DE69803643T3

DE69803643T3 - Undurchsichtiger Silikatglasgegenstand mit durchsichtigem Bereich und Verfahren zu dessen Herstellung

Info

Publication number: DE69803643T3
Application number: DE1998603643
Authority: DE
Inventors: Hiroya Asugi-shi Kanagawa Nagata; Masayuki Kudo; Koji Tsukuba-shi Ibaraki Tsukuma; Yoshikazu Sagae-shi Yamagata Kikuchi; Tomoyuki Yamagata-shi Akiyama
Original assignee: Tosoh Quartz Corp; Tosoh Corp
Current assignee: Tosoh Quartz Corp; Tosoh Corp
Priority date: 1997-10-16
Filing date: 1998-10-15
Publication date: 2006-11-30
Anticipated expiration: 2018-10-16
Also published as: DE69803643D1; US6312775B1; EP0909743A1; EP0909743B2; EP0909743B1; DE69803643T2

Description

Die Erfindung betrifft einen trüben Silicium(IV)-oxid-Glasgegenstand und ein Verfahren zur Herstellung desselben. Insbesondere betrifft sie einen trüben Silicium(IV)-oxid-Glasgegenstand, der einen transparenten Bereich und einen trüben Bereich aufweist und eine gute Wärmeisolierungseigenschaft und eine gute Oberflächenglätte aufweist, und ein Verfahren zur Herstellung des trüben Silicium(IV)-oxid-Glasgegenstands durch gemeinsames Verschmelzen eines Rohmaterials für den trüben Bereich und eines Rohmaterials für den transparenten Bereich in einen Gegenstand mit willkürlicher Form bzw. Gestalt.
Ein trüber Silicium(IV)-oxid-Glasgegenstand hat ein gutes Hitzeisolierungsvermögen, das heißt, er ist in der Lage, Hitzestrahlen, die als Strahlungshitze übertragen werden, abzuschneiden. Wenn der Silicium(IV)-oxid-Glasgegenstand eine herausragende Menge an feinen Blasen, die darin gleichmäßig verteilt sind, enthält, ist sein Hitzeisolierungsvermögen hervorragend.
Ein Beispiel für den trüben Silicium-(IV)-oxid-Glasgegenstand ist ein Flansch, der an der Basis einer Ofenröhre, die als Ofen zum Erhitzen eines Siliciumwafers verwendet wird, vorgesehen ist, wie dies in 1 gezeigt ist. Der in 1 gezeigte Heizofen ist bisher in großem Aufwand zum Erhitzen eines Siliciumwafers verwendet worden, der ein Heizelement 1, eine Ofenröhre 2, ein Boot 4 zur Aufnahme der Siliciumwafer 3, einen Isolationszylinder 5 und eine Basis 6 aufweist. Ein Flansch 9 ist an der Basis der Ofenröhre 2 vorgesehen. Der Flansch 9 besteht aus einem trüben Silicium(IV)-oxidglas und er ist mit der Ofenröhre 2 durch eine Oxywasserstoffflamme zusammengeschweißt. Der Flansch 9 hat eine Hitzeisolierungsfunktion zum Abschneiden von Hitze, die durch die Basis 6 und einen Füllkörper 7 geht, die nur eine geringe Hitzebeständigkeit aufweisen. Es kann eine gewünschte Atmosphäre innerhalb der Ofenröhre 2 durch die Abdichtung mittels des Füllkörpers 7 zwischen dem Flansch 9 und der Basis 6 gehalten werden. Trübes Silicium(IV)-oxidglas wird im großen Aufwand auf vielen Gebieten, wozu der Flansch eines Heizofens gehört, verwendet.
Der trübe Silicium(IV)-oxid-Glasgegenstand wird in der Regel nach einem Verfahren hergestellt, bei dem ein pulverförmiges siliciumoxidhaltiges Rohmaterial erhitzt wird, um das Rohmaterial zu schmelzen und zu verglasen. Das Verfahren zum Erhitzen des Rohmaterials umfasst beispielsweise die Verneuil-Methode, worin das Rohmaterial einer Flammenverschmelzung unter Anwendung einer Argon/Sauerstoff-Plasmaflamme oder einer Oxywasserstoffflamme unterworfen wird, und ein Vakuumschmelzverfahren, worin ein Behälter mit dem Rohmaterial beladen wird und das Rohmaterial im Vakuum erhitzt und geschmolzen wird.
Als Rohmaterial für den trüben Silicium(IV)-oxid-Glasgegen-stand sind bisher Naturgestein oder Steine aus Silicium(IV)-oxid und ein Gesteinskristall geringer Qualität verwendet worden. Diese Rohmaterialien enthalten darin eine Vielzahl von feinen Blasen, und wenn die Rohmaterialien für die Verglasung verschmolzen werden, verbleiben die Blasen innerhalb des Glases und ergeben somit die trüben Silicium(IV)-oxid-Glasgegenstände.
In den letzten Jahren ist die LSI-Technik verstärkt auf dem Gebiet der Halbleiter angewendet worden, und deswegen besteht ein starker Bedarf hinsichtlich eines Rohmaterials mit hoher Reinheit für einen trüben Silicium(IV)-oxid-Glasgegenstand. Ein sehr typisches Beispiel für den Silicium(IV)-oxid-Glasge-genstand ist der oben gezeigte Flansch für eine Ofenröhre, die in einem Ofen zum Erhitzen eines Siliciumwafers verwendet wird. Allerdings enthalten die natürlichen Rohmaterialien, die für die Herstellung eines trüben Silicium(IV)-oxid-Glasgegen-stands verwendet werden, eine herausragende Menge an Verunreinigungen und auch eine große Menge an feinen Blasen, und es ist sehr schwierig, die Blasen zu entfernen. Es ist daher außerordentlich schwierig, ein Rohmaterial mit hoher Reinheit durch eine Reinigung zu erhalten. Andererseits enthält ein Gesteinskristall mit relativ hoher Reinheit eine geringe Menge an in dem Kristall befindlichen feinen Blasen, und selbst wenn der Gesteinskristall geschmolzen wird, wird der Grad der Trübung nicht verstärkt, und der erhaltene Silicium(IV)-oxid-Glasgegenstand ist immer noch durchsichtig.
Zur Lösung der oben erwähnten Probleme des Standes der Technik sind bereits viele Vorschläge gemacht worden. Beispielsweise ist ein Verfahren vorgeschlagen worden, bei dem ein amorphes Silicium(IV)-oxid mit hoher Reinheit, der verminderte Mengen an Alkalimetall, Erdalkalimetall, Eisen und Aluminium und eine herausragende Menge an feinen Blasen enthält und eine Silanolgruppe als verdampfbaren Bestandteil, der gleichmäßig bei einer spezifischen Konzentration enthalten ist, aufweist, einer Flammenverschmelzung (japanische ungeprüfte Patentveröffentlichung (abgekürzt als "JP-A") H6-24711) unterworfen wird. Allerdings können nur Silicium(IV)-oxid-Glasgegenstände mit einfachen Formen, wie ein IC(integrated circuit)-Haftsiliciumfüllstoff und ein Matrixgußblock für das Silicium(IV)-oxid-Glaspulver direkt hergestellt werden, und Nachbehandlungen, wie eine Nachformung durch Verlatten sind für die Herstellung von Silicium(IV)-oxid-Glasgegenständen mit komplizierter Form, wie einer Flanschform, einer Ringform, Säulenform, Vierkantpfeilerform und Hohlvierkantpfeilferform, notwendig. Die Verwendung des Rohmaterials ist bei der Herstellung von Silicium(IV)-oxid-Glasgegenständen mit einer komplizierten Form gering, und deswegen erhöhen sich unvermeidbar die Produktionskosten.
Als ein anderes Verfahren zur Herstellung eines trüben Silicium(IV)-oxid-Glasgegenstands ist ein Verfahren vorgeschlagen worden, worin ein hochgereinigtes kristallines Silicium(IV)-oxidpulver in einer Ammoniakatmosphäre erhitzt wird und dann das in dieser Weise ammonisierte Silicium(IV)-oxidpulver erhitzt und dann in Erdgasatmosphäre geschmolzen wird, um einen trüben Silicium(IV)-oxid-Glasgegenstand mit einer erhöhten Anzahl von sehr feinen Blasen, das heißt, mit einem großen Gesamtquerschnittsbereich von Blasen pro Einheit Volumen des trüben Silicium(IV)-oxid-Glases herzustellen, womit eine verstärkte Hitzeisolierung hervorgerufen (JP-A H7-61827 und JP-A H7-300341). Allerdings bringt dieses Verfahren Probleme mit sich, weil sich die Dichte des trüben Silicium(IV)-oxid-Glases und der Durchmesser und die Menge der darin enthaltenen Blasen in großem Ausmaß in Abhängigkeit des Teilchendurchmessers und der Teilchendurchmesserverteilung des Rohmaterialpulvers und des Zustands des Rohmaterialpulvers, das in einem Behälter für die Verschmelzung eingegeben ist, verändert, und demzufolge unterscheiden sich der Durchmesser und die Menge der Blasen im Oberflächenbereich und im Mittelbereich in großem Ausmaß voneinander, und es ist daher schwierig, einen trüben Silicium(IV)-Oxid-Glasgegenstand mit Blasen, die darin verteilt sind, mit guter Reproduzierbarkeit herzustellen.
Als ein weiteres Verfahren zur Herstellung eines trüben Silicium(IV)-oxid-Glasgegenstands ist ein Verfahren vorgeschlagen worden, worin ein fein verteiltes Pulver eines Schäumungsmittels, wie Kohlenstoff- oder Siliciumnitrid, in ein siliciumhaltiges Rohmaterial, wie Silicium(IV)-oxid-Gestein oder -stein, α-Quartz oder Cristobalit, eingegeben wird, und die Mischung einer Flammenverschmelzung unter Verwendung einer Oxywasserstoffflamme (JP-A H4-65328) unterworfen wird. Die oben erwähnten Probleme können mit diesem vorgeschlagenen Verfahren gelöst werden. Allerdings wird bei der Verwendung einer Oxywasserstoffflamme eine Hydroxylgruppe in das Silicium(IV)-oxid-Glas eingeführt, was zu einer Herabsetzung der Viskosität des geschmolzenen Glases führt und einen trüben Silicium(IV)- oxid-Glasgegenstand hervorbringt, der nicht für Gegenstände geeignet ist, die für einen langen Zeitraum bei hoher Temperatur verwendet werden, wie eine Borvorrichtung für die Herstellung von Halbleitervorrichtungen. Des weiteren ist in der Flammenverschmelzungsstufe die Verweilzeit der fein verteilten Teilchen in der Flamme sehr kurz und die Vervollständigung der Reaktion in der Flamme ist schwierig, und es ist möglich, dass das enthaltene Schäumungsmittel in dem geschmolzenen Material als Fremdstoff verbleibt, und dass weiterhin das siliciumhaltige Rohmaterial mit dem Schäumungsmittel reagiert, mit dem Ergebnis einer unerwünschten Verfärbung des geschmolzenen Materials.
Es wird gesagt, dass, wenn eine Silicium(IV)-oxid-Glasbohrvorrichtung für die Herstellung eines Halbleiters nach ihrer Verwendung gereinigt wird, die Blasen auf der Oberfläche entfernt werden, das heißt, die Oberfläche wird teilweise abgekratzt. Zur Lösung dieses Problems ist ein Verfahren angepasst worden, bei dem ein transparenter Schutzfilm aus Silicium(IV)-oxid-Glas einer vorbestimmten Gestalt auf die Oberfläche durch Erhitzen mit einer Oxywasserstoffflamme oder in einem Elektroofen angebracht wird.
Für den Flansch, der an der Basis eines Ofenrohrs zum Erhitzen eines Ofens für einen Siliciumwafer angebracht ist, ist eine Hitzeisolierungseigenschaft als auch eine Abdichteigenschaft erforderlich, um die Atmosphäre innerhalb des Ofenrohrs zu steuern. Herkömmliche trübe Silicium(IV)-oxid-Gasflansche haben eine rauhe Oberfläche aufgrund der Gegenwart von Blasen und selbst wenn ein Füllkörper verwendet wird, kann keine vollständige Abdichtung erreicht werden. Um diesen Mangel zu überwinden, ist ein Flansch mit einem trüben Bereich mit guter Hitzeisolierungseigenschaft und einem transparenten Bereich mit guter Abdichteigenschaft geeignet.
