaking and stirring, or a combination of both.
  • the silicon dioxide powder can preferably be added to the liquid with stirring. More preferably, part of the silicon dioxide powder can be added to the liquid, the mixture thus obtained being agitated and the mixture then being mixed with the remaining part of the silicon dioxide powder. Part of the liquid can also be added to the silicon dioxide powder, the mixture thus obtained being agitated, and the mixture then being mixed with the remaining part of the liquid.
  • a slurry is obtained by mixing the silica powder and the liquid.
  • the slurry is preferably a suspension in which the silicon dioxide powder is uniformly distributed in the liquid.
  • uniform it is meant that the density and composition of the slurry at any point do not differ by more than 10% average density and composition differ, each based on the total amount of slurry.
  • a uniform distribution of the silicon dioxide powder in the liquid can be produced or obtained by agitation as already described above, or both.
  • the precursor suspension is also such a suspension with the properties just described.
  • the slurry like the precursor suspension, preferably has a liter weight in the range from 1000 to 2000 g / L, for example in the range from 1200 to 1900 g / L or from 1300 to 1800 g / L, particularly preferably in the range from 1400 to 1700 g / L.
  • the liter weight is determined by weighing a volume-calibrated container.
  • the slurry has a solids content of at least 20% by weight, for example in a range from 20 to 70% by weight, or in a range from 30 to 50% by weight, or in a range from 55 to 75% by weight, particularly preferably in a range from 60 to 70% by weight, each based on the total weight of the slurry;
  • the slurry has a pH in a range of 3 or more, for example more than 4 or a pH in the range from 4.5 to 8 or from 4.5 to 7, the pH Value is determined on a 4% by weight slurry;
  • % By weight slurry has a particle size according to DIN ISO 13320-1 in the range from 1 nm to ⁇ 10 ⁇ m, for example in a range from 200 to 300 nm; d.) a content of 5 ppm or less of atoms other than Si, O, H, C, CI;
  • the slurry is rheopex
  • the slurry has a temperature of more than 0 ° C, preferably in one
  • the slurry has a viscosity according to DIN 53019-1 (5 rpm, 30% by weight) in a range from 500 to 2000 mPas, for example in the range from 600 to 1700 mPas, particularly preferably in the range from 650 to 1350 mPas on;
  • at least one for example at least two or at least three or at least four, particularly preferably at least five of the aforementioned features a.) - j.) Also apply to the precursor suspension.
  • the silicon dioxide particles in a 4% by weight aqueous slurry preferably have a particle size D10 in a range from 50 to 250 nm, particularly preferably in the range from 100 to 150 nm.
  • the silicon dioxide particles in a 4% by weight aqueous slurry preferably have Slurry has a particle size D50 in a range from 100 to 400 nm, particularly preferably in the range from 200 to 250 nm.
  • the silicon dioxide particles in a 4% by weight aqueous slurry preferably have a particle size D90 in a range from 200 to 600 nm , particularly preferably in a range from 350 to 400 nm.
  • the particle size is determined by means of DIN ISO 13320-1.
  • the information on particle size D10, D50 or D90, or a combination of two or more of them, can also apply to the precursor suspension.
  • Particle size is understood to mean the size of the particles assembled from the primary particles that are present in a silicon dioxide powder, in a slurry, in a precursor suspension or in a silicon dioxide granulate.
  • the mean particle size is understood as the arithmetic mean of all particle sizes of the substance mentioned.
  • the D 50 value indicates that 50% of the particles, based on the total number of particles, are smaller than the specified value.
  • the Dio value indicates that 10% of the particles, based on the total number of particles, are smaller than the specified value.
  • the Dgo value indicates that 90% of the particles, based on the total number of particles, are smaller than the specified value.
  • the particle size is determined using a dynamic image analysis method according to ISO 13322-2: 2006-11.
  • the “isolectric point” is understood to mean the pH value at which the zeta potential takes on the value 0.
  • the zeta potential is determined according to ISO 13099-2: 2012.
  • the pH of the slurry is preferably adjusted to a value in the above-mentioned range.
  • substances such as NaOH or NH3, for example as an aqueous solution, can preferably be added to the slurry.
  • the slurry is often agitated.
  • the information on the pH of the slurry can also apply to the pH of a precursor suspension.
  • the slurry is treated with ultrasound in the following step (iv) to obtain a precursor suspension.
  • any method and any ultrasound source that is known to the person skilled in the art and appears suitable for the present application can be selected for the treatment with ultrasound.
  • Ultrasound in the present context is sound with a peak frequency in the range from 20 to 100 kHz. This can be a monofrequency sound or sound of a bandwidth. In the latter case, at least 60% of the ultrasonic frequencies used in the treatment are in a range spanned by the peak frequency ⁇ 10 Hz.
  • the treatment of the slurry with ultrasound lasts at least 10 seconds, for example at least 20 seconds or at least 40 seconds, or at least 60, 120, 180 or 240 seconds.
  • the treatment of the slurry with ultrasound lasts at most 1000 seconds, for example at most 500 seconds or at most 200 seconds, or at most 100, 50 or 20 seconds.
  • the treatment of the slurry with ultrasound lasts in a range from 10 to 1800 seconds, for example from 30 to 1000 seconds, or from 30 to 600 seconds, or from 40 to 300 seconds.
  • the power density applied by ultrasound is the electrical power consumption of the ultrasound source divided by the volume of the slurry.
  • an ultrasonic generator or an agitator ball mill, or a combination of both, is used as the ultrasonic source.
  • the temperature of the slurry during the ultrasonic treatment is in a range from 5 to 45 ° C, for example between 10 and 40 ° C, or between 15 and 40 ° C.
  • the ultrasonic power density applied to the slurry is less than 600 W / liter, for example less than 450 W / liter, or about 300 W / liter, the power density based on the volume of the slurry.
  • a power density of 100 W / liter is usually not fallen below.
  • the power density by ultrasound is in a range from 400 to 500 W / liter and the treatment time is in a range from 10 to 90 seconds.
  • the power density by ultrasound is in a range from 300 to 400 W / liter and the treatment time is in a range from 90 to 250 seconds.
  • At least part of the precursor suspension is passed through a first multi-stage filter device in the following step (v).
  • the silicon dioxide suspension is obtained as a filtrate after the precursor suspension has passed through the multi-stage filter device.
  • the first multi-stage filter device has at least a first, a second and a third filter stage.
  • the first multi-stage filter device can have further filter stages, such as a fourth, and optionally a fifth, and optionally a sixth filter stage.
  • the filter stages within a multi-stage filter device are arranged in a specific order. They are numbered in the downstream direction. This means that the precursor suspension first flows through the first filter stage, downstream of it the second filter stage and so on. An arrangement of several filters next to one another is also conceivable.
  • Each of the filter stages contains at least one filter.
  • a single filter can be provided within a filter stage.
  • a plurality of filters can also be provided. These are usually arranged next to one another. In this case, the majority of filters are usually filters with the same characteristic data. As already described, several filters can be arranged next to one another in order to share the flow within the filter stage. The service life of the filter stage or the throughput of the filter stage, or both, is often increased.
  • the first filter stage has a filter fineness of 5 pm or more, for example from 5 pm to 15 pm, or about 10 pm, or about 15 pm.
  • the second filter stage has a filter fineness in a range from 0.5 to 5 ⁇ m, for example in a range from 0.5 to 2 ⁇ m, or approximately 1 ⁇ m, or approximately 2 ⁇ m.
  • the third filter stage has a filter fineness of 1 pm or less, for example 1 pm or 0.5 pm.
  • At least one of the filter stages selected from the first, second and third filter stage has a separation rate of 99.5% or more, for example of 99.8%, or of 99.9%.
  • the filter fineness describes the smallest particle size that a filter can filter out with a certain degree of effectiveness.
  • the filter fineness is also indicated below with x.
  • the separation rate e c also filtration rate
  • the filter fineness is the particle size in pm against which the separation rate was determined.
  • the separation rate also indicated by e c , is then (ß x - 1) / ß x .
  • the first filter device can be characterized by at least one, or more, or all of the following features: (a) the first filter stage has a separation rate of 90% or less, for example 85%, 80% or 75%, or from 80 to 99.9%, or from 80 to 95%;
  • the first filter stage has a filter fineness in a range of 5 pm or more, from 5 to 25 pm, or 5 to 15 pm, for example 10 pm or 5 pm;
  • the second filter stage has a separation rate of 80% or more, for example 95% or more, for example 98%, 99%, 99.9% or 99.99%, or in a range from 80 to 99 , 9%, or from 80 to 95%;
  • the second filter stage has a filter fineness in a range of 0.5 pm or more, for example 5 to 10 pm, or 0.5 to 2 pm, for example 0.5 pm, 1.0 pm, 1.5 pm or 2.0 pm;
  • the third filter stage has a separation rate of 80% or more, for example 99.5% or more, for example 99.9% or 99.99%, or in a range from 80 to 99.9%, or in a range from 95 to 99.9%;
  • the third filter stage has a filter fineness in a range of 0.5 ⁇ m or more, for example in the range from 0.5 to 10 ⁇ m, or from 0.5 to 3 ⁇ m, or from 0.5 to 1 ⁇ m ; or a combination of two or more of features (a) through (e), each of which
  • the first filter stage has a filter fineness of 5 ⁇ m or more, for example in the range from 5 ⁇ m to 25 ⁇ m, and a separation rate in the range from 80% to 99.9%, preferably 80% to 95%.
  • the second filter stage has a filter fineness of 0.5 ⁇ m or more, for example in the range from 0.5 ⁇ m to 10 ⁇ m, and a separation rate in the range from 80% to 99.9%, preferably 95% to 99, 9% up.
  • the third filter stage has a filter fineness of 0.5 ⁇ m or more, for example in the range from 0.5 ⁇ m to 10 ⁇ m, and a separation rate in the range from 80% to 99.9%, preferably 95% to 99% .9% up.
  • the first filter device can be characterized, for example, by the following combinations of features: Table 1
  • the first, multi-stage filter device contains at least one depth filter.
  • a depth filter is understood to mean a filter in which the particles to be separated are retained over a distance within the filter. In this case, no filter cake is usually formed during operation of the filter. In contrast, with a surface filter or surface filter, the particles to be deposited are deposited at the interface of the surface filter. A filter cake is built up during operation of the filter.
  • the first multi-stage filter device can further include a plurality of depth filters. It is also possible that all filters used in the first multi-stage filter device are depth filters.
  • At least one further, preferably multi-stage filter device is used downstream of the first, multi-stage filter device.
  • two, three, four, five and up to 10 or more multistage filter devices arranged downstream in a sequence can be provided.
  • At least the second, multi-stage filter device is provided with depth filters.
  • the second filter stage of the first filter device contains at least one first filter with a separation rate of 90% or less and at least one further filter with a separation rate of 95% or more.
  • the service life of the first, multi-stage filter device is at least 100 liters, for example 150 liters or more, or 250 liters or more, or 500 liters, or 800 liters and more, or 1000 liters and more, each based on liters the volume of precursor suspension filtered by the first multi-stage filter device.
  • the service life of the second, optionally multi-stage filter device is at least 100 liters, for example 150 liters or more, or 250 liters or more, or 500 liters, the liters based on the volume of precursor suspension filtered by the second filter device.
  • the service life means the volume of a suspension that can pass through the filter device before the filter device clogs.
  • the clogging can be recognized on the basis of a pressure increase in front of the filter to at least 1.5 times that of the freshly inserted filter with unchanged pumping power. If the filter is clogged, the work step must be paused and the clogged filter, or the clogged filters, cleaned or replaced.
  • the slurry has less than 5% by weight, less than 2% by weight, for example 0% by weight (none), additives, in particular additives for stabilization, the% by weight based on the Total weight of the slurry.
  • the slurry has at least 0.1% by weight of additives, for example in a range from 0.1 to 5% by weight, the% by weight based on the total weight of the slurry.
  • the content of additives usually does not change in the course of a filtration, or at most hardly changes. Accordingly, the precursor suspension, as well as the silicon dioxide suspension obtainable according to the process, has a content of additives for stabilization as indicated for the slurry.
  • At least one, for example at least two or at least three or at least four, particularly preferably at least five of the following features apply to the silicon dioxide suspension obtainable by the method:
  • silica suspension is rheopex under the test conditions mentioned in;
  • At least 90% of the silicon dioxide particles in the silicon dioxide suspension in a 4% by weight slurry have a particle size according to DIN ISO 13320-1 in the range from 1 nm to ⁇ 10 ⁇ m, for example in a range from 200 to 300 nm ;
  • the silica suspension has a pH in a range of 3 or more, for example more than 4, or a pH in the range from 4.5 to 8 or from 4.5 to 7, the pH is determined on a 4% strength by weight slurry;
  • F a content of 5 ppm or less of atoms other than Si, O, H, C, CI;
  • the silicon dioxide suspension has a solids content of at least 20% by weight, for example in a range from 20 to 70% by weight, or in a range from 30 to 50% by weight, or in a range from 55 to 75% % By weight, particularly preferably in a range from 60 to 70% by weight, in each case based on the total weight of the slurry;
  • the silicon dioxide suspension has a temperature of more than 0 ° C, preferably in a range from 5 to 35 ° C;
  • the silicon dioxide suspension has a viscosity according to DIN 53019-1 (5 rpm, 30 wt.
  • a second subject of the invention is a silicon dioxide suspension obtainable by a method according to the first subject. Embodiments described in this context are also possible.
  • a third object of the invention is a method for producing a silicon dioxide granulate, wherein the silicon dioxide suspension according to the second object or a silicon dioxide suspension that was produced by a method according to the first object, in particular by performing method steps (i) to (v), to a Silicon dioxide granulate is processed.
  • the silicon dioxide granulate has a larger particle diameter than the silicon dioxide particles present in the silicon dioxide suspension.
  • Embodiments described in connection with the first and second subject matter relating to the production and features of the silicon dioxide suspension are likewise embodiments of the third subject matter. In principle, all methods known to the person skilled in the art, by means of which an increase in the particle diameter is achieved, are suitable for producing the silicon dioxide granulate.
  • a silicon dioxide granulate has a larger particle diameter than a silicon dioxide powder, and likewise than the silicon dioxide particles contained in the silicon dioxide suspension described above.
  • the silicon dioxide granulate has a particle diameter which is larger than the particle diameter of the silicon dioxide powder.
  • the particle diameter of the silicon dioxide granulate is preferably in a range from 500 to 50,000 times larger than the particle diameter of the silicon dioxide powder, for example 1,000 to 10,000 times larger, particularly preferably 2,000 to 8,000 times larger.
  • At least 90% of the silicon dioxide granulate provided in step i.) are formed from pyrogenically produced silicon dioxide powder, for example at least 95% by weight or at least 98% by weight, particularly preferably at least 99% by weight or more, in each case based on the Total weight of the silica granules.
  • a silicon dioxide granulate with granules is preferably formed during processing, the granules having a spherical morphology; more preferably, the processing includes spray granulation or roller granulation.
  • a powder is understood to mean particles of dry solid substances with a primary particle size in the range from 1 to less than 100 nm.
  • the silica granules can be obtained by granulating silica powder.
  • a silicon dioxide granulate generally has a BET surface area of 3 m 2 / g or more and a density of less than 1.5 g / cm 3 .
  • Granulating is the process of converting powder particles into granules. During granulation, agglomerations of several silicon dioxide powder particles form, i.e. larger agglomerates, which are referred to as "silicon dioxide granules". These are often referred to as “silica granulate particles" or "granulate particles”. In their entirety, granules form a granulate, for example the silicon dioxide granules a “silicon dioxide granulate”. The silicon dioxide granulate has a larger particle diameter than the silicon dioxide powder. The process of granulating to convert a powder into granules will be explained in more detail later.
  • silicon dioxide grains are understood to mean silicon dioxide particles which can be obtained by comminuting a silicon dioxide body, in particular a quartz glass body.
  • a silicon dioxide grain generally has a density of more than 1.2 g / cm 3 , for example in a range from 1.2 to 2.2 g / cm 3 , and particularly preferably about 2.2 g / cm 3 . More preferably, the BET surface area of a silicon dioxide grain is generally less than 1 m 2 / g, determined in accordance with DIN ISO 9277: 2014-01.
  • silicon dioxide particles suitable to the person skilled in the art come into consideration as silicon dioxide particles. Silicon dioxide granules and silicon dioxide granules are preferably selected.
  • the granules of the silicon dioxide granulate preferably have a spherical morphology.
  • a spherical morphology is understood to mean a round to oval shape of the particles.
  • the granules of the silicon dioxide granulate preferably have an average sphericity in a range from 0.7 to 1.3 SPHT3, for example an average sphericity in a range from 0.8 to 1.2 SPHT3, particularly preferably an average sphericity in a range of 0 .85 to 1.1 SPHT3.
  • the SPHT3 feature is described in the test methods.
  • the granules of the silicon dioxide granulate preferably have an average symmetry in a range from 0.7 to 1.3 symmetry, for example an average symmetry in a range from 0.8 to 1.2 symmetry, particularly preferably an average symmetry in a range of 0.85 to 1.1 symm3.
  • the characteristic of the mean symmetry Symm3 is described in the test methods.
  • the silica granules are obtained by granulating silica powder.
  • Granulating is the process of converting powder particles into granules.
  • larger agglomerates which are referred to as “silicon dioxide granules”
  • silicon dioxide particles These are often referred to as “silicon dioxide particles”, “silicon dioxide granulate particles” or “granulate particles”.
  • granules form a granulate, e.g. the silicon dioxide granules a "silicon dioxide granulate”.
  • any granulation process can be selected which is known to the person skilled in the art and appears suitable for granulating silicon dioxide powder.
  • Known methods are roller granulation in a granulating plate, spray granulation, centrifugal atomization, fluidized bed granulation, freeze granulation, as well as granulation processes using a granulating mill, compacting, roller pressing, briquetting, production of slugs or extrusion.
  • a silicon dioxide granulate is preferably formed with granules which have a spherical morphology; the processing further preferably being carried out by spray granulation or roller granulation. More preferably, a silicon dioxide granulate with granules which have a spherical morphology contains at most 50% granules, preferably at most 40% granules, more preferably at most 20% granules, more preferably between 0 and 50%, between 0 and 40% or between 0 and 20 %, or between 10 and 50%, between 10 and 40% or between 10 and 20% granules that do not have a spherical morphology, the percentage in each case based on the total number of granules in the granules.
  • the granules with a spherical morphology have the SPHT3 values already mentioned in this description.
  • silica granules are obtained by spray granulating the slurry.
  • Spray granulation is also known as spray drying.
  • the spray drying is preferably carried out in a spray tower.
  • the silicon dioxide suspension is put under pressure at an elevated temperature.
  • the pressurized silicon dioxide suspension is then released through a nozzle and thus sprayed into the spray tower.
  • droplets are formed which dry immediately and initially form small dry particles (“germs”).
  • the tiny particles together with a gas flow acting on the particles form a fluidized bed. In this way, they are kept in suspension and can form a surface for drying further droplets.
  • the nozzle through which the silicon dioxide suspension is sprayed into the spray tower preferably forms an inlet into the interior of the spray tower.
  • the nozzle When spraying, the nozzle preferably has a contact surface with the silicon dioxide suspension.
  • the “contact area” is understood to mean the area of the nozzle that comes into contact with the silicon dioxide suspension during spraying. Often at least part of the nozzle is shaped as a tube through which the silicon dioxide suspension is passed during spraying, so that the inside of the hollow tube comes into contact with the silicon dioxide suspension.
  • the contact surface preferably contains a glass, a plastic or a combination thereof.
  • the contact surface preferably contains a glass, particularly preferably quartz glass.
  • the contact surface preferably contains a plastic.
  • all plastics known to the person skilled in the art are suitable which are stable at the process temperatures and do not give off any foreign atoms to the silicon dioxide suspension.
  • Preferred plastics are polyolefins, for example homopolymers or copolymers containing at least one olefin, particularly preferably homopolymers or copolymers containing polypropylene, polyethylene, polybutadiene or combinations of two or more thereof.
  • the contact surface preferably consists of a glass, a plastic or a combination thereof, for example selected from the group consisting of quartz glass and polyolefins, particularly preferably selected from the group consisting of quartz glass and homopolymers or copolymers containing polypropylene, polyethylene, polybutadiene or combinations of two or more of them.
  • the contact surface preferably does not contain any metals, in particular no tungsten, titanium, tantalum, chromium, cobalt, nickel, iron, vanadium, zirconium and manganese.
  • the contact surface and the other parts of the nozzle may consist of the same or different materials.
  • the other parts of the nozzle preferably contain the same material as the contact surface. It is also possible that the further Parts of the nozzle contain a material different from the contact surface.
  • the contact surface can be coated with a suitable material, for example a glass or a plastic.
  • the nozzle is preferably more than 70% by weight, based on the total weight of the nozzle, formed from an element selected from the group consisting of glass, plastic or a combination of glass and plastic, for example more than 75% by weight. % or more than 80% by weight or more than 85% by weight or more than 90% by weight or more than 95% by weight, particularly preferably more than 99% by weight.
  • the nozzle preferably comprises a nozzle plate.
  • the nozzle plate is preferably made of glass, plastic or a combination of glass and plastic.
  • the nozzle plate is preferably formed from glass, particularly preferably quartz glass.
  • the nozzle plate is preferably made of plastic.
  • Preferred plastics are polyolefins, for example homopolymers or copolymers containing at least one olefin, particularly preferably homopolymers or copolymers containing polypropylene, polyethylene, polybutadiene or combinations of two or more thereof.
  • the nozzle plate preferably does not contain any metals, in particular no tungsten, titanium, tantalum, chromium, cobalt, nickel, iron, vanadium, zirconium and manganese.
  • the nozzle preferably comprises a twist screw.
  • the twisting screw is preferably made of glass, plastic or a combination of glass and plastic.
  • the twisting screw is preferably made of glass, particularly preferably quartz glass.
  • the twist screw is preferably made of plastic.
  • Preferred plastics are polyolefins, for example homopolymers or copolymers containing at least one olefin, particularly preferably homopolymers or copolymers containing polypropylene, polyethylene, polybutadiene or combinations of two or more thereof.
  • the helical screw preferably does not contain any metals, in particular no tungsten, titanium, tantalum, chromium, cobalt, nickel, iron, vanadium, zirconium and manganese.
  • the nozzle can also comprise further components.
  • Preferred further components are a nozzle body; a nozzle body surrounding the swirl screw and the nozzle plate, a cross piece and a baffle plate are particularly preferred.
  • a nozzle preferably comprises one or more, particularly preferably all, of the further components.
  • the further components independently of one another, can in principle consist of any material known to the person skilled in the art and suitable for this purpose, for example from a metal-containing material, from glass or from a plastic.
  • the nozzle body is preferably formed from glass, especially prefers quartz glass.
  • the further components are preferably made of plastic.
  • Preferred plastics are polyolefins, for example homopolymers or copolymers containing at least one olefin, particularly preferably homopolymers or copolymers containing polypropylene, polyethylene, polybutadiene or combinations of two or more thereof.
  • the further components preferably contain no metals, in particular no tungsten, titanium, tantalum, chromium, cobalt, nickel, iron, vanadium, zirconium and manganese.
  • the spray tower preferably has a gas inlet and a gas outlet. Gas can be introduced into the interior of the spray tower through the gas inlet and it can be discharged through the gas outlet. It is also possible to introduce gas into the spray tower via the nozzle. Gas can also be discharged through the outlet of the spray tower. Furthermore, gas can preferably be supplied via the nozzle and a gas inlet of the spray tower, and discharged via the outlet of the spray tower and a gas outlet of the spray tower.
  • An atmosphere selected from air, an inert gas, at least two inert gases or a combination of air with at least one inert gas, preferably at least two inert gases, is preferably present in the interior of the spray tower.
  • Inert gases are preferably selected from the list consisting of nitrogen, helium, neon, argon, krypton and xenon.
  • air, nitrogen or argon is present in the interior of the spray tower, particularly preferably air.
  • the atmosphere present in the spray tower is more preferably part of a gas stream.
  • the gas stream is preferably introduced into the spray tower via a gas inlet and discharged via a gas outlet. It is also possible to introduce parts of the gas flow via the nozzle and to discharge parts of the gas flow via a solids outlet.
  • the gas stream can absorb further components in the spray tower. During spray drying, these can originate from the silicon dioxide suspension and merge into the gas flow.
  • a dry gas stream is preferably fed to the spray tower.
  • a dry gas stream is understood to mean a gas or a gas mixture whose relative humidity is below the condensation point at the temperature set in the spray tower.
  • a relative humidity of 100% corresponds to an amount of water of 17.5 g / m 3 at 20 ° C.
  • the gas is preferably preheated to a temperature in a range from 150 to 450 ° C, for example from 200 to 420 ° C or from 300 to 400 ° C, particularly preferably from 320 to 400 ° C.
  • the interior of the spray tower can preferably be temperature controlled.
  • the temperature in the interior of the spray tower is preferably up to 550 ° C, for example 300 to 500 ° C, particularly preferably 320 to 450 ° C.
  • the gas stream preferably has a temperature in a range from 150 to 450 ° C, for example from 200 to 420 ° C or from 300 to 400 ° C, particularly preferably from 320 to 400 ° C.
  • the discharged gas stream preferably has a temperature of less than 170.degree. C., for example from 50 to 150.degree. C., particularly preferably from 100 to 130.degree.
  • the difference between the temperature of the gas flow during introduction and the gas flow during discharge is in a range from 100 to 330.degree. C., for example from 150 to 300.degree.
  • the silicon dioxide granules obtained in this way are in the form of an agglomerate of individual particles of silicon dioxide powder.
  • the individual particles of the silicon dioxide powder can still be seen in the agglomerate.
  • the mean particle size of the particles of the silicon dioxide powder is preferably in the range from 10 to 1000 nm, for example in the range from 20 to 500 nm or from 30 to 250 nm or from 35 to 200 nm or from 40 to 150 nm, or particularly preferably in the range from 50 to 100 nm.
  • the mean particle size of these particles is determined in accordance with DIN ISO 13320-1.
  • Spray drying can be carried out in the presence of auxiliaries.
  • auxiliaries which are known to the person skilled in the art and appear suitable for the intended use at hand.
  • So-called binders come into consideration as auxiliary substances.
  • suitable binders are metal oxides such as calcium oxide, metal carbonates such as calcium carbonate and polysaccharides such as cellulose, cellulose ethers, starch and starch derivatives.
  • spray drying is particularly preferably carried out without auxiliaries.
  • a part of it is separated off before, after or before and after the silicon dioxide granulate is removed from the spray tower. All of them come to the expert to separate them known and seemingly suitable processes.
  • the separation is preferably carried out by sifting or sieving.
  • particles with a particle size of less than 50 ⁇ m for example with a particle size of less than 70 ⁇ m, particularly preferably with a particle size of less than 90 ⁇ m, are separated by sifting.
  • the sifting is preferably carried out by a cyclone, which is preferably arranged in the lower region of the spray tower, particularly preferably above the outlet of the spray tower.
  • particles with a particle size of more than 1000 ⁇ m for example with a particle size of more than 700 ⁇ m, particularly preferably with a particle size of more than 500 ⁇ m, are separated by sieving.
  • the particles can in principle be sieved by any method known to the person skilled in the art and suitable for this purpose. Sieving is preferably carried out by means of a vibrating chute.
  • the spray drying of the silicon dioxide suspension through a nozzle into a spray tower is characterized by at least one, for example two or three, particularly preferably all of the following features:
  • a temperature of the droplets on entry into the spray tower in a range from 10 to 50 ° C, preferably in a range from 15 to 30 ° C, particularly preferably in a range from 18 to 25 ° C.
  • a temperature on the side of the nozzle facing the spray tower in a range from 100 to 450 ° C, for example in a range from 250 to 440 ° C, particularly preferably from 320 to 430 ° C;
  • a throughput of silicon dioxide suspension through the nozzle in a range from 0.05 to 1 m 3 / h, for example in a range from 0.1 to 0.7 m 3 / h or from 0.2 to 0.5 m 3 / h, particularly preferably in a range from 0.25 to 0.4 m 3 / h;
  • a solids content of the silicon dioxide suspension of at least 40% by weight, for example in a range from 50 to 80% by weight, or in a range from 55 to 75% % By weight, particularly preferably in a range from 60 to 70% by weight, in each case based on the total weight of the silicon dioxide suspension;
  • a gas inflow into the spray tower in a range from 10 to 100 kg / min, for example in a range from 20 to 80 kg / min or from 30 to 70 kg / min, particularly preferably in a range from 40 to 60 kg / min;
  • a temperature of the gas stream on entry into the spray tower in a range from 100 to 450 ° C, for example in a range from 250 to 440 ° C, particularly preferably from 320 to 430 ° C;
  • the gas is selected from the group consisting of air, nitrogen and helium, or a combination of two or more thereof; preferably air;
  • a residual moisture content of the granulate on removal from the spray tower of less than 5% by weight, for example less than 3% by weight or less than 1% by weight or in a range from 0.01 to 0, 5% by weight, particularly preferably in a range from 0.1 to 0.3% by weight, in each case based on the total weight of the silicon dioxide granules formed during the spray drying;
  • L at least 50% by weight of the spray granulate, based on the total weight of the silicon dioxide granulate formed during spray drying, has a flight time in a range from 1 to 100 s, for example over a period of 10 to 80 s, particularly preferably over a period of time from 25 to 70 s;
  • m at least 50% by weight of the spray granulate, based on the total weight of the silicon dioxide granulate formed during spray drying, covers a flight distance of more than 20 m, for example of more than 30 or more than 50 or more than 70 or from more than 100 or more than 150 or more than 200 or in a range from 20 to 200 m or from 10 to 150 or from 20 to 100, particularly preferably in a range from 30 to 80 m.
  • the spray tower has a cylindrical geometry
  • a height of the spray tower of more than 10 m, for example more than 15 m or more than 20 m or more than 25 m or more than 30 m or in a range from 10 to 25 m, particularly preferably in a range of 15 to 20 m;
  • the direction of the gravity vector is understood as the perpendicular direction.
  • the flight distance means the distance that a droplet of the silicon dioxide suspension travels from the exit from the nozzle in the gas space of the spray tower to form a granule until the flight and fall process is completed.
  • the flight and fall process regularly ends when the granules hit the floor of the spray tower or when the granules hit other granules already lying on the floor of the spray tower, whichever occurs first.
  • the flight time is the duration that a granule needs to cover the flight path in the spray tower.
  • the granules in the spray tower preferably have a helical trajectory.
  • At least 60% by weight of the spray granules cover an average flight distance of more than 20 m, for example more than 30 or more than 50 or more than 70 or from more than 100 or more than 150 or more than 200 or in a range from 20 to 200 m or from 10 to 150 or from 20 to 100, particularly preferably in a range from 30 to 80 m.
  • At least 70% by weight of the spray granules cover an average flight distance of more than 20 m, for example more than 30 or more than 50 or more than 70 or from more than 100 or more than 150 or more than 200 or in a range from 20 to 200 m or from 10 to 150 or from 20 to 100, particularly preferably in a range from 30 to 80 m.
  • At least 80% by weight of the spray granules cover an average flight distance of more than 20 m, for example of more than 30 or more than 50 or more than 70 or from more than 100 or more than 150 or more than 200 or in a range from 20 to 200 m or from 10 to 150 or from 20 to 100, particularly preferably in a range from 30 to 80 m.
  • At least 90% by weight of the spray granulate cover an average flight distance of more than 20 m, for example of more than 30 or more than 50 or more than 70 or from more than 100 or more than 150 or more than 200 or in a range from 20 to 200 m or from 10 to 150 or from 20 to 100, particularly preferably in a range from 30 to 80 m.
  • silicon dioxide granules are obtained by roll granulating the silicon dioxide suspension.
  • Roll granulation is carried out by stirring the silicon dioxide suspension in the presence of a gas at an elevated temperature.
  • Roll granulation is preferably carried out in a stirred tank equipped with a stirring tool.
  • the stirred tank preferably rotates in the opposite direction to the stirring tool.
  • the stirred container also preferably has an inlet through which silicon dioxide powder can be introduced into the stirred container, an outlet through which silicon dioxide granulate can be removed, a gas inlet and a gas outlet.
  • a pen vortex is preferably used to stir the silicon dioxide suspension.
  • a pin vortex is understood to mean a stirring tool which is provided with a plurality of elongated pins, the longitudinal axis of which runs coaxially to the axis of rotation of the stirring tool. The sequence of movements of the pins preferably describes coaxial circles around the axis of rotation.
  • the silicon dioxide suspension is preferably adjusted to a pH value of less than 7, for example to a pH value in the range from 2 to 6.5, particularly preferably to a pH value in a range from 4 to 6.
  • an inorganic acid is preferably used, for example an acid selected from the group consisting of hydrochloric acid, sulfuric acid, nitric acid and phosphoric acid, particularly preferably hydrochloric acid.
  • An atmosphere selected from air, an inert gas, at least two inert gases or a combination of air with at least one inert gas, preferably at least two inert gases, is preferably present in the stirred container.
  • Preferred inert gases are selected from the list consisting of nitrogen, helium, neon, argon, krypton and xenon.
  • air, nitrogen or argon is present in the stirred container, particularly preferably air.
  • the atmosphere present in the stirred tank is more preferably part of a gas flow.
  • the gas flow is preferably introduced into the stirred tank via the gas inlet and discharged via the gas outlet.
  • the gas stream can take up further constituents in the stirred tank. During roll granulation, these can come from the silicon dioxide suspension and merge into the gas flow.
  • a dry gas stream is preferably fed to the stirred tank.
  • a “dry gas stream” is understood to mean a gas or a gas mixture whose relative humidity is below the condensation point at the temperature set in the stirred tank.
  • the gas is preferably preheated to a temperature in a range from 50 to 300 ° C, for example from 80 to 250 ° C, particularly preferably from 100 to 200 ° C.
  • 10 to 150 m 3 of gas per hour are introduced into the stirred vessel per 1 kg of the silicon dioxide suspension used, for example 20 to 100 m 3 of gas per hour, particularly preferably 30 to 70 m 3 of gas per hour.
  • the silicon dioxide suspension is dried by the gas flow while stirring with the formation of silicon dioxide granules.
  • the granules formed are removed from the stirring chamber.
  • the granules removed are preferably dried further.
  • the drying is preferably carried out continuously, for example in a rotary kiln.
  • Preferred temperatures for drying are in a range from 80 to 250.degree. C., for example in a range from 100 to 200.degree. C., particularly preferably in a range from 120 to 180.degree.
  • continuous means in relation to a method that this can be operated continuously. This means that substances and materials involved in the process can be added and removed continuously while the process is being carried out. It is not necessary to interrupt the procedure for this.
  • Continuous as an attribute of an object means that this object is designed in such a way that a process or process step that takes place in it can be carried out continuously.
  • the granules obtained by rolling granulation can be sieved. Sieving can be done before or after drying. Preference is given to sieving before drying. Granules with a particle size of less than 50 ⁇ m, for example with a particle size of less than 80 ⁇ m, particularly preferably with a particle size of less than 100 ⁇ m, are preferably sieved out.
  • granules with a particle size of more than 900 ⁇ m for example with a particle size of more than 700 ⁇ m, particularly preferably with a particle size of more than 500 ⁇ m, are sieved out.
  • larger particles can be screened out by any method known to the person skilled in the art and suitable for this purpose. Larger particles are preferably sieved off using a vibrating chute.
  • the roll granulation is characterized by at least one, for example two or three, particularly preferably all of the following features:
  • the gas temperature during introduction is 40 to 200 ° C;
  • Granules with a particle size of less than 100 ⁇ m and of more than 500 ⁇ m are sieved off;
  • the granules formed have a residual moisture content of 15 to 30% by weight;
  • the granules formed are dried at 80 to 250 ° C., preferably in a continuous drying tube, particularly preferably down to a residual moisture content of less than 1% by weight.
  • the silicon dioxide granulate obtained by granulation is preferably treated before it is processed into quartz glass bodies.
  • This pretreatment can serve various purposes that either facilitate processing into quartz glass bodies or influence the properties of the resulting quartz glass bodies.
  • the silicon dioxide granulate can be compressed, cleaned, surface modified or dried.
  • the silicon dioxide granulate has the following features:
  • G an aluminum content of less than 20 ppb
  • H a tapped density in a range from 0.7 to 1.2 g / cm 3 ;
  • the ppm and ppb each being based on the total weight of the silica granules.
  • the silicon dioxide granulate preferably has a metal content of metals other than aluminum of less than 1000 ppb, for example less than 500 ppb, particularly preferably less than 100 ppb, in each case based on the total weight of the silicon dioxide granulate. Often, however, the silicon dioxide granulate has a content of metals other than aluminum in an amount of at least 1 ppb.
  • the silicon dioxide granulate often has a metal content of metals other than aluminum of less than 1 ppm, preferably in a range from 40 to 900 ppb, for example in a range from 50 to 700 ppb, particularly preferably in a range from 60 to 500 ppb, respectively based on the total weight of the silicon dioxide granulate.
  • Such metals are, for example, sodium, lithium, potassium, magnesium, calcium, strontium, germanium, copper, molybdenum, titanium, iron and chromium. These can be present, for example, as an element, as an ion, or as part of a molecule or an ion or a complex.
  • the silicon dioxide granulate can contain further components, for example in the form of molecules, ions or elements.
  • the silicon dioxide granulate preferably contains less than 5 ppm, for example less than 3 ppm, particularly preferably less than 1 ppm, based in each case on the total weight of the silicon dioxide granulate, of atoms that are composed of Si, O, H, C, CI are different.
  • other constituents expressed as the amount of atoms that are different from Si, O, H, C, CI, are contained in an amount of at least 1 ppb.
  • the further constituents can in particular be selected from the group consisting of carbon, fluoride, iodide, bromide, phosphorus or a mixture of at least two of these.
  • the silicon dioxide granulate preferably contains less than 10 ppm carbon, for example less than 8 ppm or less than 5 ppm, particularly preferably less than 4 ppm, in each case based on the total weight of the silicon dioxide granulate. Often carbon is contained in the silicon dioxide granulate in an amount of at least 1 ppb.
  • the silicon dioxide granulate preferably contains less than 100 ppm, for example less than 80 ppm, particularly preferably less than 70 ppm, in each case based on the total weight of the silicon dioxide granulate, of further constituents. Often, however, the other ingredients are included in an amount of at least 1 ppb.
  • a fourth subject matter of the invention is a method for producing a quartz glass body at least including the process steps: i.) Providing the silicon dioxide granulate by a method as described in the third subject matter or as described in one of the embodiments mentioned in this context;
  • step i.) Can take place in any manner known to the person skilled in the art and suitable for the present method. This can be, for example, by the method already described for producing a silicon dioxide granulate according to the third subject, for example by spray granulation or roller granulation.
  • the silicon dioxide granulate obtained in this way is fed to a furnace and melted into a glass melt in step ii.).
  • the silicon dioxide granules can be produced by carrying out method steps (i) to (v) of the first subject matter of the invention, and then carrying out the method according to the third subject matter of the invention.
  • the embodiments preferred in both methods are also preferred here. Step ii.)
  • a glass melt is formed from the silicon dioxide granulate.
  • the silicon dioxide granulate is heated until a glass melt is obtained.
  • the heating of the silicon dioxide granulate to form a glass melt can in principle take place in any of the ways known to the person skilled in the art for this purpose.
  • the formation of a glass melt from the silicon dioxide granulate can be carried out by a continuous process.
  • the silicon dioxide granulate can preferably be introduced continuously into a furnace or the glass melt can be continuously removed from the furnace, or both. More preferably, the silicon dioxide granulate is continuously introduced into the furnace and the glass melt is continuously removed from the furnace.
  • a furnace which has at least one inlet and at least one outlet is suitable for this purpose.
  • An inlet is understood to be an opening through which silicon dioxide and possibly other substances can be introduced into the furnace.
  • An outlet is understood to mean an opening through which at least part of the silicon dioxide can be removed from the furnace.
  • the furnace can for example be oriented vertically and horizontally.
  • the furnace is preferably oriented vertically.
  • At least one inlet is preferably located above at least one outlet.
  • “above” means that the fixtures or the feature that is arranged “above” another is in a higher position above Has normal zero (NN).
  • “Vertical” is understood to mean that the direct connection between the inlet and the outlet of the furnace has a deviation of no more than 30 ° to the perpendicular direction.
  • the furnace includes a hanging sheet metal crucible.
  • the silicon dioxide granulate is introduced into the hanging sheet metal crucible and heated to obtain a glass melt.
  • a sheet metal crucible is understood to mean a crucible which contains at least one rolled sheet.
  • a sheet metal crucible preferably has a plurality of rolled sheets. These are connected to one another by suitable connecting means, for example rivets.
  • a hanging sheet metal crucible is understood to mean a sheet metal crucible of the type described above which is arranged hanging in an oven.
  • the hanging sheet metal crucible can in principle consist of all materials known to the person skilled in the art and suitable for melting silicon dioxide.
  • the sheet metal of the hanging sheet metal crucible preferably contains a sintered material, for example a so-called sintered metal.
  • Sintered metals are understood to mean metals or alloys that are obtained by sintering metal powders.
  • a sintered metal can be formed into a sheet, for example by rolling.
  • a sheet crucible made of sintered metal preferably contains two or more, or a plurality of sheets. These sheets can consist of rolled sintered metal.
  • the sheet metal of the metal crucible preferably contains at least one element selected from the group consisting of refractory metals.
  • Refractory metals are understood to mean the metals of the 4th subgroup (Ti, Zr, Hf), the 5th subgroup (V, Nb, Ta) and the 6th subgroup (Cr, Mo, W).
  • the sheet metal of the metal crucible preferably contains a sintered metal selected from the group consisting of molybdenum, tungsten or a combination thereof.
  • the sheet metal of the sheet metal crucible further preferably contains at least one further refractory metal, particularly preferably rhenium, osmium, iridium, ruthenium or a combination of two or more thereof.
  • the sheet metal of the metal crucible preferably contains an alloy of molybdenum with a refractory metal, or tungsten with a refractory metal.
  • Particularly preferred alloy metals are rhenium, osmium, iridium, ruthenium or a combination of two or more thereof.
  • the sheet metal of the metal crucible is an alloy of molybdenum with tungsten, rhenium, osmium, iridium, ruthenium or a combination of two or more thereof.
  • the sheet metal of the tin crucible is an alloy of tungsten with molybdenum, rhenium, osmium, iridium, ruthenium or a combination of two or more thereof.
  • the previously described sheet metal of the metal crucible can preferably be coated with a refractory metal.
  • the sheet metal of the tin crucible is coated with rhenium, osmium, iridium, ruthenium, molybdenum and tungsten, or a combination of two or more thereof.
  • the sheet metal and the coating preferably have different compositions.
  • a molybdenum sheet is coated with one or more layers of rhenium, osmium, iridium, ruthenium, tungsten, or any combination of two or more thereof.
  • a tungsten sheet is coated with one or more layers of rhenium, osmium, iridium, ruthenium, molybdenum or a combination of two or more thereof.
  • the sheet metal of the metal crucible can consist of molybdenum alloyed with rhenium or of tungsten alloyed with rhenium, and be coated on the inside of the crucible with one or more layers containing rhenium, osmium, iridium, ruthenium or a combination of two or more thereof.
  • the sheet metal of the hanging sheet metal crucible preferably has a density of 95% or more of the theoretical density, for example a density of 95% to 98% or from 96% to 98%. Higher theoretical densities, in particular in the range from 98 to 99.95%, are further preferred.
  • the theoretical density of a material corresponds to the density of a pore-free and 100% dense material.
  • a density of the sheet metal of the sheet metal crucible of more than 95% of the theoretical density can be obtained, for example, by sintering a sintered metal and then compacting the sintered material.
  • a sheet metal crucible is particularly preferably obtainable by sintering a sintered metal, rolling to obtain a sheet metal and processing the sheet metal into a crucible.
  • the sheet metal crucible preferably has at least one cover, one wall and one base plate.
  • the hanging sheet metal crucible preferably has at least one, for example at least two or at least three or at least four, particularly preferably at least five or all of the following features:
  • At least one sheet e.g. at least three or at least four or at least six or at least eight or at least twelve or at least 15 or at least 16 or at least 20 sheets, particularly preferably twelve or 16 sheets;
  • connection of two pieces of sheet metal e.g. at least two or at least five or at least ten or at least 18 or at least 24 or at least 36 or at least 48 or at least 60 or at least 72 or at least 48 or at least 96 or at least 120 or at least 160, particularly preferably 36 or 48 connections of two identical or several different sheet metal pieces of the hanging sheet metal crucible;
  • the sheet metal pieces of the hanging sheet metal crucible are riveted, for example to at least one connection, by deep drawing, for example by a combination of deep drawing with sheet metal attachment, or connected by countersinking, screwed or welded, e.g. by Electron beam welding and sintering of the welds, particularly preferably riveted;
  • the sheet metal of the hanging sheet metal crucible can be obtained by a deformation step which is associated with an increase in the physical density, preferably by deformation of a sintered metal or a sintered alloy; further preferably the forming is a rolling;
  • Refractory metal e.g. from the crucible material, preferably a water-cooled one
  • a mandrel for example a mandrel attached to the nozzle with bars, or a mandrel attached to the lid with a support rod, or a mandrel connected to a support rod from below the crucible;
  • At least one gas inlet e.g. in the form of a filling tube or as a separate inlet
  • the hanging sheet metal crucible can in principle be heated in any manner known to the person skilled in the art and which appears suitable for this purpose.
  • the hanging sheet metal crucible can be heated, for example, by means of electrical heating elements (resistive) or by induction.
  • resistive heating the solid surface of the metal crucible is heated from the outside and releases the energy from there to the inside.
  • inductive heating the energy is coupled directly into the side wall of the crucible by coils and from there it is released to the inside of the crucible.
  • resistive heating the energy is coupled in by radiation, the solid surface being heated from the outside and the energy being released from there on the inside.
  • the crucible is preferably heated inductively.
  • the energy input into the crucible does not take place by heating the crucible, or a material present therein, or both, by means of a flame, such as one in the crucible or on the crucible directed burner flame.
  • a flame such as one in the crucible or on the crucible directed burner flame.
  • no burners are provided for melting the material to be melted. Due to the hanging arrangement, the hanging sheet metal crucible can be moved in the furnace. The crucible can preferably be at least partially moved into and out of the furnace. If there are different heating zones in the furnace, their temperature profiles are transferred to the crucible in the furnace. By changing the position of the crucible in the furnace, several heating zones, varying heating zones or several varying heating zones can be implemented in the crucible.
  • the tin crucible has a nozzle.
  • the nozzle is formed from a nozzle material.
  • the nozzle material preferably contains a pre-compressed material, for example with a density in a range of more than 95%, for example from 98 to 100%, particularly preferably from 99 to 99.999%, in each case based on the theoretical density of the nozzle material.
  • the nozzle material preferably contains a refractory metal, for example molybdenum, tungsten or a combination thereof with a further refractory metal. Molybdenum is particularly preferred as the nozzle material.
  • a nozzle containing molybdenum can preferably have a density of 100% of the theoretical density.
  • the base plate contained in a metal crucible is preferably thicker than the sides of the metal crucible.
  • the base plate is preferably made of the same material as the sides of the sheet metal crucible.
  • the base plate of the metal crucible is preferably not a rolled sheet.
  • the base plate is, for example, 1.1 to 5000 times thicker or 2 to 1000 times thicker or 4 to 500 times thicker, particularly preferably 5 to 50 times thicker, in each case with respect to a wall of the sheet metal crucible.
  • the furnace includes a hanging or a standing sintered crucible.
  • the silicon dioxide granulate is introduced into the hanging or standing sintered crucible and heated to obtain a glass melt.
  • a sintered crucible is understood to mean a crucible which is made from a sintered material which contains at least one sintered metal and has a density of not more than 96% of the theoretical density of the metal.
  • Sintered metals are understood to mean metals or alloys that are obtained by sintering metal powders. The sintered material and the sintered metal in a sintered crucible are not rolled.
  • the sintered material of the sintered crucible preferably has a density of 85% or more of the theoretical density of the sintered material, for example a density of 85% to 95% or from 90% to 94%, particularly preferably from 91% to 93%.
  • the sintered material can in principle consist of all materials known to the person skilled in the art and suitable for melting silicon dioxide.
  • the sintered material is preferably made from at least one of the elements selected from the group consisting of refractory metals, graphite or materials lined with graphite foil.
  • the sintered material preferably contains a first sintered metal selected from the group consisting of molybdenum, tungsten and a combination thereof.
  • the sintered material also preferably contains at least one further refractory metal that is different from the first sintered metal, particularly preferably selected from the group consisting of molybdenum, tungsten, rhenium, osmium, iridium, ruthenium or a combination of two or more thereof.
  • the sintered material preferably contains an alloy of molybdenum with a refractory metal, or tungsten with a refractory metal. Rhenium, osmium, iridium, ruthenium or a combination of two or more thereof are particularly preferred as alloy metals. According to another example, the sintered material includes an alloy of molybdenum with tungsten, rhenium, osmium, iridium, ruthenium, or a combination of two or more thereof. For example, the sintered material includes an alloy of tungsten with molybdenum, rhenium, osmium, iridium, ruthenium, or a combination of two or more thereof.
  • the sintered material described above can contain a coating that contains a refractory metal, in particular rhenium, osmium, iridium, ruthenium or a combination of two or more thereof.
  • the coating includes rhenium, osmium, iridium, ruthenium, molybdenum, and tungsten, or a combination of two or more thereof.
  • the sintered material and its coating preferably have different compositions.
  • a sintered material including molybdenum is coated with one or more layers of rhenium, osmium, iridium, ruthenium, tungsten, or any combination of two or more thereof.
  • a sintered material including tungsten with one or more layers of rhenium, osmium, Iridium, ruthenium, molybdenum or any combination of two or more thereof are coated.
  • the sintered material can consist of molybdenum alloyed with rhenium or of tungsten alloyed with rhenium, and can be coated on the inside of the crucible with one or more layers containing rhenium, osmium, iridium, ruthenium or a combination of two or more thereof.
  • a sintering crucible is preferably manufactured by sintering the sintered material in a mold.
  • the sintering crucible can be manufactured as a whole in a mold. It is also possible for individual parts of the sintered crucible to be manufactured in a mold and then processed into the sintered crucible.
  • the crucible is preferably made from more than one part, for example from a base plate and one or more side parts. The side parts are preferably made in one piece based on the circumference of the crucible.
  • the sintered crucible can preferably be manufactured from several side parts arranged one above the other. The side parts of the sintered crucible are preferably sealed by screwing or by a tongue and groove connection.
  • a screwing is preferably done by manufacturing side parts that have a thread at the edges.
  • two side parts to be connected each have a groove at the edges, into which a tongue is inserted as a connecting third part, so that a positive connection is formed perpendicular to the crucible wall plane.
  • a sintering crucible is particularly preferably made from more than one side part, for example from two or more side parts, particularly preferably from three or more side parts.
  • the parts of the hanging sintered crucible are particularly preferably screwed together.
  • the parts of the upright sintered crucible are particularly preferably connected by means of a tongue and groove connection.
  • the base plate can in principle be connected to the crucible wall by any means known to the person skilled in the art and suitable for this purpose.
  • the base plate is provided with an external thread and is connected to the crucible wall by screwing the base plate into the crucible wall.
  • the base plate is connected to the crucible wall with the aid of screws.
  • the base plate is suspended in the sintered crucible, for example by placing the base plate on an inner collar of the crucible wall.
  • at least a part of the crucible wall and a thickened base plate are sintered in one piece.
  • the base plate and the crucible wall of the hanging sintered crucible are particularly preferably screwed together.
  • the bottom plate and the crucible wall of the standing sintered crucible are particularly preferably connected by means of a tongue and groove connection.
  • the base plate contained in a sintered crucible is preferably thicker than the sides, for example 1.1 to 20 times thicker or 1.2 to 10 times thicker or 1.5 to 7 times thicker, particularly preferably 2 to 5 times thicker.
  • the sides preferably have a constant wall thickness over the circumference and over the height of the sintered crucible.
  • the sintering crucible has a nozzle.
  • the nozzle is formed from a nozzle material.
  • the nozzle material preferably contains a pre-compressed material, for example with a density in a range of more than 95%, for example from 98 to 100%, particularly preferably from 99 to 99.999%, in each case based on the theoretical density of the nozzle material.
  • the nozzle material preferably contains a refractory metal, for example molybdenum, tungsten or a combination thereof with a refractory metal. Molybdenum is particularly preferred as the nozzle material.
  • a nozzle containing molybdenum can preferably have a density of 100% of the theoretical density.
  • the hanging sintered crucible can in principle be heated in any manner familiar to the person skilled in the art and appearing suitable for this purpose.
  • the hanging sintered crucible can be heated inductively or resistively, for example.
  • inductive heating the energy is coupled directly into the side wall of the sintered crucible by coils and from there released to the inside of the crucible.
  • resistive heating the energy is coupled in by radiation, with the solid surface being heated from the outside and the energy being released from there on the inside.
  • the sintered crucible is preferably heated inductively.
  • resistive heating the energy is coupled in by radiation, the solid surface being heated from the outside and the energy being released from there on the inside.
  • the crucible is preferably heated inductively.
  • the energy input into the crucible does not take place by heating the crucible, or a material present therein, or both, by means of a flame, such as one in the crucible or on the crucible directed burner flame.
  • the sintered crucible preferably has one or more than one heating zone, for example one or two or three or more than three heating zones, preferably one or two or three heating zones, particularly preferably one heating zone.
  • the heating zones of the sintered crucible can be brought to the same or different temperatures.
  • all heating zones can be set to one temperature or all heating zones can be set to different temperatures or two or more heating zones be brought to different temperatures independently of one another on one and one or more heating zones. All heating zones are preferably brought to different temperatures, for example the temperature of the heating zones increases in the direction of the material transport of the silicon dioxide granulate.
  • a hanging sintering crucible is understood to mean a sintering crucible of the type described above which is arranged hanging in a furnace.
  • the hanging sintered crucible preferably has at least one, for example at least two or at least three or at least four, particularly preferably all of the following features:
  • ⁇ a ⁇ a suspension preferably a height-adjustable suspension
  • ⁇ b ⁇ at least two sealed rings as side parts, preferably at least two rings screwed together as side parts;
  • a mandrel for example a mandrel attached to the nozzle with bars or a mandrel attached to the lid with a support rod or a mandrel connected to a support rod from below the crucible;
  • At least one gas inlet e.g. in the form of a filling pipe or as a separate inlet, particularly preferably in the form of a filling pipe;
  • ⁇ f ⁇ at least one gas outlet, e.g. on the lid or in the wall of the crucible.
  • a cooled jacket particularly preferably a water-cooled jacket
  • an insulation on the outside of the crucible for example on the outside of the cooled jacket, preferably an insulation layer made of zirconium oxide.
  • the preferred suspension is a suspension attached during manufacture of the hanging sintered crucible, for example a suspension provided as an integral part of the crucible, particularly preferably a suspension made of the sintered material provided as an integral part of the crucible.
  • Another preferred suspension is a suspension attached to the sintered crucible made of a material different from the sintered material, for example aluminum, steel, iron, nickel or copper, preferably made of copper, particularly preferably a cooled one, for example a water-cooled one attached to the sintered crucible Suspension made of copper.
  • the hanging sintering crucible can be moved in the furnace.
  • the crucible can preferably be at least partially moved into and out of the furnace. If there are different heating zones in the furnace, their temperature profiles are transferred to the crucible in the furnace. By changing the position of the crucible in the furnace, several heating zones, varying heating zones or several varying heating zones can be implemented in the crucible.
  • a standing sintered crucible is understood to mean a sintered crucible of the type described above which is arranged upright in a furnace.
  • the standing sintered crucible preferably has at least one, for example at least two or at least three or at least four, particularly preferably all of the following features:
  • an area shaped as a standing surface preferably an area shaped as a standing surface on the bottom of the crucible, more preferably an area shaped as a standing surface in the base plate of the crucible, particularly preferably an area shaped as a standing surface on the outer edge of the bottom of the crucible;
  • Id a nozzle, preferably a nozzle firmly connected to the crucible, particularly preferably a region of the bottom of the crucible that is not shaped as a standing surface;
  • a mandrel for example a mandrel attached to the nozzle with bars or a mandrel attached to the cover with bars or a mandrel connected to a holding rod from below the crucible;
  • the upright sintering crucible preferably has a separation of the gas spaces in the furnace and in the area below the furnace.
  • the area below the furnace is understood to mean the area below the nozzle in which the removed glass melt is located.
  • the gas spaces are preferably separated by the surface on which the crucible stands. Gas that is in the gas space of the furnace between the inner wall of the furnace and the outer wall of the crucible cannot escape down into the area below the furnace.
  • the removed glass melt has no contact with the gases from the gas space of the furnace.
  • glass melts removed from a furnace with an upright sintered crucible and quartz glass bodies formed therefrom have a higher surface purity than glass melts and quartz glass bodies formed from a furnace with a sintered crucible arranged in a suspended manner.
  • the crucible is preferably connected to the inlet and the outlet of the furnace in such a way that silicon dioxide granulate can enter the crucible through the inlet of the crucible via the inlet of the crucible and molten glass can be removed through the outlet of the crucible and the outlet of the furnace.
  • the crucible preferably contains at least one opening, preferably several openings, through which gas can be introduced and discharged.
  • the crucible preferably comprises at least two openings, at least one being able to be used as a gas inlet and at least one being used as a gas outlet.
  • the use of at least one opening as a gas inlet and at least one opening as a gas outlet preferably leads to a gas flow in the crucible.
  • the silicon dioxide granulate is introduced into the crucible through the inlet of the crucible and then heated in the crucible.
  • the heating can be carried out in the presence of a gas or a mixture of two or more gases.
  • water bound to the silicon dioxide granulate can also pass into the gas phase and thus form another gas.
  • the gas or the mixture of two or more gases is located in the gas space of the crucible.
  • the gas space of the crucible is understood to mean the area inside the crucible that is not occupied by a solid or liquid phase.
  • Suitable gases are, for example, hydrogen, inert gases and two or more of them. Inert gases are understood to mean gases that do not react with the substances provided in the crucible up to a temperature of 2400 ° C.
  • Preferred inert gases are nitrogen, helium, neon, argon, krypton and xenon, particularly preferably argon and helium.
  • the heating is preferably carried out in a reducing atmosphere.
  • This can preferably be provided by hydrogen or a combination of hydrogen and an inert gas, for example by a combination of hydrogen and helium, or of hydrogen and nitrogen, or of hydrogen and argon, particularly preferably a combination of hydrogen and helium.
