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    • 专利摘要:

    公开号:WO1985004162A1
    申请号:PCT/DE1985/000085
    申请日:1985-03-15
    公开日:1985-09-26
    发明作者:Gerhard Lindemann
    申请人:Sacher, Leo, K.；
    IPC主号:C03B20-00
    专利说明:
    [0001] Verfahren zur Herstellung eines zur Erzeugung von reinem Quarzglas geeigneten Produktes, sowie Ver¬ fahren zur Erzeugung reinen Quarzglases aus diesem Produkt und Verwendung dieses Produktes für die Züchtung von Piezokristallen.
    [0002] Die Erfindung beschäftigt sich mit der Herstellung von rein Quarzglas und richtet sich insbesondere auf die Herstellung eines zur Erzeugung solchen reinen Quarzglases geeigneten Produktes aus Quarzsorten, die bis jetzt als zur Herstellun reinen Quarzglases für ungeeignet befunden wurden. Ferner betrifft die Erfindung die Verwendung des aus solchen Quarz sorten gemäß der Erfindung gewonnenen Produktes für die Züchtung von Piezokristall en .
    [0003] Seit Beginn der industriellen Verarbeitung ' von Quarz zu Quarzglas (Kieselglas) etwa um die Jahrhundertwende werden für diesen Zweck Rohquarze verwendet, die aus den unter¬ schiedlichen Lagerstätten allein unter dem Gesichtspunkt ausgewählt wurden, daß sie mehr oder weniger wasserklar, zumindest aber transparent waren.
    [0004] Die aus diesem Rohmaterial erschmolzenen Quarzgläser waren, zum Teil auch durch unterschiedliche Verfahrensführung bedingt, mehr oder weniger wasserklar, bzw. wenigstens transparent.
    [0005] Durch Verbesserung der Schmelz- und Verarbeitungstechnik konnten Transparenz und optisches Verhalten durch z. B. Minimierung des Blasengehaltes, homogenisieren und ähnliches auch von solchen Quarzgläsern, die aus nicht völlig wasser¬ klaren, sondern nur transparenten Rohquarzen erschmolzen worden waren, an die Eigenschaften von Quarzgläsern ange¬ glichen werden, die wasserklaren Rohquarzen erschmolzen worden s i nd .
    [0006] Die Suche nach einer Verbesserung der Verfahrenstechniken wurde im zunehmenden Maße notwendig, weil die Reserven an wasserklaren Rohquarz nicht ausreichen, um den wachsenden Bedarf zu decken.
    [0007] Bei den bekannten Verfahren zum Erschmelzen von Quarzglas wird der gewonnene wenigstens transparente Rohrquarz in Stücke von bis zu ca. 100 g gebrochen- und über den Alpha-Beta-Umwandlungspunkt des Quarzes von 573 °C erhitzt und sodann in weichem oder entsalztem oder deionisiertem Wasser abgeschreckt.
    [0008] Das so erhaltene hochreine Produkt wird sodann in einer Achat-Mühle oder mittels ähnlich abriebunprobl'ematischer Mahlwerkzeuge auf eine Körnung unt-er ca. 1 mm herunterge¬ mahlen, gesiebt, fraktioniert und gegebenenfalls mechanisch und/oder chemisch nachgereinigt, um bestimmte Oberflächen¬ kontaminationen zu beseitigen, die durch das Zerkleinerungs verfahren in das Produkt gelangt sind. Dieses Erzeugnis kann z. B. im Tiegel geschmolzen werden. Aus der Schmelze kann man einen Forrakörper abziehen. Das Produkt kann aber auch weiter auf eine noch geringere Korngröße vermählen und dann in einen Gas- oder Plasmabrenner eingeführt werden von dem es mit der Flamme auf einen Fangkörper auftrifft, wo sich ein Quarzglaskörper aufbaut.
    [0009] Es ist ferner ein Verfahren bekannt (IMC-Spruce-Pine, North Carolina), bei dem Pegmatit des Feldspates wegen mit gewöhn liehen Brech- und Mahlwerkzeugen zu flotationsfähiger Körnung < 300 μm aufbereitet und der im Pegmatit enthalten Quarz durch kombinierte mechanische und chemische Aufbereit zu einem Rohmaterial verarbeitet wird, das für gewöhnliche, aber nicht für höherwertige Quarzglasprodukte geeignet ist. Bei diesem Verfahren wird nämlich das hochreine Roh¬ material sowohl durch Flotationsrückstände als auch durch den Abrieb von den Zerkleinerungswerkzeugen in unerwünschter Weise kontaminiert, so daß es für eine große Zahl von Anwendungen, insbesondere für den Einsatz in der Optik, in der Halbleitertechnik in der Nachrichtentechnik (Lichtleitfasern) und in der Lampen¬ industrie nicht mehr brauchbar ist.