Verschiedene Verfahren sind zur Herstellung des Flansches mit einem trüben Bereich mit guter Hitzeisolierungseigenschaft und einem transparentem Bereich mit guter Abdichtungseigenschaft vorgeschlagen worden. Als Beispiele für diese Verfahren können (1) ein Verfahren für das Schmelzverbunden eines transparenten Silicium(IV)-oxid-Glasgegenstands an einen trüben Silicium(IV)-oxid-Glasgegenstand, (2) ein Verfahren, bei dem ein pulverförmiges Rohmaterial für ein trübes Silicium(IV)-oxid-Glas zu einem transparenten Silicium(IV)-oxid-Glasgegenstand gegeben wird und die Kombination daraus schmelzverbunden wird, (3) ein Verfahren, worin ein pulverförmiges Rohmaterial für ein trübes Silicium(IV)-oxidglas und ein pulverförmiges Rohmaterial für ein transparentes Silicium(IV)-oxidglas verschmolzen werden und (4) ein Verfahren, worin ein Oberflächenbereich eines trüben Silicium(IV)-oxid-Glasgegenstands, der Blasen darin enthält, geschmolzen wird, wobei die Blasen innerhalb des Oberflächenbereichs entfernt werden und damit der Oberflächenbereich transparent gemacht wird, erwähnt werden.
Die oben erwähnten Verfahren haben die folgenden Nachteile. Bei dem Verfahren von (1) sind bei dem Schritt des Schmelzverbindens die Blasen dafür verantwortlich, an der Grenzfläche zwischen dem Bereich des transparenten Silicium(IV)-oxid-Glases und dem Bereich des trüben Silicium(IV)-oxid-Glas zu erscheinen. Im Allgemeinen ist die Haftung zwischen dem transparenten Bereich und dem trüben Bereich nicht ausreichend, und der verhaftete transparente Bereich und der trübe Bereich neigen dazu, voneinander abzulösen. Wenn des weiteren die Gestalt des trüben Silicium(IV)-oxid-Glasgegenstands kompliziert ist, wird es sehr schwierig, das transparente Silicum(IV)-oxid-Glas herzustellen und es mit dem trüben Silicium(IV)-oxid-Glas in der Schmelze zu verbinden.
Bei dem Verfahren von (2) erscheinen die Blasen nicht unbedingt an der Grenzfläche zwischen den beiden Teilen des Silicium(IV)-oxid-Glases, allerdings schrumpft das pulverförmige Rohmaterial für den trüben Bereich aus Silicium(IV)oxid-Glas vom Schmelzverbindungsschritt bis zur Vervollständigung der Verglasung, und deswegen neigt der erhaltene Silicium(IV)-oxid-Glasgegenstand dazu, sich zu verziehen. Insbesondere beschriebt die JP-A H7-300326 ein Verfahren, bei dem ein transparenter Silicium(IV)-oxid-Glasgegenstand in eine hitzebeständige Form gegeben wird, ein pulverförmiges Rohmaterial zur Bildung des trüben Silicium(IV)-oxid-Glases über den transparenten Silicium(IV)-oxid-Glasartikels gelegt wird, und dann das kombinierte Material einer Schmelzverbindung in einer Inertgasatmosphäre unterworfen wird, um einen Silicum(IV)-oxid-Glasgegenstand herzustellen, der eine trübe Silicium(IV)-oxid-Glasschicht und eine transparente Silicium(IV)-oxid-Glasschicht aufweist. Wenn in diesem Verfahren das darüber angeordnete pulvrige Rohmaterial, das ein Inertgas zwischen den Teilchen enthält, geschmolzen und verglast wird, wird das Inertgas, das zwischen den Teilchen enthalten ist, innerhalb des geschmolzenen Materials eingefangen, so dass sich Blasen in dem erhaltenen Glasgegenstand bilden. Allerdings ändert sich die Menge des Gases aus dem Rohmaterial, die Anzahl und der Durchmesser der Blasen gelegentlich, und es ist schwierig, die Blasen gleichmäßig innerhalb des Glases zu verteilen, und manchmal wird ein Inertgas, das während des Verschmelzungsschritts eingeleitet wird, Teil der Blasen innerhalb des Glases. Deshalb ist es schwierig, die Blasen innerhalb des trüben Bereichs des Silicium(IV)-oxid-Glasgegenstands zu steuern.
Bei dem Verfahren von (3) dringt das Gas, das in dem pulverförmigen Rohmaterial zur Bildung des trüben Bereichs enthalten ist, teilweise in das pulverförmige Material zur Bildung des transparenten Bereichs, mit dem Ergebnis, dass sich Blasen in Nachbarschaft der Grenzfläche bilden. Des weiteren zeigen der trübe Silicium(IV)-oxid-Glasbereich und der transparente Silicium(IV)-oxid-Glasbereich, die beide beim Schmelzverbinden bis zur Vervollständigung der Verglasung schrumpfen, verschiedene Schrumpfungen, und deswegen neigt der erhaltene Silicum(IV)-oxid-Glasgegenstand dazu, sich zu verziehen.
Bei dem Verfahren von (4) ist es schwierig, die Dicke des Oberflächenbereichs des blasenenthaltenden trüben Silicium(IV)-oxid-Glasgegenstands gleichmäßig zu schmelzen und weiterhin den geschmolzenen Oberflächenbereich zufriedenstellend von Luft zu befreien.
Im Hinblick auf das Vorangegangene ist eine primäre Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen trüben Silicium(IV)-oxid-Glasgegenstand mit einem transparenten Bereich und einem trüben Bereich, die darin gleichmäßig verteilt Blasen enthalten, zur Verfügung zu stellen, welcher dadurch charakterisiert ist, dass er eine ausgezeichnete Viskosität bei hoher Temperatur und eine ausgezeichnete Hitzeisolierung zeigt und eine glatte Oberfläche, das heißt, keine Rauhheit, die auftritt aufgrund von Blasen, die in dem Glasgegenstand enthalten sind, über die gesamte Oberfläche oder einen Teil der Oberfläche aufweist.
Eine andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Verfahren zur Herstellung des oben erwähnten trüben Silicium(IV)-oxid-Glasgegenstands für die industrielle Eignung zur Verfügung zu stellen, mit dem ein Silicium(IV)-oxid-Glasgegenstand einer komplizierten Form, wie z. B. einer Flanschform, Ringform, Säulenform, Vierkantpfeilerform oder Hohlvierkantpfeilerform direkt aus den Rohmaterialien hergestellt werden kann.
Erfindungsgemäß wird ein trüber Silicium(IV)-oxid-Glasgegen-stand zur Verfügung gestellt, der einen transparenten Bereich und einen trüben Bereich aufweist, worin das Glas des trüben Bereichs eine scheinbare Dichte von 1,80 bis 2,12 g/cm³ aufweist und 5 × 10⁴ bis 5 × 10⁶ Blasen pro cm³ des Glases enthält, wobei die Blasen einen durchschnittlichen Durchmesser von 10 bis 100 μm aufweisen und das Glas des transparenten Bereichs eine scheinbare Dichte von 2,19 bis 2,21 g/cm³ aufweist und die Menge der Blasen mit einem Durchmesser von mindestens 100 μm im transparenten Bereich nicht mehr als 1 × 10³ pro cm³ des Glases beträgt.
In einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung des oben erwähnten trüben Silicium(IV)-oxid-Glasgegenstands zur Verfügung gestellt, dass die Schritte umfasst: Beladen einer hitzebeständigen Form mit einem Rohmaterial zur Bildung des trüben Bereichs des Silicium(IV)-oxid-Gegenstands, das eine gleichmäßige Mischung darstellt, die ein fein verteiltes Silicium(IV)-oxid-Pulver mit einem durchschnittlichen Teilchendurchmesser von 10 bis 500 μm mit 0,001 bis 0,05 Gew.-teilen, bezogen auf 100 Gew.-teile des Silicium(IV)-Pulvers, eines fein verteilten Siliciumnitridpulvers umfasst, und einem Rohmaterial zur Bildung des transparenten Bereichs des Silicium(IV)-oxid-Glasgegenstands, so dass die beiden Ausgangsmaterialien an den Bereichen, die dem trüben Bereich und dem transparenten Bereich des herzustellenden Silicium(IV)-oxid-Glasgegenstands entsprechen, lokalisiert werden und Erhitzen des Rohmaterials im Vakuum bei einer Temperatur im Bereich der Schmelztemperatur der Rohmaterialien und 1900°C, womit die Rohmaterialien verglast werden.
1 ist eine vertikale Querschnittsansicht, die einen Ofen zum Erhitzen von Siliciumwafer erläutert;
2 ist eine Perspektivansicht, die eine hitzebeständige Form mit einem ringförmigen Hohlraum erläutert, die entlang der mittigen Vertikalebene geschnitten ist;
3 ist eine Perspektivansicht einer hitzebeständigen Form mit einem flanschförmigen Hohlraum, die entlang einer mittigen vertikalen Ebene geschnitten ist;
4 ist eine Perspektivansicht eines flanschförmigen trüben Silicium(IV)-oxid-Glasgegenstands, der unter der Verwendung der Form von 3 hergestellt wurde;
5 ist eine Perspektivansicht einer hitzebeständigen Form mit einem säulenförmigen Hohlraum, die entlang einer mittigen Vertikalebene geschnitten ist;
6 ist eine Perspektivansicht eines säulenförmigen trüben Silicium(IV)-oxid-Glasgegenstands, der mit der Form von 5 hergestellt wurde;
7 ist eine Perspektivansicht eines ringförmigen trüben Silicium(IV)-oxid-Glasgegenstands, der mit der Form von 2 hergestellt wurde;
8 ist eine Perspektivansicht einer hitzebeständigen Form mit einem Hohlraum in Vierkantpfeilerform, die entlang einer mittigen Vertikalebene geschnitten ist;
9 ist eine Perspektivansicht eines trüben Silicium(IV)-oxid-Gegenstands in Vierkantpfeilerform, der mit der Form von 8 hergestellt wurde;
10 ist eine Perspektivansicht einer hitzebeständigen Form mit einem Hohlraum in Hohlvierkantpfeilerform, die entlang einer mittigen Vertikalebene geschnitten ist;
11 ist eine Perspektivansicht eines Silicium(IV)oxid-Glasgegenstands in Hohlvierkantpfeilerform, der mit der Form von 10 hergestellt wurde;
12 ist eine vertikale Querschnittsansicht, die eine hitzebeständige Form zeigt, in die ein pulverförmiges Rohmaterial eingegeben ist;
13 ist eine Perspektivansicht, die die hitzebeständige Form, die mit dem pulverförmigen Rohmaterial beladen ist, von 12 zeigt;
14 ist eine Seitenansicht eines trüben Silicium(IV)-oxid-Glasgegenstands, der mit der Form der 12 und 13 hergestellt ist;
15 ist eine Perspektivansicht des trüben Silicium(IV)-oxid-Glasgegenstands von 14;
16 ist eine Querschnittsansicht einer hitzebeständigen Form, die mit einem Rohmaterial zur Herstellung eines ringförmigen transparenten Silicium(IV)-oxid-Glasgegenstands beladen ist;
17 ist eine Querschnittsansicht einer hitzebeständigen Form, die mit einem ringförmigen transparenten Silicum(IV)-oxid- Glasgegenstand und einem pulverförmigen Rohmaterial zur Herstellung des trüben Bereichs des Silicium(IV)-oxid-Glasgegenstands beladen ist;
18 ist eine Perspektivansicht eines trüben Silicium(IV)-oxid-Glasgegenstands, der mit der Form von 17 hergestellt ist, welcher Gegenstand entlang einer mittigen Vertikalebene geschnitten ist und
19 ist eine Perspektivansicht eines trüben Silicium(IV)-oxid-Glasgegenstands, der mit der Form von 17 hergestellt ist, welcher ein Vergleichsgegenstand ist und entlang der mittigen Vertikalebene geschnitten ist.
(1) Rohmaterialien
Als Rohmaterial zur Bildung des trüben Bereichs des erfindungsgemäßen Silicium(IV)-oxid-Gegenstands wird vorzugsweise eine Mischung aus fein verteiltem Silicium(IV)-oxidpulver und einem Siliciumnitridpulver verwendet. Als Rohmaterial zur Bildung des transparenten Bereichs des erfindungsgemäßen Silicium(IV)-oxid-Glasgegenstands wird ein fein verteiltes Silicium(IV)-oxidpulver oder ein transparenter Silicium(IV)-oxid-Glasgegenstand verwendet. Insbesondere wird bei dem erfindungsgemäßen trüben Silicium(IV)-oxid-Glasgegenstand mit einem trüben Bereich und einem transparenten Bereich (nachfolgend "Silicium(IV)-oxid-Glasgegenstand der Erfindung" abgekürzt) der trübe Bereich, der den Hauptteil des Silicium(IV)-oxid-Gegenstand der Erfindung bildet, bevorzugt hergestellt, indem ein Mischung aus fein verteiltem Silicium(IV)-oxid-Pulver und fein verteiltem Siliciumnitridpulver verschmolzen wird. Der transparente Bereich des Silicium(IV)-oxid-Glasgegenstands der Erfindung, der die Gesamtheit oder einen Teil der Oberfläche des Silicium(IV)-oxid-Glasgegenstands bildet, wird aus fein verteiltem Silicium(IV)-oxidpulver oder einem geformten transparenten Silicium(IV)-oxid-Glasgegenstand hergestellt. In der folgenden Erläuterung des transparenten Bereichs wird entweder ein fein verteiltes Silicium(IV)-oxidpulver oder ein geformter Silicium(IV)-oxid-Gegenstand verwendet, allerdings sollte er so ausgestaltet sein, dass jedes Silicium(IV)-oxidpulver und jeder geformte Silicium(IV)-oxid-Glasgegenstand verwendet werden können.