  • An at least partial gas exchange of air, oxygen and water for hydrogen, at least one inert gas, or a combination of hydrogen and at least one inert gas is preferably carried out on the silicon dioxide granulate.
  • the at least partial gas exchange is carried out on the silicon dioxide granulate when the silicon dioxide granulate is introduced, or before the heating, or during the heating, or during at least two of the aforementioned activities.
  • the silicon dioxide granulate is preferably heated to melt in a gas stream of hydrogen and at least one inert gas, for example argon or helium.
  • the furnace preferably also a crucible located therein, preferably has at least one gas outlet through which gas supplied to the furnace and formed during operation of the furnace is withdrawn.
  • the furnace can also have at least one dedicated gas inlet.
  • gas can be introduced through the solids feed, also referred to as the solids inlet, for example together with the silicon dioxide particles, or before, after, or by a combination of two or more of the aforementioned possibilities.
  • the furnace and the gas flow are preferably characterized by the features described in the context of the first subject.
  • the gas flow is preferably formed by introducing a gas through an inlet into the furnace and by discharging a gas from the furnace through an outlet.
  • the “gas exchange rate” is understood to mean the volume of gas that is led out of the furnace through the outlet over time.
  • the gas exchange rate is also referred to as the throughput of the gas flow or the volume throughput.
  • the gas exchange rate of the gas stream is preferably in a range from 200 to 3000 liters / h, for example from 200 to 2000 liters / h, particularly preferably from 200 to 1000 liters / h.
  • the furnace temperature for melting the silicon dioxide granulate is preferably in the range from 1700 to 2500 ° C, for example in the range from 1900 to 2400 ° C, particularly preferably in the range from 2100 to 2300 ° C.
  • the residence time in the oven is preferably in a range from 1 hour to 50 hours, for example 1 to 30 hours, particularly preferably 5 to 20 hours.
  • the dwell time means the time which is required in accordance with the method to remove a filling quantity of the melting furnace from the melting furnace in which the glass melt is formed while the method is being carried out.
  • the filling quantity is the total mass of silicon dioxide present in the melting furnace.
  • the silicon dioxide can be present as a solid and as a glass melt.
  • the furnace temperature preferably increases over the length in the direction of the material transport.
  • the furnace temperature preferably increases over the length, in the direction of the material transport, by at least 100 ° C., for example by at least 300 ° C. or by at least 500 ° C.
  • the highest temperature in the furnace is preferably 1700 to 2500 ° C, for example 1900 to 2400 ° C, particularly preferably 2100 to 2300 ° C.
  • the oven temperature can increase uniformly or according to a temperature profile.
  • the furnace temperature preferably decreases before the glass melt is removed from the furnace.
  • the furnace temperature preferably decreases by 50 to 500.degree. C., for example by 100.degree. C. or by 400.degree. C., particularly preferably by 150 to 300.degree. C., before the glass melt is removed from the furnace.
  • the temperature of the molten glass during removal is preferably 1750 to 2100 ° C, for example 1850 to 2050 ° C, particularly preferably 1900 to 2000 ° C.
  • the furnace temperature preferably increases over the length, in the direction of the material transport, and decreases before the glass melt is removed from the furnace.
  • the furnace temperature preferably increases over the length, in the direction of material transport, by at least 100 ° C., for example by at least 300 ° C. or by at least 500 ° C. or by at least 700 ° C., particularly preferably by at least 1000 ° C.
  • the highest temperature in the furnace is preferably 1700 to 2500 ° C, for example 1900 to 2400 ° C, particularly preferably 2100 to 2300 ° C.
  • the furnace temperature preferably decreases by 50 to 500.degree. C., for example by 100.degree. C. or by 400.degree. C., particularly preferably by 150 to 300.degree. C., before the glass melt is removed from the furnace.
  • the furnace preferably has at least a first and a further chamber connected to one another by a passage, the first and the further chamber having different temperatures, the temperature of the first chamber being lower than the temperature of the further chamber.
  • a glass melt is formed from the silicon dioxide granulate.
  • This chamber is referred to below as the melting chamber.
  • a chamber connected to the melting chamber via a material guide, but located upstream, is also referred to as a preheating section. It is, for example, the one in which at least one outlet is directly connected to an inlet of the melting chamber.
  • the aforementioned arrangement can also be designed in independent ovens.
  • the melting chamber is a melting furnace. With regard to the further description, however, the melting furnace can be synonymous with Melting chamber are understood. Accordingly, the comments on the melting furnace also apply to the melting chamber, and vice versa.
  • the concept of the preheating section is the same for both approaches.
  • the silicon dioxide granulate preferably has a temperature in a range from 20 to 1300 ° C. on entering the furnace.
  • the silicon dioxide granulate is not tempered before it enters the melting chamber.
  • the silicon dioxide granulate when entering the furnace, has a temperature in a range from 20 to 40 ° C, particularly preferably from 20 to 30 ° C.
  • silicon dioxide granulate II is provided according to step i.), It preferably has a temperature in a range from 20 to 40 ° C., particularly preferably from 20 to 30 ° C., when it enters the furnace.
  • the silicon dioxide granulate is tempered to a temperature in a range from 40 to 1300 ° C. before entering the furnace. Tempering means setting the temperature to a selected value.
  • the temperature control can in principle take place in any of the ways known to the person skilled in the art and known for temperature control of silicon dioxide granules.
  • the temperature control can take place in a furnace that is arranged separately from the melting chamber or in a furnace that is connected to the melting chamber.
  • the temperature control preferably takes place in a chamber connected to the melting chamber.
  • the furnace therefore preferably comprises a preheating section in which the silicon dioxide can be tempered.
  • the preheating section itself is preferably a continuous furnace, particularly preferably a rotary kiln.
  • a continuous furnace is understood to mean a heated chamber which, during operation, causes the silicon dioxide to move from an inlet of the continuous furnace to an outlet of the continuous furnace.
  • the outlet is preferably connected directly to the inlet of the melting furnace. In this way, the silicon dioxide granulate can get into the melting furnace from the preheating section without further intermediate steps or measures.
  • the preheating section comprises at least one gas inlet and at least one gas outlet.
  • Gas can enter the interior space, the gas space of the preheating section, through the gas inlet, and it can be discharged through the gas outlet. It is also possible to introduce gas into the preheating section via the inlet for the silicon dioxide granulate of the preheating section. Gas can also be discharged via the outlet of the preheating section and then separated from the silica granules. Furthermore, gas can preferably be supplied to the preheating section via the inlet for the silicon dioxide granulate and a gas inlet, and discharged via the outlet of the preheating section and a gas outlet of the preheating section.
  • a gas flow is preferably formed in the preheating section by using the gas inlet and the gas outlet.
  • gases are, for example, hydrogen, inert gases and two or more of them.
  • Preferred inert gases are nitrogen, helium, neon, argon, krypton and xenon, particularly preferably nitrogen and helium.
  • a reducing atmosphere is preferably present in the preheating section. This can preferably be provided by hydrogen or a combination of hydrogen and an inert gas, for example by a combination of hydrogen and helium or by hydrogen and nitrogen, particularly preferably by a combination of hydrogen and helium.
  • there is an oxidizing atmosphere in the preheating section This can preferably be provided by oxygen or a combination of oxygen and one or more further gases; air is particularly preferred. It is furthermore possible to control the temperature of the silicon dioxide in the preheating section at reduced pressure.
  • the silica granules when entering the furnace, have a temperature in a range from 100 to 1100 ° C or from 300 to 1000 or from 600 to 900 ° C.
  • the furnace includes at least two chambers.
  • the furnace preferably includes a first and at least one further chamber.
  • the first and the further chamber are connected to one another by a passage.
  • the at least two chambers can in principle be arranged as desired in the furnace, preferably vertically or horizontally, particularly preferably vertically.
  • the chambers in the furnace are preferably arranged in such a way that when the method according to the first object is carried out, silicon dioxide granulate passes through the first chamber and is then heated in the further chamber to obtain a glass melt.
  • the further chamber preferably has the above-described features of the melting furnace and the crucible arranged therein.
  • each of the chambers contains an inlet and an outlet.
  • the inlet of the furnace is preferably connected to the inlet of the first chamber by a passage.
  • the outlet of the furnace is preferably connected to the outlet of the further chamber through a passage.
  • the outlet of the first chamber is preferably connected to the inlet of the further chamber through a passage.
  • the chambers are preferably arranged in the furnace in such a way that the silicon dioxide granulate can pass through the inlet of the furnace into the first chamber.
  • the chambers are preferably arranged in the furnace in such a way that a silicon dioxide glass melt can be removed from the further chamber through the outlet of the furnace.
  • the silicon dioxide granulate can get into the first chamber through the inlet of the furnace and a silicon dioxide glass melt can be removed from a further chamber through the outlet of the furnace.
  • the silicon dioxide can pass through the passage in the form of granules or powder in the direction of material transport specified by the method from a first into a further chamber.
  • Chambers connected by a passage include arrangements in which further intermediate elements are arranged in the direction of material transport between a first and a further chamber.
  • gases, liquids and solids can pass through the passage.
  • Silicon dioxide powder, suspensions of silicon dioxide powder and silicon dioxide granulate can preferably pass the transition between a first and a further chamber. While the method according to the invention is being carried out, all of the substances introduced into the first chamber can reach the further chamber via the passage between the first and the further chamber.
  • Preferably only silicon dioxide in the form of granules or powder reaches the further chamber via the passage between the first and further chambers.
  • the passage between the first and the further chamber is preferably closed by the silicon dioxide, so that the gas space of the first and the further chamber are separated from each other, preferably so that different gases or gas mixtures, different pressures or both can be present in the gas spaces.
  • the passage is formed by a lock, preferably by a rotary valve.
  • the first chamber of the furnace preferably has at least one gas inlet and at least one gas outlet.
  • the gas inlet can in principle have any shape known to the person skilled in the art and suitable for introducing a gas, for example a nozzle, a valve or a pipe.
  • the gas outlet can in principle have any shape known to the person skilled in the art and suitable for discharging a gas, for example a nozzle, a valve or a pipe.
  • silicon dioxide granulate is introduced into the first chamber through the inlet of the furnace and heated. The heating can be carried out in the presence of one gas or a combination of two or more gases. For this purpose, the gas or the combination of two or more gases is present in the gas space of the first chamber.
  • the gas space of the first chamber is understood to mean the area of the first chamber that is not occupied by a solid or liquid phase.
  • gases are, for example, hydrogen, oxygen, inert gases and two or more of them.
  • Preferred inert gases are nitrogen, helium, neon, argon, krypton and xenon, nitrogen, helium and a combination thereof are particularly preferred.
  • the heating is preferably carried out in a reducing atmosphere. This can preferably be provided by hydrogen or a combination of hydrogen and helium.
  • the silicon dioxide granulate is heated in the first chamber in a stream of the gas or the combination of two or more gases.
  • the silicon dioxide granulate in the first chamber is heated at reduced pressure, for example at a pressure of less than 500 mbar or less than 300 mbar, for example 200 mbar or less.
  • the first chamber is preferably provided with at least one device with which the silicon dioxide granulate is moved.
  • all devices can be selected which are known to the person skilled in the art and appear suitable for this purpose. Stirring, pouring or swiveling devices are particularly suitable.
  • the temperatures in the first and in the further chamber are different.
  • the temperature in the first chamber is preferably lower than the temperature in the further chamber.
  • the temperature difference between the first and the further chamber is preferably in a range from 600 to 2400 ° C., for example in a range from 1000 to 2000 ° C. or from 1200 to 1800 ° C., particularly preferably in a range from 1500 to 1700 ° C.
  • the temperature in the first chamber is more preferably 600 to 2400 ° C., for example 1000 to 2000 ° C. or 1200 to 1800 ° C., particularly preferably 1500 to 1700 ° C. lower than the temperature in the further chamber.
  • the first chamber of the furnace is a preheating section, particularly preferably a preheating section as described above, which has the features described above.
  • the preheating section is preferably connected to the further chamber through a passage.
  • silicon dioxide passes from the preheating section via a passage into the further chamber.
  • the passage between the preheating section and the further chamber can be closed so that no gases introduced into the preheating section can pass through the opening into the further chamber.
  • the passage between the preheating section and the further chamber is preferably closed so that the silicon dioxide does not come into contact with water.
  • the passage between the preheating section and the further chamber can be closed so that the gas space of the preheating section and the first chamber are separated from one another in such a way that different gases or gas mixtures, different pressures or both can be present in the gas spaces.
  • the configurations described above are preferably suitable as the passage.
  • the first chamber of the furnace is not a preheating section.
  • the first chamber is an equalization chamber.
  • a compensation chamber is understood to be a chamber of the furnace in which throughput variations in an upstream preheating section or throughput differences between a preheating section and the further chamber are compensated.
  • a rotary kiln can be connected upstream of the first chamber as described above. This usually has a throughput that can vary by up to 6% of the average throughput.
  • silicon dioxide is kept in a compensation chamber at the temperature at which it enters the compensation chamber.
  • the furnace it is also possible for the furnace to have a first chamber and more than one further chamber, for example two further chambers or three further chambers or four further chambers or five further chambers or more than five further chambers, particularly preferably two further chambers.
  • the first chamber is preferably a preheating section
  • the first of the further chambers is an equalization chamber
  • the second of the further chambers is the melting chamber, based on the direction of material transport.
  • an additive is present in the first chamber.
  • the additive is preferably selected from the group consisting of halogens, inert gases, bases, oxygen or a combination of two or more thereof.
  • halogens in elemental form and halogen compounds are suitable as additives.
  • Preferred halogens are selected from the group consisting of chlorine, fluorine, chlorine-containing compounds and fluorine-containing compounds. Elemental chlorine and hydrogen chloride are particularly preferred.
  • all inert gases and mixtures of two or more thereof are suitable as additives. Preferred inert gases are nitrogen, helium or a combination thereof.
  • Bases are in principle also suitable as additives.
  • Preferred bases as additives are inorganic and organic bases.
  • Oxygen is also suitable as an additive.
  • the oxygen is preferably present as an oxygen-containing atmosphere, for example in combination with an inert gas or a mixture of two or more inert gases, particularly preferably in combination with nitrogen, helium or nitrogen and helium.
  • the first chamber can in principle contain any material that is known to the person skilled in the art and is suitable for heating silicon dioxide.
  • the first chamber preferably contains at least one element selected from the group consisting of quartz glass, a refractory metal, aluminum and a combination of two or more thereof, particularly preferably the first chamber contains quartz glass or aluminum.
  • the temperature in the first chamber preferably does not exceed 600 ° C. if the first chamber contains a polymer or aluminum.
  • the temperature in the first chamber is preferably 100 to 1100 ° C. if the first chamber contains quartz glass.
  • the first chamber preferably contains essentially quartz glass.
  • the silicon dioxide When the silicon dioxide is transported from the first chamber to the further chamber through the passage between the first and the further chamber, the silicon dioxide can in principle be in any desired state.
  • the silicon dioxide is preferably in the form of a solid, for example as particles, powder or granules. According to one embodiment of the first object, the silicon dioxide is transported from the first to the further chamber as granules.
  • the further chamber is a crucible made of a sheet metal or a sintered material which contains a sintered metal, the sheet metal or the sintered metal being selected from the group consisting of molybdenum, tungsten and a combination thereof.
  • the glass melt is withdrawn from the furnace through the outlet, preferably via a nozzle.
  • a quartz glass body is formed from at least part of the glass melt.
  • at least part of the glass melt produced in step ii) is preferably removed and the quartz glass body is formed therefrom.
  • a portion of the glass melt produced in step ii) can in principle be removed continuously from the melting furnace or the melting chamber, or after the glass melt has been produced. Part of the glass melt is preferably removed continuously.
  • the glass melt is removed through the outlet from the furnace or the outlet from the melting chamber, in each case preferably via a nozzle.
  • the glass melt can be cooled before, during or after removal to a temperature which enables the glass melt to be shaped. As the glass melt cools down, the viscosity of the glass melt increases.
  • the molten glass is preferably cooled to such an extent that the shape formed is retained during molding and, at the same time, the molding can be carried out as quickly, reliably and with little effort as possible.
  • the person skilled in the art can easily determine the viscosity of the glass melt for molding by varying the temperature of the glass melt on the mold.
  • the molten glass preferably has a temperature in the range from 1750 to 2100 ° C., for example 1850 to 2050 ° C., particularly preferably 1900 to 2000 ° C., when it is removed.
  • the molten glass is preferably at a temperature of less than 500 ° C., for example less than 200 ° C. or less than 100 ° C. or less than 50 ° C., particularly preferably to a temperature in the range from 20 to 30 ° C cooled.
  • the formed quartz glass body can be a solid body or a hollow body.
  • a solid body is understood to mean a body which consists essentially of a single material. Nevertheless, a solid body can have one or more inclusions, for example gas bubbles. Such inclusions in a solid body often have a size of 65 mm 3 or less, for example less than 40 mm 3 , or less than 20 mm 3 , or less than 5 mm 3 , or less than 2 mm 3 , particularly preferably less than 0.5 mm 3 .
  • a solid body preferably contains less than 0.02% by volume of its volume, for example less than 0.01% by volume or less than 0.001% by volume, of inclusions, in each case based on the total volume of the solid body.
  • the quartz glass body has an external shape.
  • the outer shape is understood to mean the shape of the outer edge of the cross section of the quartz glass body.
  • the external shape of the quartz glass body is preferably round, elliptical or polygonal in cross section with three or more corners, for example 4, 5, 6, 7 or 8 corners; the quartz glass body is particularly preferably round.
  • the quartz glass body preferably has a length in the range from 100 to 10000 mm, for example from 1000 to 4000 mm, particularly preferably from 1200 to 3000 mm.
  • the quartz glass body preferably has an external diameter in the range from 1 to 500 mm, for example in a range from 2 to 400 mm, particularly preferably in a range from 5 to 300 mm.
  • the quartz glass body is shaped using a nozzle. To do this, the glass melt is passed through the nozzle.
  • the outer shape of a quartz glass body formed by the nozzle is determined by the shape of the opening of the nozzle. If the opening of the nozzle is round, a cylinder is formed when the quartz glass body is formed. If the opening of the nozzle has a structure, this structure is transferred to the outer shape of the quartz glass body.
  • a quartz glass body, which is formed by means of a nozzle with structures at the opening, has an image of the structures in the longitudinal direction on the glass strand.
  • the nozzle is integrated in the melting furnace. It is preferably integrated into the melting furnace as part of the crucible, particularly preferably as part of the outlet of the crucible.
  • the at least part of the glass melt is preferably removed through the nozzle.
  • the outer shape of the quartz glass body is formed by removing at least part of the glass melt through the nozzle.
  • the quartz glass body is preferably cooled after it has been formed in order to retain its shape. After molding, the quartz glass body is preferably cooled to a temperature which is at least 1000 ° C below the temperature of the glass melt during molding, for example at least 1500 ° C or at least 1800 ° C, particularly preferably 1900 to 1950 ° C.
  • the quartz glass body is preferably cooled to a temperature of less than 500 ° C., for example less than 200 ° C. or less than 100 ° C. or less than 50 ° C., particularly preferably to a temperature in the range from 20 to 30 ° C.
  • the quartz glass body obtained can be treated with at least one measure selected from the group consisting of chemical, thermal or mechanical treatment.
  • the quartz glass body is preferably chemically aftertreated.
  • Post-treatment concerns the treatment of a quartz glass body that has already been formed.
  • Chemical aftertreatment of the quartz glass body is understood in principle to mean any measure that is known to the person skilled in the art and appears suitable for changing the chemical structure or the composition of the surface of the quartz glass body, or both, through the use of substances.
  • the chemical aftertreatment preferably comprises at least one measure selected from the group consisting of treatment with fluorine compounds and ultrasonic cleaning.
  • Particularly suitable fluorine compounds are hydrogen fluoride and fluorine-containing acids, for example hydrofluoric acid.
  • the liquid preferably has a content of fluorine compounds in a range from 35 to 55% by weight, preferably in a range from 35 to 45% by weight, the% by weight in each case based on the total amount of liquid. The remainder to 100% by weight is usually water. Deionized or deionized water is preferably selected as the water.
  • Ultrasonic cleaning is preferably carried out in a liquid bath, particularly preferably in the presence of detergents.
  • no fluorine compounds for example hydrofluoric acid or hydrogen fluoride, are generally used.
  • the ultrasonic cleaning of the quartz glass body is preferably carried out under at least one, for example at least two or at least three or at least four or at least five, particularly preferably all of the following conditions:
  • Ultrasonic cleaning takes place in a continuous process.
  • the system for ultrasonic cleaning has six chambers connected to one another by pipes.
  • the residence time of the quartz glass body in each chamber can be adjusted.
  • the residence time of the quartz glass body in each chamber is preferably the same.
  • the residence time in each chamber is preferably in a range from 1 to 120 minutes, for example from less than 5 minutes or from 1 to 5 minutes or from 2 to 4 minutes or from less than 60 minutes or from 10 to 60 minutes or from 20 minutes to 50 min, particularly preferably in a range from 5 to 60 min.
  • the first chamber comprises a basic medium, preferably containing water and a base, and an ultrasonic cleaner.
  • the third chamber comprises an acidic medium, preferably containing water and an acid, and an ultrasonic cleaner.
  • the quartz glass body is cleaned with water, preferably demineralized water.
  • the fourth to sixth chambers are operated as a cascade with water, preferably desalinated water.
  • the water is preferably only introduced into the sixth chamber and runs from the sixth into the fifth and from the fifth into the fourth chamber.
  • the quartz glass body is preferably thermally post-treated.
  • Thermal aftertreatment of the quartz glass body is understood in principle to mean any measure that is known to the person skilled in the art and appears suitable for changing the shape or structure of the quartz glass body or both by the action of temperature.
  • the thermal aftertreatment preferably comprises at least one measure selected from the group consisting of tempering, upsetting, inflating, pulling out, welding and a combination of two or more thereof.
  • the thermal aftertreatment is preferably carried out without the aim of removing material.
  • the tempering is preferably carried out by heating the quartz glass body in a furnace, preferably to a temperature in a range from 900 to 1300 ° C., for example in a range from 900 to 1250 ° C. or from 1040 to 1300 ° C., particularly preferably in one range from 1000 to 1050 ° C or from 1200 to 1300 ° C.
  • a temperature of 1300 ° C. is preferably not exceeded for a continuous period of more than 1 hour, particularly preferably a temperature of 1300 ° C. is not exceeded during the entire thermal treatment period.
  • the tempering can in principle take place at reduced pressure, at normal pressure or at elevated pressure, preferably at reduced pressure, particularly preferably in vacuo.
  • the upsetting is preferably carried out by heating the quartz glass body, preferably to a temperature of about 2100 ° C., and subsequent shaping during a rotating rotary movement, preferably at a rotary speed of about 60 rpm.
  • a quartz glass body in the form of a rod can be formed into a cylinder by upsetting.
  • a quartz glass body can preferably be inflated by blowing a gas into the quartz glass body.
  • a quartz glass body can be blown into a large tube.
  • the quartz glass body is preferably heated, preferably to a temperature of about 2100 ° C., while a rotating rotary movement, preferably at a speed of rotation of about 60 rpm, is carried out and the interior is flushed with a gas, preferably at a defined and regulated Internal pressure up to about 100 mbar.
  • a large pipe is understood to mean a pipe with an outside diameter of at least 500 mm.
  • a quartz glass body can preferably be drawn out. Pulling out is preferably carried out by heating the quartz glass body, preferably to a temperature of about 2100 ° C., and then drawing at a controlled pulling speed to the desired outer diameter of the quartz glass body.
  • lamp tubes can be formed from quartz glass bodies by drawing them out.
  • the quartz glass body is preferably post-treated mechanically.
  • Mechanical aftertreatment of the quartz glass body is understood in principle to mean any measure that is known to the person skilled in the art and appears suitable for changing the shape of the quartz glass body by an abrasive measure or dividing the quartz glass body into several pieces.
  • the mechanical aftertreatment includes at least one measure selected from the group consisting of grinding, drilling, honing, sawing, water jet cutting, laser cutting, roughening by sandblasting, milling and a combination of two or more thereof.
  • the quartz glass body is preferred with a combination of these measures, for example with a combination of a chemical and a thermal aftertreatment or a chemical and a mechanical aftertreatment or a thermal and a mechanical aftertreatment, particularly preferably with a combination of a chemical, a thermal and a mechanical aftertreatment treated.
  • the quartz glass body can preferably be subjected to several of the aforementioned measures, independently of one another.
  • the method can contain the following, optional method step:
  • the hollow body formed has an inner and an outer shape.
  • the internal shape is understood to mean the shape of the inner edge of the hollow body in cross section.
  • the inner and outer shape of the cross section of the hollow body can be the same or different.
  • the inner and outer shape of the hollow body can be round, elliptical or polygonal in cross section with three or more corners, for example 4, 5, 6, 7 or 8 corners.
  • the outer shape of the cross section preferably corresponds to the inner shape of the cross section of the hollow body.
  • the hollow body particularly preferably has a round inner and a round outer shape in cross section.
  • the hollow body can differ in the inner and outer shape.
  • the hollow body preferably has a round outer shape and a polygonal inner shape in cross section.
  • the hollow body particularly preferably has a round outer shape and a hexagonal inner shape in cross section.
  • the hollow body preferably has a length in the range from 100 to 10000 mm, for example from 1000 to 4000 mm, particularly preferably from 1200 to 2000 mm.
  • the hollow body preferably has a wall thickness in a range from 0.8 to 50 mm, for example in a range from 1 to 40 mm or from 2 to 30 mm or from 3 to 20 mm, particularly preferably in a range from 4 to 10 mm .
  • the hollow body preferably has an outside diameter of 2.6 to 400 mm, for example in a range from 3.5 to 450 mm, particularly preferably in a range from 5 to 300 mm.
  • the hollow body preferably has an inside diameter of 1 to 300 mm, for example in a range from 5 to 280 mm or from 10 to 200 mm, particularly preferably in a range from 20 to 100 mm.
  • the hollow body contains one or more openings.
  • the hollow body preferably contains an opening.
  • the hollow body preferably contains an even number of openings, for example 2, 4, 6, 8, 10, 12, 14, 16, 18 or 20 openings.
  • the hollow body preferably contains two openings.
  • the hollow body is preferably a tube. This shape of the hollow body is particularly preferred when the light guide contains only one core.
  • the hollow body can have more than two openings contain.
  • the openings are preferably located opposite one another in pairs in the ends of the quartz glass body. For example, each end of the quartz glass body has 2, 3, 4, 5, 6, 7 or more than 7 openings, particularly preferably 5, 6 or 7 openings.
  • Preferred shapes are, for example, tubes, twin tubes, that is to say tubes with two parallel channels, multi-channel rods, that is to say tubes with more than two parallel channels.
  • the hollow body can in principle be shaped in all ways known to the person skilled in the art.
  • the hollow body is preferably shaped by means of a nozzle.
  • the nozzle preferably contains a device in the center of its opening which diverts the glass melt during molding.
  • a hollow body can be formed from a glass melt.
  • a hollow body can be formed by using a nozzle and subsequent post-treatment.
  • all methods known to those skilled in the art for producing a hollow body from a solid body for example the upsetting of channels, drilling, honing or grinding, are suitable as post-treatment.
  • a preferred post-treatment is to guide the solid body over one or more mandrels, a hollow body being formed.
  • the mandrel can also be introduced into the solid body to form a hollow body.
  • the hollow body is preferably cooled after it has been formed.
  • the hollow body is preferably at a temperature of less than 500 ° C., for example less than 200 ° C. or less than 100 ° C. or less than 50 ° C., particularly preferably to a temperature in the range from 20 to 30 ° C cooled.
  • step i.) it is possible to subject the silicon dioxide granulate provided in step i.) to one or more pretreatment steps before it is heated in step ii.) Until a glass melt is obtained.
  • Thermal or mechanical treatment steps come into consideration as pretreatment steps.
  • the silicon dioxide granulate is compacted prior to heating in step ii.). “Compaction” is understood to mean a reduction in the BET surface area and a reduction in the pore volume.
  • the silicon dioxide granulate is preferably compacted thermally by heating the silicon dioxide granulate or mechanically by exerting pressure on the silicon dioxide granulate, for example rolling or pressing the silicon dioxide granulate.
  • the silicon dioxide granulate is preferably compacted by heating.
  • the compression of the takes place particularly preferably Silica granulate by heating by means of a connected to the melting furnace
  • the silicon dioxide is preferably compressed by heating at a temperature in a range from 800 to 1400 ° C, for example at a temperature in a range from 850 to 1300 ° C, particularly preferably at a temperature in a range from 900 to 1200 ° C.
  • the BET surface area of the first article is the BET surface area of the first article.
  • Silica granulate before heating in step ii.) Is not reduced to less than 5 m 2 / g, preferably not to less than 7 m 2 / g or not to less than 10 m 2 / g, particularly preferably not to less than 15 m 2 /G. It is further preferred that the BET surface area of the silicon dioxide granulate is not reduced before the heating in step ii.) Compared to the silicon dioxide granulate provided in step i.).
  • the BET surface area of the first article is the BET surface area of the first article.
  • the BET surface area of the silicon dioxide granulate is preferably reduced by less than 40 m 2 / g, for example by 1 to 20 m 2 / g or by 2 to 10, compared to the silicon dioxide granulate provided in step i.) Before heating in step ii.) m 2 / g, particularly preferably around 3 to 8 m 2 / g, the BET surface area after compaction being more than 5 m 2 / g.
  • the compacted silicon dioxide granulate preferably has at least one, for example at least two or at least three or at least four, particularly preferably at least five of the following features:
  • a particle size D10 in a range from 100 to 300 ⁇ m, particularly preferably in a range from 120 to 200 ⁇ m;
  • a particle size D50 in a range from 150 to 550 ⁇ m, particularly preferably in a range from 200 to 350 ⁇ m;
  • G an amount of carbon of less than 5 ppm, for example less than 4.5 ppm, more preferably less than 4 ppm;
  • the compacted silicon dioxide granulate preferably has the combination of features A./F./G. or A./F./H. or A./G./H. on, particularly preferably the combination of features A./F./G. /H.
  • the compacted silicon dioxide granulate preferably has the combination of features A./F./G.
  • the BET surface area is in a range from 10 to 30 m 2 / g
  • the tamped density is in a range from 1.15 to 1.35 g / ml_
  • the carbon content is less than 4 ppm.
  • the compacted silicon dioxide granulate preferably has the combination of features A./F./H.
  • the BET surface area is in a range from 10 to 30 m 2 / g, the tamped density in a range from 1.15 to 1.35 g / ml_ and the chlorine content in a range from 1 ppb to 200 ppm.
  • the compacted silicon dioxide granulate preferably has the combination of features A./G./H. where the BET surface area is in a range from 10 to 30 m 2 / g, the carbon content is less than 4 ppm and the chlorine content is in a range from 1 ppb to 200 ppm.
  • the compacted silicon dioxide granulate preferably has the combination of features A./F./G./H.
  • the BET surface area is in a range from 10 to 30 m 2 / g
  • the tamped density is in a range from 1.15 to 1.35 g / ml_
  • the carbon content is less than 4 ppm
  • the chlorine content in one Range from 1 ppb to 200 ppm.
  • the melting energy is transferred to the silicon dioxide granulate via a solid surface.
  • the compacted silicon dioxide granulate can be selected as the silicon dioxide granulate, for example.
  • a solid surface is understood to be a surface which is different from the surface of the silicon dioxide granulate and which does not melt or decompose at temperatures to which the silicon dioxide granulate is heated to melt.
  • Suitable materials for the solid surface are, for example, the materials suitable as crucible materials.
  • the solid surface can in principle be any surface known to the person skilled in the art and suitable for these purposes.
  • the crucible or a separate component that is not the crucible can be used as the solid surface.
  • the solid surface can be heated in any way known to the person skilled in the art and suitable for this purpose in order to transfer the melting energy to the silicon dioxide granulate.
  • the solid surface is preferably heated by resistive heating or induction heating.
  • resistive heating the energy is coupled directly into the solid surface through coils and released from there to the inside.
  • resistive heating the solid surface is heated from the outside and releases the energy from there to the inside.
  • a boiler room gas with a lower heat capacity, for example an argon atmosphere or an atmosphere containing argon is advantageous.
  • the solid surface can be heated electrically or by externally firing the solid surface with a flame.
  • the solid surface is preferably heated to a temperature which can transfer an amount of energy sufficient to melt the silicon dioxide granules to the silicon dioxide granules and / or to partially melted silicon dioxide granules.
  • the energy input into the crucible does not take place by heating the crucible, or a melt material present therein, or both, by means of a flame, such as a burner flame directed into the crucible or onto the crucible.
  • a flame such as a burner flame directed into the crucible or onto the crucible.
  • a separate component can be brought into contact with the silicon dioxide granulate in any way, for example by placing the component on the silicon dioxide granulate or by inserting the component between the granules of the silicon dioxide granulate or by pushing the component between the crucible and the silicon dioxide granulate or a combination of two or more thereof.
  • the component can be heated before or during or before and during the transfer of the melt energy.
  • the melting energy is preferably transferred to the silicon dioxide granulate via the inside of the crucible.
  • the crucible is heated to such an extent that the silicon dioxide granulate melts.
  • the crucible is preferably heated resistively or inductively. The heat is transferred from the outside to the inside of the crucible.
  • the solid surface of the inside of the crucible transfers the melting energy to the silicon dioxide granulate.
  • the melting energy is not transferred to the silicon dioxide granulate via a gas space on the silicon dioxide granulate. More preferably, the melting energy is not transferred to the silicon dioxide granulate by firing the silicon dioxide granulate with a flame. Examples of these excluded energy transmission paths are directing one or more burner flames from above into the crucible, or at the silicon dioxide, or both.
  • a fifth subject of the invention is a quartz glass body obtainable by the method described in the fourth subject. Accordingly, a method for producing a quartz glass body is also preferred, a method according to the first subject matter of the invention, in particular steps (i) to (v) being carried out first, from which a silicon dioxide granulate is formed. A glass melt and finally a quartz glass body are then formed from this, as already described above.
  • the quartz glass body has at least one, preferably two or more, up to all of the following features:
  • G a tungsten content of less than 5 ppm; H] a molybdenum content of less than 5 ppm;
  • ppb and ppm are each based on the total weight of the quartz glass body.
  • a sixth object of the present invention is a method for producing a light guide comprising the following steps:
  • AI providing a quartz glass body according to the fifth subject matter of the invention, or one of its embodiments, or a quartz glass body obtainable by the method according to the fourth subject matter;
  • quartz glass body is first processed into a hollow body with at least one opening
  • step C Heat drawing the precursor from step B / to obtain a light guide with one or more cores and a shell M1.
  • the quartz glass body provided in step A / is preferably characterized by the features according to the fourth and / or fifth subject matter of the invention. Furthermore, the quartz glass body can have been shaped into a hollow body with at least one opening by a forming process.
  • the quartz glass body obtainable in this way particularly preferably has the features according to the fifth subject matter.
  • One or more core rods are introduced through the at least one opening in the quartz glass body (step B /).
  • the term core rod denotes an object which is provided to be introduced into a sheath, for example a sheath M1, and processed into a light guide.
  • the core rod has a core made of quartz glass.
  • the core rod preferably contains a core made of quartz glass and a first cladding layer MO surrounding the core.
  • Each core rod has a shape that is selected so that it fits into the quartz glass body.
  • the outer shape of a core rod preferably corresponds to the shape of an opening in the Quartz glass body.
  • the quartz glass body is particularly preferably a tube and the core rod is a rod with a round cross section.
  • the diameter of the core rod is smaller than the inner diameter of the hollow body.
  • the diameter of the core rod is preferably 0.1 to 3 mm smaller than the inner diameter of the hollow body, for example 0.3 to 2.5 mm smaller or 0.5 to 2 mm smaller or 0.7 to 1.5 mm smaller, especially preferably 0.8 to 1.2 mm smaller.
  • the ratio of the inner diameter of the quartz glass body to the diameter of the core rod is preferably in the range from 2: 1 to 1,0001: 1, for example in the range from 1.8: 1 to 1.01: 1 or in the range from 1.6: 1 up to 1.005: 1 or in the range from 1.4: 1 to 1.01: 1, particularly preferably in the range from 1.2: 1 to 1.05: 1.
  • a region within the quartz glass body that is not filled by the core rod can preferably be filled with at least one further component, for example a silicon dioxide powder or a silicon dioxide granulate.
  • a core rod already located in at least one further quartz glass body can be inserted into a quartz glass body.
  • the further quartz glass body has an outer diameter that is smaller than the inner diameter of the quartz glass body.
  • the core rod introduced into the quartz glass body can also already be located in two or more further quartz glass bodies, for example in 3 or 4 or 5 or 6 or more further quartz glass bodies.
  • a quartz glass body which is obtainable in this way and provided with one or more core rods is referred to below as a “precursor”.
  • the precursor is drawn in the heat (step e /).
  • the product obtained in this way is a light guide with one or more cores and at least one shell M1.
  • the precursor is preferably drawn at a speed in the range from 1 to 100 m / h, for example at a speed in the range from 2 to 50 m / h or from 3 to 30 m / h.
  • the quartz glass body is particularly preferably drawn at a speed in the range from 5 to 25 m / h.
  • the hot drawing is preferably carried out at a temperature of up to 2500 ° C., for example at a temperature in the range from 1700 to 2400 ° C., particularly preferably at a temperature in the range from 2100 to 2300 ° C.
  • the precursor is preferably passed through an oven which heats the precursor from the outside.
  • the precursor is preferably elongated until the desired thickness of the light guide is achieved.
  • the precursor is preferably elongated to 1,000 to 6,000,000 times the length, for example to 10,000 to 500,000 times the length or to 30,000 to 200,000 times the length, in each case based on the length of the quartz glass body provided in step AI.
  • the precursor is particularly preferably elongated to 100,000 to 10,000,000 times the length, for example to 150,000 to 5,800,000 times the length or to 160,000 to 640,000 times the length or to 1,440,000 to 5,760,000 times the length or to 1,440,000 to 2,560,000 times the length, each based on the length of the quartz glass body provided in step AI.
  • the diameter of the precursor is preferably reduced by the elongation by a factor in a range from 100 to 3,500, for example in a range from 300 to 3,000 or from 400 to 800 or from 1,200 to 2,400 or from 1,200 to 1,600, each based on the diameter of the quartz glass body provided in step AI.
  • the light guide also referred to as light wave guide, can contain any material that is suitable for guiding or guiding electromagnetic radiation, in particular light.
  • Conducting or guiding radiation denotes the extension of the radiation over the longitudinal extension of the light guide without any substantial hindrance or attenuation of the intensity of the radiation.
  • the radiation is coupled into the conductor via one end of the light guide.
  • the light guide preferably conducts electromagnetic radiation in a wavelength range from 170 to 5000 nm.
  • the attenuation of the radiation by the light guide in the respective wavelength range is preferably in a range from 0.1 to 10 dB / km.
  • the light guide preferably has a transmission rate of up to 50 Tbit / s.
  • the light guide preferably has a curl parameter of more than 6 m.
  • the curl parameter is the bending radius of a fiber, for example a light guide or a sheath M1, understood, which adjusts itself to a freely movable fiber without the action of external force.
  • the light guide is preferably designed to be flexible. Bendable in the context of the invention means that the light guide is characterized by a bending radius of 20 mm or less, for example 10 mm or less, particularly preferably less than 5 mm or less. A bending radius is the narrowest radius that can be formed without breaking the light guide and without impairing the ability of the light guide to conduct radiation. An impairment occurs when the light transmitted through a bend in the light guide is attenuated by more than 0.1 dB. The attenuation is preferably given at a reference wavelength of 1550 nm.
  • the quartz preferably consists of silicon dioxide with less than 1% by weight of other substances, for example with less than 0.5% by weight of other substances, particularly preferably with less than 0.3% by weight of other substances, each based on the total weight of the quartz. More preferably, the quartz contains at least 99% by weight silicon dioxide, based on the total weight of the quartz.
  • the light guide preferably has an elongated shape.
  • the shape of the light guide is defined by its length L and its cross section Q.
  • the light guide preferably has a round outer wall along its longitudinal extent L.
  • a cross section Q of the light guide is always determined in a plane that is perpendicular to the outer wall of the light guide. If the light guide is curved in the longitudinal extent L, the cross section Q is determined perpendicular to the tangent at a point on the light guide outer wall.
  • the light guide preferably has a diameter di . in a range from 0.04 to 1.5 mm.
  • the light guide preferably has a length in a range from 1 m to 100 km.
  • the light guide can have one or more cores, for example one core or two cores or three cores or four cores or five cores or six cores or seven cores or more than seven cores, particularly preferably one core. More than 90%, for example more than 95%, particularly preferably more than 98% of the electromagnetic radiation that is guided through the light guide is preferably guided in the cores.
  • the material of the cores is preferably selected from the group consisting of glass or quartz glass, or a combination of the two, particularly preferred Quartz glass.
  • the cores can be made of the same material or different materials, independently of one another. All cores are preferably made of the same material, particularly preferably made of quartz glass.
  • Each core has a, preferably round, cross section QK and has an elongated shape with the length LK.
  • the cross section QK of a core is independent of the cross section QK of each further core.
  • the cross sections QK of the cores can be the same or different.
  • the cross sections QK of all cores are preferably the same.
  • a cross section QK of a core is always determined in a plane that is perpendicular to the outer wall of the core or the light guide outer wall. If a core is curved in the longitudinal extension, the cross-section QK is determined perpendicular to the tangent at a point on the outer wall of this core.
  • the length LK of a core is independent of the length LK of each further core.
  • the lengths LK of the cores can be the same or different.
  • the lengths LK of all cores are preferably the same.
  • Each core preferably has a length LK in a range from 1 m to 100 km.
  • Each core has a diameter d K.
  • the diameter d K of a core is independent of the diameter d K of each further core.
  • the diameter d K of the cores can be the same or different.
  • the diameters d K of all cores are preferably the same.
  • the diameter d K of each core is preferably in a range from 0.1 to 1000 ⁇ m, for example from 0.2 to 100 ⁇ m or from 0.5 to 50 ⁇ m, particularly preferably from 1 to 30 ⁇ m.
  • Each core has at least one refractive index profile perpendicular to the maximum core extension.
  • “Refractive index profile” means that the refractive index perpendicular to the maximum core extension is constant or changes.
  • the preferred refractive index profile corresponds to a concentric refractive index profile, for example a concentric refractive index profile in which a first area with the maximum refractive index is located in the center of the core, followed by a further area with a lower refractive index.
  • Each core preferably has only one refractive index profile over its length LK.
  • the refractive index profile of a core is independent of the refractive index profile of each further core.
  • the refractive index curves of the cores can be the same or different.
  • the refractive index curves of all cores are preferably the same. In principle, it is also possible for a core to have a large number of different refractive index profiles.
  • Each refractive index profile perpendicular to the maximum core extension has a maximum refractive index hk.
  • Each refractive index profile perpendicular to the maximum core extension can also have other lower refractive indices.
  • the lowest refractive index of the refractive index profile is preferably not less than 0.5 less than the maximum refractive index hk of the refractive index profile.
  • the lowest refractive index of the refractive index profile is preferably from 0.0001 to 0.15, for example from 0.0002 to 0.1, particularly preferably from 0.0003 to 0.05 lower than the maximum refractive index hk of the refractive index profile.
  • the refractive index hk of a core is independent of the refractive index hk of each further core.
  • the refractive indices hk of the cores can be the same or different.
  • the refractive indices hk of all nuclei are preferably the same.
  • Each core of the light guide preferably has a density in a range from 1.9 to 2.5 g / cm 3 , for example in a range from 2.0 to 2.4 g / cm 3 , particularly preferably in a range from 2, 1 to 2.3 g / cm 3 .
  • the cores preferably have a residual moisture content of less than 100 ppb, for example less than 20 ppb or less than 5 ppb, particularly preferably less than 1 ppb, in each case based on the total weight of the core.
  • the density of a core is independent of the density of any other core.
  • the densities of the cores can be the same or different.
  • the densities of all cores are preferably the same.
  • each core is characterized by the above features regardless of the other cores. It is preferred that all cores have the same characteristics.
  • the cores are surrounded by at least one shell M1.
  • the shell M1 surrounds the cores preferably over the entire length of the cores.
  • the shell M1 preferably surrounds the cores to at least 95%, for example at least 98% or at least 99%, particularly preferably 100% of the outer surface, that is to say the entire outer wall, of the cores.
  • the cores are completely surrounded by the shell M1, except for the ends (the last 1-5 cm in each case). This serves to protect the cores from mechanical damage.
  • the cladding M1 can contain any material, including silicon dioxide, which has a lower refractive index than at least one point P in the course of the cross section QK of the core.
  • This at least one point in the course of the cross section QK of the core is preferably the point which lies in the center of the core. Furthermore, the point P in the course of the cross section QK of the core is preferably the point which has a maximum of the refractive index ri Kmax in the core.
  • the shell M1 preferably has a refractive index PMI which is at least 0.0001 lower than the refractive index of the core hk at the at least one point in the course of the cross section Q of the core.
  • the shell M1 preferably has a refractive index PMI which is in a range from 0.0001 to 0.5, for example in a range from 0.0002 to 0.4, particularly preferably in a range from 0.0003 to 0.3 is less than the refractive index of the core Pk
  • the shell M1 preferably has a refractive index PMI in a range from 0.9 to 1.599, for example in a range from 1.30 to 1.59, particularly preferably in a range from 1.40 to 1.57.
  • the envelope M1 preferably now forms a region of the light guide with a constant refractive index.
  • a range with a constant refractive index is understood to mean a range in which the refractive index does not deviate by more than 0.0001 from the mean value of the refractive index PMI in this range.
  • the light guide can contain further covers. Particularly preferably, at least one of the further sheaths, preferably several or all of them, has a refractive index which is lower than the refractive index hk of each core.
  • the light guide preferably has one or two or three or four or more than four further sheaths which surround the sheath M1.
  • the further envelopes surrounding the envelope M1 preferably have a refractive index which is lower than the refractive index PMI of the envelope M1.
  • the light guide preferably has one or two or three or four or more than four further sheaths which surround the cores and are surrounded by the sheath M1, that is to say lie between the cores and the sheath M1. Furthermore, the further shells lying between the cores and the shell M1 preferably have a refractive index which is higher than the refractive index PMI of the shell M1.
  • the refractive index preferably decreases from the core of the light guide towards the outermost shell.
  • the decrease in the refractive index from the core to the outermost cladding can be gradual or continuous.
  • the decrease in the refractive index can have various sections. More preferably, the refractive index can be gradual and in at least one section steadily decrease in at least one other section.
  • the levels can be the same or different. It is entirely possible to provide sections with an increasing refractive index between sections with a decreasing refractive index.
  • the different refractive indices of the various shells can be set, for example, by doping the shell M1, the further shells and / or the cores.
  • a core can already have a first cladding layer MO after its production.
  • This cladding layer MO which is directly adjacent to the core, is sometimes also referred to as an integral cladding layer.
  • the cladding layer MO is closer to the core center point than the shell M1 and, if contained, the further shells.
  • the cladding layer MO is generally not used to guide light or to guide radiation. Rather, the cladding layer MO contributes to the fact that the radiation remains within the core and is transported there. The radiation guided in the core is therefore preferably reflected at the transition from the core to the cladding layer MO.
  • This transition from the core to the cladding layer MO is preferably characterized by a change in the refractive index.
  • the refractive index of the cladding layer MO is preferably smaller than the refractive index hk of the core.
  • the cladding layer MO preferably contains the same material as the core, but has a lower refractive index than the core due to doping or additives.
  • At least the shell M1 is preferably made of silicon dioxide and has at least one, preferably several or all of the following features:
  • ppb and ppm are each based on the total weight of the casing M1.
  • the shell preferably has a homogeneity of the refractive index of less than T 10 4 .
  • the homogeneity of the refractive index denotes the maximum deviation of the refractive index at any point on a sample, for example a shell M1 or a quartz glass body, based on the mean value of all the refractive indices determined on the sample. To determine the mean value, the refractive index is determined at at least seven measuring points.
  • the shell M1 preferably has a metal content of metals other than aluminum of less than 1000 ppb, for example less than 500 ppb, particularly preferably less than 100 ppb, based in each case on the total weight of the shell M1.
  • the shell M1 often has a content of metals other than aluminum in an amount of at least 1 ppb.
  • metals are, for example, sodium, lithium, potassium, magnesium, calcium, strontium, germanium, copper, molybdenum, titanium, iron and chromium. These can be present, for example, as an element, as an ion, or as part of a molecule or an ion or a complex.
  • the shell M1 can contain further components.
  • the shell M1 preferably contains less than 5 ppm, for example less than 45 ppm, particularly preferably less than 4 ppm, further constituents, the ppm in each case being based on the total weight of the shell M1.
  • Carbon, fluorine, iodine, bromine and phosphorus can be considered as further constituents. These can be present, for example, as an element, as an ion, or as part of a molecule or an ion or a complex.
  • the shell M1 often has a content of atoms other than Si, O, H, C, CI in an amount of at least 1 ppb.
  • the shell M1 preferably contains less than 5 ppm of carbon, for example less than 4 ppm or less than 3 ppm, particularly preferably less than 2 ppm, in each case based on on the total weight of the shell M1.
  • the shell M1 often has a carbon content in an amount of at least 1 ppb.
  • the shell M1 preferably has a homogeneously distributed amount of OH, amount of Cl or amount of Al.
  • the envelope M1 has a weight fraction of at least 80% by weight. for example at least 85% by weight, particularly preferably at least 90% by weight, based in each case on the total weight of the shell M1 and the cores.
  • the shell M1 preferably has a weight fraction of at least 80% by weight. for example at least 85% by weight, particularly preferably at least 90% by weight, in each case based on the total weight of the shell M1, the cores and the further shells lying between the shell M1 and the cores.
  • the casing M1 preferably has a weight fraction of at least 80% by weight. for example at least 85% by weight, particularly preferably at least 90% by weight, in each case based on the total weight of the light guide.
  • the envelope M1 preferably has a density in a range from 2.1 to 2.3 g / cm 3 , particularly preferably in a range from 2.18 to 2.22 g / cm 3 .
  • Another aspect relates to a light guide, obtainable by a method comprising the following steps:
  • AI providing a quartz glass body according to the fifth subject matter of the invention, or a quartz glass body obtainable by the method according to the fourth subject matter, the quartz glass body first being processed into a hollow body with at least one opening;
  • step C Heat drawing the precursor from step B / to obtain a light guide with one or more cores and a shell M1.
  • Steps A /, B / and C / are preferably characterized by the features described in the context of the fourth subject matter.
  • the light guide is preferably characterized by the features described in the context of the sixth subject.
  • a seventh subject matter of the present invention relates to a method for producing a luminous means including the following steps:
  • quartz glass body obtainable by the method according to the fourth subject matter, the quartz glass body first being processed into a hollow body;
  • a quartz glass body is provided.
  • the quartz glass body provided in step (i) is first processed into a hollow body containing at least one opening, for example one opening or two openings or three openings or four openings, particularly preferably one opening or two openings.
  • a quartz glass body obtainable by a method according to the fifth subject is preferably provided for step (i), or obtained by a method according to the fourth subject.
  • the quartz glass body preferably has the features described in the context of the fourth or fifth subject.
  • the processing of the quartz glass body to form a hollow body with an opening can in principle be carried out by means of all methods known to the person skilled in the art and suitable for the production of hollow glass bodies with an opening. For example, methods including pressing, blowing, sucking or combinations thereof are suitable. It is also possible to form a hollow body with one opening from a hollow body with two openings by closing one opening, for example by melting it together.
  • the hollow body consists of a material that contains silicon dioxide, preferably in an amount in a range from 98 to 100% by weight, for example in a range from 99.9 to 100% by weight, particularly preferably 100% by weight , each based on the total weight of the hollow body.
  • the material from which the hollow body is made preferably has at least one, preferably several, for example two, or preferably all of the following features:
  • a silicon dioxide content of preferably more than 95% by weight, for example more than 97% by weight, particularly preferably more than 99% by weight, based on the total weight of the material;
  • HK2. a density in a range from 2.1 to 2.3 g / cm 3 , particularly preferably in a range from 2.18 to 2.22 g / cm 3 ;
  • a light transmission at at least one wavelength in the visible range from 350 to 750 nm in a range from 10 to 100%, for example in a range from 30 to 99.99%, particularly preferably in a range from 50 to 99.9%, based on the amount of light generated within the hollow body;
  • HK4 an OH content of less than 500 ppm, for example less than 400 ppm, particularly preferably less than 300 ppm;
  • HK5. a chlorine content of less than 200 ppm, preferably less than 100 ppm, for example less than 80 ppm, particularly preferably less than 60 ppm;
  • HK6 an aluminum content of less than 200 ppb, for example less than 100 ppb, more preferably less than 80 ppb;
  • HK7 a carbon content of less than 5 ppm, for example less than 4.5 ppm, particularly preferably less than 4 ppm;
  • HK1 1. a transformation point Tg in a range from 1150 to 1250 ° C, particularly preferably in a range from 1180 to 1220 ° C;
  • the hollow body from step (i) is preferably equipped with electrodes, preferably two electrodes, before being filled with a gas.
  • the electrodes are preferably connected to an electrical power supply.
  • the electrodes are preferably connected to a lamp base.
  • the material of the electrodes is preferably selected from the group of metals.
  • any metal can be selected as electrode material that does not oxidize, corrode, melt or otherwise impair its shape or conductivity as an electrode during the operating conditions of the lamp.
  • the electrode material is preferably selected from the group consisting of iron, molybdenum, copper, tungsten, rhenium, gold and platinum or at least two of them, with tungsten, molybdenum or rhenium being preferred.
  • the hollow body provided in step (i) and optionally equipped with electrodes in step (ii) is filled with a gas.
  • Filling can be carried out using any method known to the person skilled in the art and suitable for filling.
  • a gas is preferably passed through the at least one opening into the hollow body.
  • the hollow body is preferably evacuated with a gas before filling, preferably to a pressure of less than 2 mbar.
  • the hollow body is filled with the gas by subsequently introducing a gas.
  • These steps can be repeated in order to minimize contamination with air, especially with oxygen.
  • These steps are preferably repeated at least twice, for example at least three times or at least four times, particularly preferably at least five times, until the amount of contamination with other gases such as air, in particular oxygen, is sufficiently low. This procedure is particularly preferred for filling hollow bodies with an opening.
  • a hollow body contains two or more openings
  • the hollow body is preferably filled through one of the openings.
  • the air in the hollow body prior to filling with the gas can exit through the at least one wider opening.
  • the gas is passed through the hollow body until the amount of contamination with other gases such as air, in particular oxygen, is sufficiently low.
  • the hollow body is preferably filled with an inert gas or a combination of two or more inert gases, for example with nitrogen, helium, neon, argon, krypton, xenon or a combination of two or more thereof, particularly preferably with krypton, xenon or a combination of Nitrogen and argon.
  • Further preferred fillers for hollow bodies of illuminants are deuterium and mercury.
  • the hollow body is preferably closed after filling with a gas, so that the gas does not escape during further processing, so that no air enters from the outside during further processing, or both.
  • the closure can be done by melting or by putting on a closure. Suitable closures are, for example, quartz glass closures, which are melted onto the hollow body, for example, or lamp bases.
  • the hollow body is preferably closed by melting.
  • the illuminant contains a hollow body and possibly electrodes.
  • the lighting means preferably has at least one, for example at least two or at least three or at least four, particularly preferably at least five of the following features:
  • a volume in a range from 0.1 cm 3 to 10 m 3 for example in a range from 0.3 cm 3 to 8 m 3 , particularly preferably in a range from 0.5 cm 3 to 5 m 3 ;
  • An emission of light in a wavelength range from 145 to 4000 nm for example in a range from 150 to 450 nm, or from 800 to 4000 nm, particularly preferably in a range from 160 to 280 nm;
  • V. a power in a range from 1 mW to 100 kW, particularly preferably in one
  • Another aspect relates to a lighting means, obtainable by a method comprising the following steps:
  • Steps (i), (ii) and (iii) are preferably characterized by the features described in the context of the seventh subject matter.
  • the lighting means is preferably characterized by the features described in the context of the seventh subject.
  • An eighth subject of the present invention relates to a method for producing a molded body comprising the following steps:
  • the quartz glass body provided in step (1) is a quartz glass body in accordance with the fifth subject matter or obtainable by a method in accordance with the fourth subject matter of the invention.
  • the quartz glass body provided preferably has the features of the first or fifth object.
  • the quartz glass body is preferably shaped into a shaped body as described in the context of the first, fourth and fifth subject matter. More preferably, the shaped body can be formed by means of known glass blowing techniques.
  • the shaped body can in principle assume any shape that can be formed from quartz glass.
  • Preferred moldings are, for example:
  • Hollow bodies with at least one opening such as round bottom flasks and flat bottom flasks,
  • Tubes and hollow cylinders e.g. reaction tubes, profile tubes, rectangular chambers,
  • Rods, bars and blocks for example in round or square, symmetrical or asymmetrical design
  • curved parts for example convex or concave surfaces and plates, curved rods and tubes.
  • the shaped body can be treated after the molding.
  • all of the methods described in the context of the first subject that are suitable for reworking the quartz glass body come into consideration here.
  • the shaped body can preferably be processed mechanically, for example by drilling, honing, external grinding, comminuting or drawing.
  • Another aspect relates to a molded body obtainable by a method comprising the following steps:
  • Quartz glass body obtainable by the method according to the fourth subject matter of the invention.
  • Steps (1) and (2) are preferably characterized by the features described in the context of the eighth subject.
  • a ninth object of the invention is a method for producing a coating on a substrate, comprising the following steps:
  • A Providing a silicon dioxide suspension obtainable according to the first subject matter or one of its embodiments and a substrate;
  • the silicon dioxide suspension provided is obtainable by a method according to the first aspect of the invention.
  • the silicon dioxide suspension can have further features corresponding to the embodiments described in connection with the first subject matter.
  • B In principle, all methods known to the person skilled in the art and suitable for producing a coating come into consideration. At least part of the substrate is covered with the silicon dioxide suspension.
  • the application can be laying down the silicon dioxide suspension on the substrate or dipping the substrate into the silicon dioxide suspension or a combination of both forms.
  • the application by depositing the silicon dioxide suspension can, for. B. by spin coating, impregnation, pouring, dripping, spraying, spraying, knife coating, brushing or printing, for example via a metering pump or inkjet, screen, gravure, offset or pad printing on the substrate.
  • the silicon dioxide suspension can be applied with a wet film thickness in a range from 0.01 ⁇ m to 250 ⁇ m, for example in a range from 0.1 ⁇ m to 50 ⁇ m.
