QUARZGLAS AUS PYROGENEM SILIZIUMDIOXIDGRANULAT MIT GERINGEM OH-, CL- UND AL-GEHALT

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Quarzglaskörpers beinhaltend die Verfahrensschritte i.) Bereitstellen eines Siliziumdioxidgranulats aus einem pyrogenen Siliziumdioxidpulver, ii.) Bilden einer Glasschmelze aus dem Siliziumdioxidgranulat und iii.) Bilden eines Quarzglaskörpers aus zumindest einem Teil der Glasschmelze, wobei der Quarzglasköper einen OH-Gehalt von weniger als 10 ppm, einen Chlorgehalt von weniger als 60 ppm und einen Aluminiumgehalt von weniger als 200 ppb aufweist. Die Erfindung betrifft weiterhin einen Quarzglaskörper, der durch dieses Verfahren erhältlich ist. Weiterhin betrifft die Erfindung einen Formkörper und ein Gebilde, die jeweils durch Weiterverarbeiten des Quarzglaskörpers erhältlich sind. Hintergrund der Erfindung

Quarzglas, Quarzglaserzeugnisse und Erzeugnisse, die Quarzglas enthalten, sind bekannt. Ebenso sind verschiedene Verfahren zum Herstellen von Quarzglas und Quarzglaskörpern bereits bekannt. Nichtsdestotrotz werden weiterhin erhebliche Bemühungen unternommen, Herstellungsverfahren aufzuzeigen, mittels derer Quarzglas von noch höherer Reinheit, das bedeutet Abwesenheit von Verunreinigungen, hergestellt werden können. So werden bei manchen Einsatzgebieten von Quarzglas und seinen Verarbeitungsprodukten besonders hohe Anforderungen, zum Beispiel hinsichtlich Homogenität und Reinheit gestellt. Dies ist unter anderem der Fall bei Quarzglas, das in Produktionsschritten in der Halbleiterfertigung eingesetzt wird. Hier führt jede Verunreinigung des Glaskörpers potentiell zu Defekten der Halbleiter, und somit zu Ausschuss in der Fertigung. Die für diese Verfahren eingesetzten hochreinen Quarzglassorten werden daher sehr aufwendig hergestellt. Sie sind hochpreisig.

Weiterhin besteht im Markt der Wunsch nach dem bereits genannten hochreinen Quarzglas und Erzeugnissen daraus zu einem niedrigeren Preis. Daher besteht das Bestreben, hochreines Quarzglas zu einem niedrigeren Preis als bisher anbieten zu können. In diesem Hinblick werden sowohl kostengünstigere Herstellungsverfahren als auch günstigere Rohstoffquellen gesucht.

Bekannte Verfahren zum Herstellen von Quarzglaskörpern beinhalten das Schmelzen von Siliziumdioxid und das Formen zu Quarzglaskörpern aus der Schmelze. Unregelmäßigkeiten in einem Glaskörper, zum Beispiel durch den Einschluss von Gasen in Form von Blasen, können zu einem Versagen des Glaskörpers bei Belastung führen, insbesondere bei hohen Temperaturen, oder die Verwendung für einen bestimmten Zweck ausschließen. So können Verunreinigungen des quarzglasbildenden Rohstoffs zur Bildung von Rissen, Blasen, Streifen und Verfärbungen im Quarzglas führen. Verunreinigungen können außerdem im Glaskörper herausgearbeitet und auf die behandelten Halbleiterbauteile übertragen werden. Dies ist zum Beispiel bei Ätzverfahren der Fall und führt dann zu Ausschuss bei den Halbleiterrohlingen. Ein häufig auftretendes Problem bei den bekannten Herstellungsverfahren ist folglich eine ungenügende Qualität der Quarzglaskörper. Ein weiterer Aspekt betrifft die Rohstoffeffizienz. Es erscheint vorteilhaft, an anderer Stelle als Nebenprodukt anfallendes Quarzglas und Rohstoffe dafür möglichst einer industriellen Verarbeitung zu Quarzglaserzeugnissen zuzuführen, anstatt diese Nebenprodukte wie bisher als Füllmaterial, z.B. im Hochbau, zu verbringen oder kostspielig als Müll zu entsorgen. Diese Nebenprodukte werden oftmals als Feinstaub in Filtern abgeschieden. Der Feinstaub wirft weitere Probleme, insbesondere im Hinblick auf Gesundheit, Arbeitsschutz und Handhabung auf.

Aufgaben

Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen oder mehrere der sich aus dem Stand der Technik ergebenden Nachteile zumindest teilweise zu überwinden.

Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, ein Siliziumdioxidmaterial bereitzustellen, das für Bauteile geeignet ist. Unter Bauteilen werden insbesondere Komponenten verstanden, die für oder in Reaktoren für chemische und/oder physikalische Behandlungsschritte einsetzbar sind.

Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, Bauteile mit einer langen Lebensdauer bereitzustellen, insbesondere bei hohen Betriebstemperaturen.

Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, bereitzustellen, die für bestimmte Behandlungsschritte bei der Verarbeitung von Halbleitermaterialien, insbesondere in der Solarzellenfertigung und in der Halbleiterfertigung insbesondere bei der Herstellung von Wafern, geeignet sind. Beispiele für solche bestimmten Behandlungsschritte sind das Plasmaätzen, das chemisches Ätzen und Plasmadotierungen.

Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, Bauteile aus Glas bereitzustellen, die blasenfrei oder möglichst blasenarm sind.

Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, Bauteile bereitzustellen, die eine hohe Formtreue aufweisen. Insbesondere ist es eine Aufgabe der Erfindung, Bauteile bereitzustellen, die bei hohen Temperaturen nicht verformen. Insbesondere ist es eine Aufgabe der Erfindung, Bauteile bereitzustellen, die auch bei Ausbildung großer Abmessungen formstabil sind.

Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, Bauteile bereitzustellen, die reiß- und bruchfest sind.

Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, Bauteile bereitzustellen, die effizient herstellbar sind.

Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, Bauteile bereitzustellen, die kostengünstig herstellbar sind.

Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, Bauteile bereitzustellen, bei deren Herstellung auf lange Nachbehandlungsschritte, zum Beispiel Tempern verzichtet werden kann.

Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, Bauteile bereitzustellen, die eine hohe Transparenz aufweisen. Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, Bauteile bereitzustellen, die eine geringe Opazität aufweisen.

Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, Bauteile bereitzustellen, die eine hohe Temperaturwechselbeständigkeit aufweisen. Insbesondere ist es eine Aufgabe der Erfindung, Bauteile bereitzustellen, die bei starken thermischen Schwankungen eine gleichmäßige Wärmeausdehnung aufweisen. Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, Bauteile bereitzustellen, die eine hohe Viskosität bei hohen Temperaturen aufweisen. Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, Bauteile bereitzustellen, die eine hohe Reinheit und eine geringe Kontamination mit Fremdatomen aufweisen. Unter Fremdatomen werden Bestandteile verstanden, die nicht gezielt eingebracht wurden.

Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, Bauteile bereitzustellen, die eine hohe Homogenität aufweisen. Eine Homogenität einer Eigenschaft oder eines Stoffes ist ein Maß für die Gleichmäßigkeit der Verteilung dieser Eigenschaft oder des Stoffes in einer Probe.

Es ist insbesondere eine Aufgabe der Erfindung, Bauteile bereitzustellen, die eine hohe Stofmomogenität aufweisen. Die Stofmomogenität ist ein Maß für die Gleichmäßigkeit der Verteilung von im Bauteil enthaltenen Elementen und Verbindungen, insbesondere von OH, Chlor, Metallen, insbesondere Aluminium, Erdalkalimetalle, Refraktärmetallen und Dotierstoffen.

Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren bereitzustellen, mit dem ein Siliziumdioxidmaterial für Bauteile hergestellt werden kann, mittels denen mindestens ein Teil der bereits beschriebenen Aufgaben gelöst werden.

Eine weitere Aufgabe ist, ein Verfahren bereitzustellen, mit dem ein Siliziumdioxidmaterial für Bauteile kosten- und zeitsparend hergestellt werden kann.

Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren bereitzustellen, mit dem ein Siliziumdioxidmaterial für Bauteile einfacher hergestellt werden kann.

Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, ein kontinuierliches Verfahren bereitzustellen, mit dem Siliziumdioxidmaterial für Bauteile hergestellt werden kann.

Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren bereitzustellen, mit dem Siliziumdioxidmaterial für Bauteile mit höherer Geschwindigkeit gebildet werden kann.

Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren bereitzustellen, mit dem Siliziumdioxidmaterial für Bauteile durch ein kontinuierliches Schmelz- und Formgebungsverfahren hergestellt werden kann.

Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren bereitzustellen, mit dem Siliziumdioxidmaterial für Bauteile mit geringem Ausschuss hergestellt werden kann.

Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, ein automatisiertes Verfahren bereitzustellen, mit dem

Siliziumdioxidmaterial für Bauteile hergestellt werden kann.

Eine weitere Aufgabe ist, die Verarbeitbarkeit von Bauteilen weiter zu verbessern. Eine weitere Aufgabe ist, die Konfektionierbarkeit von Bauteilen weiter zu verbessern.

Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung

Ein Beitrag zur mindestens teilweisen Erfüllung mindestens einer der zuvor genannten Aufgaben wird durch die unabhängigen Ansprüche geleistet. Die abhängigen Ansprüche stellen bevorzugte Ausführungsformen bereit, die zur mindestens teilweisen Erfüllung mindestens einer der Aufgaben beitragen.

111 Ein Verfahren zum Herstellen eines Quarzglaskörpers beinhaltend pyrogenes Siliziumdioxid, beinhaltend folgende Verfahrensschritte:

i.) Bereitstellen eines Siliziumdioxidgranulats beinhaltend folgende Verfahrensschritte:

I. Bereitstellen eines pyrogenen, bevorzugt amorphen Siliziumdioxidpulvers; wobei weiter bevorzugt das Siliziumdioxidpulver folgende Eigenschaften aufweist:

a. einen Chlorgehalt von weniger als 200 ppm;

b. einen Aluminiumgehalt von weniger als 200 ppb;

II. Verarbeiten des Siliziumdioxidpulvers zu einem Siliziumdioxidgranulat,

wobei das Siliziumdioxidgranulat einen größeren Partikeldurchmesser aufweist als das Siliziumdioxidpulver;

wobei ferner bevorzugt das Siliziumdioxidgranulat mit einem Reaktand behandelt wird; ii. ) Bilden einer Glasschmelze aus dem Siliziumdioxidgranulat in einem Ofen

iii. ) Bilden eines Quarzglaskörpers aus mindestens einem Teil der Glasschmelze;

wobei der Quarzglaskörper folgende Eigenschaften aufweist:

A] einen OH-Gehalt von weniger als 10 ppm;

B] einen Chlorgehalt von weniger als 60 ppm;

C] einen Aluminiumgehalt von weniger als 200 ppb; und

wobei die ppb und ppm jeweils bezogen sind auf das Gesamtgewicht des Quarzglaskörpers.

Amorph bedeutet, das das Siliziumdioxidpulver bevorzugt in Form amorpher Siliziumdioxidpartikel vorliegt.

Das Verfahren gemäß Ausführungsform |1|, wobei das Erwärmen des Siliziumdioxidgranulats unter Erhalt einer Glasschmelze durch ein Formschmelzverfahren erfolgt.

Das Verfahren nach einer der vorhergehenden Ausführungsformen, wobei während des Erwärmens während eines Zeitraums t _T eine Temperatur T _T gehalten wird, die unterhalb der Schmelztemperatur von Siliziumdioxid liegt.

Das Verfahren nach Ausführungsform |3|, gekennzeichnet durch mindestens eines der folgenden Merkmale:

a. ) die Temperatur T _T liegt in einem Bereich von 1000 bis 1700°C;

b. ) der Zeitraum t _T liegt in einem Bereich von 1 bis 6 Stunden.

Das Verfahren nach einer der Ausführungsformen |3| oder |4|, wobei der Zeitraum t _T vor dem Bilden der Glasschmelze liegt.

Das Verfahren nach einer der vorhergehenden Ausführungsformen, wobei der in Schritt iii.) erhaltene Quarzglaskörper zumindest bis zu einer Temperatur von 1000°C mit einer Geschwindigkeit von bis zu 5 K/min abgekühlt wird.

Das Verfahren nach einer der vorhergehenden Ausführungsformen, wobei das Abkühlen in einem Temperaturbereich von 1300 bis 1000°C mit einer Geschwindigkeit von nicht mehr als 1 K/min erfolgt. Das Verfahren nach einer der vorhergehenden Ausführungsformen, wobei der Quarzglaskörper gekennzeichnet durch mindestens eines der folgenden Merkmale ist:

D] eine fiktive Temperatur in einem Bereich von 1055 bis 1200°C;

E] einen ODC-Anteil von weniger als 5xl0 ¹⁵ /cm ³ ;

F] einen Metallgehalt von Metallen, die von Aluminium verschieden sind, von weniger als 300 ppb;

G] eine Viskosität (p=1013 hPa) in einem Bereich von logm (η (1200°C) / dPas) = 13,4 bis logm (η (1200°C) / dPas) = 13,9 oder log ₁₀ (η (1300°C) / dPas) = 11,5 bis log ₁₀ (η (1300°C) / dPas) = 12,1 oder log ₁₀ (η (1350°C) / dPas) = 1,2 bis log ₁₀ (η (1350°C) / dPas) = 10,8;

H] eine Standardabweichung des OH-Gehalts von nicht mehr als 10 %, bezogen auf den OH-Gehalt A] des Quarzglaskörpers;

I] eine Standardabweichung des Cl-Gehalts von nicht mehr als 10 %, bezogen auf den Cl-Gehalt B] des Quarzglaskörpers;

J] eine Standardabweichung des Al-Gehalts von nicht mehr als 10 %, bezogen auf den Al-Gehalt C] des Quarzglaskörpers;

K] eine Brechzahlhomogenität von weniger als 1x10 ^" *;

L] einen Transformationspunkt Tg in einem Bereich von 1150 bis 1250 °C;

wobei die ppb und ppm jeweils auf das Gesamtgewicht des Quarzglaskörpers bezogen sind.

Das Verfahren nach einer der vorhergehenden Ausführungsformen, wobei das Sihziumdioxidpulver mindestens eines der folgenden Merkmale aufweist:

a. eine BET-Oberfläche in einem Bereich von 20 bis 60 m ² /g;

b. eine Schüttdichte in einem Bereich von 0,01 bis 0,3 g/cm ³ ;

c. einen Kohlenstoffgehalt von weniger als 50 ppm;

d. einen Chlorgehalt von weniger als 200 ppm;

e. einen Aluminiumgehalt von weniger als 200 ppb;

f. einen Gesamtgehalt an Metallen, die von Aluminium verschieden sind, von weniger als 5 ppm; g. mindestens 70 Gew.-% der Pulverteilchen weisen eine Primärpartikelgröße in einem Bereich von 10 bis 100 nm auf;

h. eine Stampfdichte in einem Bereich von 0,001 bis 0,3 g/cm ³ ;

i. eine Restfeuchte von weniger als 5 Gew.-%;

j. eine Partikelgrößenverteilung D ₁₀ in einem Bereich von 1 bis 7 μηι;

k. eine Partikelgrößenverteilung D ₅₀ in einem Bereich von 6 bis 15 μηι;

1. eine Partikelgrößenverteilung D ₉₀ in einem Bereich von 10 bis 40 μηι;

wobei die ppm und ppb jeweils auf die Gesamtmasse des Siliziumdioxidpulvers bezogen sind.

Das Verfahren nach einer der vorhergehenden Ausführungsformen, wobei das Sihziumdioxidpulver herstellbar ist aus einer Verbindung ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Siloxanen, Siliziumalkoxiden und Siliziumhalogeniden. |11| Das Verfahren nach einer der vorhergehenden Ausführungsformen, wobei das Verarbeiten des Siliziumdioxidpulvers zu einem Siliziumdioxidgranulat folgende Schritte beinhaltet:

II.1. Bereitstellen einer Flüssigkeit;

11.2. Mischen des pyrogenen Siliziumdioxidpulvers mit der Flüssigkeit unter Erhalt einer Aufschlämmung;

11.3. Granulieren der Aufschlämmung unter Erhalt eines Siliziumdioxidgranulats.

IIA gegebenenfalls Behandeln des Siliziumdioxidgranulats.

|12| Das Verfahren nach einer der vorhergehenden Ausführungsformen, wobei mindestens 90 Gew.-% des in Schritt i.) bereitgestellten Siliziumdioxidgranulats aus dem pyrogenen Siliziumdioxidpulver gebildet sind, bezogen auf das Gesamtgewicht des Siliziumdioxidgranulats.

|13| Das Verfahren nach einer der vorhergehenden Ausführungsformen, wobei das Siliziumdioxidgranulat gekennzeichnet ist durch mindestens eines der folgenden Merkmale:

A) einen Chlorgehalt von weniger als 500 ppm;

B) einen Aluminiumgehalt von weniger als 200 ppb;

C) eine BET-Oberfläche in einem Bereich von 20 bis 50 m ² /g;

D) ein Porenvolumen in einem Bereich von 0,1 bis 2,5 mL/g;

E) eine Schüttdichte in einem Bereich von 0,5 bis 1,2 g/cm ³ ;

F) eine Stampfdichte in einem Bereich von 0,7 bis 1,2 g/cm ³ ;

G) eine mittlere Partikelgröße in einem Bereich von 50 bis 500 μηι;

H) ein Kohlenstoffgehalt von weniger als 5 ppm;

I) einen Schüttwinkel in einem Bereich von 23 bis 26°,

J) eine Partikelgrößenverteilung D ₁₀ in einem Bereich von 50 bis 150 μηι;

K) eine Partikelgrößenverteilung D ₅₀ in einem Bereich von 150 bis 300 μηι;

L) eine Partikelgrößenverteilung D ₉₀ in einem Bereich von 250 bis 620 μηι,

wobei die ppm und ppb jeweils bezogen sind auf das Gesamtgewicht des Siliziumdioxidgranulats II.

|14| Ein Quarzglaskörper erhältlich nach einem Verfahren gemäß einer der vorhergehenden Ausführungsformen.

|15| Ein Quarzglaskörper beinhaltend pyrogenes Siliziumdioxid, wobei der Quarzglaskörper folgende Eigenschaften aufweist:

A] einen OH-Gehalt von weniger als 10 ppm;

B] einen Chlorgehalt von weniger als 60 ppm; und

C] einen Aluminiumgehalt von weniger als 200 ppb aufweist;

wobei die ppb und ppm jeweils bezogen sind auf das Gesamtgewicht des Quarzglaskörpers.

|16| Der Quarzglaskörper gemäß Ausführungsform |15|, wobei der Quarzglaskörper gekennzeichnet ist durch mindestens eines der folgenden Merkmale: D] eine fiktive Temperatur in einem Bereich von 1055 bis 1200°C;

E] einen ODC-Anteil von weniger als 5xl0 ¹⁵ /cm ³ ;

F] einen Metallgehalt von Metallen, die von Aluminium verschieden sind, von weniger als 300 ppb;

G] eine Viskosität (p=1013 hPa) in einem Bereich von logm (η (1200°C) / dPas) = 13,4 bis logm (η (1200°C) / dPas) = 13,9 oder log ₁₀ (η (1300°C) / dPas) = 11,5 bis log ₁₀ (η (1300°C) / dPas) = 12,1 oder log ₁₀ (η (1350°C) / dPas) = 1,2 bis log ₁₀ (η (1350°C) / dPas) = 10,8;

H] eine Standardabweichung des OH-Gehalts von nicht mehr als 10 %, bezogen auf den OH-Gehalt A] des Quarzglaskö ers;

I] eine Standardabweichung des Cl-Gehalts von nicht mehr als 10 %, bezogen auf den Cl-Gehalt B] des Quarzglaskörpers;

J] eine Standardabweichung des Al-Gehalts von nicht mehr als 10 %, bezogen auf den Al-Gehalt C] des Quarzglaskörpers;

K] eine Brechzahlhomogenität von weniger als 1x10 ^" *;

L] einen Transformationspunkt Tg in einem Bereich von 1150 bis 1250°C;

wobei die ppb und ppm jeweils auf das Gesamtgewicht des Quarzglaskörpers bezogen sind.

117| Ein Verfahren zum Herstellen eines Formkörpers beinhaltend folgende Verfahrensschritte:

(1) Bereitstellen eines Quarzglaskörpers gemäß einer der Ausführungsformen |15| bis |16|, oder eines Quarzglaskörpers erhältlich nach einem Verfahren gemäß einer der Ausführungsformen |1| bis |13|; (2) Bilden eines Formkörpers aus dem Quarzglaskörper.

118| Ein Formkörper erhältlich nach einem Verfahren gemäß Ausführungsform 117|.

119| Ein Verfahren zum Herstellen eines Gebildes beinhaltend folgende Verfahrensschritte:

a/ Bereitstellen eines Formkörpers gemäß Ausführungsform |18| und eines Teils;

b/ Verbinden des Formkörpers mit dem Teil unter Erhalt des Gebildes.

|20| Ein Gebilde erhältlich nach einem Verfahren gemäß Ausführungsform 119|. |21| Eine Verwendung eines Siliziumdioxidgranulats zur Verbesserung der Reinheit und Homogenität von Quarzglaskörpern.

|22| Eine Verwendung eines Siliziumdioxidgranulats zu Herstellung von Bauteilen beinhaltend Quarzglas zur Verarbeitung in der Solarzellenfertigung und in der Halbleiterfertigung

Weiterhin bevorzugt ist ein Verfahren zum Herstellen eines Quarzglaskörpers beinhaltend pyrogenes Siliziumdioxid, beinhaltend folgende Verfahrensschritte:

i.) Bereitstellen eines Siliziumdioxidgranulats beinhaltend folgende Verfahrensschritte:

I. Bereitstellen eines pyrogenen Siliziumdioxidpulvers; wobei das pyrogene Siliziumdioxidpulver in Form amorpher Siliziumdioxidpartikel vorliegt, wobei das Siliziumdioxidpulver folgende Eigenschaften aufweist:

a. einen Chlorgehalt von weniger als 200 ppm;

b. einen Aluminiumgehalt von weniger als 200 ppb;

II. Verarbeiten des Siliziumdioxidpulvers zu einem Siliziumdioxidgranulat I, wobei das Siliziumdioxidgranulat I einen größeren Partikeldurchmesser aufweist als das Siliziumdioxidpulver;

III. Behandeln des Siliziumdioxidgranulats I mit einem Reaktand unter Erhalt eines Siliziumdioxidgranulats II;

ii. ) Bilden einer Glasschmelze aus dem Siliziumdioxidgranulat II in einem Ofen;

iii. ) Bilden eines Quarzglaskörpers aus mindestens einem Teil der Glasschmelze, wobei der

Quarzglaskörper folgende Eigenschaften aufweist:

A] einen OH-Gehalt von weniger als 10 ppm;

B] einen Chlorgehalt von weniger als 60 ppm;

C] einen Aluminiumgehalt von weniger als 200 ppb; und

wobei die ppb und ppm jeweils bezogen sind auf das Gesamtgewicht des Quarzglaskörpers.

Allgemeines

In der vorliegenden Beschreibung beinhalten Bereichsangaben auch die als Grenzen genannten Werte. Eine Angabe der Art„im Bereich von X bis Y" in Bezug auf eine Größe A bedeutet folglich, dass A die Werte X, Y und Werte zwischen X und Y annehmen kann. Einseitig begrenzte Bereiche der Art„bis zu Y" für eine Größe A bedeuten entsprechend als Werte Y und kleiner als Y.

Ausführliche Beschreibung der Erfindung

Ein erster Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zum Herstellen eines Quarzglaskörpers beinhaltend pyrogenes Siliziumdioxid, beinhaltend folgende Verfahrensschritte:

i. ) Bereitstellen eines Siliziumdioxidgranulats beinhaltend folgende Verfahrensschritte:

I. Bereitstellen eines pyrogenen Siliziumdioxidpulvers;

II. Verarbeiten des Siliziumdioxidpulvers zu einem Siliziumdioxidgranulat,

wobei das Siliziumdioxidgranulat einen größeren Partikeldurchmesser aufweist als das Siliziumdioxidpulver;

ii. ) Bilden einer Glasschmelze aus dem Siliziumdioxidgranulat in einem Ofen

iii. ) Bilden eines Quarzglaskörpers aus mindestens einem Teil der Glasschmelze;

wobei der Quarzglaskörper folgende Eigenschaften aufweist:

A] einen OH-Gehalt von weniger als 10 ppm;

B] einen Chlorgehalt von weniger als 60 ppm;

C] einen Aluminiumgehalt von weniger als 200 ppb; und

wobei die ppb und ppm jeweils bezogen sind auf das Gesamtgewicht des Quarzglaskörpers. Schritt i.)

Erfindungsgemäß beinhaltet das Bereitstellen des Siliziumdioxidgranulats folgende Verfahrensschritte:

I. Bereitstellen eines pyrogenen Siliziumdioxidpulvers; und

II. Verarbeiten des Siliziumdioxidpulvers zu einem Siliziumdioxidgranulat, wobei das Siliziumdioxidgranulat einen größeren Partikeldurchmesser aufweist als das Siliziumdioxidpulver.