(1-1) Silicium(IV)-oxidpulver
Als erfindungsgemäß verwendetes fein verteiltes Silicium(IV)-oxidpulver wird ein fein verteiltes kristallines oder amorphes Silicium(IV)-oxidpulver mit hoher Reinheit und einem Gehalt an Metallverunreinigungen, wie Na, K, Mg und Fe, jeweils in einer Menge von 0 bis 1 ppm, bevorzugt aus folgendem Grund verwendet. Wenn der Silicium(IV)-oxid-Glasgegenstand der Erfindung erhitzt wird, beispielsweise wenn ein daraus hergestellter Flansch an einem Waferheizofen angebracht wird und einer hohen Temperatur ausgesetzt wird, können die Verdampfung der Verunreinigungen, die einen hohen Dampfdruck haben, was zu einer Kontamination der Umwelt führt, die Teilkristallisation des Silicium(IV)-oxid-Glasgegenstands der Erfindung, die gelegentlich zu einem Reißen desselben führt und die Verfärbung des Silicium(IV)-oxid-Gegenstands der Erfindung durch die Verwendung von hochreinem Silicium(IV)-oxid-Pulver vermieden werden.
Das hochreine Silicium(IV)-oxid-Pulver wird durch ein Syntheseverfahren oder durch eine Reinigung des natürlichen Rohmaterials hergestellt. Beispielsweise wird ein amorphes Silicium(IV)-oxid-Pulver durch ein Verfahren, bei dem eine wässrige Alkalimetallsilicatlösung (Wasserglas) mit einer Säure umgesetzt wird, um das Alkalimetall unter Bildung von Silicium(IV)-oxid zu entfernen, ein Verfahren für die Hydrolysierung von SiCl₄ zur Herstellung von Silicium(IV)-oxid und ein Verfahren, worin ein Siliciumalkoxid unter Bildung von Silicium(IV)-oxid hydrolysiert wird, synthetisiert. Natürlich ist aus kommerzieller Sicht das erste Verfahren, insbesondere ein Verfahren, bei dem eine wässrige Alkalimetallsilicatlösung (Wasserglas), die aus einem Alkalimetall, wie Na, K oder Li, und Siliciumdioxid zusammengesetzt ist, mit einer anorganischen Säure, wie Schwefelsäure, Salpetersäure oder Chlorwasserstoffsäure, umgesetzt wird, bevorzugt. Ein kristallines Silicium(IV)-oxidpulver kann aus einem natürlichen Rohmaterial durch Behandlung von Naturquarz mit Fluorwasserstoffsäure erhalten werden.
Bevorzugt hat das fein verteilte Silicium(IV)-oxidpulver einen durchschnittlichen Teilchendurchmesser von 10-500 μm wegen der Fluidität für die Eingabe in eine hitzebeständige Form. Wenn der durchschnittliche Teilchendurchmesser kleiner als 10 μm ist, hat das Silicium(IV)-oxidpulver eine geringe Fluidität, und es ist schwierig, die Form zu beladen. Wenn dagegen der durchschnittliche Teilchendurchmesser größer als 500 μm ist, sind die Hohlräume zwischen den Teilchen zu groß, und es kommt dazu, dass große Teilchen mit einem Durchmesser von mindestens 300 μm auftreten, und insbesondere, wenn ein transparenter Bereich des Silicium(IV)-oxid-Glasgegenstands aus dem Silicium(IV)-oxidpulver gebildet wird, treten gelegentlich große Mengen großer Blasen mit einem Durchmesser von größer als 500 μm auf.
Der Durchmesser der Blasen, die in dem Silicium(IV)-oxid-Glasgegenstand der Erfindung enthalten sind, variiert je nach entsprechendem durchschnittlichen Durchmesser des Silicium(IV)-oxidpulvers, und demzufolge kann der Blasendurchmesser durch Steuerung des durchschnittlichen Durchmessers des Silicium(IV)-oxidpulvers geändert werden. So können feine Blasen mit einem kleinen Durchmesser und Blasen mit einem großen Durchmesser aus einem Silicium(IV)-oxidpulver mit einem kleinen durchschnittlichen Durchmesser und einem Silicium(IV)-oxidpulver mit einem großen durchschnittlichen Durchmesser erhalten werden.
(1-2) Siliciumnitridpulver
Als Siliciumditridpulver wird bevorzugt ein hochreines Siliciumnitrid verwendet, das durch Nitrieren eines Ausgangsmaterials, wie Siliciumtetrachlorid, Silicium oder Siliciumoxid, hergestellt wird.
Unter Verwendung des hochreinen Siliciumnitridpulvers können, wenn der erhaltene trübe Silicium(IV)-oxid-Glasgegenstand der Erfindung erhitzt wird, die Verdampfung der Verunreinigungen, die einen hohen Dampfdruck aufweisen, was zu einer Kontaminierung der Umwelt führt, die Teilkristallisation des Silicium(IV)-oxid-Gegenstands der Erfindung, die manchmal zu einem Reißen desselben führt und die Verfärbung des Silicium(IV)-oxid-Glasgegenstands der Erfindung vermieden werden.
Die Menge des Siliciumnitridpulvers beträgt 0,001-0,05 Gew.-teile, bezogen auf 100 Gew.-teile des Silicium(IV)-oxidpulvers. Wenn die Menge des Siliciumnitridpulvers kleiner als 0,001 Gew.-teile ist, ist die Menge an gebildeten Blasen zu klein, und der trübe Silicium(IV)-oxid-Glasgegenstand weist nur eine geringe Hitzeisolation auf. Wenn dagegen die Menge des Silicium-Nitridpulvers größer als 0,05 Gew.-teile ist, werden die Blasen zu groß und der trübe Silicium(IV)-oxid-Glasgegenstand weist dann nur eine geringe mechanische Festigkeit auf.
Das Siliciumnitridpulver hat vorzugsweise einen durchschnittlichen Teilchendurchmesser von 0,1 bis 1 μm, insbesondere 0,1 bis 0,5 μm. Unter Verwendung von Siliciumnitridpulver mit einem durchschnittlichen Teilchendurchmesser, der in diesen Bereich fällt, wird die Menge und Größe der Blasen adäquat und ein gleichmäßiges Vermischen des Siliciumnitridpulvers und des Silicium(IV)-oxidpulvers kann ohne Agglomeration durchgeführt werden.
(2) Mischen
Ein fein verteiltes Silicium(IV)-oxidpulver und ein fein verteiltes Siliciumnitridpulver werden zusammen vermischt, um ein Rohmaterial zur Bildung des trüben Bereichs des Silicium(IV)-oxid-Glasgegenstands der Erfindung herzustellen. Das Ausmaß und der Zustand der Dispersion des Siliciumnitridpulvers in der Mischung beeinflusst den Durchmesser und die Verteilung der gebildeten Blasen, deshalb sollte das Siliciumnitrid gleichmäßig in der pulverförmigen Mischung dispergiert sein. Die Mischmethode unterliegt keinen besonderen Einschränkungen, unter der Voraussetzung, dass eine gleichmäßige Dispersion erhalten werden kann. Beispielsweise können ein Mörser und eine Kugelmühle verwendet werden. Zur Herstellung einer hoch gleichmäßigen Dispersion des Siliciumnitridpulvers in der pulverförmigen Mischung wird vorzugsweise ein Naßverfahren unter Verwendung eines Dispersionsmediums angewendet. Als Beispiele für das Dispersionsmedium können Wasser und Alkohole, wie Ethanol und Methanol, genannt werden. Zur Verstärkung des Dispersionsvermögens des Siliciumnitridpulvers in der Pulvermischung kann eine Ultraschallschwingung unter Verwendung eines Ultraschallgenerators angewendet werden.
(3) Eingeben des Rohmaterials in die Form
Das Rohmaterial zur Bildung des transparenten Bereichs des Silicium(IV)-oxid-Glasgegenstands und das Rohmaterial zur Bildung seines trüben Bereichs werden in eine hitzebeständige Form eingegeben.
Zunächst wird die Eingabe eines fein verteilten Silicium(IV)-oxidpulvers als Rohmaterial zur Bildung des transparenten Bereichs erläutert.
Dazu werden das Silicium(IV)-oxidpulver als Rohmaterial für die Bildung des transparenten Bereichs und die Silicium(IV)-oxid-Siliciumnitrid-Pulvermischung als Rohmaterial zur Bildung des trüben Bereichs in eine hitzebeständige Form gegeben. Das Material und die Form der hitzebeständigen Form unterliegen keinen besonderen Einschränkungen, unter der Voraussetzung, dass die Form eine gute Beständigkeit aufweist und nicht das Rohmaterial beim Verschmelzungsschritt beeinflusst. Die hitzebeständige Form kann entweder eine Einzelform oder eine geteilte Form aus zwei oder mehr Teilen sein. Die geteilte Form wird zum Formen eines Silicium(IV)-oxid-Glasgegenstands mit einer komplizierten Form verwendet. Die Gestalt und Kombination der beiden oder mehr Teile der geteilten Form kann in geeigneter Weise je nach gewünschter Form des trüben Silicium(IV)-oxid-Glasgegenstands gewählt werden. Als Material für die Form kann ein solches genannt werden, das nicht mit dem Silicium(IV)-oxid in einem vertretbaren Ausmaß reagiert, wie Kohlenstoff, Bornitrid und Siliciumcarbid. Um ein gutes Gleitvermögen zwischen der inneren Wand der Form und es Rohmaterials -herzustellen, kann ein Kohlenstofffilz oder ein Kohlenstoffpapier zwischen die innere Wand der Form und dem Rohmaterial während der Eingabe des Rohmaterials und des Erhitzens des Rohmaterials eingelegt werden.
Das Rohmaterial zur Bildung des trüben Bereichs des Silicium(IV)-oxid-Glasgegenstands (nämlich eine pulverförmige Siliciumoxid/Siliciumnitrid-Mischung) und das Rohmaterial zur Bildung seines transparenten Bereichs (nämlich ein Silciumoxidpulver) werden so in die Form eingegeben, dass die Rohmaterialien an den Bereichen liegen, die dem trüben Bereich und dem transparenten Bereich des zu formenden Silicium(IV)-oxid-Glasgegenstands entsprechen.
Die Gestalt und Größe der hitzebeständigen Form wird je nach gewünschter Größe und Form des trüben Silicium(IV)oxid-Glasgegenstands bestimmt. Wenn beispielsweise eine hitzebeständige Form mit einem flanschförmigen Hohlraum wie in 3 verwendet wird, wird ein flanschförmiger trüber Silicium(IV)-oxid-Glasgegenstand wie in 4 hergestellt. Wenn eine hitzebeständige Form mit einem säulenförmigen Hohlraum wie in 5 verwendet wird, wird ein säulenförmiger trüber Silicium(IV)-oxid-Glasgegenstand wie in 6 hergestellt. Wenn eine hitzebeständige Form mit einem ringförmigen Hohlraum wie in 2 verwendet wird, wird ein ringförmiger trüber Silicium(IV)-oxid-Glasgegenstand wie in 7 hergestellt. Wenn eine hitzebeständige Form mit einem vieleckigen Hohlraum, wie ein viereckiger pfeilerförmiger Hohlraum wie in 8 verwendet wird, wird ein vieleckiger (wie eine viereckige Pfeilerform) trüber Silicium(IV)-oxid-Glasgegenstand wie in 9 hergestellt. Wenn eine hitzebeständige Form mit einem Hohlraum für eine Hohlvierkantpfeilerform wie in 10 verwendet wird, wird ein trüber Silicium(IV)-oxid-Glasgegenstand in Hohlvierkantpfeilerform wie in 11 hergestellt. Als modifizierte Form des ringförmigen Gegenstands von 7, kann ein ringförmiger Silicium(IV)-oxid-Glasgegenstand, bei dem ein Ende verschlossen ist, hergestellt werden. Ähnlich kann als modifizierte Form des hohlvierkantpfeilerförmigen Gegenstands von 11, ein hohlvierkantpfeilerförmiger Silicium(IV)-oxid-Glasgegenstand, bei dem ein Ende verschlossen ist, hergestellt werden.