  • Depositing is also understood to mean that the silicon dioxide suspension used for the application is applied to the substrate by means of an aid. This can be done using different aids.
  • the silicon dioxide suspension used for application can be sprayed onto the substrate through a nozzle, injected or deposited through a slot nozzle. Other possible methods are curtain casting and spin coating.
  • the silicon dioxide suspension can be applied to the surface of the substrate, for example via a roller or cylinder. For example, micro-dosing or digital printing via a nozzle are known as spraying processes.
  • the silicon dioxide suspension used for application can be applied or the silicon dioxide suspension is simply applied dropwise to the substrate. During dipping, the substrate can be drawn through a bath in the silicon dioxide suspension.
  • the substrate is only to be partially coated, only the surface to be coated can optionally be dipped into the silicon dioxide suspension and pulled out again, as is done, for example, with dip coating. By dipping several times, different layer thicknesses can be achieved.
  • the thickness of the layer can be adjusted through the viscosity and the solids content of the silicon dioxide suspension. In this way, wet layer thicknesses of the silicon dioxide suspension can be achieved during application in a range between 0.5 to 1000 ⁇ m, preferably in a range from 5 to 250 ⁇ m, particularly preferably in a range from 10 to 100 ⁇ m.
  • a step [C] follows, reducing the liquid content of the coating.
  • is carried out until the liquid content of the coating, based on the total weight of the coating, reaches or falls below a target value.
  • This target value can be, for example, 10% by weight, 5% by weight, 2% by weight or even 0.2% by weight, the% by weight in each case based on the total weight of the coating.
  • all methods known to the person skilled in the art and appearing suitable for reducing the liquid content of a layer can be considered, in particular at least one selected from the group consisting of: drying under heat, drying by painting over the coating with a gas or gas mixture, evaporation of liquid at reduced ambient pressure, stimulating the movement of molecules in the liquid, in the case of water, for example with microwaves, and so on.
  • a combination of two or more of the methods mentioned is also possible.
  • the combination can be designed spatially and / or temporally simultaneously, spatially and / or temporally successive, or spatially and / or temporally overlapping.
  • overlapping means that a first method has not yet been completed when a subsequent method has already started.
  • FIG. 1 shows schematically the method steps for producing a silicon dioxide suspension according to the first subject.
  • Figure 2 shows a first filter arrangement with three filter stages, a 12th and 3rd filter stage.
  • Figure 3 shows another arrangement of filters.
  • FIG. 4 shows schematically a method for producing a quartz glass body.
  • FIG. 5 shows by way of example a) the particle size distribution of the slurry, b) the
  • FIG. 6 shows 3 hot quartz glass bodies: a) many bubbles, b) hardly any bubbles, c) very many bubbles (foam glass).
  • FIG. 7 shows comparative photographs of a glass body, granules formed from a) unfiltered silicon dioxide suspension being used as the melt material; b) a glass body, granules of silicon dioxide suspension filtered according to the invention being used as melting material.
  • a method for producing a silicon dioxide suspension including at least the following steps (i) providing a silicon dioxide powder 101; (ii) providing a liquid 102; (iii) mixing the silica powder with the liquid to obtain a slurry 103; (iv) sonicating the slurry to obtain a precursor suspension 104; and (v) passing at least a portion of the precursor suspension through a first multi-stage filter device 105.
  • FIG. 2 schematically shows a filter arrangement comprising three filter stages, each with a first filter 211, a second filter 212 and a third filter 213. These are arranged downstream.
  • FIG. 3 schematically shows a further filter arrangement comprising three filter stages. After a silicon dioxide suspension has passed through a first filter stage with a filter 311, the suspension is divided on the way to a second filter stage. This causes part of the suspension to pass through a filter A 312 of the second filter stage and another part of the suspension passed through a filter B 313. The suspension is then combined again and fed to a third filter stage with a filter 314.
  • FIG. 4 schematically shows a method for producing a quartz glass body including method steps 411, 412 and 413.
  • step i.) silicon dioxide granulate is provided.
  • step ii.) 412 a glass melt is formed from the silicon dioxide granulate.
  • step iii.) 413 a quartz glass body is formed from at least a part of the glass melt.
  • FIG. 5 shows, by way of example, the particle size distribution of a slurry of silicon dioxide powder in water, as the present method is based on.
  • This graphic shows a lot of well-dispersed particles with a particle size of less than 1 pm, but also a number of agglomerates in the range from 1 to 5 pm and 10 to 100 pm.
  • Graph b) shows the particle size distribution of a silicon dioxide suspension obtained by dispersing a silicon dioxide slurry according to graph a). All particles are now dispersed. No particle sizes of silicon dioxide particles greater than 1 ⁇ m were detected. A subsequent filtration maintains the particle size distribution from FIG. 5 b) relating to the silicon dioxide particles. However, particles other than silicon dioxide are deposited.
  • FIG. 6 shows comparative images of (hot) glass bodies approx. 1 m after they have been withdrawn from the crucible, granules formed from a) unfiltered silicon dioxide suspension being used as the melt material; b) a glass body, whereby a granulate of silicon dioxide suspension filtered according to the invention was used as melt material, c) a glass body, where granulate material as in Example 15-4 was used as melt material, that is, the suspension of pyrogenic silica was made with a ball mill (zirconium oxide balls and beakers coated with polyurethane) before filtering.
  • a ball mill zirconium oxide balls and beakers coated with polyurethane
  • the quartz glass body in Figure a) was produced from a suspension of silicon dioxide particles that was not treated according to the present invention. It contains plenty of larger bubbles.
  • the quartz glass body in Figure b) was produced based on a silicon dioxide suspension treated according to the invention. There are just barely any bubbles. TEST METHODS a. OH content
  • the OH content of the glass is determined by infrared spectroscopy.
  • the method specified by DM Dodd & DM Fraser “Optical Determinations of OH in Fused Silica” (JAP 37, 3991 (1966)) is used.
  • an FTIR spectrometer Frier transform infrared spectrometer, currently System 2000 from Perkin Elmer
  • the analysis of the spectra can in principle be carried out both on the absorption band at approx. 3670 cm -1 and on the absorption band at approx. 7200 cm -1 .
  • the band used is selected according to the rule that the transmission loss due to OH absorption is between 10 and 90%.
  • Oxygen Deficiency Centers ODCs
  • the ODC (l) absorption at 165 nm is determined by means of a transmission measurement on a sample between 1-2 mm thick using a vacuum UV spectrometer, model VUVAS 2000, from McPherson, Inc. (USA).
  • N a / o with
  • N defect concentration [1 / cm 3 ]
  • OES or MS depends on the expected element concentration. Typical limits of quantification for MS are 1 ppb, for OES 10 ppb (each related to the weighed sample amount).
  • the element concentration is determined with the measuring devices in accordance with the specifications of the device manufacturers (ICP-MS: Agilent 7500ce; ICP-OES: Perkin Elmer 7300 DV) and using certified reference liquids for calibration. The element concentration in the solution (15ml) determined by the devices is then converted to the original weight of the sample (2g).
  • a precisely defined volume of the liquid is weighed into a measuring vessel that is inert to the liquid and its components, the empty weight and the weight of the filled vessel being measured.
  • the density results from the difference between the two weight measurements divided by the volume of the liquid introduced. e. Detection of fluoride
  • the fluoride content of the measurement solution is determined by means of an ion-sensitive (fluoride) electrode, suitable for the expected concentration range, and display device according to the manufacturer's specifications, here a fluoride ion-selective electrode and reference electrode F-500 with R503 / D on a pMX 3000 / pH / ION of the companyticianlich-Technische Werkmaschinen GmbH.
  • a fluoride ion-selective electrode and reference electrode F-500 with R503 / D on a pMX 3000 / pH / ION of the companymaschinelich-Technische Werkmaschinen GmbH.
  • 15g of a quartz glass sample are crushed and treated in nitric acid for cleaning at approx. 70 ° C.
  • the sample is then rinsed several times with ultrapure water and then dried.
  • the measurement solution is transferred to a 150ml beaker.
  • the measuring solution has a pH value in the range between 5 and 7.
  • the determination of the chloride content in the measurement solution is carried out using an ion-sensitive (chloride) electrode, suitable for the expected concentration range, and a display device according to the manufacturer's specifications, here an electrode type CI-500 and reference electrode type R-503 / D on a pMX 3000 / pH / ION the companyticianlich-Technische Werkmaschinen GmbH.
  • chloride ion-sensitive
  • Chlorine contents ⁇ 50 ppm up to 0.1 ppm in quartz glass are determined by means of
  • Neutron Activation Analysis determined.
  • 3 booblets each 3 mm in diameter and 1 cm in length, are drawn from the quartz glass body to be examined. These are submitted to a research institute for analysis, in this case the Institute for Nuclear Chemistry at Johannes Gutenberg University in Mainz.
  • the research institute In order to rule out contamination of the samples with chlorine, it is agreed with the research institute to thoroughly clean the samples in an HF bath on site and only immediately before the measurement. Each Böhrling is measured several times. The research institute then sends back the results and the troubles.
  • quartz glass samples The transmission of quartz glass samples is determined with commercial grating or FTIR spectrometers from Perkin Elmer (Lambda 900 [190-3000nm] or System 2000 [1000-5000nm]). The choice depends on the required measuring range.
  • the specimens are polished plane-parallel (surface roughness RMS ⁇ 0.5 nm) and the surface is freed of all residues after polishing by means of an ultrasonic treatment.
  • the sample thickness is 1 cm. In the case of expected, strong transmission loss due to contamination, doping, etc., a thicker or thinner sample can also be selected in order to remain in the measuring range of the device.
  • a sample thickness (measuring length) is selected at which only minor artifacts occur due to the radiation passing through the sample and at the same time a sufficiently detectable effect is measured.
  • the refractive index distribution of tubes / rods can be determined by means of a York Technology Ltd. Preform Profiler P102 or P104 can be characterized. To do this, the rod is placed horizontally in the measuring chamber and sealed tightly. The measuring chamber is then filled with an immersion oil that has a refractive index at the test wavelength of 633 nm, which is very similar to the outermost glass layer at 633 nm. The laser beam then goes through the measuring chamber. A detector is mounted behind the measuring chamber (in the direction of the beam), which determines the deflection angle (beam entry in versus beam exit from the measuring chamber). Assuming the radial symmetry of the refractive index distribution of the rod, the diametrical refractive index curve can be reconstructed by means of an inverse Abel transformation. These calculations are carried out by the software of the device manufacturer York.
  • the refractive index of a sample is determined using the York Technology Ltd. Preform Profiler P104 intended. In the case of isotropic samples, even when measuring the refractive index distribution, there is only one value, the refractive index. j. Carbon content
  • the quantitative determination of the surface carbon content of silicon dioxide granulate and silicon dioxide powder is carried out on an RC612 carbon analyzer from Leco Corporation, USA, through the complete oxidation of all surface carbon contaminations (except SiC) with oxygen to carbon dioxide.
  • a sample are weighed out and placed in a quartz glass boat in the carbon analyzer. The sample is flushed with pure oxygen and heated to 900 ° C for 180 seconds. The C0 2 formed is detected by the infrared detector of the carbon analyzer. Under these measurement conditions the detection limit is ⁇ 1 ppm (weight ppm) carbon.
  • a quartz glass boat suitable for this analysis on the above-mentioned carbon analyzer is available as a consumable for LECO analyzer with the LECO number 781-335 in laboratory supplies, in this case from Deslis Laborhandel, Flurstrasse 21, D-40235 Düsseldorf (Germany), Deslis- No. LQ-130XL.
  • Such a shuttle has the dimensions of width / length / height of approx. 25mm / 60mm / 15mm.
  • the Quartz glass boat is filled halfway up with sample material. For silicon dioxide powder, a weight of 1.0 g of sample material can be achieved. The lower detection limit is then ⁇ 1 ppm by weight of carbon.
  • a weight of 4 g of a silicon dioxide granulate is achieved in the same quartz glass boat with the same filling level (mean particle size in the range from 50 to 500 ⁇ m).
  • the curl parameter (also called: “fiber curl”) is determined in accordance with DIN EN 60793-1-34: 2007-01 (German version of the standard IEC 60793-1-34: 2006). Measurements are made according to the method described in Annex A in Sections A.2.1, A.3.2 and A.4.1 (“extrema technique”).
  • the slurry is adjusted to a concentration of 30% by weight solids content with demineralized water (Direct-Q 3UV, Millipore, water quality: 18.2 MQcm).
  • demineralized water Direct-Q 3UV, Millipore, water quality: 18.2 MQcm.
  • the viscosity is then measured on an MCR102 from Anton-Paar. For this purpose, the viscosity is measured at 5 revolutions / minute (rpm). It is measured at a temperature of 23 ° C and an air pressure of 1013 hPa. The procedure for a suspension is exactly the same. n. Thixotropy & Rheopexy
  • the slurry or suspension is adjusted to a concentration of 30% by weight solids content using demineralized water (Direct-Q 3UV, Millipore, water quality: 18.2 MQcm).
  • demineralized water Direct-Q 3UV, Millipore, water quality: 18.2 MQcm.
  • the thixotropy is then determined with an MCR102 from Anton-Paar with a cone-plate arrangement. For this purpose, the viscosity is measured at 5 and 50 revolutions / minute (rpm). The quotient of the first and the second value gives the thixotropy index. The measurement is taken at a temperature of 23 ° C.
  • the slurry or suspension is adjusted to a concentration of 60% by weight solids content with demineralized water (Direct-Q 3UV, Millipore, water quality: 18.2 MQcm).
  • demineralized water Direct-Q 3UV, Millipore, water quality: 18.2 MQcm.
  • the viscosity of the slurry or suspension heated to 25 ° C. is then measured using a Kinexus pro + rheometer with paddle stirrer from Malvern Panalytical Ltd. determined over a period of 15 minutes at a constant shear rate of 25 / s or 100 / s. o. Zeta potential of the slurry or suspension
  • a zeta potential measuring cell (Flow Cell, Beckman Coulter) is used for zeta potential measurements.
  • the sample is dissolved in demineralized water (Direct-Q 3UV, Millipore, water quality: 18.2 MQcm) to obtain a 20 mL solution with a concentration of 1 g / L.
  • the pH is brought to 7 by adding HN0 3 solutions with concentrations of 0.1 mol / L and 1 mol / L and an NaOH solution with a concentration of 0.1 mol / L. It is measured at a temperature of 23 ° C. p. Isoelectric point of the slurry or suspension
  • a zeta potential measuring cell (Flow Cell, Beckman Coulter) and an autotitrator (DelsaNano AT, Beckman Coulter) are used for the isoelectric point.
  • the sample is dissolved in demineralized water (Direct-Q 3UV, Millipore, water quality: 18.2 MQcm) in order to obtain a 20 ml solution with a concentration of 1 g / L.
  • the pH is varied by adding HNQr solutions with concentrations of 0.1 mol / L and 1 mol / L and an NaOH solution with a concentration of 0.1 mol / L.
  • the isoelectric point is the pH value at which the zeta potential is equal to 0. It is measured at a temperature of 23 ° C. q. pH of the slurry or suspension
  • the pH of the slurry is measured using a WTW 3210 from Stuttgartlich-Technische-Werk GmbH.
  • the pH 3210 Set 3 from WTW is used as the electrode. It is measured at a temperature of 23 ° C. r. Solids content
  • the bulk density of a bulk material is determined in accordance with the standard DIN ISO 697: 1984-01 using an SMG 697 from Powtec.
  • the bulk material (silicon dioxide powder or granulate) does not form lumps. t. Tamped density
  • the tamped density of a bulk material is measured in accordance with the DIN ISO 787: 1995-10 standard.
  • silicon dioxide powder or silicon dioxide granules are particularly suitable as bulk goods. and determination of the pore size distribution
  • the pore size distribution is determined in accordance with DIN 66133 (with a surface tension of 480 mN / m and a contact angle of 140 °).
  • the Pascal 400 from Porotec is used to measure pore sizes smaller than 3.7 nm.
  • the Pascal 140 from Porotec is used to measure pore sizes from 3.7 nm to 100 ⁇ m.
  • the sample is subjected to a pressure treatment before the measurement.
  • a manual hydraulic press is used for this purpose (order no. 15011 from Specac Ltd., River House, 97 Cray Avenue, Orpington, Kent BR5 4HE, U.K.).
  • the sample is then relaxed and dried for 4 h at 105 ⁇ 2 ° C. in a circulating air drying cabinet.
  • the weight of the sample in the type 10 penetrometer is accurate to 0.001 g and is selected for good reproducibility of the measurement so that the "stem volume used", i.e. the percentage of Hg volume used to fill the penetrometer, is between 20% up to 40% of the total Hg volume.
  • the penetrometer is then slowly evacuated to 50 ⁇ m Hg and left at this pressure for 5 minutes.
  • the following parameters are specified directly by the software of the measuring devices: total pore volume, total pore surface (assumption pores cylindrical), Average pore radius, modal pore radius (most common pore radius), peak n. 2 pore radius (pm).
  • the primary particle size is measured using a Zeiss Ultra 55 scanning electron microscope (SEM).
  • SEM Zeiss Ultra 55 scanning electron microscope
  • the sample is suspended in demineralized water (Direct-Q 3UV, Millipore, water quality: 18.2 MWah) in order to obtain an extremely dilute suspension.
  • the suspension is treated with an ultrasound probe (UW 2070, Bandelin electronic, 70 W, 20 kHz) for 1 min and then applied to a carbon adhesive pad.
  • UW 2070, Bandelin electronic, 70 W, 20 kHz Ultrasound probe
  • the particle size and grain size of the solid are measured using a Bluewave wet with a measuring cell, available from Microtac GmbH, 47807 Krefeld, Germany in accordance with their operating instructions.
  • the Bluewave wet contains a sample dosing system and a wet dispersion module.
  • the solid is suspended in demineralized water and the suspension is introduced drop by drop into the measuring device.
  • the concentration of the suspension to be measured and the amount of suspension to be added to the device are automatically set by the measuring device through automated dilution up to the optimum particle size and material-dependent measurement window.
  • the preparation of the suspension to be measured takes place with a view to a translucent appearance of the suspension before it is introduced drop by drop into the measuring device.
  • the measurement parameters are set according to the operating instructions based on the solid matter to be measured in suspension (particle shape, optical properties).
  • the Bluewave wet outputs the D10, D50 and D90 values for a sample.
  • the suspension is treated with the ultrasonic probe (UW 2070, Bandelin electronic, 70 W, 20 kHz) for 1 min. x. Particle size and grain size of the solid
  • the particle size and grain size of the solid are measured using a Camsizer XT, available from Retsch Technology GmbH, Germany in accordance with their operating instructions.
  • the software outputs the D10, D50 and D90 values for a sample. y. BET measurement
  • the static volumetric BET method according to DIN ISO 9277: 2010 is used to measure the specific surface area.
  • a “NOVA 3000” or a “Quadrasorb” available from Quantachrome), which according to the SMART Method ("Sorption Method with Adaptive dosing Rate”) works, applied.
  • the standards Alumina SARM-13 and SARM-214, available from Quantachrome, are used as reference material.
  • the tare weight of the measuring cells used (clean and dry) is weighed.
  • the type of measuring cell is chosen so that the sample material and filler rod supplied fill the measuring cell as much as possible and the dead space is reduced to a minimum.
  • the sample material is brought into the measuring cell.
  • the amount of sample material is selected so that the expected measured value corresponds to 10-20 m 2 / g.
  • the filler rod is inserted into the measuring cell and this in turn is fixed in the measuring station of the BET measuring device.
  • the sample name and sample weight are entered in the software.
  • the measurement is started.
  • the saturation pressure of the nitrogen gas (N2 4.0) is measured.
  • the measuring cell is evacuated and is cooled down to 77 K using a nitrogen bath.
  • the dead space is measured using helium gas (He 4.6). It is evacuated again.
  • a multi-point analysis with at least 5 measuring points is carried out.
  • N2 4.0 is used as an adsorptive.
  • the specific surface is given in m 2 / g. z. Viscosity of vitreous bodies
  • the viscosity of the glass is measured with the help of the bar bending viscometer type 401 - from TA Instruments with the manufacturer's software WinTA (currently version 9.0) under Windows 10 according to the standard DIN ISO 7884-4: 1998-02.
  • the span between the supports is 45mm.
  • Test sticks with a rectangular cross-section are cut from areas of homogeneous material (sample top and bottom with fine grinding of at least 1000 grit).
  • the sample temperature is measured by a thermocouple close to the sample surface.
  • the residual moisture of a sample of silicon dioxide granulate is determined with the aid of a Moisture Analyzer HX204 from Mettler Toledo.
  • the device works on the principle of thermogravimetry.
  • the HX204 is equipped with a halogen lamp as a heating element.
  • the drying temperature is 220 ° C.
  • the starting weight of the sample is 10 g ⁇ 10%.
  • the "Standard" measurement method is selected.
  • the drying is continued until the weight change does not exceed 1 mg / 140 s.
  • the residual moisture results from the difference between the starting weight of the sample and the final weight of the sample, divided by the starting weight of the sample.
  • the residual moisture content of silicon dioxide powder is determined in accordance with DIN EN ISO 787-2: 1995 (2h, 105 ° C.).
  • the suspension was then treated by means of an ultrasonic generator in accordance with the information in Table 2. All suspensions E15-x were then passed through a filter arrangement. The particle size and elemental analysis before filtration is given in Table 3.
  • Filter Acura Multiflow® (PP multilayer depth filter), filter fineness 10 ⁇ m, separation rate 80%; 2. Filter: Acura Promelt® (PP depth filter), filter fineness 1 ⁇ m, separation rate 99.9%;
  • Filter Acura Multiflow® (PP multilayer depth filter), filter fineness 0.5 ⁇ m, separation rate 80%.
  • Example E15-1 was produced as before, but no ultrasound treatment was carried out.
  • an ultrasonic generator type vortex reactor block WB 4-1604 from Bandelin (Berlin, (Germany)) with a power density of 550W / liter and a
  • example E15-4 the procedure given under E-15-x was followed. However, instead of ultrasonic treatment, treatment in a Diskus 20 type ball mill from Netzsch Feinmahltechnik GmbH, Selb (Germany) with the following operating parameters: speed 900 rpm, flow rate 250 liters / h, grinding balls of size 500 ⁇ m was carried out before the microfiltration was made.
  • Example 15-1 shows that after a dispersion step the average particle size in a suspension is significantly lower and the particle size distribution is significantly narrower than in a comparison suspension that was not additionally dispersed.
  • Dispersion with ultrasound with a power density of 950 W / liter shows good homogenization with small average particle sizes, but in analytical evidence an increased content of elements that are different from Si, O, H, C and CI, in particular of metal atoms. In the further processing into quartz glass, these mean either insoluble particles or the formation of gas bubbles. These particles are only partially retained in the filter arrangement. A comparable, even more pronounced finding is observed when using a ball mill for dispersing.
  • Examples E15-2 and E-15-3 according to the invention show good and uniform dispersion and a low content of elements other than Si, O, H, C and CI. Most of the particles, which contain elements other than Si, O, H, C and CI, are retained in the filter assembly.
  • the filter arrangement in Examples E15-3 and E15-4 has an operating time (service life of the filter arrangement) that is at least 8 times longer than that in Example E15-1.
  • the input of metal ions is considerably higher than in E15-3 due to the dispersion step with a ball mill.
  • metal ions Ca, Co, Cr, Cu, Fe, Ge, Hf, K, Li, Mg, Mn, Mo, Na, Nb, Ni, Ti, V, W, Zn, Zr
  • metal ions Ca, Co, Cr, Cu, Fe, Ge, Hf, K, Li, Mg, Mn, Mo, Na, Nb, Ni, Ti, V, W, Zn, Zr
  • the multiflow filters are available from Fuhr GmbH, 55270 Klein-Winternheim (Germany). They were used in the following configuration: Height: 20 (20 inches), material polypropylene, gradation 4 (four-ply), adapter F3 (222 adapter with fin).
  • amaPure TS filter is available from Filtration Group GmbH, Schleifbachweg 45, 74613 ⁇ hringen (Germany) (formerly Mahle Industriefiltration). It was used in the following configuration: Overall height: 20 inches (50.8 cm), material polypropylene, design: X8.
  • the metal ion input was consistently low, the particle size distribution, expressed as the ratio of D90 to D10, low.
  • the metal ion input is significantly lower with an ultrasonic power of 550 W / L than with 950 W / L.
  • Particle size distribution D10 and D90 differ only slightly. If you double the treatment time at 550 W / L to 20s, particle sizes and distributions comparable to the treatment with 950 W / L and 10s are achieved, with a significantly lower metal ion concentration due to the ultrasound treatment.
  • the metal ion concentration increases with longer treatment times.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer Siliziumdioxidsuspension beinhaltend die Verfahrensschritte: Bereitstellen eines Siliziumdioxidpulvers und einer Flüssigkeit; Mischen des Siliziumdioxidpulvers mit der Flüssigkeit unter Erhalt einer Aufschlämmung; Behandeln der Aufschlämmung mit Ultraschall unter Erhalt einer Vorläufersuspension; Leiten zumindest eines Teils der Vorläufersuspension durch eine erste mehrstufige Filtervorrichtung, wobei die erste mehrstufige Filtervorrichtung zumindest eine erste, eine zweite und eine dritte Filterstufe aufweist, wobei jede Filterstufe mindestens einen Filter beinhaltet wobei die zweite Filterstufe stromabwärts von der ersten Filterstufe und die dritte Filterstufe stromabwärts von der zweiten Filterstufe angeordnet ist, wobei die erste Filterstufe eine Filterfeinheit von 5 μm oder mehr, wobei die zweite Filterstufe eine Filterfeinheit in einem Bereich von 0,5 bis 5 μm aufweist, wobei die dritte Filterstufe eine Filterfeinheit von 1 μm oder weniger aufweist, und wobei mindestens eine der Filterstufen ausgewählt aus der ersten, zweiten und dritten Filterstufe eine Abscheiderate von 99,5% oder mehr aufweist. Die Erfindung betrifft auch eine so erhältlich Siliziumdioxidsuspension, daraus erzeugbare Granulate und Folgeprodukte.

Description

VERFAHREN ZUR HERSTELLUNG EINER SILIZIUMOXIDSUSPENSION
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer Siliziumdioxidsuspension beinhaltend die Verfahrensschritte: Bereitstellen eines Siliziumdioxidpulvers und einer Flüssigkeit; Mischen des Siliziumdioxidpulvers mit der Flüssigkeit unter Erhalt einer Aufschlämmung; Behandeln der Aufschlämmung mit Ultraschall unter Erhalt einer Vorläufersuspension; Leiten zumindest eines Teils der Vorläufersuspension durch eine erste mehrstufige Filtervorrichtung, wobei die erste mehrstufige Filtervorrichtung zumindest eine erste, eine zweite und eine dritte Filterstufe aufweist, wobei jede Filterstufe mindestens einen Filter beinhaltet, wobei die zweite Filterstufe stromabwärts von der ersten Filterstufe und die dritte Filterstufe stromabwärts von der zweiten Filterstufe angeordnet ist, wobei die erste Filterstufe eine Filterfeinheit von 5 pm oder mehr, wobei die zweite Filterstufe eine Filterfeinheit in einem Bereich von 0,5 bis 5 pm aufweist, wobei die dritte Filterstufe eine Filterfeinheit von 1 pm oder weniger aufweist, und wobei mindestens eine der Filterstufen ausgewählt aus der ersten, zweiten und dritten Filterstufe eine Abscheiderate von 99, 5% oder mehr aufweist, wobei die Abscheiderate gemäß ISO 16889, jeweils bezogen auf den genannten Filter ist, angegeben wird, und wobei die Filterfeinheit angibt, welches die kleinste Partikelgröße ist, die von dem genannten Filter zurückgehalten wird. Die Erfindung betrifft auch eine so erhältlich Siliziumdioxidsuspension, daraus erzeugbare Granulate und Folgeprodukte.
Quarzglas, Quarzglaserzeugnisse und Erzeugnisse, die Quarzglas enthalten, sind bekannt. Ebenso sind verschiedene Verfahren zum Herstellen von Quarzglas und Quarzglaskörpern bereits bekannt. Nichtsdestotrotz werden weiterhin erhebliche Bemühungen unternommen, Herstellungsverfahren aufzuzeigen, mittels derer Quarzglas von noch höherer Reinheit, das bedeutet Abwesenheit von Verunreinigungen, hergestellt werden können. So werden bei manchen Einsatzgebieten von Quarzglas und seinen Verarbeitungsprodukten besonders hohe Anforderungen, zum Beispiel hinsichtlich Homogenität und Reinheit gestellt. Dies ist unter anderem der Fall bei Quarzglas, das zu Lichtleitern oder in Leuchtmitteln verarbeitet wird. Verunreinigungen können hier Absorptionen bewirken. Das ist nachteilig, da es zu Farbveränderungen und zur Dämpfung des emittierten Lichts führt. Ein weiteres Beispiel für den Einsatz von hochreinem Quarzglas sind Produktionsschritte in der Halbleiterfertigung. Hier führt jede Verunreinigung des Glaskörpers potentiell zu Defekten der Halbleiter, und somit zu Ausschuss in der Fertigung. Die für diese Verfahren eingesetzten hochreinen Quarzglassorten, insbesondere hochreine synthetische Quarzglassorten, werden daher sehr aufwendig hergestellt. Sie sind hochpreisig. Weiterhin besteht im Markt der Wunsch nach dem bereits genannten hochreinen Quarzglas, insbesondere hochreinen synthetischen Quarzglas, und Erzeugnissen daraus zu einem niedrigeren Preis. Daher besteht das Bestreben, hochreines Quarzglas zu einem niedrigeren Preis als bisher anbieten zu können. In diesem Hinblick werden sowohl kostengünstigere Herstellungsverfahren als auch günstigere Rohstoffquellen gesucht.
Bekannte Verfahren zum Herstellen von Quarzglaskörpern beinhalten das Schmelzen von Siliziumdioxid und das Formen zu Quarzglaskörpern aus der Schmelze. Unregelmäßigkeiten in einem Glaskörper, zum Beispiel durch den Einschluss von Gasen in Form von Blasen, können zu einem Versagen des Glaskörpers bei Belastung führen, insbesondere bei hohen Temperaturen, oder die Verwendung für einen bestimmten Zweck ausschließen. So können Verunreinigungen des quarzglasbildenden Rohstoffs zur Bildung von Rissen, Blasen, Streifen und Verfärbungen im Quarzglas führen. Beim Einsatz in Verfahren zur Herstellung und Behandlung von Halbleiterbauteilen können außerdem Verunreinigungen im Glaskörper herausgearbeitet und auf die behandelten Halbleiterbauteile übertragen werden. Dies ist zum Beispiel bei Ätzverfahren der Fall und führt dann zu Ausschuss bei den Halbleiterrohlingen. Ein häufig auftretendes Problem bei den bekannten Herstellungsverfahren ist folglich eine ungenügende Qualität der Quarzglaskörper.
Ein weiterer Aspekt betrifft die Rohstoffeffizienz. Es erscheint vorteilhaft, an anderer Stelle als Nebenprodukt anfallendes Quarzglas und Rohstoffe dafür möglichst einer industriellen Verarbeitung zu Quarzglaserzeugnissen zuzuführen, anstatt diese Nebenprodukte wie bisher als Füllmaterial, z.B. im Hochbau, zu verbringen oder kostspielig als Müll zu entsorgen. Diese Nebenprodukte werden oftmals als Feinstaub in Filtern abgeschieden. Der Feinstaub wirft weitere Probleme, insbesondere im Hinblick auf Gesundheit, Arbeitsschutz und Handhabung auf.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen oder mehrere der sich aus dem Stand der Technik ergebenden Nachteile zumindest teilweise zu überwinden.
Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, Lichtleiter, Leuchtmittel, Formkörper und
Beschichtungen mit einer langen Lebensdauer bereitzustellen.
Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, Lichtleiter, Leuchtmittel, Formkörper und
Beschichtungen aus Glas bereitzustellen, die blasenfrei oder blasenarm sind.
Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, Lichtleiter, Leuchtmittel, Formkörper und
Beschichtungen aus Glas bereitzustellen, die eine hohe Transparenz aufweisen. Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, Lichtleiter, Leuchtmittel, Formkörper und
Beschichtungen bereitzustellen, die eine geringe Opazität aufweisen.
Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, Lichtleiter mit einer geringen Dämpfung bereitzustellen.
Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, Lichtleiter, Leuchtmittel, Formkörper und
Beschichtungen bereitzustellen, die eine hohe Formtreue aufweisen. Insbesondere ist es eine Aufgabe der Erfindung, Lichtleiter, Leuchtmittel, Formkörper und Beschichtungen bereitzustellen, die bei hohen Temperaturen nicht verformen. Insbesondere ist es eine Aufgabe der Erfindung, Lichtleiter, Leuchtmittel, Formkörper und Beschichtungen bereitzustellen, die auch bei Ausbildung großer Abmessungen formstabil sind.
Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, Lichtleiter, Leuchtmittel, Formkörper und
Beschichtungen bereitzustellen, die reiß- und bruchfest sind.
Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, Lichtleiter, Leuchtmittel, Formkörper und
Beschichtungen bereitzustellen, die effizient herstellbar sind.
Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, Lichtleiter, Leuchtmittel, Formkörper und
Beschichtungen bereitzustellen, die kostengünstig herstellbar sind.
Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, Lichtleiter, Leuchtmittel, Formkörper und
Beschichtungen bereitzustellen, bei deren Herstellung auf lange Nachbehandlungsschritte, zum Beispiel Tempern verzichtet werden kann.
Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, Lichtleiter, Leuchtmittel, Formkörper und
Beschichtungen bereitzustellen, die eine hohe Temperaturwechselbeständigkeit aufweisen. Es ist insbesondere eine Aufgabe der Erfindung, Lichtleiter, Leuchtmittel, Formkörper und Beschichtungen bereitzustellen, die bei starken thermischen Schwankungen eine geringe Wärmeausdehnung aufweisen.
Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, Lichtleiter, Leuchtmittel, Formkörper und
Beschichtungen bereitzustellen, die eine hohe Härte aufweisen.
Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, Lichtleiter, Leuchtmittel, Formkörper und
Beschichtungen bereitzustellen, die eine hohe Reinheit und eine geringe Kontamination mit Fremdatomen aufweisen. Unter Fremdatomen werden Bestandteile verstanden, die nicht gezielt eingebracht wurden.
Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, Lichtleiter, Leuchtmittel, Formkörper und
Beschichtungen bereitzustellen, die eine geringe Menge an Dotierstoffen enthalten.
Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, Lichtleiter, Leuchtmittel, Formkörper und
Beschichtungen bereitzustellen, die eine hohe Homogenität aufweisen. Eine Homogenität einer Eigenschaft oder eines Stoffes ist ein Maß für die Gleichmäßigkeit der Verteilung dieser Eigenschaft oder des Stoffes in einer Probe.
Es ist insbesondere eine Aufgabe der Erfindung, Lichtleiter, Leuchtmittel, Formkörper und Beschichtungen bereitzustellen, die eine hohe Stoffhomogenität aufweisen. Die Stoffhomogenität ist ein Maß für die Gleichmäßigkeit der Verteilung von im Lichtleiter, Leuchtmittel oder Halbleiterapparat enthaltenen Elemente und Verbindungen, insbesondere von OH, Chlor, Metallen, insbesondere Aluminium, Erdalkalimetalle, Refraktärmetalle und Dotierstoffe.
Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, einen Quarzglaskörper bereitzustellen, der für die Verwendung in Lichtleitern, Leuchtmitteln, Formkörper und Beschichtungen aus Quarzglas geeignet ist und mindestens eine, bevorzugt mehrere der bereits beschriebenen Aufgaben zumindest teilweise löst.
Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, einen Quarzglaskörper bereitzustellen, der eine geradlinige Ausformung aufweist. Insbesondere ist es eine Aufgabe, einen Quarzglaskörper bereitzustellen, der einen hohen Biegeradius aufweist. Insbesondere ist es eine weitere Aufgabe, einen Quarzglaskörper bereitzustellen, der einen hohen Curl-Parameter aufweist.
Es ist eine weitere Aufgabe, einen Quarzglaskörper bereitzustellen, in dem die Migration von Kationen möglichst gering ist.
Es ist eine weitere Aufgabe, einen Quarzglaskörper bereitzustellen, der eine hohe Homogenität über die gesamte Länge des Quarzglaskörpers aufweist.
Insbesondere ist es eine Aufgabe der Erfindung, einen Quarzglaskörper bereitzustellen, der über die gesamte Länge des Quarzglaskörpers eine hohe Brechzahlhomogenität aufweist.
Insbesondere ist es eine Aufgabe der Erfindung, einen Quarzglaskörper bereitzustellen, der über die gesamte Länge des Quarzglaskörpers eine hohe Homogenität der Viskosität aufweist.
Insbesondere ist es eine Aufgabe der Erfindung, einen Quarzglaskörper bereitzustellen, der über die gesamte Länge des Quarzglaskörpers eine hohe Stoffhomogenität aufweist.
Insbesondere ist es eine Aufgabe der Erfindung, einen Quarzglaskörper bereitzustellen, der über die gesamte Länge des Quarzglaskörpers eine hohe optische Homogenität aufweist.
Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, ein Siliziumdioxidpulver mit einer hohen Sinteraktivität bereitzustellen.
Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, ein Siliziumdioxidpulver mit einer niedrigen Sintertemperatur bereitzustellen.
Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, ein Siliziumdioxidpulver bereitzustellen, aus dem ein stabiles Granulat erhalten werden kann. Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, ein Siliziumdioxidgranulat bereitzustellen, das gut handhabbar ist.
Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, ein Siliziumdioxidgranulat bereitzustellen, das einen geringen Feinstaubanteil aufweist.
Es ist eine weitere Aufgabe, ein Siliziumdioxidgranulat bereitzustellen, das gut gelagert, transportiert und gefördert werden kann.
Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, ein Siliziumdioxidgranulat bereitzustellen, das blasenfreie Quarzglaskörper bilden kann. Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, ein Siliziumdioxidgranulat bereitzustellen, das als Schüttgut möglichst wenig Gasvolumen einschließt.
Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, ein offenporiges Siliziumdioxidgranulat bereitzustellen.
Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren bereitzustellen, mit dem
Quarzglaskörper hergestellt werden können, mittels derer mindestens ein Teil der bereits beschriebenen Aufgaben zumindest zum Teil gelöst ist.
Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren bereitzustellen, mit dem
Quarzglaskörper einfacher hergestellt werden können.
Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren bereitzustellen, mit dem
Quarzglaskörper kontinuierlich hergestellt werden können.
Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren bereitzustellen, mit dem
Quarzglaskörper durch ein kontinuierliches Schmelz- und Formgebungsverfahren hergestellt werden können.
Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren bereitzustellen, mit dem
Quarzglaskörper mit höherer Geschwindigkeit gebildet werden können.
Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren bereitzustellen, mit dem
Quarzglaskörper mit geringem Ausschuss hergestellt werden können.
Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren bereitzustellen, mit dem konfektionierbare Quarzglaskörper hergestellt werden können.
Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung von Quarzglaskörpern bereitzustellen, bei dem ein Siliziumdioxidgranulat in einem Schmelzofen verarbeitet werden kann, ohne dass dieses zuvor einem gezielten Verdichtungsschritt, z.B. durch eine Temperaturbehandlung von mehr als 1000 °C unterworfen werden muss.
Es ist insbesondere eine Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung von Quarzglaskörpern bereitzustellen, bei dem ein Siliziumdioxidgranulat mit einer BET von 20 m2/g oder mehr in einen Schmelzofen eingebracht, geschmolzen und zu einem Quarzglaskörper verarbeitet werden kann.
Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, ein automatisiertes Verfahren bereitzustellen, mit dem Quarzglaskörper hergestellt werden können.
Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung einer
Siliziumdioxidsuspension bereitzustellen, die möglichst keine von Siliziumdioxid verschiedenen Partikel mit einer Partikelgröße von mehr als 1 pm aufweist.
Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung einer
Siliziumdioxidsuspension bereitzustellen, bei dem die Siliziumdioxidsuspension möglichst wenige Verunreinigungen aufweist.
Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung einer
Siliziumdioxidsuspension bereitzustellen, bei dem der Feststoffanteil der
Siliziumdioxidsuspension möglichst nur die Atome Si, O, H, CI und C aufweist.
Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung einer
Siliziumdioxidsuspension bereitzustellen, bei dem der Feststoffanteil der
Siliziumdioxidsuspension möglichst wenig Atome aufweist, die von Si, O, H, CI und C verschieden sind.
Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung einer
Siliziumdioxidsuspension aus Sootpulver bereitzustellen, die möglichst homogen und möglichst lagerstabil ist.
Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung von hochreinem Quarzglas anzugeben.
Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung von möglichst blasenarmen Quarzglas anzugeben
Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung von Quarzglas anzugeben, das frei von Partikel von metallischen Verunreinigungen ist.
AUSFUHRUNGSFORMEN DER ERFINDUNG
Ein Beitrag zur mindestens teilweisen Erfüllung mindestens einer der zuvor genannten Aufgaben wird durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche geleistet. Die abhängigen Ansprüche stellen bevorzugte Ausführungsformen bereit, die zur mindestens teilweisen Erfüllung mindestens einer der Aufgaben beitragen. |1 | Ein Verfahren zum Herstellen einer Siliziumdioxidsuspension beinhaltend die Verfahrensschritte:
(i) Bereitstellen eines Siliziumdioxidpulvers;
(ii) Bereitstellen einer Flüssigkeit;
(iii) Mischen des Siliziumdioxidpulvers mit der Flüssigkeit unter Erhalt einer Aufschlämmung;
(iv) Behandeln der Aufschlämmung mit Ultraschall unter Erhalt einer Vorläufersuspension;
(v) Leiten zumindest eines Teils der Vorläufersuspension durch eine erste mehrstufige Filtervorrichtung,
wobei die erste mehrstufige Filtervorrichtung zumindest eine erste, eine zweite und eine dritte Filterstufe aufweist,
wobei jede Filterstufe mindestens einen Filter beinhaltet,
wobei die zweite Filterstufe stromabwärts von der ersten Filterstufe und die dritte Filterstufe stromabwärts von der zweiten Filterstufe angeordnet ist,
wobei die erste Filterstufe eine Filterfeinheit von 5 pm oder mehr,
wobei die zweite Filterstufe eine Filterfeinheit in einem Bereich von 0,5 bis 5 pm aufweist,
wobei die dritte Filterstufe eine Filterfeinheit von 1 pm oder weniger aufweist, und wobei mindestens eine der Filterstufen ausgewählt aus der ersten, zweiten und dritten Filterstufe eine Abscheiderate von 99, 5% oder mehr aufweist,
wobei die Abscheiderate gemäß ISO 16889, jeweils bezogen auf den genannten Filter ist, angegeben wird, und
wobei die Filterfeinheit angibt, welches die kleinste Partikelgröße ist, die von dem genannte Filter zurückgehalten wird.
Die Siliziumdioxidsuspension wird in Schritt (v) bevorzugt nach Durchtritt durch die mehrstufige Filtervorrichtung erhalten.
|2| Das Verfahren nach Ausführungsform 1 , wobei die erste Filtervorrichtung durch mindestens eines der folgenden Merkmale gekennzeichnet ist:
(a) die erste Filterstufe weist eine Abscheiderate von 90% oder weniger auf;
(b) die erste Filterstufe weist eine Filterfeinheit in einem Bereich von 5 bis 15 pm auf;
(c) die zweite Filterstufe weist eine Abscheiderate von 95% oder mehr auf; (d) die zweite Filterstufe weist eine Filterfeinheit von 0,5 bis 2 pm auf;
(e) die dritte Filterstufe weist eine Abscheiderate von 99,5 % oder mehr auf;
Oder eine Kombination von zwei oder mehr davon.
|3| Das Verfahren nach einer der vorherigen Ausführungsformen, wobei mindestens ein Filter der in einer der Filterstufen der ersten Filtervorrichtung ausgewählt aus der ersten, zweiten und dritten Filterstufe vorgesehen ist, als Tiefenfilter ausgestaltet ist.
|4| Das Verfahren nach einer der vorherigen Ausführungsformen, wobei die Behandlung der Aufschlämmung mit Ultraschall mindestens 10 Sekunden dauert.
|5| Das Verfahren nach einer der vorherigen Ausführungsformen, wobei die Behandlung der Aufschlämmung mit Ultraschall durch eine Leistungsdichte von bis zu 600 W/Liter gekennzeichnet ist.
|6| Das Verfahren nach einer der vorherigen Ausführungsformen, wobei die Aufschlämmung weniger als 5 Gew.-% an Additiven zur Stabilisierung der Aufschlämmung aufweist, die Gew.-% bezogen auf das Gesamtgewicht der Aufschlämmung. 1 Das Verfahren nach einer der vorhergehenden Ausführungsformen, wobei das Siliziumdioxidpulver herstellbar ist aus einer Verbindung ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Siloxanen und Siliziumalkoxiden.
|8| Das Verfahren nach einer der vorherigen Ausführungsformen, wobei das Siliziumdioxidpulver mindestens eines der folgenden Merkmale aufweist:
a. einen Kohlenstoffgehalt von weniger als 100 ppm;
b. einen Chlorgehalt von weniger als 500 ppm;
c. einen Aluminiumgehalt von weniger als 200 ppb;
d. einen Gehalt an Atomen, die von Si, O, H, C, CI verschieden sind, von weniger als
5 ppm;
e. mindestens 70 Gew.-% der Pulverteilchen weisen eine Primärpartikelgröße in einem
Bereich von 10 bis 100 nm auf;
f. Stampfdichte in einem Bereich von 0,001 bis 0,3 g/cm3;
g. eine Restfeuchte von weniger als 5 Gew.-%;
h. eine BET-Oberfläche von weniger als 35 g/m2;
oder eine Kombination von zwei oder mehr der Merkmale a. bis h.; wobei die Gew.-%, ppm und ppb jeweils auf die Gesamtmenge des Siliziumdioxidpulvers bezogen sind.
|9| Das Verfahren nach einer der vorhergehenden Ausführungsformen, wobei die Aufschlämmung durch mindestens eines der folgender Merkmale gekennzeichnet ist: a.) einen Feststoffgehalt von mindestens 20 Gew.-%, bezogen auf die Trockenmasse der Aufschlämmung;
b.) als 4 gew.-%ige Aufschlämmung hat die Aufschlämmung einen pH-Wert in einem
Bereich von 3 bis 8;
c.) Mindestens 90 Gew.-% der Siliziumdioxidpartikel weisen eine Partikelgröße in einem
Bereich von 1 nm bis < 10 pm auf;
d.) einen Gehalt an Chloratomen von 500 ppm oder weniger; und
e.) einen Gehalt von 5 ppm oder weniger an Atomen, die von Si, O, H, C, CI verschieden sind,
f.) die Aufschlämmung ist rheopex;
wobei die Gew.-% und ppm immer auf den gesamten Feststoffanteil der Aufschlämmung bezogen sind.
110| Das Verfahren nach einer der vorherigen Ausführungsformen, wobei die Siliziumdioxidsuspension mindestens eines der folgenden Merkmale aufweist:
A. rheopexe Eigenschaften bei einer Temperatur von weniger als 45 °C und einer Feststoffkonzentration im Bereich von 20 bis 70 Gew.-%, die Gew.-% bezogen auf den gesamten in der Suspension vorliegenden Feststoff;
B. Mindestens 90 Gew.-% der Siliziumdioxidpartikel, bezogen auf das Gesamtgewicht aller Siliziumdioxidpartikel, weisen eine Partikelgröße in einem Bereich von 1 nm bis < 10 pm auf;
C. als 4 gew.-%ige Suspension hat die Suspension einen pH-Wert in einem Bereich von 3 bis 8, wobei die Gew.-% auf den Feststoffgehalt der Suspension bezogen sind;
D. einen Chlorgehalt von weniger als 500 ppm;
E. einen Aluminiumgehalt von weniger als 200 ppb;
F. einen Gehalt an Atomen, die von Si, O, H, C, CI verschieden sind, von weniger als 5ppm;
wobei die ppm und ppb jeweils auf die Gesamtmenge an Siliziumdioxidpartikeln bezogen sind. 1111 Das Verfahren nach einer der vorherigen Ausführungsformen, wobei die Standzeit der ersten, mehrstufigen Filtervorrichtung mindestens 250 Liter beträgt, die Liter bezogen auf das gefilterte Volumen an Vorläufersuspension Filtervorrichtung.
112| Das Verfahren nach einer der vorherigen Ausführungsformen, wobei mindestens eine weitere Filtervorrichtung stromabwärts von der ersten, mehrstufigen Filtervorrichtung eingesetzt wird.
113| Eine Siliziumdioxidsuspension erhältlich nach einem Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ausführungsformen.
114| Ein Verfahren zum Herstellen eines Siliziumdioxidgranulats, wobei die
Siliziumdioxidsuspension nach Ausführungsform 13, oder eine nach einem Verfahren gemäß einer der Ausführungsformen 1 bis 12 erhältliche Siliziumdioxidsuspension zu einem Siliziumdioxidgranulat verarbeitet wird, wobei das Siliziumdioxidgranulat einen größeren Partikeldurchmesser aufweist als die in der Siliziumdioxidsuspension vorliegenden Siliziumdioxidpartikel.
115| Das Verfahren nach Ausführungsform 14, wobei beim Verarbeiten ein
Siliziumdioxidgranulat beinhaltend Granulen gebildet wird, wobei die Granulen eine sphärische Morphologie aufweisen.
116| Das Verfahren nach Ausführungsform 14 oder 15, wobei das Verarbeiten ein
Sprühgranulieren ist.
117| Das Verfahren nach einer der Ausführungsformen 14 bis 16, wobei das Sprühtrocknen durch mindestens eines der folgenden Merkmale gekennzeichnet ist:
a] Sprühgranulieren in einem Sprühturm;
b] Vorliegen eines Drucks der Siliziumdioxidsuspension an der Düse von nicht mehr als 40 bar, zum Beispiel in einem Bereich von 1 ,3 bis 20 bar von 1 ,5 bis 18 bar oder von 2 bis 15 bar oder von 4 bis 13 bar, oder besonders bevorzugt im Bereich von 5 bis 12 bar, wobei der Druck absolut (in Bezug auf p = 0 hPa) angegeben ist; c] eine Temperatur der Tröpfchen beim Eintritt in den Sprühturm in einem Bereich von 10 bis 50°C, bevorzugt in einem Bereich von 15 bis 30°C, besonders bevorzugt in einem Bereich von 18 bis 25°C. d] eine Temperatur an der dem Sprühturm zugewandten Seite der Düse in einem Bereich von 100 bis 450°C, zum Beispiel in einem Bereich von 250 bis 440°C, besonders bevorzugt von 320 bis 430°C;
e] einen Durchsatz an Siliziumdioxidsuspension durch die Düse in einem Bereich von 0,05 bis 1 m3/h, zum Beispiel in einem Bereich von 0,1 bis 0,7 m3/h oder von 0,2 bis 0,5 m3/h, besonders bevorzugt in einem Bereich von 0,25 bis 0,4 m3/h;
f] einen Feststoffgehalt der Siliziumdioxidsuspension von mindestens 40 Gew.-%, zum Beispiel in einem Bereich von 50 bis 80 Gew.-%, oder in einem Bereich von 55 bis 75 Gew.-%, besonders bevorzugt in einem Bereich von 60 bis 70 Gew.-% auf, jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht der Siliziumdioxidsuspension;
g] einen Gaszustrom in den Sprühturm in einem Bereich von 10 bis 100 kg/min, zum Beispiel in einem Bereich von 20 bis 80 kg/min oder von 30 bis 70 kg/min, besonders bevorzugt in einem Bereich von 40 bis 60 kg/min;
h] eine Temperatur des Gasstroms beim Eintritt in den Sprühturm in einem Bereich von 100 bis 450°C, zum Beispiel in einem Bereich von 250 bis 440°C, besonders bevorzugt von 320 bis 430°C;
i] eine Temperatur des Gasstroms beim Austritt aus dem Sprühturm von weniger als 170°C;
j] das Gas ist ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Luft, Stickstoff und Helium, oder einer Kombination von zwei oder mehr davon; bevorzugt Luft;
k] eine Restfeuchte des Granulats bei Entnahme aus dem Sprühturm von weniger als 5 Gew.-%, zum Beispiel von weniger als 3 Gew.-% oder von weniger als 1 Gew.-% oder in einem Bereich von 0.01 bis 0,5 Gew.-%, besonders bevorzugt in einem Bereich von 0,1 bis 0,3 Gew.-%, jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht des bei der Sprühtrocknung entstehenden Siliziumdioxidgranulats;
L] mindestens 50 Gew.-% des Sprühgranulats, bezogen auf das Gesamtgewicht des bei der Sprühtrocknung entstehenden Siliziumdioxidgranulats, vollzieht eine Flugzeit in einem Bereich von 1 bis 100 s, zum Beispiel über einen Zeitraum von 10 bis 80 s, besonders bevorzugt über einen Zeitraum vom 25 bis 70 s;
m] mindestens 50 Gew.-% des Sprühgranulats, bezogen auf das Gesamtgewicht des bei der Sprühtrocknung entstehenden Siliziumdioxidgranulats, legt eine Flugstrecke von mehr als 20 m zurück, zum Beispiel von mehr als 30 oder von mehr als 50 oder von mehr als 70 oder von mehr als 100 oder von mehr als 150 oder von mehr als 200 oder in einem Bereich von 20 bis 200 m oder von 10 bis 150 oder von 20 bis 100, besonders bevorzugt einem Bereich von 30 bis 80 m; n] der Sprühturm weist eine zylindrische Geometrie auf;
o] eine Höhe des Sprühturms von mehr als 10 m, zum Beispiel von mehr als 15 m oder von mehr als 20 m oder von mehr als 25 m oder von mehr als 30 m oder in einem Bereich von 10 bis 25 m, besonders bevorzugt in einem Bereich von 15 bis 20 m;
p] Absichten von Partikeln mit einer Größe von weniger als 90 pm vor der Entnahme des Granulats aus dem Sprühturm;
q] Absieben von Partikeln mit einer Größe von mehr als 500 pm nach der Entnahme des Granulats aus dem Sprühturm, bevorzugt auf einer Rüttelrinne;
r] der Austritt der Tröpfchen der Siliziumdioxidsuspension aus der Düse erfolgt in einem Winkel von 30 bis 60 Grad entgegen der Lotrichtung, besonders bevorzugt bei einem Wnkel von 45 Grad entgegen der Lotrichtung.
Das Verfahren nach einer der Ausführungsformen 14 bis 17, wobei das Siliziumdioxidgranulat mindestens eines der folgenden Merkmale aufweist:
A) einen Schüttwinkel in einem Bereich von 23 bis 26°;
B) eine BET-Oberfläche in einem Bereich von 20 bis 50 m2/g;
C) eine Schüttdichte in einem Bereich von 0,5 bis 1 ,2 g/cm3;
D) eine mittlere Partikelgröße der Siliziumdioxidpartikel in einem Bereich von 50 bis 500 pm;
E) einen Kohlenstoffgehalt von weniger als 50 ppm;
F) einen Chlorgehalt von weniger als 500 ppm;
G) einen Aluminiumgehalt von weniger als 200 ppb;
H) einen Gehalt an Atomen, die von Si, O, H, C verschieden sind, von weniger als 5 ppm;
l) eine Stampfdichte der Siliziumdioxidgranulatpartikel in einem Bereich von 0,7 bis 1 ,3 g/cm3;
J) ein Porenvolumen der Siliziumdioxidgranulatpartikel in einem Bereich von 0,1 bis 2,5 mL/g;
K) eine Partikelgrößenverteilung D10 der Siliziumdioxidgranulatpartikel in einem Bereich von 50 bis 150 pm;
L) eine Partikelgrößenverteilung D50 der Siliziumdioxidgranulatpartikel in einem Bereich von 150 bis 300 pm; M) eine Partikelgrößenverteilung Dgo der Siliziumdioxidgranulatpartikel in einem Bereich von 250 bis 620 pm;
wobei die ppm und ppb jeweils auf das Gesamtgewicht des Siliziumdioxidgranulats bezogen sind.
119| Ein Verfahren zum Herstellen eines Quarzglaskörpers zumindest beinhaltend die Verfahrensschritte:
i.) Bereitstellen des Siliziumdioxidgranulats nach einer der Ausführungsformen 14 bis
18;
ii.) Bilden einer Glasschmelze aus dem Siliziumdioxidgranulat; und
iii.) Bilden eines Quarzglaskörpers aus zumindest einem Teil der Glasschmelze.
|20| Ein Quarzglaskörper erhältlich nach einem Verfahren gemäß Ausführungsform 19.
|21 | Der Quarzglaskörper nach Ausführungsform 20, mindestens aufweisend eines der folgenden Merkmale:
A] einen Chlorgehalt von weniger als 500 ppm;
B] einen Aluminiumgehalt von weniger als 200 ppb;
C] einen Gehalt an Atomen, die von Si, O, H, C verschieden sind, von weniger als 5 ppm;
D] eine Viskosität (p=1013 hPa) in einem Bereich von logio (h (1250°C) / dPas) = 11 ,4 bis logio (P (1250°C) / dPas) = 12,9, oder log10 (h (1300°C) / dPas) = 11 , 1 bis log10 (h (1300°C) / dPas) = 12,2, oder logio (h (1350°C) / dPas) = 10,5 bis logio (h (1350°C) / dPas) = 11 ,5;
E] eine Brechzahlhomogenität von weniger als 104;
F] eine zylindrische Form;
G] einen Wolframgehalt von weniger als 5 ppm;
H] einen Molybdängehalt von weniger als 5 ppm;
wobei die ppb und ppm jeweils auf das Gesamtgewicht des Quarzglaskörpers bezogen sind.
|22| Ein Verfahren zum Herstellen eines Lichtleiters beinhaltend folgende Schritte:
AI Bereitstellen eines Quarzglaskörpers gemäß einer der Ausführungsformen 20 oder 21 , oder eines Quarzglaskörpers erhältlich nach einem Verfahren gemäß der Ausführungsform 19, wobei der Quarzglaskörper zunächst zu einem Hohlkörper mit mindestens einer Öffnung verarbeitet wird; B / Einbringen eines oder mehrerer Kernstäbe in den Hohlkörper aus Schritt AI durch die mindestens eine Öffnung unter Erhalt eines Vorläufers;
C/ Ziehen des Vorläufers in der Wärme unter Erhalt eines Lichtleiters mit einem oder mehreren Kernen und einer Hülle M1.
|23| Ein Lichtleiter erhältlich durch ein Verfahren gemäß Ausführungsform 22.
|24| Ein Verfahren zum Herstellen eines Leuchtmittels beinhaltend die folgenden Schritte:
(i) Bereitstellen eines Quarzglaskörpers gemäß einer der Ausführungsformen 20 oder 21 , oder eines Quarzglaskörpers erhältlich nach einem Verfahren gemäß der Ausführungsform 19, wobei der Quarzglaskörper zunächst zu einem Hohlkörper mit mindestens einer Öffnung verarbeitet wird;
(ii) gegebenenfalls Bestücken des Hohlkörpers mit Elektroden;
(iii) Füllen des Hohlkörpers aus Schritt (i) mit einem Gas.
|25| Ein Leuchtmittel erhältlich durch ein Verfahren gemäß Ausführungsform 24.
|26| Ein Verfahren zum Herstellen eines Formkörpers beinhaltend die folgenden Schritte:
(1) Bereitstellen eines Quarzglaskörpers nach einer der Ausführungsformen 20 oder 21 oder eines Quarzglaskörpers erhältlich nach einem Verfahren gemäß der Ausführungsform 19; und
(2) Formen des Quarzglaskörpers unter Erhalt eines Formkörpers.
|27| Ein Formkörper erhältlich durch ein Verfahren gemäß Ausführungsform 26.
|28| Ein Verfahren zum Herstellen einer Beschichtung auf einem Substrat, beinhaltend die folgenden Schritte:
|A| Bereitstellen einer Siliziumdioxidsuspension erhältlich nach einem Verfahren der Ausführungsformen 1 bis 12 und eines Substrats;
|B| Aufbringen einer Schicht der Siliziumdioxidsuspension auf dem Substrat. ALLGEMEINES
In der vorliegenden Beschreibung beinhalten Bereichsangaben auch die als Grenzen genannten Werte. Eine Angabe der Art„im Bereich von X bis Y“ in Bezug auf eine Größe A bedeutet folglich, dass A die Werte X, Y und Werte zwischen X und Y annehmen kann. Einseitig begrenzte Bereiche der Art„bis zu Y“ für eine Größe A bedeuten entsprechend als Werte Y und kleiner als Y.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Ein Beitrag zur mindestens teilweisen Erfüllung mindestens einer der zuvor genannten Aufgaben wird durch die unabhängigen Ansprüche geleistet. Die abhängigen Ansprüche stellen bevorzugte Ausführungsformen bereit, die zur mindestens teilweisen Erfüllung mindestens einer der Aufgaben beitragen.