Unter einem Pulver werden Partikel trockener fester Stoffe mit einer Primärpartikelgröße im Bereich von 1 bis weniger als 100 nm verstanden. Das Siliziumdioxidgranulat kann durch Granulieren von Siliziumdioxidpulver erhalten werden. Ein Siliziumdioxidgranulat weist in der Regel eine BET-Oberfläche von 3 m ² /g oder mehr und eine Dichte von weniger als 1,5 g/cm ³ auf. Unter Granulieren versteht man das Überführen von Pulverteilchen in Granulen. Beim Granulieren bilden sich Zusammenlagerungen von mehreren Siliziumdioxidpulverteilchen, also größere Agglomerate, die als „Siliziumdioxidgranulen" bezeichnet werden. Diese werden oft auch als „Siliziumdioxidgranulatteilchen" oder„Granulatteilchen" bezeichnet. In ihrer Gesamtheit bilden Granulen ein Granulat, z.B. die Siliziumdioxidgranulen ein„Siliziumdioxidgranulat". Das Siliziumdioxidgranulat weist einen größeren Partikeldurchmesser auf als das Siliziumdioxidpulver.

Der Vorgang des Granulierens, um ein Pulver in Granulate zu überführen, wird später näher erläutert.

Unter Siliziumdioxidkörnung werden im vorliegenden Kontext Siliziumdioxidpartikel verstanden, die durch ein Zerkleinern eines Siliziumdioxidkörpers, insbesondere eines Quarzglaskörper erhältlich sind. Eine Siliziumdioxidkörnung weist in der Regel eine Dichte von mehr als 1,2 g/cm ³ , zum Beispiel in einem Bereich von 1,2 bis 2,2 g/cm ³ , und besonders bevorzugt von etwa 2,2 g/cm ³ auf. Weiter bevorzugt beträgt die BET-Oberfläche einer Siliziumdioxidkörnung in der Regel weniger als 1 m ² /g, bestimmt gemäß DIN ISO 9277:2014-01.

Als Siliziumdioxidpartikel kommen prinzipiell alle dem Fachmann geeigneten Siliziumdioxidpartikel in Betracht. Bevorzugt ausgewählt werden Siliziumdioxidgranulat und Siliziumdioxidkörnung. Unter einem Partikeldurchmesser oder einer Partikelgröße wird der Durchmesser eines Partikels verstanden, der sich als„area equivalent circular diameter x _A " gemäß der Formel x _Ai = ergibt, wobei Ai die Fläche des betrachteten Partikels bei einer Bildanalyse bedeutet. Als Methoden zur Bestimmung eignen sich zum Beispiel ISO 13322-1:2014 oder ISO 13322-2:2009. Vergleichende Angaben wie„größerer Partikeldurchmesser" bedeutet immer, dass die in Bezug gesetzten Werte mit derselben Methode bestimmt wurden.

Siliziumdioxidpulver

Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird synthetisches Siliziumdioxidpulvert, nämlich pyrogen erzeugtes Siliziumdioxidpulver verwendet. Das Siliziumdioxidpulver kann jedes Siliziumdioxidpulver sein, das mindestens zwei Teilchen aufweist. Als Herstellungsverfahren kommt jedes Verfahren in Betracht, das dem Fachmann geläufig und für den vorliegenden Zweck geeignet erscheint. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird das Siliziumdioxidpulver bei der Herstellung von Quarzglas als Nebenprodukt erzeugt, insbesondere bei der Herstellung von sogenannten Sootkörpern. Siliziumdioxid solcher Herkunft wird oftmals auch als„Sootstaub" bezeichnet.

Eine bevorzugte Quelle für das Siliziumdioxidpulver sind Siliziumdioxidpartikel, die bei der synthetischen Herstellung von Sootkörpern unter Einsatz von Flammhydrolysebrennern erhalten werden. Bei der Herstellung eines Sootkörpers wird entlang einer Brennerreihe ein rotierendes Trägerrohr, das eine Zylindermantelfläche aufweist, reversierend hin- und her bewegt. Den Flammhydrolysebrennern können dabei als Brennergase jeweils Sauerstoff und Wasserstoff sowie die Ausgangsmaterialien für die Bildung von Siliziumdioxidprimä artikeln zugeführt werden. Die Siliziumdioxidprimä artikel weisen bevorzugt eine Primärpartikelgröße von bis zu 100 nm auf. Die durch Flammenhydrolyse erzeugten Siliziumdioxidprimä artikel aggregieren oder agglomerieren zu Siliziumdioxidpartikeln mit Partikelgrößen von etwa 9 μηι (DIN ISO 13320:2009-1). In den Siliziumdioxidpartikeln sind die Siliziumdioxidprimä artikel durch Raster-Elektronen-Mikroskopie in ihrer Form erkennbar und die Primärpartikelgröße kann bestimmt werden. Ein Teil der Siliziumdioxidpartikel werden auf der Zylindermantelfläche des um seine Längsachse rotierenden Trägerrohrs abgeschieden. So wird Schicht für Schicht der 8οοίΜφεΓ aufgebaut. Ein anderer Teil der Siliziumdioxidpartikel wird nicht auf der Zylindermantelfläche des Trägerrohrs abgeschieden, sondern fällt als Staub an, z.B. in einer Filteranlage. Dieser andere Teil Siliziumdioxidpartikel bildet das Siliziumdioxidpulver, oftmals auch als„Sootstaub" bezeichnet. In der Regel ist der auf dem Trägerrohr abgeschiedene Teil Siliziumdioxidpartikel größer als der als Sootstaub anfallende Teil Siliziumdioxidpartikel im Rahmen der 8οο&0φ6Γη6Γ8ΐεΐ ΐΗ^, bezogen auf das Gesamtgewicht der Siliziumdioxidpartikel.

Heutzutage wird der Sootstaub in der Regel aufwendig und kostenintensiv als Abfall entsorgt oder ohne Wertschöpfung als Füllstoff verbracht, z.B. im Straßenbau, als Zuschlagstoffe in der Farbstoffindustrie, als Rohstoff für die Fliesenherstellung und zur Herstellung von Hexafluorkieselsäure, welche zur Sanierung von Bauwerksfundamenten eingesetzt wird. Im Fall der vorliegenden Erfindung eignet es sich als Ausgangsstoff und kann zu einem hochwertigen Produkt verarbeitet werden.

Durch Flammenhydrolyse hergestelltes Siliziumdioxid wird gewöhnlich als pyrogenes Siliziumdioxid bezeichnet. Pyrogenes Siliziumdioxid liegt üblicherweise in Form amorpher Siliziumdioxidprimäφartikel oder Siliziumdioxidpartikel vor.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform kann das Siliziumdioxidpulver durch Flammenhydrolyse aus einem Gasgemisch hergestellt werden. In diesem Fall werden die Siliziumdioxidpartikel ebenfalls in der Flammenhydrolyse gebildet und als Siliziumdioxidpulver abgeführt, bevor sich Agglomerate oder Aggregate bilden. Hier ist das zuvor als Sootstaub bezeichnete Siliziumdioxidpulver Hauptprodukt. Als Ausgangsmaterialien für die Bildung des Siliziumdioxidpulvers eignen sich bevorzugt Siloxane, Siliziumalkoxide und anorganische Siliziumverbindungen. Unter Siloxanen werden lineare und cyclische Polyalkylsiloxane verstanden. Bevorzugt haben Polyalkylsiloxane die allgemeine Formel

SipO _p R2p,

wobei p eine ganze Zahl von mindestens 2, bevorzugt von 2 bis 10, besonders bevorzugt von 3 bis 5, und

R eine Alkylgruppe mit 1 bis 8 C-Atomen, bevorzugt mit 1 bis 4 C-Atomen, besonders bevorzugt eine

Methylgruppe

ist.

Besonders bevorzugt sind Siloxane ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Hexamethyldisiloxan, Hexamethylcyclotrisiloxan (D3), Octamethylcyclotetrasiloxan (D4) und Dekamethylcyclopentasiloxan (D5) oder einer Kombination von zwei oder mehr davon. Umfasst das Siloxan D3, D4 und D5, ist D4 bevorzugt die Hauptkomponente. Die Hauptkomponente liegt bevorzugt mit einem Anteil von mindestens 70 Gew.-%, bevorzugt von mindestens 80 Gew.-%, zum Beispiel von mindestens 90 Gew.-% oder von mindestens 94 Gew.- %, besonders bevorzugt von mindestens 98 Gew.-%, jeweils bezogen auf die Gesamtmenge Siliziumdioxidpulver, vor. Bevorzugte Siliziumalkoxide sind Tetramethoxysilan und Methyltrimethoxysilan. Bevorzugte anorganische Siliziumverbindungen als Ausgangsmaterial für Siliziumdioxidpulver sind Siliziumhalogenide, Silikate, Siliziumcarbid und Siliziumnitrid. Besonders bevorzugt als anorganische Siliziumverbindung als Ausgangsmaterial für Siliziumdioxidpulver sind Siliziumtetrachlorid und Trichlorsilan.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist das Siliziumdioxidpulver aus einer Verbindung ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Siloxanen, Siliziumalkoxiden und Siliziumhalogeniden herstellbar. Bevorzugt ist das Siliziumdioxidpulver herstellbar aus einer Verbindung ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Hexamethyldisiloxan, Hexamethylcyclotrisiloxan, Octamethylcyclotetrasiloxan und

Dekamethylcyclopentasiloxan, Tetramethoxysilan und Methyltrimethoxysilan, Siliziumtetrachlorid und Trichlorsilan oder einer Kombination aus zwei oder mehr davon, zum Beispiel aus Siliziumtetrachlorid und Octamethylcyclotetrasiloxan, besonders bevorzugt aus Octamethylcyclotetrasiloxan.

Für die Bildung von Siliziumdioxid aus Siliziumtetrachlorid durch Flammhydrolyse sind verschiedene Parameter von Bedeutung. Eine bevorzugte Zusammensetzung eines geeigneten Gasgemisches beinhaltet einen Anteil an Sauerstoff bei der Flammenhydrolyse in einem Bereich von 25 bis 40 Vol.-%. Der Anteil an Wasserstoff kann in einem Bereich von 45 bis 60 Vol.-% betragen. Der Anteil an Siliziumtetrachlorid liegt bevorzugt bei 5 bis 30 Vol.-%, alle der vorgenannten Vol.-% bezogen auf das Gesamtvolumen des Gasstroms. Weiter bevorzugt ist eine Kombination der vorgenannten Volumenanteile für Sauerstoff, Wasserstoff und SiC - Die Flamme in der Flammenhydrolyse weist bevorzugt eine Temperatur in einem Bereich von 1500 bis 2500 °C, beispielsweise in einem Bereich von 1600 bis 2400 °C, besonders bevorzugt in einem Bereich von 1700 bis 2300 °C auf. Bevorzugt werden die in der Flammenhydrolyse gebildeten Siliziumdioxidprimä artikel als Siliziumdioxidpulver abgeführt, bevor sich Agglomerate oder Aggregate bilden. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des ersten Gegenstands der Erfindung weist das Siliziumdioxidpulver mindestens eines, zum Beispiel mindestens zwei oder mindestens drei oder mindestens vier, besonders bevorzugt mindestens fünf der folgenden Merkmale auf:

a. eine BET-Oberfläche in einem Bereich von 20 bis 60 m ² /g, zum Beispiel von 25 bis 55 m ² /g, oder von 30 bis 50 m ² /g, besonders bevorzugt von 20 bis 40 m ² /g,

b. eine Schüttdichte 0,01 bis 0,3 g/cm ³ , zum Beispiel im Bereich von 0,02 bis 0,2 g/cm ³ , bevorzugt im Bereich von 0,03 bis 0,15 g/cm ³ , weiter bevorzugt im Bereich von 0,1 bis 0,2 g/cm ³ oder im Bereich von 0,05 bis 0,1 g/cm ³ oder im Bereich von 0,05 bis 0,3 g/cm ³ .

c. einen Kohlenstoffgehalt von weniger als 50 ppm, zum Beispiel von weniger als 40 ppm oder von weniger 30 ppm, besonders bevorzugt in einem Bereich von 1 ppb bis 20 ppm;

d. einen Chlorgehalt von weniger als 200 ppm, zum Beispiel von weniger als 150 ppm oder von weniger 100 ppm, besonders bevorzugt in einem Bereich von 1 ppb bis 80 ppm;

e. einen Aluminiumgehalt von weniger als 200 ppb, zum Beispiel im Bereich von 1 bis 100 ppb, besonders bevorzugt im Bereich von 1 bis 80 ppb;

f. einen Gesamtgehalt an Metallen, die von Aluminium verschieden sind, von weniger als 5 ppm, zum Beispiel von weniger als 2 ppm, besonders bevorzugt in einem Bereich von 1 ppb bis 1 ppm;

g. mindestens 70 Gew.-% der Pulverteilchen weisen eine Primärpartikelgröße in einem Bereich von 10 bis weniger als 100 nm, zum Beispiel im Bereich von 15 bis weniger als 100 nm, besonders bevorzugt im Bereich von 20 bis weniger als 100 nm auf;

h. eine Stampfdichte in einem Bereich von 0,001 bis 0,3 g/cm ³ , zum Beispiel im Bereich von 0,002 bis 0,2 g/cm ³ oder von 0,005 bis 0,1 g/cm ³ , bevorzugt im Bereich von 0,01 bis 0,06 g/cm ³ , auch bevorzugt im Bereich von 0,1 bis 0,2 g/cm ³ , oder im Bereich von 0,15 bis 0,2 g/cm ³ ;; i. eine Restfeuchte von weniger als 5 Gew.-%, zum Beispiel im Bereich von 0,25 bis 3 Gew.-%, besonders bevorzugt im Bereich von 0,5 bis 2 Gew.-%;

j. eine Partikelgrößenverteilung D ₁₀ im Bereich von 1 bis 7 μηι, zum Beispiel im Bereich von 2 bis 6 μηι oder im Bereich von 3 bis 5 μηι, besonders bevorzugt im Bereich von 3,5 bis 4,5 μηι;

k. eine Partikelgrößenverteilung D ₅₀ im Bereich von 6 bis 15 μηι, zum Beispiel im Bereich von 7 bis 13 μηι oder im Bereich von 8 bis 11 μηι, besonders bevorzugt im Bereich von 8,5 bis 10,5 μηι;

1. eine Partikelgrößenverteilung D ₉₀ im Bereich von 10 bis 40 μηι, zum Beispiel im Bereich von 15 bis 35 μηι, besonders bevorzugt im Bereich von 20 bis 30 μηι;

wobei die Gew.-%, ppm und ppb jeweils auf das Gesamtgewicht des Siliziumdioxidpulvers bezogen sind.

Das Siliziumdioxidpulver enthält Siliziumdioxid. Bevorzugt enthält das Siliziumdioxidpulver Siliziumdioxid in einer Menge von mehr als 95 Gew.-%, zum Beispiel in einer Menge von mehr als 98 Gew. -%. oder von mehr als 99 Gew.-%.oder von mehr als 99,9 Gew.-%, jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht des Siliziumdioxidpulvers. Besonders bevorzugt enthält das Siliziumdioxidpulver Siliziumdioxid in einer Menge von mehr als 99,99 Gew.- %, bezogen auf das Gesamtgewicht des Siliziumdioxidpulvers. Bevorzugt weist das Siliziumdioxidpulver einen Metallgehalt an von Aluminium verschiedenen Metallen von weniger als 5 ppm, zum Beispiel von weniger als 2 ppm, besonders bevorzugt von weniger als 1 ppm, jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht des Siliziumdioxidpulvers, auf. Oftmals weist das Siliziumdioxidpulver jedoch einen Gehalt an von Aluminium verschiedenen Metallen in einer Menge von mindestens 1 ppb auf. Solche Metalle sind beispielsweise Natrium, Lithium, Kalium, Magnesium, Calcium, Strontium, Germanium, Kupfer, Molybdän, Wolfram, Titan, Eisen und Chrom. Diese können zum Beispiel als Element, als Ion, oder als Teil eines Moleküls oder eines Ions oder eines Komplexes vorliegen.

Bevorzugt hat das Siliziumdioxidpulver einen Gesamtanteil an weiteren Bestandteilen von weniger als 30 ppm, zum Beispiel von weniger als 20 ppm, besonders bevorzugt von weniger als 15 ppm, die ppm jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht des Siliziumdioxidpulvers. Oftmals weist das Siliziumdioxidpulver jedoch einen Gehalt an weiteren Bestandteilen in einer Menge von mindestens 1 ppb auf. Unter weiteren Bestandteilen werden alle Bestandteile des Siliziumdioxidpulvers verstanden, die nicht zu der folgenden Gruppe gehören: Siliziumdioxid, Chlor, Aluminium, OH-Gruppen.

Im vorliegenden Kontext bedeutet die Angabe eines Bestandteils, wenn der Bestandteil ein chemisches Element ist, dass er als Element oder als Ion in einer Verbindung oder einem Salz vorliegen kann. Zum Beispiel beinhaltet die Angabe „Aluminium" neben metallischem Aluminium auch Aluminiumsalze, Aluminiumoxide und Aluminiummetallkomplexe. Zum Beispiel beinhaltet die Angabe„Chlor" neben elementarem Chlor, Chloride wie Natriumchlorid und Chlorwasserstoff. Oftmals liegen die weiteren Bestandteile in dem gleichen Aggregatzustand vor wie der Stoff, in dem sie enthalten sind.

Im vorliegenden Kontext bedeutet die Angabe eines Bestandteils, wenn der Bestandteil eine chemische Verbindung oder eine funktionelle Gruppe ist, dass der Bestandteil in der genannten Form, als geladene chemische Verbindung oder als Derivat der chemischen Verbindung vorliegen kann. Zum Beispiel beinhaltet die Angabe des chemischen Stoffes Ethanol, neben Ethanol auch Ethanolat, zum Beispiel Natriumethanolat. Die Angabe„OH-Gruppe" beinhaltet auch Silanol, Wasser und Metallhydroxide. Zum Beispiel beinhaltet die Angabe Derivat bei Essigsäure auch Essigsäureester und Acetanhydrid. Bevorzugt weisen mindestens 70 % der Pulverteilchen des Siliziumdioxidpulvers, bezogen auf die Anzahl an Pulverteilchen, eine Primärpartikelgröße von weniger als 100 nm auf, zum Beispiel im Bereich von 10 bis 100 nm oder von 15 bis 100 nm, und besonders bevorzugt im Bereich von 20 bis 100 nm auf. Die Primärpartikelgröße wird durch dynamische Lichtstreuung nach ISO 13320:2009-10 bestimmt. Bevorzugt weisen mindestens 75 % der Pulverteilchen des Siliziumdioxidpulvers, bezogen auf die Anzahl an Pulverteilchen, eine Primärpartikelgröße von weniger als 100 nm auf, zum Beispiel im Bereich von 10 bis 100 nm oder von 15 bis 100 nm, und besonders bevorzugt im Bereich von 20 bis 100 nm auf. Bevorzugt weisen mindestens 80 % der Pulverteilchen des Siliziumdioxidpulvers, bezogen auf die Anzahl an Pulverteilchen, eine Primä artikelgröße von weniger als 100 nm auf, zum Beispiel im Bereich von 10 bis 100 nm oder von 15 bis 100 nm, und besonders bevorzugt im Bereich von 20 bis 100 nm auf. Bevorzugt weisen mindestens 85 % der Pulverteilchen des Siliziumdioxidpulvers, bezogen auf die Anzahl an Pulverteilchen, eine Primä artikelgröße von weniger als 100 nm auf, zum Beispiel im Bereich von 10 bis 100 nm oder von 15 bis 100 nm, und besonders bevorzugt im Bereich von 20 bis 100 nm auf.

Bevorzugt weisen mindestens 90 % der Pulverteilchen des Siliziumdioxidpulvers, bezogen auf die Anzahl an Pulverteilchen, eine Primä artikelgröße von weniger als 100 nm auf, zum Beispiel im Bereich von 10 bis 100 nm oder von 15 bis 100 nm, und besonders bevorzugt im Bereich von 20 bis 100 nm auf.

Bevorzugt weisen mindestens 95 % der Pulverteilchen des Siliziumdioxidpulvers, bezogen auf die Anzahl an Pulverteilchen, eine Primä artikelgröße von weniger als 100 nm auf, zum Beispiel im Bereich von 10 bis 100 nm oder von 15 bis 100 nm, und besonders bevorzugt im Bereich von 20 bis 100 nm auf.

Bevorzugt weist das Siliziumdioxidpulver eine Partikelgröße Di ₀ im Bereich von 1 bis 7 μηι auf, zum Beispiel im Bereich von 2 bis 6 μηι oder im Bereich von 3 bis 5 μηι, besonders bevorzugt im Bereich von 3,5 bis 4,5 μηι. Bevorzugt weist das Siliziumdioxidpulver eine Partikelgröße D ₅₀ im Bereich von 6 bis 15 μηι auf, zum Beispiel im Bereich von 7 bis 13 μηι oder im Bereich von 8 bis 1 1 μηι, besonders bevorzugt im Bereich von 8,5 bis 10,5 μηι. Bevorzugt weist das Siliziumdioxidpulver eine Partikelgröße D ₉₀ im Bereich von 10 bis 40 μηι auf, zum Beispiel im Bereich von 15 bis 35 μηι, besonders bevorzugt im Bereich von 20 bis 30 μηι.

Bevorzugt weist das Siliziumdioxidpulver eine spezifische Oberfläche (BET-Oberfläche) in einem Bereich von 20 bis 60 m ² /g auf, zum Beispiel von 25 bis 55 m ² /g, oder von 30 bis 50 m ² /g, besonders bevorzugt von 20 bis 40 m ² /g. Die BET-Oberfläche wird nach der Methode von Brunauer, Emmet und Teller (BET) anhand der DIN 66132 ermittelt und basiert auf Gasabsoφtion an der zu messenden Oberfläche.

Bevorzugt hat das Siliziumdioxidpulver einen pH- Wert von weniger als 7, zum Beispiel im Bereich von 3 bis 6,5 oder von 3,5 bis 6 oder von 4 bis 5,5, besonders bevorzugt im Bereich von 4,5 bis 5. Der pH- Wert kann mittels Einstabmesselektrode ermittelt werden (4 % Siliziumdioxidpulver in Wasser).

Das Siliziumdioxidpulver weist bevorzugt die Merkmalskombination a./b./c. oder a./b./f. oder a./b./g. auf, weiter bevorzugt die Merkmalskombination a./b./c./f. oder a./b./c./g. oder a./b./f./g., besonders bevorzugt die Merkmalskombination a./b./c./f./g.

Das Siliziumdioxidpulver weist bevorzugt die Merkmalskombination a./b./c. auf, wobei die BET-Oberfläche in einem Bereich von 20 bis 40 m ² /g liegt, die Schüttdichte in einem Bereich von 0,05 bis 0,3 g/mL liegt und der Kohlenstoffgehalt weniger als 40 ppm beträgt. Das Siliziumdioxidpulver weist bevorzugt die Merkmalskombination a./b./f. auf, wobei die BET-Oberfläche in einem Bereich von 20 bis 40 m ² /g, die Schüttdichte in einem Bereich von 0,05 bis 0,3 g/mL und der Gesamtgehalt an Metallen, die von Aluminium verschieden sind, in einem Bereich von 1 ppb bis 1 ppm liegt. Das Siliziumdioxidpulver weist bevorzugt die Merkmalskombination a./b./g. auf, wobei die BET-Oberfläche in einem Bereich von 20 bis 40 m ² /g liegt, die Schüttdichte in einem Bereich von 0,05 bis 0,3 g/ mL liegt und mindestens 70 Gew.-% der Pulverteilchen eine Primärpartikelgröße in einem Bereich von 20 bis weniger als 100 nm aufweisen. Das Siliziumdioxidpulver weist weiter bevorzugt die Merkmalskombination a./b./c./f. auf, wobei die BET- Oberfläche in einem Bereich von 20 bis 40 m ² /g liegt, die Schüttdichte in einem Bereich von 0,05 bis 0,3 g/mL liegt, der Kohlenstoffgehalt weniger als 40 ppm beträgt und der Gesamtgehalt an Metallen, die von Aluminium verschieden sind, in einem Bereich von 1 ppb bis 1 ppm liegt. Das Siliziumdioxidpulver weist weiter bevorzugt die Merkmalskombination a./b./c./g. auf, wobei die BET- Oberfläche in einem Bereich von 20 bis 40 m ² /g liegt, die Schüttdichte in einem Bereich von 0,05 bis 0,3 g/mL liegt, der Kohlenstoffgehalt weniger als 40 ppm beträgt und mindestens 70 Gew.-% der Pulverteilchen eine Primä artikelgröße in einem Bereich von 20 bis weniger als 100 nm aufweisen. Das Siliziumdioxidpulver weist weiter bevorzugt die Merkmalskombination a./b./f./g. auf, wobei die BET- Oberfläche in einem Bereich von 20 bis 40 m ² /g liegt, die Schüttdichte in einem Bereich von 0,05 bis 0,3 g/mL liegt, der Gesamtgehalt an Metallen, die von Aluminium verschieden sind, in einem Bereich von 1 ppb bis 1 ppm liegt und mindestens 70 Gew.-% der Pulverteilchen eine Primärpartikelgröße in einem Bereich von 20 bis weniger als 100 nm aufweisen.

Das Siliziumdioxidpulver weist besonders bevorzugt die Merkmalskombination a./b./c./f./g. auf, wobei die BET- Oberfläche in einem Bereich von 20 bis 40 m ² /g liegt, die Schüttdichte in einem Bereich von 0,05 bis 0,3 g/mL liegt, der Kohlenstoffgehalt weniger als 40 ppm beträgt, der Gesamtgehalt an Metallen, die von Aluminium verschieden sind, in einem Bereich von 1 ppb bis 1 ppm liegt und mindestens 70 Gew.-% der Pulverteilchen eine Primärpartikelgröße in einem Bereich von 20 bis weniger als 100 nm aufweisen.

Schritt II.