In einem spezifischen Beispiel des Beladens der hitzebeständigen Form mit den Rohmaterialien, wird ein Silicium(IV)-oxidpulver auf den Boden einer hitzebeständigen Form mit einem säulenförmigen Hohlraum aufgetragen, darauf eine pulverförmige Siliciumoxid/Siliciumnitrid-Mischung gelegt und des weiteren wieder darauf ein Silicium(IV)-oxidpulver aufgetragen. Durch Erhitzen der in dieser Weise eingefüllten pulverförmigen Rohmaterialien wird ein säulenförmiger trüber Silicium(IV)-oxid-Glasgegenstand mit einer transparenten obersten Schicht, einem trüben Mittelkörper und einer transparenten Bodenschicht hergestellt. In einem anderen spezifischen Beispiel für die Beladung der hitzebeständigen Form mit den Rohmaterialien, wird ein Silicium(IV)-oxidpulver auf den Boden einer hitzebeständigen Form mit einem säulenförmigen Hohlraum aufgetragen, ein zylindrischer Hilfsrahmen mit einem Durchmesser, der kaum kleiner als der Durchmesser des säulenförmigen Hohlraums ist, auf das aufgetragene Silicium(IV)-oxidpulver aufgetragen, eine pulverförmige Siliciumoxid/Silicium-Nitridmischung innerhalb des zylindrischen Hilfsrahmens eingegeben, ein Silicium(IV)-oxidpulver in einem zylindrischen Raum zwischen dem zylindrischen Hilfsrahmen und der inneren Wand der Form eingefüllt, der zylindrische Hilfsrahmen vorsichtig herausgenommen und schließlich ein Silicium(IV)-oxidpulver als oberstes auf die eingegebenen Rohmaterialien aufgetragen. Durch Erhitzen dieser in dieser Weise eingefüllten Rohmaterialien kann ein säulenförmiger trüber Silicium(IV)-oxid-Glasgegenstand mit einer transparenten Schicht, die die gesamte Oberfläche des Glasgegenstands bedeckt, hergestellt werden.
Die Packungsdichte der pulverförmigen Rohmaterialien innerhalb der Form liegt vorzugsweise in einem Bereich von 0,7 bis 1,8 g/cm³. Die Packungsdichte des Rohmaterials zur Bildung des trüben Bereichs sollte bevorzugt so gleichmäßig wie möglich sein, um den trüben Bereich, der Blasen aufweist, die gleichförmig im trüben Bereich dispergiert sind, auszubilden.
Nun wird die Eingabe eines transparenten Silicium(IV)-oxid-Glasgegenstands als Rohmaterial zur Ausbildung des transparenten Bereichs innerhalb der Form beschrieben.
In einem spezifischen Beispiel werden die pulverförmige Siliciumoxid/Siliciumnitrid-Mischung zur Ausbildung des trüben Bereichs und ein transparenter ringförmiger Silicium(IV)-oxid-Gegenstand zur Ausbildung des transparenten Bereichs in die Form mit einem ringförmigen Hohlraum wie in 2 eingegeben. Der transparente ringförmige Silicium(IV)-oxid-Glasgegenstand ist vorher hergestellt worden, so dass er in die Form eingegeben werden kann. Der transparente ringförmige Silicium(IV)-oxid-Glasgegenstand hat eine scheinbare Dichte von 2,19 bis 2,21 g/cm³ und enthält nicht mehr als 1 × 10³ Blasen pro cm³, wobei die Blasen einen Durchmesser von mindestens 100 μm aufweisen. Der trübe Silicium(IV)-oxid-Glasgegenstand, der unter Verwendung des transparenten ringförmigen Silicium(IV)-oxid-Glasgegenstands hergestellt worden ist, ist dadurch charakterisiert, dass die nach außen gerichtete Oberfläche des transparenten Bereichs keine Blasen in einem vertretbaren Ausmaß aufweisen, und wenn daher die Oberfläche gereinigt wird, bildet sich keine Oberflächenrauhheit aufgrund der Entwicklung von Blasen, so dass eine gute Abdichtung erreicht werden kann.
Die Form und Größe des transparenten ringförmigen Silicium(IV)-oxid-Glasgegenstands unterliegen keinen besonderen Einschränkungen, mit der Maßgabe, dass es in die Form eingeben werden kann und es eine abdichtende Oberfläche für den erhaltenen trüben Silicium(IV)-oxid-Glasgegenstand bildet. In der Regel hat der transparente ringförmige Siicium(IV)-oxid-Glasgegenstand eine Form und Größe, die derjenigen des entstehenden trüben Silicium(IV)-oxid-Glasgegenstands entsprechen.
Der transparente ringförmige Silicium(IV)-oxid-Glasgegenstand kann nach einem Verfahren hergestellt werden, worin das Siliciumoxidpulver durch Anwendung einer Oxywasserstoffflamme geschmolzen wird oder in einem Elektroofen im Vakuum geschmolzen wird, um einen transparenten Silicium(IV)-oxid-Glasblock zu bilden, wonach dann der Block in die gewünschte Form und Größe vermahlen wird. Bei dem Verfahren mit dem Elektroofen, wird bevorzugt eine hitzebeständige Form mit einem ringförmigen Hohlraum, der eine Größe aufweist, die im wesentlichen die gleiche wie diejenige des transparenten Bereichs des trüben Silicium(IV)-oxid-Glasgegenstands ist, verwendet. Unter Verwendung dieser Form kann ein transparenter ringförmiger Silicium(IV)-oxid-Glasgegenstand mit einer Größe hergestellt werden, die ähnlich derjenigen des transparenten Bereichs ist, und deswegen ist die Nachbearbeitung des transparenten ringförmigen Silicium(IV)-oxid-Glasgegenstands einfach und mühelos, und die Arbeitsstunden und der Materialverlust werden auf ein Minimum herabgesetzt.
Das Material für die verwendete hitzebeständige Form unterliegt keinen besonderen Einschränkungen, mit der Maßgabe, dass es hitzebeständig ist und nicht das Rohmaterial in irgendeiner Weise während des Erhitzens beeinflusst. Beispielsweise kann die hitzebeständige Form aus Materialien bestehen, die nicht ohne weiteres mit dem Silicium(IV)-oxid reagieren, wie Kohlenstoff, Bornitrid und Siliciumcarbid.
Um die Gleiteigenschaft der Rohmaterialien auf der inneren Wand der Form zu verstärken, wird bevorzugt ein Kohlenstofffilz oder ein Kohlenstoffpapier zwischen die innere Wand der Form und den Rohmaterialien während des Beladens und des Hitzeverschmelzens eingelegt.
Die Reihenfolge des Beladens des transparenten Silicium(IV)-oxid-Glasgegenstands und der pulverförmigen Siliciumoxid/Siliciumnitrid-Mischung zur Bildung des trüben Bereichs unterliegt keinen besonderen Einschränkungen, allerdings ist es bevorzugt, das der transparente Silicium(IV)-oxid-Glasgegenstand zunächst auf den Boden der Form gelegt wird und dann die pulvrige Mischung auf den Siliciumoxidglasgegenstand eingetragen wird, weil so eine unerwünscht große Verdichtung der pulverförmigen Mischung vermieden werden kann und die Gase, die sich bei der Hitzeverschmelzung bilden, effektiv entfernt werden können. Die Packungsdichte für die pulverförmige Mischung liegt vorzugsweise in einem Bereich von 0,7 bis 1,8 g/cm³, um diese dann gleichmäßig in die Form eingeben zu können.
(4) Verglasung und Blasenbildung
Um das Siliciumnitrid in der pulverförmigen Siliciumoxid/Siliciumnitrid-Mischung vollständig zu zersetzen, damit Blasen gebildet werden und die pulverförmige Siliciumoxid/Siliciumnitrid-Mischung in ein trübes Silicium(IV)-oxidglas umgewandelt wird und um weiterhin ein Siliciumoxidpulver, falls erwünscht, als Rohmaterial zur Ausbildung des transparenten Bereichs in ein transparentes Glas umzuwandeln, werden die Rohmaterialien, die in die Form eingegeben wurden, erhitzt, um diese zu schmelzen. Die Heizvorrichtung für die Erhitzung der Form unterliegt keinen besonderen Einschränkungen, mit der Maßgabe, dass sie in der Lage sein sollte, das Rohmaterial in einen Glaszustand umzuwandeln, und es wird beispielsweise dafür ein Elektroofen verwendet.
Die Rohmaterialien werden auf eine Temperatur zwischen einer Temperatur, bei der die Materialien geschmolzen werden, und 1900°C erhitzt. Wenn ein amorphes Siliciumoxidpulver als Rohmaterial verwendet wird, wird es über den Cristobalit geschmolzen, und demzufolge ist die Temperatur, bei der die Rohmaterialien geschmolzen werden, 1713°C bei Normaldruck. Wenn ein kristallines Siliciumoxidpulver, das kein Cristobalit ist, als Rohmaterial verwendet wird, wird es im wesentlichen nicht über den Cristobalit geschmolzen, und deswegen ist die Temperatur, bei der die Rohmaterialien geschmolzen werden, niedriger als die obige Schmelztemperatur für das amorphe Siliciumoxidpulver. Es ist hier zu bemerken, dass, wenn ein kristallines Siliciumoxidpulver, das kein Cristobalit ist, auf eine Temperatur, die niedriger als die Schmelztemperatur ist, erhitzt wird, mindestens ein Teil des Rohmaterials nicht geschmolzen wird, und das erhaltene Siliciumoxidglas ist daher sehr empfindlich. Wenn ein amorphes Siliciumoxidpulver verwendet wird und ein Teil oder alles davon in einen kristallinen Cristobalit umgewandelt wird, wird der Cristobalit beim Erhitzen nicht geschmolzen, und das erhaltene Glas ist sehr empfindlich. Wenn das Rohmaterial auf eine Temperatur höher als 1900°C erhitzt wird, weist der trübe Teil des trüben Silicium(IV)-oxid-Glasgegenstands große Blasen auf, und demzufolge wird die Glasdichte gering, und die mechanische Festigkeit ist zu gering, um den Glasgegenstand in eine gewünschte Form und Größe zu verarbeiten. Die Heizdauer variiert je nach spezieller Heiztemperatur, und sie unterliegt keinen besonderen Einschränkungen, mit der Maßgabe, dass die gesamte Menge des Rohmaterials geschmolzen und verglast wird. In der Regel beträgt die Heizdauer etwa 1 Stunde oder kürzer.
Während des Erhitzen des Rohmaterials ist es bevorzugt, dass eine Vakuumatmosphäre während des Zeitraums von dem Zustand, worin die Poren zwischen den Teilchen des pulverförmigen Rohmaterials offen sind bis zu dem Zustand, worin diese Hohlräume geschlossen sind, gehalten wird. Der Grad des Vakuums ist vorzugsweise so, dass der Druck nicht höher als 50 mm Hg, vorzugsweise nicht höher als 10 mm Hg ist. Bei der Durchführung des Erhitzens im Vakuum bilden die Gase, die aus dem Stickstoff in der festen Lösung, die durch Umsetzung von Siliciumnitrid mit Siliciumoxid in der pulverförmigen Siliciumoxid/Siliciumnitrid-Mischung hergestellt wird, entweichen und die Gase, die durch Zersetzung des Rohmaterials erzeugt werden, Blasen, die gleichmäßig in dem Silicium(IV)-oxid-Glasgegenstand verteilt sind. Wenn des weiteren ein transparenter Silicium(IV)-oxid-Glasgegenstand als Rohmaterial zur Ausbildung des transparenten Bereichs verwendet wird, können verbleibende feine Blasen im transparenten Bereich entfernt werden.
Wenn die Rohmaterialien, die in einer Form eingegeben worden sind, im Vakuum geschmolzen werden, wobei sie verglast werden und sich Blasen bilden, kann eine Deckschicht aus beispielsweise Kohlenstoff oder dergleichen auf die eingegebenen Rohmaterialien gelegt werden, so dass ein gleichmäßiger Druck auf die gesamten Rohmaterialien angewendet wird, oder die Blasen werden dabei innerhalb des geschmolzenen Materials gesteuert, damit sie nicht nach außen entweichen.
Wenn dann das geschmolzene Material, das bei hoher Temperatur gehalten wird, in den Glaszustand übergeht, wird ein Inertgas in die Form eingeleitet. Es gibt keine bestimmten Einschränkungen hinsichtlich des Inertgases, mit der Maßgabe, dass es nicht wesentlich mit der Form, dem Rohmaterial und dem Produkt reagiert, und es umfasst beispielsweise Stickstoff, Argon und Helium. Darunter sind Stickstoff und Argon wegen der Kosten und Luftdichte bevorzugt. Der Druck des Inertgases ist in der Regel Normaldruck, so dass, wenn das entstandene Glas wieder erhitzt wird, beispielsweise in einer Flammenbehandlung, die Blasen innerhalb des Glases weder in großem Ausmaß expandiert noch geschrumpft sind. Ein etwas höherer oder niedriger Druck kann ebenfalls angewendet werden.