Ein erster Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zum Herstellen einer Siliziumdioxidsuspension beinhaltend die Verfahrensschritte:
(i) Bereitstellen eines Siliziumdioxidpulvers;
(ii) Bereitstellen einer Flüssigkeit;
(iii) Mischen des Siliziumdioxidpulvers mit der Flüssigkeit unter Erhalt einer Aufschlämmung;
(iv) Behandeln der Aufschlämmung mit Ultraschall unter Erhalt eines Vorläufersuspension;
(v) Leiten zumindest eines Teils der Vorläufersuspension durch eine erste mehrstufige Filtervorrichtung,
wobei die erste mehrstufige Filtervorrichtung zumindest eine erste, eine zweite und eine dritte Filterstufe aufweist,
wobei jede Filterstufe mindestens einen Filter beinhaltet,
wobei die zweite Filterstufe stromabwärts von der ersten Filterstufe und die dritte Filterstufe stromabwärts von der zweiten Filterstufe angeordnet ist, wobei die erste Filterstufe eine Filterfeinheit von 5 pm oder mehr,
wobei die zweite Filterstufe eine Filterfeinheit in einem Bereich von 0,5 bis 5 pm aufweist,
wobei die dritte Filterstufe eine Filterfeinheit von 1 pm oder weniger aufweist, und wobei mindestens eine der Filterstufen ausgewählt aus der ersten, zweiten und dritten Filterstufe eine Abscheiderate von 99, 5% oder mehr aufweist,
wobei die Abscheiderate gemäß ISO 16889, jeweils bezogen auf den genannten Filter angegeben wird, und
wobei die Filterfeinheit angibt, welches die kleinste Partikelgröße ist, die von dem genannte Filter zurückgehalten wird.
Siliziumdioxidpulver
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist es prinzipiell möglich, Siliziumdioxidpulver aus natürlich vorkommendem oder aus synthetisch hergestelltem Siliziumdioxid zu gewinnen. Bevorzugt wird synthetisches Siliziumdioxidpulver verwendet. Besonders bevorzugt wird pyrogen erzeugtes Siliziumdioxidpulver verwendet.
Das Siliziumdioxidpulver kann jedes Siliziumdioxidpulver sein, das mindestens zwei Teilchen aufweist. Als Herstellungsverfahren kommt jedes Verfahren in Betracht, das dem Fachmann geläufig und für den vorliegenden Zweck geeignet erscheint.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird das Siliziumdioxidpulver bei der Herstellung von Quarzglas als Nebenprodukt erzeugt, insbesondere bei der Herstellung von sogenannten Sootkörpern. Siliziumdioxid solcher Herkunft wird oftmals auch als„Sootstaub“ bezeichnet.
Eine geeignete Quelle für das Siliziumdioxidpulver sind Siliziumdioxidpartikel, die bei der synthetischen Herstellung von Sootkörpern unter Einsatz von Flammhydrolysebrennern erhalten werden. Bei der Herstellung eines Sootkörpers wird entlang einer Brennerreihe ein rotierendes Trägerrohr, das eine Zylindermantelfläche aufweist, reversierend hin- und her bewegt. Den Flammhydrolysebrennern können dabei als Brennergase jeweils Sauerstoff und Wasserstoff sowie die Ausgangsmaterialien für die Bildung von Siliziumdioxidprimärpartikeln zugeführt werden. Die Siliziumdioxidprimärpartikel weisen bevorzugt eine Primärpartikelgröße von bis zu 100 nm auf. Die durch Flammenhydrolyse erzeugten Siliziumdioxidprimärpartikel aggregieren oder agglomerieren zu Siliziumdioxidpartikeln mit Partikelgrößen von etwa 9 pm (DIN ISO 13320:2009-1). In den Siliziumdioxidpartikeln sind die Siliziumdioxidprimärpartikel durch Raster- Elektronen-Mikroskopie in ihrer Form erkennbar und die Primärpartikelgröße kann bestimmt werden. Ein Teil der Siliziumdioxidpartikel werden auf der Zylindermantelfläche des um seine Längsachse rotierenden Trägerrohrs abgeschieden. So wird Schicht für Schicht der Sootkörper aufgebaut. Ein anderer Teil der Siliziumdioxidpartikel wird nicht auf der Zylindermantelfläche des Trägerrohrs abgeschieden, sondern fällt als Staub an, z.B. in einer Filteranlage. Dieser andere Teil Siliziumdioxidpartikel bildet das Siliziumdioxidpulver, oftmals auch als „Sootstaub“ bezeichnet. In der Regel ist der auf dem Trägerrohr abgeschiedene Teil Siliziumdioxidpartikel größer als der als Sootstaub anfallende Teil Siliziumdioxidpartikel im Rahmen der Sootkörperherstellung, bezogen auf das Gesamtgewicht der Siliziumdioxidpartikel.
Heutzutage wird der Sootstaub in der Regel aufwendig und kostenintensiv als Abfall entsorgt oder ohne Wertschöpfung als Füllstoff verbracht, z.B. im Straßenbau, als Zuschlagstoffe in der Farbstoffindustrie, als Rohstoff für die Fliesenherstellung und zur Herstellung von Hexafluorkieselsäure, welche zur Sanierung von Bauwerksfundamenten eingesetzt wird. Im Fall der vorliegenden Erfindung eignet es sich als Ausgangsstoff und kann zu einem hochwertigen Produkt verarbeitet werden.
Durch Flammenhydrolyse hergestelltes Siliziumdioxid wird gewöhnlich als pyrogenes Siliziumdioxid bezeichnet. Pyrogenes Siliziumdioxid liegt üblicherweise in Form amorpher Siliziumdioxidprimärpartikel oder Siliziumdioxidpartikel vor.
Gemäß einer Ausführungsform kann das Siliziumdioxidpulver durch Flammenhydrolyse aus einem Gasgemisch hergestellt werden. In diesem Fall werden die Siliziumdioxidpartikel ebenfalls in der Flammenhydrolyse gebildet und als Siliziumdioxidpulver abgeführt, bevor sich Agglomerate oder Aggregate bilden. Hier ist das zuvor als Sootstaub bezeichnete Siliziumdioxidpulver Hauptprodukt.
Als Ausgangsmaterialien für die Bildung des Siliziumdioxidpulvers eignen sich bevorzugt Siloxane, Siliziumalkoxide und anorganische Siliziumverbindungen. Unter Siloxanen werden lineare und cyclische Polyalkylsiloxane verstanden. Bevorzugt haben Polyalkylsiloxane die allgemeine Formel
SipOpR2p,
wobei p eine ganze Zahl von mindestens 2, bevorzugt von 2 bis 10, besonders bevorzugt von 3 bis 5, und
R eine Alkylgruppe mit 1 bis 8 C-Atomen, bevorzugt mit 1 bis 4 C-Atomen, besonders bevorzugt eine Methylgruppe
ist. Besonders bevorzugt sind Siloxane ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Hexamethyldisiloxan, Hexamethylcyclotrisiloxan (D3), Octamethylcyclotetrasiloxan (D4) und Dekamethylcyclopentasiloxan (D5) oder einer Kombination von zwei oder mehr davon. Umfasst das Siloxan D3, D4 und D5, ist D4 bevorzugt die Hauptkomponente. Die Hauptkomponente liegt bevorzugt mit einem Anteil von mindestens 70 Gew.-%, bevorzugt von mindestens 80 Gew.-%, zum Beispiel von mindestens 90 Gew.-% oder von mindestens 94 Gew.-%, besonders bevorzugt von mindestens 98 Gew.-%, jeweils bezogen auf die Gesamtmenge Siliziumdioxidpulver, vor. Bevorzugte Siliziumalkoxide sind Tetramethoxysilan und Methyltrimethoxysilan. Bevorzugte anorganische Siliziumverbindungen als Ausgangsmaterial für Siliziumdioxidpulver sind Siliziumhalogenide, Silikate, Siliziumcarbid und Siliziumnitrid. Besonders bevorzugt als anorganische Siliziumverbindung als Ausgangsmaterial für Siliziumdioxidpulver sind Siliziumtetrachlorid und Trichlorsilan.
Gemäß einer Ausführungsform ist das Siliziumdioxidpulver aus einer Verbindung ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Siloxanen, Siliziumalkoxiden und Siliziumhalogeniden herstellbar.
Bevorzugt ist das Siliziumdioxidpulver herstellbar aus einer Verbindung ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Hexamethyldisiloxan, Hexamethylcyclotrisiloxan, Octamethylcyclotetrasiloxan und Dekamethylcyclopentasiloxan, Tetramethoxysilan und Methyltrimethoxysilan, Siliziumtetrachlorid und Trichlorsilan oder einer Kombination aus zwei oder mehr davon, zum Beispiel aus Siliziumtetrachlorid und Octamethylcyclotetrasiloxan, besonders bevorzugt aus Octamethylcyclotetrasiloxan.
Für die Bildung von Siliziumdioxid aus Siliziumtetrachlorid durch Flammhydrolyse sind verschiedene Parameter von Bedeutung. Eine bevorzugte Zusammensetzung eines geeigneten Gasgemisches beinhaltet einen Anteil an Sauerstoff bei der Flammenhydrolyse in einem Bereich von 25 bis 40 Vol.-%. Der Anteil an Wasserstoff kann in einem Bereich von 45 bis 60 Vol.-% betragen. Der Anteil an Siliziumtetrachlorid liegt bevorzugt bei 5 bis 30 Vol.-%, alle der vorgenannten Vol.-% bezogen auf das Gesamtvolumen des Gasstroms. Weiter bevorzugt ist eine Kombination der vorgenannten Volumenanteile für Sauerstoff, Wasserstoff und SiCI4. Die Flamme in der Flammenhydrolyse weist bevorzugt eine Temperatur in einem Bereich von 1500 bis 2500 °C, beispielsweise in einem Bereich von 1600 bis 2400 °C, besonders bevorzugt in einem Bereich von 1700 bis 2300 °C auf. Bevorzugt werden die in der Flammenhydrolyse gebildeten Siliziumdioxidprimärpartikel als Siliziumdioxidpulver abgeführt, bevor sich Agglomerate oder Aggregate bilden. Das Siliziumdioxidpulver kann mindestens eines, zum Beispiel mindestens zwei oder mindestens drei oder mindestens vier, bevorzugt mindestens fünf der folgenden Merkmale aufweisen:
i. eine BET-Oberfläche in einem Bereich von kleiner als 35 m2/g, zum Beispiel von 25 bis 35 m2/g, oder von 25 bis 30 m2/g, und
ii. eine Schüttdichte 0,01 bis 0,3 g/cm3, zum Beispiel im Bereich von 0,02 bis 0,2 g/cm3, bevorzugt im Bereich von 0,03 bis 0,15 g/cm3, weiter bevorzugt im Bereich von 0, 1 bis 0,2 g/cm3 oder im Bereich von 0,05 bis 0,1 g/cm3.
iii. einen Kohlenstoffgehalt von weniger als 100 ppm, zum Beispiel von weniger als 50 ppm oder von weniger 30 ppm, besonders bevorzugt in einem Bereich von 1 ppb bis 20 ppm;
iv. einen Chlorgehalt von weniger als 500 ppm, zum Beispiel von weniger als 300 ppm oder von weniger 150 ppm, besonders bevorzugt in einem Bereich von 1 ppb bis 80 ppm;
v. einen Aluminiumgehalt von weniger als 200 ppb, zum Beispiel im Bereich von 1 bis 100 ppb, besonders bevorzugt im Bereich von 1 bis 80 ppb;
vi. einen Gesamtgehalt an Atomen, die von Si, O, H, C, CI verschieden sind, von weniger als 5 ppm, zum Beispiel von weniger als 2 ppm, besonders bevorzugt in einem Bereich von 1 ppb bis 1 ppm;
vii. mindestens 70 Gew.-% der Pulverteilchen weisen eine Primärpartikelgröße in einem Bereich von 10 bis 100 nm, zum Beispiel im Bereich von 15 bis weniger als 100 nm, besonders bevorzugt im Bereich von 20 bis weniger als 100 nm auf;
viii. eine Stampfdichte in einem Bereich von 0,001 bis 0,3 g/cm3, zum Beispiel im Bereich von 0,002 bis 0,2 g/cm3 oder von 0,005 bis 0,1 g/cm3, bevorzugt im Bereich von 0,01 bis 0,06 g/cm3, auch bevorzugt im Bereich von 0, 1 bis 0,2 g/cm3, oder im Bereich von 0, 15 bis 0,2 g/cm3;
ix. eine Restfeuchte von weniger als 5 Gew.-%, zum Beispiel im Bereich von 0,25 bis 3 Gew.-%, besonders bevorzugt im Bereich von 0,5 bis 2 Gew.-%;
wobei die Gew.-%, ppm und ppb jeweils auf das Gesamtgewicht des Siliziumdioxidpulvers bezogen sind.
Das Siliziumdioxidpulver enthält Siliziumdioxid. Bevorzugt enthält das Siliziumdioxidpulver Siliziumdioxid in einer Menge von mehr als 95 Gew.-%, zum Beispiel in einer Menge von mehr als 98 Gew.-%.oder von mehr als 99 Gew.-%.oder von mehr als 99,9 Gew.-%, jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht des Siliziumdioxidpulvers. Besonders bevorzugt enthält das Siliziumdioxidpulver Siliziumdioxid in einer Menge von mehr als 99,99 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht des Siliziumdioxidpulvers.
Bevorzugt weist das Siliziumdioxidpulver einen Gehalt an von Si, O, H, C, CI verschiedenen Atomen von weniger als 5 ppm, zum Beispiel von weniger als 2 ppm, besonders bevorzugt von weniger als 1 ppm, jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht des Siliziumdioxidpulvers, auf. Oftmals weist das Siliziumdioxidpulver jedoch einen Gehalt an von Si, O, H, C, CI verschiedenen Atomen in einer Menge von mindestens 1 ppb auf. Die von Si, O, H, C, CI verschiedenen Atome können zum Beispiel als Element, als Ion, oder als Teil eines Moleküls oder eines Ions oder eines Komplexes vorliegen.
Bevorzugt weisen mindestens 70 % der Pulverteilchen des Siliziumdioxidpulvers, bezogen auf die Anzahl an Pulverteilchen, eine Primärpartikelgröße von weniger als 100 nm auf, zum Beispiel im Bereich von 10 bis 100 nm oder von 15 bis 100 nm, und besonders bevorzugt im Bereich von 20 bis 100 nm auf. Die Primärpartikelgröße wird durch dynamische Lichtstreuung nach ISO 13320:2009-10 bestimmt.
Bevorzugt weisen mindestens 75 % der Pulverteilchen des Siliziumdioxidpulvers, bezogen auf die Anzahl an Pulverteilchen, eine Primärpartikelgröße von weniger als 100 nm auf, zum Beispiel im Bereich von 10 bis 100 nm oder von 15 bis 100 nm, und besonders bevorzugt im Bereich von 20 bis 100 nm auf.
Bevorzugt weisen mindestens 80 % der Pulverteilchen des Siliziumdioxidpulvers, bezogen auf die Anzahl an Pulverteilchen, eine Primärpartikelgröße von weniger als 100 nm auf, zum Beispiel im Bereich von 10 bis 100 nm oder von 15 bis 100 nm, und besonders bevorzugt im Bereich von 20 bis 100 nm auf.
Bevorzugt weisen mindestens 85 % der Pulverteilchen des Siliziumdioxidpulvers, bezogen auf die Anzahl an Pulverteilchen, eine Primärpartikelgröße von weniger als 100 nm auf, zum Beispiel im Bereich von 10 bis 100 nm oder von 15 bis 100 nm, und besonders bevorzugt im Bereich von 20 bis 100 nm auf.
Bevorzugt weisen mindestens 90 % der Pulverteilchen des Siliziumdioxidpulvers, bezogen auf die Anzahl an Pulverteilchen, eine Primärpartikelgröße von weniger als 100 nm auf, zum Beispiel im Bereich von 10 bis 100 nm oder von 15 bis 100 nm, und besonders bevorzugt im Bereich von 20 bis 100 nm auf.
Bevorzugt weisen mindestens 95 % der Pulverteilchen des Siliziumdioxidpulvers, bezogen auf die Anzahl an Pulverteilchen, eine Primärpartikelgröße von weniger als 100 nm auf, zum Beispiel im Bereich von 10 bis 100 nm oder von 15 bis 100 nm, und besonders bevorzugt im Bereich von 20 bis 100 nm auf.
Bevorzugt weist das Siliziumdioxidpulver eine spezifische Oberfläche (BET -Oberfläche) in einem Bereich von 20 bis 35 m2/g auf, zum Beispiel von 25 bis 35 m2/g, oder von 25 bis 30 m2/g. Die BET-Oberfläche wird nach der Methode von Brunauer, Emmet und Teller (BET) anhand der DIN 66132 ermittelt und basiert auf Gasabsorption an der zu messenden Oberfläche.
Bevorzugt hat das Siliziumdioxidpulver einen pH-Wert von weniger als 7, zum Beispiel im Bereich von 3 bis 6,5 oder von 3,5 bis 6 oder von 4 bis 5,5, besonders bevorzugt im Bereich von 4,5 bis 5. Der pH-Wert kann mittels Einstabmesselektrode ermittelt werden (4 % Siliziumdioxidpulver in Wasser).
Das Siliziumdioxidpulver weist bevorzugt die Merkmalskombination a./b./c. oder a./b./f. oder a./b./g. auf, weiter bevorzugt die Merkmalskombination a./b./c./f. oder a./b./c./g. oder a./b./f./g. , besonders bevorzugt die Merkmalskombination a./b./c./f./g.
Das Siliziumdioxidpulver weist bevorzugt die Merkmalskombination a./b./c. auf, wobei die BET- Oberfläche in einem Bereich von 20 bis 35 m2/g liegt, die Schüttdichte in einem Bereich von 0,05 bis 0,3 g/ml_ liegt und der Kohlenstoffgehalt weniger als 35 ppm beträgt.
Das Siliziumdioxidpulver weist bevorzugt die Merkmalskombination a./b./f. auf, wobei die BET- Oberfläche in einem Bereich von 20 bis 35 m2/g, die Schüttdichte in einem Bereich von 0,05 bis 0,3 g/ml_ und der Gesamtgehalt an Metallen, die von Aluminium verschieden sind, in einem Bereich von 1 ppb bis 1 ppm liegt.
Das Siliziumdioxidpulver weist bevorzugt die Merkmalskombination a./b./g. auf, wobei die BET- Oberfläche in einem Bereich von 20 bis 35 m2/g liegt, die Schüttdichte in einem Bereich von 0,05 bis 0,3 g / ml_ liegt und mindestens 70 Gew.-% der Pulverteilchen eine Primärpartikelgröße in einem Bereich von 20 bis weniger als 100 nm aufweisen. Das Siliziumdioxidpulver weist weiter bevorzugt die Merkmalskombination a./b./c./f. auf, wobei die BET-Oberfläche in einem Bereich von 20 bis 35 m2/g liegt, die Schüttdichte in einem Bereich von 0,05 bis 0,3 g/ml_ liegt, der Kohlenstoffgehalt weniger als 40 ppm beträgt und der Gesamtgehalt an Metallen, die von Aluminium verschieden sind, in einem Bereich von 1 ppb bis 1 ppm liegt.
Das Siliziumdioxidpulver weist weiter bevorzugt die Merkmalskombination a./b./c./g. auf, wobei die BET-Oberfläche in einem Bereich von 20 bis 35 m2/g liegt, die Schüttdichte in einem Bereich von 0,05 bis 0,3 g/ml_ liegt, der Kohlenstoffgehalt weniger als 40 ppm beträgt und mindestens 70 Gew.-% der Pulverteilchen eine Primärpartikelgröße in einem Bereich von 20 bis weniger als 100 nm aufweisen.
Das Siliziumdioxidpulver weist weiter bevorzugt die Merkmalskombination a./b./f./g. auf, wobei die BET-Oberfläche in einem Bereich von 20 bis 35 m2/g liegt, die Schüttdichte in einem Bereich von 0,05 bis 0,3 g/ml_ liegt, der Gesamtgehalt an Metallen, die von Aluminium verschieden sind, in einem Bereich von 1 ppb bis 1 ppm liegt und mindestens 70 Gew.-% der Pulverteilchen eine Primärpartikelgröße in einem Bereich von 20 bis weniger als 100 nm aufweisen.
Das Siliziumdioxidpulver weist besonders bevorzugt die Merkmalskombination a./b./c./f./g. auf, wobei die BET-Oberfläche in einem Bereich von 20 bis 35 m2/g liegt, die Schüttdichte in einem Bereich von 0,05 bis 0,3 g/ml_ liegt, der Kohlenstoffgehalt weniger als 40 ppm beträgt, der Gesamtgehalt an Metallen, die von Aluminium verschieden sind, in einem Bereich von 1 ppb bis 1 ppm liegt und mindestens 70 Gew.-% der Pulverteilchen eine Primärpartikelgröße in einem Bereich von 20 bis weniger als 100 nm aufweisen.
Die Schritte (i) - (v) des ersten Gegenstands lauten:
(i) Bereitstellen eines Siliziumdioxidpulvers;
(ii) Bereitstellen einer Flüssigkeit;
(iii) Mischen des Siliziumdioxidpulvers mit der Flüssigkeit unter Erhalt einer Aufschlämmung;
(iv) Behandeln der Aufschlämmung mit Ultraschall unter Erhalt eines Vorläufersuspension;
(v) Leiten zumindest eines Teils der Vorläufersuspension durch eine erste mehrstufige Filtervorrichtung, wobei die erste mehrstufige Filtervorrichtung zumindest eine erste, eine zweite und eine dritte Filterstufe aufweist,
wobei jede Filterstufe mindestens einen Filter beinhaltet,
wobei die zweite Filterstufe stromabwärts von der ersten Filterstufe und die dritte Filterstufe stromabwärts von der zweiten Filterstufe angeordnet ist, wobei die erste Filterstufe eine Filterfeinheit von 5 pm oder mehr,
wobei die zweite Filterstufe eine Filterfeinheit in einem Bereich von 0,5 bis 5 pm aufweist,
wobei die dritte Filterstufe eine Filterfeinheit von 1 pm oder weniger aufweist, und wobei mindestens eine der Filterstufen ausgewählt aus der ersten, zweiten und dritten Filterstufe eine Abscheiderate von 99, 5% oder mehr aufweist,
wobei die Abscheiderate gemäß ISO 16889, jeweils bezogen auf den genannten Filter angegeben wird, und
wobei die Filterfeinheit angibt, welches die kleinste Partikelgröße ist, die von dem genannte Filter zurückgehalten wird.
Es können weitere Filterstufen zwischen der als erste, zweite und dritte Filterstufe bezeichneten Filterstufen vorgesehen sein.
Eine Flüssigkeit wird im Sinne der vorliegenden Erfindung als ein Stoff oder ein Stoffgemisch verstanden, das bei einem Druck von 1013 hPa und einer Temperatur von 20 °C flüssig ist.
Eine „Aufschlämmung“ im Sinne der vorliegenden Erfindung bedeutet ein Gemisch aus mindestens zwei Stoffen, wobei das Gemisch bei den bei Betrachtung vorliegenden Bedingungen mindestens eine Flüssigkeit und mindestens einen Feststoff aufweist. Während des Verfahrens werden eine Aufschlämmung und eine Vorläufersuspension gebildet. Bei der Vorläufersuspension handelt es sich ebenfalls eine Aufschlämmung, wobei diese aber mit Ultraschall gemäß Schritt (iv) behandelt wurde. Sofern im folgenden nicht ausdrücklich eine „Aufschlämmung“ oder „Vorläufersuspension“ bezeichnet wird, also allgemein von einer „Aufschlämmung“ gesprochen wird, kann das so Beschriebene prinzipiell für die Aufschlämmung, oder für die Vorläufersuspension, oder sowohl für die Aufschlämmung als auch die Vorläufersuspension gelten. Dies kann so begründet werden, dass bei der Behandlung der Aufschlämmung unter Erhalt der Vorläufersuspension nicht jedes der nachfolgend beschrieben Merkmale sich durch die Behandlung ändert, oder dass sich ein Merkmal zwar ändert, aber innerhalb des allgemein beschriebenen Merkmals verbleibt. Als Flüssigkeit eignen sich prinzipiell alle dem Fachmann bekannten und zum vorliegenden Einsatzzweck geeignet erscheinende Stoffe und Stoffgemische. Bevorzugt ist die Flüssigkeit ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus organischen Flüssigkeiten und Wasser. Bevorzugt ist das Siliziumdioxidpulver in der Flüssigkeit in einer Menge von weniger als 0,5 g/L, bevorzugt in einer Menge von weniger als 0,25 g/L, besonders bevorzugt in einer Menge von weniger als 0,1 g/L löslich, die g/L jeweils angegeben als g Siliziumdioxidpulver pro Liter Flüssigkeit.
Bevorzugt eignen sich als Flüssigkeit polare Lösungsmittel. Dies können organische Flüssigkeiten oder Wasser sein. Bevorzugt ist die Flüssigkeit ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Wasser, Methanol, Ethanol, n-Propanol, iso-Propanol, n-Butanol, tert-Butanol und Mischungen aus mehr als einem davon. Besonders bevorzugt ist die Flüssigkeit Wasser. Besonders bevorzugt beinhaltet die Flüssigkeit destilliertes oder entionisiertes Wasser, zum Beispiel auch„höchstreines“ Wasser. Diese hat eine elektrische Leitfähigkeit von <0,2 me/a .
Bevorzugt wird das Siliziumdioxidpulver zu einer Aufschlämmung verarbeitet. Das Siliziumdioxidpulver ist in der Flüssigkeit bei Raumtemperatur nahezu unlöslich, kann jedoch in die Flüssigkeit in hohen Gewichts-Anteilen unter Erhalt der Aufschlämmung eingebracht werden.
Das Siliziumdioxidpulver und die Flüssigkeit können in beliebiger Weise gemischt werden. Zum Beispiel kann das Siliziumdioxidpulver zu der Flüssigkeit, oder die Flüssigkeit zum Siliziumdioxidpulver gegeben werden. Das Gemisch kann während des Zugebens oder nach dem Zugeben bewegt werden. Besonders bevorzugt wird das Gemisch während und nach dem Zugeben bewegt. Beispiele für das Bewegen sind ein Schütteln und ein Rühren, oder eine Kombination von beidem. Bevorzugt kann das Siliziumdioxidpulver unter Rühren zu der Flüssigkeit gegeben werden. Weiter bevorzugt kann ein Teil des Siliziumdioxidpulvers zu der Flüssigkeit gegeben werden, wobei das so erhaltene Gemisch bewegt wird, und das Gemisch anschließend mit dem übrigen Teil des Siliziumdioxidpulvers vermischt wird. Ebenso kann ein Teil der Flüssigkeit zu dem Siliziumdioxidpulver gegeben werden, wobei das so erhaltene Gemisch bewegt wird, und das Gemisch anschließend mit dem übrigen Teil der Flüssigkeit vermischt wird.
Durch das Mischen des Siliziumdioxidpulvers und der Flüssigkeit wird eine Aufschlämmung erhalten. Bevorzugt ist die Aufschlämmung eine Suspension, in der das Siliziumdioxidpulver gleichmäßig in der Flüssigkeit verteilt ist. Unter„gleichmäßig“ wird verstanden, dass die Dichte und die Zusammensetzung der Aufschlämmung an jeder Stelle um nicht mehr als 10 % von der durchschnittlichen Dichte und der durchschnittlichen Zusammensetzung abweichen, jeweils bezogen auf die Gesamtmenge an Aufschlämmung. Eine gleichmäßige Verteilung des Siliziumdioxidpulvers in der Flüssigkeit kann durch wie ein zuvor bereits beschriebenes Bewegen hergestellt, oder erhalten werden, oder beides. Auch die Vorläufersuspension ist eine solche Suspension mit den gerade beschriebenen Eigenschaften.
Bevorzugt hat die Aufschlämmung, wie auch die Vorläufersuspension, ein Litergewicht im Bereich von 1000 bis 2000 g/L, zum Beispiel im Bereich von 1200 bis 1900 g/L oder von 1300 bis 1800 g/L, besonders bevorzugt im Bereich von 1400 bis 1700 g/L. Das Litergewicht wird mittels Auswiegen eines volumenkalibrierten Behälters bestimmt.
Gemäß einer Ausführungsform gilt für die Aufschlämmung mindestens eines, zum Beispiel mindestens zwei oder mindestens drei oder mindestens vier, besonders bevorzugt mindestens fünf der folgenden Merkmale:
a.) die Aufschlämmung weist einen Feststoffgehalt von mindestens 20 Gew.-%, zum Beispiel in einem Bereich von 20 bis 70 Gew.-%, oder in einem Bereich von 30 bis 50 Gew.-%, oder in einem Bereich von 55 bis 75 Gew.-%, besonders bevorzugt in einem Bereich von 60 bis 70 Gew.-% auf, jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht der Aufschlämmung;
b.) die Aufschlämmung weist einen pH-Wert in einem Bereich von 3 oder mehr auf, zum Beispiel von mehr als 4 oder einen pH-Wert im Bereich von 4,5 bis 8 oder von 4,5 bis 7, wobei der pH-Wert an einer 4 gew.-%igen Aufschlämmung bestimmt wird;
c.) mindestens 90 % der Siliziumdioxidpartikel in der Aufschlämmung weisen in einer 4
Gew.-%igen Aufschlämmung eine Partikelgröße gemäß DIN ISO 13320-1 im Bereich von 1 nm bis < 10 pm auf, zum Beispiel in einem Bereich von 200 bis 300 nm auf; d.) einen Gehalt von 5 ppm oder weniger an Atomen, die von Si, O, H, C, CI verschieden sind;
e.) die Aufschlämmung ist rheopex;
f.) die Aufschlämmung wird in Kontakt mit einer Kunststoffoberfläche transportiert;
g.) die Aufschlämmung wird geschert;
h.) die Aufschlämmung weist eine Temperatur von mehr als 0°C auf, bevorzugt in einem
Bereich von 5 bis 35°C;
i.) die Aufschlämmung weist eine Viskosität gemäß DIN 53019-1 (5 rpm, 30 Gew.-%) in einem Bereich von 500 bis 2000 mPas, zum Beispiel im Bereich von 600 bis 1700 mPas, besonders bevorzugt im Bereich von 650 bis 1350 mPas auf; Gemäß einer anderen Ausführungsform gilt für die Vorläufersuspension ebenfalls mindestens eines, zum Beispiel mindestens zwei oder mindestens drei oder mindestens vier, besonders bevorzugt mindestens fünf der zuvor genannten Merkmale a.) - j.).
Bevorzugt weisen die Siliziumdioxidpartikel in einer 4 Gew.-%igen wässrigen Aufschlämmung eine Partikelgröße D10 in einem Bereich von 50 bis 250 nm auf, besonders bevorzugt im Bereich von 100 bis 150 nm. Bevorzugt weisen die Siliziumdioxidpartikel in einer 4 Gew.-%igen wässrigen Aufschlämmung eine Partikelgröße D50 in einem Bereich von 100 bis 400 nm auf, besonders bevorzugt im Bereich von 200 bis 250 nm. Bevorzugt weisen die Siliziumdioxidpartikel in einer 4 Gew.-%igen wässrigen Aufschlämmung eine Partikelgröße D90 in einem Bereich von 200 bis 600 nm auf, besonders bevorzugt in einem Bereich von 350 bis 400 nm. Die Partikelgröße wird mittels DIN ISO 13320-1 bestimmt. Die Angaben zur Partikelgröße D10, D50 oder D90, oder eine Kombination von zwei oder mehr davon, können auch für die Vorläufersuspension gelten.
Unter Partikelgröße wird die Größe der aus den Primärpartikeln zusammengelagerten Teilchen verstanden, die in einem Siliziumdioxidpulver, in einer Aufschlämmung, in einer Vorläufersuspension oder in einem Siliziumdioxidgranulat vorliegen. Unter der mittleren Partikelgröße wird der arithmetische Mittelwert aller Partikelgrößen des genannten Stoffes verstanden. Der Dso-Wert gibt an, dass 50 % der Partikel, bezogen auf die gesamte Teilchenzahl, kleiner als der angegebene Wert sind. Der Dio-Wert gibt an, dass 10 % der Partikel, bezogen auf die gesamte Teilchenzahl, kleiner als der angegebene Wert sind. Der Dgo-Wert gibt an, dass 90 % der Partikel, bezogen auf die gesamte Teilchenzahl, kleiner als der angegebene Wert sind. Die Partikelgröße wird mittels dynamischem Bildanalyseverfahren nach ISO 13322-2:2006-11 bestimmt.
Unter dem„isolektrischen Punkt“ wird der pH-Wert verstanden, bei dem das Zeta-Potential den Wert 0 annimmt. Das Zeta-Potential wird gemäß ISO 13099-2:2012 bestimmt.
Bevorzugt wird der pH-Wert der Aufschlämmung auf einen Wert in dem oben genannten Bereich eingestellt. Bevorzugt können zum Einstellen des pH-Werts Stoffe wie NaOH oder NH3, zum Beispiel als wässrige Lösung der Aufschlämmung zugegeben werden. Dabei wird die Aufschlämmung oftmals bewegt. Die Angaben zum pH-Wert der Aufschlämmung können auch für den pH-Wert einer Vorläufersuspension gelten. Die Aufschlämmung wird in dem folgenden Schritt (iv) mit Ultraschall unter Erhalt einer Vorläufersuspension behandelt. Für die Behandlung mit Ultraschall kann prinzipiell jede Methode und jede Ultraschallquelle ausgewählt werden, die dem Fachmann bekannt und für die vorliegende Anwendung geeignet erscheint.
Ultraschall im vorliegenden Kontext ist Schall mit einer Peakfrequenz im Bereich von 20 bis100 kHz. Dabei kann es sich um einen monofrequenten Schall oder Schall einer Bandbreite handeln. In letzterem Fall liegen zumindest 60 % der bei der Behandlung eingesetzten Ultraschallfrequenzen in einem Bereich aufgespannt durch die Peakfrequenz ± 10 Hz.
In einer weiteren Ausführungsform dauert die Behandlung der Aufschlämmung mit Ultraschall mindestens 10 Sekunden, zum Beispiel mindestens 20 Sekunden oder mindestens 40 Sekunden, oder mindestens 60, 120, 180 oder 240 Sekunden.
In einer weiteren Ausführungsform dauert die Behandlung der Aufschlämmung mit Ultraschall höchstens 1000 Sekunden, zum Beispiel höchstens 500 Sekunden oder höchstens 200 Sekunden, oder höchstens 100, 50 oder 20 Sekunden.
In einer weiteren Ausführungsform dauert die Behandlung der Aufschlämmung mit Ultraschall in einem Bereich von 10 bis 1800 Sekunden, zum Beispiel von 30 bis 1000 Sekunden, oder von 30 bis 600 Sekunden, oder von 40 bis 300 Sekunden.
Die durch Ultraschall angewendete Leistungsdichte ergibt sich aus der elektrischen Leistungsaufnahme der Ultraschallquelle geteilt durch das Volumen der Aufschlämmung. In einer weiteren Ausführungsform wird Ultraschallquelle ein Ultraschallgenerator oder eine Rührwerkskugelmühle, oder eine Kombination von beiden eingesetzt.
In einer weiteren Ausführungsform ist die Temperatur der Aufschlämmung während der Ultraschallbehandlung in einem Bereich von 5 bis 45 °C, zum Beispiel zwischen 10 und 40 °C, oder zwischen 15 und 40 °C.
In einer weiteren Ausführungsform ist die in die Aufschlämmung durch Ultraschall einwirkende Leistungsdichte weniger als 600 W/Liter, zum Beispiel weniger als 450 W/Liter, oder etwa 300 W/Liter, die Leistungsdichte bezogen auf den Volumen der Aufschlämmung. Eine Leistungsdichte von 100 W/Liter wird üblicherweise nicht unterschritten. In einer Ausführungsform beträgt die Leistungsdichte durch Ultraschall in einem Bereich von 400 bis 500 W/Liter und die Behandlungsdauer in einem Bereich von 10 bis 90 Sekunden.
In einer anderen Ausführungsform beträgt die Leistungsdichte durch Ultraschall in einem Bereich von 300 bis 400 W/Liter und die Behandlungsdauer in einem Bereich von 90 bis 250 Sekunden.
Zumindest ein Teil der Vorläufersuspension wird in dem folgenden Schritt (v) durch eine erste mehrstufige Filtervorrichtung geleitet. Die Siliziumdioxidsuspension wird dabei nach dem Durchtritt der Vorläufersuspension durch die mehrstufige Filtervorrichtung als Filtrat erhalten. Die erste mehrstufige Filtervorrichtung weist zumindest eine erste, eine zweite und eine dritte Filterstufe auf. Die erste mehrstufige Filtervorrichtung kann weitere Filterstufen, wie zum Beispiel eine vierte, und gegebenenfalls eine fünfte, und gegebenenfalls eine sechste Filterstufe aufweisen. Die Filterstufen innerhalb einer mehrstufigen Filtervorrichtung sind in einer bestimmten Reihenfolge angeordnet. Sie sind in Richtung stromabwärts nummeriert. Das bedeutet, dass die Vorläufersuspension zuerst die erste Filterstufe, stromabwärts davon die zweite Filterstufe und so weiter durchströmt. Ferner ist eine Anordnung von mehreren Filtern nebeneinander denkbar. In diesem Fall würden unterschiedliche Mengen Suspension in etwa gleichzeitig die nebeneinander angeordneten Filter durchströmen. Durch das Anordnen mehrere Filter innerhalb einer Filterstufe nebeneinander kann die Standzeit der Filterstufe, oder der Durchsatz durch die Filterstufe, oder beides erhöht werden. Ferner können zwischen der bereits genannten ersten und zweiten Filterstufe, oder zwischen der zweiten und dritten Filterstufe, jeweils weitere Filterstufen vorgesehen sein, die vorliegend nicht weiter beschrieben sind. Zudem können sowohl zwischen der ersten und der zweiten Filterstufe als auch zwischen der zweiten und der dritten Filterstufe unabhängige voneinander eine oder mehrere, hier nicht weiter beschriebene Filterstufen vorgesehen sein.
Jede der Filterstufen beinhaltet mindestens einen Filter. Innerhalb einer Filterstufe kann ein einzelner Filter vorgesehen sein. Es kann ebenso eine Mehrzahl an Filtern vorgesehen sein. Diese sind üblicherweise nebeneinander angeordnet. In diesem Fall handelt es sich bei der Mehrzahl an Filtern üblicherweise um Filter mit gleichen Kenndaten. Wie bereits beschrieben, können mehrere Filter nebeneinander angeordnet werden, um den Strom innerhalb der Filterstufe zu teilen. Dabei wird oftmals die Standzeit der Filterstufe oder der Durchsatz der Filterstufe, oder beides, erhöht. Die erste Filterstufe weist eine Filterfeinheit von 5 pm oder mehr, zum Beispiel von 5 pm bis 15 pm, oder etwa 10 pm, oder etwa 15 pm auf.
Die zweite Filterstufe weist eine Filterfeinheit in einem Bereich von 0,5 bis 5 pm auf, zum Beispiel in einem Bereich von 0,5 bis 2 pm, oder etwa 1 pm, oder etwa 2 pm auf.
Die dritte Filterstufe weist eine Filterfeinheit von 1 pm oder weniger auf, zum Beispiel 1 pm oder 0,5 pm auf.
Mindestens eine der Filterstufen ausgewählt aus der ersten, zweiten und dritten Filterstufe eine weist eine Abscheiderate von 99, 5% oder mehr auf, zum Beispiel von 99,8%, oder von 99,9% auf.
Die Filterfeinheit bezeichnet die kleinste Partikelgröße, die ein Filter mit einer bestimmten Effektivität herausfiltern kann. Die Filterfeinheit wird im folgenden auch mit x angegeben.
Die Abscheiderate ec, auch Filtrationsrate) wird in allen genannten Fällen gemäß ISO 16889:2008 angegeben. Nach dieser Norm wird ein ßx-Wert als Quotient von Nx und Nh ermittelt, mit Nx = Zahl der Partikel vor dem Filter, Nh = Zahl der Partkel nach dem Filter und x die Filterfeinheit. Die Filterfeinheit ist die Partikelgröße in pm, gegen die die Abscheiderate ermittelt wurde. Die Abscheiderate, auch mit ec angegeben ist dann (ßx- 1)/ ßx.
Als Beispiel bedeutet eine Abscheiderate e = 75%, dass für eine Suspension mit 400 Partikeln einer Partikelgröße von 10 pm oder mehr pro Volumeneinheit stromaufwärts des Filters diese Suspension nach dem Filter eine Zahl von 100 Partikeln mit einer Partikelgröße von 10 pm oder mehr pro Volumeneinheit stromabwärts des Filters aufweist. In diesem Beispiel wurden der Suspension 75% an Partikeln entzogen mit einer Partikelgröße von 10 pm oder mehr.
In Anlehnung an die Definition der Abscheiderate und Filterfeinheit für einen einzelnen Filter können entsprechende Angaben für eine Filterstufe beinhaltend einen oder mehrere einzelne Filter getätigt werden. Es gelten die oben angegebenen Bereiche und bevorzugten Ausgestaltungen
Die erste Filtervorrichtung kann durch mindestens eines, oder mehrere, oder alle der folgenden Merkmale gekennzeichnet sein: (a) die erste Filterstufe weist eine Abscheiderate von 90% oder weniger auf, zum Beispiel 85%, 80% oder 75%, oder von 80 bis 99,9%, oder von 80 bis 95% auf;
(b) die erste Filterstufe weist eine Filterfeinheit in einem Bereich von 5 pm oder mehr, von 5 bis 25 pm, oder 5 bis 15 pm auf, zum Beispiel 10 pm oder 5 pm;
(c) die zweite Filterstufe weist eine Abscheiderate von 80% oder mehr auf, zum Beispiel von 95% oder mehr, zum Beispiel 98%, 99%, 99,9% oder 99,99%, oder in einem Bereich von 80 bis 99,9%, oder von 80 bis 95%;
(d) die zweite Filterstufe weist eine Filterfeinheit in einem Bereich von 0,5 pm oder mehr, z.B. 5 bis 10 pm, oder 0,5 bis 2 pm auf, zum Beispiel 0,5 pm, 1 ,0 pm, 1 ,5 pm oder 2,0 pm;
(e) die dritte Filterstufe weist eine Abscheiderate von 80 % oder mehr, zum Beispiel von 99,5 % oder mehr auf, zum Beispiel 99,9% oder 99,99%, oder in einem Bereich von 80 bis 99,9%, oder in einem Bereich von 95 bis 99,9% auf;
(f) die dritte Filterstufe weist eine Filterfeinheit in einem Bereich von 0,5 pm oder mehr, zum Beispiel im Bereich von 0,5 bis 10 pm, oder von 0,5 bis 3 pm, oder von 0,5 bis 1 pm auf; oder eine Kombination von zwei oder mehr der Merkmale (a) bis (e), wobei auch jede
Kombination der beispielhaft genannten Werte untereinander bevorzugt ist. In einer
Ausführungsform ist eine Kombination aller Merkmale (a) bis (f) vorteilhaft, zum Beispiel
Beispiel F1.3 in nachfolgender Tabelle 1.
In einer bevorzugten Ausführungsform weist die erste Filterstufe eine Filterfeinheit von 5 pm oder mehr, zum Beispiel im Bereich von 5 pm bis 25 pm, und eine Abscheiderate im Bereich von 80% bis 99,9%, bevorzugt 80% bis 95% auf.
In einer weiteren Ausführungsform weist zweite Filterstufe eine Filterfeinheit von 0,5 pm oder mehr, zum Beispiel im Bereich von 0,5 pm bis 10 pm, und eine Abscheiderate im Bereich von 80% bis 99,9%, bevorzugt 95% bis 99,9% auf.
In einer weiteren Ausführungsform weist die dritte Filterstufe eine Filterfeinheit von 0,5 pm oder mehr, zum Beispiel im Bereich von 0,5 pm bis 10 pm, und eine Abscheiderate im Bereich von 80% bis 99,9%, bevorzugt 95% bis 99,9% auf.
Die erste Filtervorrichtung kann gemäß weiteren Beispielen zum Beispiel durch folgende Merkmalskombinationen gekennzeichnet sein: Tabelle 1
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In einer weiteren Ausführungsform beinhaltet die erste, mehrstufige Filtervorrichtung mindestens einen Tiefenfilter. Unter einem Tiefenfilter wird im vorliegenden Kontext ein Filter verstanden, in der die abzuscheidenden Partikel über eine Strecke innerhalb des Filters zurückgehalten werden. Dabei wird im Betrieb des Filters üblicherweise kein Filterkuchen gebildet. Demgegenüber werden bei einem Flächenfilter oder Oberflächenfilter die abzuscheidenden Partikel an der Grenzfläche des Oberflächenfilters abgeschieden. Dabei wird im Betrieb des Filters ein Filterkuchen aufgebaut. Die erste mehrstufige Filtervorrichtung kann ferner mehrere Tiefenfilter beinhalten. Es ist ebenso möglich, dass alle eingesetzten Filter der ersten mehrstufigen Filtervorrichtung Tiefenfilter sind.
In einer weiteren Ausführungsform wird mindestens eine weitere, bevorzugt mehrstufige Filtervorrichtung stromabwärts von der ersten, mehrstufigen Filtervorrichtung eingesetzt. Es können zudem zwei, drei, vier, fünf und bis zu 10 oder mehr in einer Reihenfolge stromabwärts angeordnete mehrstufige Filtervorrichtungen vorgesehen sein.
In einer weiteren Ausführungsform ist zumindest die zweite, mehrstufige Filtervorrichtung mit Tiefenfiltern versehen.
In einer weiteren Ausführungsform beinhaltet die zweite Filterstufe der ersten Filtervorrichtung mindestens einen ersten Filter mit einer Abscheiderate von 90% oder weniger und mindestens einen weiteren Filter mit einer Abscheiderate von 95% oder mehr.
In einer weiteren Ausführungsform beträgt die Standzeit der ersten, mehrstufigen Filtervorrichtung mindestens 100 Liter, zum Beispiel 150 Liter oder mehr, oder 250 Liter oder mehr, oder 500 Liter, oder 800 Liter und mehr, oder 1000 Liter und mehr, die Liter jeweils bezogen auf das von der ersten mehrstufigen Filtervorrichtung gefilterte Volumen an Vorläufersuspension. In einer weiteren Ausführungsform beträgt die Standzeit der zweiten, optional mehrstufigen Filtervorrichtung mindestens 100 Liter, zum Beispiel 150 Liter oder mehr, oder 250 Liter oder mehr, oder 500 Liter, die Liter jeweils bezogen auf das von der zweiten Filtervorrichtung gefilterte Volumen an Vorläufersuspension.
Die Standzeit bedeutet im Zusammenhang mit einer Filtervorrichtung das Volumen an einer Suspension, das die Filtervorrichtung passieren kann, bevor die Filtervorrichtung zusetzt. Das Zusetzen kann anhand eines Druckanstiegs vor dem Filter auf das mindestens 1 ,5-fache gegenüber dem frisch eingesetzten Filter bei unveränderter Pumpleistung erkannt werden. Bei Zusetzen des Filters muss der Arbeitsschritt pausiert werden, und der zugesetzte Filter, oder die zugesetzten Filter, gereinigt oder getauscht werden.
In einer weiteren Ausführungsform weist die Aufschlämmung weniger als 5 Gew.-%, weniger als 2 Gew.-%, zum Beispiel 0 Gew.-% (keine), Additive, insbesondere Additive zur Stabilisierung auf, die Gew.-% bezogen auf das Gesamtgewicht der Aufschlämmung. Oftmals weist die Aufschlämmung zumindest 0, 1 Gew.-% Additive auf, zum Beispiel in einem Bereich von 0, 1 bis 5 Gew.-%, die Gew.-% bezogen auf das Gesamtgewicht der Aufschlämmung. Der Gehalt an Additiven ändert sich im Zuge einer Filtration üblicherweise nicht, oder allenfalls kaum. Dementsprechend weist die Vorläufersuspension wie auch die verfahrensgemäß erhältliche Siliziumdioxidsuspension einen Gehalt an Additiven zur Stabilisierung wie für die Aufschlämmung angegeben auf.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform gilt für die durch das Verfahren erhältliche Siliziumdioxidsuspension mindestens eines, zum Beispiel mindestens zwei oder mindestens drei oder mindestens vier, besonders bevorzugt mindestens fünf der folgenden Merkmale:
A. die Siliziumdioxidsuspension ist rheopex unter den in genannten Testbedingungen;
B. mindestens 90 % der Siliziumdioxidpartikel in der Siliziumdioxidsuspension weisen in einer 4 Gew.-%igen Aufschlämmung eine Partikelgröße gemäß DIN ISO 13320-1 im Bereich von 1 nm bis < 10 pm auf, zum Beispiel in einem Bereich von 200 bis 300 nm auf;
C. die Siliziumdioxidsuspension weist einen pH-Wert in einem Bereich von 3 oder mehr auf, zum Beispiel von mehr als 4 oder einen pH-Wert im Bereich von 4,5 bis 8 oder von 4,5 bis 7, wobei der pH-Wert an einer 4 gew.-%igen Aufschlämmung bestimmt wird;
D. einen Gehalt an Chlor im Feststoffanteil der Siliziumdioxidsuspension von 500 ppm oder weniger, 350ppm oder weniger, oder 200 ppm oder weniger, die ppm bezogen auf die Gesamtmenge an Feststoff in der Siliziumdioxidsuspension. E. einen Aluminiumgehalt von weniger als 200ppb, zum Beispiel im Bereich von 1 bis 100 ppb, besonders bevorzugt im Bereich von 1 bis 80 ppb, die ppm bezogen auf die Gesamtmenge an Feststoff in der Siliziumdioxidsuspension..;
F. einen Gehalt von 5 ppm oder weniger an Atomen, die von Si, O, H, C, CI verschieden sind;
G. die Siliziumdioxidsuspension weist einen Feststoffgehalt von mindestens 20 Gew.-%, zum Beispiel in einem Bereich von 20 bis 70 Gew.-%, oder in einem Bereich von 30 bis 50 Gew.-%, oder in einem Bereich von 55 bis 75 Gew.-%, besonders bevorzugt in einem Bereich von 60 bis 70 Gew.-% auf, jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht der Aufschlämmung;
H. die Siliziumdioxidsuspension weist eine Temperatur von mehr als 0°C auf, bevorzugt in einem Bereich von 5 bis 35°C;
I. die Siliziumdioxidsuspension weist eine Viskosität gemäß DIN 53019-1 (5 rpm, 30 Gew.-
%) in einem Bereich von 500 bis 2000 mPas, zum Beispiel im Bereich von 600 bis 1700 mPas, besonders bevorzugt im Bereich von 650 bis 1350 mPas auf.
Ein zweiter Gegenstand der Erfindung ist eine Siliziumdioxidsuspension erhältlich nach einem Verfahren gemäß des ersten Gegenstands. In diesem Zusammenhang beschriebene Ausführungsformen kommen ebenfalls in Betracht.
Ein dritter Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zum Herstellen eines Siliziumdioxidgranulats, wobei die Siliziumdioxidsuspension gemäß des zweiten Gegenstands oder eine Siliziumdioxidsuspension, die nach einem Verfahren gemäß des ersten Gegenstands hergestellt wurde, insbesondere mittels Durchführen der Verfahrensschritte (i) bis (v), zu einem Siliziumdioxidgranulat verarbeitet wird.
Das Siliziumdioxidgranulat weist einen größeren Partikeldurchmesser auf als die in der Siliziumdioxidsuspension vorliegenden Siliziumdioxidpartikel. Im Zusammenhang mit dem ersten und zweiten Gegenstand beschriebene Ausführungsformen betreffend die Herstellung und Merkmale der Siliziumdioxidsuspension sind ebenfalls Ausführungsformen des dritten Gegenstands. Zum Herstellen des Siliziumdioxidgranulats eignen sich prinzipiell alle dem Fachmann bekannten Verfahren, durch die eine Erhöhung des Partikeldurchmessers erreicht wird.
Ein Siliziumdioxidgranulat weist einen größeren Partikeldurchmesser auf als ein Siliziumdioxidpulver, und ebenso als die in der zuvor beschriebenen Siliziumdioxidsuspension enthaltenen Siliziumdioxidpartikel.
Das Siliziumdioxidgranulat weist einen Partikeldurchmesser auf, der größer ist, als der Partikeldurchmesser des Siliziumdioxidpulvers. Bevorzugt ist der Partikeldurchmesser des Siliziumdioxidgranulats in einem Bereich von 500 bis 50.000 mal größer als der Partikeldurchmesser des Siliziumdioxidpulvers, zum Beispiel 1.000 bis 10.000 mal größer, besonders bevorzugt 2.000 bis 8000 mal größer.
Bevorzugt sind mindestens 90 % des in Schritt i.) bereitgestellten Siliziumdioxidgranulats aus pyrogen erzeugtem Siliziumdioxidpulver gebildet, zum Beispiel mindestens 95 Gew.-% oder mindestens 98 Gew.-%, besonders bevorzugt mindestens 99 Gew.-% oder mehr, jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht des Siliziumdioxidgranulats.
Bevorzugt wird beim Verarbeiten ein Siliziumdioxidgranulat mit Granulen gebildet, wobei die Granulen eine sphärische Morphologie aufweisen; weiter bevorzugt beinhaltet das Verarbeiten ein Sprühgranulieren oder ein Rollgranulieren.
Unter einem Pulver werden Partikel trockener fester Stoffe mit einer Primärpartikelgröße im Bereich von 1 bis weniger als 100 nm verstanden.
Das Siliziumdioxidgranulat kann durch Granulieren von Siliziumdioxidpulver erhalten werden. Ein Siliziumdioxidgranulat weist in der Regel eine BET-Oberfläche von 3 m2/g oder mehr und eine Dichte von weniger als 1 ,5 g/cm3 auf. Unter Granulieren versteht man das Überführen von Pulverteilchen in Granulen. Beim Granulieren bilden sich Zusammenlagerungen von mehreren Siliziumdioxidpulverteilchen, also größere Agglomerate, die als „Siliziumdioxidgranulen“ bezeichnet werden. Diese werden oft auch als „Siliziumdioxidgranulatteilchen“ oder „Granulatteilchen“ bezeichnet. In ihrer Gesamtheit bilden Granulen ein Granulat, z.B. die Siliziumdioxidgranulen ein „Siliziumdioxidgranulat". Das Siliziumdioxidgranulat weist einen größeren Partikeldurchmesser auf als das Siliziumdioxidpulver. Der Vorgang des Granulierens, um ein Pulver in Granulate zu überführen, wird später näher erläutert.
Unter Siliziumdioxidkörnung werden im vorliegenden Kontext Siliziumdioxidpartikel verstanden, die durch ein Zerkleinern eines Siliziumdioxidkörpers, insbesondere eines Quarzglaskörper erhältlich sind. Eine Siliziumdioxidkörnung weist in der Regel eine Dichte von mehr als 1 ,2 g/cm3, zum Beispiel in einem Bereich von 1 ,2 bis 2,2 g/cm3, und besonders bevorzugt von etwa 2,2 g/cm3 auf. Weiter bevorzugt beträgt die BET-Oberfläche einer Siliziumdioxidkörnung in der Regel weniger als 1 m2/g, bestimmt gemäß DIN ISO 9277:2014-01.
Als Siliziumdioxidpartikel kommen prinzipiell alle dem Fachmann geeigneten Siliziumdioxidpartikel in Betracht. Bevorzugt ausgewählt werden Siliziumdioxidgranulat und Siliziumdioxidkörnung.
Unter einem Partikeldurchmesser oder einer Partikelgröße wird der Durchmesser eines Partikels verstanden, der sich als„area equivalent circular diameter XAI“ gemäß der Formel xAi = ^ ergibt, wobei Ai die Fläche des betrachteten Partikels bei einer Bildanalyse bedeutet. Als Methoden zur Bestimmung eignen sich zum Beispiel ISO 13322-1 :2014 oder ISO 13322-2:2009. Vergleichende Angaben wie„größerer Partikeldurchmesser“ bedeutet immer, dass die in Bezug gesetzten Werte mit derselben Methode bestimmt wurden.