    [0010] Die in den vergangenen ca. 10 Jahren stark zunehmende Nachfrage nach Quarzglas für eine wachsende Anzahl von Anwendungsgebieten, wie in der Beleuchtungs industrie , der Halbleiterindustrie, der Nachrichtentechnik, in Verhüttungsbetrieben, in der Chemie und in der Optik stellt die Rohquarzl ieferanten vor kaum lösbare Aufgaben. Es ist abzusehen, daß die Reserven an wasserklarem und transparentem Ro quarz den ständig steigenden Bedarfszahlen der Quarzglas¬ erzeuger in Kürze nicht mehr gewachsen sein werden. Die an sich vorhandenen großen Reserven an keine Transparen aufweisendem Quarz (Milchquarz) werden bis heute für die Verarbeitung zu Quarzglas nicht ausgenutzt, weil die meisten dieser nicht mehr transparenten Quarze von Natur aus so verunreinigt sind, daß das daraus gewonnene Quarzgla keiner späteren Anwendung mehr zugeführt werden kann.
    [0011] Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren anzugeben, mit dem es möglich ist, aus keine Transparenz mehr auf¬ weisendem Quarz (Milchquarz) ein Produkt zu erzeugen, das als solches handelsfähig ist und vom Quarzglasherstelle zur Erzeugung reinen Quarzglases verwendet werden kann, wen er beim Erschmelzen dieses Produktes bestimmte, durch eine Weiterbildung der Erfindung sich ergebende Verfahrensbeding einhält.
    [0012] Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch folgende Verfahrensschritte:
    [0013] a) der aus der Lagerstätte gewonnene Milchquarz wird in Stücke von einer Größe zerkleinert, in der die Stücke in sich homogen sind;
    [0014] b) die gewonnenen Stücke werde in einem Säurebad gewaschen und anschließend mit deionisiertem Wasser gespült;
    [0015] c) die noch im Spülbad befindlichen Stücke werden nach dem Augenschein unter Ausscheiden kontaminierter und/ode verwachsener Stücke nach dem Grad ihrer Transluzenz ver¬ lesen und Stücke gleicher Transluzenz zu Gruppen zusamme gefaßt;
    [0016] d) die erhaltenen Gruppen von Stücken gleicher Transluzenz werden getrennt getrocknet oder naß oder" nach der Trockn zu einem Granulat aufgemahlen.
    [0017] Der verwendete milchige Rohquarz besteht zu 99,8 % aus SiO« Solcher Rohquarz findet sich beispielsweise in Arkansas/USA und dort insbesondere in der Blocker Lead Mine Nr. 4. Der KristallWassergehalt dieses ilchigen' Rohquarzes liegt bei etwa 0,2 %, die Summe der Kontaminationen unter 65 ppm.
    [0018] Die nachstehende Gegenüberstellung von Analysen eines wasse klaren bis transparenten Quarzes mit einem milchigen Quarz Chemische Analyse
    [0019] Transp. Milchquarz AI 15 15 in pp
    [0020] Fe 3 3
    [0021] Ca 1
    [0022] Mg 1 1
    [0023] Na 2 15-20
    [0024] K 2 7 Transp. Milchquarz
    [0025] Li 1 1
    [0026] Ti 1 1
    [0027] (weitere) kl 10 kl 20
    [0028] LOI (%) kl 0,001 kl 0,2
    [0029] (Analysen: neuester Stand mit AAS (ICP 5500 von Perkin Elrrer)gemessen)
    [0030] zeigt, daß neben dem beträchtlich höheren OH-Gehalt insbesondere der Na- und der K-Gehalt des milchigen Quarzes von den ntsprechenden Werten transparenter Quarze erheblich nach oben abweicht. Der Na-Gehalt liegt um einen Faktor ca. 10 und der K-Gehalt um einen solchen ca. 3 bis 5 höher.
    [0031] Im wesentl i-chen sind es diese erhöhten Gehalte an Na und K, die dem nicht mehr transparenten Quarz sein milchiges Aussehen verleihen und ihn damit für die konventionelle Verarbeitung zu Quarzglas ungeeignet machen.