Nach dem Erhitzen für die Verglasung wird das geschmolzene Material auf Raumtemperatur abgekühlt. Normalerweise wird das geschmolzene Material abgekühlt, indem man es stehen lässt oder auf etwa 1000°C mit einem Kühlgerät behandelt. Die Abkühlungsrate beträgt etwa 1000°C/Stunde. Schließlich wird das Material auf Raumtemperatur abgekühlt. Es ist hier zu bemerken, dass das geschmolzene Material dazu neigt, während des Abkühlens auszukristallisieren, insbesondere bei hoher Temperatur. Deshalb sollte das geschmolzene Material relativ schnell in einem Bereich hoher Temperatur abgekühlt werden, um eine unerwünschte Kristallisation zu umgehen. Zur Erhöhung der Abkühlrate kann das gleiche Inertgas, das bei dem Hitzeverschmelzen verwendet wurde, eingeführt werden. In einem Bereich niedriger Temperatur gibt es im Verlauf des Abkühlens kein Problem hinsichtlich der Kristallisation, und deswegen lässt man das Material in der Regel zum Abkühlen stehen.
(5) Trüber Silicium(IV)-oxid-Glasgegenstand
Der Silicium(IV)-oxid-Glasgegenstand der Erfindung weist einen trüben Bereich mit einer scheinbaren Dichte von 1,80 bis 2,12 g/cm³ auf und enthält 5 × 10⁴ bis 5 × 10⁶ Blasen pro cm³, wobei die Blasen einen mittleren Teilchendurchmesser von 10 bis 100 μm aufweisen. Diese Eigenschaften sind wichtig, um dem Glasgegenstand eine gute mechanische Festigkeit und Verarbeitbarkeit zu verleihen.
Der Durchmesser und die Menge der unabhängigen Blasen, die im trüben Bereich enthalten sind, variieren je nach Menge des hinzugefügten Siliciumnitridpulvers, Teilchendurchmesser und Verteilung des Siliciumoxidpulvers, Schmelztemperatur und Druck des eingeführten Gases. Beispielsweise wird ein trüber Bereich mit guter Hitzeisolierung, der eine scheinbare Dichte von 1,95 bis 2,05 cm³ aufweist und 7 × 10⁵ bis 8 × 10⁵ Blasen mit durchschnittlichen Blasendurchmesser von 50 bis 70 μm enthält, hergestellt, indem folgende Bedingungen gewählt werden: Menge an hingefügtem Siliciumnitridpulver = 0,01 bis 0,02 Gew.-teile, bezogen auf 100 Gew.-teile Siliciumoxidpulver, durchschnittlicher Teilchendurchmesser des Siliciumoxidpulvers = 100 bis 200 μm (Teilchendurchmesserverteilungsbereich = 100 bis 600 μm) Schmelztemperatur von 1800 bis 1850°C, Druck des eingeführten Gases von 1,0 bis 2,0 kgf/cm². Ein trüber Bereich mit hoher Hitzeisolierungseigenschaft, der eine scheinbare Dichte von 2,05 bis 2,12 g/cm³ aufweist und 1 × 10⁶ bis 2 × 10⁶ Blasen mit einem durchschnittlichen Blasendurchmesser von 30 bis 50 μm enthält, wird hergestellt, indem folgende Bedingungen gewählt werden: Menge des hinzugefügten Siliciumnitridpulvers = 0,005 bis 0,02 Gew.-teile, bezogen auf 100 Gew.-teile Siliciumoxidpulver, durchschnittlicher Teilchendurchmesser des Siliciumoxidpulvers = 50 bis 100 μm (Teilchendurchmesserverteilungsbereich = 100 bis 200 μm), Schmelztemperatur von 1750 bis 1850°C, Druck des eingeführten Gases von 1,0 bis 2,0 kgf/cm². Die Menge der Blasen hängt in großem Maße vom Teilchendurchmesser des Silicium(IV)-oxidpulvers ab. Insbesondere wird ein trüber Silicium(IV)-oxid-Glasgegenstand mit ausgezeichneter Hitzeisolierung, der eine große Menge an Blasen mit einem kleinen durchschnittlichen Durchmesser enthält, durch Verwendung eines feineren Silicium(IV)-oxidpulvers hergestellt.
Der trübe Bereich des Glasgegenstands der Erfindung enthält Blasen, die darin gleichmäßig verteilt sind, und er weist ein weißes Aussehen auf. Der weiße trübe Bereich ist dadurch charakterisiert, dass er bevorzugt eine lineare Transparenz von nicht größer als 5%, gemessen durch Bestrahlung des trüben Bereichs mit einem Licht mit einer Wellenlänge von 300 bis 900 nm und ausgedrückt als der Wert bei einer Dicke von 100 mm, besitzt. Mittels der verminderten Transparenz werden die Hitzestrahlen ohne weiteres gestreut, und deswegen weist der Silicium(IV)-oxid-Glasgegenstand der Erfindung eine ausgezeichnete Hitzeisolierungseigenschaft und auch eine verminderte thermische Leitfähigkeit auf.
Der transparente Bereich des trüben Silicium(IV)-oxid-Glasgegenstands, der die Funktion besitzt, die Oberfläche des trüben Bereichs zu schützen, ist dadurch charakterisiert, dass er eine scheinbare Dichte von 2,19 bis 2,21 g/cm² aufweist. Die Menge der Blasen mit einem Durchmesser von mindestens 100 μm im transparenten Bereich beträgt nicht mehr als 1 × 10³ pro cm³ des Gases. Wenn die Menge der Blasen mit einem Durchmesser von mindestens 100 μm mehr als 1 × 10³ pro cm³ beträgt, ragt eine beträchtliche Anzahl von Blasen aus der Oberfläche des transparenten Bereichs heraus, so dass keine gute Abdichtungseigenschaft erreicht werden kann. Des weiteren weist der transparente Bereich bevorzugt eine lineare Transparenz von mindestens 90%, gemessen durch Bestrahlung dieses Bereichs, mit dem transparenten Bereich mit Licht mit einer Wellenlänge von 300 bis 900 nm und ausgedrückt als der Wert bei einer Dicke von 1 mm, auf. Wenn die lineare Transparenz mindestens 90% beträgt, ist die Abdichtungseigenschaft noch mehr verstärkt.
Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren wird keine Hydroxylgruppe in das Glas bei der Hitzeverschmelzung eingeführt, es wird allerdings angenommen, dass sie aus dem geschmolzenen Material herausdampft. Der trübe Silicium(IV)-oxid-Glasgegenstand, der die auf diese Weise verminderte Menge an Hydroxylgruppen enthält, zeigt eine hohe Viskosität bei hoher Temperatur, das heißt, eine ausgezeichnete Hochtemperaturviskosität.
Die Gestalt des trüben Silicium(IV)-oxid-Gegenstands der Erfindung unterliegt keinen Einschränkungen und sie wird in geeigneter Weise je nach der speziellen Verwendung ausgewählt. Beispielsweise kann die Form als Flanschform, Ringform, Säulenform, Vierkantpfeilerform oder Hohlvierkantpfeilerform vorliegen.
Wenn insbesondere ein ringförmiger trüber Silicium(IV)-oxid-Gegenstand für einen Flansch, der an einem Ofenrohr angebracht ist, verwendet wird, weist der Glasgegenstand bevorzugt eine Wanddicke von nicht größer als 150 mm und eine Höhe (das heißt, eine Länge entlang der Achse des Rings) von 30 bis 250 mm wegen der Gleichmäßigkeit der Dichte des trüben Bereichs und der Hitzeisolierung auf.
Das Verhältnis des trüben Bereichs zum transparenten Bereich variiert je nach spezieller Anwendung, allerdings liegt der Anteil des transparenten Bereichs in dem trüben Silicium(IV)-oxid-Glas bevorzugt im Bereich von 2 bis 30%, bezogen auf die Summe aus transparentem Bereich und trüben Bereich.
Die Erfindung wird nun im Besonderen anhand der folgenden Beispiele beschrieben, wobei diese allerdings nicht den Umfang der Erfindung einschränken sollen.
Die Eigenschaften der Rohmaterialien und der trüben Silicium(IV)-oxid-Gegenstände wurden nach den folgenden Verfahren bestimmt.
(1) Verunreinigung
Die Verunreinigungen, die in dem Siliciumoxidpulver enthalten sind, wurden durch eine spektrochemische ICP (induktiv-gekoppeltes Plasma)-Atomemissionsanalyse analysiert.
(2) Glaszustand
Der Glaszustand des transparenten Bereichs und des trüben Bereichs eines trüben Silicium(IV)-oxid-Glasgegenstands wurde durch Röntgenstrahlbeugung wie folgt untersucht.
Eine Probe mit einer Größe von 20 mm × 10 mm × 2 mm (Dicke) wurde mit einem Schneidegerät von jeweils dem trüben Bereich und dem transparenten Bereich abgeschnitten. Jede Probe wurde mit einem Röntgenstrahlbeugungsanalysegerät (von MAC Science Co., Type MXP3) untersucht, und der Glaszustand wurde durch die Gegenwart eines Beugungspeaks, der aufgrund von Kristallen, wie Quarz und Cristobalit auftritt, in dem erhaltenen Beugungsmuster bestätigt.
(3) Scheinbare Dichte
Eine Probe mit einer Größe von 30 mm × 30 mm × 10 mm (Dicke) wurde mit einem Schneidegerät vom trüben Bereich und vom transparenten Bereich abgetrennt. Die Dichte jeder Probe wurde mit einem elektronischen Kräfteausgeleichgerät (von Mettler Instrument Co., Typ AT261) nach der Archimedes-Methode gemessen.
(4) Durchmesser und Menge der Blasen
Eine Probe mit einer Größe von 30 mm × 10 mm × 0,3 mm (Dicke) wurde mit einem Schneidegerät von jeweils dem trüben Bereich und dem transparenten Bereich durchtrennt. Der Durchmesser und die Menge der Blasen in jeder Probe wurde mit einem Polarisationsmikroskop mit einer Linse mit Graduierung (von Olympus Optical Co., Typ BH-2) gemessen. Der durchschnittliche Durchmesser der Blasen im trüben Bereich wurde durch Zählen der Anzahl der Blasen, Berechnen des Gesamtvolumens der Blasen, unter der Voraussetzung, dass die Blasen so betrachtet werden, dass sie eine Kugelform aufweisen, Teilen des Gesamtvolumens der Blasen durch die Anzahl der Blasen, um das durchschnittliche Blasenvolumen zu bestimmen und dann Errechnen des durchschnittlichen Durchmessers, das heißt, des durchschnittlichen Blasendurchmessers, bestimmt. Die Menge der Blasen im transparenten Bereich wurde durch Zählen der Anzahl der Blasen mit einem Durchmesser von mindestens 100 μm in einem Feld von 10 mm × 10 mm × 0,3 mm (Tiefe) und durch Errechnen der Anzahl der Blasen pro cm³ bestimmt.
(5) Teilchendurchmesser
Die Verteilung des Teilchendurchmessers und der durchschittliche Teilchendurchmesser eines pulverförmigen Rohmaterials wurden durch die Laserbeugungsstreumethode unter Verwendung eines Coulter-LS-130-Gerätes (von Coulter Electronics Co.) gemessen.
(6) Packungsdichte
Die Packungsdichte eines pulverförmigen Rohmaterials wurde Packen einer vorbestimmten Menge des pulverförmigen Rohmaterials in eine hitzebeständige Form und durch Teilen der Menge, bezogen auf das Gewicht, des gepackten Materials durch das Volumen, das durch das gepackte Material besetzt ist, bestimmt.
(7) Gegenwart von Poren
Ein Glasgegenstand wurde mit einem Schneidgerät geschnitten, und die Gegenwart von Poren auf der geschnittenen Oberfläche wurde durch visuelle Untersuchung überprüft.
(8) Lichtdurchlässigkeit (lineare Transparenz)
Der trübe Bereich und der transparente Bereich wurden jeweils in eine rechteckige Platte geschnitten, und beide Hauptoberflächen der Platten wurden mit einem Aluminiumoxidschleifkorn #1200 poliert, um eine Probe herzustellen, die eine Größe von 30 mm × 10 mm × 1 mm (Dicke) aufweist. Die lineare Transparenz wurde durch Bestrahlen der Probe mit einem Licht mit einer Wellenlänge von 300, 500, 700 oder 900 nm in senkrechter Projektion zu den Hauptoberflächen der Probe (Bandpass 2 nm) mit einem Spektrophotometer (von Hitachi Ltd., Doppelstrahl-Spektrophotometer Typ 220) gemessen.