Erfindungsgemäß wird das Siliziumdioxidpulver in Schritt II zu einem Siliziumdioxidgranulat verarbeitet, wobei das Siliziumdioxidgranulat einen größeren Partikeldurchmesser aufweist als das Siliziumdioxidpulver. Dazu geeignet sind prinzipiell alle dem Fachmann bekannten Verfahren, die zu einer Erhöhung der Partikeldurchmesser führen.

Das Siliziumdioxidgranulat weist einen Partikeldurchmesser auf, der größer ist, als der Partikeldurchmesser des Siliziumdioxidpulvers. Bevorzugt ist der Partikeldurchmesser des Siliziumdioxidgranulats in einem Bereich von 500 bis 50.000 mal größer als der Partikeldurchmesser des Siliziumdioxidpulvers, zum Beispiel 1.000 bis 10.000 mal größer, besonders bevorzugt 2.000 bis 8000 mal größer.

Bevorzugt sind mindestens 90 % des in Schritt i.) bereitgestellten Siliziumdioxidgranulats aus pyrogen erzeugtem Siliziumdioxidpulver gebildet, zum Beispiel mindestens 95 Gew.-% oder mindestens 98 Gew.-%, besonders bevorzugt mindestens 99 Gew.-% oder mehr, jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht des Siliziumdioxidgranulats.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des ersten Gegenstands der Erfindung weist das eingesetzte Siliziumdioxidgranulat folgende Merkmale auf:

A) einen Chlorgehalt von weniger als 500 ppm, bevorzugt von weniger als 400 ppm, zum Beispiel weniger als 300 ppm oder von weniger als 200 ppm, besonders bevorzugt von weniger als 100 ppm oder in einem Bereich von 1 ppb bis 500 ppm oder von 1 ppb bis 300 ppm besonders bevorzugt von 1 ppb bis 100 ppm;

B) einen Aluminiumgehalt von weniger als 200 ppb, zum Beispiel von weniger als 150 ppb oder von weniger als 100 ppb oder von 1 bis 150 ppb oder von Ibis 100 ppb, besonders bevorzugt in einem Bereich von 1 bis 80 ppb;

C) eine BET-Oberfläche im Bereich von 20 m ² /g bis 50 m ² /g;

D) ein Porenvolumen in einem Bereich von 0,1 bis 2,5 mL/g, zum Beispiel in einem Bereich von 0,15 bis 1,5 mL/g; besonders bevorzugt in einem Bereich von 0,2 bis 0,8 mL/g;

E) eine Schüttdichte in einem Bereich von 0,5 bis 1,2 g/cm ³ , zum Beispiel in einem Bereich von 0,6 bis 1,1 g/cm ³ , besonders bevorzugt in einem Bereich von 0,7 bis 1,0 g/cm ³ ;

F) eine Stampfdichte in einem Bereich von 0,7 bis 1,2 g/cm ³ ;

G) eine mittlere Partikelgröße in einem Bereich von 50 bis 500 μηι;

H) einen Kohlenstoffgehalt von weniger als 50 ppm;

I) einen Schüttwinkel in einem Bereich von 23 bis 26°;

J) eine Partikelgrößenverteilung D ₁₀ in einem Bereich von 50 bis 150 μηι;

K) eine Partikelgrößenverteilung D ₅₀ in einem Bereich von 150 bis 300 μηι;

L) eine Partikelgrößenverteilung D ₉₀ in einem Bereich von 250 bis 620 μηι,

wobei die ppm und ppb jeweils auf das Gesamtgewicht des Siliziumdioxidgranulats bezogen sind.

Bevorzugt weisen die Granulen des Siliziumdioxidgranulats eine sphärische Morphologie auf. Unter einer sphärischen Morphologie wird eine runde bis ovale Form der Partikel verstanden. Die Granulen des Siliziumdioxidgranulats weisen bevorzugt eine mittlere Sphärizität in einem Bereich von 0,7 bis 1,3 SPHT3, zum Beispiel eine mittlere Sphärizität in einem Bereich von 0,8 bis 1,2 SPHT3, besonders bevorzugt eine mittlere Sphärizität in einem Bereich von 0,85 bis 1,1 SPHT3 auf. Das Merkmal SPHT3 ist in den Testmethoden beschrieben.

Weiterhin bevorzugt weisen die Granulen des Siliziumdioxidgranulats eine mittlere Symmetrie in einem Bereich von 0,7 bis 1,3 Symm3, zum Beispiel eine mittlere Symmetrie in einem Bereich von 0,8 bis 1,2 Symm3, besonders bevorzugt eine mittlere Symmetrie in einem Bereich von 0,85 bis 1,1 Symm3 auf. Das Merkmal der mittleren Symmetrie Symm3 ist in den Testmethoden beschrieben.

Bevorzugt weist das Siliziumdioxidgranulat einen Metallgehalt an von Aluminium verschiedenen Metallen von weniger als 1000 ppb, zum Beispiel von weniger als 500 ppb, besonders bevorzugt von weniger als 100 ppb, jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht des Siliziumdioxidgranulats, auf. Oftmals weist das Siliziumdioxidgranulat jedoch einen Gehalt an von Aluminium verschiedenen Metallen in einer Menge von mindestens 1 ppb auf. Oftmals weist das Siliziumdioxidgranulat einen Metallgehalt an von Aluminium verschiedenen Metallen von weniger als 1 ppm, bevorzugt in einem Bereich von 40 bis 900 ppb, zum Beispiel in einem Bereich von 50 bis 700 ppb, besonders bevorzugt in einem Bereich von 60 bis 500 ppb, jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht des Siliziumdioxidgranulats. Solche Metalle sind beispielsweise Natrium, Lithium, Kalium, Magnesium, Calcium, Strontium, Germanium, Kupfer, Molybdän, Titan, Eisen und Chrom. Diese können zum Beispiel als Element, als Ion, oder als Teil eines Moleküls oder eines Ions oder eines Komplexes vorliegen.

Das Siliziumdioxidgranulat kann weitere Bestandteile, beispielsweise in Form von Molekülen, Ionen oder Elementen beinhalten. Bevorzugt beinhaltet das Siliziumdioxidgranulat weniger als 500 ppm, zum Beispiel weniger als 300 ppm, besonders bevorzugt weniger als 100 ppm, jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht des Siliziumdioxidgranulat, weitere Bestandteile. Oftmals sind weitere Bestandteile in einer Menge von mindestens 1 ppb enthalten. Die weiteren Bestandteile können insbesondere ausgewählt sein aus der Gruppe bestehend aus Kohlenstoff, Fluorid, Jodid, Bromid, Phosphor oder einer Mischung von mindestens zwei hiervon.

Bevorzugt beinhaltet das Siliziumdioxidgranulat weniger als 10 ppm Kohlenstoff, zum Beispiel weniger als 8 ppm oder weniger als 5 ppm, besonders bevorzugt weniger als 4 ppm, jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht des Siliziumdioxidgranulats. Oftmals ist Kohlenstoff in einer Menge von mindestens 1 ppb im Siliziumdioxidgranulat enthalten.

Bevorzugt beinhaltet das Siliziumdioxidgranulat weniger als 100 ppm, zum Beispiel weniger als 80 ppm, besonders bevorzugt weniger als 70 ppm, jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht des Siliziumdioxidgranulats, an weiteren Bestandteilen. Oftmals sind die weiteren Bestandteile jedoch in einer Menge von mindestens 1 ppb enthalten.

Bevorzugt beinhaltet Schritt II. folgende Schritte:

II.1. Bereitstellen einer Flüssigkeit;

II.2. Mischen des Siliziumdioxidpulvers mit der Flüssigkeit unter Erhalt einer Aufschlämmung;

II.3. Granulieren, bevorzugt Sprühtrocknen der Aufschlämmung.

Eine Flüssigkeit wird im Sinne der vorliegenden Erfindung als ein Stoff oder ein Stoffgemisch verstanden, das bei einem Druck von 1013 hPa und einer Temperatur von 20 °C flüssig ist. Eine„Aufschlämmung" im Sinne der vorliegenden Erfindung bedeutet ein Gemisch aus mindestens zwei Stoffen, wobei das Gemisch bei den bei Betrachtung vorliegenden Bedingungen mindestens eine Flüssigkeit und mindestens einen Feststoff aufweist. Als Flüssigkeit eignen sich prinzipiell alle dem Fachmann bekannten und zum vorliegenden Einsatzzweck geeignet erscheinende Stoffe und Stoffgemische. Bevorzugt ist die Flüssigkeit ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus organischen Flüssigkeiten und Wasser. Bevorzugt ist das Siliziumdioxidpulver in der Flüssigkeit in einer Menge von weniger als 0,5 g/L, bevorzugt in einer Menge von weniger als 0,25 g/L, besonders bevorzugt in einer Menge von weniger als 0,1 g/L löslich, die g/L jeweils angegeben als g Siliziumdioxidpulver pro Liter Flüssigkeit.

Bevorzugt eignen sich als Flüssigkeit polare Lösungsmittel. Dies können organische Flüssigkeiten oder Wasser sein. Bevorzugt ist die Flüssigkeit ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Wasser, Methanol, Ethanol, n- Propanol, iso-Propanol, n-Butanol, tert-Butanol und Mischungen aus mehr als einem davon. Besonders bevorzugt ist die Flüssigkeit Wasser. Besonders bevorzugt beinhaltet die Flüssigkeit destilliertes oder entionisiertes Wasser.

Bevorzugt wird das Siliziumdioxidpulver zu einer Aufschlämmung verarbeitet. Das Siliziumdioxidpulver ist in der Flüssigkeit bei Raumtemperatur nahezu unlöslich, kann jedoch in die Flüssigkeit in hohen Gewichts-Anteilen unter Erhalt der Aufschlämmung eingebracht werden.

Das Siliziumdioxidpulver und die Flüssigkeit können in beliebiger Weise gemischt werden. Zum Beispiel kann das Siliziumdioxidpulver zu der Flüssigkeit, oder die Flüssigkeit zum Siliziumdioxidpulver gegeben werden. Das Gemisch kann während des Zugebens oder nach dem Zugeben bewegt werden. Besonders bevorzugt wird das Gemisch während und nach dem Zugeben bewegt. Beispiele für das Bewegen sind ein Schütteln und ein Rühren, oder eine Kombination von beidem. Bevorzugt kann das Siliziumdioxidpulver unter Rühren zu der Flüssigkeit gegeben werden. Weiter bevorzugt kann ein Teil des Siliziumdioxidpulvers zu der Flüssigkeit gegeben werden, wobei das so erhaltene Gemisch bewegt wird, und das Gemisch anschließend mit dem übrigen Teil des Siliziumdioxidpulvers vermischt wird. Ebenso kann ein Teil der Flüssigkeit zu dem Siliziumdioxidpulver gegeben werden, wobei das so erhaltene Gemisch bewegt wird, und das Gemisch anschließend mit dem übrigen Teil der Flüssigkeit vermischt wird.

Durch das Mischen des Siliziumdioxidpulvers und der Flüssigkeit wird eine Aufschlämmung erhalten. Bevorzugt ist die Aufschlämmung eine Suspension, in der das Siliziumdioxidpulver gleichmäßig in der Flüssigkeit verteilt ist. Unter„gleichmäßig" wird verstanden, dass die Dichte und die Zusammensetzung der Aufschlämmung an jeder Stelle um nicht mehr als 10 % von der durchschnittlichen Dichte und der durchschnittlichen Zusammensetzung abweichen, jeweils bezogen auf die Gesamtmenge an Aufschlämmung. Eine gleichmäßige Verteilung des Siliziumdioxidpulvers in der Flüssigkeit kann durch wie ein zuvor bereits beschriebenes Bewegen hergestellt, oder erhalten werden, oder beides. Bevorzugt hat die Aufschlämmung ein Litergewicht im Bereich von 1000 bis 2000 g/L, zum Beispiel im Bereich von 1200 bis 1900 g/L oder von 1300 bis 1800 g/L, besonders bevorzugt im Bereich von 1400 bis 1700 g/L. Das Litergewicht wird mittels Auswiegen eines volumenkalibrierten Behälters bestimmt.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform gilt für die Aufschlämmung mindestens eines, zum Beispiel mindestens zwei oder mindestens drei oder mindestens vier, besonders bevorzugt mindestens fünf der folgenden Merkmale:

a. ) die Aufschlämmung wird in Kontakt mit einer Kunststoffoberfläche transportiert;

b. ) die Aufschlämmung wird geschert;

c. ) die Aufschlämmung weist eine Temperatur von mehr als 0°C auf, bevorzugt in einem Bereich von 5 bis 35°C;

d. ) die Aufschlämmung weist ein Zeta-Potential bei einem pH- Wert von 7 in einem Bereich von 0 bis -100 mA auf, zum Beispiel von -20 bis -60 mA, besonders bevorzugt von -30 bis -45 mA;

e. ) die Aufschlämmung weist einen pH- Wert in einem Bereich von 7 oder mehr auf, zum Beispiel von mehr als 7 oder einen pH- Wert im Bereich von 7,5 bis 13 oder von 8 bis 11, besonders bevorzugt von 8,5 bis 10;

f. ) die Aufschlämmung weist einen isoelektrischen Punkt von weniger als 7, zum Beispiel in einem

Bereich von 1 bis 5 oder in einem Bereich von 2 bis 4, besonders bevorzugt in einem Bereich von 3 bis 3,5;

g. ) die Aufschlämmung weist einen Feststoffgehalt von mindestens 40 Gew.-%, zum Beispiel in einem

Bereich von 50 bis 80 Gew.-%, oder in einem Bereich von 55 bis 75 Gew.-%, besonders bevorzugt in einem Bereich von 60 bis 70 Gew.-% auf, jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht der Aufschlämmung;

h. ) die Aufschlämmung weist eine Viskosität gemäß DIN 53019-1 (5 rpm, 30 Gew.-%) in einem Bereich von 500 bis 2000 mPas, zum Beispiel im Bereich von 600 bis 1700 mPas, besonders bevorzugt im Bereich von 1000 bis 1600 mPas auf;

i. ) die Aufschlämmung weist eine Thixotropie gemäß DIN SPEC 91143-2 (30 Gew.-% in Wasser, 23 °C,

5 rpm/50 rpm) im Bereich von 3 bis 6, zum Beispiel im Bereich von 3,5 bis 5, besonders bevorzugt im Bereich von 4,0 bis 4,5 auf;

j.) die Siliziumdioxidpartikel in der Aufschlämmung weisen in einer 4 Gew.-%igen Aufschlämmung eine mittlere Partikelgröße in Suspension gemäß DIN ISO 13320-1 im Bereich von 100 bis 500 nm, zum Beispiel in einem Bereich von 200 bis 300 nm auf.

Bevorzugt weisen die Siliziumdioxidpartikel in einer 4 Gew.-%igen wässrigen Aufschlämmung eine Partikelgröße D ₁₀ in einem Bereich von 50 bis 250 nm auf, besonders bevorzugt im Bereich von 100 bis 150 nm. Bevorzugt weisen die Siliziumdioxidpartikel in einer 4 Gew.-%igen wässrigen Aufschlämmung eine Partikelgröße D ₅₀ in einem Bereich von 100 bis 400 nm auf, besonders bevorzugt im Bereich von 200 bis 250 nm. Bevorzugt weisen die Siliziumdioxidpartikel in einer 4 Gew.-%igen wässrigen Aufschlämmung eine Partikelgröße D ₉₀ in einem Bereich von 200 bis 600 nm auf, besonders bevorzugt in einem Bereich von 350 bis 400 nm. Die Partikelgröße wird mittels DIN ISO 13320-1 bestimmt. Unter dem„isolektrischen Punkt" wird der pH- Wert verstanden, bei dem das Zeta-Potential den Wert 0 annimmt. Das Zeta-Potential wird gemäß ISO 13099-2:2012 bestimmt. Bevorzugt wird der pH- Wert der Aufschlämmung auf einen Wert in dem oben genannten Bereich eingestellt. Bevorzugt können zum Einstellen des pH- Werts Stoffe wie NaOH oder NH ₃ , zum Beispiel als wässrige Lösung der Aufschlämmung zugegeben werden. Dabei wird die Aufschlämmung oftmals bewegt.

Granulation

Das Siliziumdioxidgranulat wird durch Granulieren von Siliziumdioxidpulver erhalten. Unter Granulieren versteht man das Überführen von Pulverteilchen in Granulen. Beim Granulieren bilden sich durch Zusammenlagerungen von mehreren Siliziumdioxidpulverteilchen größere Agglomerate, die als „Siliziumdioxidgranulen" bezeichnet werden. Diese werden oft auch als „Siliziumdioxidpartikel", „Siliziumdioxidgranulatteilchen" oder„Granulatteilchen" bezeichnet. In ihrer Gesamtheit bilden Granulen ein Granulat, z.B. die Siliziumdioxidgranulen ein„Siliziumdioxidgranulat".

Im vorliegenden Fall kann prinzipiell jedes Granulierverfahren ausgewählt werden, das dem Fachmann bekannt und zum Granulieren von Siliziumdioxidpulver geeignet erscheint. Bei den Granulierverfahren kann zwischen Aufbaugranulation und Pressgranulation, und weiter zwischen Nass- und Trocken-Granulierverfahren unterschieden werden. Bekannte Methoden sind Rollgranulation in einem Granulierteller, Sprühgranulation, Zentrifugalzerstäubung, Wirbelschichtgranulation, Granulierverfahren unter Einsatz einer Granuliermühle, Kompaktierung, Walzenpressen, Brikettierung, Schülpenherstellung oder Extrudierung.

Sprühtrocknen

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des ersten Gegenstands der Erfindung wird ein Siliziumdioxidgranulat durch Sprühgranulieren der Aufschlämmung erhalten. Das Sprühgranulieren wird auch als Sprühtrocknen bezeichnet.

Das Sprühtrocknen erfolgt bevorzugt in einem Sprühturm. Zum Sprühtrocknen wird die Aufschlämmung bei erhöhter Temperatur unter Druck gesetzt. Die unter Druck stehende Aufschlämmung wird anschließend über eine Düse entspannt und so in den Sprühturm gesprüht. In Folge dessen bilden sich Tropfen, die augenblicklich trocknen und zunächst trockene Kleinstpartikel („Keime") bilden. Die Kleinstpartikel bilden zusammen mit einem auf die Partikel wirkenden Gasstrom eine Wirbelschicht. Sie werden so im Schwebezustand gehalten und können damit eine Oberfläche zum Trocknen weiterer Tröpfchen bilden.

Die Düse, durch die die Aufschlämmung in den Sprühturm gesprüht wird, bildet bevorzugt einen Einlass in den Innenraum des Sprühturms.

Die Düse weist beim Sprühen bevorzugt eine Kontaktfläche mit der Aufschlämmung auf. Unter der „Kontaktfläche" wird der Bereich der Düse verstanden, der beim Sprühen in Kontakt mit der Aufschlämmung kommt. Oftmals ist zumindest ein Teil der Düse als Rohr geformt, durch das die Aufschlämmung beim Sprühen geleitet wird, so dass die Innenseite des Hohlrohrs mit der Aufschlämmung in Berührung kommt.

Die Kontaktfläche beinhaltet bevorzugt ein Glas, einen Kunststoff oder eine Kombination davon. Bevorzugt beinhaltet die Kontaktfläche ein Glas, besonders bevorzugt Quarzglas. Bevorzugt beinhaltet die Kontaktfläche einen Kunststoff. Prinzipiell sind alle dem Fachmann bekannten Kunststoffe geeignet, die bei den Verfahrenstemperaturen stabil sind und keine Fremdatome an die Aufschlämmung abgeben. Bevorzugte Kunststoffe sind Polyolefine, zum Beispiel Homo- oder Copolymere beinhaltend mindestens ein Olefin, besonders bevorzugt Homo- oder Copolymere beinhaltend Polypropylen, Polyethylen, Polybutadien oder Kombinationen aus zwei oder mehr davon. Bevorzugt besteht die Kontaktfläche aus einem Glas, einem Kunststoff oder einer Kombination davon, zum Beispiel ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Quarzglas und Polyolefmen, besonders bevorzugt ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Quarzglas und Homo- oder Copolymere beinhaltend Polypropylen, Polyethylen, Polybutadien oder Kombinationen aus zwei oder mehr davon. Bevorzugt beinhaltet die Kontaktfläche keine Metalle, insbesondere kein Wolfram, Titan, Tantal, Chrom, Cobalt, Nickel, Eisen, Vanadium, Zirkonium und Mangan.

Es ist prinzipiell möglich, dass die Kontaktfläche und die weiteren Teile der Düse aus dem gleichen oder aus verschiedenen Materialien bestehen. Bevorzugt enthalten die weiteren Teile der Düse das gleiche Material wie die Kontaktfläche. Es ist ebenso möglich, dass die weiteren Teile der Düse ein von der Kontaktfläche verschiedenes Material enthalten. Zum Beispiel kann die Kontaktfläche mit einem geeigneten Material, zum Beispiel einem Glas oder einem Kunststoffbeschichtet sein.

Bevorzugt ist die Düse zu mehr als 70 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Düse, aus einem Element ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Glas, Kunststoff oder einer Kombination von Glas und Kunststoff gebildet, zum Beispiel zu mehr als 75 Gew.-% oder zu mehr als 80 Gew.-% oder zu mehr als 85 Gew.-% oder zu mehr als 90 Gew.-% oder zu mehr als 95 Gew.-%, besonders bevorzugt zu mehr als 99 Gew.-%.

Bevorzugt umfasst die Düse ein Düsenplättchen. Das Düsenplättchen ist bevorzugt aus Glas, Kunststoff oder einer Kombination aus Glas und Kunststoff gebildet. Bevorzugt ist das Düsenplättchen aus Glas gebildet, besonders bevorzugt Quarzglas. Bevorzugt ist das Düsenplättchen aus Kunststoff gebildet. Bevorzugte Kunststoffe sind Polyolefine, zum Beispiel Homo- oder Copolymere beinhaltend mindestens ein Olefin, besonders bevorzugt Homo- oder Copolymere beinhaltend Polypropylen, Polyethylen, Polybutadien oder Kombinationen aus zwei oder mehr davon. Bevorzugt beinhaltet das Düsenplättchen keine Metalle, insbesondere kein Wolfram, Titan, Tantal, Chrom, Cobalt, Nickel, Eisen, Vanadium, Zirkonium und Mangan.

Bevorzugt umfasst die Düse eine Drallschnecke. Die Drallschnecke ist bevorzugt aus Glas, Kunststoff oder einer Kombination aus Glas und Kunststoff gebildet. Bevorzugt ist die Drallschnecke aus Glas gebildet, besonders bevorzugt Quarzglas. Bevorzugt ist die Drallschnecke aus Kunststoff gebildet. Bevorzugte Kunststoffe sind Polyolefine, zum Beispiel Homo- oder Copolymere beinhaltend mindestens ein Olefin, besonders bevorzugt Homo- oder Copolymere beinhaltend Polypropylen, Polyethylen, Polybutadien oder Kombinationen aus zwei oder mehr davon. Bevorzugt beinhaltet die Drallschnecke keine Metalle, insbesondere kein Wolfram, Titan, Tantal, Chrom, Cobalt, Nickel, Eisen, Vanadium, Zirkonium und Mangan.

Die Düse kann darüber hinaus weitere Bestandteile umfassen. Bevorzugte weitere Bauteile sind ein Düsenkörper, besonders bevorzugt ist ein die Drallschnecke und das Düsenplättchen umgebender Düsenkörper, ein Kreuzstück und eine Prallplatte. Bevorzugt umfasst eine Düse eines oder mehr, besonders bevorzugt alle, der weiteren Bauteile. Die weiteren Bauteile können unabhängig voneinander prinzipiell aus einem beliebigen, dem Fachmann bekannten und zu diesem Zweck geeigneten Material bestehen, zum Beispiel aus einem Metall-haltigen Material, aus Glas oder aus einem Kunststoff. Bevorzugt ist der Düsenkörper aus Glas gebildet, besonders bevorzugt Quarzglas. Bevorzugt sind die weiteren Bauteile aus Kunststoff gebildet. Bevorzugte Kunststoffe sind Polyolefme, zum Beispiel Homo- oder Copolymere beinhaltend mindestens ein Olefin, besonders bevorzugt Homo- oder Copolymere beinhaltend Polypropylen, Polyethylen, Polybutadien oder Kombinationen aus zwei oder mehr davon. Bevorzugt beinhalten die weiteren Bauteile keine Metalle, insbesondere kein Wolfram, Titan, Tantal, Chrom, Cobalt, Nickel, Eisen, Vanadium, Zirkonium und Mangan.

Bevorzugt weist der Sprühturm einen Gaseinlass und einen Gasauslass auf. Durch den Gaseinlass kann Gas in den Innenraum des Sprühturms eingebracht, und durch den Gasauslass kann es ausgeleitet werden. Es ist auch möglich, Gas über die Düse in den Sprühturm einzuleiten. Ebenso kann Gas über den Auslass des Sprühturms ausgeleitet werden. Weiterhin bevorzugt kann Gas über die Düse und einen Gaseinlass des Sprühturms zugeführt, und über den Auslass des Sprühturms und einen Gasauslass des Sprühturms ausgeleitet werden.

Bevorzugt liegt im Innenraum des Sprühturms eine Atmosphäre ausgewählt aus Luft, einem Inertgas, mindestens zwei Inertgasen oder eine Kombination von Luft mit mindestens einem Inertgas, bevorzugt mindestens zwei Inertgasen vor. Als Inertgase sind bevorzugt ausgewählt aus der Liste bestehend aus Stickstoff, Helium, Neon, Argon, Krypton und Xenon. Zum Beispiel liegt im Innenraum des Sprühturms Luft, Stickstoff oder Argon vor, besonders bevorzugt Luft.