    [0032] Das nach der Erfindung gewonnene Produkt läßt sich zur Erzeugung eines Formkörpers nach einem Verfahren verwenden, bei dem in üblicher Weise Quarz in einem Tiegel aus hochschmelzendem Metall oder Graphit unter Unterdruck bei einer Temperatursteigerung von 8 bis 10 °C/M bis auf eine Temperatur oberhalb 1735 °C geschmolzen und na einer Verweilzeit von 10 bis 30 Minuten aus dem Tiegel , ge¬ gebenenfalls nach vorheriger Druckerhöhung zum Formkörper abgezogen wird, wenn in Weiterbildung der Erfindung der erfindungsgemäße Quarz vor dem Einfüllen in den Tiegeln in einem Säurebad gereinigt, anschließend mit deionisiertem Wasser gespült und dann getrocknet wird, worauf das derart behandelte Produkt durch Erhitzen im entgasten Tiegel bei eine Terperatur von mehr als 1850 °C unter hohem Vakuum geschmol wi rά . Das Säurebad besteht dabei vorzugsweise aus Flu߬ säure.
    [0033] Das Erschmelzen unter einem hohen Vakuum, wie es vor¬ stehend als wesentlich genannt wird, erfolgt dabei vorteilhaft bei einem Vakuum von 10 Torr.
    [0034] Je nach dem Grad der milchigen Eintrübung des nach dem erfindungsgemäßen Verfahren gewonnenen Produktes kann es erforderlich sein, daß beim Erhitzen dieses Produktes eine Halteperiode von 10 bis 30 Minuten bei einer Temperatur des Gutes von etwas über 600 °C eingeschaltet wird, wobei die geringere Verweilzeit für einen Quarz mit geringerer Trübung, die höhere Verweilzeit für einen Quarz mit höherer Trübung gilt.
    [0035] Bei besonders trüben Ausgangsprodukten kann es zweckmäßig sein in Weiterbildung der Erfindung eine zweite Halte¬ periode von bis zu 30 Minuten bei einer Temperatur des Gutes von etwas über 1050 °C einzuschalten. Mit diesen Maßnahmen werden dann praktisch sämtliche noch in dem milchigen Quarz verbliebenen Verunreinigungen insbesondere an Na und K entweder unmittelbar ausgetrieben oder wenigs soweit aus dem Verband des Quarzkristalles gelöst, daß bei der nachfolgenden Erhitzung eine vollständige Ausscheidung erfolgt.
    [0036] Besonders zweckmäßig kann es sein, um diesen Reinigungs¬ vorgang zu unterstützen, vor dem Abziehen des Formkörpers aus dem Tiegel die Schmelze zwischen 30 und 10 Minuten auf einer Temperatur zwischen 1800 °C und 1850 °C zu halten.
    [0037] Das Ergebnis des erfindungsgemäßen Verfahrens ist ein Quar glas, das sich nicht mehr von einem Quarzglas unterscheide das aus einem völlig wasserklaren Ausgangsquarz hergestellt worden ist.
    [0038] Auch das aufgemahlene Endprodukt läßt sich bei der Er¬ zeugung eines Formkörpers aus reinem Quarzglas verwenden, bei dem gemahlener Quarz in einem Gas- oder Plasmabrenn geschmolzen und die den geschmolzenen Quarz enthaltende Flamme auf einen Fangkörper gerichtet wird, auf dem sich der Quarzglasformkörper aufbaut, wenn man von dem erfindung gemäß hergestellten Granulat ausgeht, dieses auf eine Korn¬ größe von 90 μm bis 300 μm weiter zerk einert, das so er¬ haltene zerkleinerte Granulat für ca. 30 bis 20 Minuten auf ca. 1050 bis ca. 1300 °C in einer Sauerstoff- und/oder Chloratmosphäre erhitzt, dann wieder auf Raumtemperatur abkühlt und schließlich in den Vorratsbehälter des Brenners abfüllt, von wo aus dieses Granulat in den Brenner selbst eingeführt wird.
    [0039] Mit der vorgeschlagenen Wärmebehandlung von 30 bis 20 Minut bei ca. 1050 bis ca. 1300 °C unter einer Sauerstoff und/ode Chloratmosphäre werden nicht nur das Kristallwasser und eventuelle Gaseinschlüsse sicher ausgetrieben, sondern auch die Alkaligehalte, insbesondere die Natrium- und Kalium¬ gehalte reduziert, die beim Ausgangsmaterial für das erfind gemäße Produkt bis zum Zehn- und Fünzehnfachen dessen vor¬ liegen können, das im wasserklaren Quarz vorhanden ist.