(9) Totalquerschnittsbereich der Blasen
Die Blasen wurden so betrachtet, als ob sie eine Kugelform aufweisen, und der Totalquerschnittsbereich der Blasen ist als die Summe der Kreise, die jeweils den Durchmesser der Blase einschließen, definiert. Der Gesamtquerschnittsbereich der Blasen wurde bestimmt, indem der durchschnittliche Querschnittsbereich der Blasen aus dem durchschnittlichen Blasendurchmesser berechnet wurde und der durchschnittliche Querschnittsbereich der Blasen mit der Menge an Blasen multipliziert wurde.
Beispiel 1
Pulverförmiger Naturquarz mit einem durchschnittlichen Teilchendurchmesser von 300 μm und einer Teilchendurchmesserverteilung im Bereich von 30 bis 500 μm wurde mit Fluorwasserstoffsäure behandelt, um ein hochreines pulverförmiges Silcium(IV)-oxid (nachfolgend als "pulverförmiger Quarz" bezeichnet) herzustellen. Es wurde Siliciumtetrachlorid mit Ammoniak behandelt, um ein pulverförmiges Siliciumnitrid mit einem durchschnittlichen Teilchendurchmesser von 0,5 μm herzustellen. Eine pulverförmige Mischung aus dem pulverförmigen Quarz mit dem pulverförmigen Siliciumnitrid wurde wie folgt hergestellt. 0,01 Gew.-teile pulverförmiges Siliciumnitrid wurde in 50 Gew.-teile Ethanol gegeben, und die Mischung wurde gerührt, indem eine Ultraschallschwingung verwendet wurde. In die in dieser Weise hergestellte Siliciumnitriddispersion wurden 100 Gew.-teile pulverförmiger Quarz eingegeben, und die Mischung wurde sorgfältig gerührt. Dann wurde das Ethanol aus der Mischung mit einem Vakuumverdampfer entfernt und die Mischung wurde getrocknet, um eine pulverförmige Quarz/Siliciumnitrid-Mischung (nachfolgend als "Pulvergemisch" bezeichnet) als Rohmaterial zur Bildung des trüben Bereichs eines trüben Silicium(IV)oxid-Glasgegenstands herzustellen.
Der oben erwähnte pulverförmige Quarz wurde ebenfalls als Rohmaterial für die Bildung des transparenten Bereichs des trüben Silicium(IV)-oxid-Glasgegenstands verwendet. Wie nämlich in den 12 und 13 gezeigt ist, wurden 300 g pulverförmiger Quarz 12 als Rohmaterial für die Bildung des transparenten Bereichs in einen zylindrischen Kohlenstoffschmelztiegel 14 mit einem äußeren Durchmesser von 130 mm, einem Innendurchmesser von 100 mm und einer Tiefe von 200 mm, der einen Kohlenstofffilz 13 mit einer Dicke von 2 mm, der an der Innenwand des Schmelztiegels haftete, aufwies, eingegeben. 900 g des Pulvergemischs 11 wurden auf den bereits eingegebenen pulvrigen Quarz 12 aufgetragen. Das eingegebene Pulverquarz 12 und das aufgetragene Pulvergemisch 11 wiesen eine Packungsdichte von 1,4 g/cm³ auf.
Der Zustand des eingegebenen pulverförmigen Quarz 12 und des eingefüllten Pulvergemischs 11 ist in den 12 und 13 gezeigt. Der Schmelztiegel 14 wurde in einen Elektroofen hineingestellt, und die Innenatmosphäre wurde auf einen Druck von 1 × 10^–3 mm Hg unter Vakuum gesetzt. Dann wurde die Temperatur von Raumtemperatur auf 1800°C bei einer Rate von 300°C/Std. erhöht. Der Schmelztiegel wurde bei 1800°C für 10 Minuten belassen, und dann wurde Stickstoffgas in den Elektroofen eingeführt, bis der Innendruck Normaldruck (1 kgf/cm²) erreichte und das Heizen beendet war. Danach wurde der Schalter des Elektroofens ausgeschaltet, und man ließ den Tiegel stehen. Die Innentemperatur des Elektroofens erreichte 1000°C etwa 50 Minuten später und fiel dann nach und nach auf Raumtemperatur ab.
Der in dieser Weise hergestellte Glasgegenstand war ein säulenförmiger trüber Silicium(IV)-oxid-Glasgegenstand mit einer Struktur, die aus einem trüben Bereich 15 mit einer Vielzahl von darin verteilten Blasen und einem transparenten Bereich 16, der fest mit dem trüben Bereich 15 verbunden war, wie dies in den 14 und 15 gezeigt ist, zusammengesetzt war.
Beispiel 2
sDer gleiche pulverförmige Quarz wie der von Beispiel 1 wurde mit einer Trockenkugelmühle pulverisiert und weiterhin ausgesiebt, um einen pulverförmigen Quarz mit einem durchschnittlichen Teilchendurchmesser von 50 μm und einer Teilchendurchmesserverteilung im Bereich von 10 bis 200 μm herzustellen. 100 Gew.-teile des pulverförmigen Quarz und 0,03 Gew.-teile Siliciumnitridpulver wurden miteinander zur Herstellung eines Pulvergemischs vermischt. Nach im wesentlichen mit dem gleichen Verfahren wie in Beispiel 1 wurden 1300 g des pulverförmigen Quarz in ein Kohlenstoffschmelztiegel eingegeben, und dann wurden 900 g des Pulvergemischs auf den pulverförmigen Quarz gegeben. Der eingegebene pulverförmige Quarz und das eingefüllte Pulvergemisch hatten eine Packungsdichte von 1,4 g/cm³. Die eingegebenen Rohmaterialien wurden erhitzt und dann durch das gleiche Verfahren wie in Beispiel 1 abgekühlt und man erhielt einen säulenförmigen Silicium(IV)-oxid-Glasgegenstand, der aus einem trüben Bereich 15 und einem transparenten Bereich 16, der fest mit dem trüben Bereich 15 verbunden war, wie in den 14 und 15 gezeigt ist, zusammengesetzt war.
Beispiel 3
Der gleiche pulverförmige Quarz wie in Beispiel 1 wurde mit einer Trockenkugelmühle pulverisiert und weiterhin ausgesiebt, um einen pulverförmigen Quarz mit einem durchschnittlichen Teilchendurchmesser von 50 μm und einer Teilchendurchmesserverteilung im Bereich von 10 bis 200 μm herzustellen. Ein Pulvergemisch aus dem pulverförmigen Quarz und dem Siliciumnitridpulver wurde nach dem gleichen Verfahren wie in Beispiel 1 hergestellt. Mit im wesentlichen dem gleichen Verfahren wie in Beispiel 1 wurden 300 g pulverförmiger Quarz in einen Kohlenstoffschmelztiegel eingegeben, und dann wurden 900 g des Pulvergemischs auf den pulverförmigen Quarz gegeben. Der eingefüllte pulverförmige Quarz und das eingegebene Pulvergemisch hatten eine Packungsdichte von 1,4 g/cm³. Die eingegebenen Rohmaterialien wurden erhitzt und dann nach dem gleichen Verfahren wie in Beispiel 1 abgekühlt, und man erhielt einen säulenförmigen trüben Silicium(IV)-oxid-Glasgegenstand, der aus einem trüben Bereich 15 und einem transparenten Bereich 16, der fest mit dem trüben Bereich 15 verbunden ist, wie in den 14 und 15 gezeigt ist, zusammengesetzt war.
Beispiel 4
Die Verfahren von Beispiel 1 wurden wiederholt, um einen säulenförmigen trüben Silicium(IV)-oxid-Glasgegenstand herzustellen, der aus einem trüben Bereich 15 und einem transparenten Bereich 16, der fest mit dem trüben Bereich 15 verbunden ist, wie in 14 und 15 gezeigt ist, zusammengesetzt war, wobei der Schmelztiegel, der mit dem pulverförmigen Quarz und dem Pulvergemisch gefüllt war, bei 1850°C anstelle von 1800°C im Elektroofen gehalten wurde und alle anderen Bedingungen gleich blieben. Der eingefüllte pulvrige Quarz und das eingegebene Pulvergemisch hatten eine Packungsdichte von 1,4 g/cm³, was gemessen wurde, bevor der eingefüllte pulverförmige Quarz und das eingefüllte Pulvergemisch auf 1850°C erhitzt wurden.
Beispiel 5
Die Verfahren von Beispiel 1 wurden wiederholt, um einen säulenförmigen trüben Silicium(IV)-oxid-Glasgegenstand herzustellen, der aus einem trüben Bereich 15 und einem transparenten Bereich 16, der fest mit dem trüben Bereich 15 verbunden war, wie in den 14 und 15 gezeigt ist, zusammengesetzt war, worin, der Tiegel, nachdem er mit dem pulverförmigen Quarz und dem Pulvergemisch befüllt worden war, bei 1800°C für 10 Minuten im Elektroofen gehalten wurde, Stickstoffgas in den Elektroofen eingeführt wurde, bis der Innendruck 2,0 kgf/cm² erreichte und das Erhitzen abgebrochen wurde. Alle anderen Bedingungen waren die gleichen. Der eingefüllte pulverförmige Quarz und das eingefüllte Pulvergemisch hatten eine Packungsdichte von 1,4 g/cm³, die gemessen wurde, bevor der eingefüllte pulverförmige Quarz und das eingefüllte Pulvergemisch auf 1800°C erhitzt wurden.
Beispiel 6
Pulverförmiges amorphes Silicium(IV)-oxid mit einem mittleren Teilchendurchmesser von 300 μm und einer Teilchendurchmesserverteilung im Bereich von 50 bis 1000 μm wurde mit einem Verfahren hergestellt, bei dem Natriumsilicat mit einer Säure umgesetzt wurde und dann das Reaktionsprodukt erhitzt wurde. Das pulverförmige amorphe Siliciumoxid wurde mit einer Trockenkugelmühle pulverisiert und weiterhin ausgesiebt, um ein pulverförmiges Siliciumoxid mit einem durchschnittlichen Teilchendurchmesser von 180 μm und einer Teilchendurchmesserverteilung im Bereich von 10 bis 600 μm zu erhalten. Es wurde eine pulverförmige amorphe Siliciumoxid/Siliciumnitrid-Mischung nach dem gleichen Verfahren wie in Beispiel 1 aus 100 Gew.-teilen pulverförmigem Siliciumoxid und 0,01 Gew.-teilen des gleichen pulverförmigen Siliciumnitrids wie das in Beispiel 1 folgendermaßen hergestellt. 300 g des pulverförmigen amorphen Siliciumoxids als Rohmaterial zur Bildung des transparenten Bereichs wurden in den gleichen Kohlenstoffschmelztiegel wie in Beispiel 1 eingefüllt und 900 g der pulverförmigen amorphes Siliciumoxid/Siliciumnitrid-Mischung als Rohmaterial zur Bildung des trüben Bereichs wurden auf das eingefüllte pulverförmige amorphe Siliciumoxid eingegeben. Das eingefüllte pulverförmige amorphe Siliciumoxid und die eingefüllte amorphes Siliciumoxid/Siliciumnitrid-Mischung hatten eine Packungsdichte von 0,81 g/cm³. Die eingefüllten Materialien wurden erhitzt und dann unter den gleichen Bedingungen wie in Beispiel 1 abgekühlt, um einen säulenförmigen trüben Silicium(IV)-oxid-Glasgegenstand herzustellen, der aus einem trüben Bereich 15 und einem transparenten Bereich 16, der fest mit dem trüben Bereich 15 verbunden ist, wie in 14 und 15 gezeigt ist, zusammengesetzt war.
Beispiel 7
Pulverförmiges amorphes Siliciumoxid mit dem gleichen durchschnittlichen Teilchendurchmesser und der gleichen Teilchendurchmesserverteilung wie in Beispiel 6 wurde mit einem Verfahren hergestellt, bei dem Siliciumalkoxid mit Wasser umgesetzt wurde und dann das Reaktionsprodukt erhitzt wurde. Das pulverförmige amorphe Siliciumoxid wurde mit einer Trockenkugelmühle pulverisiert und weiterhin ausgesiebt, um ein pulverförmiges amorphes Siliciumoxid mit einem durchschnittlichen Teilchendurchmesser von 180 μm und einer Teilchendurchmesserverteilung im Bereich von 10 bis 600 μm zu erhalten. Eine pulverförmige Mischung aus amorphem Siliciumoxid/Siliciumnitrid wurde nach dem gleichen Verfahren wie in Beispiel 1 aus 100 Gew.-Teilen des pulverförmigen amorphen Siliciumoxids und 0,01 Gew.-teilen des gleichen pulverförmigen Siliciumnitrids wie in Beispiel 1 wie folgt hergestellt. 300 g des pulverförmigen amorphen Siliciums als Rohmaterial zur Bildung des transparenten Bereichs wurden in den gleichen Kohlenstoffschmelztiegel wie in Beispiel 1 eingefüllt, und 900 g der pulverförmigen Mischung aus amorphem Siliciumoxid/Siliciumnitrid zur Bildung des trüben Bereichs wurden auf das eingefüllte pulverförmige Siliciumoxid gegeben. Das eingefüllte pulverförmige amorphe Siliciumoxid und das eingefüllte Gemisch aus amorphem Siliciumoxid/Siliciumnitrid hatten eine Packungsdichte von 0,81 g/cm³. Die eingefüllten Materialien wurden erhitzt und dann unter den gleichen Bedingungen wie in Beispiel 1 abgekühlt, und man erhielt einen säulenförmigen trüben Silicium(IV)-oxid-Glasgegenstand, der aus einem trüben Bereich und einem transparenten Bereich, der fest mit dem trüben Bereich verhaftet ist, zusammengesetzt war.