Weiter bevorzugt ist die im Sprühturm vorliegende Atmosphäre Teil eines Gasstroms. Der Gasstrom wird in den Sprühturm bevorzugt über einen Gaseinlass eingeleitet und über einen Gasauslass ausgeleitet. Es ist auch möglich Teile des Gasstroms über die Düse einzuleiten und Teile des Gasstroms über einen Feststoffauslass auszuleiten. Der Gasstrom kann im Sprühturm weitere Bestandteile aufnehmen. Diese können beim Sprühtrocknen aus der Aufschlämmung stammen und in den Gasstrom übergehen.

Bevorzugt wird dem Sprühturm ein trockener Gasstrom zugeführt. Unter einem trockenen Gasstrom wird ein Gas oder ein Gasgemisch verstanden, dessen relative Feuchte bei der im Sprühturm eingestellten Temperatur unterhalb des Kondensationspunktes liegt. Eine relative Luftfeuchte von 100 % entspricht einer Wassermenge von 17,5 g/m ³ bei 20°C. Das Gas wird bevorzugt auf eine Temperatur in einem Bereich von 150 bis 450°C, zum Beispiel von 200 bis 420°C oder von 300 bis 400°C, besonders bevorzugt von 350 bis 400°C vorgewärmt. Der Innenraum des Sprühturms ist bevorzugt temperierbar. Bevorzugt beträgt die Temperatur im Innenraum des Sprühturms bis zu 550°C, zum Beispiel 300 bis 500°C, besonders bevorzugt 350 bis 450°C.

Der Gasstrom hat am Gaseinlass bevorzugt eine Temperatur in einem Bereich von 150 bis 450°C, zum Beispiel von 200 bis 420°C oder von 300 bis 400°C, besonders bevorzugt von 350 bis 400°C.

Am Feststoffauslass, dem Gasauslass oder an beiden Orten hat der ausgeleitete Gasstrom bevorzugt eine Temperatur von weniger als 170°C, zum Beispiel von 50 bis 150°C, besonders bevorzugt von 100 bis 130°C. Weiter bevorzugt liegt der Unterschied zwischen der Temperatur des Gasstroms beim Einleiten und dem Gasstrom beim Ausleiten in einem Bereich von 100 bis 330°C, zum Beispiel von 150 bis 300 °C.

Die so erhaltenen Siliziumdioxidgranulen liegen als Agglomerat einzelner Teilchen von Siliziumdioxidpulver vor. Die einzelnen Teilchen des Siliziumdioxidpulvers sind im Agglomerat weiterhin erkennbar. Die mittlere Teilchengröße der Teilchen des Siliziumdioxidpulvers liegt bevorzugt im Bereich von 10 bis 1000 nm, zum Beispiel im Bereich von 20 bis 500 nm oder von 30 bis 250 nm oder von 35 bis 200 nm oder von 40 bis 150 nm, oder besonders bevorzugt im Bereich von 50 bis 100 nm. Die mittlere Teilchengröße dieser Teilchen wird gemäß DIN ISO 13320-1 ermittelt. Das Sprühtrocknen kann in Anwesenheit von Hilfsstoffen durchgeführt werden. Prinzipiell können alle Stoffe als Hilfsstoffe eingesetzt werden, die dem Fachmann bekannt sind und zum vorliegenden Einsatzzweck geeignet erscheinen. Als Hilfsstoffe kommen zum Beispiel sogenannte Bindemittel in Betracht. Beispiele für geeignete Bindemittel sind Metalloxide wie Calciumoxid, Metallcarbonate wie Calciumcarbonat und Polysaccharide wie Cellulose, Celluloseether, Stärke und Stärkederivate.

Besonders bevorzugt wird das Sprühtrocknen im Rahmen der vorliegenden Erfindung ohne Hilfsstoffe durchgeführt.

Bevorzugt wird vor, nach oder vor und nach dem Entnehmen des Siliziumdioxidgranulats aus dem Sprühturm ein Teil davon abgetrennt. Zum Abtrennen kommen alle dem Fachmann bekannten und geeignet erscheinenden Verfahren in Betracht. Bevorzugt erfolgt das Abtrennen durch ein Sichten oder ein Sieben.

Bevorzugt werden vor dem Entnehmen des durch Sprühtrocknung gebildeten Siliziumdioxidgranulats aus dem Sprühturm Partikel mit einer Partikelgröße von weniger als 50 μηι, zum Beispiel mit einer Partikelgröße von weniger als 70 μηι besonders bevorzugt mit einer Partikelgröße von weniger als 90 μηι durch Sichten abgetrennt. Das Sichten erfolgt bevorzugt durch einen Zyklon, der bevorzugt im unteren Bereich des Sprühturms, besonders bevorzugt oberhalb des Auslasses des Sprühturms, angeordnet ist.

Bevorzugt werden nach dem Entnehmen des Siliziumdioxidgranulats aus dem Sprühturm Teilchen mit einer Partikelgröße von mehr als 1000 μηι, zum Beispiel mit einer Partikelgröße von mehr als 700 μηι besonders bevorzugt mit einer Partikelgröße von mehr als 500 μηι durch Sieben abgetrennt. Das Sieben der Partikel kann prinzipiell nach allen dem Fachmann bekannten und zu diesem Zweck geeigneten Verfahren erfolgen. Bevorzugt erfolgt das Sieben mittels einer Rüttelrinne.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist das Sprühtrocknen der Aufschlämmung durch eine Düse in einen Sprühturm durch mindestens eines, zum Beispiel zwei oder drei, besonders bevorzugt alle der folgenden Merkmale gekennzeichnet:

a] Sprühgranulieren in einem Sprühturm;

b] Vorliegen eines Drucks der Aufschlämmung an der Düse von nicht mehr als 40 bar, zum Beispiel in einem Bereich von 1 ,3 bis 20 bar von 1 ,5 bis 18 bar oder von 2 bis 15 bar oder von 4 bis 13 bar, oder besonders bevorzugt im Bereich von 5 bis 12 bar, wobei der Druck absolut (in Bezug auf p = 0 hPa) angegeben ist;

c] eine Temperatur der Tröpfchen beim Eintritt in den Sprühturm in einem Bereich von 10 bis 50°C, bevorzugt in einem Bereich von 15 bis 30°C, besonders bevorzugt in einem Bereich von 18 bis 25°C. d] eine Temperatur an der dem Sprühturm zugewandten Seite der Düse in einem Bereich von 100 bis 450°C, zum Beispiel in einem Bereich von 250 bis 440°C, besonders bevorzugt von 350 bis 430°C; e] einen Durchsatz an Aufschlämmung durch die Düse in einem Bereich von 0,05 bis 1 m ³ /h, zum Beispiel in einem Bereich von 0,1 bis 0,7 m ³ /h oder von 0,2 bis 0,5 m ³ /h, besonders bevorzugt in einem Bereich von 0,25 bis 0,4 m ³ /h;

fj einen Feststoffgehalt der Aufschlämmung von mindestens 40 Gew.-%, zum Beispiel in einem Bereich von 50 bis 80 Gew.-%, oder in einem Bereich von 55 bis 75 Gew.-%, besonders bevorzugt in einem Bereich von 60 bis 70 Gew.-% auf, jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht der Aufschlämmung; g] einen Gaszustrom in den Sprühturm in einem Bereich von 10 bis 100 kg/min, zum Beispiel in einem Bereich von 20 bis 80 kg/min oder von 30 bis 70 kg/min, besonders bevorzugt in einem Bereich von 40 bis 60 kg/min;

h] eine Temperatur des Gasstroms beim Eintritt in den Sprühturm in einem Bereich von 100 bis 450°C, zum Beispiel in einem Bereich von 250 bis 440°C, besonders bevorzugt von 350 bis 430°C;

i] eine Temperatur des Gasstroms beim Austritt aus dem Sprühturm von weniger als 170°C;

j] das Gas ist ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Luft, Stickstoff und Helium, oder einer Kombination von zwei oder mehr davon; bevorzugt Luft;

k] eine Restfeuchte des Granulats bei Entnahme aus dem Sprühturm von weniger als 5 Gew.-%, zum Beispiel von weniger als 3 Gew.-% oder von weniger als 1 Gew.-% oder in einem Bereich von 0,01 bis 0,5 Gew.-%, besonders bevorzugt in einem Bereich von 0,1 bis 0,3 Gew.-%, jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht des bei der Sprühtrocknung entstehenden Siliziumdioxidgranulats;

1] mindestens 50 Gew.-% des Sprühgranulats, bezogen auf das Gesamtgewicht des bei der Sprühtrocknung entstehenden Siliziumdioxidgranulats, vollzieht eine Flugzeit in einem Bereich von 1 bis 100 s, zum Beispiel über einen Zeitraum von 10 bis 80 s, besonders bevorzugt über einen Zeitraum vom 25 bis 70 s;

m] mindestens 50 Gew.-% des Sprühgranulats, bezogen auf das Gesamtgewicht des bei der Sprühtrocknung entstehenden Siliziumdioxidgranulats, legt eine Flugstrecke von mehr als 20 m zurück, zum Beispiel von mehr als 30 oder von mehr als 50 oder von mehr als 70 oder von mehr als 100 oder von mehr als 150 oder von mehr als 200 oder in einem Bereich von 20 bis 200 m oder von 10 bis 150 oder von 20 bis 100, besonders bevorzugt einem Bereich von 30 bis 80 m.

n] der Sprühturm weist eine zylindrische Geometrie auf;

o] eine Höhe des Sprühturms von mehr als 10 m, zum Beispiel von mehr als 15 m oder von mehr als 20 m oder von mehr als 25 m oder von mehr als 30 m oder in einem Bereich von 10 bis 25 m, besonders bevorzugt in einem Bereich von 15 bis 20 m;

p] Absichten von Partikeln mit einer Größe von weniger als 90 μηι vor der Entnahme des Granulats aus dem Sprühturm;

q] Absieben von Partikeln mit einer Größe von mehr als 500 μηι nach der Entnahme des Granulats aus dem Sprühturm, bevorzugt auf einer Rüttelrinne;

r] der Austritt der Tröpfchen der Aufschlämmung aus der Düse erfolgt in einem Winkel von 30 bis 60

Grad entgegen der Lotrichtung, besonders bevorzugt bei einem Winkel von 45 Grad entgegen der

Lotrichtung.

Unter der Lotrichtung wird die Richtung des Schwerkraftvektors verstanden.

Die Flugstrecke bedeutet den Weg, den ein Tröpfchen der Aufschlämmung ab Austritt aus der Düse im Gasraum des Sprühturms unter Bildung einer Granule bis zum Abschluss des Flug- und Fallvorgangs zurücklegt. Der Flug- und Fallvorgang endet regelmäßig durch Auftreffen der Granule am Boden des Sprühturms, oder durch Auftreffen der Granule aufbereite auf dem Boden des Sprühturms liegenden anderen Granulen, je nachdem, was zuerst eintritt.

Die Flugzeit ist die Dauer, die eine Granule für das Zurücklegen der Flugstrecke im Sprühturm benötigt. Bevorzugt weisen die Granulen im Sprühturm eine helixförmige Flugbahn auf.

Bevorzugt legen mindestens 60 Gew.-% des Sprühgranulats, bezogen auf das Gesamtgewicht des bei der Sprühtrocknung entstehenden Siliziumdioxidgranulats, eine mittlere Flugstrecke von mehr als 20 m zurück, zum Beispiel von mehr als 30 oder von mehr als 50 oder von mehr als 70 oder von mehr als 100 oder von mehr als 150 oder von mehr als 200 oder in einem Bereich von 20 bis 200 m oder von 10 bis 150 oder von 20 bis 100, besonders bevorzugt einem Bereich von 30 bis 80 m.

Bevorzugt legen mindestens 70 Gew.-% des Sprühgranulats, bezogen auf das Gesamtgewicht des bei der Sprühtrocknung entstehenden Siliziumdioxidgranulats, eine mittlere Flugstrecke von mehr als 20 m zurück, zum Beispiel von mehr als 30 oder von mehr als 50 oder von mehr als 70 oder von mehr als 100 oder von mehr als 150 oder von mehr als 200 oder in einem Bereich von 20 bis 200 m oder von 10 bis 150 oder von 20 bis 100, besonders bevorzugt einem Bereich von 30 bis 80 m.

Bevorzugt legen mindestens 80 Gew.-% des Sprühgranulats, bezogen auf das Gesamtgewicht des bei der Sprühtrocknung entstehenden Siliziumdioxidgranulats, eine mittlere Flugstrecke von mehr als 20 m zurück, zum Beispiel von mehr als 30 oder von mehr als 50 oder von mehr als 70 oder von mehr als 100 oder von mehr als 150 oder von mehr als 200 oder in einem Bereich von 20 bis 200 m oder von 10 bis 150 oder von 20 bis 100, besonders bevorzugt einem Bereich von 30 bis 80 m. Bevorzugt legen mindestens 90 Gew.-% des Sprühgranulats, bezogen auf das Gesamtgewicht des bei der Sprühtrocknung entstehenden Siliziumdioxidgranulats, eine mittlere Flugstrecke von mehr als 20 m zurück, zum Beispiel von mehr als 30 oder von mehr als 50 oder von mehr als 70 oder von mehr als 100 oder von mehr als 150 oder von mehr als 200 oder in einem Bereich von 20 bis 200 m oder von 10 bis 150 oder von 20 bis 100, besonders bevorzugt einem Bereich von 30 bis 80 m.

Rollgranulation

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des ersten Gegenstands der Erfindung wird ein Siliziumdioxidgranulat durch Rollgranulieren der Aufschlämmung erhalten. Das Rollgranulieren erfolgt durch Rühren der Aufschlämmung in Gegenwart eines Gases bei erhöhter Temperatur. Bevorzugt erfolgt das Rollgranulieren in einem mit einem Rührwerkzeug ausgerüsteten Rührbehälter. Bevorzugt rotiert der Rührbehälter gegensinnig zum Rührwerkzeug. Bevorzugt weist der Rührbehälter außerdem einen Einlass, durch den Siliziumdioxidpulver in den Rührbehälter eingetragen werden kann, einen Auslass, durch den Siliziumdioxidgranulat entnommen werden kann, einen Gaseinlass und einen Gasauslass, auf.

Für das Rühren der Aufschlämmung wird bevorzugt ein Stiftwirbier verwendet. Unter einem Stiftwirbier wird ein Rührwerkzeug verstanden, das mit mehreren länglichen Stiften versehen ist, deren Längsachse jeweils koaxial zur Rotationsachse des Rührwerkzeugs verläuft. Der Bewegungsablauf der Stifte beschreibt bevorzugt koaxiale Kreise um die Rotationsachse.

Bevorzugt wird die Aufschlämmung auf einen pH- Wert von weniger als 7 eingestellt, zum Beispiel auf einen pH- Wert im Bereich von 2 bis 6,5, besonders bevorzugt auf einen pH- Wert in einem Bereich von 4 bis 6. Zum Einstellen des pH- Werts wird bevorzugt eine anorganische Säure verwendet, zum Beispiel eine Säure ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Salzsäure, Schwefelsäure, Salpetersäure und Phosphorsäure, besonders bevorzugt Salzsäure.

Bevorzugt liegt im Rührbehälter eine Atmosphäre ausgewählt aus Luft, einem Inertgas, mindestens zwei Inertgasen oder eine Kombination von Luft mit mindestens einem Inertgas, bevorzugt mindestens zwei Inertgasen vor. Als Inertgase sind bevorzugt ausgewählt aus der Liste bestehend aus Stickstoff, Helium, Neon, Argon, Krypton und Xenon. Zum Beispiel liegt im Rührbehälter Luft, Stickstoff oder Argon vor, besonders bevorzugt Luft.

Weiter bevorzugt ist die im Rührbehälter vorliegende Atmosphäre Teil eines Gasstroms. Der Gasstrom wird in den Rührbehälter bevorzugt über den Gaseinlass eingeleitet und über den Gasauslass ausgeleitet. Der Gasstrom kann im Rührbehälter weitere Bestandteile aufnehmen. Diese können beim Rollgranulieren aus der Aufschlämmung stammen und in den Gasstrom übergehen.

Bevorzugt wird dem Rührbehälter ein trockener Gasstrom zugeführt. Unter einem„trockenen Gasstrom" wird ein Gas oder ein Gasgemisch verstanden, dessen relative Feuchte bei der im Rührbehälter eingestellten Temperatur unterhalb des Kondensationspunktes liegt. Das Gas wird bevorzugt auf eine Temperatur in einem Bereich von 50 bis 300°C, zum Beispiel von 80 bis 250°C, besonders bevorzugt von 100 bis 200°C vorgewärmt.

Bevorzugt werden pro 1 kg der eingesetzten Aufschlämmung 10 bis 150 m ³ Gas pro Stunde in den Rührbehälter eingeleitet, zum Beispiel 20 bis 100 m ³ Gas pro Stunde, besonders bevorzugt 30 bis 70 m ³ Gas pro Stunde.

Durch den Gasstrom wird die Aufschlämmung während des Rührens unter Bildung von Siliziumdioxidgranulen getrocknet. Das gebildete Granulat wird der Rührkammer entnommen. Bevorzugt wird das entnommene Granulat weiter getrocknet. Bevorzugt erfolgt die Trocknung kontinuierlich, zum Beispiel in einem Drehrohrofen. Bevorzugte Temperaturen zur Trocknung liegen in einem Bereich von 80 bis 250°C, zum Beispiel in einem Bereich von 100 bis 200°C, besonders bevorzugt in einem Bereich von 120 bis 180°C. Kontinuierlich bedeutet im Kontext der vorliegenden Erfindung in Bezug auf ein Verfahren, dass dieses fortlaufend betrieben werden kann. Das bedeutet, dass Zufuhr und Entnahme von am Verfahren beteiligten Stoffen und Materialien beim Durchführen des Verfahrens laufend erfolgen kann. Es ist nicht notwendig, dafür das Verfahren zu unterbrechen. Kontinuierlich als Attribut eines Gegenstands, z.B. in Bezug auf einen„kontinuierlichen Ofen", bedeutet, dass dieser Gegenstand so ausgelegt ist, dass ein in ihm erfolgendes Verfahren oder in ihm erfolgender Verfahrensschritt kontinuierlich geführt werden kann.

Das durch Rollgranulieren erhaltene Granulat kann gesiebt werden. Das Sieben kann vor oder nach dem Trocknen erfolgen. Bevorzugt wird vor dem Trocknen gesiebt. Bevorzugt werden Granulen mit einer Partikelgröße von weniger als 50 μηι zum Beispiel mit einer Partikelgröße von weniger als 80 μηι besonders bevorzugt mit einer Partikelgröße von weniger als 100 μηι ausgesiebt. Weiter bevorzugt werden Granulen mit einer Partikelgröße von mehr als 900 μηι, zum Beispiel mit einer Partikelgröße von mehr als 700 μηι, besonders bevorzugt mit einer Partikelgröße von mehr als 500 μηι ausgesiebt. Das Aussieben größerer Partikel kann prinzipiell nach allen dem Fachmann bekannten und zu diesem Zweck geeigneten Verfahren erfolgen. Bevorzugt erfolgt das Absieben größerer Partikel mittels einer Rüttelrinne.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist das Rollgranulieren durch mindestens eines, zum Beispiel zwei oder drei, besonders bevorzugt aller der folgenden Merkmale gekennzeichnet:

[a] das Granulieren erfolgt in einem rotierenden Rührbehälter; [b] das Granulieren erfolgt unter einem Gasstrom von 10 bis 150 kg Gas pro Stunde und pro 1 kg Aufschlämmung;

[c] die Gastemperatur beträgt beim Einleiten 40 bis 200°C;

[d] Granulen mit einer Partikelgröße von weniger als 100 μηι und von mehr als 500 μηι werden abgesiebt;

[e] die gebildeten Granulen weisen eine Restfeuchte von 15 bis 30 Gew.-% auf;

[fj die gebildeten Granulen werden bei 80 bis 250°C getrocknet, bevorzugt in einem kontinuierlichen Trockenrohr, besonders bevorzugt bis zu einer Restfeuchte von weniger als 1 Gew.-%. Bevorzugt wird das durch Granulieren, bevorzugt durch Sprüh- oder Rollgranulieren, erhaltene Siliziumdioxidgranulat, auch als Siliziumdioxidgranulat I bezeichnet, behandelt, bevor es zu Quarzglaskörpern verarbeitet wird. Diese Vorbehandlung kann verschiedenen Zwecken dienen, die entweder die Verarbeitung zu Quarzglaskörpern erleichtern oder die Eigenschaften der resultierenden Quarzglaskörper beeinflussen. Zum Beispiel kann das Siliziumdioxidgranulat I verdichtet, gereinigt, oberflächenmodifiziert oder getrocknet werden.

Bevorzugt kann das Siliziumdioxidgranulat I einer thermischen, mechanischen oder chemischen Behandlung oder einer Kombination aus zwei oder mehr Behandlungen unterworfen werden, wobei ein Siliziumdioxidgranulat II erhalten wird. chemisch

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des ersten Gegenstands der Erfindung weist das Siliziumdioxidgranulat I einen Kohlenstoffgehalt Wcpj auf. Der Kohlenstoffgehalt Wcpj beträgt bevorzugt weniger als 50 ppm, zum Beispiel von weniger als 40 ppm oder von weniger 30 ppm, besonders bevorzugt in einem Bereich von 1 ppb bis 20 ppm, jeweils auf das Gesamtgewicht des Siliziumdioxidgranulats I bezogen.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des ersten Gegenstands der Erfindung beinhaltet das Siliziumdioxidgranulat I mindestens zwei Teilchen. Bevorzugt können die mindestens zwei Teilchen eine Relativbewegung zueinander ausführen. Als Maßnahmen zum Erzeugen der Relativbewegung kommen prinzipiell alle dem Fachmann bekannten und geeignet erscheinenden Maßnahmen in Betracht. Insbesondere bevorzugt ist ein Mischen. Ein Mischen kann prinzipiell in beliebiger Weise durchgeführt werden. Bevorzugt wird hierfür ein Durchlaufofen ausgewählt. Dementsprechend können die mindestens zwei Teilchen bevorzugt eine Relativbewegung zueinander ausführen, indem sie in einem Durchlaufofen, zum Beispiel einem Drehrohrofen, bewegt werden. Unter Durchlauföfen werden Öfen verstanden, bei denen das Be- und Entladen des Ofens, die sogenannte Chargierung, kontinuierlich erfolgt. Beispiele für Durchlauföfen sind Drehrohröfen, Rollenöfen, Förderbandöfen, Durchfahröfen, Durchstoßöfen. Bevorzugt werden zur Behandlung des Siliziumdioxidgranulats I Drehrohröfen verwendet. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des ersten Gegenstands der Erfindung wird das Siliziumdioxidgranulat I mit einem Reaktanden unter Erhalt eines Siliziumdioxidgranulats II behandelt. Das Behandeln wird durchgeführt, um die Konzentration bestimmter Stoffe im Siliziumdioxidgranulat zu verändern. Das Siliziumdioxidgranulat I kann Verunreinigungen oder bestimmte Funktionalitäten aufweisen, deren Anteil verringert werden soll, wie zum Beispiel: OH-Gruppen, kohlenstoffhaltige Verbindungen, Übergangsmetalle, Alkalimetalle und Erdalkalimetalle. Die Verunreinigungen und Funktionalitäten können aus dem Ausgangsmaterial stammen oder im Laufe des Verfahrens eingetragen werden. Die Behandlung des Siliziumdioxidgranulats I kann verschiedenen Zwecken dienen. Zum Beispiel kann der Einsatz von behandeltem Siliziumdioxidgranulat I, also Siliziumdioxidgranulat II, die Verarbeitung des Siliziumdioxidgranulats zu Quarzglaskörpern vereinfachen. Ferner können durch diese Auswahl die Eigenschaften der resultierenden Quarzglaskörper angepasst sein. Zum Beispiel kann das Siliziumdioxidgranulat I gereinigt oder oberflächenmodifiziert werden. Die Behandlung des Siliziumdioxidgranulats I kann also eingesetzt werden, um die Eigenschaften der resultierenden Quarzglaskörper zu verbessern. Bevorzugt eignen sich als Reaktand ein Gas oder eine Kombination mehrerer Gase. Diese wird auch als Gasgemisch bezeichnet. Prinzipiell können alle dem Fachmann bekannten Gase eingesetzt werden, die für die genannte Behandlung bekannt sind und geeignet erscheinen. Bevorzugt wird ein Gas ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus HCl, Cl ₂ , F ₂ , 0 ₂ , 0 ₃ , H ₂ , C ₂ F ₄ , C ₂ F ₆ , HC10 ₄ , Luft, Inertgas, z.B. N ₂ , He, Ne, Ar, Kr, oder Kombinationen aus zwei oder mehr davon eingesetzt. Bevorzugt erfolgt die Behandlung in Anwesenheit eines Gases oder einer Kombination aus zwei oder mehr als Gasen. Bevorzugt erfolgt die Behandlung in einem Gasgegenstrom, oder in einem Gasgleichstrom.

Bevorzugt ist der Reaktand ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus HCl, Cl ₂ , F ₂ , 0 ₂ , 0 ₃ oder Kombinationen von zwei oder mehr davon. Bevorzugt werden Gemische von zwei oder mehr der zuvor genannten Gase zum Behandeln von Siliziumdioxidgranulat I verwendet. Durch die Anwesenheit von F, Cl oder beiden können Metalle, die als Verunreinigungen im Siliziumdioxidgranulat I enthalten sind, wie zum Beispiel Übergangsmetalle, Alkalimetalle und Erdalkalimetalle, entfernt werden. Dabei können die vorgenannten Metalle mit Bestandteilen des Gasgemischs unter den Verfahrensbedingungen gasförmige Verbindungen eingehen, die anschließend ausgetragen werden und so nicht mehr im Granulat vorliegen. Weiter bevorzugt kann der OH- Gehalt in dem Siliziumdioxidgranulat I durch die Behandlung des Siliziumdioxidgranulats I mit diesen Gasen verringert werden.