Bevorzugt weisen die Granulen des Siliziumdioxidgranulats eine sphärische Morphologie auf. Unter einer sphärischen Morphologie wird eine runde bis ovale Form der Partikel verstanden. Die Granulen des Siliziumdioxidgranulats weisen bevorzugt eine mittlere Sphärizität in einem Bereich von 0,7 bis 1 ,3 SPHT3, zum Beispiel eine mittlere Sphärizität in einem Bereich von 0,8 bis 1 ,2 SPHT3, besonders bevorzugt eine mittlere Sphärizität in einem Bereich von 0,85 bis 1 , 1 SPHT3 auf. Das Merkmal SPHT3 ist in den Testmethoden beschrieben.
Weiterhin bevorzugt weisen die Granulen des Siliziumdioxidgranulats eine mittlere Symmetrie in einem Bereich von 0,7 bis 1 ,3 Symm3, zum Beispiel eine mittlere Symmetrie in einem Bereich von 0,8 bis 1 ,2 Symm3, besonders bevorzugt eine mittlere Symmetrie in einem Bereich von 0,85 bis 1 , 1 Symm3 auf. Das Merkmal der mittleren Symmetrie Symm3 ist in den Testmethoden beschrieben. Granulation
Das Siliziumdioxidgranulat wird durch Granulieren von Siliziumdioxidpulver erhalten. Unter Granulieren versteht man das Überführen von Pulverteilchen in Granulen. Beim Granulieren bilden sich durch Zusammenlagerungen von mehreren Siliziumdioxidpulverteilchen größere Agglomerate, die als„Siliziumdioxidgranulen“ bezeichnet werden. Diese werden oft auch als „Siliziumdioxidpartikel", „Siliziumdioxidgranulatteilchen“ oder„Granulatteilchen“ bezeichnet. In ihrer Gesamtheit bilden Granulen ein Granulat, z.B. die Siliziumdioxidgranulen ein „Siliziumdioxidgranulat".
Im vorliegenden Fall kann prinzipiell jedes Granulierverfahren ausgewählt werden, das dem Fachmann bekannt und zum Granulieren von Siliziumdioxidpulver geeignet erscheint. Bei den Granulierverfahren kann zwischen Aufbaugranulation und Pressgranulation, und weiter zwischen Nass- und Trocken-Granulierverfahren unterschieden werden. Bekannte Methoden sind Rollgranulation in einem Granulierteller, Sprühgranulation, Zentrifugalzerstäubung, Wirbelschichtgranulation, Gefriergranulieren, sowie Granulierverfahren unter Einsatz einer Granuliermühle, Kompaktierung, Walzenpressen, Brikettierung, Schülpenherstellung oder Extrudierung.
Bevorzugt wird beim Verarbeiten ein Siliziumdioxidgranulat mit Granulen gebildet, die eine sphärische Morphologie aufweisen; wobei das Verarbeiten weiter bevorzugt durch Sprühgranulieren oder Rollgranulieren erfolgt. Weiter bevorzugt beinhaltet ein Siliziumdioxidgranulat mit Granulen, die eine sphärische Morphologie aufweisen, höchstens 50 % Granulen, bevorzugt höchstens 40 % Granulen, weiter bevorzugt höchstens 20 % Granulen, mehr bevorzugt zwischen 0 und 50%, zwischen 0 und 40% oder zwischen 0 und 20%, oder zwischen 10 und 50%, zwischen 10 und 40% oder zwischen 10 und 20% Granulen, die nicht eine sphärische Morphologie aufweisen, die Prozentangabe jeweils bezogen auf die Gesamtzahl an Granulen im Granulat. Die Granulen mit einer sphärischen Morphologie weisen die in dieser Beschreibung bereits genannten SPHT3-Werte auf.
Sprühtrocknen
Gemäß einer Ausführungsform des dritten Gegenstands wird ein Siliziumdioxidgranulat durch Sprühgranulieren der Aufschlämmung erhalten. Das Sprühgranulieren wird auch als Sprühtrocknen bezeichnet. Das Sprühtrocknen erfolgt bevorzugt in einem Sprühturm. Zum Sprühtrocknen wird die Siliziumdioxidsuspension bei erhöhter Temperatur unter Druck gesetzt. Die unter Druck stehende Siliziumdioxidsuspension wird anschließend über eine Düse entspannt und so in den Sprühturm gesprüht. In Folge dessen bilden sich Tropfen, die augenblicklich trocknen und zunächst trockene Kleinstpartikel („Keime“) bilden. Die Kleinstpartikel bilden zusammen mit einem auf die Partikel wirkenden Gasstrom eine Wirbelschicht. Sie werden so im Schwebezustand gehalten und können damit eine Oberfläche zum Trocknen weiterer Tröpfchen bilden.
Die Düse, durch die die Siliziumdioxidsuspension in den Sprühturm gesprüht wird, bildet bevorzugt einen Einlass in den Innenraum des Sprühturms.
Die Düse weist beim Sprühen bevorzugt eine Kontaktfläche mit der Siliziumdioxidsuspension auf. Unter der„Kontaktfläche“ wird der Bereich der Düse verstanden, der beim Sprühen in Kontakt mit der Siliziumdioxidsuspension kommt. Oftmals ist zumindest ein Teil der Düse als Rohr geformt, durch das die Siliziumdioxidsuspension beim Sprühen geleitet wird, so dass die Innenseite des Hohlrohrs mit der Siliziumdioxidsuspension in Berührung kommt.
Die Kontaktfläche beinhaltet bevorzugt ein Glas, einen Kunststoff oder eine Kombination davon. Bevorzugt beinhaltet die Kontaktfläche ein Glas, besonders bevorzugt Quarzglas. Bevorzugt beinhaltet die Kontaktfläche einen Kunststoff. Prinzipiell sind alle dem Fachmann bekannten Kunststoffe geeignet, die bei den Verfahrenstemperaturen stabil sind und keine Fremdatome an die Siliziumdioxidsuspension abgeben. Bevorzugte Kunststoffe sind Polyolefine, zum Beispiel Homo- oder Copolymere beinhaltend mindestens ein Olefin, besonders bevorzugt Homo- oder Copolymere beinhaltend Polypropylen, Polyethylen, Polybutadien oder Kombinationen aus zwei oder mehr davon. Bevorzugt besteht die Kontaktfläche aus einem Glas, einem Kunststoff oder einer Kombination davon, zum Beispiel ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Quarzglas und Polyolefinen, besonders bevorzugt ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Quarzglas und Homo- oder Copolymere beinhaltend Polypropylen, Polyethylen, Polybutadien oder Kombinationen aus zwei oder mehr davon. Bevorzugt beinhaltet die Kontaktfläche keine Metalle, insbesondere kein Wolfram, Titan, Tantal, Chrom, Cobalt, Nickel, Eisen, Vanadium, Zirkonium und Mangan.
Es ist prinzipiell möglich, dass die Kontaktfläche und die weiteren Teile der Düse aus dem gleichen oder aus verschiedenen Materialien bestehen. Bevorzugt enthalten die weiteren Teile der Düse das gleiche Material wie die Kontaktfläche. Es ist ebenso möglich, dass die weiteren Teile der Düse ein von der Kontaktfläche verschiedenes Material enthalten. Zum Beispiel kann die Kontaktfläche mit einem geeigneten Material, zum Beispiel einem Glas oder einem Kunststoff beschichtet sein.
Bevorzugt ist die Düse zu mehr als 70 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Düse, aus einem Element ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Glas, Kunststoff oder einer Kombination von Glas und Kunststoff gebildet, zum Beispiel zu mehr als 75 Gew.-% oder zu mehr als 80 Gew.-% oder zu mehr als 85 Gew.-% oder zu mehr als 90 Gew.-% oder zu mehr als 95 Gew.-%, besonders bevorzugt zu mehr als 99 Gew.-%.
Bevorzugt umfasst die Düse ein Düsenplättchen. Das Düsenplättchen ist bevorzugt aus Glas, Kunststoff oder einer Kombination aus Glas und Kunststoff gebildet. Bevorzugt ist das Düsenplättchen aus Glas gebildet, besonders bevorzugt Quarzglas. Bevorzugt ist das Düsenplättchen aus Kunststoff gebildet. Bevorzugte Kunststoffe sind Polyolefine, zum Beispiel Homo- oder Copolymere beinhaltend mindestens ein Olefin, besonders bevorzugt Homo- oder Copolymere beinhaltend Polypropylen, Polyethylen, Polybutadien oder Kombinationen aus zwei oder mehr davon. Bevorzugt beinhaltet das Düsenplättchen keine Metalle, insbesondere kein Wolfram, Titan, Tantal, Chrom, Cobalt, Nickel, Eisen, Vanadium, Zirkonium und Mangan.
Bevorzugt umfasst die Düse eine Drallschnecke. Die Drallschnecke ist bevorzugt aus Glas, Kunststoff oder einer Kombination aus Glas und Kunststoff gebildet. Bevorzugt ist die Drallschnecke aus Glas gebildet, besonders bevorzugt Quarzglas. Bevorzugt ist die Drallschnecke aus Kunststoff gebildet. Bevorzugte Kunststoffe sind Polyolefine, zum Beispiel Homo- oder Copolymere beinhaltend mindestens ein Olefin, besonders bevorzugt Homo- oder Copolymere beinhaltend Polypropylen, Polyethylen, Polybutadien oder Kombinationen aus zwei oder mehr davon. Bevorzugt beinhaltet die Drallschnecke keine Metalle, insbesondere kein Wolfram, Titan, Tantal, Chrom, Cobalt, Nickel, Eisen, Vanadium, Zirkonium und Mangan.
Die Düse kann darüber hinaus weitere Bestandteile umfassen. Bevorzugte weitere Bauteile sind ein Düsenkörper, besonders bevorzugt ist ein die Drallschnecke und das Düsenplättchen umgebender Düsenkörper, ein Kreuzstück und eine Prallplatte. Bevorzugt umfasst eine Düse eines oder mehr, besonders bevorzugt alle, der weiteren Bauteile. Die weiteren Bauteile können unabhängig voneinander prinzipiell aus einem beliebigen, dem Fachmann bekannten und zu diesem Zweck geeigneten Material bestehen, zum Beispiel aus einem Metall-haltigen Material, aus Glas oder aus einem Kunststoff. Bevorzugt ist der Düsenkörper aus Glas gebildet, besonders bevorzugt Quarzglas. Bevorzugt sind die weiteren Bauteile aus Kunststoff gebildet. Bevorzugte Kunststoffe sind Polyolefine, zum Beispiel Homo- oder Copolymere beinhaltend mindestens ein Olefin, besonders bevorzugt Homo- oder Copolymere beinhaltend Polypropylen, Polyethylen, Polybutadien oder Kombinationen aus zwei oder mehr davon. Bevorzugt beinhalten die weiteren Bauteile keine Metalle, insbesondere kein Wolfram, Titan, Tantal, Chrom, Cobalt, Nickel, Eisen, Vanadium, Zirkonium und Mangan.
Bevorzugt weist der Sprühturm einen Gaseinlass und einen Gasauslass auf. Durch den Gaseinlass kann Gas in den Innenraum des Sprühturms eingebracht, und durch den Gasauslass kann es ausgeleitet werden. Es ist auch möglich, Gas über die Düse in den Sprühturm einzuleiten. Ebenso kann Gas über den Auslass des Sprühturms ausgeleitet werden. Weiterhin bevorzugt kann Gas über die Düse und einen Gaseinlass des Sprühturms zugeführt, und über den Auslass des Sprühturms und einen Gasauslass des Sprühturms ausgeleitet werden.
Bevorzugt liegt im Innenraum des Sprühturms eine Atmosphäre ausgewählt aus Luft, einem Inertgas, mindestens zwei Inertgasen oder eine Kombination von Luft mit mindestens einem Inertgas, bevorzugt mindestens zwei Inertgasen vor. Als Inertgase sind bevorzugt ausgewählt aus der Liste bestehend aus Stickstoff, Helium, Neon, Argon, Krypton und Xenon. Zum Beispiel liegt im Innenraum des Sprühturms Luft, Stickstoff oder Argon vor, besonders bevorzugt Luft.
Weiter bevorzugt ist die im Sprühturm vorliegende Atmosphäre Teil eines Gasstroms. Der Gasstrom wird in den Sprühturm bevorzugt über einen Gaseinlass eingeleitet und über einen Gasauslass ausgeleitet. Es ist auch möglich Teile des Gasstroms über die Düse einzuleiten und Teile des Gasstroms über einen Feststoffauslass auszuleiten. Der Gasstrom kann im Sprühturm weitere Bestandteile aufnehmen. Diese können beim Sprühtrocknen aus der Siliziumdioxidsuspension stammen und in den Gasstrom übergehen.
Bevorzugt wird dem Sprühturm ein trockener Gasstrom zugeführt. Unter einem trockenen Gasstrom wird ein Gas oder ein Gasgemisch verstanden, dessen relative Feuchte bei der im Sprühturm eingestellten Temperatur unterhalb des Kondensationspunktes liegt. Eine relative Luftfeuchte von 100 % entspricht einer Wassermenge von 17,5 g/m3 bei 20°C. Das Gas wird bevorzugt auf eine Temperatur in einem Bereich von 150 bis 450°C, zum Beispiel von 200 bis 420°C oder von 300 bis 400°C, besonders bevorzugt von 320 bis 400°C vorgewärmt. Der Innenraum des Sprühturms ist bevorzugt temperierbar. Bevorzugt beträgt die Temperatur im Innenraum des Sprühturms bis zu 550°C, zum Beispiel 300 bis 500°C, besonders bevorzugt 320 bis 450°C.
Der Gasstrom hat am Gaseinlass bevorzugt eine Temperatur in einem Bereich von 150 bis 450°C, zum Beispiel von 200 bis 420°C oder von 300 bis 400°C, besonders bevorzugt von 320 bis 400°C.
Am Feststoffauslass, dem Gasauslass oder an beiden Orten hat der ausgeleitete Gasstrom bevorzugt eine Temperatur von weniger als 170°C, zum Beispiel von 50 bis 150°C, besonders bevorzugt von 100 bis 130°C.
Weiter bevorzugt liegt der Unterschied zwischen der Temperatur des Gasstroms beim Einleiten und dem Gasstrom beim Ausleiten in einem Bereich von 100 bis 330°C, zum Beispiel von 150 bis 300 °C.
Die so erhaltenen Siliziumdioxidgranulen liegen als Agglomerat einzelner Teilchen von Siliziumdioxidpulver vor. Die einzelnen Teilchen des Siliziumdioxidpulvers sind im Agglomerat weiterhin erkennbar. Die mittlere Teilchengröße der Teilchen des Siliziumdioxidpulvers liegt bevorzugt im Bereich von 10 bis 1000 nm, zum Beispiel im Bereich von 20 bis 500 nm oder von 30 bis 250 nm oder von 35 bis 200 nm oder von 40 bis 150 nm, oder besonders bevorzugt im Bereich von 50 bis 100 nm. Die mittlere Teilchengröße dieser Teilchen wird gemäß DIN ISO 13320-1 ermittelt.
Das Sprühtrocknen kann in Anwesenheit von Hilfsstoffen durchgeführt werden. Prinzipiell können alle Stoffe als Hilfsstoffe eingesetzt werden, die dem Fachmann bekannt sind und zum vorliegenden Einsatzzweck geeignet erscheinen. Als Hilfsstoffe kommen zum Beispiel sogenannte Bindemittel in Betracht. Beispiele für geeignete Bindemittel sind Metalloxide wie Calciumoxid, Metallcarbonate wie Calciumcarbonat und Polysaccharide wie Cellulose, Celluloseether, Stärke und Stärkederivate.
Besonders bevorzugt wird das Sprühtrocknen im Rahmen der vorliegenden Erfindung ohne Hilfsstoffe durchgeführt.
Bevorzugt wird vor, nach oder vor und nach dem Entnehmen des Siliziumdioxidgranulats aus dem Sprühturm ein Teil davon abgetrennt. Zum Abtrennen kommen alle dem Fachmann bekannten und geeignet erscheinenden Verfahren in Betracht. Bevorzugt erfolgt das Abtrennen durch ein Sichten oder ein Sieben.
Bevorzugt werden vor dem Entnehmen des durch Sprühtrocknung gebildeten Siliziumdioxidgranulats aus dem Sprühturm Partikel mit einer Partikelgröße von weniger als 50 pm, zum Beispiel mit einer Partikelgröße von weniger als 70 pm besonders bevorzugt mit einer Partikelgröße von weniger als 90 pm durch Sichten abgetrennt. Das Sichten erfolgt bevorzugt durch einen Zyklon, der bevorzugt im unteren Bereich des Sprühturms, besonders bevorzugt oberhalb des Auslasses des Sprühturms, angeordnet ist.
Bevorzugt werden nach dem Entnehmen des Siliziumdioxidgranulats aus dem Sprühturm Teilchen mit einer Partikelgröße von mehr als 1000 pm, zum Beispiel mit einer Partikelgröße von mehr als 700 pm besonders bevorzugt mit einer Partikelgröße von mehr als 500 pm durch Sieben abgetrennt. Das Sieben der Partikel kann prinzipiell nach allen dem Fachmann bekannten und zu diesem Zweck geeigneten Verfahren erfolgen. Bevorzugt erfolgt das Sieben mittels einer Rüttelrinne.
Gemäß einer Ausführungsform ist das Sprühtrocknen der Siliziumdioxidsuspension durch eine Düse in einen Sprühturm durch mindestens eines, zum Beispiel zwei oder drei, besonders bevorzugt alle der folgenden Merkmale gekennzeichnet:
a] Sprühgranulieren in einem Sprühturm;
b] Vorliegen eines Drucks der Siliziumdioxidsuspension an der Düse von nicht mehr als 40 bar, zum Beispiel in einem Bereich von 1 ,3 bis 20 bar von 1 ,5 bis 18 bar oder von 2 bis 15 bar oder von 4 bis 13 bar, oder besonders bevorzugt im Bereich von 5 bis 12 bar, wobei der Druck absolut (in Bezug auf p = 0 hPa) angegeben ist;
c] eine Temperatur der Tröpfchen beim Eintritt in den Sprühturm in einem Bereich von 10 bis 50°C, bevorzugt in einem Bereich von 15 bis 30°C, besonders bevorzugt in einem Bereich von 18 bis 25°C.
d] eine Temperatur an der dem Sprühturm zugewandten Seite der Düse in einem Bereich von 100 bis 450°C, zum Beispiel in einem Bereich von 250 bis 440°C, besonders bevorzugt von 320 bis 430°C;
e] einen Durchsatz an Siliziumdioxidsuspension durch die Düse in einem Bereich von 0,05 bis 1 m3/h, zum Beispiel in einem Bereich von 0, 1 bis 0,7 m3/h oder von 0,2 bis 0,5 m3/h, besonders bevorzugt in einem Bereich von 0,25 bis 0,4 m3/h;
f] einen Feststoffgehalt der Siliziumdioxidsuspension von mindestens 40 Gew.-%, zum Beispiel in einem Bereich von 50 bis 80 Gew.-%, oder in einem Bereich von 55 bis 75 Gew.-%, besonders bevorzugt in einem Bereich von 60 bis 70 Gew.-% auf, jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht der Siliziumdioxidsuspension;
g] einen Gaszustrom in den Sprühturm in einem Bereich von 10 bis 100 kg/min, zum Beispiel in einem Bereich von 20 bis 80 kg/min oder von 30 bis 70 kg/min, besonders bevorzugt in einem Bereich von 40 bis 60 kg/min;
h] eine Temperatur des Gasstroms beim Eintritt in den Sprühturm in einem Bereich von 100 bis 450°C, zum Beispiel in einem Bereich von 250 bis 440°C, besonders bevorzugt von 320 bis 430°C;
i] eine Temperatur des Gasstroms beim Austritt aus dem Sprühturm von weniger als 170°C;
j] das Gas ist ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Luft, Stickstoff und Helium, oder einer Kombination von zwei oder mehr davon; bevorzugt Luft;
k] eine Restfeuchte des Granulats bei Entnahme aus dem Sprühturm von weniger als 5 Gew.-%, zum Beispiel von weniger als 3 Gew.-% oder von weniger als 1 Gew.-% oder in einem Bereich von 0,01 bis 0,5 Gew.-%, besonders bevorzugt in einem Bereich von 0, 1 bis 0,3 Gew.-%, jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht des bei der Sprühtrocknung entstehenden Siliziumdioxidgranulats;
L] mindestens 50 Gew.-% des Sprühgranulats, bezogen auf das Gesamtgewicht des bei der Sprühtrocknung entstehenden Siliziumdioxidgranulats, vollzieht eine Flugzeit in einem Bereich von 1 bis 100 s, zum Beispiel über einen Zeitraum von 10 bis 80 s, besonders bevorzugt über einen Zeitraum vom 25 bis 70 s;
m] mindestens 50 Gew.-% des Sprühgranulats, bezogen auf das Gesamtgewicht des bei der Sprühtrocknung entstehenden Siliziumdioxidgranulats, legt eine Flugstrecke von mehr als 20 m zurück, zum Beispiel von mehr als 30 oder von mehr als 50 oder von mehr als 70 oder von mehr als 100 oder von mehr als 150 oder von mehr als 200 oder in einem Bereich von 20 bis 200 m oder von 10 bis 150 oder von 20 bis 100, besonders bevorzugt einem Bereich von 30 bis 80 m.
n] der Sprühturm weist eine zylindrische Geometrie auf;
o] eine Höhe des Sprühturms von mehr als 10 m, zum Beispiel von mehr als 15 m oder von mehr als 20 m oder von mehr als 25 m oder von mehr als 30 m oder in einem Bereich von 10 bis 25 m, besonders bevorzugt in einem Bereich von 15 bis 20 m;
p] Absichten von Partikeln mit einer Größe von weniger als 90 pm vor der Entnahme des Granulats aus dem Sprühturm;
q] Absieben von Partikeln mit einer Größe von mehr als 500 pm nach der Entnahme des Granulats aus dem Sprühturm, bevorzugt auf einer Rüttelrinne; r] der Austritt der Tröpfchen der Siliziumdioxidsuspension aus der Düse erfolgt in einem Winkel von 30 bis 60 Grad entgegen der Lotrichtung, besonders bevorzugt bei einem Wnkel von 45 Grad entgegen der Lotrichtung.
Unter der Lotrichtung wird die Richtung des Schwerkraftvektors verstanden.
Die Flugstrecke bedeutet den Weg, den ein Tröpfchen der Siliziumdioxidsuspension ab Austritt aus der Düse im Gasraum des Sprühturms unter Bildung einer Granule bis zum Abschluss des Flug- und Fallvorgangs zurücklegt. Der Flug- und Fallvorgang endet regelmäßig durch Auftreffen der Granule am Boden des Sprühturms, oder durch Auftreffen der Granule auf bereits auf dem Boden des Sprühturms liegenden anderen Granulen, je nachdem, was zuerst eintritt.
Die Flugzeit ist die Dauer, die eine Granule für das Zurücklegen der Flugstrecke im Sprühturm benötigt. Bevorzugt weisen die Granulen im Sprühturm eine helixförmige Flugbahn auf.
Bevorzugt legen mindestens 60 Gew.-% des Sprühgranulats, bezogen auf das Gesamtgewicht des bei der Sprühtrocknung entstehenden Siliziumdioxidgranulats, eine mittlere Flugstrecke von mehr als 20 m zurück, zum Beispiel von mehr als 30 oder von mehr als 50 oder von mehr als 70 oder von mehr als 100 oder von mehr als 150 oder von mehr als 200 oder in einem Bereich von 20 bis 200 m oder von 10 bis 150 oder von 20 bis 100, besonders bevorzugt einem Bereich von 30 bis 80 m.
Bevorzugt legen mindestens 70 Gew.-% des Sprühgranulats, bezogen auf das Gesamtgewicht des bei der Sprühtrocknung entstehenden Siliziumdioxidgranulats, eine mittlere Flugstrecke von mehr als 20 m zurück, zum Beispiel von mehr als 30 oder von mehr als 50 oder von mehr als 70 oder von mehr als 100 oder von mehr als 150 oder von mehr als 200 oder in einem Bereich von 20 bis 200 m oder von 10 bis 150 oder von 20 bis 100, besonders bevorzugt einem Bereich von 30 bis 80 m.
Bevorzugt legen mindestens 80 Gew.-% des Sprühgranulats, bezogen auf das Gesamtgewicht des bei der Sprühtrocknung entstehenden Siliziumdioxidgranulats, eine mittlere Flugstrecke von mehr als 20 m zurück, zum Beispiel von mehr als 30 oder von mehr als 50 oder von mehr als 70 oder von mehr als 100 oder von mehr als 150 oder von mehr als 200 oder in einem Bereich von 20 bis 200 m oder von 10 bis 150 oder von 20 bis 100, besonders bevorzugt einem Bereich von 30 bis 80 m. Bevorzugt legen mindestens 90 Gew.-% des Sprühgranulats, bezogen auf das Gesamtgewicht des bei der Sprühtrocknung entstehenden Siliziumdioxidgranulats, eine mittlere Flugstrecke von mehr als 20 m zurück, zum Beispiel von mehr als 30 oder von mehr als 50 oder von mehr als 70 oder von mehr als 100 oder von mehr als 150 oder von mehr als 200 oder in einem Bereich von 20 bis 200 m oder von 10 bis 150 oder von 20 bis 100, besonders bevorzugt einem Bereich von 30 bis 80 m.
Rollgranulation
Gemäß einer anderen, Ausführungsform des ersten Gegenstands wird ein Siliziumdioxidgranulat durch Rollgranulieren der Siliziumdioxidsuspension erhalten.
Das Rollgranulieren erfolgt durch Rühren der Siliziumdioxidsuspension in Gegenwart eines Gases bei erhöhter Temperatur. Bevorzugt erfolgt das Rollgranulieren in einem mit einem Rührwerkzeug ausgerüsteten Rührbehälter. Bevorzugt rotiert der Rührbehälter gegensinnig zum Rührwerkzeug. Bevorzugt weist der Rührbehälter außerdem einen Einlass, durch den Siliziumdioxidpulver in den Rührbehälter eingetragen werden kann, einen Auslass, durch den Siliziumdioxidgranulat entnommen werden kann, einen Gaseinlass und einen Gasauslass, auf.
Für das Rühren der Siliziumdioxidsuspension wird bevorzugt ein Stiftwirbler verwendet. Unter einem Stiftwirbler wird ein Rührwerkzeug verstanden, das mit mehreren länglichen Stiften versehen ist, deren Längsachse jeweils koaxial zur Rotationsachse des Rührwerkzeugs verläuft. Der Bewegungsablauf der Stifte beschreibt bevorzugt koaxiale Kreise um die Rotationsachse.
Bevorzugt wird die Siliziumdioxidsuspension auf einen pH-Wert von weniger als 7 eingestellt, zum Beispiel auf einen pH-Wert im Bereich von 2 bis 6,5, besonders bevorzugt auf einen pH- Wert in einem Bereich von 4 bis 6. Zum Einstellen des pH-Werts wird bevorzugt eine anorganische Säure verwendet, zum Beispiel eine Säure ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Salzsäure, Schwefelsäure, Salpetersäure und Phosphorsäure, besonders bevorzugt Salzsäure.
Bevorzugt liegt im Rührbehälter eine Atmosphäre ausgewählt aus Luft, einem Inertgas, mindestens zwei Inertgasen oder eine Kombination von Luft mit mindestens einem Inertgas, bevorzugt mindestens zwei Inertgasen vor. Als Inertgase sind bevorzugt ausgewählt aus der Liste bestehend aus Stickstoff, Helium, Neon, Argon, Krypton und Xenon. Zum Beispiel liegt im Rührbehälter Luft, Stickstoff oder Argon vor, besonders bevorzugt Luft.
Weiter bevorzugt ist die im Rührbehälter vorliegende Atmosphäre Teil eines Gasstroms. Der Gasstrom wird in den Rührbehälter bevorzugt über den Gaseinlass eingeleitet und über den Gasauslass ausgeleitet. Der Gasstrom kann im Rührbehälter weitere Bestandteile aufnehmen. Diese können beim Rollgranulieren aus der Siliziumdioxidsuspension stammen und in den Gasstrom übergehen.
Bevorzugt wird dem Rührbehälter ein trockener Gasstrom zugeführt. Unter einem„trockenen Gasstrom“ wird ein Gas oder ein Gasgemisch verstanden, dessen relative Feuchte bei der im Rührbehälter eingestellten Temperatur unterhalb des Kondensationspunktes liegt. Das Gas wird bevorzugt auf eine Temperatur in einem Bereich von 50 bis 300°C, zum Beispiel von 80 bis 250°C, besonders bevorzugt von 100 bis 200°C vorgewärmt.
Bevorzugt werden pro 1 kg der eingesetzten Siliziumdioxidsuspension 10 bis 150 m3 Gas pro Stunde in den Rührbehälter eingeleitet, zum Beispiel 20 bis 100 m3 Gas pro Stunde, besonders bevorzugt 30 bis 70 m3 Gas pro Stunde.
Durch den Gasstrom wird die Siliziumdioxidsuspension während des Rührens unter Bildung von Siliziumdioxidgranulen getrocknet. Das gebildete Granulat wird der Rührkammer entnommen.
Bevorzugt wird das entnommene Granulat weiter getrocknet. Bevorzugt erfolgt die Trocknung kontinuierlich, zum Beispiel in einem Drehrohrofen. Bevorzugte Temperaturen zur Trocknung liegen in einem Bereich von 80 bis 250°C, zum Beispiel in einem Bereich von 100 bis 200°C, besonders bevorzugt in einem Bereich von 120 bis 180°C.
Kontinuierlich bedeutet im Kontext der vorliegenden Erfindung in Bezug auf ein Verfahren, dass dieses fortlaufend betrieben werden kann. Das bedeutet, dass Zufuhr und Entnahme von am Verfahren beteiligten Stoffen und Materialien beim Durchführen des Verfahrens laufend erfolgen kann. Es ist nicht notwendig, dafür das Verfahren zu unterbrechen.
Kontinuierlich als Attribut eines Gegenstands, z.B. in Bezug auf einen„kontinuierlichen Ofen“, bedeutet, dass dieser Gegenstand so ausgelegt ist, dass ein in ihm erfolgendes Verfahren oder in ihm erfolgender Verfahrensschritt kontinuierlich geführt werden kann. Das durch Rollgranulieren erhaltene Granulat kann gesiebt werden. Das Sieben kann vor oder nach dem Trocknen erfolgen. Bevorzugt wird vor dem Trocknen gesiebt. Bevorzugt werden Granulen mit einer Partikelgröße von weniger als 50 pm zum Beispiel mit einer Partikelgröße von weniger als 80 pm besonders bevorzugt mit einer Partikelgröße von weniger als 100 pm ausgesiebt. Weiter bevorzugt werden Granulen mit einer Partikelgröße von mehr als 900 pm, zum Beispiel mit einer Partikelgröße von mehr als 700 pm, besonders bevorzugt mit einer Partikelgröße von mehr als 500 pm ausgesiebt. Das Aussieben größerer Partikel kann prinzipiell nach allen dem Fachmann bekannten und zu diesem Zweck geeigneten Verfahren erfolgen. Bevorzugt erfolgt das Absieben größerer Partikel mittels einer Rüttelrinne.
Gemäß einer Ausführungsform ist das Rollgranulieren durch mindestens eines, zum Beispiel zwei oder drei, besonders bevorzugt aller der folgenden Merkmale gekennzeichnet:
[a] das Granulieren erfolgt in einem rotierenden Rührbehälter;
[b] das Granulieren erfolgt unter einem Gasstrom von 10 bis 150 kg Gas pro Stunde und pro 1 kg Siliziumdioxidsuspension;
[c] die Gastemperatur beträgt beim Einleiten 40 bis 200°C;
[d] Granulen mit einer Partikelgröße von weniger als 100 pm und von mehr als 500 pm werden abgesiebt;
[e] die gebildeten Granulen weisen eine Restfeuchte von 15 bis 30 Gew.-% auf;
[f] die gebildeten Granulen werden bei 80 bis 250°C getrocknet, bevorzugt in einem kontinuierlichen Trockenrohr, besonders bevorzugt bis zu einer Restfeuchte von weniger als 1 Gew.-%.
Bevorzugt wird das durch Granulation, bevorzugt durch Sprüh- oder Rollgranulation, erhaltene Siliziumdioxidgranulat, behandelt, bevor es zu Quarzglaskörpern verarbeitet wird. Diese Vorbehandlung kann verschiedenen Zwecken dienen, die entweder die Verarbeitung zu Quarzglaskörpern erleichtern oder die Eigenschaften der resultierenden Quarzglaskörper beeinflussen. Zum Beispiel kann das Siliziumdioxidgranulat verdichtet, gereinigt, oberflächenmodifiziert oder getrocknet werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des ersten Gegenstands weist das Siliziumdioxidgranulat folgende Merkmale auf:
A) einen Schüttwinkel in einem Bereich von 23 bis 26°;
B) eine BET-Oberfläche im Bereich von 20 m2/g bis 50 m2/g; und C) eine Schüttdichte in einem Bereich von 0,5 bis 1 ,2 g/cm3, zum Beispiel in einem Bereich von 0,6 bis 1 ,1 g/cm3, besonders bevorzugt in einem Bereich von 0,7 bis 1 ,0 g/cm3;
D) eine mittlere Partikelgröße in einem Bereich von 50 bis 500 pm;
E) einen Kohlenstoffgehalt von weniger als 50 ppm;
F) einen Chlorgehalt von weniger als 500 ppm; zum Beispiel 350ppm oder weniger, oder 200ppm oder weniger;
G) einen Aluminiumgehalt von weniger als 20 ppb;
H) eine Stampfdichte in einem Bereich von 0,7 bis 1 ,2 g/cm3;
I) ein Porenvolumen in einem Bereich von 0,1 bis 2,5 ml_/g, zum Beispiel in einem Bereich von 0,15 bis 1 ,5 ml_/g; besonders bevorzugt in einem Bereich von 0,2 bis 0,8 mL/g;
J) einen Schüttwinkel in einem Bereich von 23 bis 26°;
K) eine Partikelgrößenverteilung D10 in einem Bereich von 50 bis 150 pm;
L) eine Partikelgrößenverteilung D50 in einem Bereich von 150 bis 300 pm;
M) eine Partikelgrößenverteilung D90 in einem Bereich von 250 bis 620 pm,
wobei die ppm und ppb jeweils auf das Gesamtgewicht des Siliziumdioxidgranulats bezogen sind.
Bevorzugt weist das Siliziumdioxidgranulat einen Metallgehalt an von Aluminium verschiedenen Metallen von weniger als 1000 ppb, zum Beispiel von weniger als 500 ppb, besonders bevorzugt von weniger als 100 ppb, jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht des Siliziumdioxidgranulats, auf. Oftmals weist das Siliziumdioxidgranulat jedoch einen Gehalt an von Aluminium verschiedenen Metallen in einer Menge von mindestens 1 ppb auf. Oftmals weist das Siliziumdioxidgranulat einen Metallgehalt an von Aluminium verschiedenen Metallen von weniger als 1 ppm, bevorzugt in einem Bereich von 40 bis 900 ppb, zum Beispiel in einem Bereich von 50 bis 700 ppb, besonders bevorzugt in einem Bereich von 60 bis 500 ppb, jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht des Siliziumdioxidgranulats. Solche Metalle sind beispielsweise Natrium, Lithium, Kalium, Magnesium, Calcium, Strontium, Germanium, Kupfer, Molybdän, Titan, Eisen und Chrom. Diese können zum Beispiel als Element, als Ion, oder als Teil eines Moleküls oder eines Ions oder eines Komplexes vorliegen.
Das Siliziumdioxidgranulat kann weitere Bestandteile, beispielsweise in Form von Molekülen, Ionen oder Elementen beinhalten. Bevorzugt beinhaltet das Siliziumdioxidgranulat weniger als 5 ppm, zum Beispiel weniger als 3 ppm, besonders bevorzugt weniger als 1 ppm, jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht des Siliziumdioxidgranulat, an Atomen, die von Si, O, H, C, CI verschieden sind. Oftmals sind weitere Bestandteile, ausgedrückt als Menge an Atomen, die von Si, O, H, C, CI verschieden sind, in einer Menge von mindestens 1 ppb enthalten. Die weiteren Bestandteile können insbesondere ausgewählt sein aus der Gruppe bestehend aus Kohlenstoff, Fluorid, Jodid, Bromid, Phosphor oder einer Mischung von mindestens zwei hiervon.
Bevorzugt beinhaltet das Siliziumdioxidgranulat weniger als 10 ppm Kohlenstoff, zum Beispiel weniger als 8 ppm oder weniger als 5 ppm, besonders bevorzugt weniger als 4 ppm, jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht des Siliziumdioxidgranulats. Oftmals ist Kohlenstoff in einer Menge von mindestens 1 ppb im Siliziumdioxidgranulat enthalten.
Bevorzugt beinhaltet das Siliziumdioxidgranulat weniger als 100 ppm, zum Beispiel weniger als 80 ppm, besonders bevorzugt weniger als 70 ppm, jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht des Siliziumdioxidgranulats, an weiteren Bestandteilen. Oftmals sind die weiteren Bestandteile jedoch in einer Menge von mindestens 1 ppb enthalten.
Ein vierter Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zum Herstellen eines Quarzglaskörpers zumindest beinhaltend die Verfahrensschritte: i.) Bereitstellen des Siliziumdioxidgranulats nach einem Verfahren wie im dritten Gegenstand oder wie in einer der in diesem Zusammenhang genannten Ausführungsformen beschrieben;
ii.) Bilden einer Glasschmelze aus dem Siliziumdioxidgranulat; und
iii.) Bilden eines Quarzglaskörpers aus zumindest einem Teil der Glasschmelze.
Das Bereitstellen in Schritt i.) kann auf jede dem Fachmann bekannte und für das vorliegende Verfahren geeignete Art und Weise erfolgen. Dies kann zum Beispiel durch das bereits beschriebene Verfahren zur Herstellung eines Siliziumdioxidgranulats gemäß dem dritten Gegenstand sein, zum Beispiel durch Sprühgranulieren oder Rollgranulieren. Das dabei erhaltenen Siliziumdioxidgranulat wird einem Ofen zugeführt, und in Schritt ii.) zu einer Glasschmelze geschmolzen. Das Siliziumdioxidgranulat kann durch Durchführen der Verfahrensschritte (i) bis (v) des ersten Gegenstands der Erfindung, und anschließend Durchführen der Verfahrens gemäß dem dritten Gegenstand der Erfindung, hergestellt werden. Die in beiden Verfahren bevorzugte Ausführungsformen sind auch hier bevorzugt. Schritt ii.)
Gemäß Schritt ii.) wird aus dem Siliziumdioxidgranulat eine Glasschmelze gebildet. Üblicherweise wird dabei das Siliziumdioxidgranulat erwärmt, bis eine Glasschmelze erhalten wird. Das Erwärmen des Siliziumdioxidgranulats zu einer Glasschmelze kann prinzipiell auf allen dem Fachmann zu diesem Zwecke bekannten Wegen erfolgen.
V-Zug zum Herstellen einer Glasschmelze
Das Bilden einer Glasschmelze aus dem Siliziumdioxidgranulat, zum Beispiel durch Erwärmen, kann durch ein kontinuierliches Verfahren erfolgen. Dabei kann das Siliziumdioxidgranulat bevorzugt kontinuierlich in einen Ofen eingebracht oder die Glasschmelze kontinuierlich dem Ofen entnommen werden, oder beides. Weiter bevorzugt wird das Siliziumdioxidgranulat kontinuierlich in den Ofen eingebracht und die Glasschmelze kontinuierlich dem Ofen entnommen.
Dazu geeignet ist prinzipiell ein Ofen, der mindestens einen Einlass und mindestens einen Auslass aufweist. Unter einem Einlass wird eine Öffnung verstanden, durch die Siliziumdioxid und gegebenenfalls weitere Stoffe in den Ofen eingetragen werden können. Unter einem Auslass wird eine Öffnung verstanden, durch die zumindest ein Teil des Siliziumdioxids aus dem Ofen entnommen werden kann. Der Ofen kann beispielsweise vertikal und horizontal ausgerichtet sein. Bevorzugt ist der Ofen vertikal ausgerichtet. Bevorzugt liegt mindestens ein Einlass über mindestens einem Auslass.„Über“ bedeutet im Zusammenhang mit Einbauten und Merkmalen eines Ofens, insbesondere einem Ein- und Auslass, dass die Einbaute oder das Merkmal, das „über“ einem anderen angeordnet ist, eine höhere Lage über NormalNull (NN) aufweist. Unter „vertikal“ wird verstanden, dass die direkte Verbindung zwischen dem Einlass und dem Auslass des Ofens eine Abweichung von nicht mehr als 30° zur Lotrichtung aufweist.
Gemäß einer Ausführungsform des ersten Gegenstands beinhaltet der Ofen einen hängenden Blechtiegel. In den hängenden Blechtiegel wird das Siliziumdioxidgranulat eingetragen und unter Erhalt einer Glasschmelze erwärmt. Unter einem Blechtiegel wird ein Tiegel verstanden der mindestens ein Walzblech beinhaltet. Bevorzugt weist ein Blechtiegel mehrere Walzbleche auf. Diese sind miteinander durch geeignete Verbindungsmittel, zum Beispiel Nieten, verbunden. Unter einem hängenden Blechtiegel wird ein Blechtiegel der zuvor beschriebenen Art verstanden, der in einem Ofen hängend angeordnet ist. Der hängende Blechtiegel kann prinzipiell aus allen dem Fachmann bekannten und zum Schmelzen von Siliziumdioxid geeigneten Materialien bestehen. Bevorzugt beinhaltet das Blech des hängenden Blechtiegels ein gesintertes Material, zum Beispiel ein sogenanntes Sintermetall. Unter Sintermetallen werden Metalle oder Legierungen verstanden, die durch Sintern von Metallpulvern erhalten werden. Ein Sintermetall kann zu einem Blech umgeformt werden, zum Beispiel durch Walzen. Ein Blechtiegel aus Sintermetall beinhaltet bevorzugt zwei oder mehr, oder eine Vielzahl an Blechen. Diese Bleche können aus gewalztem Sintermetall bestehen.
Bevorzugt beinhaltet das Blech des Blechtiegels mindestens ein Element ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Refraktärmetallen. Unter Refraktärmetallen werden die Metalle der 4. Nebengruppe (Ti, Zr, Hf), der 5. Nebengruppe (V, Nb, Ta) und der 6. Nebengruppe (Cr, Mo, W) verstanden.
Bevorzugt beinhaltet das Blech des Blechtiegels ein Sintermetall ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Molybdän, Wolfram oder einer Kombination davon. Weiter bevorzugt enthält das Blech des Blechtiegels mindestens ein weiteres Refraktärmetall, besonders bevorzugt Rhenium, Osmium, Iridium, Ruthenium oder einer Kombination aus zwei oder mehr davon.
Bevorzugt beinhaltet das Blech des Blechtiegels eine Legierung aus Molybdän mit einem Refraktärmetall, oder Wolfram mit einem Refraktärmetall. Besonders bevorzugte Legierungsmetalle sind Rhenium, Osmium, Iridium, Ruthenium oder einer Kombination aus zwei oder mehr davon. Gemäß einem weiteren Beispiel ist das Blech des Blechtiegels eine Legierung aus Molybdän mit Wolfram, Rhenium, Osmium, Iridium, Ruthenium oder einer Kombination aus zwei oder mehr davon. Zum Beispiel ist das Blech des Blechtiegels eine Legierung aus Wolfram mit Molybdän, Rhenium, Osmium, Iridium, Ruthenium oder einer Kombination aus zwei oder mehr davon.
Bevorzugt kann das zuvor beschriebene Blech des Blechtiegels mit einem Refraktärmetall beschichtet sein. Gemäß einem Beispiel ist das Blech des Blechtiegels mit Rhenium, Osmium, Iridium, Ruthenium, Molybdän und Wolfram, oder einer Kombination aus zwei oder mehr davon beschichtet.
Bevorzugt weisen das Blech und die Beschichtung verschiedene Zusammensetzungen auf. Zum Beispiel ist ein Molybdänblech mit einer oder mehreren Schichten aus Rhenium, Osmium, Iridium, Ruthenium, Wolfram oder jeweils einer Kombination von zwei oder mehr davon beschichtet. Gemäß einem anderen Beispiel ist ein Wolframblech mit einer oder mehreren Schichten aus Rhenium, Osmium, Iridium, Ruthenium, Molybdän oder jeweils einer Kombination von zwei oder mehr davon beschichtet. Gemäß einem weiteren Beispiel kann das Blech des Blechtiegels aus mit Rhenium legierten Molybdän oder aus mit Rhenium legierten Wolfram bestehen, und zur Tiegelinnenseite mit einer oder mehreren Schichten beinhaltend Rhenium, Osmium, Iridium, Ruthenium oder jeweils einer Kombination von zwei oder mehr davon beschichtet sein.
Bevorzugt weist das Blech des hängenden Blechtiegels eine Dichte 95 % oder mehr der theoretischen Dichte auf, zum Beispiel eine Dichte von 95 % bis 98 % oder von 96 % bis 98 %. Weiter bevorzugt sind höhere theoretische Dichten, insbesondere im Bereich von 98 bis 99,95 %. Die theoretische Dichte eines Werkstoffs entspricht der Dichte eines porenfreien und 100 % dichten Materials. Eine Dichte des Blechs des Blechtiegels von mehr als 95 % der theoretischen Dichte kann beispielsweise durch Sintern eines Sintermetalls und anschließendes Verdichten des gesinterten Materials erhalten werden. Besonders bevorzugt ist ein Blechtiegel durch Sintern eines Sintermetalls, Walzen unter Erhalt eines Blechs und Verarbeiten des Blechs zu einem Tiegel erhältlich.
Bevorzugt weist der Blechtiegel mindestens einen Deckel, eine Wand und eine Bodenplatte auf. Bevorzugt weist der hängende Blechtiegel mindestens eines, zum Beispiel mindestens zwei oder mindestens drei oder mindestens vier, besonders bevorzugt mindestens fünf oder alle der folgenden Merkmale auf:
(a) mindestens eine, z.B. mehr als eine oder mindestens zwei oder mindestens drei oder mindestens fünf, besonders bevorzugt drei oder vier Lagen des Blechs;
(b) mindestens ein Blech, z.B. mindestens drei oder mindestens vier oder mindestens sechs oder mindestens acht oder mindestens zwölf oder mindestens 15 oder mindestens 16 oder mindestens 20 Bleche, besonders bevorzugt zwölf oder 16 Bleche;
(c) mindestens eine Verbindung von zwei Blechstücken, z.B. mindestens zwei oder mindestens fünf oder mindestens zehn oder mindestens 18 oder mindestens 24 oder mindestens 36 oder mindestens 48 oder mindestens 60 oder mindestens 72 oder mindestens 48 oder mindestens 96 oder mindestens 120 oder mindestens 160, besonders bevorzugt 36 oder 48 Verbindungen von zwei gleichen oder mehreren verschiedenen Blechstücken des hängenden Blechtiegels;
(d) die Blechstücke des hängenden Blechtiegels sind vernietet, z.B. an mindestens einer Verbindung, durch Tiefziehen, z.B. durch eine Kombination von Tiefziehen mit Blech- Ansetzen, oder durch Senken verbunden, verschraubt oder verschweißt, z.B. durch Elektronenstrahlschweißen und Versintern der Schweißstellen, besonders bevorzugt vernietet;
(e) das Blech des hängenden Blechtiegels ist durch einen Umformschritt, der mit einer Erhöhung der physikalischen Dichte verbunden ist, erhältlich, bevorzugt durch Umformen eines gesinterten Metalls oder einer gesinterten Legierung; weiter bevorzugt ist das Umformen ein Walzen;
(f) eine Aufhängung aus Kupfer, Aluminium, Stahl, Eisen, Nickel oder einem
Refraktärmetall, z.B. aus dem Tiegelmaterial, bevorzugt eine wassergekühlte
Aufhängung aus Kupfer oder Stahl;
(g) eine Düse, bevorzugt eine fest mit dem Tiegel verbundene Düse;
(h) einen Dorn, zum Beispiel einen mit Stegen an der Düse befestigten Dorn oder einen mit einer Haltestange am Deckel befestigten Dorn oder einen von unterhalb des Tiegels mit einer Haltestange verbundenen Dorn;
(i) mindestens einen Gaseinlass, z.B. in Form eines Füllrohrs oder als separater Einlass;
(j) mindestens einen Gasauslass, z.B. als separater Auslass am Deckel oder in der Wand des Tiegels;
(k) einen gekühlten Mantel, bevorzugt einen wassergekühlten Mantel;
(L) eine Isolation von außen, bevorzugt eine Isolation von außen aus Zirkoniumoxid.
Der hängende Blechtiegel kann prinzipiell auf jede dem Fachmann geläufige und hierfür geeignet erscheinende Art beheizt werden. Der hängende Blechtiegel kann beispielsweise mittels elektrischer Heizelemente (resistiv) oder durch Induktion erhitzt werden. Bei resistiver Heizung wird die feste Oberfläche des Blechtiegels von außen erwärmt und gibt die Energie von dort an deren Innenseite ab. Bei induktiver Heizung wird die Energie direkt durch Spulen in die Seitenwand des Schmelztiegels eingekoppelt und von dort an die Tiegelinnenseite abgegeben. Bei einer resistiven Heizung wird die Energie durch Strahlung eingekoppelt, wobei die feste Oberfläche von außen erwärmt wird und die Energie von dort an deren Innenseite abgegeben wird. Bevorzugt wird der Schmelztiegel induktiv erhitzt.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erfolgt der Energieeintrag in den Schmelztiegel, insbesondere zum Schmelzen eines Schmelzguts, nicht durch ein Erwärmen des Schmelztiegel, oder eines darin vorliegenden Schmelzguts, oder beidem, mittels einer Flamme, wie zum Beispiel einer in den Schmelztiegel oder auf den Schmelztiegel gerichteten Brennerflamme. Gemäß einer weiteren Ausführungsform werden zum Schmelzen des Schmelzguts keine Brenner vorgesehen. Durch die hängende Anordnung kann der hängende Blechtiegel im Ofen bewegt werden. Bevorzugt kann der Tiegel in den Ofen zumindest teilweise hinein- und herausgefahren werden. Liegen im Ofen verschiedene Heizzonen vor, werden deren Temperaturprofile auf den sich im Ofen befindlichen Tiegel übertragen. Durch das Verändern der Position des Tiegels im Ofen können so mehrere Heizzonen, variierende Heizzonen oder mehrere variierende Heizzonen im Tiegel realisiert werden.
Der Blechtiegel weist eine Düse auf. Die Düse ist aus einem Düsenmaterial gebildet. Bevorzugt beinhaltet das Düsenmaterial ein vorverdichtetes Material, zum Beispiel mit einer Dichte in einem Bereich von mehr als 95 %, zum Beispiel von 98 bis 100%, besonders bevorzugt von 99 bis 99,999 %, jeweils bezogen auf die theoretische Dichte des Düsenmaterials. Bevorzugt beinhaltet das Düsenmaterial ein Refraktärmetall, zum Beispiel Molybdän, Wolfram oder eine Kombination davon mit einem weiteren Refraktärmetall. Als Düsenmaterial besonders bevorzugt ist Molybdän. Bevorzugt kann eine Düse beinhaltend Molybdän eine Dichte von 100 % der theoretischen Dichte aufweisen.
Bevorzugt ist die in einem Blechtiegel enthaltene Bodenplatte dicker als die Seiten des Blechtiegels. Bevorzugt besteht die Bodenplatte aus dem gleichen Material wie die Seiten des Blechtiegels. Bevorzugt ist die Bodenplatte des Blechtiegels kein Walzblech. Die Bodenplatte ist zum Beispiel 1 ,1 bis 5000 mal dicker oder 2 bis 1000 mal dicker oder 4 bis 500 mal dicker, besonders bevorzugt 5 bis 50 mal dicker, jeweils mit Bezug auf eine Wand des Blechtiegels.
Gemäß einer Ausführungsform des ersten Gegenstands beinhaltet der Ofen einen hängenden oder einen stehenden Sintertiegel. In den hängenden oder stehenden Sintertiegel wird das Siliziumdioxidgranulat eingetragen und unter Erhalt einer Glasschmelze erwärmt.
Unter einem Sintertiegel wird ein Tiegel verstanden, der aus einem Sintermaterial gefertigt ist, das mindestens ein Sintermetall beinhaltet und eine Dichte von nicht mehr als 96 % der theoretischen Dichte des Metalls aufweist. Unter Sintermetallen werden Metalle oder Legierungen verstanden, die durch Sintern von Metallpulvern erhalten werden. Das Sintermaterial und das Sintermetall in einem Sintertiegel sind nicht gewalzt. Bevorzugt weist das Sintermaterial des Sintertiegels eine Dichte von 85 % oder mehr der theoretischen Dichte des Sintermaterials auf, zum Beispiel eine Dichte von 85 % bis 95 % oder von 90 % bis 94 %, besonders bevorzugt von 91 % bis 93 %.
Das Sintermaterial kann prinzipiell aus allen dem Fachmann bekannten und zum Schmelzen von Siliziumdioxid geeigneten Materialien bestehen. Bevorzugt ist das Sintermaterial gefertigt aus mindestens einem der Elemente ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Refraktärmetallen, Graphit oder mit Graphitfolie ausgeschlagenen Materialien.
Bevorzugt beinhaltet das Sintermaterial ein erstes Sintermetall ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Molybdän, Wolfram und einer Kombination davon. Weiter bevorzugt beinhaltet das Sintermaterial außerdem mindestens ein weiteres Refraktärmetall, das von dem ersten Sintermetall verschieden ist, besonders bevorzugt ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Molybdän, Wolfram, Rhenium, Osmium, Iridium, Ruthenium oder einer Kombination aus zwei oder mehr davon.
Bevorzugt beinhaltet das Sintermaterial eine Legierung aus Molybdän mit einem Refraktärmetall, oder Wolfram mit einem Refraktärmetall. Besonders bevorzugt als Legierungsmetall sind Rhenium, Osmium, Iridium, Ruthenium oder einer Kombination aus zwei oder mehr davon. Gemäß einem weiteren Beispiel beinhaltet das Sintermaterial eine Legierung aus Molybdän mit Wolfram, Rhenium, Osmium, Iridium, Ruthenium oder einer Kombination aus zwei oder mehr davon. Zum Beispiel beinhaltet das Sintermaterial eine Legierung aus Wolfram mit Molybdän, Rhenium, Osmium, Iridium, Ruthenium oder einer Kombination aus zwei oder mehr davon.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann das zuvor beschriebene Sintermaterial eine Beschichtung beinhalten, die ein Refraktärmetall, insbesondere Rhenium, Osmium, Iridium, Ruthenium oder eine Kombination aus zwei oder mehr davon enthält. Gemäß einem Beispiel enthält die Beschichtung Rhenium, Osmium, Iridium, Ruthenium, Molybdän und Wolfram, oder eine Kombination aus zwei oder mehr davon.
Bevorzugt weisen das Sintermaterial und seine Beschichtung verschiedene Zusammensetzungen auf. Zum Beispiel ist ein Sintermaterial beinhaltend Molybdän mit einer oder mehreren Schichten aus Rhenium, Osmium, Iridium, Ruthenium, Wolfram oder jeweils einer Kombination von zwei oder mehr davon beschichtet. Gemäß einem anderen Beispiel ist ein Sintermaterial beinhaltend Wolfram mit einer oder mehreren Schichten aus Rhenium, Osmium, Iridium, Ruthenium, Molybdän oder jeweils einer Kombination von zwei oder mehr davon beschichtet. Gemäß einem weiteren Beispiel kann das Sintermaterial aus mit Rhenium legierten Molybdän oder aus mit Rhenium legierten Wolfram bestehen, und zur Tiegelinnenseite mit einer oder mehreren Schichten beinhaltend Rhenium, Osmium, Iridium, Ruthenium oder jeweils einer Kombination von zwei oder mehr davon beschichtet sein.
Bevorzugt wird ein Sintertiegel durch Sintern des Sintermaterials in einer Form gefertigt. Der Sintertiegel kann als Ganzes in einer Form gefertigt werden. Es ist ebenso möglich, dass einzelne Teile des Sintertiegels in einer Form gefertigt und anschließend zu dem Sintertiegel verarbeitet werden. Bevorzugt wird der Tiegel aus mehr als einem Teil gefertigt, zum Beispiel aus einer Bodenplatte und einem oder mehreren Seitenteilen. Die Seitenteile sind bevorzugt in einem Stück bezogen auf den Umfang des Tiegels gefertigt. Bevorzugt kann der Sintertiegel aus mehreren übereinander angeordneten Seitenteilen gefertigt werden. Bevorzugt werden die Seitenteile des Sintertiegels durch Verschrauben oder durch eine Nut-Feder Verbindung abgedichtet. Ein Verschrauben erfolgt bevorzugt durch Fertigen von Seitenteilen, die an den Rändern ein Gewinde aufweisen. Bei einer Nut-Feder-Verbindung haben zwei zu verbindende Seitenteile an den Rändern je eine Nut, in die als verbindendes drittes Teil eine Feder eingesteckt wird, so dass eine formschlüssige Verbindung senkrecht zur Tiegelwandebene gebildet wird. Besonders bevorzugt wird ein Sintertiegel aus mehr als einem Seitenteil gefertigt, zum Beispiel aus zwei oder mehr Seitenteilen, besonders bevorzugt aus drei oder mehr Seitenteilen. Besonders bevorzugt sind die Teile des hängenden Sintertiegels verschraubt. Besonders bevorzugt sind die Teile des stehenden Sintertiegels mittels einer Nut-Feder-Verbindung verbunden.
Die Bodenplatte kann prinzipiell durch alle dem Fachmann bekannten und zu diesem Zweck geeigneten Maßnahmen mit der Tiegelwand verbunden werden. Gemäß einer Ausführungsform ist die Bodenplatte mit einem Außengewinde versehen und wird durch Einschrauben der Bodenplatte in die Tiegelwand mit dieser verbunden. Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird die Bodenplatte mit Hilfe von Schrauben mit der Tiegelwand verbunden. Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird die Bodenplatte in den Sintertiegel eingehängt, beispielsweise durch Einlegen der Bodenplatte auf einen Innenkragen der Tiegelwand. Gemäß einer weiteren Ausführungsform werden zumindest ein Teil der Tiegelwand und eine verdickte Bodenplatte in einem Stück gesintert. Besonders bevorzugt sind die Bodenplatte und die Tiegelwand des hängenden Sintertiegels verschraubt. Besonders bevorzugt sind die Bodenplatte und die Tiegelwand des stehenden Sintertiegels mittels einer Nut-Feder-Verbindung verbunden. Bevorzugt ist die in einem Sintertiegel enthaltene Bodenplatte dicker als die Seiten, zum Beispiel 1 , 1 bis 20 mal dicker oder 1 ,2 bis 10 mal dicker oder 1 ,5 bis 7 mal dicker, besonders bevorzugt 2 bis 5 mal dicker. Bevorzugt weisen die Seiten über den Umfang und über die Höhe des Sintertiegels eine konstante Wandstärke auf.