Die Röntgenstrahlbeugungsanalyse der in den Beispielen 1 bis 7 hergestellten trüben Silicium(IV)-oxid-Glasgegenstände hat ergeben, dass der trübe Bereich und der transparente Bereich jeweils in den trüben Silicium(IV)-oxid-Glasgegenständen im Glaszustand waren.
Die Eigenschaften der in den Beispielen 1 bis 7 hergestellten trüben Silicium(IV)-oxid-Gegenständen wurden bewertet. So sind die scheinbare Dichte, der durchschnittliche Blasendurchmesser und die Blasenmenge im trüben Bereich von jedem Glasgegenstand in Tabelle 1 gezeigt.
Der Totalquerschnittsbereich der Blasen und die Lichtdurchlässigkeit des trüben Bereichs von jedem Glasgegenstand sind in Tabelle 2 gezeigt. Die scheinbare Dichte, Menge der Blasen mit einem Durchmesser von mindestens 100 μm und die Lichtdurchlässigkeit des transparenten Bereichs sind in Tabelle 3 gezeigt.
Tabelle 1
Tabelle 2
Tabelle 3
Vergleichsbeispiel 1
Der gleiche pulverförmige Quarz wie in Beispiel 1 wurde mit einer Trockenkugelmühle pulverisiert und weiterhin in Ethanol bis zur Sedimentation dispergiert. Somit wurde ein pulverförmiger Quarz mit einem durchschnittlichen Teilchendurchmesser von 5 μm und einer Teilchendurchmesserverteilung im Bereich von 1 bis 10 μm in Abhängigkeit des Unterschieds in der Sedimentationsrate erhalten. Ein Gemisch aus pulverförmigen Silicium(IV)-oxid-Siliciumnitrid wurde aus dem in dieser Weise hergestellten pulverförmigen Siliciumoxid und dem gleichen Siliciumnitridpulver wie in Beispiel nach dem gleichen Verfahren wie in Beispiel 1 hergestellt. Mit im wesentlichen dem gleichen Verfahren wie in Beispiel 1 wurden 300 g des pulverförmigen Quarz in einen Kohlenstoffschmelztiegel gegeben, und dann wurden 900 g des Gemisch aus pulverförmigen Siliciumoxid/Siliciumnitrid auf den pulverförmigen Quarz eingefüllt. Der eingefüllte pulverförmige Quarz und das eingefüllte Pulvergemisch hatten eine Packungsdichte von 0,90 g/cm³. Die eingefüllten Rohmaterialien wurden erhitzt und dann nach dem gleichen Verfahren wie in Beispiel 1 abgekühlt, und man erhielt einen säulenförmigen trüben Silicium(IV)-oxid-Glasgegenstand, der aus einem trüben Bereich und einem transparenten Bereich, der fest mit dem trüben Bereich verhaftet war, zusammengesetzt war.
Die Röntgenstrahlbeugungsanalyse des säulenförmigen trüben Silicum(IV)-oxid-Glasgegenstands zeigte, dass sowohl der trübe Bereich als auch der transparente Bereich im Glaszustand waren. Allerdings wies der trübe Bereich eine geringe scheinbare Dichte, das heißt, 1,2 g/cm³ auf, und als der Glasgegenstand durchgeschnitten wurde und der Querschnitt visuell untersucht wurde, zeigte sich, dass der Glasgegenstand Poren mit einem Durchmesser von etwa 2 bis 5 mm aufwies. Der transparente Bereich wies ebenfalls eine geringe scheinbare Dichte auf, das heißt, 2,15 g/cm³, und es hat sich gezeigt, dass er Poren mit einem Durchmesser von etwa 2 mm aufwies.
Vergleichsbeispiel 2
Die Verfahren von Beispiel 1 wurden wiederholt, um einen säulenförmigen trüben Silicium(IV)-oxid-Glasgegenstand herzustellen, der aus einem trüben Bereich 15 und einem transparenten Bereich 16, der fest mit dem trüben Bereich 15 verbunden ist, wie in den 14 und 15 gezeigt ist, zusammengesetzt war, wobei der mit dem pulverförmigen Quarz und dem Pulvergemisch befüllte Schmelztiegel bei 1950°C anstelle von 1800°C gehalten wurde und der Innendruck des Elektroofens von 1,0 kg/cm² geändert wurde und alle anderen Bedingungen gleich blieben. Der eingefüllte pulverförmige Quarz und das eingefüllte Pulvergemisch hatten eine Packungsdichte von 1,4 g/cm³, die gemessen wurde, bevor der eingefüllte pulverförmige Quarz und das eingefüllte Pulvergemisch auf 1950°C erhitzt wurden.
Die Röntgenstrahlbeugungsanalyse des säulenförmigen trüben Silicium(IV)-oxid-Glasgegenstands hat ergeben, dass sowohl der trübe Bereich als auch der transparente Bereich im Glaszustand waren. Allerdings wies der trübe Bereich eine geringe scheinbare Dichte auf, das heißt 1,5 g/cm³. Der durchschnittliche Blasendurchmesser betrug 200 μm, und der trübe Silicium(IV)-oxid-Glasgegenstand war sehr brüchig.
Beispiel 8
Ein pulverförmiges Gemisch aus Quarz/Siliciumnitrid wurde nach dem gleichen Verfahren in Beispiel 1 hergestellt, wobei die Menge des pulverförmigen Siliciumnitrids auf 0,03 Gew.-teile, bezogen auf 100 Gew.-teile des pulverförmigen Quarz geändert wurde und alle anderen Bedingungen gleich blieben.
Wie in 16 gezeigt ist, wurden 16,5 g des gleichen pulverförmigen Quarz 19 wie in Beispiel 1 in eine Kohlenstoffform mit einem ringförmigen Hohlraum mit einem Außendurchmesser von 440 mm, einem Innendurchmesser von 270 mm und einer Tiefe von 100 mm, die einen Kohlenstofffilz 18 mit einer Dicke von 5 mm, der an der Innenwand der Form 10 haftete, aufwies, eingefüllt. Der Zustand des eingefüllten pulverförmigen Quarz 19 ist in 16 gezeigt. Die Form 10 wurde in einen Elektroofen eingegeben, und die Innenatmosphäre wurde auf einen Druck von 1 × 10^–3 mm Hg unter Vakuum gesetzt. Dann wurde die Temperatur von Raumtemperatur auf 1800°C bei einer Rate von 300°C/Stunde erhöht. Die Form wurde bei 1800°C für 10 Minuten gelassen, und dann wurde der Schalter des Elektroofens ausgestellt, und man ließ die Form stehen. Die Innentemperatur des Elektroofens erreichte 1000°C etwa 50 Minuten später und sie fiel dann nach und nach auf Raumtemperatur zurück. Der in dieser Weise hergestellte transparente ringförmige Silicium(IV)-oxid-Glasgegenstand wurde zur Herstellung von Proben zerschnitten, und ihre Eigenschaften wurden bewertet. Die scheinbare Dichte, die Menge der Blasen mit einem Durchmesser von mindestens 100μm und die Durchlässigkeit mittels Bestrahlung mit Licht einer Wellenlänge von 300 bis 900 nm der Probe betrugen 2,20 g/cm³, 50 Blasen pro cm³ und 92 bis 95%. Der transparente ringförmige Silicium(IV)-oxid-Glasgegenstand wurde zu einem transparenten ringförmigen Silicium(IV)-oxid-Gegenstand mit einem Außendurchmesser von 440 mm, einem Innendurchmesser von 270 mm und einer Dicke (Höhe) von 10 mm verarbeitet und er wurde als Rohmaterial zur Bildung des transparenten Bereichs verwendet.
Wie in 17 gezeigt ist, wurde der oben erwähnte transparente ringförmige Silicium(IV)-oxid-Glasgegenstand 20 zur Bildung des transparenten Bereichs auf den Boden der gleichen Form 10, die oben erwähnte Kohlenstoffform, eingesetzt, die einen Kohlenstofffilz 18 aufwies, der an ihrer Innenwand anhaftete, und 5 kg des oben erwähnten pulvrigen Siliciumoxid/Siliciumnitrid-Gemischs 21 wurde auf den transparenten ringförmigen Silicium(IV)-oxid-Glasgegenstand 20 gegeben. Die eingefüllte pulverförmige Siliciumoxid/Siliciumnitrid-Mischung 21 hatte eine Packungsdichte von 1,4 g/cm³.
Die mit den Rohmaterialien beladene Form wurde in einen Elektroofen eingegeben, und die Innenatmosphäre des Ofens wurde auf einen Druck von 1 × 10^–3 mm Hg unter Vakuum gesetzt. Dann wurde die Temperatur von Raumtemperatur auf 1800°C bei einer Geschwindigkeit von 300°C/Stunde erhöht. Die Form wurde bei 1800°C für 10 Minuten belassen, und dann wurde Stickstoffgas in den Elektroofen eingeführt, bis der Innendruck Normaldruck (1 kgf/cm²) erreichte und das Erhitzen gestoppt wurde. Danach wurde der Schalter des Elektroofens ausgestellt, und man ließ den Tiegel stehen. Die Innentemperatur des Elektroofens erreichte 1000°C etwa 50 Minuten später und sie fiel nach und nach auf Raumtemperatur ab.
Wie in 18 gezeigt ist, war der in dieser Weise hergestellte Glasgegenstand ein ringförmiger trüber Silicium(IV)-oxid-Glasgegenstand mit einer Struktur, die aus einem trüben ringförmigen Bereich 23 und einem transparenten ringförmigen Bereich 22, der fest mit dem trüben Bereich 23 verbunden war, zusammengesetzt war.
Die Röntgenstrahlbeugungsanalyse des trüben ringförmigen Silicium(IV)-oxid-Glasgegenstands zeigte, dass der trübe Bereich und der transparente Bereich im Glaszustand waren. Die Eigenschaften des trüben ringförmigen Silicium(IV)-oxid-Glasgegenstands. Die scheinbare Dichte, der durchschnittliche Blasendurchmesser und die Blasenmenge des trüben Bereichs des Glasgegenstands sind in Tabelle 1 gezeigt. Der Totalquerschnittsbereich der Blasen und die Lichtdurchlässigkeit des trüben Bereichs des Glasgegenstands sind in Tabelle 2 gezeigt. Die scheinbare Dichte, die Menge der Blasen mit einem Durchmesser von mindestens 100 μm und die Lichtdurchlässigkeit des transparenten Bereichs sind in Tabelle 3 gezeigt.
Vergleichsbeispiel 3
Mit den gleichen Verfahren wie in Beispiel 8 wurde ein pulverförmiges Quarz/Siliciumnitridgemisch als Rohmaterial für die Bildung des trüben Bereichs des trüben Silicium(IV)-oxid-Glasgegenstands hergestellt, wobei pulvriges Quarz mit einem durchschnittlichen Teilchendurchmesser von 700 μm und einer Teilchendurchmesserverteilung im Bereich von 500 bis 1000 μm verwendet wurden und alle anderen Bedingungen gleich blieben, und weiterhin wurde ein transparenter ringförmiger Silicium(IV)-oxid-Glasgegenstand als Rohmaterial zur Bildung des transparenten Bereichs des trüben Silicium-(IV)-oxid-Glasgegenstands hergestellt.
Der transparente ringförmige Silicium(IV)-oxid-Glasgegenstand wurde auf den Boden der gleichen Kohlenstoffform wie in Beispiel 8 gesetzt, und 5 g des pulverförmigen Quarz/Siliciumnitrid-Gemischs wurden auf den transparenten ringförmigen Silicium(IV)-oxid-Gegenstand gegeben. Der eingegebene transparente ringförmige Silicium(IV)-oxid-Glasgegenstand hatte eine Packungsdichte von 0,78 g/cm³. Die mit den Rohmaterialien befüllte Form wurde in einen Elektroofen gestellt und erhitzt und gekühlt unter den gleichen Bedingungen wie in Beispiel 8, und man erhielt einen trüben ringförmigen Silicium(IV)-oxid-Gegenstand mit einer Struktur, die aus einem trüben Bereich 23 und einem transparenten Bereich 22, der fest mit dem trüben Bereich 23 verbunden war, wie in 19 gezeigt ist, zusammengesetzt war.