Bevorzugt wird als Reaktand ein Gasgemisch von HCl und Cl ₂ eingesetzt. Bevorzugt weist das Gasgemisch einen Gehalt an HCl in einem Bereich von 1 bis 30 Vol.-%, beispielsweise in einem Bereich von 2 bis 15 Vol.-%, besonders bevorzugt in einem Bereich von 3 bis 10 Vol.-% auf. Ebenfalls bevorzugt weist das Gasgemisch einen Gehalt an Cl ₂ in einem Bereich von 20 bis 70 Vol.-%, beispielsweise in einem Bereich von 25 bis 65 Vol.-%, besonders bevorzugt in einem Bereich von 30 bis 60 Vol.-% auf. Der Rest zu 100 Vol.-% kann durch ein oder mehrere Inertgase, z.B. N ₂ , He, Ne, Ar, Kr, oder durch Luft ergänzt werden. Bevorzugt liegt der Anteil an Inertgas in Reaktanden in einem Bereich von 0 bis weniger als 50 Vol.-%, zum Beispiel in einem Bereich von 1 bis 40 Vol.-% oder von 5 bis 30 Vol.-%, besonders bevorzugt in einem Bereich von 10 bis 20 Vol.-%, jeweils bezogen auf das Gesamtvolumen des Reaktanden.

O2, C ₂ F ₂ , oder Mischungen davon mit Cl ₂ werden bevorzugt zur Reinigung von Siliziumdioxidgranulat I verwendet, das aus einem Siloxan oder eines Gemischs mehrerer Siloxane hergestellt wurde.

Der Reaktand in Form eines Gases oder Gasgemisches wird bevorzugt als Gasstrom oder als Teil eines Gasstroms mit einem Durchsatz in einem Bereich von 50 bis 2000 L/h, beispielsweise in einem Bereich von 100 bis 1000 L/h, besonders bevorzugt in einem Bereich von 200 bis 500 L/h mit dem Siliziumdioxidgranulat kontaktiert. Eine bevorzugte Ausgestaltung des Kontaktierens ist ein Kontakt von Gasstrom und Siliziumdioxidgranulat in einem Durchlaufofen, zum Beispiel einem Drehrohrofen. Eine andere bevorzugte Ausgestaltung des Kontaktierens ist ein Wirbelschichtverfahren (fluidized bed).

Durch das Behandeln des Siliziumdioxidgranulats I mit dem Reaktanden wird ein Siliziumdioxidgranulat II mit einem Kohlenstoffgehalt Wcp) erhalten. Der Kohlenstoffgehalt Wcp) des Siliziumdioxidgranulats II ist kleiner als der Kohlenstoffgehalt w _C (i) des Siliziumdioxidgranulats I, bezogen auf das Gesamtgewicht des jeweiligen Siliziumdioxidgranulats. Bevorzugt ist w _C ß) um 0,5 bis 99 %, beispielsweise um 20 bis 80 % oder 50 bis 95 %, besonders bevorzugt um 60 bis 99 % kleiner als w _C (i). thermisch

Bevorzugt wird das Siliziumdioxidgranulat I zusätzlich einer thermischen oder mechanischen Behandlung oder einer Kombination dieser Behandlungen unterworfen. Eine oder mehrere dieser zusätzlichen Behandlungen können vor oder während der Behandlung mit dem Reaktanden erfolgen. Alternativ oder ergänzend kann die zusätzlich Behandlung auch am Siliziumdioxidgranulat II durchgeführt werden. Die im Folgenden verwendete allgemeine Bezeichnung „Siliziumdioxidgranulat" beinhaltet die Alternativen„Siliziumdioxidgranulat I" und „Siliziumdioxidgranulat II". Ebenso ist es möglich, die nachfolgend beschriebenen Behandlungen sowohl am „Siliziumdioxidgranulat I", als auch am behandelten Siliziumdioxidgranulat I, dem„Siliziumdioxidgranulat II", durchzuführen. Die Behandlung des Siliziumdioxidgranulats kann verschiedenen Zwecken dienen. Zum Beispiel erleichtert diese Behandlung die Verarbeitung des Siliziumdioxidgranulats zu Quarzglaskörpern. Die Behandlung kann auch die Eigenschaften der resultierenden Quarzglaskörper beeinflussen. Zum Beispiel kann das Siliziumdioxidgranulat verdichtet, gereinigt, oberflächenmodifiziert oder getrocknet werden. Dabei kann sich die spezifische Oberfläche (BET) verringern. Ebenso können die Schüttdichte und die mittlere Partikelgröße aufgrund von Agglomerationen von Siliziumdioxidpartikeln zunehmen. Die thermische Behandlung kann dynamisch oder statisch durchgeführt werden.

Für die dynamisch thermische Behandlung eignen sich prinzipiell alle Öfen, in denen das Siliziumdioxidgranulat thermisch behandelt und dabei bewegt werden kann. Für die dynamisch thermische Behandlung werden bevorzugt Durchlauföfen verwendet. Eine bevorzugte mittlere Verweilzeit des Siliziumdioxidgranulats bei der dynamisch thermischen Behandlung ist mengenabhängig. Bevorzugt liegt die mittlere Verweilzeit des Siliziumdioxidgranulats bei der dynamisch thermischen Behandlung im Bereich von 10 bis 180 min, zum Beispiel im Bereich von 20 bis 120 min oder von 30 bis 90 min. Besonders bevorzugt liegt die mittlere Verweilzeit des Siliziumdioxidgranulats bei der dynamisch thermischen Behandlung im Bereich von 30 bis 90 min.

Im Fall eines kontinuierlichen Verfahrens gilt zur Bestimmung der Verweilzeit als eine Charge eine definierte Portion eines Stroms an Siliziumdioxidgranulat, z.B. ein Gramm, ein Kilogramm oder eine Tonne. Beginn und Ende des Verweilens sind hier durch Ein- und Ausführen aus dem kontinuierlichen Ofenbetrieb bestimmt.

Bevorzugt liegt der Durchsatz des Siliziumdioxidgranulats bei einem kontinuierlichen Verfahren zur dynamisch thermischen Behandlung im Bereich von 1 bis 50 kg/h, zum Beispiel im Bereich von 5 bis 40 kg/h oder von 8 bis 30 kg/h. Besonders bevorzugt liegt der Durchsatz hier im Bereich von 10 bis 20 kg/h.

Im Falle eines diskontinuierlichen Verfahrens zur dynamisch thermischen Behandlung ergibt sich die Behandlungszeit aus dem Zeitraum zwischen einem Beladen und anschließendem Entladen des Ofens.

Im Falle eines diskontinuierlichen Verfahrens zur dynamisch thermischen Behandlung beträgt der Durchsatz in einem Bereich von 1 bis 50 kg/h, zum Beispiel im Bereich von 5 bis 40 kg/h oder von 8 bis 30 kg/h. Besonders bevorzugt beträgt der Durchsatz im Bereich von 10 bis 20 kg/h. Der Durchsatz kann durch eine Charge einer bestimmten Menge, die eine Stunde lang behandelt wird, erreicht werden. Gemäß einer anderen Ausführungsform kann der Durchsatz erreicht werden durch eine Anzahl von Chargen pro Stunde, wobei zum Beispiel die Menge einer Charge dem Durchsatz pro Stunde durch die Anzahl der Chargen entspricht. Die Behandlungszeit entspricht dann dem Bruchteil einer Stunde, der sich aus 60 Minuten durch die Anzahl der Chargen pro Stunde ergibt.

Bevorzugt erfolgt die dynamisch thermische Behandlung des Siliziumdioxidgranulats bei einer Ofentemperatur von mindestens 500°C, zum Beispiel im Bereich von 510 bis 1700°C oder von 550 bis 1500°C oder von 580 bis 1300°C, besonders bevorzugt im Bereich von 600 bis 1200°C.

In der Regel hat der Ofen in der Ofenkammer die angegebene Temperatur. Bevorzugt weicht diese Temperatur um weniger als 10 % von der angegebenen Temperatur nach oben oder unten ab, bezogen auf die gesamte Behandlungszeit und die gesamte Länge des Ofens sowohl zu jedem Zeitpunkt der Behandlung als auch an jeder Stelle des Ofens.

Alternativ kann insbesondere das kontinuierliche Verfahren einer dynamisch thermischen Behandlung des Siliziumdioxidgranulats bei unterschiedlichen Ofentemperaturen erfolgen. Beispielsweise kann der Ofen über die Behandlungszeit eine konstante Temperatur aufweisen, wobei die Temperatur über die Länge des Ofens in Abschnitten variiert. Solche Abschnitte können gleich lang oder unterschiedlich lang sein. Bevorzugt ist in diesem Fall eine vom Eingang des Ofens zum Ausgang des Ofens hin zunehmende Temperatur. Bevorzugt ist die Temperatur am Eingang um wenigstens 100°C niedriger als am Ausgang, zum Beispiel 150°C niedriger oder 200°C niedriger oder 300°C niedriger oder 400°C niedriger. Weiter bevorzugt beträgt die Temperatur am Ausgang bevorzugt mindestens 500°C, zum Beispiel im Bereich von 510 bis 1700°C oder von 550 bis 1500°C oder von 580 bis 1300°C, besonders bevorzugt im Bereich von 600 bis 1200°C. Weiter bevorzugt beträgt die Temperatur am Eingang bevorzugt mindestens 300°C, zum Beispiel von 400 bis 1000°C oder von 450 bis 900°C oder von 500 bis 800°C oder von 550 bis 750°C, besonders bevorzugt von 600 bis 700°C. Weiter kann jeder der genannten Temperaturbereiche am Ofeneingang mit jedem der genannten Temperaturbereiche am Ofenausgang kombiniert werden. Bevorzugte Kombinationen von Ofeneingangs- und Ofenausgangtemperaturbereichen sind:

Für die statisch thermische Behandlung des Siliziumdioxidgranulats werden bevorzugt in einem Ofen angeordnete Tiegel verwendet. Als Tiegel eignen sich Sintertiegel oder Blechtiegel. Bevorzugt sind Walzblechtiegel aus mehreren, miteinander vernieteten Platten. Als Tiegelmaterial sind beispielsweise Refraktärmetalle, insbesondere Wolfram, Molybdän und Tantal. Die Tiegel können ferner aus Graphit gebildet sein oder im Falle der Tiegel aus Refraktärmetallen mit Graphitfolie ausgeschlagen sein. Weiter bevorzugt können die Tiegel aus Siliziumdioxid gebildet sein. Besonders bevorzugt werden Siliziumdioxidtiegel eingesetzt.

Die mittlere Verweilzeit des Siliziumdioxidgranulats bei der statisch thermischen Behandlung ist mengenabhängig. Bevorzugt liegt die mittlere Verweilzeit des Siliziumdioxidgranulats bei der statisch thermischen Behandlung bei einer Menge von 20 kg Siliziumdioxidgranulat I im Bereich von 10 bis 180 min, zum Beispiel im Bereich von 20 bis 120 min, besonders bevorzugt im Bereich von 30 bis 90 min.

Bevorzugt erfolgt die statisch thermische Behandlung des Siliziumdioxidgranulats bei einer Ofentemperatur von mindestens 800°C, zum Beispiel im Bereich von 900 bis 1700°C oder von 950 bis 1600°C oder von 1000 bis 1500°C oder von 1050 bis 1400°C, besonders bevorzugt im Bereich von 1100 bis 1300°C.

Bevorzugt erfolgt die statisch thermische Behandlung des Siliziumdioxidgranulats I bei konstanter Ofentemperatur. Die statisch thermische Behandlung kann auch bei einer variierenden Ofentemperatur erfolgen. Bevorzugt nimmt in diesem Fall die Temperatur im Laufe der Behandlung zu, wobei die Temperatur zu Beginn der Behandlung um wenigstens 50°C niedriger ist als am Ende, zum Beispiel 70°C niedriger oder 80°C niedriger oder 100°C niedriger oder 110°C niedriger, und wobei die Temperatur am Ende bevorzugt mindestens 800°C, zum Beispiel im Bereich von 900 bis 1700°C oder von 950 bis 1600°C oder von 1000 bis 1500°C oder von 1050 bis 1400°C, besonders bevorzugt im Bereich von 1100 bis 1300°C beträgt. mechanisch

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform kann das Siliziumdioxidgranulat I mechanisch behandelt werden. Die mechanische Behandlung kann zum Erhöhen der Schüttdichte durchgeführt werden. Die mechanische Behandlung kann mit der zuvor beschriebenen thermischen Behandlung kombiniert werden. Mittels einer mechanischen Behandlung kann vermieden werden, dass die Agglomerate im Siliziumdioxidgranulat und damit die mittlere Partikelgröße der einzelnen, behandelten Siliziumdioxidgranulen im Siliziumdioxidgranulat zu groß werden. Eine Vergrößerung der Agglomerate kann die Weiterverarbeitung erschweren oder nachteilige Auswirkungen auf die Eigenschaften der mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Quarzglaskörper haben, oder eine Kombination beider Effekte bedeuten. Eine mechanische Behandlung des Siliziumdioxidgranulats fördert zudem einen gleichmäßigen Kontakt der Oberflächen der einzelnen Siliziumdioxidgranulen mit dem Gas oder den Gasen. Dies wird insbesondere bei einer Kombination aus gleichzeitiger mechanischer und chemischer Behandlung mit einem oder mehreren Gasen erreicht. Dadurch kann die Wirkung der chemischen Behandlung verbessert werden. Die mechanische Behandlung des Siliziumdioxidgranulats kann durch Bewegen von zwei oder mehr Siliziumdioxidgranulen in einer Relativbewegung zueinander erfolgen, beispielsweise durch das Drehen des Rohrs eines Drehrohrofens.

Bevorzugt wird das Siliziumdioxidgranulat I chemisch, thermisch und mechanisch behandelt. Besonders erfolgt eine simultane chemische, thermische und mechanische Behandlung des Siliziumdioxidgranulats I.

Bei der chemischen Behandlung wird der Gehalt an Verunreinigungen im Siliziumdioxidgranulat I verringert. Dazu kann das Siliziumdioxidgranulat I in einem Drehrohrofen bei erhöhter Temperatur unter chlor- und sauerstoffhaltiger Atmosphäre behandelt werden. Im Siliziumdioxidgranulat I vorliegendes Wasser verdampft, organische Materialien reagieren zu CO und CO ₂ . Metallverunreinigungen können zu flüchtigen, chlorhaltigen Verbindungen konvertiert werden.

Bevorzugt wird das Siliziumdioxidgranulat I in einer chlor- und sauerstoffhaltigen Atmosphäre in einem Drehrohrofen bei einer Temperatur von mindestens 500°C, bevorzugt in einem Temperaturbereich von 550 bis 1300°C oder von 600 bis 1260°C oder von 650 bis 1200°C oder von 700 bis 1000°C, besonders bevorzugt in einem Temperaturbereich von 700 bis 900°C behandelt. Die chlorhaltige Atmosphäre enthält beispielsweise HCl oder CI ₂ oder eine Kombination aus beiden. Diese Behandlung bewirkt eine Reduzierung des Kohlenstoffgehalts.

Ferner werden bevorzugt Alkali- und Eisenverunreinigungen reduziert. Bevorzugt wird zudem eine Verringerung der Anzahl an OH-Gruppen erreicht. Bei Temperaturen unterhalb von 700°C können sich lange Behandlungsdauern ergeben, bei Temperaturen oberhalb von 1100°C besteht die Gefahr, dass sich Poren des Granulats unter Einschluss von Chlor oder gasförmigen Chlorverbindungen schließen.

Bevorzugt ist es auch möglich, mehrere chemische Behandlungsschritte bei jeweils gleichzeitiger thermischer und mechanischer Behandlung nacheinander durchzuführen. Beispielsweise kann das Siliziumdioxidgranulat I erst in einer chlorhaltigen Atmosphäre und anschließend in einer sauerstoffhaltigen Atmosphäre behandelt werden. Daraus resultierende niedrige Konzentrationen an Kohlenstoff, Hydroxylgruppen und Chlor erleichtern das Einschmelzen des Siliziumdioxidgranulats II.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist Schritt II.2) durch mindestens eines, zum Beispiel durch mindestens zwei oder mindestens drei, besonders bevorzugt durch eine Kombination von allen der folgenden Merkmale gekennzeichnet:

Nl) der Reaktand beinhaltet HCl, CI ₂ oder eine Kombination davon;

N2) die Behandlung wird in einem Drehrohrofen durchgeführt;

N3) Die Behandlung wird bei einer Temperatur in einem Bereich von 600 bis 900°C durchgeführt; N4) der Reaktand bildet einen Gegenstrom;

N5) der Reaktand weist einen Gasstrom in einem Bereich von 50 bis 2000 L/h, bevorzugt 100 bis 1000

L/h, besonders bevorzugt 200 bis 500 L/h auf;

N6) der Reaktand weist einen Volumenanteil an Inertgas in einem Bereich von 0 bis weniger als 50

Vol.-%.

Bevorzugt weist das Siliziumdioxidgranulat I einen Partikeldurchmesser auf, der größer ist, als der Partikeldurchmesser des Siliziumdioxidpulvers. Bevorzugt ist der Partikeldurchmesser des Siliziumdioxidgranulats I bis zu 300 mal größer als der Partikeldurchmesser des Siliziumdioxidpulvers, zum Beispiel bis zu 250 mal größer oder bis zu 200 mal größer oder bis zu 150 mal größer oder bis zu 100 mal größer oder bis zu 50 mal größer oder bis zu 20 mal größer oder bis zu 10 mal größer, besonders bevorzugt 2 bis 5 mal größer.

Das so erhaltene Siliziumdioxidgranulat wird auch als Siliziumdioxidgranulat II bezeichnet. Besonders bevorzugt wird das Siliziumdioxidgranulat II aus dem Siliziumdioxidgranulat I in einem Drehrohrofen mittels einer Kombination aus thermischer, mechanischer und chemischer Behandlung erhalten.

Das in Schritt i.) bereitgestellte Siliziumdioxidgranulat ist bevorzugt ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Siliziumdioxidgranulat I, Siliziumdioxidgranulat II und einer Kombination davon.

Unter„Siliziumdioxidgranulat I" wird ein Granulat aus Siliziumdioxid verstanden, dass durch Granulation von Siliziumdioxidpulver entsteht, welches bei der Pyrolyse von Siliziumverbindungen in einer Brenngasflamme erhalten wurde. Bevorzugt als Brenngas sind Knallgas, Erdgas oder Methangas, besonders bevorzugt ist Knallgas.

Unter„Siliziumdioxidgranulat II" wird ein Granulat aus Siliziumdioxid verstanden, dass durch Nachbehandlung des Siliziumdioxidgranulats I entsteht. Als Nachbehandlung kommen chemische, thermische und/oder mechanische Behandlungen in Betracht. Hierzu wird ausführlich im Rahmen der Beschreibung des Bereitstellens des Siliziumdioxidgranulats (Verfahrensschritts II. des ersten Gegenstands der Erfindung) ausgeführt. Besonders bevorzugt ist das in Schritt i.) bereitgestellte Siliziumdioxidgranulat das Siliziumdioxidgranulat I. Das Sihziumdioxidgranulat I weist folgende Merkmale auf:

[A] eine BET-Oberfläche im Bereich von 20 bis 50 m ² /g, zum Beispiel in einem Bereich von 20 bis 40 m ² /g; besonders bevorzugt in einem Bereich von 25 bis 35 m ² /g; dabei beläuft sich bevorzugt der Mikroporenanteil auf eine BET-Oberfläche in einem Bereich von 4 bis 5 m ² /g; zum Beispiel in einem Bereich von 4,1 bis 4,9 m ² /g; besonders bevorzugt in einem Bereich von 4,2 bis 4,8 m ² /g; und

[B] eine mittlere Partikelgröße in einem Bereich von 180 bis 300 μηι.

Bevorzugt ist das Sihziumdioxidgranulat I gekennzeichnet durch mindestens eines, zum Beispiel durch mindestens zwei oder mindestens drei oder mindestens vier, besonders bevorzugt durch mindestens fünf der folgenden Merkmale:

[C] eine Schüttdichte in einem Bereich von 0,5 bis 1,2 g/cm ³ , zum Beispiel in einem Bereich von 0,6 bis 1,1 g/cm ³ , besonders bevorzugt in einem Bereich von 0,7 bis 1,0 g/cm ³ ;

[D] einen Kohlenstoffgehalt von weniger als 50 ppm, zum Beispiel weniger als 40 ppm oder weniger als 30 ppm oder weniger als 20 ppm oder weniger als 10 ppm, besonders bevorzugt in einem Bereich von 1 ppb bis 5 ppm;

[E] einen Aluminiumgehalt von weniger als 200 ppb, bevorzugt von weniger als 100 ppb, zum Beispiel von weniger als 50 ppb oder von 1 bis 200 ppb oder von 15 bis 100 ppb, besonders bevorzugt in einem Bereich von 1 bis 50 ppb auf.

[F] eine Stampfdichte in einem Bereich von 0,5 bis 1,2 g/cm ³ , zum Beispiel in einem Bereich von 0,6 bis 1,1 g/cm ³ , besonders bevorzugt in einem Bereich von 0,75 bis 1,0 g/cm ³ ;

[G] ein Porenvolumen in einem Bereich von 0,1 bis 1,5 mL/g, zum Beispiel in einem Bereich von 0,15 bis 1,1 mL/g; besonders bevorzugt in einem Bereich von 0,2 bis 0,8 mL/g,

[H] einen Chlorgehalt von weniger als 200 ppm, bevorzugt von weniger als 150 ppm, zum Beispiel weniger als 100 ppm, oder von weniger als 50 ppm, oder von weniger als 1 ppm, oder von weniger als 500 ppb, oder von weniger als 200 ppb, oder in einem Bereich von 1 ppb bis weniger als 200 ppm, oder von 1 ppb bis 100 ppm, oder von 1 ppb bis 1 ppm, oder von 10 ppb bis 500 ppb, oder von 10 ppb bis 200 ppb, besonders bevorzugt von 1 ppb bis 80 ppb;

[I] Metallgehalt von Metallen, die von Aluminium verschieden sind, von weniger als 1000 ppb, bevorzugt in einem Bereich von 1 bis 900 ppb, zum Beispiel in einem Bereich von 1 bis 700 ppb, besonders bevorzugt in einem Bereich von 1 bis 500 ppb;

[J] eine Restfeuchte von weniger als 10 Gew.-%, bevorzugt in einem Bereich von 0,01 Gew.-% bis

5 Gew.-%, zum Beispiel von 0,02 bis 1 Gew.-%, besonders bevorzugt von 0,03 bis 0,5 Gew.-%; wobei die Gew.-%, ppm und ppb jeweils auf das Gesamtgewicht des Siliziumdioxidgranulats I bezogen sind.

Unter dem OH-Gehalt, auch Hydroxygruppengehalt, wird der Gehalt an OH-Gruppen in einem Material, zum Beispiel in Siliziumdioxidpulver, in Sihziumdioxidgranulat oder in einem Quarzglaskörper, verstanden. Der Gehalt an OH-Gruppen wird spektroskopisch nach im Infrarot durch Vergleich der ersten und der dritten OH- Bande bestimmt.

Unter dem Chlorgehalt wird der Gehalt an elementarem Chlor oder Chlorid-Ionen in dem Siliziumdioxidgranulat, dem Siliziumdioxidpulver oder dem Quarzglaskörper verstanden.

Unter dem Aluminiumgehalt wird der Gehalt an elementarem Aluminium oder Aluminium-Ionen in dem Siliziumdioxidgranulat, dem Siliziumdioxidpulver oder dem Quarzglaskörper verstanden. Bevorzugt weist das Siliziumdioxidgranulat I einen Mikroporenanteil in einem Bereich von 4 bis 5 m ² /g auf; zum Beispiel in einem Bereich von 4,1 bis 4,9 m ² /g; besonders bevorzugt in einem Bereich von 4,2 bis 4,8 m ² /g.

Das Siliziumdioxidgranulat I weist bevorzugt eine Dichte in einem Bereich von 2,1 bis 2,3 g/cm ³ , besonders bevorzugt in einem Bereich von 2,18 bis 2,22 g/cm ³ auf.

Das Siliziumdioxidgranulat I weist bevorzugt eine mittlere Partikelgröße in einem Bereich von 180 bis 300 μηι, zum Beispiel in einem Bereich von 220 bis 280 μηι, besonders bevorzugt in einem Bereich von 230 bis 270 μηι auf. Das Siliziumdioxidgranulat I weist bevorzugt eine Partikelgröße D ₅₀ in einem Bereich von 150 bis 300 μηι, zum Beispiel in einem Bereich von 180 bis 280 μηι, besonders bevorzugt in einem Bereich von 220 bis 270 μηι. Weiterhin bevorzugt weist das Siliziumdioxidgranulat I eine Partikelgröße D ₁₀ in einem Bereich von 50 bis 150 μηι auf, zum Beispiel in einem Bereich von 80 bis 150 μηι, besonders bevorzugt in einem Bereich von 100 bis 150 μηι auf. Weiterhin bevorzugt weist das Siliziumdioxidgranulat I eine Partikelgröße D ₉₀ in einem Bereich von 250 bis 620 μηι, zum Beispiel in einem Bereich von 280 bis 550 μηι, besonders bevorzugt in einem Bereich von 300 bis 450 μηι auf.