    [0040] Der Abbrand des aufgemahlenen Produktes im Gas- oder Plasma brenner erfolgt in üblicher Weise, so daß darauf nicht näher eingegangen zu werden braucht.
    权利要求:
    Claims P a t e n t a n s p r ü c h e
    1. Verfahren zur Herstellung eines zur Erzeugung reinen Quarzglases geeigneten Produktes aus natürlichem, keine Transparenz aufweisenden Quarz (Milchquarz), g e k e n n z e i c h n e t durch die folgenden Verfahrensschri tte:
    a) der aus der Lagerstätte gewonnene Milchquarz wird in •Stücke von einer Größe zerkleinert, in der die Stücke in sich homogen sind;
    b) die gewonnenen Stücke werden in einem Säurebad gewaschen und anschließend mit weichem oder entsalztem oder de- ioπisiertem Wasser gespült;
    c) die noch im Spülbad befindlichen Stücke werden nach dem Augenschein unter Ausscheiden kontam nierter und/oder verwachs'ener Stücke nach dem Grad ihrer Transluzenz verlesen und Stücke gleicher Transluzenz zu Gruppen zusammengefaßt;
    d) die erhaltenen Gruppen von Stücken gleicher Transluzenz werden getrennt getrocknet oder naß oder nach der Trocknung zu einem Granulat aufgemahlen.
    2. Verfahren zur Erzeugung eines Formkörpers aus reinem Quarzglas, bei dem Quarz in einem Tiegel aus hoch- schr.elzendem Metall oder Graphit unter Unterdruck bei einer Temperatursteigerung von 8 bis 10 °C pro Minute bis zu einer Temperatur oberhalb 1735 °C geschmolzen und nach einer Verweilzeit von 10 bis 30 Minuten aus dem Tiegel, gegebenenfalls nach vorheriger Drucker¬ höhung, zum Formkörper abgezogen wird, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß unter Verwendung eines nach den Verfahren nach Anspruch 1 hergestellten stückigen Produktes dieses Produkt vor dem Einfüllen in den Tiegel in einem Säurebad gereinigt, anschließend mit deion siertem Wasser gespült und dann getrocknet wird, worauf das derart behandelte Produkt in dem durch Erhitzen entgasten Tiegel bei einer Temperatur von mehr als 1850 °C unter hohem Vakuum geschmolzen wird.
    3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch g e k e n n ¬ z e i c h n e t , daß beim Erhitzen des Produktes eine Halteperiode von 10 bis 30 Minuten bei einer Temperatur des Gutes von etwas über 600 °C eingeschaltet wird.
    4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch g e k e n n ¬ z e i c h n e t , daß beim Erhitzen des Produktes eine zweite Halteperiode von bis zu 30 Minuten bei einer Temperatur des Gutes von etwas über 1050 °C eingeschaltet wi rd .
    5. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 2 bis 4, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß vor dem Abziehen des Formkörpers aus dem Tiegel die Schmelze zwischen 30 und 10 Minuten .auf einer Temperatur zwischen 1800 °C und 1850 °C gehalten wird.
    6. Verfahren zur Erzeugung eines Formkörpers aus reinem
    Quarzglas, bei dem granulierter Quarz in einem Gas- oder Plasmabrenner geschmolzen und die dem geschmolzenen Quarz enthaltende Flamme auf einen Fangkörper gerichtet wird, auf dem sich der Quarzglasformkörper aufbaut, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß unter Verwendung eines nach dem Verfahren nach Anspruch 1 hergestellten Granulats dieses Granulat auf eine Korngröße von 300 μm bis 90 μm zerkleinert, das erhaltene zerkleinerte Granulat für ca. 30 bis 20 Minuten auf 1050 bis ca. 1300 °C in einer Sauerstoff- und/oder Chlor¬ atmosphäre erhitzt, dann wieder auf Raumtemperatur abgekühlt und schließlich in den Vorratsbehälter des Brenners abgefüllt wird.
    7.- Verwendung des nach dem Verfahren nach Anspruch 1 erhaltene Produktes als Ausgangsmaterial für die Züchtung von Piezokristal1en im Autoklaven.
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    法律状态:
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    优先权:
    申请号 | 申请日 | 专利标题
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