Die Röntgenstrahlbeugungsanalyse des trüben ringförmigen Silicium(IV)-oxid-Glasgegenstands zeigte, dass der trübe Bereich 23 und der transparente Bereich 22 im Glaszustand waren. Allerdings hatte der trübe Bereich 23 eine geringe scheinbare Dichte, das heißt 1,4 g/cm³, und als der Glasgegenstand zerschnitten wurde und der Querschnitt visuell untersucht wurde, hat sich gezeigt, dass der Glasgegenstand Poren mit einem Durchmesser von etwa 0,5 bis 1 μm aufwies. Der transparente Bereich 22 hatte ebenfalls eine geringe scheinbare Dichte, das heißt, 2,17 g/cm³ und es hat sich erwiesen, dass er Poren mit einem Durchmesser von etwa 1 mm aufwies.
Das gleiche pulverförmige Quarz/Siliciumnitridgemisch und der gleiche transparente ringförmige Siliciumoxid-Glasgegenstand wie in Beispiel 8 wurden hergestellt. Wie weiterhin in 19 gezeigt ist, waren eine Vielzahl von Poren 24 mit einem Durchmesser von etwa 2 bis 3 mm an der Grenze zwischen dem trüben Bereich 23 und dem transparenten Bereich 22 vorhanden.
Vergleichsbeispiel 4
Der transparente ringförmige Silicium(IV)-oxid-Glasgegenstand wurde auf den Boden der gleichen Kohlenstoffform wie in Beispiel 8 gesetzt, und wurde es das pulverförmige Quarz/Siliciumnitrid-Gemisch auf den transparenten ringförmigen Silicium(IV)-oxid-Glasgegenstand eingegeben. Der eingegebene transparente ringförmige Silicium-oxid-Glasgegenstand hatte eine Packungsdichte von 1,4 g/cm³. Die mit den Rohmaterialien beladene Form wurde in einen Elektroofen gestellt, und die Innenatmosphäre wurde auf einen Druck von 1 × 10^–3 mm Hg unter Vakuum gesetzt. Dann wurde Stickstoffgas in den Elektroofen eingeführt, bis der Innendruck Normaldruck (1 kgf/cm²) erreichte, und dann wurde die Temperatur von Raumtemperatur auf 1800°C bei einer Rate von 300°C/Std. erhöht. Die Form wurde bei 1800°C für 10 Minuten belassen, und dann wurde das Erhitzen gestoppt. Nachdem der Schalter des Elektroofens ausgeschaltet worden war, ließ man die Form stehen. Die Innentemperatur des Elektroofens erreichte 1000°C etwa 50 Minuten später und fiel dann nach und nach auf Raumtemperatur ab.
Wie in 19 gezeigt ist, war der in dieser Weise hergestellte Glasgegenstand ein ringförmiger trüber Silicium(IV)-oxid-Glasgegenstand mit einer Struktur, die aus einem trüben Bereich 23 und einem transparenten Bereich 22, der fest mit dem trüben Bereich 23 verbunden war, zusammengesetzt war.
Die Röntgenstrahlbeugungsanalyse des trüben ringförmigen Silicium(IV)-oxid-Glasgegenstands zeigte, dass der trübe Bereich 23 und der transparente Bereich 22 im Glaszustand waren. Allerdings hatte der trübe Bereich 23 eine geringe scheinbare Dichte, das heißt, 1,2 g/cm³, und als der Glasgegenstand zerschnitten wurde und der Querschnitt visuell untersucht wurde, ist festgestellt worden, dass sich die Blasen ungleichmäßig im Glasgegenstand verteilt hatten, das heißt, die Menge der Blasen war kreisförmig nach außen gegen den Oberflächenbereich erhöht. Wie außerdem in 19 gezeigt ist, waren eine Vielzahl von Poren mit einem Durchmesser von etwa 2 bis 3 mm an der Grenze zwischen dem trüben Bereich 23 und dem transparenten Bereich 22 vorhanden.
Vergleichsbeispiel 5
Nach den gleichen Verfahren wie in Vergleichsbeispiel 4 wurde ein trüber ringförmiger Silicium(IV)-oxid-Glasgegenstand mit einem trüben Bereich und einem transparenten Bereich hergestellt, wobei das pulverförmige Siliciumnitrid nicht als Rohmaterial zur Bildung des trüben Bereichs verwendet wurde und alle anderen Bedingungen gleich blieben. Der pulverförmige Quarz, der in die Form als Rohmaterial zur Bildung des trüben Bereichs eingefüllt worden war, hatte eine scheinbare Dichte von 1,4 g/cm³.
Wie in 19 gezeigt ist, zeigte die Röntgenstrahlbeugungsanalyse des trüben ringförmigen Silicium(IV)-oxid-Glasgegenstands, dass der trübe Bereich 23 und der transparente Bereich 22 im Glaszustand waren. Allerdings hatte der trübe Bereich eine geringe scheinbare Dichte, das heißt 1,5 g/cm³, und als der Gegenstand zerschnitten wurde und der Querschnitt visuell untersucht wurde, ist festgestellt worden, dass die Menge der Blasen kreisförmig nach außen gegen den Oberflächenbereich erhöht war. Wie weiterhin in 19 gezeigt ist, waren eine Vielzahl von Poren 24 mit einem Durchmesser von etwa 2 bis 3 mm an der Grenze zwischen dem trüben Bereich und dem transparenten Bereich 22 vorhanden.
Die Vorteile des erfindungsgemäßen trüben Silicium(IV)-oxid-Glasgegenstands und des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung desselben sind nun nachfolgend zusammengefaßt.

(1) Der trübe Bereich des trüben Silicium(IV)-oxid-Glasgegenstands ist aus einem pulverförmigen Siliciumoxid zusammengesetzt, das darin gleichmäßig dispergiert eine vorbestimmte Menge an pulverförmigem Siliciumnitrid aufweist. Die Menge und Durchmesser der Blasen und die scheinbare Dichte des Silicium(IV)-oxid-Glasgegenstands werden durch die Menge des pulverförmigen Siliciumnitrids, des Teilchendurchmessers des pulverförmigen Siliciumoxids und die Schmelztemperatur gesteuert, und deswegen kann ein trüber Silicium(IV)-oxid- Glasgegenstand mit ausgezeichneter Hitzeisolierungseigenschaft hergestellt werden.
(2) Die Blasen werden im geschmolzenen Material durch Verglasen des pulverförmigen Siliciumoxids und Zersetzung des pulverförmigen Siliciumnitrids gebildet, und deswegen werden Verunreinigungen, wie Alkalimetalle, nicht in den Glasgegenstand eingeschlossen. Wenn des weiteren das Rohmaterial geschmolzen wird, wird darin keine Hydroxygruppe eingeschlossen, sondern sie verdampft daraus. Daher ist der Gehalt an Hydroxylgruppen auf ein Minimum herabgesetzt und die unerwünschte Verminderung der Viskosität bei hoher Temperatur des Silicium(IV)-oxid-Gegenstands kann umgangen werden. Wenn des weiteren ein transparenter geformter Silicium(IV)-oxid-Glasgegenstand als Rohmaterial für die Bildung des transparenten Bereichs des trüben Silicium(IV)-oxid-Glasgegenstands verwendet wird, weist der erhaltene trübe Silicium(IV)-oxid-Glasgegenstand eine gute Beständigkeit gegenüber Zerstörung auf.
(3) Blasen werden nicht gebildet oder nur zu einem vernachlässigbaren Ausmaß an der Grenze zwischen dem trüben Bereich und dem transparenten Bereich, und deswegen sind diese beiden Bereiche fest miteinander verbunden. Wenn der Silicium(IV)-oxid-Glasgegenstand gereinigt wird, wird der Oberflächenbereich nicht ohne weiteres abgetragen. Der Glasgegenstand hat eine glatte Oberfläche, und die Oberfläche zeigt ein gutes Verhaftungsvermögen. Daher ist der Silicium(IV)-oxid-Glasgegenstand insbesondere als Flanschelement, das an einem Ofenrohr zum Erhitzen von Wafers angebracht ist, geeignet.
(4) Der trübe Silicium(IV)-oxid-Glasgegenstand kann mit einer hitzebeständigen Form jeder gewünschten Gestalt hergestellt werden, und deswegen kann er jede gewünschte Form, wie eine Flanschform, Ringform, Säulenform, Vierkantpfeilerform und Hohlvierkantpfeilerform oder jede andere komplizierte Form einnehmen. Die Formgebung ist nicht kompliziert. Der Ausschuß bei der Produktion ist sehr gering, und es kann ein Silicium(IV)-oxid-Glasgegenstand jeder gewünschten Größe und Form hergestellt werden. Eine Nachbehandlung, wie eine Maschinenbearbeitung, kann weggelassen werden oder nur in geringem Maße durchgeführt werden.
(5) Das pulverförmige Rohmaterial zur Bildung des trüben Bereichs kann bei relativ niedriger Temperatur geschmolzen werden, und wenn dann ein transparenter Silicium(IV)-oxid-Glasgegenstand als Rohmaterial zur Bildung des transparenten Bereichs verwendet wird, kann der trübe Silicium(IV)-oxid-Glasgegenstand hergestellt werden, ohne dass der transparente Silicium(IV)-oxid-Glasgegenstand wesentlich geschmolzen wird.

Claims

Trüber Silicium(IV)-oxid-Glasgegenstand, der einen transparenten Bereich und einen trüben Bereich aufweist, worin das Glas des trüben Bereichs eine scheinbare Dichte von 1,80 bis 2,12 g/cm³ aufweist und 5 × 10⁴ bis 5 × 10⁶ Blasen pro cm³ des Glases enthält, wobei die Blasen einen durchschnittlichen Blasendurchmesser von 10 bis 100 μm aufweisen und das Glas des transparenten Bereichs eine scheinbare Dichte von 2,19 bis 2,21 g/cm³ aufweist und die Menge der Blasen mit einem Durchmesser von mindestens 100 μm im transparenten Bereich nicht mehr als 1 × 10³ pro cm³ des Glases beträgt.
Trüber Silicium(IV)-oxid-Glasgegenstand nach Anspruch 1, worin die lineare Transparenz, die durch Bestrahlen des Glasgegenstands mit Licht mit einer Wellenlänge von 300 bis 900 nm gemessen wird und als der Wert bei einer Dicke von 1 mm ausgedrückt wird, des trüben Bereichs nicht größer als 5% und diejenige des transparenten Bereichs mindestens 90% betragen.
Trüber Silicium(IV)-oxid-Glasgegenstand nach Anspruch 1, worin die Form des trüben Silicium(IV)-oxid-Glasgegenstands eine Flanschform, Ringform, Säulenform, ein Vierkantpfeiler oder ein Hohlvierkantpfeiler ist.
Verfahren zur Herstellung eines trüben Silicium(IV)-oxid-Glasgegenstands nach einem der Ansprüche 1 bis 3, das die Schritte umfasst: Beladen einer hitzebeständigen Form mit einem Rohmaterial zur Ausbildung des trüben Bereichs des Silicium(IV)-oxid-Glasgegenstands, das eine gleichmäßige Mischung darstellt, die ein fein verteiltes Silicium(IV)-oxid-Pulver mit einem durchschnittlichen Teilchendurchmesser von 10 bis 500 μm mit 0,001 bis 0,05 Gew.-teilen, bezogen auf 100 Gew.-teile des Silicium(IV)-oxidpulvers, eines fein verteilten Siliciumnitridpulvers umfasst, und einem Rohmaterial zum Ausbilden des transparenten Bereichs des Silicium(IV)-oxid-Glasgegenstands, so dass die beiden Rohmaterialien in den Bereichen lokalisiert werden, die dem trüben Bereich bzw. dem transparenten Bereich des herzustellenden Silicium(IV)-oxid-Glasgegenstands entsprechen und Erhitzen der Rohmaterialien im Vakuum bei einer Temperatur im Bereich der Schmelztemperatur der Rohmaterialien und 1900°C, wobei die Rohmaterialien verglast werden.
Verfahren zur Herstellung eines trüben Silicium(IV)-oxid-Glasgegenstands nach Anspruch 4, worin das Rohmaterial zur Bildung des transparenten Bereichs ein fein verteiltes Silicium(IV)-oxidpulver mit einem durchschnittlichen Durchmesser von 10 bis 500 μm ist.
Verfahren zur Herstellung eines trüben Silicium(IV)-oxid-Glasgegenstands nach Anspruch 4, worin das Rohmaterial zur Bildung des Silicium(IV)-oxid-Glasgegenstands ein transparenter geformter Silicium(IV)-oxid-Glasgegenstand ist.
Verfahren zur Herstellung des trüben Silicium(IV)-oxid-Glasgegenstands nach Anspruch 6, worin der transparente geformte Silicium(IV)-oxid-Glasgegenstand eine Ringform aufweist.