Das Siliziumdioxidgranulat I weist bevorzugt die Merkmalskombination [A]/[B]/[C] oder [A]/[B]/[E] oder [A]/[B]/[G] auf, weiter bevorzugt die Merkmalskombination [A]/[B]/[C]/[E] oder [A]/[B]/[C]/[G] oder [A]/[B]/[E]/[G], besonders bevorzugt die Merkmalskombination [A]/[B]/[C]/[E]/[G].

Das Siliziumdioxidgranulat I weist bevorzugt die Merkmalskombination [A]/[B]/[C] auf, wobei die BET- Oberfläche in einem Bereich von 20 bis 40 m ² /g, die mittlere Partikelgröße in einem Bereich von 180 bis 300 μηι und die Schüttdichte in einem Bereich von 0,6 bis 1,1 g/mL liegt.

Das Siliziumdioxidgranulat I weist bevorzugt die Merkmalskombination [A]/[B]/[E] auf, wobei die BET- Oberfläche in einem Bereich von 20 bis 40 m ² /g, die mittlere Partikelgröße in einem Bereich von 180 bis 300 μηι und der Aluminiumgehalt in einem Bereich von 1 bis 50 ppb liegt. Das Siliziumdioxidgranulat I weist bevorzugt die Merkmalskombination[A]/[B]/[G] auf, wobei die BET- Oberfläche in einem Bereich von 20 bis 40 m ² /g, die mittlere Partikelgröße in einem Bereich von 180 bis 300 μηι und das Porenvolumen in einem Bereich von 0,2 bis 0,8 mL/g liegt. Das Siliziumdioxidgranulat I weist bevorzugt die Merkmalskombination [A]/[B]/[C]/[E] auf, wobei die BET- Oberfläche in einem Bereich von 20 bis 40 m ² /g, die mittlere Partikelgröße in einem Bereich von 180 bis 300 μηι, die Schüttdichte in einem Bereich von 0,6 bis 1,1 g/mL und der Aluminiumgehalt in einem Bereich von 1 bis 50 ppb liegt. Das Siliziumdioxidgranulat I weist bevorzugt die Merkmalskombination [A]/[B]/[C]/[G] auf, wobei die BET- Oberfläche in einem Bereich von 20 bis 40 m ² /g, die mittlere Partikelgröße in einem Bereich von 180 bis 300 μηι, die Schüttdichte in einem Bereich von 0,6 bis 1,1 g/mL und das Porenvolumen in einem Bereich von 0,2 bis 0,8 mL/g liegt. Das Siliziumdioxidgranulat I weist bevorzugt die Merkmalskombination [A]/[B]/[E]/[G] auf, wobei die BET- Oberfläche in einem Bereich von 20 bis 40 m ² /g, die mittlere Partikelgröße in einem Bereich von 180 bis 300 μηι, der Aluminiumgehalt in einem Bereich von 1 bis 50 ppb und das Porenvolumen in einem Bereich von 0,2 bis 0,8 mL/g liegt. Das Siliziumdioxidgranulat I weist bevorzugt die Merkmalskombination [A]/[B]/[C]/[E]/[G] auf, wobei die BET- Oberfläche in einem Bereich von 20 bis 40 m ² /g, die mittlere Partikelgröße in einem Bereich von 180 bis 300 μηι, die Schüttdichte in einem Bereich von 0,6 bis 1,1 g/mL, der Aluminiumgehalt in einem Bereich von 1 bis 50 ppb und das Porenvolumen in einem Bereich von 0,2 bis 0,8 mL/g liegt. Unter Partikelgröße wird die Größe der aus den Primä artikeln zusammengelagerten Teilchen verstanden, die in einem Siliziumdioxidpulver, in einer Aufschlämmung oder in einem Siliziumdioxidgranulat vorliegen. Unter der mittleren Partikelgröße wird der arithmetische Mittelwert aller Partikelgrößen des genannten Stoffes verstanden. Der D ₅₀ -Wert gibt an, dass 50 % der Partikel, bezogen auf die gesamte Teilchenzahl, kleiner als der angegebene Wert sind. Der D ₁₀ -Wert gibt an, dass 10 % der Partikel, bezogen auf die gesamte Teilchenzahl, kleiner als der angegebene Wert sind. Der D ₉₀ -Wert gibt an, dass 90 % der Partikel, bezogen auf die gesamte Teilchenzahl, kleiner als der angegebene Wert sind. Die Partikelgröße wird mittels dynamischem Bildanalyseverfahren nach ISO 13322-2:2006-11 bestimmt.

Weiter besonders bevorzugt ist das in Schritt i.) bereitgestellte Siliziumdioxidgranulat das Siliziumdioxidgranulat II. Das Siliziumdioxidgranulat II weist folgende Merkmale auf:

(A) eine BET-Oberfläche im Bereich von 10 bis 35 m ² /g, zum Beispiel im Bereich von 10 bis 30 m ² /g, besonders bevorzugt in einem Bereich von 20 bis 30 m ² /g; und

(B) eine mittlere Partikelgröße in einem Bereich von 100 bis 300 μηι auf, zum Beispiel in einem Bereich von 150 bis 280 μηι oder von 200 bis 270 μηι, besonders bevorzugt in einem Bereich von 230 bis 260 μηι. Bevorzugt weist das Siliziumdioxidgranulat II mindestens eines, zum Beispiel mindestens zwei oder mindestens drei oder mindestens vier, besonders bevorzugt mindestens fünf der folgenden Merkmale auf:

(C) eine Schüttdichte in einem Bereich von 0,7 bis 1,2 g/cm ³ , zum Beispiel in einem Bereich von 0,75 bis 1,1 g/cm ³ , besonders bevorzugt in einem Bereich von 0,8 bis 1,0 g/cm ³ ;

(D) einen Kohlenstoffgehalt von weniger als 5 ppm, zum Beispiel weniger als 4,5 ppm oder in einem Bereich von 1 ppb bis 4 ppm, besonders bevorzugt von weniger als 4 ppm;

(E) einen Aluminiumgehalt von weniger als 200 ppb, zum Beispiel von weniger als 150 ppb oder von weniger als 100 ppb oder von 1 bis 150 ppb oder von 1 bis 100 ppb, besonders bevorzugt in einem Bereich von 1 bis 80 ppb;

(F) Stampfdichte in einem Bereich von 0,7 bis 1,2 g/cm ³ , zum Beispiel in einem Bereich von 0,75 bis 1,1 g/cm ³ , besonders bevorzugt in einem Bereich von 0,8 bis 1,0 g/cm ³ ;

(G) ein Porenvolumen in einem Bereich von 0,1 bis 2,5 mL/g, zum Beispiel in einem Bereich von 0,2 bis 1,5 mL/g; besonders bevorzugt in einem Bereich von 0,4 bis 1 mL/g;

(H) einen Chlorgehalt von weniger als 500 ppm, bevorzugt von weniger als 400 ppm, zum Beispiel weniger als 350 ppm oder bevorzugt von weniger als 330 ppm oder in einem Bereich von 1 ppb bis 500 ppm oder von 10 ppb bis 450 ppm besonders bevorzugt von 50 ppb bis 300 ppm;

(I) einen Metallgehalt von Metallen, die von Aluminium verschieden sind, von weniger als 1000 ppb, zum Beispiel in einem Bereich von 1 bis 400 ppb, besonders bevorzugt in einem Bereich von 1 bis 200 ppb;

(J) eine Restfeuchte von weniger als 3 Gew.-%, zum Beispiel in einem Bereich von 0,001 Gew.-% bis

2 Gew.-%, besonders bevorzugt von 0,01 bis 1 Gew.-%,

wobei die Gew.-%, ppm und ppb jeweils auf das Gesamtgewicht des Siliziumdioxidgranulats II bezogen sind.

Bevorzugt weist das Sihziumdioxidgranulat II einen Mikroporenanteil in einem Bereich von 1 bis 2 m ² /g zum Beispiel in einem Bereich von 1,2 bis 1,9 m ² /g, besonders bevorzugt in einem Bereich von 1,3 bis 1,8 m ² /g auf.

Das Sihziumdioxidgranulat II weist bevorzugt eine Dichte in einem Bereich von 0,5 bis 2,0 g/cm ³ , zum Beispiel von 0,6 bis 1,5 g/cm ³ , besonders bevorzugt von 0,8 bis 1,2 g/cm ³ auf. Die Dichte wird entsprechend der in den Testmethoden beschriebenen Methode bestimmt.

Das Sihziumdioxidgranulat II weist bevorzugt eine Partikelgröße D ₅₀ in einem Bereich von 150 bis 250 μηι, zum Beispiel in einem Bereich von 180 bis 250 μηι, besonders bevorzugt in einem Bereich von 200 bis 250 μηι. Weiterhin bevorzugt weist das Sihziumdioxidgranulat II eine Partikelgröße D ₁₀ in einem Bereich von 50 bis 150 μηι auf, zum Beispiel in einem Bereich von 80 bis 150 μηι, besonders bevorzugt in einem Bereich von 100 bis 150 μηι auf. Weiterhin bevorzugt weist das Sihziumdioxidgranulat II eine Partikelgröße D ₉₀ in einem Bereich von 250 bis 450 μηι, zum Beispiel in einem Bereich von 280 bis 420 μηι, besonders bevorzugt in einem Bereich von 300 bis 400 μηι auf. Das Siliziumdioxidgranulat II weist bevorzugt die Merkmalskombination (A)/(B)/(D) oder (A)/(B)/(F) oder (A)/(B)/(I) auf, weiter bevorzugt die Merkmalskombination (A)/(B)/(D)/(F) oder (A)/(B)/(D)/(I) oder (A)/(B)/(F)/(I), besonders bevorzugt die Merkmalskombination (A)/(B)/(D)/(F)/(I). Das Siliziumdioxidgranulat II weist bevorzugt die Merkmalskombination (A)/(B)/(D) auf, wobei die BET- Oberfläche in einem Bereich von 10 bis 30 m ² /g liegt, die mittlere Partikelgröße in einem Bereich von 150 bis 280 μηι liegt und der Kohlenstoffgehalt weniger als 4 ppm beträgt.

Das Siliziumdioxidgranulat II weist bevorzugt die Merkmalskombination (A)/(B)/(F) auf, wobei die BET- Oberfläche in einem Bereich von 10 bis 30 m ² /g, die mittlere Partikelgröße in einem Bereich von 150 bis 280 μηι und die Stampfdichte in einem Bereich von 0,8 bis 1,0 g/mL liegt.

Das Siliziumdioxidgranulat II weist bevorzugt die Merkmalskombination (A)/(B)/(I) auf, wobei die BET- Oberfläche in einem Bereich von 10 bis 30 m ² /g, die mittlere Partikelgröße in einem Bereich von 150 bis 280 μηι und der Metallgehalt von Metallen, die von Aluminium verschieden sind, in einem Bereich von 1 bis 400 ppb liegt.

Das Siliziumdioxidgranulat II weist bevorzugt die Merkmalskombination (A)/(B)/(D)/(F) auf, wobei die BET- Oberfläche in einem Bereich von 10 bis 30 m ² /g liegt, die mittlere Partikelgröße in einem Bereich von 150 bis 280 μηι liegt, der Kohlenstoffgehalt weniger als 4 ppm beträgt und die Stampfdichte in einem Bereich von 0,8 bis 1,0 g/mL liegt.

Das Siliziumdioxidgranulat II weist bevorzugt die Merkmalskombination (A)/(B)/(D)/(I) auf, wobei die BET- Oberfläche in einem Bereich von 10 bis 30 m ² /g liegt, die mittlere Partikelgröße in einem Bereich von 150 bis 280 μηι liegt, der Kohlenstoffgehalt weniger als 4 ppm beträgt und der Metallgehalt von Metallen, die von Aluminium verschieden sind, in einem Bereich von 1 bis 400 ppb liegt.

Das Siliziumdioxidgranulat II weist bevorzugt die Merkmalskombination (A)/(B)/(F)/(I) auf, wobei die BET- Oberfläche in einem Bereich von 10 bis 30 m ² /g, die mittlere Partikelgröße in einem Bereich von 150 bis 280 μηι, die Stampfdichte in einem Bereich von 0,8 bis 1,0 g/mL und der Metallgehalt von Metallen, die von Aluminium verschieden sind, in einem Bereich von 1 bis 400 ppb liegt.

Das Siliziumdioxidgranulat II weist bevorzugt die Merkmalskombination (A)/(B)/(D)/(F)/(I) auf, wobei die BET- Oberfläche in einem Bereich von 10 bis 30 m ² /g liegt, die mittlere Partikelgröße in einem Bereich von 150 bis 280 μηι liegt, der Kohlenstoffgehalt weniger als 4 ppm beträgt, die Stampfdichte in einem Bereich von 0,8 bis 1,0 g/mL liegt und der Metallgehalt von Metallen, die von Aluminium verschieden sind, in einem Bereich von 1 bis 400 ppb liegt.

Schritt ii) Aus dem in Schritt i) bereitgestellten Siliziumdioxidgranulat wird eine Glasschmelze gebildet. Bevorzugt wird das Siliziumdioxidgranulat Unter Erhalt der Glasschmelze erwärmt. Das Erwärmen des Siliziumdioxidgranulats unter Erhalt einer Glasschmelze kann prinzipiell auf allen dem Fachmann zu diesem Zwecke bekannten Wegen erfolgen.

Vakuumsintern

Das Erwärmen des Siliziumdioxidgranulats unter Erhalt einer Glasschmelze kann durch Vakuumsintern erfolgen. Dieses Verfahren ist ein diskontinuierliches Verfahren, bei dem das Siliziumdioxidgranulat batchweise zum Schmelzen erwärmt wird.

Bevorzugt wird das Siliziumdioxidgranulat in einem evakuierbaren Tiegel erwärmt. Der Tiegel ist einem Schmelzofen angeordnet. Der Tiegel kann stehend oder hängend angeordnet sein, bevorzugt hängend. Der Tiegel kann ein Sintertiegel oder Blechtiegel sein. Bevorzugt sind Walzblechtiegel aus mehreren, miteinander vernieteten Platten. Als Tiegelmaterial sind beispielsweise Refraktärmetalle, insbesondere W, Mo und Ta, Graphit oder mit Graphitfolie ausgeschlagene Tiegel geeignet, besonders bevorzugt sind Graphittiegel.

Beim Vakuumsintern wird das Siliziumdioxidgranulat im Vakuum zum Schmelzen erwärmt. Unter Vakuum wird ein Restdruck von weniger als 2 mbar verstanden. Dazu wird der Tiegel enthaltend das Siliziumdioxidgranulat auf einen Restdruck von weniger als 2 mbar evakuiert.

Bevorzugt wird der Tiegel im Schmelzofen auf eine Schmelztemperatur im Bereich von 1500 bis 2500°C, zum Beispiel im Bereich von 1700 bis 2300°C, besonders bevorzugt im Bereich von 1900 bis 2100°C erwärmt.

Die bevorzugte Haltedauer des Siliziumdioxidgranulats im Tiegel bei der Schmelztemperatur ist mengenabhängig. Bevorzugt beträgt die Haltedauer des Siliziumdioxidgranulats im Tiegel bei der Schmelztemperatur 0,5 bis 10 Stunden, zum Beispiel 1 bis 8 Stunden oder 1,5 bis 6 Stunden, besonders bevorzugt 2 bis 5 Stunden.

Das Siliziumdioxidgranulat kann beim Erwärmen bewegt werden. Das Bewegen des Siliziumdioxidgranulats erfolgt bevorzugt durch Rühren, Schütteln oder Schwenken.

Gasdrucksintern

Das Erwärmen des Siliziumdioxidgranulats unter Erhalt einer Glasschmelze kann durch Gasdrucksintern erfolgen. Dieses Verfahren ist ein statisches Verfahren, bei dem das Siliziumdioxidgranulat batchweise zum Schmelzen erwärmt wird.

Bevorzugt wird das Siliziumdioxidgranulat in einem verschließbaren Tiegel gegeben und in einen Schmelzofen eingebracht. Als Tiegelmaterial sind beispielsweise Graphit, Refraktärmetalle, insbesondere W, Mo und Ta, oder mit Graphitfolie ausgeschlagene Tiegel geeignet, besonders bevorzugt sind Graphittiegel. Der Tiegel umfasst mindestens einen Gaseinlass und mindestens einen Gasauslass. Durch den Gaseinlass kann Gas in den Tiegelinnraum eingeleitet werden. Durch den Gasauslass kann Gas aus dem Tiegelinnenraum ausgeleitet werden. Bevorzugt ist es möglich, den Tiegel im Gasstrom und im Vakuum zu betreiben.

Beim Gasdrucksintern wird das Siliziumdioxidgranulat in Anwesenheit mindestens eines Gases oder zwei oder mehr Gase zum Schmelzen erwärmt. Geeignete Gase sind zum Beispiel H ₂ , und Inertgase (N ₂ , He, Ne, Ar, Kr) sowie zwei oder mehr davon. Bevorzugt wird das Gasdrucksintern in reduzierender Atmosphäre durchgeführt, besonders bevorzugt in Gegenwart von H ₂ oder H ₂ /He. Es findet ein Gasaustausch von Luft gegen H ₂ oder H ₂ /He statt. Bevorzugt wird das Siliziumdioxidgranulat bei einem Gasdruck von mehr als 1 bar, zum Beispiel im Bereich von 2 bis 200 bar oder von 5 bis 200 bar oder von 7 bis 50 bar, besonders bevorzugt von 10 bis 25 bar zum Schmelzen erwärmt.

Bevorzugt wird der Tiegel im Ofen auf eine Schmelztemperatur im Bereich von 1500 bis 2500°C, zum Beispiel im Bereich von 1550 bis 2100°C oder von 1600 bis 1900°C, besonders bevorzugt im Bereich von 1650 bis 1800°C erwärmt.

Die bevorzugte Haltedauer des Siliziumdioxidgranulats im Tiegel bei der Schmelztemperatur unter Gasdruck ist mengenabhängig. Bevorzugt beträgt die Haltedauer des Siliziumdioxidgranulats im Tiegel bei der Schmelztemperatur bei einer Menge von 20 kg 0,5 bis 10 Stunden, zum Beispiel 1 bis 9 Stunden oder 1,5 bis 8 Stunden, besonders bevorzugt 2 bis 7 Stunden.

Bevorzugt wird das Siliziumdioxidgranulat zuerst im Vakuum, anschließend in einer H ₂ -Atmosphäre oder einer Atmosphäre beinhaltend H ₂ und He, insbesondere bevorzugt in einem Gegenstrom dieser Gase, zum Schmelzen gebracht. Bei diesem Verfahren ist die Temperatur im ersten Schritt bevorzugt geringer als im weiteren Schritt. Die Temperaturdifferenz zwischen dem Erwärmen im Vakuum und in Gegenwart des oder der Gase beträgt bevorzugt 0 bis 200°C, zum Beispiel 10 bis 100°C, besonders bevorzugt 20 bis 80°C.

Ausbilden einer teilkristallinen Phase vor dem Schmelzen

Es ist prinzipiell auch möglich, dass das Siliziumdioxidgranulat vor dem Schmelzen vorbehandelt wird. Beispielsweise kann das Siliziumdioxidgranulat so erwärmt werden, dass eine zumindest teilkristalline Phase ausgebildet wird, bevor das teilkristalline Siliziumdioxidgranulat zum Schmelzen erhitzt wird

Zur Ausbildung einer teilkristallinen Phase wird das Siliziumdioxidgranulat bevorzugt bei vermindertem Druck oder in Anwesenheit eines oder mehrerer Gase erwärmt. Geeignete Gase sind zum Beispiel HCl, Cl ₂ , F ₂ , 0 ₂ , H ₂ , C ₂ F ₆ , Luft, Inertgas (N ₂ , He, Ne, Ar, Kr) sowie zwei oder mehr davon. Bevorzugt wird das Siliziumdioxidgranulat bei vermindertem Druck erwärmt.

Bevorzugt wird das Siliziumdioxidgranulat auf eine Behandlungstemperatur erwärmt, bei der das Siliziumdioxidgranulat erweicht ohne vollständig zu Schmelzen, zum Beispiel auf eine Temperatur im Bereich von 1000 bis 1700°C oder von 1100 bis 1600°C oder von 1200 bis 1500°C, besonders bevorzugt auf eine Temperatur im Bereich von 1250 bis 1450°C.

Bevorzugt wird das Siliziumdioxidgranulat in einem Tiegel erwärmt, der in einem Ofen angeordnet ist. Der Tiegel kann stehend oder hängend angeordnet sein, bevorzugt hängend. Der Tiegel kann ein Sintertiegel oder ein Blechtiegel sein. Bevorzugt sind Walzblechtiegel aus mehreren, miteinander vernieteten Platten. Als Tiegelmaterial sind beispielsweise Refraktärmetalle, insbesondere W, Mo und Ta, Graphit oder mit Graphitfolie ausgeschlagene Tiegel geeignet, bevorzugt sind Graphittiegel. Bevorzugt beträgt die Haltedauer des Siliziumdioxidgranulats im Tiegel bei der Behandlungstemperatur 1 bis 6 Stunden, zum Beispiel 2 bis 5 Stunden, besonders bevorzugt 3 bis 4 Stunden.

Bevorzugt wird das Siliziumdioxidgranulat in einem kontinuierlichen Verfahren erwärmt, besonders bevorzugt in einem Drehrohrofen. Die mittlere Verweilzeit im Ofen beträgt bevorzugt 10 bis 180 min, zum Beispiel 20 bis 120 min, besonders bevorzugt 30 bis 90 min.

Bevorzugt kann der für die Vorbehandlung verwendete Ofen in der Zuleitung zum Schmelzofen, in dem das Siliziumdioxidgranulat zum Schmelzen erwärmt wird, integriert sein. Weiter bevorzugt kann die Vorbehandlung in dem Schmelzofen durchgeführt werden. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des ersten Gegenstands der Erfindung ist das Verfahren dadurch gekennzeichnet, dass während des Erwärmens während eines Zeitraums t _T eine Temperatur T _T gehalten wird, die unterhalb der Schmelztemperatur von Siliziumdioxid liegt.

Weiter bevorzugt liegt die Temperatur T _T in einem Bereich von 1000 bis 1700°C. Bevorzugt wird das Erwärmen durch ein Aufheizen in zwei Stufen durchgeführt, besonders bevorzugt wird erst auf eine Temperatur T _TJ von 1000 bis 1400°C und anschließend auf eine Temperatur T _T2 von 1600 bis 1700°C erwärmt.

Ebenfalls bevorzugt liegt der Zeitraum t _T in einem Bereich von 1 bis 20 Stunden, bevorzugt von 2 bis 6 Stunden. Bei einen zwei-stufigen Erwärmen liegt der Zeitraum t _T1 mit der Temperatur T _T1 in einem Bereich von 1 bis 10 Stunden und der Zeitraum t _T2 mit der Temperatur T _T2 in einem Bereich von 1 bis 10 Stunden.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform liegt die Temperatur T _T für einen Zeitraum t _T in einem bestimmten Bereich. So bevorzugte Kombinationen von Temperatur T _T und Zeitraum t _T sind in der folgenden Tabelle angegeben:

Temperaturbereich [°C] Zeitraum [h]

1000 - 1400 1 bis 10

1000 - 1400 2 bis 6

1600 - 1700 1 bis 10

1600 - 1700 2 bis 6 Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des ersten Gegenstands der Erfindung liegt der Zeitraum T _T vor dem Bilden der Glasschmelze. Schritt iii)

Aus mindestens einem Teil der in Schritt ii) hergestellten Glasschmelze wird ein Quarzglaskörpers gebildet.

Bevorzugt wird der Quarzglaskörper aus mindestens einem Teil der in Schritt ii) gebildeten Glasschmelze gebildet. Prinzipiell kann der Quarzglaskörper aus mindestens einem Teil der Glasschmelze in dem Schmelztiegel oder nach Entnahme mindestens eines Teils der Glasschmelze aus dem Schmelztiegel gebildet werden, bevorzugt nach Entnahme mindestens eines Teils der Glasschmelze aus dem Schmelztiegel.

Die Entnahme eines Teils der in Schritt ii) hergestellten Glasschmelze kann kontinuierlich aus dem Schmelzofen oder der Schmelzkammer, oder nach abgeschlossener Herstellung der Glasschmelze erfolgen. Bevorzugt wird ein Teil der Glasschmelze kontinuierlich entnommen. Die Glasschmelze wird durch den Auslass aus dem Ofen oder den Auslass der Schmelzkammer, jeweils bevorzugt über eine Düse, entnommen.

Die Glasschmelze kann vor, während oder nach der Entnahme auf eine Temperatur abgekühlt werden, die das Formen der Glasschmelze ermöglicht. Mit dem Abkühlen der Glasschmelze ist ein Ansteigen der Viskosität der Glasschmelze verbunden. Die Glasschmelze wird bevorzugt soweit abgekühlt, dass beim Formen die gebildete Form erhalten bleibt und das Formen gleichzeitig möglichst zügig, zuverlässig und mit geringem Kraftaufwand durchgeführt werden kann. Der Fachmann kann die Viskosität der Glasschmelze zum Formen durch Variieren der Temperatur der Glasschmelze am Formwerkzeug einfach ermitteln. Bevorzugt wird die Glasschmelze auf eine Temperatur von weniger als 500°C, zum Beispiel von weniger als 200°C oder weniger als 100°C oder weniger als 50°C, besonders bevorzugt auf eine Temperatur im Bereich von 20 bis 30°C abgekühlt.