Der Sintertiegel weist eine Düse auf. Die Düse ist aus einem Düsenmaterial gebildet. Bevorzugt beinhaltet das Düsenmaterial ein vorverdichtetes Material, zum Beispiel mit einer Dichte in einem Bereich von mehr als 95 %, zum Beispiel von 98 bis 100%, besonders bevorzugt von 99 bis 99,999 %, jeweils bezogen auf die theoretische Dichte des Düsenmaterials. Bevorzugt beinhaltet das Düsenmaterial ein Refraktärmetall, zum Beispiel Molybdän, Wolfram oder eine Kombination davon mit einem Refraktärmetall. Als Düsenmaterial besonders bevorzugt ist Molybdän. Bevorzugt kann eine Düse beinhaltend Molybdän eine Dichte von 100 % der theoretischen Dichte aufweisen.
Der hängende Sintertiegel kann prinzipiell auf jede dem Fachmann geläufige und hierfür geeignet erscheinende Weise beheizt werden. Der hängende Sintertiegel kann beispielsweise induktiv oder resistiv erhitzt werden. Bei induktiver Heizung wird die Energie direkt durch Spulen in die Seitenwand des Sintertiegels eingekoppelt und von dort an die Tiegelinnenseite abgegeben. Bei resistiver Heizung wird die Energie durch Strahlung eingekoppelt, wobei die feste Oberfläche von außen erwärmt wird und die Energie von dort an deren Innenseite abgegeben wird. Bevorzugt wird der Sintertiegel induktiv erhitzt. Bei einer resistiven Heizung wird die Energie durch Strahlung eingekoppelt, wobei die feste Oberfläche von außen erwärmt wird und die Energie von dort an deren Innenseite abgegeben wird. Bevorzugt wird der Schmelztiegel induktiv erhitzt.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erfolgt der Energieeintrag in den Schmelztiegel, insbesondere zum Schmelzen eines Schmelzguts, nicht durch ein Erwärmen des Schmelztiegel, oder eines darin vorliegenden Schmelzguts, oder beidem, mittels einer Flamme, wie zum Beispiel einer in den Schmelztiegel oder auf den Schmelztiegel gerichteten Brennerflamme.
Bevorzugt weist der Sintertiegel eine oder mehr als eine Heizzone auf, zum Beispiel eine oder zwei oder drei oder mehr als drei Heizzonen, bevorzugt eine oder zwei oder drei Heizzonen, besonders bevorzugt eine Heizzone. Die Heizzonen des Sintertiegels können auf die gleiche oder unterschiedliche Temperaturen gebracht werden. Zum Beispiel können alle Heizzonen auf eine T emperatur oder alle Heizzonen auf verschiedene T emperaturen oder zwei oder mehr Heizzonen auf eine und eine oder mehr Heizzonen unabhängig voneinander auf andere Temperaturen gebracht werden. Bevorzugt werden alle Heizzonen auf unterschiedliche Temperaturen gebracht, zum Beispiel nimmt die Temperatur der Heizzonen in Richtung des Materialtransports des Siliziumdioxidgranulats zu.
Unter einem hängenden Sintertiegel wird ein Sintertiegel der zuvor beschriebenen Art verstanden, der in einem Ofen hängend angeordnet ist.
Bevorzugt weist der hängende Sintertiegel mindestens eines, zum Beispiel mindestens zwei oder mindestens drei oder mindestens vier, besonders bevorzugt alle der folgenden Merkmale auf:
{a} eine Aufhängung, bevorzugt eine höhenverstellbare Aufhängung;
{b} mindestens zwei abgedichtete Ringe als Seitenteile, bevorzugt mindestens zwei miteinander verschraubte Ringe als Seitenteile;
{c} eine Düse, bevorzugt eine fest mit dem Tiegel verbundene Düse;
{d} einen Dorn, zum Beispiel einen mit Stegen an der Düse befestigten Dorn oder einen mit einer Haltestange am Deckel befestigten Dorn oder einen von unterhalb des Tiegels mit einer Haltestange verbundenen Dorn;
{e} mindestens einen Gaseinlass, z.B. in Form eines Füllrohrs oder als separater Einlass, besonders bevorzugt in Form eines Füllrohrs;
{f} mindestens einen Gasauslass, z.B. am Deckel oder in der Wand des Tiegels.
{g} einen gekühlten Mantel, besonders bevorzugt einen wassergekühlten Mantel;
{h} eine Isolation auf der Außenseite des Tiegels, zum Beispiel auf der Außenseite des gekühlten Mantels, bevorzugt eine Isolationsschicht aus Zirkoniumoxid.
Als Aufhängung bevorzugt ist eine bei der Fertigung des hängenden Sintertiegels angebrachte Aufhängung, zum Beispiel eine als integraler Bestandteil des Tiegels vorgesehene Aufhängung, besonders bevorzugt eine als integraler Bestandteil des Tiegels vorgesehene Aufhängung aus dem Sintermaterial. Als Aufhängung weiterhin bevorzugt ist eine an den Sintertiegel angebrachte Aufhängung aus einem von dem Sintermaterial verschiedenen Material, zum Beispiel aus Aluminium, Stahl, Eisen, Nickel oder Kupfer, bevorzugt aus Kupfer, besonders bevorzugt eine gekühlte, zum Beispiel eine wassergekühlte, an den Sintertiegel angebrachte Aufhängung aus Kupfer.
Durch die hängende Anordnung kann der hängende Sintertiegel im Ofen bewegt werden. Bevorzugt kann der Tiegel in den Ofen zumindest teilweise hinein- und herausgefahren werden. Liegen im Ofen verschiedene Heizzonen vor, werden deren Temperaturprofile auf den sich im Ofen befindlichen Tiegel übertragen. Durch das Verändern der Position des Tiegels im Ofen können so mehrere Heizzonen, variierende Heizzonen oder mehrere variierende Heizzonen im Tiegel realisiert werden.
Unter einem stehenden Sintertiegel wird ein Sintertiegel der zuvor beschriebenen Art verstanden, der in einem Ofen stehend angeordnet ist.
Bevorzugt weist der stehende Sintertiegel mindestens eines, zum Beispiel mindestens zwei oder mindestens drei oder mindestens vier, besonders bevorzugt alle der folgenden Merkmale auf:
/a/ einen als Stehfläche geformten Bereich, bevorzugt einen als Stehfläche geformten Bereich am Boden des Tiegels, weiter bevorzugt einen in der Bodenplatte des Tiegels als Stehfläche geformten Bereich, besonders bevorzugt einen als Stehfläche geformten Bereich am äußeren Rand des Bodens des Tiegels;
/b/ mindestens zwei abgedichtete Ringe als Seitenteile, bevorzugt mindestens zwei durch eine Nut-Feder-Verbindung abgedichtete Ringe als Seitenteile;
Id eine Düse, bevorzugt eine fest mit dem Tiegel verbundene Düse, besonders bevorzugt eine im nicht als Stehfläche geformten Bereich des Bodens des Tiegels;
/d / einen Dorn, zum Beispiel einen mit Stegen an der Düse befestigten Dorn oder einen mit Stegen am Deckel befestigten Dorn oder einen von unterhalb des Tiegels mit einer Haltestange verbundenen Dorn;
lei mindestens einen Gaseinlass, z.B. in Form eines Füllrohrs oder als separater Einlass; /f/ mindestens einen Gasauslass, z.B. als separater Auslass am Deckel oder in der Wand des Tiegels;
lg/ einen Deckel.
Der stehende Sintertiegel weist bevorzugt eine Trennung der Gasräume im Ofen und im Bereich unterhalb des Ofens auf. Unter dem Bereich unterhalb des Ofens wird der Bereich unterhalb der Düse verstanden, in dem sich die entnommene Glasschmelze befindet. Bevorzugt werden die Gasräume durch die Fläche, auf der der Tiegel steht, getrennt. Gas, das sich im Gasraum des Ofens zwischen Ofeninnenwand und Tiegelaußenwand befindet, kann nicht nach unten in den Bereich unterhalb des Ofens entweichen. Die entnommene Glasschmelze hat keinen Kontakt zu den Gasen aus dem Gasraum des Ofens. Bevorzugt weisen aus einem Ofen mit einem stehend angeordneten Sintertiegel entnommene Glasschmelzen und daraus gebildete Quarzglaskörper eine höhere Oberflächenreinheit auf als aus einem Ofen mit einem hängend angeordneten Sintertiegel entnommene Glasschmelzen und daraus gebildete Quarzglaskörper.
Bevorzugt ist der Tiegel so mit dem Einlass und dem Auslass des Ofens verbunden, dass durch den Einlass des Ofens Siliziumdioxidgranulat über den Einlass des Tiegels in den Tiegel gelangen kann und durch den Auslass des Tiegels und den Auslass des Ofens Glasschmelze entnommen werden kann.
Bevorzugt beinhaltet der Tiegel neben dem mindestens einen Einlass mindestens eine Öffnung, bevorzugt mehrere Öffnungen, durch die Gas ein- und ausgeleitet werden kann. Bevorzugt umfasst der Tiegel mindestens zwei Öffnungen, wobei mindestens eine als Gaseinlass und mindestens eine als Gasauslass verwendet werden kann. Bevorzugt führt die Verwendung mindestens einer Öffnung als Gaseinlass und mindestens einer Öffnung als Gasauslass zu einem Gasstrom im Tiegel.
Durch den Einlass des Tiegels wird das Siliziumdioxidgranulat in den Tiegel eingebracht und anschließend im Tiegel erwärmt. Das Erwärmen kann in Anwesenheit eines Gases oder eines Gemisches aus zwei oder mehr Gasen durchgeführt werden. Beim Erwärmen kann außerdem an das Siliziumdioxidgranulat gebundenes Wasser in die Gasphase übergehen und so ein weiteres Gas bilden. Das Gas oder das Gemisch aus zwei oder mehr Gasen befindet sich im Gasraum des Tiegels. Unter dem Gasraum des Tiegels wird der Bereich im Innern des Tiegels verstanden, der nicht von einer festen oder flüssigen Phase belegt ist. Geeignete Gase sind zum Beispiel Wasserstoff, Inertgase sowie zwei oder mehr davon. Unter Inertgasen werden solche Gase verstanden, die bis zu einer Temperatur von 2400 °C mit den im Tiegel vorgesehenen Stoffen nicht reagieren. Bevorzugte Inertgase sind Stickstoff, Helium, Neon, Argon, Krypton und Xenon, besonders bevorzugt Argon und Helium. Bevorzugt wird das Erwärmen in reduzierender Atmosphäre durchgeführt. Diese kann bevorzugt durch Wasserstoff oder eine Kombination von Wasserstoff und einem Inertgas, zum Beispiel durch eine Kombination von Wasserstoff und Helium, oder von Wasserstoff und Stickstoff, oder von Wasserstoff und Argon, besonders bevorzugt durch eine Kombination aus Wasserstoff und Helium bereitgestellt werden.
Bevorzugt wird ein zumindest teilweiser Gasaustausch von Luft, Sauerstoff und Wasser gegen Wasserstoff, mindestens ein Inertgas, oder gegen eine Kombination von Wasserstoff und mindestens einem Inertgas an dem Siliziumdioxidgranulat durchgeführt. Der zumindest teilweise Gasaustausch wird an dem Siliziumdioxidgranulat beim Einbringen des Siliziumdioxidgranulats, oder vor dem Erwärmen, oder während des Erwärmens, oder während mindestens zwei der vorgenannten Tätigkeiten durchgeführt. Bevorzugt wird das Siliziumdioxidgranulat in einem Gasstrom von Wasserstoff und mindestens einem Inertgas, zum Beispiel Argon oder Helium, zum Schmelzen erwärmt.
Bevorzugt weist der Ofen, bevorzugt auch ein darin befindlicher Schmelztiegel, mindestens einen Gasauslass auf, durch den dem Ofen zugeführtes und beim Betrieb des Ofens gebildetes Gas entnommen wird. Der Ofen kann zudem mindestens einen dedizierten Gaseinlass aufweisen. Alternativ oder zusätzlich kann Gas durch die Feststoffzuführung, auch als Feststoffeinlass bezeichnet, eingebracht werden, zum Beispiel zusammen mit den Siliziumdioxidpartikeln, oder davor, danach, oder durch eine Kombination von zwei oder mehr der vorgenannten Möglichkeiten.
Der Ofen und der Gasstrom sind bevorzugt durch die im Rahmen des ersten Gegenstands beschriebenen Merkmale gekennzeichnet. Bevorzugt wird der Gasstrom durch Einleiten eines Gases durch einen Einlass in den Ofen und durch Ausleiten eines Gases durch einen Auslass aus dem Ofen gebildet. Unter der„Gasaustauschrate“ wird das Volumen an Gas verstanden, dass pro Zeit durch den Auslass aus dem Ofen geführt wird. Die Gasaustauschrate wird auch als Durchsatz des Gasstroms oder als Volumendurchsatz bezeichnet.
Bevorzugt liegt die Gasaustauschrate des Gasstroms in einem Bereich von 200 bis 3000 Liter/h, zum Beispiel von 200 bis 2000 Liter/h, besonders bevorzugt von 200 bis 1000 Liter/h.
Die Ofentemperatur zum Schmelzen des Siliziumdioxidgranulats liegt bevorzugt im Bereich von 1700 bis 2500°C, zum Beispiel im Bereich von 1900 bis 2400°C, besonders bevorzugt im Bereich von 2100 bis 2300°C.
Bevorzugt beträgt die Verweilzeit im Ofen in einem Bereich von 1 Stunde bis 50 Stunden, zum Beispiel 1 bis 30 Stunden, besonders bevorzugt 5 bis 20 Stunden. Die Verweilzeit bedeutet im vorliegenden Kontext die Zeit, die benötigt wird, um während des Durchführens des Verfahrens dem Schmelzofen, in dem die Glasschmelze gebildet wird, eine Füllmenge des Schmelzofens verfahrensgemäß zu entnehmen. Die Füllmenge ist die insgesamt im Schmelzofen vorliegende Masse an Siliziumdioxid. Das Siliziumdioxid kann dabei als Feststoff und als Glasschmelze vorliegen. Bevorzugt nimmt die Ofentemperatur über die Länge, in Richtung des Materialtransports zu. Bevorzugt nimmt die Ofentemperatur über die Länge, in Richtung des Materialtransports um mindestens 100°C, zum Beispiel um mindestens 300°C oder um mindestens 500°C oder um mindestens 700°C, besonders bevorzugt um mindestens 1000°C zu. Bevorzugt beträgt die höchste Temperatur im Ofen 1700 bis 2500°C, zum Beispiel 1900 bis 2400°C, besonders bevorzugt 2100 bis 2300°C. Die Zunahme der Ofentemperatur kann gleichmäßig oder entsprechend eines Temperaturprofils erfolgen.
Bevorzugt nimmt die Ofentemperatur, bevor die Glasschmelze aus dem Ofen entnommen wird, ab. Bevorzugt nimmt die Ofentemperatur bevor die Glasschmelze aus dem Ofen entnommen wird um 50 bis 500°C ab, zum Beispiel um 100°C oder um 400°C, besonders bevorzugt um 150 bis 300°C. Bevorzugt beträgt die Temperatur der Glasschmelze beim Entnehmen 1750 bis 2100°C, zum Beispiel 1850 bis 2050°C, besonders bevorzugt 1900 bis 2000°C.
Bevorzugt nimmt die Ofentemperatur über die Länge, in Richtung des Materialtransports zu und bevor die Glasschmelze aus dem Ofen entnommen wird ab. Bevorzugt nimmt dabei die Ofentemperatur über die Länge, in Richtung des Materialtransports um mindestens 100°C, zum Beispiel um mindestens 300°C oder um mindestens 500°C oder um mindestens 700°C, besonders bevorzugt um mindestens 1000°C zu. Bevorzugt beträgt die höchste Temperatur im Ofen 1700 bis 2500°C, zum Beispiel 1900 bis 2400°C, besonders bevorzugt 2100 bis 2300°C. Bevorzugt nimmt die Ofentemperatur bevor die Glasschmelze aus dem Ofen entnommen wird um 50 bis 500°C ab, zum Beispiel um 100°C oder um 400°C, besonders bevorzugt um 150 bis 300°C.
Vorheizstrecke
Bevorzugt weist der Ofen mindestens eine erste und eine weitere miteinander durch einen Durchlass verbundene Kammern auf, wobei die erste und die weitere Kammer verschiedene Temperaturen aufweisen, wobei die Temperatur der ersten Kammer niedriger ist als die Temperatur der weiteren Kammer. In der weiteren Kammer wird aus dem Siliziumdioxidgranulat eine Glasschmelze gebildet. Diese Kammer wird im Folgenden als Schmelzkammer bezeichnet. Eine mit der Schmelzkammer über eine Stoffführung verbundene, aber vorgelagerte Kammer wird auch als Vorheizstrecke bezeichnet. Es ist zum Beispiel diejenige, bei der mindestens ein Auslass unmittelbar mit einem Einlass der Schmelzkammer verbunden ist. Die vorgenannte Anordnung kann auch in eigenständigen Öfen ausgebildet sein. Dann ist die Schmelzkammer ein Schmelzofen. In Bezug auf die weitere Beschreibung kann der Schmelzofen jedoch synonym zur Schmelzkammer verstanden werden. Dementsprechend gelten die Ausführungen zum Schmelzofen auch für die Schmelzkammer, und umgekehrt. Der Begriff der Vorheizstrecke ist beiden Betrachtungsweisen gleich.
Bevorzugt hat das Siliziumdioxidgranulat bei Eintritt in den Ofen eine Temperatur in einem Bereich von 20 bis 1300°C.
Gemäß einer ersten Ausführungsform wird das Siliziumdioxidgranulat vor Eintritt in die Schmelzkammer nicht temperiert. Zum Beispiel hat das Siliziumdioxidgranulat bei Eintritt in den Ofen eine Temperatur in einem Bereich von 20 bis 40°C, besonders bevorzugt von 20 bis 30°C. Wird gemäß Schritt i.) Siliziumdioxidgranulat II bereitgestellt, hat es beim Eintritt in den Ofen bevorzugt eine Temperatur in einem Bereich von 20 bis 40°C, besonders bevorzugt von 20 bis 30°C.
Gemäß einer anderen Ausführungsform wird das Siliziumdioxidgranulat vor Eintritt in den Ofen auf eine Temperatur in einem Bereich von 40 bis 1300°C temperiert. Temperieren bedeutet das Einstellen der Temperatur auf einen gewählten Wert. Das Temperieren kann prinzipiell auf allen dem Fachmann bekannten und zum Temperieren von Siliziumdioxidgranulat bekannten Wegen erfolgen. Zum Beispiel kann das Temperieren in einem separat von der Schmelzkammer angeordneten Ofen oder in einem mit der Schmelzkammer verbundenen Ofen erfolgen.
Bevorzugt erfolgt das Temperieren in einer mit der Schmelzkammer verbundenen Kammer. Bevorzugt umfasst der Ofen also eine Vorheizstrecke, in der das Siliziumdioxid temperiert werden kann. Bevorzugt ist die Vorheizstrecke selbst ein Durchlaufofen, besonders bevorzugt ein Drehrohrofen. Unter einem Durchlaufofen wird eine beheizte Kammer verstanden, die während des Betriebs eine Bewegung des Siliziumdioxids von einem Einlass des Durchlaufofens zu einem Auslass des Durchlaufofens bewirkt. Bevorzugt ist der Auslass mit dem Einlass des Schmelzofens direkt verbunden. So kann das Siliziumdioxidgranulat aus der Vorheizstrecke ohne weitere Zwischenschritte oder Maßnahmen in den Schmelzofen gelangen.
Es ist weiter bevorzugt, dass die Vorheizstrecke mindestens einen Gaseinlass und mindestens einen Gasauslass umfasst. Durch den Gaseinlass kann Gas in den Innenraum, den Gasraum der Vorheizstrecke gelangen, und durch den Gasauslass kann es ausgeleitet werden. Es ist auch möglich, Gas über den Einlass für das Siliziumdioxidgranulat der Vorheizstrecke in die Vorheizstrecke einzuleiten. Ebenso kann Gas über den Auslass der Vorheizstrecke ausgeleitet und anschließend von dem Siliziumdioxidgranulat getrennt werden. Weiterhin bevorzugt kann Gas über den Einlass für das Siliziumdioxidgranulat und einen Gaseinlass der Vorheizstrecke zugeführt, und über den Auslass der Vorheizstrecke und einen Gasauslass der Vorheizstrecke ausgeleitet werden.
Bevorzugt wird in der Vorheizstrecke durch Verwenden des Gaseinlasses und des Gasauslasses ein Gasstrom ausgebildet. Geeignete Gase sind zum Beispiel Wasserstoff, Inertgase sowie zwei oder mehr davon. Bevorzugte Inertgase sind Stickstoff, Helium, Neon, Argon, Krypton und Xenon, besonders bevorzugt Stickstoff und Helium. Bevorzugt liegt in der Vorheizstrecke eine reduzierende Atmosphäre vor. Diese kann bevorzugt durch Wasserstoff oder eine Kombination von Wasserstoff und einem Inertgas, zum Beispiel durch eine Kombination von Wasserstoff und Helium oder von Wasserstoff und Stickstoff, besonders bevorzugt durch eine Kombination aus Wasserstoff und Helium, bereitgestellt werden. Weiter bevorzugt liegt in der Vorheizstrecke eine oxidierende Atmosphäre vor. Diese kann bevorzugt durch Sauerstoff oder eine Kombination aus Sauerstoff und einem oder mehreren weiteren Gasen bereitgestellt werden, besonders bevorzugt ist Luft. Es ist weiter bevorzugt möglich, das Siliziumdioxid bei vermindertem Druck in der Vorheizstrecke zu temperieren.
Zum Beispiel hat das Siliziumdioxidgranulat bei Eintritt in den Ofen eine Temperatur in einem Bereich von 100 bis 1100°C oder von 300 bis 1000 oder von 600 bis 900°C.
Gemäß einer Ausführungsform des ersten Gegenstands beinhaltet der Ofen mindestens zwei Kammern. Bevorzugt beinhaltet der Ofen eine erste und mindestens eine weitere Kammer. Die erste und die weitere Kammer sind miteinander durch einen Durchlass verbunden.
Die mindestens zwei Kammern können in dem Ofen prinzipiell beliebig angeordnet sein, bevorzugt vertikal oder horizontal, besonders bevorzugt vertikal. Bevorzugt sind die Kammern im Ofen so angeordnet, dass bei der Durchführung des Verfahrens gemäß dem ersten Gegenstand Siliziumdioxidgranulat die erste Kammer passiert und anschließend in der weiteren Kammer unter Erhalt einer Glasschmelze erhitzt wird. Die weitere Kammer weist bevorzugt die zuvor beschriebenen Merkmale des Schmelzofens und des darin angeordneten Tiegels auf.
Bevorzugt enthält jede der Kammern einen Einlass und einen Auslass. Bevorzugt ist der Einlass des Ofens mit dem Einlass der ersten Kammer durch einen Durchlass verbunden. Bevorzugt ist der Auslass des Ofens mit dem Auslass der weiteren Kammer durch einen Durchlass verbunden. Bevorzugt ist der Auslass der ersten Kammer durch einen Durchlass mit dem Einlass der weiteren Kammer verbunden.
Bevorzugt sind die Kammern so im Ofen angeordnet, dass durch den Einlass des Ofens das Siliziumdioxidgranulat in die erste Kammer gelangen kann. Bevorzugt sind die Kammern so im Ofen angeordnet, dass durch den Auslass des Ofens eine Siliziumdioxidglasschmelze aus der weiteren Kammer entnommen werden kann. Besonders bevorzugt kann durch den Einlass des Ofens das Siliziumdioxidgranulat in die erste Kammer gelangen und durch den Auslass des Ofens eine Siliziumdioxidglasschmelze aus einer weiteren Kammer entnommen werden.
Durch den Durchlass kann das Siliziumdioxid als Granulat oder Pulver in der durch das Verfahren vorgegebenen Richtung des Materialtransports von einer ersten in eine weitere Kammer gelangen. Durch einen Durchlass verbundene Kammern schließen Anordnungen ein, in denen zwischen einer ersten und einer weiteren Kammer weitere Zwischenelemente in Richtung des Materialtransports angeordnet sind. Den Durchlass können prinzipiell Gase, Flüssigkeiten und Feststoffe passieren. Bevorzugt können Siliziumdioxidpulver, Suspensionen von Siliziumdioxidpulver und Siliziumdioxidgranulat den Übergang zwischen einer ersten und einer weiteren Kammer passieren. Während der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens können über den Durchlass zwischen der ersten und der weiteren Kammer alle in die erste Kammer eingetragenen Stoffe in die weitere Kammer gelangen. Bevorzugt gelangt über den Durchlass zwischen der ersten und weiteren Kammer nur Siliziumdioxid in Form von Granulat oder Pulver in die weitere Kammer. Bevorzugt ist der Durchlass zwischen der ersten und der weiteren Kammer durch das Siliziumdioxid verschlossen, so dass der Gasraum der ersten und der weiteren Kammer voneinander getrennt sind, bevorzugt so, dass in den Gasräumen verschiedene Gase oder Gasgemische, verschiedene Drücke oder beides vorliegen können. Gemäß einer anderen Ausgestaltung wird der Durchlass von einer Schleuse gebildet, bevorzugt durch eine Zellenradschleuse.
Bevorzugt weist die erste Kammer des Ofens mindestens einen Gaseinlass und mindestens einen Gasauslass auf. Der Gaseinlass kann prinzipiell jede Form aufweisen, die dem Fachmann bekannt und zum Einleiten eines Gases geeignet ist, zum Beispiel eine Düse, ein Ventil oder ein Rohr. Der Gasauslass kann prinzipiell jede Form aufweisen, die dem Fachmann bekannt und zum Ausleiten eines Gases geeignet ist, zum Beispiel eine Düse, ein Ventil oder ein Rohr. Bevorzugt wird durch den Einlass des Ofens Siliziumdioxidgranulat in die erste Kammer eingebracht und erwärmt. Das Erwärmen kann in Anwesenheit eines Gases oder einer Kombination aus zwei oder mehr Gasen durchgeführt werden. Dazu liegt das Gas oder die Kombination aus zwei oder mehr Gasen im Gasraum der ersten Kammer vor. Unter dem Gasraum der ersten Kammer wird der Bereich der ersten Kammer verstanden, der nicht von einer festen oder flüssigen Phase belegt ist. Geeignete Gase sind zum Beispiel Wasserstoff, Sauerstoff, Inertgase sowie zwei oder mehr davon. Bevorzugte Inertgase sind Stickstoff, Helium, Neon, Argon, Krypton und Xenon, besonders bevorzugt sind Stickstoff, Helium und eine Kombination davon. Bevorzugt wird das Erwärmen in reduzierender Atmosphäre durchgeführt. Diese kann bevorzugt durch Wasserstoff oder eine Kombination von Wasserstoff und Helium bereitgestellt werden. Bevorzugt wird das Siliziumdioxidgranulat in der ersten Kammer in einem Strom des Gases oder der Kombination aus zwei oder mehr Gasen erwärmt.
Es ist weiter bevorzugt, dass das Siliziumdioxidgranulat in der ersten Kammer bei vermindertem Druck, zum Beispiel bei einem Druck von weniger als 500 mbar oder weniger als 300 mbar, zum Beispiel 200 mbar oder weniger erwärmt wird.
Bevorzugt ist die erste Kammer mit mindestens einer Vorrichtung versehen, mit der das Siliziumdioxidgranulat, bewegt wird. Prinzipiell können alle Vorrichtungen ausgewählt werden, die dem Fachmann zu diesem Zwecke bekannt sind und geeignet erscheinen. Bevorzugt geeignet sind Rühr-, Schüttei- oder Schwenkvorrichtungen.
Gemäß einer Ausführungsform des ersten Gegenstands sind die Temperaturen in der ersten und in der weiteren Kammer verschieden. Bevorzugt ist die Temperatur in der ersten Kammer geringer als die Temperatur in der weiteren Kammer. Bevorzugt liegt die Temperaturdifferenz zwischen der ersten und der weiteren Kammer in einem Bereich von 600 bis 2400°C, zum Beispiel in einem Bereich von 1000 bis 2000°C oder von 1200 bis 1800°C, besonders bevorzugt in einem Bereich von 1500 bis 1700°C. Weiter bevorzugt ist die Temperatur in der ersten Kammer 600 bis 2400°C, zum Beispiel 1000 bis 2000°C oder 1200 bis 1800°C, besonders bevorzugt 1500 bis 1700°C niedriger als die Temperatur in der weiteren Kammer.
Gemäß einer Ausführungsform ist die erste Kammer des Ofens eine Vorheizstrecke, besonders bevorzugt eine wie oben beschriebene Vorheizstrecke, die die oben beschriebenen Merkmale aufweist. Bevorzugt ist die Vorheizstrecke durch einen Durchlass mit der weiteren Kammer verbunden. Bevorzugt gelangt Siliziumdioxid aus der Vorheizstrecke über einen Durchlass in die weitere Kammer. Der Durchlass zwischen der Vorheizstrecke und der weiteren Kammer kann verschlossen sein, so dass keine in die Vorheizstrecke eingeleiteten Gase durch den Durchlass in die weitere Kammer gelangen. Bevorzugt ist der Durchlass zwischen der Vorheizstrecke und der weiteren Kammer verschlossen, so dass das Siliziumdioxid nicht mit Wasser in Berührung kommt. Der Durchlass zwischen der Vorheizstrecke und der weiteren Kammer kann verschlossen sein, so dass der Gasraum der Vorheizstrecke und der ersten Kammer so voneinander getrennt sind, dass in den Gasräumen verschiedene Gase oder Gasgemische, verschiedene Drücke oder beides vorliegen können. Als Durchlass eignen sich bevorzugt die zuvor beschriebenen Ausgestaltungen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die erste Kammer des Ofens keine Vorheizstrecke. Zum Beispiel ist die erste Kammer eine Ausgleichskammer. Unter einer Ausgleichskammer wird eine Kammer des Ofens verstanden, in der Durchsatzvariationen in einer vorgeschalteten Vorheizstrecke oder Durchsatzunterschiede zwischen einer Vorheizstrecke und der weiteren Kammer ausgeglichen werden. Zum Beispiel kann der ersten Kammer wie oben beschrieben ein Drehrohrofen vorgeschaltet sein. Dieser weist üblicherweise einen Durchsatz auf, der um bis zu 6 % des durchschnittlichen Durchsatzes variieren kann. Bevorzugt wird Siliziumdioxid in einer Ausgleichskammer auf der Temperatur gehalten, mit der es in die Ausgleichskammer gelangt.
Es ist ebenso möglich, dass der Ofen eine erste Kammer und mehr als eine weitere Kammer aufweist, zum Beispiel zwei weitere Kammern oder drei weitere Kammern oder vier weitere Kammern oder fünf weitere Kammern oder mehr als fünf weitere Kammern, besonders bevorzugt zwei weitere Kammern. Weist der Ofen zwei weitere Kammern auf, ist die erste Kammer bevorzugt eine Vorheizstrecke, die erste der weiteren Kammern eine Ausgleichskammer und die zweite der weiteren Kammern die Schmelzkammer, bezogen auf die Richtung des Materialtransports.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform liegt in der ersten Kammer ein Additiv vor. Das Additiv ist bevorzugt ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Halogenen, Inertgasen, Basen, Sauerstoff oder einer Kombination aus zwei oder mehr davon.
Als Additive sind prinzipiell Halogene in elementarer Form und Halogenverbindungen geeignet. Bevorzugte Halogene sind ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Chlor, Fluor, chlorhaltigen Verbindungen und fluorhaltigen Verbindungen. Besonders bevorzugt sind elementares Chlor und Chlorwasserstoff. Als Additive sind prinzipiell alle Inertgase sowie Mischungen aus zwei oder mehr davon geeignet. Bevorzugte Inertgase sind Stickstoff, Helium oder eine Kombination daraus.
Als Additive sind prinzipiell auch Basen geeignet. Bevorzugte Basen als Additive sind anorganische und organische Basen.
Weiter geeignet als Additiv ist Sauerstoff. Der Sauerstoff liegt bevorzugt als sauerstoffhaltige Atmosphäre vor, zum Beispiel in Kombination mit einem Inertgas oder einem Gemisch aus zwei oder mehr Inertgasen, besonders bevorzugt in Kombination mit Stickstoff, Helium oder Stickstoff und Helium.
Die erste Kammer kann prinzipiell jedes Material beinhalten, dass dem Fachmann bekannt und zum Erhitzen von Siliziumdioxid geeignet ist. Bevorzugt beinhaltet die erste Kammer mindestens ein Element ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Quarzglas, einem Refraktärmetall, Aluminium und einer Kombination aus zwei oder mehr davon, besonders bevorzugt beinhaltet die erste Kammer Quarzglas oder Aluminium.
Bevorzugt übersteigt die Temperatur in der ersten Kammer 600°C nicht, wenn die erste Kammer ein Polymer oder Aluminium beinhaltet. Bevorzugt beträgt die Temperatur in der ersten Kammer 100 bis 1 100°C, wenn die erste Kammer Quarzglas beinhaltet. Bevorzugt beinhaltet die erste Kammer im wesentlichen Quarzglas.
Beim Transport des Siliziumdioxids von der ersten Kammer zur weiteren Kammer durch den Durchlass zwischen der ersten und der weiteren Kammer kann das Siliziumdioxid prinzipiell in jedem beliebigen Zustand vorliegen. Bevorzugt liegt das Siliziumdioxid als Feststoff vor, zum Beispiel als Partikel, Pulver oder Granulat. Gemäß einer Ausführungsform des ersten Gegenstands erfolgt der Transport des Siliziumdioxids von der ersten zur weiteren Kammer als Granulat.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die weitere Kammer ein Tiegel aus einem Blech oder einem Sintermaterial, welches ein Sintermetall beinhaltet, wobei das Blech oder das Sintermetall ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Molybdän, Wolfram und einer Kombination davon.
Die Glasschmelze wird durch den Auslass aus dem Ofen, bevorzugt über eine Düse, entnommen. Schritt iii.)
Ein Quarzglaskörper wird aus mindestens einem Teil der Glasschmelze gebildet. Bevorzugt wird dazu mindestens ein Teil der in Schritt ii) hergestellten Glasschmelze entnommen und daraus der Quarzglaskörper gebildet.
Die Entnahme eines Teils der in Schritt ii) hergestellten Glasschmelze kann prinzipiell kontinuierlich aus dem Schmelzofen oder der Schmelzkammer, oder nach abgeschlossener Herstellung der Glasschmelze erfolgen. Bevorzugt wird ein Teil der Glasschmelze kontinuierlich entnommen. Die Glasschmelze wird durch den Auslass aus dem Ofen oder den Auslass der Schmelzkammer, jeweils bevorzugt über eine Düse, entnommen.
Die Glasschmelze kann vor, während oder nach der Entnahme auf eine Temperatur abgekühlt werden, die das Formen der Glasschmelze ermöglicht. Mit dem Abkühlen der Glasschmelze ist ein Ansteigen der Viskosität der Glasschmelze verbunden. Die Glasschmelze wird bevorzugt soweit abgekühlt, dass beim Formen die gebildete Form erhalten bleibt und das Formen gleichzeitig möglichst zügig, zuverlässig und mit geringem Kraftaufwand durchgeführt werden kann. Der Fachmann kann die Viskosität der Glasschmelze zum Formen durch Variieren der Temperatur der Glasschmelze am Formwerkzeug einfach ermitteln. Bevorzugt hat die Glasschmelze beim Entnehmen eine Temperatur im Bereich von 1750 bis 2100°C, zum Beispiel 1850 bis 2050°C, besonders bevorzugt 1900 bis 2000°C. Bevorzugt wird die Glasschmelze nach dem Entnehmen auf eine Temperatur von weniger als 500°C, zum Beispiel von weniger als 200°C oder weniger als 100°C oder weniger als 50°C, besonders bevorzugt auf eine Temperatur im Bereich von 20 bis 30°C abgekühlt.
Der gebildete Quarzglaskörper kann ein massiver Körper oder ein Hohlkörper sein. Unter einem massiven Körper wird ein Körper verstanden, der im Wesentlichen aus einem einzigen Material besteht. Gleichwohl kann ein massiver Körper einen oder mehrere Einschlüsse aufweisen, z.B. Gasblasen. Solche Einschlüsse in einem massiven Körper haben oftmals eine Größe von 65 mm3 oder weniger, zum Beispiel von weniger als 40 mm3, oder von weniger als 20 mm3, oder von weniger als 5 mm3, oder von weniger als 2 mm3, besonders bevorzugt von weniger als 0,5 mm3. Bevorzugt beinhaltet ein massiver Körper weniger als 0,02 Vol.-% seines Volumens, zum Beispiel weniger als 0,01 Vol.-% oder weniger als 0,001 Vol.-% an Einschlüssen, jeweils bezogen auf das Gesamtvolumen des massiven Körpers. Der Quarzglaskörper weist eine äußere Form auf. Unter der äußeren Form wird die Form des Außenrands des Querschnitts des Quarzglaskörpers verstanden. Die äußere Form des Quarzglaskörpers ist im Querschnitt bevorzugt rund, elliptisch oder polygon mit drei oder mehr Ecken, zum Beispiel 4, 5, 6, 7 oder 8 Ecken, besonders bevorzugt ist der Quarzglaskörper rund.
Bevorzugt hat der Quarzglaskörper eine Länge im Bereich von 100 bis 10000 mm, zum Beispiel von 1000 bis 4000 mm, besonders bevorzugt von 1200 bis 3000 mm.
Bevorzugt hat der Quarzglaskörper einen Außendurchmesser im Bereich von 1 bis 500 mm, zum Beispiel in einem Bereich von 2 bis 400 mm, besonders bevorzugt in einem Bereich von 5 bis 300 mm.
Das Formen des Quarzglaskörpers erfolgt mittels einer Düse. Dazu wird die Glasschmelze durch die Düse geführt. Die äußere Form eines durch die Düse geformten Quarzglaskörpers wird durch die Form der Öffnung der Düse bestimmt. Ist die Öffnung der Düse rund, wird beim Formen des Quarzglaskörpers ein Zylinder gebildet. Weist die Öffnung der Düse eine Struktur auf, wird diese Struktur auf die äußere Form des Quarzglaskörpers übertragen. Ein Quarzglaskörper, der mittels einer Düse mit Strukturen an der Öffnung gebildet wird, weist ein Abbild der Strukturen in Längsrichtung auf dem Glasstrang auf.
Die Düse ist in den Schmelzofen integriert. Bevorzugt ist sie als Teil des Tiegels in den Schmelzofen integriert, besonders bevorzugt als Teil des Auslasses des Tiegels.
Bevorzugt wird der mindestens eine Teil der Glasschmelze durch die Düse entnommen. Die äußere Form des Quarzglaskörpers wird durch das Entnehmen mindestens eines Teils der Glasschmelze durch die Düse gebildet.
Bevorzugt wird der Quarzglaskörper nach dem Bilden abgekühlt, um seine Form zu erhalten. Bevorzugt wird der Quarzglaskörper nach dem Formen auf eine Temperatur abgekühlt, die mindestens 1000°C unterhalb der Temperatur der Glasschmelze beim Formen liegt, zum Beispiel mindestens 1500°C oder mindestens 1800°C, besonders bevorzugt 1900 bis 1950°C. Bevorzugt wird der Quarzglaskörper auf eine Temperatur von weniger als 500°C, zum Beispiel von weniger als 200°C oder weniger als 100°C oder weniger als 50°C, besonders bevorzugt auf eine Temperatur im Bereich von 20 bis 30°C abgekühlt. Gemäß einer Ausführungsform des ersten Gegenstands kann der erhaltene Quarzglaskörper mit mindestens einer Maßnahme ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus chemischer, thermischer oder mechanischer Behandlung behandelt werden.
Bevorzugt wird der Quarzglaskörper chemisch nachbehandelt. Nachbehandeln betrifft das Behandeln eines bereits gebildeten Quarzglaskörpers. Unter chemischem Nachbehandeln des Quarzglaskörpers wird prinzipiell jede Maßnahme verstanden, die dem Fachmann bekannt ist und geeignet erscheint, durch den Einsatz von Stoffen die chemische Struktur oder die Zusammensetzung der Oberfläche des Quarzglaskörpers, oder beides, zu verändern. Bevorzugt umfasst das chemische Nachbehandeln mindestens eine Maßnahme ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Behandeln mit Fluorverbindungen und Ultraschallreinigung.
Als Fluorverbindungen kommen insbesondere Fluorwasserstoff und Fluor enthaltende Säuren, zum Beispiel Flusssäure, in Frage. Die Flüssigkeit weist bevorzugt einen Gehalt an Fluorverbindungen in einem Bereich von 35 bis 55 Gew.-%, bevorzugt in einem Bereich von 35 bis 45 Gew.-% auf, die Gew.-% jeweils bezogen auf die Gesamtmenge an Flüssigkeit. Der Rest zu 100 Gew.-% ist üblicherweise Wasser. Bevorzugt wird als Wasser vollentsalztes oder deionisiertes Wasser ausgewählt.
Eine Ultraschallreinigung erfolgt bevorzugt in einem Flüssigkeitsbad, besonders bevorzugt in Anwesenheit von Detergenzien. Im Fall der Ultraschallreinigung kommen in der Regel keine Fluorverbindungen, zum Beispiel weder Flusssäure noch Fluorwasserstoff, zum Einsatz.
Die Ultraschallreinigung des Quarzglaskörpers wird bevorzugt unter mindestens einer, zum Beispiel mindestens zwei oder mindestens drei oder mindestens vier oder mindestens fünf, besonders bevorzugt allen der folgenden Bedingungen durchgeführt:
Die Ultraschallreinigung erfolgt in einem kontinuierlichen Verfahren.
Die Anlage zur Ultraschallreinigung weist sechs miteinander durch Rohre verbundene Kammern auf.
Die Verweilzeit der Quarzglaskörper in jeder Kammer kann eingestellt werden. Bevorzugt ist die Verweilzeit der Quarzglaskörper in jeder Kammer gleich. Bevorzugt liegt die Verweilzeit in jeder Kammer in einem Bereich von 1 bis 120 min, zum Beispiel von weniger als 5 min oder von 1 bis 5 min oder von 2 bis 4 min oder von weniger als 60 min oder von 10 bis 60 min oder von 20 bis 50 min, besonders bevorzugt in einem Bereich von 5 bis 60 min. Die erste Kammer umfasst ein basisches Medium, bevorzugt enthaltend Wasser und eine Base, und einen Ultraschallreiniger.
Die dritte Kammer umfasst ein saures Medium, bevorzugt enthaltend Wasser und eine Säure, und einen Ultraschallreiniger.
In der zweiten Kammer und in der vierten bis sechsten Kammer wird der Quarzglaskörper mit Wasser, bevorzugt entsalztem Wasser gereinigt.
Die vierte bis sechste Kammer wird als Kaskade mit Wasser, bevorzugt entsalztem Wasser betrieben. Bevorzugt wird das Wasser nur in die sechste Kammer eingeleitet und läuft von der sechsten in die fünfte und von der fünften in die vierte Kammer.
Bevorzugt wird der Quarzglaskörper thermisch nachbehandelt. Unter thermischem Nachbehandeln des Quarzglaskörpers wird prinzipiell jede Maßnahme verstanden, die dem Fachmann bekannt ist und geeignet erscheint, den Quarzglaskörper durch Einwirkung von Temperatur in seiner Form oder Struktur oder beidem zu verändern. Bevorzugt umfasst das thermische Nachbehandeln mindestens eine Maßnahme ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Tempern, Stauchen, Aufblasen, Ausziehen, Verschweißen und einer Kombination aus zwei oder mehr davon. Bevorzugt erfolgt die thermische Nachbehandlung ohne das Ziel des Materialabtrags.
Das Tempern erfolgt bevorzugt durch Erhitzen des Quarzglaskörpers in einem Ofen, bevorzugt auf eine Temperatur in einem Bereich von 900 bis 1300 °C, zum Beispiel in einem Bereich von 900 bis 1250°C oder von 1040 bis 1300°C, besonders bevorzugt in einem Bereich von 1000 bis 1050°C oder von 1200 bis 1300°C. Bevorzugt wird bei der thermischen Behandlung eine Temperatur von 1300°C nicht für einen zusammenhängenden Zeitraum von mehr als 1 h überschritten, besonders bevorzugt wird eine Temperatur von 1300°C während der gesamten thermischen Behandlungsdauer nicht überschritten. Das Tempern kann prinzipiell bei vermindertem Druck, bei Normaldruck oder bei erhöhtem Druck erfolgen, bevorzugt bei vermindertem Druck, besonders bevorzugt im Vakuum.
Das Stauchen erfolgt bevorzugt durch Erhitzen des Quarzglaskörpers, bevorzugt auf eine Temperatur von etwa 2100°C, und anschließendes Umformen während einer rotierenden Drehbewegung, bevorzugt mit einer Drehgeschwindigkeit von etwa 60 U/min. Beispielsweise kann ein Quarzglaskörper in Form einer Stange durch Stauchen zu einem Zylinder umgeformt werden. Bevorzugt kann ein Quarzglaskörper durch Einblasen eines Gases in den Quarzglaskörper aufgeblasen werden. Zum Beispiel kann ein Quarzglaskörper durch Aufblasen zu einem Großrohr umgeformt werden. Bevorzugt wird dazu der Quarzglaskörper, bevorzugt auf eine Temperatur von etwa 2100°C, während eine rotierenden Drehbewegung, bevorzugt mit einer Drehgeschwindigkeit von etwa 60 U/min, ausgeführt wird, erhitzt und der Innenraum mit einem Gas gespült, bevorzugt bei einem definierten und geregelten Innendruck bis etwa 100 mbar. Unter einem Großrohr wird ein Rohr mit einem Außendurchmesser von mindestens 500 mm verstanden.
Ein Quarzglaskörper kann bevorzugt ausgezogen werden. Das Ausziehen erfolgt bevorzugt durch Erhitzen des Quarzglaskörpers, bevorzugt auf eine Temperatur von etwa 2100°C, und anschließendes Ziehen mit einer geregelten Ziehgeschwindigkeit auf den gewünschten Außendurchmesser des Quarzglaskörpers. Zum Beispiel können aus Quarzglaskörpern durch Ausziehen Lampenrohre geformt werden.
Bevorzugt wird der Quarzglaskörper mechanisch nachbehandelt. Unter mechanischem Nachbehandeln des Quarzglaskörpers wird prinzipiell jede Maßnahme verstanden, die dem Fachmann bekannt ist und geeignet erscheint, durch eine abrasive Maßnahme die Gestalt des Quarzglaskörpers zu verändern oder den Quarzglaskörper in mehrere Stücke zu teilen. Insbesondere beinhaltet das mechanische Nachbehandeln mindestens eine Maßnahme ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Schleifen, Bohren, Honen, Sägen, Wasserstrahlschneiden, Laserstrahlschneiden, Aufrauen durch Sandstrahlen, Fräsen und einer Kombination aus zwei oder mehr davon.
Bevorzugt wird der Quarzglaskörper mit einer Kombination dieser Maßnahmen, zum Beispiel mit einer Kombination aus einer chemischen und einer thermischen Nachbehandlung oder einer chemischen und einer mechanischen Nachbehandlung oder einer thermischen und einer mechanischen Nachbehandlung, besonders bevorzugt mit einer Kombination aus einer chemischen, einer thermischen und einer mechanischen Nachbehandlung behandelt. Weiterhin bevorzugt kann der Quarzglaskörper jeweils, unabhängig voneinander, mehreren der vorgenannten Maßnahmen unterworfen werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann das Verfahren folgenden, optionalen Verfahrensschritt enthalten:
iv.) Bilden eines Hohlkörpers mit mindestens einer Öffnung aus dem Quarzglaskörper. Der gebildete Hohlkörper weist eine innere und eine äußere Form auf. Unter innerer Form wird die Form des Innenrands des Hohlkörpers im Querschnitt verstanden. Die innere und äußere Form des Querschnitts des Hohlkörpers können gleich oder verschieden sein. Die innere und äußere Form des Hohlkörpers kann im Querschnitt rund, elliptisch oder polygon mit drei oder mehr Ecken, zum Beispiel 4, 5, 6, 7 oder 8 Ecken, sein.
Bevorzugt entspricht die äußere Form des Querschnitts der inneren Form des Querschnitts des Hohlkörpers. Besonders bevorzugt hat der Hohlkörper im Querschnitt eine runde innere und eine runde äußere Form.
In einer anderen Ausgestaltung kann sich der Hohlkörper in der inneren und äußeren Form unterscheiden. Bevorzugt weist der Hohlkörper im Querschnitt eine runde äußere Form und eine polygone innere Form auf. Besonders bevorzugt weist der Hohlkörper im Querschnitt eine runde äußere Form und eine hexagonale innere Form auf.
Bevorzugt hat der Hohlkörper eine Länge im Bereich von 100 bis 10000 mm, zum Beispiel von 1000 bis 4000 mm, besonders bevorzugt von 1200 bis 2000 mm.
Bevorzugt hat der Hohlkörper eine Wanddicke in einem Bereich von 0,8 bis 50 mm, zum Beispiel in einem Bereich von 1 bis 40 mm oder von 2 bis 30 mm oder von 3 bis 20 mm, besonders bevorzugt in einem Bereich von 4 bis 10 mm.
Bevorzugt hat der Hohlkörper einen Außendurchmesser 2,6 bis 400 mm, zum Beispiel in einem Bereich von 3,5 bis 450 mm, besonders bevorzugt in einem Bereich von 5 bis 300 mm.
Bevorzugt hat der Hohlkörper einen Innendurchmesser 1 bis 300 mm, zum Beispiel in einem Bereich von 5 bis 280 mm oder von 10 bis 200 mm, besonders bevorzugt in einem Bereich von 20 bis 100 mm.
Der Hohlkörper enthält eine oder mehr Öffnungen. Bevorzugt enthält der Hohlkörper eine Öffnung. Bevorzugt enthält der Hohlkörper eine gerade Zahl an Öffnungen, zum Beispiel 2, 4, 6, 8, 10, 12, 14, 16 18 oder 20 Öffnungen. Bevorzugt enthält der Hohlkörper zwei Öffnungen. Bevorzugt ist der Hohlkörper ein Rohr. Diese Form des Hohlkörpers ist besonders bevorzugt, wenn der Lichtleiter nur einen Kern beinhaltet. Der Hohlkörper kann mehr als zwei Öffnungen enthalten. Die Öffnungen liegen bevorzugt jeweils paarweise gegenüberliegend in den Enden des Quarzglaskörpers. Zum Beispiel weist jedes Ende des Quarzglaskörpers 2, 3, 4, 5, 6, 7 oder mehr als 7 Öffnungen auf, besonders bevorzugt 5, 6 oder 7 Öffnungen. Bevorzugte Formen sind zum Beispiel Rohre, Zwillingsrohre, also Rohre mit zwei parallelen Kanälen, Vielkanalstäbe, also Rohre mit mehr als zwei parallelen Kanälen.
Der Hohlkörper kann prinzipiell auf allen dem Fachmann bekannten Wegen geformt werden. Bevorzugt wird der Hohlkörper mittels einer Düse geformt. Bevorzugt enthält die Düse in der Mitte ihrer Öffnung eine Vorrichtung, die die Glasschmelze beim Formen ableitet. So kann aus einer Glasschmelze ein Hohlkörper geformt werden.
Das Bilden eines Hohlkörpers kann durch Verwendung einer Düse und anschließende Nachbehandlung erfolgen. Als Nachbehandlung eignen sich prinzipiell alle dem Fachmann bekannten Verfahren zur Herstellung eines Hohlkörpers aus einem massiven Körper, zum Beispiel das Stauchen von Kanälen, Bohren, Honen oder Schleifen. Bevorzugt geeignet ist als Nachbehandlung das Führen des massiven Körpers über einen oder mehrere Dornen, wobei ein Hohlkörper gebildet wird. Ebenso kann der Dorn in den massiven Körper unter Bilden eines Hohlkörpers eingebracht werden. Bevorzugt wird der Hohlkörper nach dem Bilden abgekühlt.
Bevorzugt wird der Hohlkörper nach dem Bilden auf eine Temperatur von weniger als 500°C, zum Beispiel von weniger als 200°C oder weniger als 100°C oder weniger als 50°C, besonders bevorzugt auf eine Temperatur im Bereich von 20 bis 30°C abgekühlt.
Vorverdichten
Es ist prinzipiell möglich, das in Schritt i.) bereitgestellte Siliziumdioxidgranulat einem oder mehreren Vorbehandlungsschritten zu unterziehen, bevor es in Schritt ii.) bis zum Erhalt einer Glasschmelze erwärmt wird. Als Vorbehandlungsschritte kommen beispielsweise thermische oder mechanische Behandlungsschritte in Betracht. Zum Beispiel wird das Siliziumdioxidgranulat vor dem Erwärmen in Schritt ii.) verdichtet. Unter„Verdichten“ wird eine Verringerung der BET- Oberfläche und eine Verringerung des Porenvolumens verstanden.
Das Siliziumdioxidgranulat wird bevorzugt thermisch durch Erhitzen des Siliziumdioxidgranulats oder mechanisch durch Ausüben eines Drucks auf das Siliziumdioxidgranulat, beispielsweise Walzen oder Pressen des Siliziumdioxidgranulats, verdichtet. Bevorzugt wird das Siliziumdioxidgranulat durch Erhitzen verdichtet. Besonders bevorzugt erfolgt das Verdichten des Siliziumdioxidgranulats durch Erhitzen mittels einer mit dem Schmelzofen verbundenen
Vorheizstrecke.
Bevorzugt wird das Siliziumdioxid durch Erhitzen bei einer Temperatur in einem Bereich von 800 bis 1400°C, zum Beispiel bei einer Temperatur in einem Bereich von 850 bis 1300°C, besonders bevorzugt bei einer Temperatur in einem Bereich von 900 bis 1200°C verdichtet.
In einer Ausführungsform des ersten Gegenstands wird die BET-Oberfläche des
Siliziumdioxidgranulats vor dem Erwärmen in Schritt ii.) nicht auf weniger als 5 m2/g verringert, bevorzugt nicht auf weniger als 7 m2/g oder nicht auf weniger als 10 m2/g, besonders bevorzugt nicht auf weniger als 15 m2/g. Es ist weiterhin bevorzugt, dass die BET-Oberfläche des Siliziumdioxidgranulats vor dem Erwärmen in Schritt ii.) gegenüber dem in Schritt i.) bereitgestellten Siliziumdioxidgranulat nicht verringert wird.
In einer Ausführungsform des ersten Gegenstands wird die BET-Oberfläche des
Siliziumdioxidgranulats auf weniger als 20 m2/g verringert, zum Beispiel auf weniger als 15m2/g, oder auf weniger als 10 m2/g, oder auf einen Bereich von mehr als 5 bis weniger als 20 m2/g oder von 7 bis 15 m2/g, besonders bevorzugt auf einen Bereich von 9 bis 12 m2/g. Bevorzugt wird die BET-Oberfläche des Siliziumdioxidgranulats vor dem Erwärmen in Schritt ii.) gegenüber dem in Schritt i.) bereitgestellten Siliziumdioxidgranulat um weniger als 40 m2/g verringert, zum Beispiel um 1 bis 20 m2/g oder um 2 bis 10 m2/g, besonders bevorzugt um 3 bis 8 m2/g, wobei die BET- Oberfläche nach dem Verdichten mehr als 5 m2/g beträgt.
Das verdichtete Siliziumdioxidgranulat weist bevorzugt mindestens eines, zum Beispiel mindestens zwei oder mindestens drei oder mindestens vier, besonders bevorzugt mindestens fünf der folgenden Merkmale auf:
A. eine BET-Oberfläche in einem Bereich von mehr als 5 bis weniger als 40 m2/g, zum Beispiel von 10 bis 30 m2/g, besonders bevorzugt auf einen Bereich von 15 bis 25 m2/g;
B. eine Partikelgröße D10 in einem Bereich von 100 bis 300 pm, besonders bevorzugt in einem Bereich von 120 bis 200 pm;
C. eine Partikelgröße D50 in einem Bereich von 150 bis 550 pm, besonders bevorzugt in einem Bereich von 200 bis 350 pm;
D. eine Partikelgröße D90 in einem Bereich von 300 bis 650 pm, besonders bevorzugt in einem Bereich von 400 bis 500 pm; E. eine Schüttdichte in einem Bereich von 0,8 bis 1 ,6 g/cm3, besonders bevorzugt von 1 ,0 bis 1 ,4 g/c 3;
F. eine Stampfdichte in einem Bereich von 1 ,0 bis 1 ,4 g/cm3, besonders bevorzugt von 1 ,15 bis 1 ,35 g/cm3;
G. eine Menge von Kohlenstoff von weniger als 5 ppm, zum Beispiel von weniger als 4,5 ppm, besonders bevorzugt von weniger als 4 ppm;
H. einen Cl-Gehalt von weniger als 500 ppm, besonders bevorzugt von 1 ppb bis 200 ppm, wobei die ppm und ppb jeweils auf das Gesamtgewicht des verdichteten Siliziumdioxidgranulats bezogen sind.
Das verdichtete Siliziumdioxidgranulat weist bevorzugt die Merkmalskombination A./F./G. oder A./F./H. oder A./G./H. auf, besonders bevorzugt die Merkmalskombination A./F./G. /H.
Das verdichtete Siliziumdioxidgranulat weist bevorzugt die Merkmalskombination A./F./G. auf, wobei die BET-Oberfläche in einem Bereich von 10 bis 30 m2/g liegt, die Stampfdichte in einem Bereich von 1 ,15 bis 1 ,35 g/ml_ liegt und der Kohlenstoffgehalt weniger als 4 ppm beträgt.
Das verdichtete Siliziumdioxidgranulat weist bevorzugt die Merkmalskombination A./F./H. auf, wobei die BET-Oberfläche in einem Bereich von 10 bis 30 m2/g, die Stampfdichte in einem Bereich von 1 ,15 bis 1 ,35 g/ml_ und der Chlorgehalt in einem Bereich von 1 ppb bis 200 ppm liegt.