Weiter bevorzugt erfolgt das Abkühlen mit einer Geschwindigkeit in einem Bereich von 0,1 bis 50 K/min, zum Beispiel von 0,2 bis 10 K/min oder von 0,3 bis 8 K/min oder von 0,5 bis 5 K/min, besonders bevorzugt in einem Bereich von 1 bis 3 K/min.

Es ist weiter bevorzugt, nach folgendem Profil abzukühlen:

1. Abkühlen auf eine Temperatur in einem Bereich von 1180 bis 1220°C;

2. Halten bei dieser Temperatur über einen Zeitraum von 30 bis 120 min, zum Beispiel von 40 bis 90 min, besonders bevorzugt von 50 bis 70 min;

3. Abkühlen auf eine Temperatur von weniger als 500°C, zum Beispiel von weniger als 200°C oder weniger als 100°C oder weniger als 50°C, besonders bevorzugt auf eine Temperatur im Bereich von 20 bis 30°C,

wobei das Abkühlen jeweils mit einer Geschwindigkeit in einem Bereich von 0,1 bis 50 K/min, zum Beispiel von 0,2 bis 10 K/min oder von 0,3 bis 8 K/min oder von 0,5 bis 5 K/min, besonders bevorzugt in einem Bereich von 1 bis 3 K/min erfolgt. Der gebildete Quarzglaskörper kann ein massiver Körper oder ein Hohlkörper sein. Unter einem massiven Körper wird ein Körper verstanden, der im Wesentlichen aus einem einzigen Material besteht. Gleichwohl kann ein massiver Körper einen oder mehrere Einschlüsse aufweisen, z.B. Gasblasen. Solche Einschlüsse in einem massiven Körper haben oftmals eine Größe von 65 mm ³ oder weniger, zum Beispiel von weniger als 40 mm ³ , oder von weniger als 20 mm ³ , oder von weniger als 5 mm ³ ' oder von weniger als 2 mm ³ , besonders bevorzugt von weniger als 0,5 mm ³ .

Der Quarzglaskörper weist eine äußere Form auf. Unter der äußeren Form wird die Form des Außenrands des Querschnitts des Quarzglaskörpers verstanden. Die äußere Form des Quarzglaskörpers ist im Querschnitt bevorzugt rund, elliptisch oder polygon mit drei oder mehr Ecken, zum Beispiel 4, 5, 6, 7 oder 8 Ecken, besonders bevorzugt ist der Quarzglaskörper rund.

Bevorzugt hat der Quarzglaskörper eine Länge im Bereich von 100 bis 10000 mm, zum Beispiel von 1000 bis 4000 mm, besonders bevorzugt von 1200 bis 2000 mm.

Bevorzugt hat der Quarzglaskörper einen Außendurchmesser im Bereich von 10 bis 1500 mm, zum Beispiel in einem Bereich von 50 bis 1000 mm oder von 100 bis 500 mm, besonders bevorzugt in einem Bereich von 150 bis 300 mm.

Das Formen des Quarzglaskörpers erfolgt mittels einer Düse. Dazu wird die Glasschmelze durch die Düse geführt. Die äußere Form eines durch die Düse geformten Quarzglaskörpers wird durch die Form der Öffnung der Düse bestimmt. Ist die Öffnung der Düse rund, wird beim Formen des Quarzglaskörpers ein Zylinder gebildet. Die Düse kann in den Schmelzofen integriert oder separat angeordnet sein. Ist die Düse nicht in den Schmelzofen integriert, kann sie mit einem vorgeschalteten Behälter ausgerüstet sein, in dem die Glasschmelze nach dem Schmelzen und vor dem Formen eingeführt wird. Bevorzugt ist die Düse in den Schmelzofen integriert. Bevorzugt ist sie als Teil des Auslasses in den Schmelzofen integriert. Dieses Verfahren zum Formen des Quarzglaskörpers ist bevorzugt, wenn das Siliziumdioxidgranulat in einem für ein kontinuierliches Verfahren geeigneten, vertikal ausgerichteten Ofen zum Schmelzen erhitzt wird.

Das Formen des Quarzglaskörpers kann durch Bilden der Glasschmelze in einer Form, zum Beispiel in einem geformten Tiegel, erfolgen. Bevorzugt wird die Glasschmelze in der Form abgekühlt und anschließend daraus entfernt. Das Abkühlen kann bevorzugt durch Kühlen der Form von außen erfolgen. Dieses Verfahren zum Formen des Quarzglaskörpers ist bevorzugt, wenn das Siliziumdioxid mittels Gasdrucksintern oder mittels Vakuumsintern zum Schmelzen erhitzt wird.

Bevorzugt wird der Quarzglaskörper nach dem Bilden abgekühlt. Bevorzugt wird der Quarzglaskörper auf eine Temperatur von weniger als 500°C, zum Beispiel von weniger als 200°C oder weniger als 100°C oder weniger als 50°C, besonders bevorzugt auf eine Temperatur im Bereich von 20 bis 30°C abgekühlt. Bevorzugt wird der in Schritt iii.) gebildete Quarzglaskörper mit einer Geschwindigkeit in einem Bereich von 0,1 bis 50 K/min, zum Beispiel von 0,2 bis 10 K/min oder von 0,3 bis 8 K/min oder von 0,5 bis 5 K/min, besonders bevorzugt in einem Bereich von 1 bis 3 K/min bis auf Raumtemperatur (25°C) abgekühlt. Bevorzugt erfolgt dieses Abkühlen in der Schmelzform.

Bevorzugt wird der Quarzglaskörper zumindest bis zu einer Temperatur von 1300 °C mit einer Geschwindigkeit von bis zu 5 K/min abgekühlt. Bevorzugt erfolgt das Abkühlen des Quarzglaskörpers in einem Temperaturbereich von 1300 bis 1000°C mit einer Geschwindigkeit von nicht mehr als 1 K/min. Oftmals wird der Quarzglaskörper ab einer Temperatur von unter 1000°C mit einer Geschwindigkeit von bis zu 50 K/min abgekühlt.

Bevorzugt erfolgt das Abkühlen nach folgendem Profil:

1. Abkühlen mit einer Abkühlrate von nicht mehr als 5 K/min bis auf eine Temperatur von 1300°C.

2. Abkühlen mit einer Abkühlrate von nicht mehr als 1 K/min bis auf eine Temperatur von 1000°C.

3. Abkühlen mit einer Abkühlrate von nicht mehr als 50 K/min bis auf eine Temperatur von 25°C.

Bevorzugt beinhaltet das erfindungsgemäße Verfahren folgenden Verfahrensschritt:

iv.) Bilden eines Hohlkörpers mit mindestens einer Öffnung aus dem Quarzglaskörper.

Der gebildete Hohlkörper weist eine innere und eine äußere Form auf. Unter innerer Form wird die Form des Innenrands des Hohlkörpers im Querschnitt verstanden. Die innere und äußere Form des Querschnitts des Hohlkörpers können gleich oder verschieden sein. Die innere und äußere Form des Hohlkörpers kann im Querschnitt rund, elliptisch oder polygon mit drei oder mehr Ecken, zum Beispiel 4, 5, 6, 7 oder 8 Ecken, sein.

Bevorzugt entspricht die äußere Form des Querschnitts der inneren Form des Querschnitts des Hohlkörpers. Besonders bevorzugt hat der Hohlkörper im Querschnitt eine runde innere und eine runde äußere Form.

In einer anderen Ausgestaltung kann sich der Hohlkörper in der inneren und äußeren Form unterscheiden. Bevorzugt weist der Hohlkörper im Querschnitt eine runde äußere Form und eine polygone innere Form auf. Besonders bevorzugt weist der Hohlkörper im Querschnitt eine runde äußere Form und eine hexagonale innere Form auf.

Bevorzugt hat der Hohlkörper eine Länge im Bereich von 100 bis 10000 mm, zum Beispiel von 1000 bis 4000 mm, besonders bevorzugt von 1200 bis 2000 mm. Bevorzugt hat der Hohlkörper eine Wanddicke in einem Bereich von 1 bis 1000 mm, zum Beispiel in einem Bereich von 10 bis 500 mm oder von 30 bis 200 mm, besonders bevorzugt in einem Bereich von 50 bis 125 mm.

Bevorzugt hat der Hohlkörper einen Außendurchmesser 10 bis 1500 mm, zum Beispiel in einem Bereich von 50 bis 1000 mm oder von 100 bis 500 mm, besonders bevorzugt in einem Bereich von 150 bis 300 mm. Bevorzugt hat der Hohlkörper einen Innendurchmesser 1 bis 500 mm, zum Beispiel in einem Bereich von 5 bis 300 mm oder von 10 bis 200 mm, besonders bevorzugt in einem Bereich von 20 bis 100 mm.

Der Hohlkörper enthält eine oder mehr Öffnungen. Bevorzugt enthält der Hohlkörper eine Öffnung Bevorzugt enthält der Hohlkörper eine gerade Zahl an Öffnungen, zum Beispiel 2, 4, 6, 8, 10, 12, 14, 16, 18 oder 20 Öffnungen. Bevorzugt enthält der Hohlkörper zwei Öffnungen. Bevorzugt ist der Hohlkörper ein Rohr. Diese Form des Hohlkörpers ist besonders bevorzugt, wenn der Lichtleiter nur einen Kern beinhaltet.

Der Hohlkörper kann mehr als zwei Öffnungen enthalten. Die Öffnungen liegen bevorzugt jeweils paarweise gegenüberliegend in den Enden des Quarzglaskörpers. Zum Beispiel weist jedes Ende des Quarzglaskörpers 2, 3, 4, 5, 6, 7 oder mehr als 7 Öffnungen auf, besonders bevorzugt 5, 6 oder 7 Öffnungen.

Der Hohlkörper kann prinzipiell auf allen dem Fachmann bekannten Wegen geformt werden. Bevorzugt wird der Hohlkörper mittels einer Düse geformt. Bevorzugt enthält die Düse in der Mitte ihrer Öffnung eine Vorrichtung, die die Glasschmelze beim Formen ableitet. So kann aus einer Glasschmelze ein Hohlkörper geformt werden.

Das Bilden eines Hohlkörpers kann durch Verwendung einer Düse und anschließende Nachbehandlung erfolgen. Als Nachbehandlung eignen sich prinzipiell alle dem Fachmann bekannten Verfahren zur Herstellung eines Hohlkörpers aus einem massiven Körper, zum Beispiel das Stauchen von Kanälen, Bohren, Honen oder Schleifen. Bevorzugt geeignet ist als Nachbehandlung das Führen des massiven Körpers über einen oder mehrere Dornen, wobei ein Hohlkörper gebildet wird. Ebenso kann der Dorn in den massiven Körper unter Bilden eines Hohlkörpers eingebracht werden. Bevorzugt wird der Hohlkörper nach dem Bilden abgekühlt.

Das Formen zu einem Hohlkörper kann durch Bilden der Glasschmelze in einer Form, zum Beispiel in einem geformten Tiegel erfolgen. Bevorzugt wird die Glasschmelze in der Form abgekühlt und anschließend daraus entfernt. Das Abkühlen kann bevorzugt durch Kühlen der Form von außen erfolgen.

Bevorzugt wird der Hohlkörper auf eine Temperatur von weniger als 500°C, zum Beispiel von weniger als 200°C oder weniger als 100°C oder weniger als 50°C, besonders bevorzugt auf eine Temperatur im Bereich von 20 bis 30°C abgekühlt.

Bevorzugt wird der in Schritt iii.) gebildete Hohlkörper mit einer Geschwindigkeit in einem Bereich von 0,1 bis 50 K/min, zum Beispiel von 0,2 bis 10 K/min oder von 0,3 bis 8 K/min oder von 0,5 bis 5 K/min, besonders bevorzugt in einem Bereich von 1 bis 3 K/min bis auf Raumtemperatur (25°C) abgekühlt.

Bevorzugt wird der Hohlkörper zumindest bis zu einer Temperatur von 1300 °C mit einer Geschwindigkeit von bis zu 5 K/min abgekühlt. Bevorzugt erfolgt das Abkühlen des Quarzglaskörpers in einem Temperaturbereich von 1300 bis 1000°C mit einer Geschwindigkeit von nicht mehr als 1 K/min. Oftmals wird der Hohlkörper ab einer Temperatur von unter 1000°C mit einer Geschwindigkeit von bis zu 50 K/min abgekühlt. Bevorzugt erfolgt das Abkühlen des Hohlkörpers nach folgendem Profil:

1. Abkühlen mit einer Abkühlrate von nicht mehr als 5 K/min bis auf eine Temperatur von 1300°C.

2. Abkühlen mit einer Abkühlrate von nicht mehr als 1 K/min bis auf eine Temperatur von 1000°C.

3. Abkühlen mit einer Abkühlrate von nicht mehr als 50 K/min bis auf eine Temperatur von 25°C.

Der nach dem Verfahren gemäß dem ersten Gegenstand der Erfindung gebildete Quarzglaskörper weist folgende Eigenschaften auf:

A] einen OH-Gehalt von weniger als 10 ppm, zum Beispiel von weniger als 5 ppm oder von weniger als 2 ppm, besonders bevorzugt in einem Bereich von 1 ppb bis 1 ppm.

B] einen Chlorgehalt von weniger als 60 ppm;

C] einen Aluminiumgehalt von weniger als 200 ppb, zum Beispiel weniger als 100 ppb, besonders bevorzugt weniger als 80 ppb;

wobei die ppb und ppm jeweils bezogen sind auf das Gesamtgewicht des Quarzglaskörpers.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist der gemäß dem ersten Gegenstand gebildete Quarzglaskörper transparent und arm an Blasen. Unter„transparent" wird die Durchlässigkeit von Licht im sichtbaren Bereich verstanden. Bevorzugt beträgt die Intensität des einfallenden Lichts zur Intensität des ausfallenden Lichts im Bereich von 400 bis 700 nm mindestens 80 %.

Bevorzugt weist ein Quarzglaskörper mindestens eines, zum Beispiel mindestens zwei oder mindestens drei oder mindestens vier, besonders bevorzugt mindestens fünf der folgenden Merkmale auf:

D] eine fiktive Temperatur in einem Bereich von 1055 bis 1200°C;

E] einen ODC-Anteil von weniger als 5xl0 ¹⁵ /cm ³ , zum Beispiel in einem Bereich von Ο,ΙχΙΟ ¹⁵ bis

3 10 15 /cm3 , besonders bevorzugt in einem Bereich von 0,5xl01 ¹ 5 ^J bis 2,0xl01 ¹ 5 ^J /cm3 ^J ;

F] einen Metallgehalt von Metallen, die von Aluminium verschieden sind, von weniger als 300 ppb, zum Beispiel von weniger als 200 ppb, besonders bevorzugt in einem Bereich von 1 bis 150 ppb;

G] eine Viskosität (p=1013 hPa) in einem Bereich von logm (η (1200°C) / dPas) = 13,4 bis logm (η (1200°C) / dPas) = 13,9 und/oder log ₁₀ (η (1300°C) / dPas) = 11,5 bis log ₁₀ (η (1300°C) / dPas) = 12,1 und/oder log ₁₀ (η (1350°C) / dPas) = 1,2 bis log ₁₀ (η (1350°C) / dPas) = 10,8;

H] eine Standardabweichung des OH-Gehalts von nicht mehr als 10 %, bevorzugt nicht mehr als 5 %, bezogen auf den OH-Gehalt A] des Quarzglaskörpers;

I] eine Standardabweichung des Cl-Gehalts von nicht mehr als 10 %, bevorzugt nicht mehr als 5 %, bezogen auf den Cl-Gehalt B] des Quarzglaskörpers;

J] eine Standardabweichung des Al-Gehalts von nicht mehr als 10 %, bevorzugt nicht mehr als 5 %, bezogen auf den Al-Gehalt C] des Quarzglaskörpers;

K] eine Brechzahlhomogenität von weniger als lxl 0 ^"4 , zum Beispiel von weniger als 5xl0 ^"5 , besonders bevorzugt von weniger als lxl 0 ^"6 ;

L] einen Transformationspunkt Tg in einem Bereich von 1150 bis 1250 °C;

wobei die ppb und ppm jeweils bezogen sind auf das Gesamtgewicht des Quarzglaskörpers. Der Quarzglaskörper weist bevorzugt die Merkmalskombination A]/B]/C]/D] oder A]/B]/C]/E] oder A]/B]/C]/G] auf, weiter bevorzugt die Merkmalskombination A]/B]/C]/D]/E] oder A]/B]/C]/D]/G] oder A]/B]/C]/E]/G], besonders bevorzugt die Merkmalskombination A]/B]/C]/D]/E]/G.

Der Quarzglaskörper weist bevorzugt die Merkmalskombination A]/B]/C]/D] auf, wobei der OH-Gehalt weniger als 5 ppm, der Chlorgehalt weniger als 60 ppm, der Aluminiumgehalt weniger als 100 ppb beträgt und die fiktive Temperatur in einem Bereich von 1055 und 1200°C liegt. Der Quarzglaskörper weist bevorzugt die Merkmalskombination A]/B]/C]/E] auf, wobei der OH-Gehalt weniger als 5 ppm, der Chlorgehalt weniger als 60 ppm, der Aluminiumgehalt weniger als 100 ppb beträgt und der ODC- Anteil in einem Bereich von Ο,ΙχΙΟ ¹⁵ bis 3xl0 ¹⁵ /cm ³ liegt.

Der Quarzglaskörper weist bevorzugt die Merkmalskombination A]/B]/C]/G] auf, wobei der OH-Gehalt weniger als 5 ppm, der Chlorgehalt weniger als 60 ppm, der Aluminiumgehalt weniger als 100 ppb beträgt und die Viskosität (p=1013 hPa) in einem Bereich von log ₁₀ (η (1200°C) / dPas) = 13,4 bis log ₁₀ (η (1200°C) / dPas) = 13,9 liegt.

Der Quarzglaskörper weist bevorzugt die Merkmalskombination A]/B]/C]/D]/E] auf, wobei der OH-Gehalt weniger als 5 ppm, der Chlorgehalt weniger als 60 ppm, der Aluminiumgehalt weniger als 100 ppb beträgt, die fiktive Temperatur in einem Bereich von 1055 und 1200°C und der ODC-Anteil in einem Bereich von Ο,ΙχΙΟ ¹⁵ bis 3xl0 ¹⁵ /cm ³ liegt.

Der Quarzglaskörper weist bevorzugt die Merkmalskombination A]/B]/C]/D]/G] auf, wobei der OH-Gehalt weniger als 5 ppm, der Chlorgehalt weniger als 60 ppm, der Aluminiumgehalt weniger als 100 ppb beträgt, die fiktive Temperatur in einem Bereich von 1055 und 1200°C und die Viskosität (p= 1013 hPa) in einem Bereich von log ₁₀ (η (1200°C) / dPas) = 13,4 bis log ₁₀ (η (1200°C) / dPas) = 13,9 liegt.

Der Quarzglaskörper weist bevorzugt die Merkmalskombination A]/B]/C]/E]/G] auf, wobei der OH-Gehalt weniger als 5 ppm, der Chlorgehalt weniger als 60 ppm, der Aluminiumgehalt weniger als 100 ppb beträgt, der ODC-Anteil in einem Bereich von Ο,ΙχΙΟ ¹⁵ bis 3xl0 ¹⁵ /cm ³ und die Viskosität (p=1013 hPa) in einem Bereich von log ₁₀ (η (1200°C) / dPas) = 13,4 bis log ₁₀ (η (1200°C) / dPas) = 13,9 liegt.

Der Quarzglaskörper weist bevorzugt die Merkmalskombination A]/B]/C]/D]/E]/G] auf, wobei der OH-Gehalt weniger als 5 ppm, der Chlorgehalt weniger als 60 ppm, der Aluminiumgehalt weniger als 100 ppb beträgt, die fiktive Temperatur in einem Bereich von 1055 und 1200°C, der ODC-Anteil in einem Bereich von Ο,ΙχΙΟ ¹⁵ bis 3xl0 ¹⁵ /cm ³ und die Viskosität (p= 1013 hPa) in einem Bereich von logm (η (1200°C) / dPas) = 13,4 bis logm (η (1200°C) / dPas) = 13,9 liegt. Ein zweiter Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Quarzglaskörper erhältlich durch das Verfahren gemäß dem ersten Gegenstand der Erfindung.

Für bevorzugte Ausführungsformen des auf diesem Wege erhaltenen Quarzglaskörpers und des Verfahrens wird auf die zum ersten Gegenstand beschriebenen bevorzugten Ausführungsformen Bezug genommen. Diese sind auch bevorzugte Ausführungsformen dieses Gegenstands der Erfindung.

Ein dritter Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Quarzglaskörper beinhaltend pyrogenes Siliziumdioxid, wobei der Quarzglaskörper folgende Merkmale aufweist:

A] einen OH-Gehalt von weniger als 10 ppm;

B] einen Chlorgehalt von weniger als 60 ppm; und

C] einen Aluminiumgehalt von weniger als 200 ppb,

wobei die ppb und ppm jeweils auf das Gesamtgewicht des Quarzglaskörpers bezogen sind.

Bevorzugt ist der Quarzglaskörper durch mindestens eines, zum Beispiel mindestens zwei oder mindestens drei oder mindestens vier, besonders bevorzugt alle der folgenden Merkmale gekennzeichnet:

D] eine fiktive Temperatur in einem Bereich von 1055 bis 1200°C;

E] einen ODC-Anteil von weniger als 5xl0 ¹⁵ /cm ³ , zum Beispiel in einem Bereich von Ο,ΙχΙΟ ¹⁵ bis 3xl0 ¹⁵ /cm ³ , besonders bevorzugt in einem Bereich von 0,5xl0 ¹⁵ bis 2,0xl0 ¹⁵ /cm ³ ;

F] einen Metallgehalt von Metallen, die von Aluminium verschieden sind, von weniger als 300 ppb, zum Beispiel von weniger als 200 ppb, besonders bevorzugt in einem Bereich von 1 bis 150 ppb;

G] eine Viskosität (p=1013 hPa) in einem Bereich von logm (η (1200°C) / dPas) = 13,4 bis logm (η (1200°C) / dPas) = 13,9 und/oder log ₁₀ (η (1300°C) / dPas) = 11,5 bis log ₁₀ (η (1300°C) / dPas) = 12,1 und/oder log ₁₀ (η (1350°C) / dPas) = 1,2 bis log ₁₀ (η (1350°C) / dPas) = 10,8;

H] eine Standardabweichung des OH-Gehalts von nicht mehr als 10 %, bevorzugt nicht mehr als 5 %, bezogen auf den OH-Gehalt A] des Quarzglaskörpers;

I] eine Standardabweichung des Cl-Gehalts von nicht mehr als 10 %, bevorzugt nicht mehr als 5 %, bezogen auf den Cl-Gehalt B] des Quarzglaskörpers;

J] eine Standardabweichung des Al-Gehalts von nicht mehr als 10 %, bevorzugt nicht mehr als 5 %, bezogen auf den Al-Gehalt C] des Quarzglaskörpers;

K] eine Brechzahlhomogenität von weniger als lxlO ^"4 , zum Beispiel von weniger als 5xl0 ^"5 , besonders bevorzugt von weniger als lxl 0 ^"6 ;

L] einen Transformationspunkt Tg in einem Bereich von 1150 bis 1250 °C;

wobei die ppb und ppm jeweils bezogen sind auf das Gesamtgewicht des Quarzglaskörpers.

Für bevorzugte Ausführungsformen dieses Gegenstands wird auf die zu dem ersten und zweiten Gegenstand beschriebenen bevorzugten Ausführungsformen verwiesen. Diese sind auch bevorzugte Ausführungsformen dieses Gegenstands der Erfindung. Bevorzugt weist der Quarzglaskörper eine homogen verteilte OH-Menge, Chlormenge oder Aluminiummenge auf. Ein Indikator für die Homogenität des Quarzglaskörpers kann in der Standardabweichung der OH-Menge, Chlormenge oder Aluminiummenge ausgedrückt werden. Die Standardabweichung ist das Maß für die Streubreite der Werte einer Variablen, hier der OH-Menge, Chlormenge oder Aluminiummenge, um deren arithmetisches Mittel. Zur Bestimmung der Standardabweichung wird der Gehalt der zu bestimmenden Komponente in der Probe, z.B. OH, Chlor oder Aluminium, an mindestens sieben Messpunkten bestimmt.

Ein vierter Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zum Herstellen eines Formkörpers beinhaltend folgende Verfahrensschritte:

(1) Bereitstellen eines Quarzglaskörpers gemäß dem zweiten oder dritten Gegenstand der Erfindung;

(2) Bilden des Formkörpers aus dem Quarzglaskörper.

Der in Schritt (1) bereitgestellte Quarzglaskörper ist ein Quarzglaskörper gemäß dem zweiten oder dritten Gegenstand der Erfindung oder erhältlich nach einem Verfahren gemäß dem ersten Gegenstand der Erfindung. Bevorzugt weist der bereitgestellte Quarzglaskörper die im Rahmen des ersten, zweiten oder dritten Gegenstands der Erfindung beschriebenen Merkmale auf.

Schritt (2)

Das Bilden des Formkörpers aus dem Quarzglaskörper kann prinzipiell auf jede dem Fachmann bekannte und für den vorliegenden Zweck geeignet erscheinende Art und Weise erfolgen. Bevorzugt ist das Bilden ein Formen.

Zum Formen des in Schritt (1) bereitgestellten Quarzglaskörpers kommen prinzipiell alle dem Fachmann bekannten und für das Formen von Quarzglas geeigneten Verfahren in Betracht. Bevorzugt wird der Quarzglaskörper wie im Rahmen des ersten Gegenstands der Erfindung beschrieben zu einem Formkörper geformt. Weiter bevorzugt kann der Formkörper mittels Glasbläsern bekannten Techniken gebildet werden.