Das verdichtete Siliziumdioxidgranulat weist bevorzugt die Merkmalskombination A./G./H. auf, wobei die BET-Oberfläche in einem Bereich von 10 bis 30 m2/g liegt, der Kohlenstoffgehalt weniger als 4 ppm beträgt und der Chlorgehalt in einem Bereich von 1 ppb bis 200 ppm liegt.
Das verdichtete Siliziumdioxidgranulat weist bevorzugt die Merkmalskombination A./F./G./H. auf, wobei die BET-Oberfläche in einem Bereich von 10 bis 30 m2/g liegt, die Stampfdichte in einem Bereich von 1 ,15 bis 1 ,35 g/ml_ liegt, der Kohlenstoffgehalt weniger als 4 ppm beträgt und der Chlorgehalt in einem Bereich von 1 ppb bis 200 ppm liegt.
In einer Ausführungsform des ersten Gegenstands wird die Schmelzenergie über eine feste Oberfläche auf das Siliziumdioxidgranulat übertragen. Als Siliziumdioxidgranulat zum Beispiel das verdichtete Siliziumdioxidgranulat ausgewählt sein. Als feste Oberfläche wird eine Oberfläche verstanden, die von der Oberfläche des Siliziumdioxidgranulats verschieden ist und die bei Temperaturen, auf die das Siliziumdioxidgranulat zum Schmelzen erhitzt wird, nicht schmilzt oder sich zersetzt. Geeignete Materialien der festen Oberfläche sind zum Beispiel die als Tiegelmaterialien geeigneten Materialien.
Die feste Oberfläche kann prinzipiell jede dem Fachmann bekannte und für diese Zwecke geeignete Oberfläche sein. Zum Beispiel kann als feste Oberfläche der Tiegel oder ein separates Bauteil, das nicht der Tiegel ist, verwendet werden.
Die feste Oberfläche kann prinzipiell auf allen dem Fachmann bekannten und für diese Zwecke geeigneten Wegen erhitzt werden, um die Schmelzenergie auf das Siliziumdioxidgranulat zu übertragen. Bevorzugt wird die feste Oberfläche durch resistive Beheizung oder Induktionsheizung erhitzt. Bei induktiver Heizung wird die Energie direkt durch Spulen in die feste Oberfläche eingekoppelt und von dort an deren Innenseite abgegeben. Bei resistiver Heizung wird die feste Oberfläche von außen erwärmt und gibt die Energie von dort an deren Innenseite ab. Dabei ist ein Heizraumgas mit niedrigerer Wärmekapazität, beispielsweise eine Argonatmosphäre oder eine argonhaltige Atmosphäre, vorteilhaft. Zum Beispiel kann die feste Oberfläche elektrisch oder auch durch Befeuern der festen Oberfläche mit einer Flamme von außen erhitzt werden. Bevorzugt wird die feste Oberfläche auf eine Temperatur erhitzt, die eine zum Schmelzen des Siliziumdioxidgranulats ausreichende Energiemenge auf das Siliziumdioxidgranulat und/oder bereits zum Teil geschmolzenes Siliziumdioxidgranulat übertragen kann.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erfolgt der Energieeintrag in den Tiegel nicht durch ein Erwärmen des Tiegels, oder eines darin vorliegenden Schmelzguts, oder beidem, mittels einer Flamme, wie zum Beispiel einer in den Tiegel oder auf den Tiegel gerichteten Brennerflamme.
Wird als feste Oberfläche ein separates Bauteil verwendet, kann dieses in beliebiger Weise mit dem Siliziumdioxidgranulat in Kontakt gebracht werden, zum Beispiel durch Auflegen des Bauteils auf das Siliziumdioxidgranulat oder durch Einführen des Bauteils zwischen die Granulen des Siliziumdioxidgranulats oder durch Unterschieben des Bauteils zwischen Tiegel und Siliziumdioxidgranulat oder durch eine Kombination von zwei oder mehr davon. Das Bauteil kann vor oder während oder vor und während des Übertragens der Schmelzenergie erhitzt werden. Bevorzugt wird die Schmelzenergie über die Tiegelinnenseite auf das Siliziumdioxidgranulat übertragen. Dabei wird der Tiegel soweit erhitzt, dass das Siliziumdioxidgranulat schmilzt. Der Tiegel wird bevorzugt resistiv oder induktiv erhitzt. Die Wärme wird von der Außenseite auf die Innenseite des Tiegels übertragen. Die feste Oberfläche der Tiegelinnenseite überträgt die Schmelzenergie auf das Siliziumdioxidgranulat.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird die Schmelzenergie auf das Siliziumdioxidgranulat nicht über einen Gasraum auf das Siliziumdioxidgranulat übertragen. Weiter bevorzugt wird die Schmelzenergie auf das Siliziumdioxidgranulat nicht durch Befeuern des Siliziumdioxidgranulats mit einer Flamme übertragen. Beispiele für diese ausgeschlossenen Energieübertragungswege sind Richten von einer oder mehreren Brennerflammen von oben in den Schmelztiegel, oder auf das Siliziumdioxid, oder beides.
Ein fünfter Gegenstand der Erfindung ist Ein Quarzglaskörper erhältlich nach dem im vierten Gegenstand beschriebenen Verfahren. Dementsprechend bevorzugt ist auch ein Verfahren zum Herstellen eines Quarzglaskörpers, wobei zunächst ein Verfahren gemäß des ersten Gegenstands der Erfindung, insbesondere die Schritte (i) bis (v) durchgeführt werden, daraus ein Siliziumdioxidgranulat gebildet wird. Aus diesem wird dann eine Glasschmelze, und schließlich ein Quarzglaskörper gebildet, wie bereits zuvor beschrieben.
In einer Ausführungsform weist der Quarzglaskörper mindestens aufweisend eines, bevorzugt zwei oder mehrere bis zu alle der folgenden Merkmale auf:
A] einen Chlorgehalt von weniger als 1 ppm;
B] einen Aluminiumgehalt von weniger als 200 ppb;
C] einen Gehalt an Atomen, die von Si, O, H, C verschieden sind, von weniger als 5 ppm;
D] eine Viskosität (p=1013 hPa) in einem Bereich von logio (h (1250°C) / dPas) = 1 1 ,4 bis log™ (P (1250°C) / dPas) = 12,9, oder log10 (h (1300°C) / dPas) = 11 , 1 bis log10 (h (1300°C) / dPas) = 12,2, oder log10 (h (1350°C) / dPas) = 10,5 bis log10 (h (1350°C) / dPas) = 11 ,5;
E] eine Brechzahlhomogenität von weniger als 10 4;
F] eine zylindrische Form;
G] einen Wolframgehalt von weniger als 5 ppm; H] einen Molybdängehalt von weniger als 5 ppm;
wobei die ppb und ppm jeweils auf das Gesamtgewicht des Quarzglaskörpers bezogen sind.
Ein sechster Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zum Herstellen eines Lichtleiters beinhaltend folgende Schritte:
AI Bereitstellen eines Quarzglaskörpers gemäß dem fünften Gegenstand der Erfindung, oder einer seiner Ausführungsformen, oder eines nach dem Verfahren gemäß des vierten Gegenstands erhältlichen Quarzglaskörpers;
wobei der Quarzglaskörper zunächst zu einem Hohlkörper mit mindestens einer Öffnung verarbeitet wird;
B/ Einbringen eines oder mehrerer Kernstäbe in den Quarzglaskörper durch die mindestens eine Öffnung unter Erhalt eines Vorläufers;
C/ Ziehen des Vorläufers aus Schritt B/ in der Wärme unter Erhalt eines Lichtleiters mit einem oder mehreren Kernen und einer Hülle M1.
Schritt A /
Der in Schritt A / bereitgestellte Quarzglaskörper ist bevorzugt gekennzeichnet durch die Merkmale gemäß des vierten und/oder fünften Gegenstands der Erfindung. Weiterhin kann der Quarzglaskörper durch ein Umformverfahren zu einem Hohlkörper mit mindestens einer Öffnung geformt worden sein. Besonders bevorzugt weist der so erhältliche Quarzglaskörper die Merkmale gemäß des fünften Gegenstands auf.
Schritt B/
Durch die mindestens eine Öffnung des Quarzglaskörpers werden ein oder mehrere Kernstäbe eingebracht (Schritt B/). Als Kernstab wird im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung ein Gegenstand bezeichnet, der vorgesehen ist, in eine Hülle, zum Beispiel eine Hülle M1 , eingebracht und zu einem Lichtleiter verarbeitet zu werden. Der Kernstab hat einen Kern aus Quarzglas. Bevorzugt beinhaltet der Kernstab einen Kern aus Quarzglas und eine den Kern umgebende erste Mantelschicht MO.
Jeder Kernstab besitzt eine Form, die so gewählt ist, dass sie in den Quarzglaskörper passt. Bevorzugt entspricht die äußere Form eines Kernstabs der Form einer Öffnung des Quarzglaskörpers. Besonders bevorzugt ist der Quarzglaskörper ein Rohr und der Kernstab ein Stab mit einem runden Querschnitt.
Der Durchmesser des Kernstabs ist geringer als der Innendurchmesser des Hohlkörpers. Bevorzugt ist der Durchmesser des Kernstabs 0,1 bis 3 mm kleiner als der Innendurchmesser des Hohlkörpers, zum Beispiel 0,3 bis 2,5 mm kleiner oder 0,5 bis 2 mm kleiner oder 0,7 bis 1 ,5 mm kleiner, besonders bevorzugt 0,8 bis 1 ,2 mm kleiner.
Bevorzugt liegt das Verhältnis des Innendurchmessers des Quarzglaskörpers zum Durchmesser des Kernstabs im Bereich von 2: 1 bis 1 ,0001 :1 , zum Beispiel im Bereich von 1 ,8:1 bis 1 ,01 : 1 oder im Bereich von 1 ,6:1 bis 1 ,005: 1 oder im Bereich von 1 ,4: 1 bis 1 ,01 : 1 , besonders bevorzugt im Bereich von 1 ,2: 1 bis 1 ,05:1.
Bevorzugt kann ein Bereich innerhalb des Quarzglaskörpers, der nicht durch den Kernstab ausgefüllt ist, mit mindestens einer weiteren Komponente gefüllt werden, zum Beispiel einem Siliziumdioxidpulver oder einem Siliziumdioxidgranulat.
Es ist ebenso möglich, dass in einen Quarzglaskörper ein sich bereits in mindestens einem weiteren Quarzglaskörper befindlicher Kernstab eingeführt wird. Der weitere Quarzglaskörper hat dabei einen Außendurchmesser, der geringer als der Innendurchmesser des Quarzglaskörpers ist. Der in den Quarzglaskörper eingeführte Kernstab kann sich auch bereits in zwei oder mehr weiteren Quarzglaskörpern, zum Beispiel in 3 oder 4 oder 5 oder 6 oder mehr weiteren Quarzglaskörpern befinden.
Ein so erhältlicher mit einem oder mehreren Kernstäben versehener Quarzglaskörper wird im Folgenden als„Vorläufer“ bezeichnet.
Schritt C/
Der Vorläufer wird in der Wärme gezogen (Schritt e/). Das so erhaltene Produkt ist ein Lichtleiter mit einem oder mehreren Kernen und mindestens einer Hülle M1.
Bevorzugt erfolgt das Ziehen des Vorläufers mit einer Geschwindigkeit im Bereich von 1 bis 100 m/h, zum Beispiel mit einer Geschwindigkeit im Bereich von 2 bis 50 m/h oder von 3 bis 30 m/h. Besonders bevorzugt erfolgt das Ziehen des Quarzglaskörpers mit einer Geschwindigkeit im Bereich von 5 bis 25 m/h. Bevorzugt wird das Ziehen in der Wärme bei einer Temperatur von bis zu 2500°C durchgeführt, zum Beispiel bei einer Temperatur im Bereich von 1700 bis 2400°C besonders bevorzugt bei einer Temperatur im Bereich von 2100 bis 2300°C.
Bevorzugt wird der Vorläufer durch einen Ofen geführt, der den Vorläufer von außen erhitzt.
Bevorzugt wird der Vorläufer verlängert, bis die gewünschte Dicke des Lichtleiters erreicht wird. Bevorzugt wird der Vorläufer auf die 1.000 bis 6.000.000 fache Länge elongiert, zum Beispiel auf die 10.000 bis 500.000 fache Länge oder auf die 30.000 bis 200.000 fache Länge, jeweils bezogen auf die Länge des in Schritt AI bereitgestellten Quarzglaskörper. Besonders bevorzugt wird der Vorläufer auf die 100.000 bis 10.000.000 fache Länge elongiert, zum Beispiel auf die 150.000 bis 5.800.000 fache Länge oder auf die 160.000 bis 640.000 fache Länge oder auf die 1.440.000 bis 5.760.000 fache Länge oder auf die 1.440.000 bis 2.560.000 fache Länge, jeweils bezogen auf die Länge des in Schritt AI bereitgestellten Quarzglaskörpers.
Bevorzugt wird der Durchmesser des Vorläufers durch das Elongieren um einen Faktor in einem Bereich von 100 bis 3.500 verringert, zum Beispiel in einem Bereich von 300 bis 3.000 oder von 400 bis 800 oder von 1.200 bis 2.400 oder von 1.200 bis 1.600 jeweils bezogen auf den Durchmesser des in Schritt AI bereitgestellten Quarzglaskörpers.
Der Lichtleiter, auch als Lichtwellenleiter bezeichnet, kann jedes Material beinhalten, das dazu geeignet ist elektromagnetische Strahlung, insbesondere Licht, zu leiten oder zu führen.
Unter Leiten oder Führen von Strahlung wird die Ausdehnung der Strahlung über die Längsausdehnung des Lichtleiters ohne wesentliche Behinderung oder Dämpfung der Intensität der Strahlung bezeichnet. Dabei wird die Strahlung über ein Ende des Lichtleiters in den Leiter eingekoppelt. Bevorzugt leitet der Lichtleiter elektromagnetische Strahlung in einem Wellenlängenbereich von 170 bis 5000 nm. Bevorzugt liegt die Dämpfung der Strahlung durch den Lichtleiter in dem jeweiligen Wellenlängenbereich in einem Bereich von 0, 1 bis 10 dB/km. Bevorzugt weist der Lichtleiter eine Übertragungsrate von bis zu 50 Tbit/s auf.
Der Lichtleiter weist bevorzugt einen Curl-Parameter von mehr als 6 m auf. Unter dem Curl- Parameter wird gemäß vorliegendem Kontext der Biegeradius einer Faser, z.B. eines Lichtleiters oder einer Hülle M1 , verstanden, der sich bei einer frei beweglichen Faser ohne äußere Krafteinwirkung einstellt.
Der Lichtleiter ist bevorzugt biegbar ausgestaltet. Biegbar im Sinne der Erfindung bedeutet, dass der Lichtleiter durch einen Biegeradius von 20 mm oder weniger gekennzeichnet, zum Beispiel von 10 mm oder weniger, besonders bevorzugt weniger als 5 mm oder weniger. Unter einem Biegeradius wird der engste Radius bezeichnet, der geformt werden kann, ohne einen Bruch des Lichtleiters zu bewirken und ohne Beeinträchtigung der Fähigkeit des Lichtleiters Strahlung zu leiten. Eine Beeinträchtigung liegt bei einer Dämpfung des durch eine Biegung des Lichtleiters durchgeleiteten Lichts um mehr als 0,1 dB vor. Die Dämpfung wird bevorzugt bei einer Referenzwellenlänge von 1550 nm angegeben.
Bevorzugt besteht der Quarz aus Siliziumdioxid mit weniger als 1 Gew.-% anderer Substanzen, zum Beispiel mit weniger als 0,5 Gew.-% anderer Substanzen, besonders bevorzugt mit weniger als 0,3 Gew.-% anderer Substanzen, jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht des Quarz. Weiter bevorzugt beinhaltet der Quarz mindestens 99 Gew.-% Siliziumdioxid, bezogen auf das Gesamtgewicht des Quarz.
Der Lichtleiter weist bevorzugt eine längliche Form auf. Der Lichtleiter wird in seiner Form durch seine Längsausdehnung L und seinem Querschnitt Q definiert. Der Lichtleiter weist bevorzugt eine runde Außenwand entlang seiner Längsausdehnung L auf. Ein Querschnitt Q des Lichtleiters wird immer in einer Ebene bestimmt, die senkrecht zu der Außenwand des Lichtleiters steht. Ist der Lichtleiter in der Längsausdehnung L gekrümmt, so wird der Querschnitt Q senkrecht zur Tangente an einem Punkt auf der Lichtleiter Außenwand ermittelt. Der Lichtleiter weist bevorzugt einen Durchmesser di. in einem Bereich von 0,04 bis 1 ,5 mm auf. Der Lichtleiter weist bevorzugt eine Länge in einem Bereich von 1 m bis 100 km auf.
Der Lichtleiter kann einen oder mehrere Kerne aufweisen, zum Beispiel einen Kern oder zwei Kerne oder drei Kerne oder vier Kerne oder fünf Kerne oder sechs Kerne oder sieben Kerne oder mehr als sieben Kerne, besonders bevorzugt einen Kern. Bevorzugt werden mehr als 90 %, zum Beispiel mehr als 95 %, besonders bevorzugt mehr als 98 % der elektromagnetischen Strahlung, die durch den Lichtleiter geleitet werden, in den Kernen geführt. Für den Transport von Licht in den Kernen gelten die als bevorzugt genannten Wellenlängenbereiche, die bereits für den Lichtleiter angegeben wurden. Bevorzugt ist das Material der Kerne ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Glas oder Quarzglas, oder einer Kombination der beiden, besonders bevorzugt Quarzglas. Die Kerne können unabhängig voneinander aus dem gleichen Material oder aus unterschiedlichen Materialien bestehen. Bevorzugt bestehen alle Kerne aus dem gleichen Material, besonders bevorzugt aus Quarzglas.
Jeder Kern weist einen, bevorzugt runden, Querschnitt QK auf und hat eine längliche Form mit der Länge LK. Der Querschnitt QK eines Kerns ist unabhängig von dem Querschnitt QK jedes weiteren Kerns. Die Querschnitte QK der Kerne können gleich oder verschieden sein. Bevorzugt sind die Querschnitte QK aller Kerne gleich. Ein Querschnitt QK eines Kerns wird immer in einer Ebene bestimmt, die senkrecht zu der Außenwand des Kerns bzw. der Lichtleiter Außenwand steht. Ist ein Kern in der Längsausdehnung gekrümmt, so wird der Querschnitt QK senkrecht zur Tangente an einem Punkt auf der Außenwand dieses Kerns ermittelt. Die Länge LK eines Kerns ist unabhängig von der Länge LK jedes weiteren Kerns. Die Längen LK der Kerne können gleich oder verschieden sein. Bevorzugt sind die Längen LK aller Kerne gleich. Jeder Kern weist bevorzugt eine Länge LK in einem Bereich von 1 m bis 100 km auf. Jeder Kern weist einen Durchmesser dK auf. Der Durchmesser dK eines Kerns ist unabhängig von dem Durchmesser dK jedes weiteren Kerns. Die Durchmesser dK der Kerne können gleich oder verschieden sein. Bevorzugt sind die Durchmesser dK aller Kerne gleich. Bevorzugt liegt der Durchmesser dK jedes Kerns in einem Bereich von 0, 1 bis 1000 pm, zum Beispiel von 0,2 bis 100 pm oder von 0,5 bis 50 pm, besonders bevorzugt von 1 bis 30 pm auf.
Jeder Kern weist mindestens einen Brechungsindexverlauf senkrecht zur maximalen Kernausdehnung auf.„Brechungsindexverlauf“ bedeutet, dass der Brechungsindex senkrecht zur maximalen Kernausdehnung konstant ist oder sich verändert. Der bevorzugte Brechungsindexverlauf entspricht einem konzentrischen Brechungsindexprofil, zum Beispiel einem konzentrischen Brechungsindexprofil, bei dem sich ein erster Bereich mit dem maximalen Brechungsindex im Zentrum des Kerns befindet, dem sich ein weiterer Bereich mit einem niedrigeren Brechungsindex anschließt. Bevorzugt weist jeder Kern nur einen Brechungsindexverlauf über seine Länge LK auf. Der Brechungsindexverlauf eines Kerns ist unabhängig von dem Brechungsindexverlauf jedes weiteren Kerns. Die Brechungsindexverläufe der Kerne können gleich oder verschieden sein. Bevorzugt sind die Brechungsindexverläufe aller Kerne gleich. Es ist prinzipiell auch möglich, dass ein Kern eine Vielzahl verschiedener Brechungsindexverläufe aufweist.
Jeder Brechungsindexverlauf senkrecht zur maximalen Kernausdehnung weist einen maximalen Brechungsindex hk auf. Jeder Brechungsindexverlauf senkrecht zur maximalen Kernausdehnung kann zudem weitere niedrigere Brechungsindices aufweisen. Der niedrigste Brechungsindex des Brechungsindexverlaufs ist bevorzugt nicht um mehr als 0,5 geringer als der maximale Brechungsindex hk des Brechungsindexverlaufs. Der niedrigste Brechungsindex des Brechungsindexverlaufs ist bevorzugt um 0,0001 bis 0,15, zum Beispiel um 0,0002 bis 0, 1 , besonders bevorzugt um 0,0003 bis 0,05 geringer als der maximale Brechungsindex hk des Brechungsindexverlaufs.
Bevorzugt weist der Kern einen Brechungsindex hk in einem Bereich von 1 ,40 bis 1 ,60, zum Beispiel in einem Bereich von 1 ,41 bis 1 ,59, besonders bevorzugt in einem Bereich von 1 ,42 bis 1 ,58 auf, jeweils ermittelt bei einer Referenzwellenlänge von lG = 589 nm (Natrium D-Linie), bei einer Temperatur von 20°C und bei Normaldruck (p = 1013 hPa). Weitere Angaben hierzu siehe Abschnitt Testmethoden. Der Brechungsindex hk eines Kerns ist unabhängig von dem Brechungsindex hk jedes weiteren Kerns. Die Brechungsindices hk der Kerne können gleich oder verschieden sein. Bevorzugt sind die Brechungsindices hk aller Kerne gleich.
Bevorzugt weist jeder Kern des Lichtleiters eine Dichte in einem Bereich von 1 ,9 bis 2,5 g/cm3, zum Beispiel in einem Bereich von 2,0 bis 2,4 g/cm3, besonders bevorzugt in einem Bereich von 2, 1 bis 2,3 g/cm3 auf. Bevorzugt weisen die Kerne eine Restfeuchte von weniger als 100 ppb auf, zum Beispiel von weniger als 20 ppb oder von weniger als 5 ppb, besonders bevorzugt von weniger als 1 ppb, jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht des Kerns. Die Dichte eines Kerns ist unabhängig von der Dichte jedes weiteren Kerns. Die Dichten der Kerne können gleich oder verschieden sein. Bevorzugt sind die Dichten aller Kerne gleich.
Beinhaltet ein Lichtleiter mehr als einen Kern, ist jeder Kern unabhängig von den weiteren Kernen durch die oben stehenden Merkmale gekennzeichnet. Es ist bevorzugt, dass alle Kerne die gleichen Merkmale aufweisen.
Die Kerne sind erfindungsgemäß von mindestens einer Hülle M1 umgeben. Die Hülle M1 umgibt die Kerne bevorzugt über die gesamte Länge der Kerne. Bevorzugt umgibt die Hülle M1 die Kerne zu mindestens 95 %, zum Beispiel zu mindestens 98 % oder zu mindestens 99 %, besonders bevorzugt zu 100 % der Außenoberfläche, also der gesamten Außenwand, der Kerne. Oftmals sind die Kerne bis auf die Enden (jeweils die letzten 1-5 cm) vollständig von der Hülle M1 umgeben. Dies dient dem Schutz der Kerne vor mechanischer Beeinträchtigung. Die Hülle M1 kann jedes Material, beinhaltend Siliziumdioxid, beinhalten, das einen niedrigeren Brechungsindex aufweist als mindestens ein Punkt P im Verlauf des Querschnitts QK des Kerns. Bevorzugt ist dieser mindestens eine Punkt im Verlauf des Querschnitts QK des Kerns, der Punkt, der im Zentrum des Kerns liegt. Weiterhin bevorzugt ist der Punkt P im Verlauf des Querschnitts QK des Kerns der Punkt, der ein Maximum des Brechungsindexes riKmax im Kern aufweist. Bevorzugt weist die Hülle M1 einen Brechungsindex PMI auf, der mindestens 0,0001 geringer ist als der Brechungsindex des Kerns hk an dem mindestens einen Punkt im Verlauf des Querschnitts Q des Kerns. Bevorzugt weist die Hülle M1 einen Brechungsindex PMI auf, der in einem Bereich von 0,0001 bis 0,5, zum Beispiel in einem Bereich von 0,0002 bis 0,4, besonders bevorzugt in einem Bereich von 0,0003 bis 0,3 geringer ist als der Brechungsindex des Kerns Pk·
Die Hülle M1 weist bevorzugt einen Brechungsindex PMI in einem Bereich von 0,9 bis 1 ,599, zum Beispiel in einem Bereich von 1 ,30 bis 1 ,59, besonders bevorzugt in einem Bereich von 1 ,40 bis 1 ,57 auf. Bevorzugt bildet die Hülle M1 einen Bereich des Lichtleiters mit einem konstanten Brechungsindex nun. Unter einem Bereich mit konstantem Brechungsindex wird ein Bereich verstanden in dem der Brechungsindex nicht mehr als 0,0001 von dem Mittelwert des Brechungsindex PMI in diesem Bereich abweicht.
Prinzipiell kann der Lichtleiter weitere Hüllen beinhalten. Besonders bevorzugt weist zumindest eine der weiteren Hüllen, bevorzugt mehrere oder alle, einen Brechungsindex auf, der niedriger ist als der Brechungsindex hk jedes Kerns. Bevorzugt weist der Lichtleiter eine oder zwei oder drei oder vier oder mehr als vier weitere Hüllen auf, die die Hülle M1 umgeben. Bevorzugt weisen die die Hülle M1 umgebenden weiteren Hüllen einen Brechungsindex auf, der niedriger ist als der Brechungsindex PMI der Hülle M1.
Bevorzugt weist der Lichtleiter eine oder zwei oder drei oder vier oder mehr als vier weitere Hüllen auf, die die Kerne umgeben und von der Hülle M1 umgeben sind, also zwischen den Kernen und der Hülle M1 liegen. Weiterhin bevorzugt weisen die zwischen den Kernen und der Hülle M1 liegenden weiteren Hüllen einen Brechungsindex auf, der höher ist als der Brechungsindex PMI der Hülle M1.
Bevorzugt nimmt der Brechungsindex vom Kern des Lichtleiters zur äußersten Hülle hin ab. Die Abnahme des Brechungsindexes vom Kern zur äußersten Hülle kann in Stufen oder stetig verlaufen. Die Abnahme des Brechungsindex kann verschiedene Abschnitte aufweisen. Weiter bevorzugt kann der Brechungsindex in mindestens einem Abschnitt stufenweise und in mindestens einem anderen Abschnitt stetig abnehmen. Die Stufen können gleich oder verschieden hoch sein. Es ist durchaus möglich, zwischen Abschnitten mit abnehmendem Brechungsindex Abschnitte mit steigendem Brechungsindex vorzusehen.
Die unterschiedlichen Brechungsindices der verschiedenen Hüllen können beispielsweise durch Dotierung der Hülle M1 , der weiteren Hüllen und/oder der Kerne eingestellt werden.
Je nach Art der Herstellung eines Kerns kann ein Kern bereits nach seiner Herstellung eine erste Mantelschicht MO aufweisen. Diese dem Kern unmittelbar benachbarte Mantelschicht MO wird manchmal auch als integrale Mantelschicht bezeichnet. Die Mantelschicht MO liegt dem Kernmittelpunkt näher als die Hülle M1 und, wenn enthalten, die weiteren Hüllen. Die Mantelschicht MO dient in der Regel nicht der Lichtleitung bzw. Strahlungsleitung. Vielmehr trägt die Mantelschicht MO dazu bei, dass die Strahlung innerhalb des Kerns verbleibt und dort transportiert wird. Die im Kern geleitete Strahlung wird also bevorzugt am Übergang vom Kern in die Mantelschicht MO reflektiert. Dieser Übergang von dem Kern zur Mantelschicht MO ist bevorzugt durch eine Brechungsindexänderung gekennzeichnet. Der Brechungsindex der Mantelschicht MO ist bevorzugt kleiner als der Brechungsindex hk des Kerns. Bevorzugt beinhaltet die Mantelschicht MO das gleiche Material wie der Kern, weist jedoch aufgrund einer Dotierung oder von Additiven einen geringeren Brechungsindex als der Kern auf.
Bevorzugt besteht zumindest die Hülle M1 aus Siliziumdioxid und weist mindestens eines, bevorzugt mehrere oder alle der folgenden Merkmale auf:
a) einen OH-Gehalt von weniger als 5 ppm, besonders bevorzugt von weniger als 1 ppm;
b) einen Chlorgehalt von weniger als 200 ppm, bevorzugt von weniger als 100 ppm, zum Beispiel von weniger als 80 ppm, besonders bevorzugt von weniger als 60 ppm; c) einen Aluminiumgehalt von weniger als 200 ppb, bevorzugt von weniger als 100 ppb, zum Beispiel von weniger als 80 ppb, besonders bevorzugt von weniger als 60 ppb; d) einen ODC-Anteil von weniger als 5- 1015 /cm3, zum Beispiel in einem Bereich von 0, 1 1015 bis 3- 1015 /cm3, besonders bevorzugt in einem Bereich von 0,5- 1015 bis 2,0- 1015 /cm3;
e) einen Metallgehalt von Metallen, die von Aluminium verschieden sind, von weniger als 1 ppm, zum Beispiel von weniger als 0,5 ppm, besonders bevorzugt von weniger als 0,1 ppm; f) eine Viskosität (p=1013 hPa) in einem Bereich von logio (h (1250°C) / dPas) = 11 ,4 bis logio (P (1250°C) / dPas) = 12,9 und/oder log10 (h (1300°C) / dPas) = 1 1 ,1 bis log10 (h (1300°C) / dPas) = 12,2 und/oder logio (h (1350°C) / dPas) = 10,5 bis logio (h (1350°C) / dPas) = 11 ,5;
g) einen Curl-Parameter von mehr als 6 m;
h) eine Brechzahlhomogenität von weniger als 1 - 10 4;
i) einen Transformationspunkt Tg in einem Bereich von 1150 bis 1250°C, besonders bevorzugt in einem Bereich von 1 180 bis 1220°C,
wobei die ppb und ppm jeweils bezogen sind auf das Gesamtgewicht der Hülle M1.
Bevorzugt weist die Hülle eine Brechzahlhomogenität von weniger als T 10 4 auf. Die Brechzahlhomogenität bezeichnet die maximale Abweichung des Brechungsindex an jeder Stelle einer Probe, beispielsweise einer Hülle M1 oder eines Quarzglaskörpers, bezogen auf den Mittelwert aller an der Probe ermittelten Brechungsindices. Zur Bestimmung des Mittelwerts wird der Brechungsindex an mindestens sieben Messpunkten ermittelt.
Bevorzugt weist die Hülle M1 einen Metallgehalt an von Aluminium verschiedenen Metallen von weniger als 1000 ppb, zum Beispiel von weniger als 500 ppb, besonders bevorzugt von weniger als 100 ppb, jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht der Hülle M1 , auf. Oftmals weist die Hülle M1 jedoch einen Gehalt an von Aluminium verschiedenen Metallen in einer Menge von mindestens 1 ppb auf. Solche Metalle sind beispielsweise Natrium, Lithium, Kalium, Magnesium, Calcium, Strontium, Germanium, Kupfer, Molybdän, Titan, Eisen und Chrom. Diese können zum Beispiel als Element, als Ion, oder als Teil eines Moleküls oder eines Ions oder eines Komplexes vorliegen.
Die Hülle M1 kann weitere Bestandteile beinhalten. Bevorzugt beinhaltet die Hülle M1 weniger als 5 ppm, zum Beispiel weniger als 45 ppm, besonders bevorzugt weniger als 4 ppm weiteren Bestandteilen wobei die ppm jeweils bezogen sind auf das Gesamtgewicht der Hülle M1 sind. Als weitere Bestandteile kommen zum Beispiel Kohlenstoff, Fluor, Jod, Brom und Phosphor in Betracht. Diese können zum Beispiel als Element, als Ion, oder als Teil eines Moleküls oder eines Ions oder eines Komplexes vorliegen. Oftmals weist die Hülle M1 jedoch einen Gehalt an Atomen, die von Si, O, H, C, CI verschieden sind, in einer Menge von mindestens 1 ppb auf.
Bevorzugt beinhaltet die Hülle M1 Kohlenstoff zu weniger als 5 ppm, zum Beispiel zu weniger als 4 ppm oder zu weniger als 3 ppm, besonders bevorzugt zu weniger als 2 ppm, jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht der Hülle M1. Oftmals weist die Hülle M1 jedoch einen Gehalt an Kohlenstoff in einer Menge von mindestens 1 ppb auf.
Bevorzugt weist die Hülle M1 eine homogen verteilte OH-Menge, Cl-Menge oder Al-Menge auf.
In einer Ausführungsform des Lichtleiters weist die Hülle M1 einen Gewichtsanteil von mindestens 80 Gew.-%. zum Beispiel mindestens 85 Gew.-%, besonders bevorzugt mindestens 90 Gew.-%, jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht der Hülle M1 und der Kerne, auf. Bevorzugt weist die Hülle M1 einen Gewichtsanteil von mindestens 80 Gew.-%. zum Beispiel mindestens 85 Gew.-%, besonders bevorzugt mindestens 90 Gew.-%, jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht der Hülle M1 , der Kerne und der zwischen der Hülle M1 und der Kerne liegenden weiteren Hüllen, auf. Bevorzugt weist die Hülle M1 einen Gewichtsanteil von mindestens 80 Gew.- %. zum Beispiel mindestens 85 Gew.-%, besonders bevorzugt mindestens 90 Gew.-%, jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht des Lichtleiters auf.
Bevorzugt weist die Hülle M1 eine Dichte in einem Bereich von 2,1 bis 2,3 g/cm3, besonders bevorzugt in einem Bereich von 2,18 bis 2,22 g/cm3 auf.
Ein weiterer Aspekt betrifft einen Lichtleiter, erhältlich durch ein Verfahren beinhaltend folgende Schritte:
AI Bereitstellen eines Quarzglaskörpers gemäß des fünften Gegenstands der Erfindung, oder eines nach dem Verfahren gemäß des vierten Gegenstands erhältlichen Quarzglaskörpers, wobei der Quarzglaskörper zunächst zu einem Hohlkörper mit mindestens einer Öffnung verarbeitet wird;
B/ Einbringen eines oder mehrerer Kernstäbe in den Quarzglaskörper durch die mindestens eine Öffnung unter Erhalt eines Vorläufers;
C/ Ziehen des Vorläufers aus Schritt B/ in der Wärme unter Erhalt eines Lichtleiters mit einem oder mehreren Kernen und einer Hülle M1.
Die Schritte A/, B/ und C/ sind bevorzugt gekennzeichnet durch die im Rahmen des vierten Gegenstands beschriebene Merkmale.
Der Lichtleiter ist bevorzugt gekennzeichnet durch die im Rahmen des sechsten Gegenstands beschriebene Merkmale. Ein siebter Gegenstand der vorliegenden Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Leuchtmittels beinhaltend folgende Schritte:
(i) Bereitstellen eines Quarzglaskörpers gemäß des fünften Gegenstands der Erfindung,
, oder eines nach dem Verfahren gemäß des vierten Gegenstands erhältlichen Quarzglaskörpers, wobei der Quarzglaskörper zunächst zu einem Hohlkörper verarbeitet wird;
(ii) gegebenenfalls Bestücken des Hohlkörpers mit Elektroden;
(iii) Füllen des Hohlkörpers mit einem Gas.
Schritt (i)
In Schritt (i) wird ein Quarzglaskörper bereitgestellt. Der in Schritt (i) bereitgestellte Quarzglaskörper wir zunächst zu einem Hohlkörper beinhaltend mindestens eine Öffnung verarbeitet, zum Beispiel eine Öffnung oder zwei Öffnungen oder drei Öffnungen oder vier Öffnungen, besonders bevorzugt eine Öffnung oder zwei Öffnungen.
Bevorzugt wird für den Schritt (i) ein Quarzglaskörper erhältlich nach einem Verfahren gemäß des fünften Gegenstands bereitgestellt, oder nach einem Verfahren gemäß dem vierten Gegenstand erhalten. Bevorzugt weist der Quarzglaskörper die im Rahmen des vierten oder fünften Gegenstands beschriebenen Merkmale auf.
Zur Verarbeitung eines Quarzglaskörpers gemäß dem siebten Gegenstand zu einem Hohlkörper kommen mehrere Möglichkeiten in Betracht.
Die Verarbeitung des Quarzglaskörpers zu einem Hohlkörper mit einer Öffnung kann prinzipiell mittels allen dem Fachmann bekannten und für die Herstellung von Glashohlkörpern mit einer Öffnung geeigneten Verfahren erfolgen. Geeignet sind zum Beispiel Verfahren beinhaltend ein Pressen, Blasen, Saugen oder Kombinationen davon. Es ist ebenfalls möglich, aus einem Hohlkörper mit zwei Öffnungen durch Schließen einer Öffnung, beispielsweise durch Zusammenschmelzen, einen Hohlkörper mit einer Öffnung zu bilden.
Der Hohlkörper besteht aus einem Material, das Siliziumdioxid beinhaltet, bevorzugt in einer Menge in einem Bereich von 98 bis 100 Gew.-%, beispielsweise in einem Bereich von 99,9 bis 100 Gew.-%, besonders bevorzugt zu 100 Gew.-%, jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht des Hohlkörpers. Das Material aus dem der Hohlkörper hergestellt ist, weist bevorzugt mindestens eines, bevorzugt mehrere, beispielsweise zwei, oder bevorzugt alle der folgenden Merkmale auf:
HK1. einen Siliziumdioxidgehalt von bevorzugt mehr als 95 Gew.-%, beispielsweise von mehr als 97 Gew.-%, besonders bevorzugt von mehr als 99 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht des Materials;
HK2. eine Dichte in einem Bereich von 2,1 bis 2,3 g/cm3, besonders bevorzugt in einem Bereich von 2,18 bis 2,22 g/cm3 auf;
HK3. eine Lichtdurchlässigkeit bei mindestens einer Wellenlänge im sichtbaren Bereich von 350 bis 750 nm in einem Bereich von 10 bis 100 %, beispielsweise in einem Bereich von 30 bis 99,99 %, besonders bevorzugt in einem Bereich von 50 bis 99,9 %, bezogen auf die Lichtmenge die innerhalb des Hohlkörpers erzeugt wird;
HK4. einen OH-Gehalt von weniger als 500 ppm, zum Beispiel von weniger als 400 ppm, besonders bevorzugt von weniger als 300 ppm;
HK5. einen Chlorgehalt von weniger als 200 ppm, bevorzugt von weniger als 100 ppm, zum Beispiel von weniger als 80 ppm, besonders bevorzugt von weniger als 60 ppm;
HK6. einen Aluminiumgehalt von weniger als 200 ppb, zum Beispiel von weniger als 100 ppb, besonders bevorzugt von weniger als 80 ppb;
HK7. einen Kohlenstoffgehalt von weniger als 5 ppm, zum Beispiel von weniger als 4,5 ppm, besonders bevorzugt von weniger als 4 ppm;
HK8. einen ODC-Anteil von weniger als 5-1015/cm3;
HK9. einen Metallgehalt von Metallen, die von Aluminium verschieden sind, von weniger als 1 ppm, zum Beispiel von weniger als 0,5 ppm, besonders bevorzugt von weniger als 0,1 ppm;
HK10. eine Viskosität (p=1013 hPa) in einem Bereich von logio h (1250°C) = 1 1 ,4 bis logio h (1250°C)=12,4 und/oder logio h (1300°C) = 11 , 1 bis logio h (1350°C)=11 ,7 und/oder log10 h (1350°C) = 10,5 bis log10 h (1350°C)=1 1 , 1 ;
HK1 1. einen Transformationspunkt Tg in einem Bereich von 1150 bis 1250°C, besonders bevorzugt in einem Bereich von 1 180 bis 1220°C;
wobei die ppm und ppb jeweils auf das Gesamtgewicht des Hohlkörpers bezogen sind. Schritt (ii)
Bevorzugt wird der Hohlkörper aus Schritt (i) vor dem Befüllen mit einem Gas mit Elektroden, bevorzugt mit zwei Elektroden bestückt. Bevorzugt sind die Elektroden mit einer elektrischen Stromzuführung verbunden. Bevorzugt sind die Elektroden mit einem Lampensockel verbunden.
Das Material der Elektroden ist bevorzugt ausgewählt aus der Gruppe der Metalle. Prinzipiell kann jedes Metall als Elektrodenmaterial ausgewählt werden, dass während den Betriebsbedingungen des Leuchtmittels nicht oxidiert, korrodiert, geschmolzen oder sonstwie als Elektrode in seiner Form oder Leitfähigkeit beeinträchtigt wird. Das Elektrodenmaterial ist bevorzugt ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Eisen, Molybdän, Kupfer, Wolfram, Rhenium, Gold und Platin oder mindestens zwei davon ausgewählt, wobei Wolfram, Molybdän oder Rhenium bevorzugt sind.
Schritt (iii)
Der in Schritt (i) bereitgestellte und gegebenenfalls in Schritt (ii) mit Elektroden bestückte Hohlkörper wird mit einem Gas gefüllt.
Das Befüllen kann auf allen dem Fachmann bekannten und für das Befüllen geeigneten Verfahren erfolgen. Bevorzugt wird ein Gas durch die mindestens eine Öffnung in den Hohlkörper geleitet.
Bevorzugt wird der Hohlkörper vor dem Befüllen mit einem Gas evakuiert, bevorzugt auf einen Druck von weniger als 2 mbar. Durch anschließendes Einleiten eines Gases wird der Hohlkörper mit dem Gas gefüllt. Diese Schritte können wiederholt werden, um Verunreinigungen mit Luft, insbesondere mit Sauerstoff zu minimieren. Bevorzugt werden diese Schritte mindestens zweimal, zum Beispiel mindestens dreimal oder mindestens viermal, besonders bevorzugt mindestens fünfmal wiederholt bis die Menge an Verunreinigungen mit anderen Gasen wie Luft, insbesondere Sauerstoff, ausreichend gering ist. Dieses Vorgehen ist besonders zum Füllen von Hohlkörpern mit einer Öffnung bevorzugt.
Beinhaltet ein Hohlkörper zwei oder mehr Öffnungen, wird der Hohlkörper bevorzugt durch eine der Öffnungen gefüllt. Die sich vor dem Befüllen mit dem Gas im Hohlkörper befindliche Luft kann durch die mindestens eine weiter Öffnung austreten. Das Gas wird solange durch den Hohlkörper geleitet bis die Menge an Verunreinigungen mit anderen Gasen wie Luft, insbesondere Sauerstoff ausreichend gering ist. Bevorzugt wird der Hohlkörper mit einem Inertgas oder einer Kombination aus zwei oder mehr Inertgasen gefüllt, zum Beispiel mit Stickstoff, Helium, Neon, Argon, Krypton, Xenon oder einer Kombination aus zwei oder mehr davon, besonders bevorzugt mit Krypton, Xenon oder einer Kombination aus Stickstoff und Argon. Weitere bevorzugte Füllmittel für Hohlkörper von Leuchtmitteln sind Deuterium und Quecksilber.
Bevorzugt wird der Hohlkörper nach dem Befüllen mit einem Gas verschlossen, so dass das Gas bei der weiteren Verarbeitung nicht austritt, so dass bei der weiteren Verarbeitung keine Luft von außen eintritt, oder beides. Das Verschließen kann durch Abschmelzen oder das Aufsetzen eines Verschlusses erfolgen. Geeignete Verschlüsse sind zum Beispiel Quarzglasverschlüsse, die zum Beispiel auf den Hohlkörper ausgeschmolzen werden, oder Lampensockel. Bevorzugt wird der Hohlkörper durch Abschmelzen geschlossen.
Das Leuchtmittel beinhaltet einen Hohlkörper und gegebenenfalls Elektroden. Das Leuchtmittel weist bevorzugt mindestens eines, zum Beispiel mindestens zwei oder mindestens drei oder mindestens vier, besonders bevorzugt mindestens fünf der folgenden Merkmale auf:
I.) ein Volumen in einem Bereich von 0,1 cm3 bis 10 m3, beispielsweise in einem Bereich von 0,3 cm3 bis 8 m3, besonders bevorzugt in einem Bereich von 0,5 cm3 bis 5 m3;
II.) eine Länge in einem Bereich von 1 mm bis 100 m, beispielsweise in einem Bereich von
3 mm bis 80 m, besonders bevorzugt in einem Bereich von 5 mm bis 50 m;
III.) einen Abstrahlwinkel in einem Bereich von 2 bis 360°, beispielsweise in einem Bereich von 10 bis 360°, besonders bevorzugt in einem Bereich von 30 bis 360°;
IV.) eine Abstrahlung von Licht in einem Wellenlängenbereich von 145 bis 4000 nm, beispielsweise in einem Bereich von 150 bis 450 nm, oder von 800 bis 4000 nm, besonders bevorzugt in einem Bereich von 160 bis 280 nm;
V.) eine Leistung in einem Bereich von 1 mW bis 100 kW, besonders bevorzugt in einem
Bereich von 1 kW bis 100 kW, oder in einem Bereich von 1 bis 100 Watt.
Ein weiterer Aspekt betrifft ein Leuchtmittel, erhältlich durch ein Verfahren beinhaltend folgende Schritte:
(i) Bereitstellen eines Quarzglaskörpers gemäß dem fünften Gegenstand der Erfindung oder eines nach einem Verfahren gemäß dem vierten Gegenstand erhältlichen Quarzglaskörpers, wobei der Quarzglaskörper zunächst zu einem Hohlkörper verarbeitet wird; (ii) gegebenenfalls Bestücken des Hohlkörpers mit Elektroden;
(iii) Füllen des Hohlkörpers mit einem Gas.
Die Schritte (i), (ii) und (iii) sind bevorzugt gekennzeichnet durch die im Rahmen des siebten Gegenstands beschriebene Merkmale.
Das Leuchtmittel ist bevorzugt gekennzeichnet durch die im Rahmen des siebten Gegenstands beschriebene Merkmale.
Ein achter Gegenstand der vorliegenden Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Formkörpers beinhaltend die folgenden Schritte:
(1) Bereitstellen eines Quarzglaskörpers gemäß dem fünften Gegenstand der Erfindung oder eines nach einem Verfahren gemäß dem vierten Gegenstand erhältlichen Quarzglaskörpers;
(2) Formen des Quarzglaskörpers unter Erhalt des Formkörpers.
Der in Schritt (1) bereitgestellte Quarzglaskörper ist ein Quarzglaskörper gemäß dem fünften Gegenstand oder erhältlich nach einem Verfahren gemäß dem vierten Gegenstand der Erfindung. Bevorzugt weist der bereitgestellte Quarzglaskörper die Merkmale des ersten oder fünften Gegenstands auf.
Schritt (2)
Zum Formen des in Schritt (1) bereitgestellten Quarzglaskörpers kommen prinzipiell alle dem Fachmann bekannten und für das Formen von Quarzglas geeigneten Verfahren in Betracht. Bevorzugte wird der Quarzglaskörper wie im Rahmen des ersten, vierten und fünften Gegenstands beschrieben zu einem Formkörper geformt. Weiter bevorzugt kann der Formkörper mittels Glasbläsern bekannten Techniken gebildet werden.
Der Formkörper kann prinzipiell jede aus Quarzglas formbare Gestalt annehmen. Bevorzugte Formkörper sind zum Beispiel:
Hohlkörper mit mindestens einer Öffnung wie Rundkolben und Standkolben,
Aufsätze und Verschlüsse für solche Hohlkörper,
Offene Artikel wie Schalen und Boote (Trägergestelle für Wafer),
Tiegel, sowohl offen als auch verschließbar ausgestaltet, Platten und Fenster,
Küvetten,
Rohre und Hohlzylinder, zum Beispiel Reaktionsrohre, Profilrohre, rechteckige Kammern,
Stangen, Stäbe und Blöcke, zum Beispiel in runder oder eckiger, symmetrischer oder asymmetrischer Ausführung,
einseitig oder beidseitig verschlossene Rohre und Hohlzylinder,
Dome und Glocken,
Flansche,
Linsen und Prismen,
zusammengeschweißte Teile,
gebogene Teile, zum Beispiel konvexe oder konkave Oberflächen und Platten, gebogene Stangen und Rohre.
Gemäß einer Ausführungsform kann der Formkörper nach dem Formen behandelt werden. Hierbei kommen prinzipiell alle im Rahmen des ersten Gegenstands beschriebenen Verfahren in Betracht, die zum Nachbearbeiten des Quarzglaskörpers geeignet sind. Bevorzugt kann der Formkörper mechanisch bearbeitet werden, zum Beispiel durch Bohren, Honen, Außenschleifen, Zerkleinern oder Ausziehen.
Ein weiterer Aspekt betrifft einen Formkörper, erhältlich durch ein Verfahren beinhaltend folgende Schritte:
(1) Bereitstellen eines Quarzglaskörpers gemäß fünften Gegenstand der Erfindung, oder eines
Quarzglaskörpers erhältlich nach dem Verfahren gemäß viertem Gegenstand der Erfindung;
(2) Formen des Quarzglaskörpers unter Erhalt des Formkörpers.
Die Schritte (1) und (2) sind bevorzugt gekennzeichnet durch die im Rahmen des achten Gegenstands beschriebene Merkmale.
Der Formkörper ist bevorzugt gekennzeichnet durch die im Rahmen des achten Gegenstands beschriebene Merkmale. Ein neunter Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zum Herstellen einer Beschichtung auf einem Substrat, beinhaltend die folgenden Schritte:
|A| Bereitstellen einer Siliziumdioxidsuspension erhältlich nach gemäß des ersten Gegenstands oder einer seiner Ausführungsformen und eines Substrats;
|B| Aufbringen einer Schicht der Siliziumdioxidsuspension auf dem Substrat;
wobei eine Beschichtung auf dem Substrat gebildet wird.
Die in Schritt |A| bereitgestellte Siliziumdioxidsuspension ist erhältlich nach einem Verfahren gemäß des ersten Gegenstands der Erfindung. Die Siliziumdioxidsuspension kann weitere Merkmale entsprechend der im Zusammenhang mit dem ersten Gegenstands beschriebenen Ausführungsformen aufweisen.
Für das Aufbringen in Schritt |B| kommen prinzipiell alle dem Fachmann bekannten und für das Herstellen einer Beschichtung geeignete Verfahren in Betracht. Dabei wird das Substrat, zu mindestens einem Teil mit der Siliziumdioxidsuspension überlagert.
In einer weiteren Ausführungsform kann das Aufbringen ein Ablegen der Siliziumdioxidsuspension auf dem Substrat oder ein Tauchen des Substrats in die Siliziumdioxidsuspension oder eine Kombination aus beiden Formen sein. Das Aufbringen durch Ablegen der Siliziumdioxidsuspension kann z. B. durch Spincoating, Tränkung, Gießen, Auftropfen, Spritzen, Aufsprühen, Aufrakeln, Bestreichen oder Bedrucken, beispielsweise über eine Dosierpumpe oder ein Inkjet-, Sieb-, Tief-, Offset- oder Tampondrucken auf das Substrat erfolgen. Die Siliziumdioxidsuspension kann mit einer Nassfilmdicke in einem Bereich von 0,01 pm bis 250 pm, zum Beispiel in einem Bereich von 0,1 pm bis 50 pm aufgebracht werden.
Unter Ablegen wird ferner verstanden, dass die zum Aufbringen verwendete Siliziumdioxidsuspension mittels eines Hilfsmittels auf dem Substrat aufgebracht wird. Dies kann durch unterschiedliche Hilfsmittel geschehen. So kann die zum Aufbringen verwendete Siliziumdioxidsuspension auf das Substrat durch eine Düse gesprüht, gespritzt oder durch eine Schlitzdüse abgelegt werden. Weitere in Frage kommende Methoden sind das Vorhanggießen und das Spincoating. Zusätzlich kann die Siliziumdioxidsuspension beispielsweise über eine Rolle oder Walze auf die Oberfläche des Substrats aufgebracht werden. Als Sprüh- bzw. Spritzverfahren sind beispielsweise die Mikro-Dosierung oder der Digitaldruck über eine Düse bekannt. Hierbei kann auf die zum Aufbringen verwendete Siliziumdioxidsuspension ausgeübt werden oder die Siliziumdioxidsuspension wird einfach tropfend auf das Substrat aufgebracht. Bei dem Tauchen kann das Substrat durch ein Bad in der Siliziumdioxidsuspension gezogen werden. Soll das Substrat lediglich zum Teil beschichtet werden, kann gegebenenfalls auch nur die zu beschichtende Oberfläche in die Siliziumdioxidsuspension eingetaucht und wieder herausgezogen werden, so wie dies zum Beispiel beim Dipcoating praktiziert wird. Durch mehrmaliges Tauchen können unterschiedliche Schichtdicken erreicht werden. Außerdem kann die Dicke der Schicht durch die Viskosität und den Feststoffanteil der Siliziumdioxidsuspension eingestellt werden. Auf diese Weise können Nassschichtdicken der Siliziumdioxidsuspension beim Aufbringen in einem Bereich zwischen von 0,5 bis 1000 pm, bevorzugt in einem Bereich von 5 bis 250 pm, besonders bevorzugt in einem Bereich von 10 bis 100 pm erzielt werden.
Gegebenenfalls, aber nicht notwendigerweise schließt sich ein Schritt [C] an, Verringern des Flüssigkeitsanteils der Beschichtung. Der Schritt |C| wird durchgeführt, bis der Flüssigkeitsanteil der Beschichtung, bezogen auf das Gesamtgewicht der Beschichtung, einen Sollwert erreicht oder unterschreitet. Dieser Sollwert kann zum Beispiel bei 10 Gew.-%, 5 Gew.-%, 2 Gew.-% oder auch 0,2 Gew.-% liegen, die Gew.-% jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht der Beschichtung. Prinzipiell kommen alle dem Fachmann bekannten und geeignet erscheinenden Methoden zum Verringern des Flüssigkeitsanteils einer Schicht in Betracht, insbesondere mindestens eine ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus: ein Trocknen in der Wärme, ein Trocknen durch Überstreichen der Beschichtung mit einem Gas oder Gasgemisch, Verdunsten von Flüssigkeit bei reduziertem Umgebungsdruck, Anregen der Molekülbewegung der Flüssigkeit, bei Wasser zum Beispiel mit Mikrowellen, und so weiter. Zudem kommt eine Kombination von zwei oder mehr der genannten Methoden in Betracht. Dabei kann die Kombination räumlich und/oder zeitlich gleichzeitig, räumlich und/oder zeitlich aufeinanderfolgend, oder räumlich und/oder zeitlich überlappend ausgestaltet sein. Überlappend bedeutet im vorliegenden Kontext, dass eine erste Methode noch nicht abgeschlossen ist, wenn eine folgende Methode bereits begonnen wird.
Die Erfindung wird im Folgenden mittels Figuren exemplarisch illustriert. Die Figuren sind nicht maßstabsgerecht und sollen die Erfindung nicht einschränken.
KURZBESCHREIBUNG DER FIGUREN
Figur 1 zeigt schematisch die Verfahrensschritte zum Herstellen einer Siliziumdioxidsuspension gemäß erstem Gegenstand. Figur 2 zeigt eine erste Filteranordnung mit drei Filterstufen, einer 1 2. und 3. Filterstufe.
Figur 3 zeigt eine weitere Anordnung von Filtern.
Figur 4 zeigt schematisch ein Verfahren zur Herstellung eines Quarzglaskörpers.
Figur 5 zeigt exemplarisch a) die Partikelgrößenverteilung der Aufschlämmung, b) der
Vorläufersuspension nach dem Dispergieren.
Figur 6 zeigt 3 heiße Quarzglaskörper gezeigt: a) viele Blasen, b) kaum Blasen, c) sehr viele Blasen (Schaumglas).
Figur 7 zeigt vergleichend Aufnahmen eines Glaskörpers, wobei als Schmelzgut ein Granulat gebildet aus a) ungefilterter Siliziumdioxidsuspension eingesetzt wurde; b) eines Glaskörpers, wobei als Schmelzgut ein Granulat aus erfindungsgemäß gefilterter Siliziumdioxidsuspension eingesetzt wurde.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER FIGUREN
In Figur 1 wird ein Verfahren zum Herstellen einer Siliziumdioxidsuspension schematisch gezeigt, beinhaltend zumindest die folgenden Schritte (i) Bereitstellen eines Siliziumdioxidpulvers 101 ; (ii) Bereitstellen einer Flüssigkeit 102; (iii) Mischen des Siliziumdioxidpulvers mit der Flüssigkeit unter Erhalt einer Aufschlämmung 103; (iv) Behandeln der Aufschlämmung mit Ultraschall unter Erhalt eines Vorläufersuspension 104; und (v) Leiten zumindest eines Teils der Vorläufersuspension durch eine erste mehrstufige Filtervorrichtung 105.
Figur 2 zeigt schematisch eine Filteranordnung beinhaltend drei Filterstufen mit je einem ersten Filter 211 , einem zweiten Filter 212 und einem dritten Filter 213. Diese sind stromabwärts angeordnet.
Figur 3 zeigt schematisch weitere Filteranordnung beinhaltend drei Filterstufen. Nach Durchgang einer Siliziumdioxidsuspension durch eine erste Filterstufe mit einem Filter 311 wird die Suspension auf dem Weg zu einer zweiten Filterstufe geteilt. Dadurch wird ein Teil der Suspension durch einen Filter A 312 der zweiten Filterstufe und ein anderer Teil der Suspension durch einen Filter B 313 geleitet. Anschließend wird die Suspension wieder vereinigt und einer dritten Filterstufe mit einem Filter 314 zugeführt.
Figur 4 zeigt schematisch ein Verfahren zum Herstellen eines Quarzglaskörpers beinhaltend die Verfahrensschritte 411 , 412 und 413. In Schritt i.) 411 wird Siliziumdioxidgranulat bereitgestellt. In Schritt ii.) 412 wird aus dem Siliziumdioxidgranulat eine Glasschmelze gebildet in Schritt iii.) 413 wird aus zumindest einem Teil der Glasschmelze ein Quarzglaskörper gebildet.
Figur 5 zeigt in Grafik a) exemplarisch die Partikelgrößenverteilung einer Aufschlämmung von Siliziumdioxidpulver in Wasser, wie Sie dem vorliegenden Verfahren zugrunde gelegt ist. Dieser Grafik zeigt eine Menge gut dispergierter Partikel einer Partikelgröße von kleiner 1 pm, aber auch einer Reihe Agglomerate im Bereich von 1 bis 5 pm und 10 bis 100 pm. Die Grafik b) zeigt die Partikelgrößenverteilung einer Siliziumdioxidsuspension, die durch Dispergieren einer Siliziumdioxidaufschlämmung gemäß Grafik a) erhalten wird. Nun sind alle Partikel dispergiert. Es wurde keine Partikelgrößen von Siliziumdioxidpartikeln von mehr als 1 pm nachgewiesen. Durch eine anschließende Filtration bleibt die Partikelgrößenverteilung aus Figur 5 b) betreffend die Siliziumdioxidpartikel erhalten. Jedoch werden Partikel abgeschieden, die von Siliziumdioxid verschieden sind.
In Figur 6 zeigt vergleichend Aufnahmen von (heißen) Glaskörpern ca. 1 m nach dem Abzug aus dem Schmelztiegel, wobei als Schmelzgut ein Granulat gebildet aus a) ungefilterter Siliziumdioxidsuspension eingesetzt wurde; b) eines Glaskörpers, wobei als Schmelzgut ein Granulat aus erfindungsgemäß gefilterter Siliziumdioxidsuspension eingesetzt wurde, c) eines Glaskörpers, wobei als Schmelzgut ein Granulat wie in Beispiel 15-4 eingesetzt wurde, das heißt, die Suspension aus pyrogener Kieselsäure wurde mit einer Kugelmühle (Zirkonoxidkugeln und Becher mit Polyurethan beschichtet) vor dem Filtrieren behandelt.
In Figur 7 werden zwei verschiedene erkaltete Quarzglaskörper gezeigt. Der Quarzglaskörper in Abbildung a) wurde ausgehend von einer Suspension Siliziumdioxidpartikel hergestellt, die nicht gemäß der vorliegenden Erfindung behandelt wurde. Er enthält reichlich größere Blasen. Der Quarzglaskörper in Abbildung b) wurde basierend auf einer erfindungsgemäß behandelten Siliziumdioxidsuspension hergestellt. Es sind nur kaum Blasen erkennbar. TESTMETHODEN a. OH-Gehalt
Der OH Gehalt des Glases wird durch Infrarotspektroskopie bestimmt. Die in von D. M. Dodd & D. M. Fraser angegebene Methode„Optical Determinations of OH in Fused Silica“ (J.A.P. 37, 3991 (1966)) wird angewendet. Statt des darin angegebenen Geräts, wird ein FTIR- Spektrometer (Fourier-Transform-Infrarotspektrometer, aktuell System 2000 der Fa. Perkin Eimer) eingesetzt. Die Auswertung der Spektren kann prinzipiell sowohl an der Absorptionsbande bei ca. 3670 cm-1 als auch bei der Absorptionsbande bei ca. 7200 cm-1 erfolgen. Die Auswahl der verwendeten Bande erfolgt nach der Regel, dass der Transmissionsverlust durch die OH-Absorption zwischen 10 und 90% liegt. b. Oxygen Deficiency Centers (ODCs)
Zum quantitativen Nachweis wird die ODC(l)-Absorption bei 165 nm mittels einer Transmissionsmessung an zwischen 1-2 mm dicken Probe mittels eines Vakuum-UV- Spektrometers, Modell VUVAS 2000, von McPherson, Inc. (USA) bestimmt.
Dann gilt:
N= a / o mit
N = Defektkonzentration [1/cm3]
a = Optische Absorption [1/cm, Basis e] der ODC(I) Bande
o = Wirkungsquerschnitt [cm2] wobei als Wrkungsquerschnitt o=7,5 IO 17cm2 eingesetzt wird (aus L. Skuja,„Color Centers and Their Transformations in Glassy S1O2“, Lectures of the summer school "Photosensitivity in optical Waveguides and glasses", Juli 13-18 1998, Vitznau, Switzerland). c. Elementaranalyse
c-1) Massive Proben werden zertrümmert. Anschließend werden zur Reinigung ca. 20g der Probe in ein HF-beständiges Gefäß eingebracht, vollständig mit HF bedeckt und bei 100°C für eine Stunde thermisch behandelt. Nach dem Abkühlen wird die Säure verworfen und die Probe mehrmals mit Reinstwasser gespült. Anschließend wird das Gefäß mit der Probe im Trockenschrank getrocknet.
Anschließend werden ca. 2g der festen Probe (Bruchmaterial, gereinigt wie oben; Stäube etc. ohne Vorbehandlung direkt) in einen HF beständigen Aufschlussbehälter eingewogen und mit 15ml HF (50 Gew.-%) versetzt. Der Aufschlussbehälter wird verschlossen und bei 100°C solange thermisch behandelt, bis die feste Probe vollständig aufgelöst ist. Danach wird der Aufschlussbehälter geöffnet und thermisch weiter bei 100°C behandelt, bis die Lösung komplett eingedampft ist. Währenddessen wird der Aufschlussbehälter 3x mit 15ml Reinstwasser aufgefüllt. In den Aufschlussbehälter wird 1 ml HNO3 gegeben, um abgeschiedene Verunreinigungen zu lösen und mit Reinstwasser auf 15ml aufgefüllt. Damit steht die Messlösung bereit. c-2) Messung ICP-MS / ICP-OES
Ob OES oder MS verwendet wird, hängt von der erwarteten Elementkonzentration ab. Typische Bestimmungsgrenzen für die MS sind 1 ppb, für die OES 10ppb (jeweils bezogen auf die eingewogene Probenmenge). Die Bestimmung der Elementkonzentration mit den Messgeräten erfolgt nach Maßgabe der Gerätehersteller (ICP-MS: Agilent 7500ce; ICP-OES: Perkin Eimer 7300 DV) und unter Verwendung von zertifizierten Referenzflüssigkeiten zur Kalibrierung. Die von den Geräten bestimmte Elementkonzentration in der Lösung (15ml) werden dann auf die ursprüngliche Einwaage der Probe (2g) umgerechnet.
Anmerkung: Es ist darauf zu achten, dass die Säure, die Gefäße, das Wasser, die Geräte eine ausreichende Reinheit aufweisen müssen, um die nachzuweisenden Elementkonzentrationen bestimmen zu können. Überprüft wird das mit dem Aufschluss einer Blindprobe ohne Quarzglas.
Folgende Elemente werden auf diese Weise bestimmt: Li, Na, Mg, K, Ca, Fe, Ni, Cr, Hf, Zr, Ti, (Ta), V, Nb, W, Mo, AI. c-3) Die Bestimmung von flüssig vorliegenden Proben erfolgt wie zuvor beschrieben, wobei die Probenvorbereitung gemäß Schritt c-1) entfällt. Es werden 15ml der flüssigen Probe in das Aufschlussgefäß gegeben. Eine Umrechnung auf eine ursprüngliche Einwaage entfällt. d. Dichtebestimmung einer Flüssigkeit
Zur Bestimmung der Dichte einer Flüssigkeit wird ein genau definiertes Volumen der Flüssigkeit in ein gegenüber der Flüssigkeit und ihren Bestandteilen inertes Messgefäß eingewogen, wobei das Leergewicht und das Gewicht des befüllten Gefäßes gemessen wird. Die Dichte ergibt sich aus der Differenz der beiden Gewichtsmessungen dividiert durch das eingebrachte Volumen der Flüssigkeit. e. Nachweis von Fluorid
15g einer Quarzglasprobe werden zerkleinert und in Salpetersäure zum Reinigen bei einer Temperatur von 70°C behandelt. Anschließend wird die Probe mehrmals mit Reinstwasser gespült, anschließend getrocknet. Davon werden 2g der Probe in einen Nickeltiegel eingewogen und mit 10g Na2C03 sowie 0,5g ZnO überschichtet. Der Tiegel wird mit einem Ni- Deckel verschlossen und bei 1000°C für eine Stunde geglüht. Anschließend wird der Nickeltiegel mit Wasser gefüllt und aufgekocht, bis sich der Schmelzkuchen ganz gelöst hat. Die Lösung wird in einen 200ml Messkolben überführt und mit Reinstwasser auf 200 ml aufgefüllt. Nach Absetzen ungelösten Bestandteile werden 30ml abgenommen und in einen Messkolben mit 100ml überführt, 0,75ml Eisessig und 60ml TISAB hinzugegeben und mit Reinstwasser aufgefüllt. Die Messlösung wird in ein Becherglas 150ml überführt.
Die Bestimmung des Fluoridgehalts aus der Messlösung erfolgt mittels einer ionensensitiven (Fluorid) Elektrode, geeignet für den erwarteten Konzentrationsbereich, und Anzeigegerät nach Vorgabe des Herstellers, hier eine Fluorid-Ionenselektive Elektrode und Bezugselektrode F-500 mit R503/D an einem pMX 3000/pH/ION der Firma Wissenschaftlich-Technische Werkstätten GmbH. Mit der Fluoridkonzentration in der Lösung, dem Verdünnungsfaktor und der Einwaage wird die Fluoridkonzentration im Quarzglas berechnet. f. Nachweis von Chlor (>= 50 ppm)
15g einer Quarzglasprobe werden zerkleinert und in Salpetersäure zum Reinigen bei ca. 70°C behandelt. Anschließend wird die Probe mehrmals mit Reinstwasser gespült, anschließend getrocknet. Davon werden 2g der Probe in einen PTFE-Einsatz eines Druckbehälters gefüllt, mit 15ml NaOH (c=10mol/l) versetzt, mit einem PTFE Deckel verschlossen und in den Druckbehälter gesetzt. Dieser wird verschlossen und bei ca. 155°C für 24 Stunden thermisch behandelt. Nach dem Abkühlen wird der PTFE Einsatz entnommen und die Lösung vollständig in einen Messkolben 100ml überführt. Dort werden 10ml HNO3 (65 Gew.-%) und 15ml Acetatpuffer hinzugeben, abkühlen gelassen und mit Reinstwasser auf 100 ml aufgefüllt. Die Messlösung wird in ein Becherglas 150ml überführt. Die Messlösung hat einen pH-Wert im Bereich zwischen 5 und 7.
Die Bestimmung des Chloridgehalts aus der Messlösung erfolgt mittels lonensensitiver (Chlorid) Elektrode, geeignet für den erwarteten Konzentrationsbereich, und Anzeigegerät nach Vorgabe des Herstellers hier einer Elektrode Typ CI-500 und Bezugselektrode Typ R- 503/D an einem pMX 3000/pH/ION der Firma Wissenschaftlich-Technische Werkstätten GmbH. g. Chlorgehalt (< 50 ppm)
Chlorgehalte < 50 ppm bis zu 0,1 ppm in Quarzglas werden mittels
Neutronenaktivierungsanalyse (NAA) bestimmt. Dazu werden aus dem zu untersuchenden Quarzglaskörper 3 Böhrlinge mit je 3 mm Durchmesser und je 1 cm Länge gezogen. Diese werden zur Analyse an ein Forschungsinstitut abgegeben, in diesem Fall an das Institut für Kernchemie der Johannes-Gutenberg-Universität in Mainz. Um Kontamination der Proben mit Chlor auszuschließen wird mit dem Forschungsinstitut vereinbart, eine gründliche Reinigung der Proben in einem HF-Bad vor Ort und erst unmittelbar vor der Messung vorzunehmen. Jeder Böhrling wird mehrmals vermessen. Die Ergebnisse und die Böhrlinge werden anschließend von dem Forschungsinstitut zurückübermittelt. h. Optische Eigenschaften
Die Transmission von Quarzglasproben wird mit kommerziellen Gitter- oder FTIR Spektrometern von Perkin Eimer bestimmt (Lambda 900 [190-3000nm] oder System 2000 [1000-5000nm]). Die Wahl richtet sich nach dem benötigten Messbereich.
Zur Bestimmung der Absoluttransmission werden die Probenkörper planparallel poliert (Oberflächenrauhigkeit RMS < 0,5nm) und die Oberfläche nach der Politur von allen Rückständen durch eine Ultraschallbehandlung befreit. Die Probendicke beträgt 1cm. Im Falle von erwartetem, starkem Transmissionsverlust durch Verunreinigung, Dotierung etc., kann auch eine dickere oder dünnere Probe ausgewählt werden, um im Messbereich des Geräts zu bleiben. Es wird eine Probendicke (Messlänge) gewählt, bei der aufgrund des Strahlendurchgangs durch die Probe nur geringfügig Artefakte auftreten und zugleich ein hinreichend detektierbarer Effekt gemessen wird. Für die Messung der Opazität wird die Probe vor einer Ulbrichkugel im Strahlengang platziert. Die Opazität errechnet sich anhand des so gemessenen Transmissionswertes T gemäß der Formel: O = 1/T = l0/l. i. Brechzahl und Brechzahlverteilung an einem Rohr oder Stab
Die Brechzahlverteilung von Rohren / Stäben kann mittels eines York Technology Ltd. Preform Profiler P102 oder P104 charakterisiert werden. Dazu wird der Stab liegend in die Messkammer eingelegt und diese dicht verschlossen. Danach wird die Messkammer mit einem Immersionsöl aufgefüllt, das eine Brechzahl bei der Prüfwellenlänge 633nm hat, die der äußersten Glasschicht bei 633nm sehr ähnlich ist. Der Laserstrahl geht dann durch die Messkammer. Hinter der Messkammer (in Strahlrichtung) ist ein Detektor montiert, der den Ablenkwinkel (Strahleintritt in gegenüber Strahlaustritt aus der Messkammer) bestimmt. Unter Annahme der Radialsymmetrie der Brechzahlverteilung des Stabes lässt sich der diametrale Brechzahlverlauf mittels einer inversen Abel-Transformation rekonstruieren. Diese Berechnungen werden von der Software des Geräteherstellers York durchgeführt.
Die Brechzahl einer Probe wird analog der vorstehenden Beschreibung mit dem York Technology Ltd. Preform Profiler P104 bestimmt. Bei isotropen Proben ergibt sich auch bei Messen der Brechzahlverteilung nur ein Wert, die Brechzahl. j. Kohlenstoffgehalt
Die quantitative Bestimmung des Oberflächenkohlenstoffgehaltes Siliziumdioxidgranulat und Siliziumdioxidpulver wird an einem Kohlenstoffanalysator RC612 der Fa. Leco Corporation, USA, durch die vollständige Oxidation aller Oberflächenkohlenstoffkontaminationen (außer SiC) mit Sauerstoff zu Kohlendioxid durchgeführt. Hierzu werden 4,0 g einer Probe eingewogen und in einem Quarzglasschiffchen in den Kohlenstoffanalysator eingebracht. Die Probe wird mit reinem Sauerstoff umspült und für 180 Sekunden auf 900 °C erhitzt. Das dabei gebildete C02wird durch den Infrarotdetektor des Kohlenstoffanalysators erfasst. Unter diesen Messbedingungen liegt die Nachweisgrenze bei < 1 ppm (Gewichts-ppm) Kohlenstoff.
Ein für diese Analyse an dem oben genannten Kohlenstoffanalysator geeignetes Quarzglasschiffchen ist erhältlich als Verbrauchsmaterial für LECO-Analysator mit der LECO- Nummer 781-335 im Laborbedarfshandel, im vorliegenden Fall von Deslis Laborhandel, Flurstraße 21 , D-40235 Düsseldorf (Deutschland), Deslis-Nr. LQ-130XL. Ein solches Schiffchen hat die Abmessungen von Breite/Länge/Höhe von ca. 25mm/60mm/15mm. Das Quarzglasschiffchen wird zu halber Höhe mit Probenmaterial befüllt. Für Siliziumdioxidpulver kann so eine Einwaage von 1 ,0 g Probenmaterial erreicht werden. Die untere Nachweisgrenze liegt dann bei <1 Gewichts-ppm Kohlenstoff. In das gleiche Quarzglasschiffchen wird bei gleicher Füllhöhe eine Einwaage von 4 g eines Siliziumdioxidgranulats erreicht (mittlere Partikelgröße im Bereich von 50 bis 500 pm). Die untere Nachweisgrenze liegt dann bei etwa 0,1 Gewichts-ppm Kohlenstoff. Die untere Nachweisgrenze ist erreicht, wenn das Messflächenintegral der Probe nicht größer ist als das dreifache Messflächenintegral einer Leerprobe (Leerprobe = Verfahren wie oben, aber mit leerem Quarzglasschiffchen). k. Curl-Parameter
Der Curl-Parameter (auch genannt:„Fibre Curl“) wird bestimmt gemäß der DIN EN 60793-1- 34:2007-01 (deutsche Fassung der Norm IEC 60793-1-34:2006). Gemessen wird gemäß der in Annex A in den Abschnitten A.2.1 , A.3.2 und A.4.1 beschriebenen Methode („extrema technique“).
L. Dämpfung
Die Dämpfung wird bestimmt gemäß der DIN EN 60793-1-40:2001 (deutsche Fassung der IEC 60793-1-40:2001). Gemessen wird gemäß der in Annex beschriebenen Methode („cut back method“) bei einer Wellenlänge l=1550 nm. m. Viskosität von Aufschlämmungen oder einer Suspensionen
Die Aufschlämmung wird mit demineralisiertem Wasser (Direct-Q 3UV, Millipore, Wasserqualität: 18,2 MQcm) auf eine Konzentration von 30 Gewichts-% Feststoffgehalt eingestellt. Anschließend wird die Viskosität an einem MCR102 der Fa. Anton-Paar gemessen. Dazu wird die Viskosität bei 5 Umdrehungen/Minute (rpm) gemessen. Es wird bei einer Temperatur von 23 °C und einem Luftdruck von 1013 hPa gemessen. Mit einer Suspension wird genau gleich verfahren. n. Thixotropie & Rheopexie
- n1. Thixotropie
Die Aufschlämmung oder Suspension wird mit demineralisiertem Wasser (Direct-Q 3UV, Millipore, Wasserqualität: 18,2 MQcm) auf eine Konzentration von 30 Gewichts -% Feststoffgehalt eingestellt. Anschließend wird die Thixotropie wird mit einem MCR102 der Fa. Anton-Paar mit einer Kegel-Platte-Anordnung bestimmt. Dazu wird die Viskosität bei 5 und bei 50 Umdrehungen/Minute (rpm) gemessen. Der Quotient aus dem ersten und dem zweiten Wert ergibt den Thixotropieindex. Die Messung wird bei einer Temperatur von 23 °C gemessen.
- n2. Rheopexie
Die Aufschlämmung oder Suspension wird mit demineralisiertem Wasser (Direct-Q 3UV, Millipore, Wasserqualität: 18,2 MQcm) auf eine Konzentration von 60 Gewichts -% Feststoffgehalt eingestellt. Anschließend wird die Viskosität der auf 25°C temperierten Aufschlämmung bzw. Suspension mit einem Kinexus pro+ Rheometer mit Flügelrührer der Fa. Malvern Panalytical Ltd. während eines Zeitraums von 15 Minuten bei einer konstanten Scherrate von 25/s oder 100/s bestimmt. o. Zeta Potential der Aufschlämmung oder Suspension
Für Zetapotentialmessungen wird eine Zetapotentialmesszelle (Flow Cell, Beckman Coulter) eingesetzt. Die Probe wird in demineralisiertem Wasser (Direct-Q 3UV, Millipore, Wasserqualität: 18,2 MQcm) gelöst um eine 20 mL Lösung mit Konzentration von 1 g/L zu erhalten. Der pH wird auf 7 mittels Zugabe von HN03-Lösungen mit den Konzentrationen von 0,1 mol/L und 1 mol/L und einer NaOH-Lösung mit der Konzentration von 0,1 mol/L gebracht. Es wird bei einer Temperatur von 23 °C gemessen. p. Isoelektrischer Punkt der Aufschlämmung oder Suspension
Für den isoelektrischen Punkt wird eine Zetapotentialmesszelle (Flow Cell, Beckman Coulter) und ein Autotitrator (DelsaNano AT, Beckman Coulter) eingesetzt. Die Probe wird in demineralisiertem Wasser (Direct-Q 3UV, Millipore, Wasserqualität: 18,2 MQcm) gelöst um eine 20 ml_ Lösung mit Konzentration von 1 g/L zu erhalten. Der pH wird mittels Zugabe von HNQrLosungen mit den Konzentrationen von 0,1 mol/L und 1 mol/L und einer NaOH-Lösung mit der Konzentration von 0,1 mol/L variiert. Der isoelektrische Punkt ergibt sich als der pH Wert bei dem das Zeta-Potenzial gleich 0 ist. Es wird bei einer Temperatur von 23 °C gemessen. q. pH Wert der Aufschlämmung oder Suspension
Der pH Wert der Aufschlämmung wird mittels eines WTW 3210 der Fa. Wissenschaftlich- Technische- Werkstätten GmbH gemessen. Als Elektrode wird die pH 3210 Set 3 der Fa. WTW eingesetzt. Es wird bei einer Temperatur von 23 °C gemessen. r. Feststoffgehalt
Eine Einwaage rrn einer Probe der Aufschlämmung oder Suspension wird für 4 Stunden auf 500 °C erhitzt und nach dem Abkühlen erneut gewogen (rri2). Der Feststoffgehalt w ergibt sich aus m2/mi*100 [Gew. %]. s. Schüttdichte
Die Schüttdichte eines Schüttguts wird gemäß der Norm DIN ISO 697:1984-01 mit einem SMG 697 der Fa. Powtec bestimmt. Das Schüttgut (Siliziumdioxidpulver bzw. -granulat) bildet keine Klumpen. t. Stampfdichte
Die Stampfdichte eines Schüttguts wird gemäß der Norm DIN ISO 787:1995-10 gemessen. Als Schüttgut kommen vorliegend insbesondere Siliziumdioxidpulver oder Silziumdioxidgranulat in Frage. u. Bestimmung der Porengrößenverteilung
Die Bestimmung der Porengrößenverteilung erfolgt gemäß DIN 66133 (mit einer Oberflächenspannung 480 mN/m und einem Kontaktwinkel von 140°). Für die Messung von Porengrößen kleiner als 3,7 nm wird das Pascal 400 von der Fa. Porotec angewendet. Für die Messung von Porengrößen von 3,7 nm bis 100 pm wird das Pascal 140 von der Fa. Porotec angewendet. Die Probe wird vor der Messung einer Druckbehandlung unterzogen. Genutzt wird hierzu eine Manual Hydraulic Press (Bestell-Nr. 15011 der Fa. Specac Ltd., River House, 97 Cray Avenue, Orpington, Kent BR5 4HE, U.K.). Dabei werden in eine„Pellet Die“ mit 13 mm Innendurchmesser der Fa. Specac Ltd. 250 mg Probenmaterial eingewogen und laut Anzeige mit 1 t belastet. Diese Last wird 5 s gehalten und gegebenenfalls nachgeregelt. Anschließend wird die Probe entspannt und für 4 h bei 105 ± 2°C in einem Umlufttrockenschrank getrocknet.
Die Einwaage der Probe in das Penetrometer vom Typ 10 erfolgt auf 0,001 g genau und wird für eine gute Reproduzierbarkeit der Messung so gewählt, dass das„stem volume used“, also das prozentual verbrauchte Hg-Volumen zum Füllen des Penetrometers im Bereich zwischen 20% bis 40% des Gesamt-Hg-Volumens beträgt. Anschließend wird das Penetrometer langsam auf 50 pm Hg evakuiert und für 5 min bei diesem Druck belassen. Folgende Parameter werden direkt von der Software der Messgeräte angegeben: Gesamtporenvolumen, Gesamtporenoberfläche (Annahme Poren zylindrisch), Durchschnittlicher Porenradius, Modaler Porenradius (häufigster Porenradius), Peak n. 2 Porenradius (pm). v. Primärpartikelgröße
Die Primärpartikelgröße wird mittels eines Rasterelektronenmikroskops (REM) Modell Zeiss Ultra 55 gemessen. Die Probe wird in demineralisiertem Wasser (Direct-Q 3UV, Millipore, Wasserqualität: 18,2 MWah) suspendiert, um eine extrem verdünnte Suspension zu erhalten. Die Suspension wird mit der Ultraschallsonde (UW 2070, Bandelin electronic, 70 W, 20 kHz) für 1 min behandelt und dann auf ein Kohlenstoff-Klebepad aufgetragen. w. Mittlere Partikelgröße in Suspension
Die Partikelgröße und Korngröße des Feststoffs werden mittels eines Bluewave wet mit einer Meßzelle, erhältlich von Microtac GmbH, 47807 Krefeld, Deutschland gemäß deren Bedienungsanleitung gemessen. Das Bluewave wet enthält ein Sample Dosing System und ein Nassdispergiermodul. Zum Durchführen der Messung wird der Feststoff in demineralisiertem Wasser suspendiert und die Suspension tropfenweise in das Messgerät eingebracht. Die Konzentration der zu messenden Suspension sowie die zuzugebende Suspensionsmenge in das Geräte werden vom Messgerät selbstständig durch automatisierte Verdünnung bis zum optimalen partikelgrößen und -material abhängigen Messfenster eingestellt. Die Vorbereitung der zu messenden Suspension erfolgt im Hinblick auf ein transluzentes Erscheinungsbild der Suspension vor der tropfenweisen Einbringung in das Messgerät. Die Messparameter werden gemäß der Bedienungsanleitung bezogen auf den zu messenden Feststoff in Suspension (Partikelform, optische Eigenschaften) eingestellt. Das Bluewave wet gibt die D10-, D50- und D90- Werte für eine Probe aus. Die Suspension wird mit der Ultraschallsonde (UW 2070, Bandelin electronic, 70 W, 20 kHz) für 1 min behandelt. x. Partikelgröße und Korngröße des Feststoffs
Die Partikelgröße und Korngröße des Feststoffs werden mittels eines Camsizers XT, erhältlich von Retsch Technology GmbH, Deutschland gemäß deren Bedienungsanleitung gemessen. Die Software gibt die D10, D50 und D90-Werte für eine Probe aus. y. BET Messung
Für die Messung der spezifischen Oberfläche wird die statisch volumetrische BET-Methode gemäß DIN ISO 9277:2010 angewendet. Für die BET Messung wird ein“NOVA 3000” bzw. ein „Quadrasorb“ (von der Firma Quantachrome erhältlich), welche gemäß der SMART Methode („Sorption Method with Adaptive dosing Rate“) funktioniert, angewendet. Die Mikroporenanalyse wird mittels t-plot-Verfahren (p/pO = 0,1 -0,3) und die Mesoporenanalyse mittels MBET-Verfahren (p/pO = 0,0-0, 3) durchgeführt. Als Referenzmaterial, werden die Standards Alumina SARM-13 und SARM-214 verwendet, erhältlich bei Quantachrome. Das Tara-Gewicht der eingesetzten Messzellen (sauber und trocken) wird gewogen. Der Messzellentyp wird so gewählt, dass das zugeführte Probematerial und der Füllstab die Messzelle möglichst füllen und der tote Raum auf ein Minimum reduziert wird. Das Probematerial wird in die Messzelle gebracht. Die Menge des Probematerials wird so ausgewählt, dass der zu erwartende Messwert 10-20 m2/g entspricht. Die Messzellen werden in den Ausheizstationen des BET-Messgerätes fixiert (ohne Füllstab) und auf <200 mbar evakuiert. Die Geschwindigkeit des Evakuierens wird so eingestellt, dass kein Material aus der Messzelle entweicht. In diesem Zustand wird bei 200°C für 1 h ausgeheizt. Nach dem Abkühlen, wird die mit Probe gefüllte Messzelle gewogen (Brutto). Anschließend wird das Tara-gewicht vom Brutto-Gewicht abgezogen = Nettogewicht = Gewicht der Probe. Nun wird der Füllstab in die Messzelle eingeführt und diese wiederum in der Messstation des BET- Messgerätes fixiert. Vor Messstart werden die Probenbezeichnung und das Probengewicht in die Software eingepflegt. Die Messung wird gestartet. Der Sättigungsdruck des Stickstoffgases (N2 4.0) wird gemessen. Die Messzelle wird evakuiert und wird mit Hilfe eines Stickstoffbads auf 77 K heruntergekühlt. Der tote Raum wird mittels Heliumgas (He 4.6) gemessen. Es wird erneut evakuiert. Eine Mehrpunktanalyse mit mindestens 5 Messpunkten wird ausgeführt. Als Adsorptiv, wird N2 4.0 angewendet. Die spezifische Oberfläche wird in m2/g angegeben. z. Viskosität von Glaskörpern
Die Viskosität des Glases wird mit Hilfe des Balkenbiegeviskosimeter Typ 401 - Fa. TA Instruments mit der Herstellersoftware WinTA (aktuell Version 9.0) unter Windows 10 gemäß der Norm DIN ISO 7884-4:1998-02 gemessen. Die Stützweite zwischen den Auflagern beträgt 45mm. Probestäbchen mit rechteckigem Querschnitt werden aus Bereichen homogenen Materials geschnitten (Probenober- und -Unterseite mit Feinschliff mindestens 1000-er Korn). Die Probenoberflächen nach Bearbeitung haben Korngröße = 9pm & RA = 0,15pm. Die Probestäbchen haben folgende Maße: Länge = 50mm, Breite = 5mm & Höhe = 3mm (Zuordnung Länge, Breit, Höhe wie in der Norm). Drei Proben werden gemessen und der Mittelwert errechnet. Die Probentemperatur wird durch ein Thermoelement dicht an der Probenoberfläche gemessen. Folgende Parameter werden angewendet: Heizrate = 25 K auf maximal 1500 °C, Belastungsgewicht = 100 g, maximale Durchbiegung = 3000 pm (in Abweichung von der Norm). za. Restfeuchte
Die Bestimmung der Restfeuchte einer Probe Siliziumdioxidgranulat erfolgt mit Hilfe eines Moisture Analyzers HX204 der Firma Mettler Toledo. Das Gerät arbeitet nach dem Prinzip der Thermogravimetrie. Der HX204 ist mit einem Halogenstrahler als Heizelement ausgerüstet. Die Trocknungstemperatur beträgt 220°C. Das Startgewicht der Probe liegt bei 10 g ± 10 %. Es wird die Messmethode„Standard“ ausgewählt. Die Trocknung wird solange fortgesetzt bis die Gewichtsänderung nicht mehr als 1 mg /140 s erreicht. Die Restfeuchte ergibt sich aus der Differenz von Startgewicht der Probe zu Endgewicht der Probe, geteilt durch das Startgewicht der Probe.
Die Bestimmung der Restfeuchte von Siliziumdioxidpulver wird gemäß DIN EN ISO 787- 2:1995 (2h, 105°C) durchgeführt.
BEISPIELE
Die Erfindung wird im Folgenden durch Beispiele weiter beispielhaft illustriert. Die Erfindung ist nicht auf die Beispiele beschränkt.
E. 1. Herstellen von Siliziumdioxidgranulat aus Siliziumdioxidpulver
E15-x: Eine Aufschlämmung von pyrogener Kieselsäure (BET = 30 m2/g, mittlere Partikelgröße in Suspension = 100 nm) wurde in deionisiertes Wasser (L=0,1 pS/cm) in einen Mischer mit Rührer/Paddel-Geometrie eingebracht und homogenisiert. Der Feststoffgehalt der homogenisierten Mischung betrug 55 Gew.-%. In den Fällen E15-2, E15-3 wurde die Suspension anschließend mittels eines Ultraschallgenerators gemäß den Angaben in Tabelle 2 behandelt. Anschließend wurden alle Suspensionen E15-x über eine Filteranordnung geführt. Die Partikelgrößen- und Elementaranalyse vor der Filtration ist in Tabelle 3 angegeben.
Für die Beispiele E15-1 bis E15-4 wurde eine Filteranordnung mit drei Filtern Nr. 1. bis 3. (Reihenfolge stromabwärts von 1. über 2. Nach 3.) gewählt. Diese war wie folgt:
1. Filter: Acura Multiflow® (PP-Multilayer Tiefenfilter), Filterfeinheit 10 pm, Abscheiderate 80%; 2. Filter: Acura Promelt® (PP-Tiefenfilter), Filterfeinheit 1 pm, Abscheiderate 99,9%;
3. Filter: Acura Multiflow® (PP-Multilayer Tiefenfilter), Filterfeinheit 0,5 pm, Abscheiderate 80%.
Das Beispiel E15-1 wurde wie zuvor hergestellt, jedoch wurde keine Ultraschallbehandlung durchgeführt.
Bei E15-2 wurde ein Ultraschallgenerator Typ UIP 1000 hdT-230 (Fa. Hielscher Ultrasonics GmbH, Teltow (Deutschland), mit Titansonde BS4d55 mit Booster B4-1.2 und einer Durchflußzelle FC100L1 K-1S eingesetzt. Es wurde eine Leistungsdichte von 950 W/Liter und einem Durchfluß von 180 Liter/h gewählt.
Bei E15-3 wurde ein Ultraschallgenerator Typ Wirbelreaktorblock WB 4-1604 der Fa. Bandelin (Berlin, (Deutschland)) mit einer Leistungsdichte von 550W/Liter und einem
Durchfluß von 250 Liter/h gewählt.
In dem Beispiel E15-4 wurde wie unter E-15-x angegeben verfahren. Allerdings wurde anstelle der Ultraschallbehandlung durch eine Behandlung in einer Kugelmühle Typ Diskus 20 der Firma Netzsch Feinmahltechnik GmbH, Selb (Deutschland) mit folgenden Betriebsparametern Drehzahl 900 U/min., Durchfluss 250 Liter/h, Mahlkugeln der Größe 500 pm durchgeführt, bevor die Mikrofiltration vorgenommen wurde.
Tabelle 2
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Tabelle 3
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* Hier wird der Metallionengehalt (Summe der Zeilen 9 der Tabelle 3) als Quotient der Beispiel E15-2 bis E15-4 mit dem Metallionengehalt von E15-2 bis E15-4 vor dem Dispergieren (Zeile 3, Tabelle 2) angegeben.
Ein Vergleich des Beispiels 15-1 mit den weiteren Beispielen E15-2 bis E15-4 zeigt, dass nach einem Dispergierschritt die durchschnittliche Partikelgröße in einer Suspension deutlich niedriger und die Partikelgrößenverteilung deutlich enger ist, als bei einer Vergleichssuspension, die nicht zusätzlich dispergiert wurde.
Dispergieren mit Ultraschall mit einer Leistungsdichte von 950 W/Liter zeigt eine gute Homogenisierung bei kleinen durchschnittlichen Partikelgrößen, aber im analytischen Nachweis einen erhöhten Gehalt an Elementen, die von Si, O, H, C und CI verschieden sind, insbesondere an Metallatomen. Diese bedeuten in der weiteren Verarbeitung zu Quarzglas entweder unlösliche Partikel oder Bildung von Gasbläschen. Diese Partikel werde nur zum Teil in der Filteranordnung zurückgehalten. Ein vergleichbarer, noch stärker ausgeprägter Befund wird bei Einsatz einer Kugelmühle zum Dispergieren beobachtet. Die erfindungsgemäßen Beispiele E15-2 und E-15-3 zeigen eine gute und gleichmäßige Dispergierung, sowie einen geringen Gehalt an Elementen, die von Si, O, H, C und CI verschieden sind. Der größte Teil der Partikel, die von Si, O, H, C und CI verschiedene Elemente enthalten, wird in der Filteranordnung zurückgehalten.
Die Filteranordnung in den Beispielen E15-3 und E15-4 weist eine mindestens 8 mal längere Betriebszeit (Standzeit der Filteranordnung) bis zu einem Auswechseln auf als in Beispiel E15-1. In E15-4 ist der Eintrag an Metallionen aufgrund des Dispergierschritts mit einer Kugelmühle jedoch erheblich höher als in E15-3.
Dadurch wird eine reinere Siliziumdioxidsuspension erhalten bei gleichzeitig langer Standzeit der Filteranordnung.
Der Eintrag an Metallionen (Ca, Co, Cr, Cu, Fe, Ge, Hf, K, Li, Mg, Mn, Mo, Na, Nb, Ni, Ti, V, W, Zn, Zr) ist beim Dispergieren mit einer Kugelmühle erheblich höher als beim Dispergieren mit Ultraschall.
2. Verschiedene Filterkombinationen in Filteranordnung
E16-x: Eine Aufschlämmung von pyrogener Kieselsäure (BET = 30 m2/g, mittlere Partikelgröße in Suspension = 100 nm) wurde wie zuvor in deionisiertes Wasser (L=0,1 pS/cm) in einen Mischer mit Rührer/Paddel-Geometrie eingebracht und homogenisiert. Der Feststoffgehalt der homogenisierten Mischung betrug 63 Gew.-%. Alle Aufschlämmungen wurden anschließend mittels eines Ultraschallgenerators (Leistung: 550 W/L, Durchfluß: 250 L/h, 30s Behandlungsdauer) behandelt. Anschließend wurden alle Suspensionen E16-x über eine Filteranordnung geführt. Die Filteranordnung war mit drei Filtern Nr. 1. bis 3. (Reihenfolge stromabwärts von 1. über 2. nach 3.) konfiguriert. Folgende Filter kamen zum Einsatz (Tabelle 4):
Tabelle 4
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Die Multiflowfilter sind bei der Fuhr GmbH, 55270 Klein-Winternheim (Deutschland) erhältlich. Sie wurden in folgender Konfiguration eingesetzt: Bauhöhe: 20 (20 Zoll), Material Polypropylen, Gradation 4 (vierlagig), Adapter F3 (222-Adapter with fin).
Die Promeltfilter sind ebenfalls bei der Fuhr GmbH erhältlich. Sie wurden in folgender Konfiguration eingesetzt: Bauhöhe: 20 (20 Zoll), Material Polypropylen, Gradation 1 (ß- Rate = 1000) (vierlagig), Adapter F3 (222-Adapter with fin).
Der amaPure TS-Filter ist erhältlich von Filtration Group GmbH, Schleifbachweg 45, 74613 Öhringen (Deutschland) (ehemals Mahle Industriefiltration). Sie wurde in folgender Konfiguration eingesetzt: Bauhöhe: 20 Zoll (50,8 cm), Material Polypropylen, Ausführung: X8.
Die Kombinationen der jeweils drei Filter in einer Filteranordnung sind in Tabelle 5 angegeben.
Beobachtungen:
i. Die Granulierbarkeit der in E16-1 bis E16-8 erhaltenen Suspensionen wurde für „gut“ befunden.„Gut“ bedeutet , dass alle Suspensionen zur Granulation geeignet waren.
ii. Die Blasigkeit eines aus dem jeweiligen Granulat hergestellten Quarzglas war für die Beispiele E16-1 bis E-16-3 und E16-7 und E16-8„gut“.„Gut“ bedeutet eine für den Verkauf akzeptable Quarzglasqualität mit kaum Blasen. Ein solches Quarzglas ist in Figur 7, b) gezeigt. Die Blasigkeit der Beispiele E16-4 bis E16-6 wurden mit„mittel“ bewertet.„Mittel“ bedeutet eine Quarzglasqualität mit einer größeren Menge Blasen, welche nur mit Einschränkungen als verkaufsfähig zu betrachten ist.
iii. Der Metallioneneintrag war durchweg niedrig, die Partikelgrößenverteilung, ausgedrückt als Verhältnis von D90 zu D10 niedrig.
iv. Je nach Filteranordnung wurden kürzere Standzeiten (< 1000 Liter) und längere Standzeiten (> 1000 Liter) beobachtet. Tabelle 5
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* Hier wird der Metallionengehalt (Summe der Zeilen 9 der Tabelle 3) als Quotient der Beispiel E15-2 bis E15-4 mit dem Metallionengehalt von E15-2 bis E15-4 vor dem Dispergieren (Zeile 3, Tabelle 2) angegeben.;** FF =Filterfeinheit; *** AR=Abscheiderate.
Ultraschallbehandlung
E17-x: Eine Aufschlämmung von pyrogener Kieselsäure (BET = 30 m2/g, mittlere Partikelgröße in Suspension = 100 nm) wurde wie zuvor in deionisiertes Wasser (L=0,1 pS/cm) in einen Mischer mit Rührer/Paddel-Geometrie eingebracht homogenisiert. Der Feststoffgehalt der homogenisierten Mischung betrug 63 Gew.-%. Alle Aufschlämmungen wurden anschließend mittels eines Ultraschallgenerators behandelt. Die Parameter der Ultraschallbehandlung sind in Tabelle 6 zusammengestellt. Anschließend wurden alle Suspensionen E17-x Über dieselbe Filteranordnung wie in den Beispielen E15-x geführt.
Beobachtungen:
i. Bei hoher Ultraschallleistung ist die mittlere Partikelgröße in Suspension vor dem Filtern etwas niedriger als bei niedrigerer Ultraschallleistung. Gleichzeitig ist der Gehalt an Metallionen und (damit einhergehend) an von Si, O, H, C und CI verschiedenen Ionen deutlich höher.
ii. Bei gleicher Behandlungsdauer (10s) ist bei einer Ultraschalleistung von 550 W/L der Metallioneneintrag deutlich niedriger als bei 950 W/L. Die
Partikelgrößenverteilung D10 bzw. D90 unterscheidet sich nur geringfügig. Verdoppelt man die Behandlungsdauer bei 550 W/L auf 20s, werden zu der Behandlung mit 950 W/L und 10s vergleichbare Partikelgrößen und -Verteilungen erzielt, bei deutlich niedrigerer Metallionenkonzentration infolge der Ultraschallbehandlung.
iii. Bei längeren Behandlungszeiten nimmt die Metallionenkonzentration zu.
Tabelle 6
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BEZUGSZEICHENLISTE
Schritt (i)
Schritt (ii)
Schritt (iii)
Schritt (iv)
Schritt (v)
Erster Filter
Zweiter Filter
Dritter Filter
Erste Filterstufe mit Filter Zweite Filterstufe, Filter A Zweite Filterstufe, Filter B Dritte Filterstufe mit Filter Schritt i.)
Schritt ii.)
Schritt iii.)

Claims

ANSPRÜCHE
1. Ein Verfahren zum Herstellen einer Siliziumdioxidsuspension beinhaltend die Verfahrensschritte:
(i) Bereitstellen eines Siliziumdioxidpulvers;
(ii) Bereitstellen einer Flüssigkeit;
(iii) Mischen des Siliziumdioxidpulvers mit der Flüssigkeit unter Erhalt einer Aufschlämmung;
(iv) Behandeln der Aufschlämmung mit Ultraschall unter Erhalt einer Vorläufersuspension;
(v) Leiten zumindest eines Teils der Vorläufersuspension durch eine erste mehrstufige Filtervorrichtung,
wobei die erste mehrstufige Filtervorrichtung zumindest eine erste, eine zweite und eine dritte Filterstufe aufweist,
wobei jede Filterstufe mindestens einen Filter beinhaltet,
wobei die zweite Filterstufe stromabwärts von der ersten Filterstufe, und die dritte Filterstufe stromabwärts von der zweiten Filterstufe angeordnet sind, wobei die erste Filterstufe eine Filterfeinheit von 5 pm oder mehr,
wobei die zweite Filterstufe eine Filterfeinheit in einem Bereich von 0,5 bis 5 pm aufweist,
wobei die dritte Filterstufe eine Filterfeinheit von 1 pm oder weniger aufweist, und wobei mindestens eine der Filterstufen ausgewählt aus der ersten, zweiten und dritten Filterstufe eine Abscheiderate von 99, 5% oder mehr aufweist,
wobei die Abscheiderate gemäß ISO 16889, jeweils bezogen auf den genannten Filter angegeben wird, und
wobei die Filterfeinheit angibt, welches die kleinste Partikelgröße ist, die von dem genannten Filter zurückgehalten wird.
2. Das Verfahren nach Anspruch 1 , wobei die Siliziumdioxidsuspension in Schritt (v) nach Durchtritt durch die mehrstufige Filtervorrichtung erhalten wird.
3. Das Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei die erste Filtervorrichtung durch mindestens eines der folgenden Merkmale gekennzeichnet ist:
(a) die erste Filterstufe weist eine Abscheiderate von 90% oder weniger auf;
(b) die erste Filterstufe weist eine Filterfeinheit in einem Bereich von 5 bis 15 pm auf; (c) die zweite Filterstufe weist eine Abscheiderate von 95% oder mehr auf;
(d) die zweite Filterstufe weist eine Filterfeinheit von 0,5 bis 2 pm auf;
(e) die dritte Filterstufe weist eine Abscheiderate von 99,5 % oder mehr auf;
Oder eine Kombination von zwei oder mehr davon.
4. Das Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei mindestens ein Filter der in einer der Filterstufen der ersten Filtervorrichtung ausgewählt aus der ersten, zweiten und dritten Filterstufe vorgesehen ist, als Tiefenfilter ausgestaltet ist.
5. Das Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Behandlung der Aufschlämmung mit Ultraschall mindestens 10 Sekunden dauert.
6. Das Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Behandlung der Aufschlämmung mit Ultraschall durch eine Leistungsdichte von bis zu 600 W/Liter gekennzeichnet ist.
7. Das Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Aufschlämmung weniger als 5 Gew.-% an Additiven zur Stabilisierung der Aufschlämmung aufweist, die Gew.-% bezogen auf das Gesamtgewicht der Aufschlämmung.
8. Das Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Siliziumdioxidpulver herstellbar ist aus einer Verbindung ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Siloxanen und Siliziumalkoxiden.
9. Das Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei das Siliziumdioxidpulver mindestens eines der folgenden Merkmale aufweist:
a. einen Kohlenstoffgehalt von weniger als 100 ppm;
b. einen Chlorgehalt von weniger als 500 ppm;
c. einen Aluminiumgehalt von weniger als 200 ppb;
d. einen Gehalt an Atomen, die von Si, O, H, C, CI verschieden sind, von weniger als
5 ppm;
e. mindestens 70 Gew.-% der Pulverteilchen weisen eine Primärpartikelgröße in einem
Bereich von 10 bis 100 nm auf;
f. Stampfdichte in einem Bereich von 0,001 bis 0,3 g/cm3;
g. eine Restfeuchte von weniger als 5 Gew.-%;
h. eine BET-Oberfläche von weniger als 35 g/m2; oder eine Kombination von zwei oder mehr der Merkmale a. bis h.; wobei die Gew.-%, ppm und ppb jeweils auf die Gesamtmenge des Siliziumdioxidpulvers bezogen sind.
10. Das Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Aufschlämmung durch mindestens eines der folgenden Merkmale gekennzeichnet ist:
a.) einen Feststoffgehalt von mindestens 20 Gew.-%, bezogen auf die Trockenmasse der Aufschlämmung;
b.) als 4 gew.-%ige Aufschlämmung hat die Aufschlämmung einen pH-Wert in einem
Bereich von 3 bis 8;
c.) Mindestens 90 Gew.-% der Siliziumdioxidpartikel weisen eine Partikelgröße in einem
Bereich von 1 nm bis < 10 pm auf;
d.) einen Gehalt von 5 ppm oder weniger an Atomen, die von Si, O, H, C, CI verschieden sind,
e.) die Aufschlämmung ist rheopex;
wobei die Gew.-% und ppm immer auf den gesamten Feststoffanteil der
Aufschlämmung bezogen sind.
11. Das Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Siliziumdioxidsuspension mindestens eines der folgenden Merkmale aufweist:
A. rheopexe Eigenschaften bei einer Temperatur von weniger als 45 °C und einer Feststoffkonzentration im Bereich von 20 bis 70 Gew.-%, die Gew.-% bezogen auf den gesamten in der Suspension vorliegenden Feststoff;;
B. Mindestens 90 Gew.-% der Siliziumdioxidpartikel, bezogen auf das Gesamtgewicht aller Siliziumdioxidpartikel, weisen eine Partikelgröße in einem Bereich von 1 nm bis < 10 pm auf;
C. als 4 gew.-%ige Suspension hat die Suspension einen pH-Wert in einem Bereich von 3 bis 8, wobei die Gew.-% auf den Feststoffgehalt der Suspension bezogen sind;
D. einen Chlorgehalt von weniger als 500 ppm;
E. einen Aluminiumgehalt von weniger als 200 ppb;
F. einen Gehalt an Atomen, die von Si, O, H, C, CI verschieden sind, von weniger als 5ppm;
wobei die ppm und ppb jeweils auf die Gesamtmenge an Siliziumdioxidpartikeln bezogen sind.
12. Eine Siliziumdioxidsuspension erhältlich nach einem Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche.
13. Ein Verfahren zum Herstellen eines Siliziumdioxidgranulats, wobei die Siliziumdioxidsuspension gemäß Anspruch 12, oder eine nach einem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11 erhältliche Siliziumdioxidsuspension zu einem Siliziumdioxidgranulat verarbeitet wird, wobei das Siliziumdioxidgranulat einen größeren Partikeldurchmesser aufweist als die in der Siliziumdioxidsuspension vorliegenden Siliziumdioxidpartikel.
14. Das Verfahren nach Anspruch 13, wobei das Sprühtrocknen durch mindestens eines der folgenden Merkmale gekennzeichnet ist:
a] Sprühgranulieren in einem Sprühturm;
b] Vorliegen eines Drucks der Siliziumdioxidsuspension an der Düse von nicht mehr als 40 bar, zum Beispiel in einem Bereich von 1 ,3 bis 20 bar von 1 ,5 bis 18 bar oder von 2 bis 15 bar oder von 4 bis 13 bar, oder besonders bevorzugt im Bereich von 5 bis 12 bar, wobei der Druck absolut (in Bezug auf p = 0 hPa) angegeben ist; c] eine Temperatur der Tröpfchen beim Eintritt in den Sprühturm in einem Bereich von 10 bis 50°C, bevorzugt in einem Bereich von 15 bis 30°C, besonders bevorzugt in einem Bereich von 18 bis 25°C.
d] eine Temperatur an der dem Sprühturm zugewandten Seite der Düse in einem Bereich von 100 bis 450°C, zum Beispiel in einem Bereich von 250 bis 440°C, besonders bevorzugt von 320 bis 430°C;
e] einen Durchsatz an Siliziumdioxidsuspension durch die Düse in einem Bereich von 0,05 bis 1 m3/h, zum Beispiel in einem Bereich von 0,1 bis 0,7 m3/h oder von 0,2 bis 0,5 m3/h, besonders bevorzugt in einem Bereich von 0,25 bis 0,4 m3/h;
f] einen Feststoffgehalt der Siliziumdioxidsuspension von mindestens 40 Gew.-%, zum Beispiel in einem Bereich von 50 bis 80 Gew.-%, oder in einem Bereich von 55 bis 75 Gew.-%, besonders bevorzugt in einem Bereich von 60 bis 70 Gew.-% auf, jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht der Siliziumdioxidsuspension;
g] einen Gaszustrom in den Sprühturm in einem Bereich von 10 bis 100 kg/min, zum Beispiel in einem Bereich von 20 bis 80 kg/min oder von 30 bis 70 kg/min, besonders bevorzugt in einem Bereich von 40 bis 60 kg/min;
h] eine Temperatur des Gasstroms beim Eintritt in den Sprühturm in einem Bereich von 100 bis 450°C, zum Beispiel in einem Bereich von 250 bis 440°C, besonders bevorzugt von 320 bis 430°C; i] eine Temperatur des Gasstroms beim Austritt aus dem Sprühturm von weniger als 170°C;
j] das Gas ist ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Luft, Stickstoff und Helium, oder einer Kombination von zwei oder mehr davon; bevorzugt Luft; k] eine Restfeuchte des Granulats bei Entnahme aus dem Sprühturm von weniger als 5 Gew.-%, zum Beispiel von weniger als 3 Gew.-% oder von weniger als 1 Gew.-% oder in einem Bereich von 0.01 bis 0,5 Gew.-%, besonders bevorzugt in einem Bereich von 0,1 bis 0,3 Gew.-%, jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht des bei der Sprühtrocknung entstehenden Siliziumdioxidgranulats;
L] mindestens 50 Gew.-% des Sprühgranulats, bezogen auf das Gesamtgewicht des bei der Sprühtrocknung entstehenden Siliziumdioxidgranulats, vollzieht eine Flugzeit in einem Bereich von 1 bis 100 s, zum Beispiel über einen Zeitraum von 10 bis 80 s, besonders bevorzugt über einen Zeitraum vom 25 bis 70 s;
m] mindestens 50 Gew.-% des Sprühgranulats, bezogen auf das Gesamtgewicht des bei der Sprühtrocknung entstehenden Siliziumdioxidgranulats, legt eine Flugstrecke von mehr als 20 m zurück, zum Beispiel von mehr als 30 oder von mehr als 50 oder von mehr als 70 oder von mehr als 100 oder von mehr als 150 oder von mehr als 200 oder in einem Bereich von 20 bis 200 m oder von 10 bis 150 oder von 20 bis 100, besonders bevorzugt einem Bereich von 30 bis 80 m; n] der Sprühturm weist eine zylindrische Geometrie auf;
o] eine Höhe des Sprühturms von mehr als 10 m, zum Beispiel von mehr als 15 m oder von mehr als 20 m oder von mehr als 25 m oder von mehr als 30 m oder in einem Bereich von 10 bis 25 m, besonders bevorzugt in einem Bereich von 15 bis 20 m;
p] Absichten von Partikeln mit einer Größe von weniger als 90 pm vor der Entnahme des Granulats aus dem Sprühturm;
q] Absieben von Partikeln mit einer Größe von mehr als 500 pm nach der Entnahme des Granulats aus dem Sprühturm, bevorzugt auf einer Rüttelrinne; r] der Austritt der Tröpfchen der Siliziumdioxidsuspension aus der Düse erfolgt in einem Winkel von 30 bis 60 Grad entgegen der Lotrichtung, besonders bevorzugt bei einem Wnkel von 45 Grad entgegen der Lotrichtung.
15. Das Verfahren nach einem der Ansprüche 13 oder 14, wobei das Siliziumdioxidgranulat mindestens eines der folgenden Merkmale aufweist:
A) einen Schüttwinkel in einem Bereich von 23 bis 26°; B) eine BET-Oberfläche in einem Bereich von 20 bis 50 m2/g;
C) eine Schüttdichte in einem Bereich von 0,5 bis 1 ,2 g/cm3;
D) eine mittlere Partikelgröße der Siliziumdioxidpartikel in einem Bereich von 50 bis 500 pm;
E) einen Kohlenstoffgehalt von weniger als 50 ppm;
F) einen Chlorgehalt von weniger als 500 ppm;
G) einen Aluminiumgehalt von weniger als 200 ppb;
H) einen Gehalt an Atomen, die von Si, O, H, C verschieden sind, von weniger als 5 ppm;
l) eine Stampfdichte der Siliziumdioxidgranulatpartikel in einem Bereich von 0,7 bis 1 ,3 g/cm3;
J) ein Porenvolumen der Siliziumdioxidgranulatpartikel in einem Bereich von 0,1 bis 2,5 mL/g;
K) eine Partikelgrößenverteilung D10 der Siliziumdioxidgranulatpartikel in einem Bereich von 50 bis 150 pm;
L) eine Partikelgrößenverteilung D50 der Siliziumdioxidgranulatpartikel in einem Bereich von 150 bis 300 pm;
M) eine Partikelgrößenverteilung D90 der Siliziumdioxidgranulatpartikel in einem Bereich von 250 bis 620 pm;
wobei die ppm und ppb jeweils auf das Gesamtgewicht des Siliziumdioxidgranulats bezogen sind.
16. Ein Verfahren zum Herstellen eines Quarzglaskörpers zumindest beinhaltend die Verfahrensschritte:
i.) Bereitstellen des Siliziumdioxidgranulats nach einem der Ansprüche 13 bis 15; ii.) Bilden einer Glasschmelze aus dem Siliziumdioxidgranulat; und
iii.) Bilden eines Quarzglaskörpers aus zumindest einem Teil der Glasschmelze.
17. Ein Quarzglaskörper erhältlich nach einem Verfahren gemäß Anspruch16.
18. Der Quarzglaskörper nach Anspruch 17, mindestens aufweisend eines der folgenden Merkmale:
A] einen Chlorgehalt von weniger als 500 ppm;
B] einen Aluminiumgehalt von weniger als 200 ppb;
C] einen Gehalt an Atomen, die von Si, O, H, C verschieden sind, von weniger als 5 ppm; D] eine Viskosität (p=1013 hPa) in einem Bereich von logio (h (1250°C) / dPas) = 11 ,4 bis logio (P (1250°C) / dPas) = 12,9, oder log10 (h (1300°C) / dPas) = 11 , 1 bis log10 (h (1300°C) / dPas) = 12,2, oder logio (h (1350°C) / dPas) = 10,5 bis logio (h (1350°C) / dPas) = 11 ,5;
E] eine Brechzahlhomogenität von weniger als 104;
F] eine zylindrische Form;
G] einen Wolframgehalt von weniger als 5 ppm;
H] einen Molybdängehalt von weniger als 5 ppm;
wobei die ppb und ppm jeweils auf das Gesamtgewicht des Quarzglaskörpers bezogen sind.
19. Ein Verfahren zum Herstellen eines Lichtleiters beinhaltend folgende Schritte:
AI Bereitstellen eines Quarzglaskörpers gemäß einem der Ansprüche 17 oder 18, oder eines Quarzglaskörpers erhältlich nach einem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 16, wobei der Quarzglaskörper zunächst zu einem Hohlkörper mit mindestens einer Öffnung verarbeitet wird;
B/ Einbringen eines oder mehrerer Kernstäbe in den Hohlkörper aus Schritt AI durch die mindestens eine Öffnung unter Erhalt eines Vorläufers;
C/ Ziehen des Vorläufers in der Wärme unter Erhalt eines Lichtleiters mit einem oder mehreren Kernen und einer Hülle M1.
20. Ein Verfahren zum Herstellen eines Leuchtmittels beinhaltend die folgenden Schritte:
(i) Bereitstellen eines Quarzglaskörpers gemäß einem der Ansprüche 17 oder 18, oder eines Quarzglaskörpers erhältlich nach einem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 16, wobei der Quarzglaskörper zunächst zu einem Hohlkörper mit mindestens einer Öffnung verarbeitet wird;
(ii) gegebenenfalls Bestücken des Hohlkörpers mit Elektroden;
(iii) Füllen des Hohlkörpers aus Schritt (i) mit einem Gas.
21. Ein Verfahren zum Herstellen eines Formkörpers beinhaltend die folgenden Schritte:
(1) Bereitstellen eines Quarzglaskörpers nach einem der Ansprüche 17 oder 18 oder eines Quarzglaskörpers erhältlich nach einem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 16; und
(2) Formen des Quarzglaskörpers unter Erhalt eines Formkörpers.
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