Der Formkörper kann prinzipiell jede aus Quarzglas formbare Gestalt annehmen. Bevorzugte Formkörper sind zum Beispiel:

- Hohlkörper mit mindestens einer Öffnung wie Rundkolben und Standkolben,

Aufsätze und Verschlüsse für solche Hohlkörper,

Offene Artikel wie Schalen und Boote (Trägergestelle für Wafer),

Tiegel, sowohl offen als auch verschließbar ausgestaltet,

Platten und Fenster,

Küvetten,

Rohre und Hohlzylinder, zum Beispiel Reaktionsrohre, Profilrohre, rechteckige Kammern, Stangen, Stäbe und Blöcke, zum Beispiel in runder oder eckiger, symmetrischer oder asymmetrischer Ausführung,

einseitig oder beidseitig verschlossene Rohre und Hohlzylinder,

Dome und Glocken, Flansche,

Linsen und Prismen,

zusammengeschweißte Teile,

gebogene Teile, zum Beispiel konvexe oder konkave Oberflächen und Platten, gebogene Stangen und Rohre.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform kann der Formkörper nach dem Formen behandelt werden. Hierbei kommen prinzipiell alle im Rahmen des ersten Gegenstands der Erfindung beschriebenen Verfahren in Betracht, die zum Nachbearbeiten des Quarzglaskörpers geeignet sind. Bevorzugt kann der Formkörper mechanisch bearbeitet werden, zum Beispiel durch Bohren, Honen, Außenschleifen, Zerkleinern oder Ausziehen.

Ein fünfter Gegenstand der Erfindung betrifft einen Formkörper, erhältlich durch ein Verfahren gemäß dem vierten Gegenstand der Erfindung. Das Verfahren beinhaltet folgende Schritte:

(1) Bereitstellen eines Quarzglaskörpers gemäß dem zweiten oder dritten Gegenstand der Erfindung;

(2) Formen des Quarzglaskörpers unter Erhalt des Formkörpers.

Die Schritte (1) und (2) sind bevorzugt gekennzeichnet durch die im Rahmen des vierten Gegenstands beschriebenen Merkmale.

Der Formkörper ist bevorzugt gekennzeichnet durch die im Rahmen des vierten Gegenstands beschriebenen Merkmale.

Ein sechster Gegenstand der vorliegenden Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Gebildes beinhaltend folgende Verfahrensschritte:

a/ Bereitstellen eines Formkörpers gemäß dem vierten oder fünften Gegenstand der Erfindung und eines Teils, bevorzugt mehrerer Teile; bevorzugt sind das eine oder die mehreren Teile aus Quarzglas;

b/ Verbinden des Formkörpers mit dem Teil unter Erhalt des Gebildes.

Als Teile kommen alle Teile in Betracht, die dem Fachmann bekannt und zum Verbinden mit einem Formkörper aus Quarzglas geeignet erscheinen. Insbesondere handelt es sich hierbei um Rohre, Flansche und solche Formen, wie sie schon bei dem Formkörper beschrieben wurden.

Das zuvor genannte Teil kann Quarzglas oder ein von Quarzglas verschiedenes Material beinhalten, oder aus diesem Material bestehen. Das Material ist bevorzugt ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Glas, Metall, Keramik und Kunststoff, oder einer Kombination der zuvor genannten Materialien. Das Verbinden des Formkörpers mit dem Teil oder den Teilen kann prinzipiell auf jede bekannte und dem Fachmann zum Verbinden des Formkörpers mit dem Teil oder den Teilen bekannte Art und Weise erfolgen. Bevorzugte Arten des Verbindens sind jeweils unabhängig voneinander für jede einzelne Verbindung insbesondere durch Stoffschluss oder Formschluss hergestellte Verbindungen. Bevorzugte Verbindungen durch Stoffschluss sind Schweißen und Kleben. Bevorzugte Verbindungen durch Formschluss sind Schrauben, Pressen und Nieten. Weiter bevorzugt können Kombinationen von Formschluss und Stoffschluss in einer einzigen Verbindung, z.B. Schrauben und gleichzeitig Kleben, oder bei mehreren innerhalb eines Gebildes vorliegenden Verbindungen ausgewählt werden.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist das Gebilde homogene Materialeigenschaften auf. Darunter fallen bevorzugt eine homogene Stoffverteilung, eine homogene Viskositätsverteilung, homogene optische Eigenschaften und Kombinationen davon.

Ein siebenter Gegenstand der vorliegenden Erfindung betrifft ein Gebilde erhältlich nach dem zuvor beschriebenen, erfindungsgemäßen Verfahren zum Herstellen eines Gebildes (sechster Gegenstand der Erfindung). Hierzu wird auf die zuvor beschriebenen Aspekte und Ausfuhrungsformen verwiesen.

Figuren

Fig. l Flussdiagramm (Verfahren zum Herstellen eines Quarzglaskörpers)

Fig. 2 Flussdiagramm (Verfahren zum Herstellen eines Siliziumdioxidgranulats I)

Fig. 3 Flussdiagramm (Verfahren zum Herstellen eines Siliziumdioxidgranulats II)

Fig. 4 schematische Darstellung eines Sprühturms

Fig. 5 schematische Darstellung eines Gasdruck-Sinter-Ofens (GDS-Ofen)

Fig. 6 Flussdiagramm (Verfahren zum Herstellen eines Formkörpers)

Beschreibung der Figuren

Figur 1 zeigt ein Flussdiagramm enthaltend die Schritte 101 bis 104 eines Verfahrens 100 zur Herstellung eines Quarzglaskörpers gemäß der vorliegenden Erfindung. In einem ersten Schritt 101 wird ein Siliziumdioxidgranulat bereitgestellt. In einem zweiten Schritt 102 wird aus dem Siliziumdioxidgranulat eine Glasschmelze gebildet.

Bevorzugt werden zum Schmelzen Formen eingesetzt, die in einen Ofen eingebracht und wieder aus ihm entnommen werden können. Solche Formen werden oftmals aus Graphit hergestellt. Sie ergeben eine Negativform des Gießlings. Das Siliziumdioxidgranulat wird in die Form eingefüllt, in dem dritten Schritt 103 zunächst in der Form zum Schmelzen gebracht. Anschließend bildet sich in derselben Form durch Abkühlen der Schmelze der Quarzglaskörper. Dieser wird dann aus der Form herausgelöst und weiter bearbeitet, zum Beispiel in einem optionalen Schritt 104. Diese Vorgehensweise ist diskontinuierlich. Das Bilden der Schmelze erfolgt bevorzugt bei reduziertem Druck, insbesondere bei Vakuum. Es ist ferner möglich, während Schritt 103 zeitweise den Ofen mit einer reduzierenden, wasserstoffhaltigen Atmosphäre zu beaufschlagen.

Bei einer anderen Vorgehensweise werden bevorzugt als Schmelztiegel hängende oder stehende Tiegel eingesetzt. Hier wird dazu das Siliziumdioxidgranulat in den Schmelztiegel eingeführt und darin erwärmt, bis sich eine Glasschmelze bildet. Das Schmelzen erfolgt dabei bevorzugt in einer reduzierenden, wasserstoffhaltigen Atmosphäre. In einem dritten Schritt 103 wird ein Quarzglaskörper gebildet. Die Bildung des Quarzglaskörpers erfolgt hier durch Entnehmen zumindest eines Teils der Glasschmelze aus dem Tiegel und Abkühlen, zum Beispiel durch eine Düse am unteren Ende des Tiegels. In diesem Fall kann die Form des Quarzglaskörpers durch die Ausgestaltung der Düse mit bestimmt werden. So können beispielsweise massive Körper erhalten werden. Hohle Körper werden beispielsweise erhalten, wenn in der Düse zusätzlich ein Dorn vorgesehen ist. Dieses exemplarisch dargestellte Verfahren zur Herstellung von Quarzglaskörpern, und insbesondere Schritt 103, erfolgt bevorzugt kontinuierlich. In einem optionalen Schritt 104 kann aus einem massiven Quarzglaskörper ein Hohlkörper geformt werden.

Figur 2 zeigt ein Flussdiagramm enthaltend die Schritte 201 , 202 und 203 eines Verfahrens 200 zur Herstellung eines Siliziumdioxidgranulats I. In einem ersten Schritt 201 wird ein Siliziumdioxidpulver bereitgestellt. Ein Siliziumdioxidpulver wird bevorzugt aus einem synthetischen Prozess erhalten, bei dem ein siliziumhaltiges Material, beispielsweise ein Siloxan, ein Siliziumalkoxid oder ein Siliziumhalogenid in einem pyrogenen Verfahren zu Siliziumdioxid umgesetzt wird. In einem zweiten Schritt 202 wird das Siliziumdioxidpulver mit einer Flüssigkeit, bevorzugt mit Wasser, gemischt unter Erhalt einer Aufschlämmung. In einem dritten Schritt 203 wird das in der Aufschlämmung enthaltene Siliziumdioxid in ein Siliziumdioxidgranulat überführt. Das Granulieren erfolgt mittels Sprühgranulieren. Dazu wird die Aufschlämmung durch eine Düse in einen Sprühturm eingesprüht und unter Bildung von Granulen getrocknet, wobei die Kontaktfläche zwischen der Düse und der Aufschlämmung ein Glas oder einen Kunststoff beinhaltet.

Figur 3 zeigt ein Flussdiagramm enthaltend die Schritte 301, 302, 303 und 304 eines Verfahrens 300 zur Herstellung eines Siliziumdioxidgranulats II. die Schritte 301, 302 und 303 verlaufen dabei entsprechend den Schritten 201, 202 und 203 gemäß Figur 2. In Schritt 304 wird das in Schritt 303 erhaltene Siliziumdioxidgranulat I zu einem Siliziumdioxidgranulat II verarbeitet. Dies erfolgt bevorzugt durch Erwärmen des Siliziumdioxidgranulats I in einer chlorhaltigen Atmosphäre.

In Figur 4 ist eine bevorzugte Ausführungsform eines Sprühturms 1100 zum Sprühgranulieren von Siliziumdioxid gezeigt. Der Sprühturm 1100 umfasst ein Zuführung 1101 , durch die eine unter Druck stehende Aufschlämmung enthaltend Siliziumdioxidpulver und eine Flüssigkeit dem Sprühturm zugeführt wird. Am Ende der Leitung befindet sich eine Düse 1 102, durch die die Aufschlämmung fein verteilt in den Sprühturm eingebracht wird. Bevorzugt ist die Düse schräg nach oben ausgerichtet, so dass die Aufschlämmung als feine Tröpfchen in Richtung der Düsenausrichtung in den Sprühturm gesprüht wird und dann im Bogen schwerkraftgetrieben nach unten fallt. Am oberen Ende des Sprühturms befindet sich ein Gaseinlass 1 103. Durch das Einführen eines Gases durch den Gaseinlass 1 103 wird ein der Austrittsrichtung der Aufschlämmung aus der Düse 1102 entgegengerichteter Gasstrom erzeugt. Der Sprühturm 1 100 umfasst außerdem eine Sichtvorrichtung 1 104 und eine Siebvorrichtung 1105. Durch die Sichtvorrichtung 1 104 werden Teilchen abgesaugt, die eine definierte Teilchengröße unterschreiten, und durch die Abführung 1 106 entfernt. Entsprechend der Teilchengröße der anzusaugenden Teilchen kann die Ansaugstärke der Sichtvorrichtung 1 104 reguliert werden. Durch die Siebvorrichtung 1 105 werden Teilchen oberhalb einer definierten Teilchengröße abgesiebt und durch die Abführung 1 107 entfernt. Entsprechend der Teilchengröße der abzusiebenden Teilchen kann die Siebdurchlässigkeit der Siebvorrichtung 1105 gewählt werden. Die verbleibenden Teilchen, ein Siliziumdioxidgranulat der gewünschten Teilchengröße, wird durch den Auslass 1 108 entnommen. Figur 5 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform eines Ofens 1500, der für ein Vakuumsinterverfahren, ein Gasdrucksinterverfahren und insbesondere eine Kombination davon geeignet ist. Der Ofen weist von außen nach innen eine druckfeste Hülle 1501 und eine thermische Isolierschicht 1502 auf. Der davon umschlossene Raum, als Ofeninneres bezeichnet, kann über eine Gaszuführung 1504 mit einem Gas oder einem Gasgemisch beaufschlagt werden. Ferner ist das Ofeninnere mit einem Gasauslass 1505 versehen, über den Gas entnommen werden kann. Je nach Bilanz des Gastransports zwischen Gaszuführung 1504 und Gasentnahme bei 1 05 kann ein Überdruck, ein Vakuum oder auch ein Gasstrom im Innern des Ofens 1500 erzeugt werden. Ferner sind im Innern des Ofens 1500 sind Heizelemente 1506 vorgesehen. Diese sind oftmals an der Isolierschicht 1502 angebracht (hier nicht gezeigt). Zum Schutz des Schmelzguts vor Kontamination ist das Innere des Ofens mit einem sogenannten „Liner" 1507 versehen, der die Ofenkammer 1503 von den Heizelementen 1506 trennt. In der Ofenkammer 1503 können Schmelzformen 1508 mit Schmelzgut 1509 eingebracht werden. Die Schmelzform 1508 kann auf einer Seite offen sein (hier gezeigt) oder das Schmelzgut 1509 vollständig umgeben (nicht gezeigt).

Figur 6 zeigt ein Flussdiagramm enthaltend die Schritte 1601 und 1602 eines Verfahrens zur Herstellung eines Formkörpers. Im ersten Schritt 1601 wird ein Quarzglaskörper bereitgestellt, bevorzugt ein gemäß Verfahren 100 hergestellter Quarzglaskörper. Ein solcher Quarzglaskörper kann ein massiver oder ein hohler Quarzglaskörper sein. Aus einem in Schritt 1601 bereitgestellten massiven Quarzglaskörper wird in einem zweiten Schritt 1602 ein Formkörper geformt.

Testmethoden a. Fiktive Temperatur

Die fiktive Temperatur wird mittels Ramanspektroskopie anhand der Ramanstreuintensität bei etwa 606 cm ^"1 ermittelt. Die Vorgehensweise und Auswertung ist in dem Beitrag von Pfleiderer et. al. „The UV-induced 210 nm absorption band in fused Silica with different thermal history and stoichiometry"; Journal of Non¬

Crystalline Solids, Band 159 (1993), Seiten 145-153 beschrieben. b. OH-Gehalt

Der OH Gehalt des Glases wird durch Infrarotspektroskopie bestimmt. Die in von D. M. Dodd & D. M. Fräser angegebene Methode „Optical Determinations of OH in Fused Silica" (J.A.P. 37, 3991 (1966)) wird angewendet. Statt des darin angegebenen Geräts, wird ein FTIR-Spektrometer (Fourier-Transform-

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BERICHTICTES BLATT (REGEL 91) ISA/EP Infrarotspektrometer, aktuell System 2000 der Fa. Perkin Elmer) eingesetzt. Die Auswertung der Spektren kann prinzipiell sowohl an der Absorptionsbande bei ca. 3670 cm-1 als auch bei der Absorptionsbande bei ca. 7200 cm-1 erfolgen. Die Auswahl der verwendeten Bande erfolgt nach der Regel, dass der Transmissionsverlust durch die OH- Absorption zwischen 10 und 90% liegt.

Oxygen Deficiency Centers (ODCs)

Zum quantitativen Nachweis wird die ODC(I)-Absorption bei 165 nm mittels einer Transmissionsmessung an zwischen 1-2 mm dicken Probe mittels eines Vakuum-UV-Spektrometers, Modell VUVAS 2000, von McPherson, Inc. (USA) bestimmt.

Dann gilt:

N= α / σ mit

N = Defektkonzentration [1/cm ³ ]

α = Optische Absorption [1/cm, Basis e] der ODC(I) Bande

σ = Wirkungsquerschnitt [cm ² ] wobei als Wirkungsquerschnitt o=7,5xl0 ^~17 cm ² eingesetzt wird (aus L. Skuja,„Color Centers and Their Transformations in Glassy Si0 ₂ ", Lectures of the summer school "Photosensitivity in optical Waveguides and glasses", July 13-18 1998, Vitznau, Switzerland)

Elementaranalyse

d-1) Massive Proben werden zertrümmert. Anschließend werden zur Reinigung ca. 20g der Probe in ein HF- beständiges Gefäß eingebracht, vollständig mit HF bedeckt und bei 100°C für eine Stunde thermisch behandelt. Nach dem Abkühlen wird die Säure verworfen und die Probe mehrmals mit Reinstwasser gespült. Anschließend wird das Gefäß mit der Probe im Trockenschrank getrocknet.

Anschließend werden ca. 2g der festen Probe (Bruchmaterial, gereinigt wie oben; Stäube etc. ohne Vorbehandlung direkt) in einen HF beständigen Aufschlussbehälter eingewogen und mit 15ml HF (50 Gew.- %) versetzt. Der Aufschlussbehälter wird verschlossen und bei 100°C solange thermisch behandelt, bis die feste Probe vollständig aufgelöst ist. Danach wird der Aufschlussbehälter geöffnet und thermisch weiter bei 100°C behandelt, bis die Lösung komplett eingedampft ist. Währenddessen wird der Aufschlussbehälter 3x mit 15ml Reinstwasser aufgefüllt. In den Aufschlussbehälter wird 1ml HN0 ₃ gegeben, um abgeschiedene Verunreinigungen zu lösen und mit Reinstwasser auf 15ml aufgefüllt. Damit steht die Messlösung bereit d-2) Messung ICP-MS / ICP-OES

Ob OES oder MS verwendet wird, hängt von der erwarteten Elementkonzentration ab. Typische Bestimmungsgrenzen für die MS sind lppb, für die OES lOppb (jeweils bezogen auf die eingewogene Probenmenge). Die Bestimmung der Elementkonzentration mit den Messgeräten erfolgt nach Maßgabe der Gerätehersteller (ICP-MS: Agilent 7500ce; ICP-OES: Perkin Elmer 7300 DV) und unter Verwendung von zertifizierten Referenzflüssigkeiten zur Kalibrierung. Die von den Geräten bestimmte Elementkonzentration in der Lösung (15ml) werden dann auf die ursprüngliche Einwaage der Probe (2g) umgerechnet.

Anmerkung: Es ist darauf zu achten, dass die Säure, die Gefäße, das Wasser, die Geräte eine ausreichende Reinheit aufweisen müssen, um die nachzuweisenden Elementkonzentrationen bestimmen zu können. Überprüft wird das mit dem Aufschluss einer Blindprobe ohne Quarzglas.

Folgende Elemente werden auf diese Weise bestimmt: Li, Na, Mg, K, Ca, Fe, Ni, Cr, Hf, Zr, Ti, (Ta), V, Nb, W, Mo, AI. d-3) Die Bestimmung von flüssig vorliegenden Proben erfolgt wie zuvor beschrieben, wobei die Probenvorbereitung gemäß Schritt d-1) entfällt. Es werden 15ml der flüssigen Probe in das Aufschlussgefäß gegeben. Eine Umrechnung auf eine ursprüngliche Einwaage entfällt.

Dichtebestimmung einer Flüssigkeit

Zur Bestimmung der Dichte einer Flüssigkeit wird ein genau definiertes Volumen der Flüssigkeit in ein gegenüber der Flüssigkeit und ihren Bestandteilen inertes Messgefäß eingewogen, wobei das Leergewicht und das Gewicht des befüllten Gefäßes gemessen wird. Die Dichte ergibt sich aus der Differenz der beiden Gewichtsmessungen dividiert durch das eingebrachte Volumen der Flüssigkeit.

Nachweis von Fluorid

15g einer Quarzglasprobe werden zerkleinert und in Salpetersäure zum Reinigen bei einer Temperatur von 70°C behandelt. Anschließend wird die Probe mehrmals mit Reinstwasser gespült, anschließend getrocknet. Davon werden 2g der Probe in einen Nickeltiegel eingewogen und mit 10g Na ₂ C0 ₃ sowie 0,5g ZnO überschichtet. Der Tiegel wird mit einem Ni-Deckel verschlossen und bei 1000°C für eine Stunde geglüht. Anschließend wird der Nickeltiegel mit Wasser gefüllt und aufgekocht, bis sich der Schmelzkuchen ganz gelöst hat. Die Lösung wird in einen 200ml Messkolben überführt und mit Reinstwasser auf 200 ml aufgefüllt. Nach Absetzen ungelösten Bestandteile werden 30ml abgenommen und in einen Messkolben mit 100ml überführt, 0,75ml Eisessig und 60ml TISAB hinzugegeben und mit Reinstwasser aufgefüllt. Die Messlösung wird in ein Becherglas 150ml überführt.

Die Bestimmung des Fluoridgehalts aus der Messlösung erfolgt mittels einer ionensensitiven (Fluorid) Elektrode, geeignet für den erwarteten Konzentrationsbereich, und Anzeigegerät nach Vorgabe des Herstellers, hier eine Fluorid-Ionenselektive Elektrode und Bezugselektrode F-500 mit R503/D an einem MX 3000/pH/ION der Firma Wissenschaftlich-Technische Werkstätten GmbH. Mit der Fluoridkonzentration in der Lösung, dem Verdünnungsfaktor und der Einwaage wird die Fluoridkonzentration im Quarzglas berechnet.

Nachweis von Chlor (>= 50 ppm)

15g einer Quarzglasprobe werden zerkleinert und in Salpetersäure zum Reinigen bei ca. 70°C behandelt. Anschließend wird die Probe mehrmals mit Reinstwasser gespült, anschließend getrocknet. Davon werden 2g der Probe in einen PTFE-Einsatz eines Druckbehälters gefüllt, mit 15ml NaOH (c=10mol/l) versetzt, mit einem PTFE Deckel verschlossen und in den Druckbehälter gesetzt. Dieser wird verschlossen und bei ca. 155°C für 24 Stunden thermisch behandelt. Nach dem Abkühlen wird der PTFE Einsatz entnommen und die Lösung vollständig in einen Messkolben 100ml überführt. Dort werden 10ml HNO ₃ (65 Gew.-%) und 15ml Acetatpuffer hinzugeben, abkühlen gelassen und mit Reinstwasser auf 100 ml aufgefüllt. Die Messlösung wird in ein Becherglas 150ml überführt. Die Messlösung hat einen pH- Wert im Bereich zwischen 5 und 7.

Die Bestimmung des Chloridgehalts aus der Messlösung erfolgt mittels Ionensensitiver (Chlorid) Elektrode, geeignet für den erwarteten Konzentrationsbereich, und Anzeigegerät nach Vorgabe des Herstellers hier einer Elektrode Typ Cl-500 und Bezugselektrode Typ R-503/D an einem pMX 3000/pH/ION der Firma Wissenschaftlich-Technische Werkstätten GmbH.

Chlorgehalt (< 50 ppm)

Chlorgehalte < 50 ppm bis zu 0,1 ppm in Quarzglas werden mittels Neutronenaktivierungsanalyse (NAA) bestimmt. Dazu werden aus dem zu untersuchenden Quarzglaskörper 3 Bohrlinge mit je 3 mm Durchmesser und je 1 cm Länge gezogen. Diese werden zur Analyse an ein Forschungsinstitut abgegeben, in diesem Fall an das Institut für Kernchemie der Johannes-Gutenberg-Universität in Mainz. Um Kontamination der Proben mit Chlor auszuschließen wird mit dem Forschungsinstitut vereinbart, eine gründliche Reinigung der Proben in einem HF-Bad vor Ort und erst unmittelbar vor der Messung vorzunehmen. Jeder Bohrling wird mehrmals vermessen. Die Ergebnisse und die Bohrlinge werden anschließend von dem Forschungsinstitut zurückübermittelt.

Optische Eigenschaften

Die Transmission von Quarzglasproben wird mit kommerziellen Gitter- oder FTIR Spektrometern von Perkin Elmer bestimmt (Lambda 900 [190-3000nm] oder System 2000 [1000-5000nm]). Die Wahl richtet sich nach dem benötigten Messbereich.

Zur Bestimmung der Absoluttransmission werden die Probenkörper planparallel poliert (Oberflächenrauhigkeit RMS < 0,5nm) und die Oberfläche nach der Politur von allen Rückständen durch eine Ultraschallbehandlung befreit. Die Probendicke beträgt 1cm. Im Falle von erwartetem, starkem Transmissionsverlust durch Verunreinigung, Dotierung etc., kann auch eine dickere oder dünnere Probe ausgewählt werden, um im Messbereich des Geräts zu bleiben. Es wird eine Probendicke (Messlänge) gewählt, bei der aufgrund des Strahlendurchgangs durch die Probe nur geringfügig Artefakte auftreten und zugleich ein hinreichend detektierbarer Effekt gemessen wird.

Für die Messung der Opazität wird die Probe vor einer Ulbrichkugel im Strahlengang platziert. Die Opazität errechnet sich anhand des so gemessenen Transmissionswertes T gemäß der Formel: O = 1/T = I ₀ /I.

Brechzahl und Brechzahlverteilung an einem Rohr oder Stab

Die Brechzahlverteilung von Rohren / Stäben kann mittels eines York Technology Ltd. Preform Profiler PI 02 oder PI 04 charakterisiert werden. Dazu wird der Stab liegend in die Messkammer eingelegt und diese dicht verschlossen. Danach wird die Messkammer mit einem Immersionsöl aufgefüllt, das eine Brechzahl bei der Prüfwellenlänge 633nm hat, die der der äußersten Glasschicht bei 633nm sehr ähnlich ist. Der Laserstrahl geht dann durch die Messkammer. Hinter der Messkammer (in Strahlrichtung) ist ein Detektor montiert, der den Ablenkwinkel (Strahleintritt in gegenüber Strahlaustritt aus der Messkammer) bestimmt. Unter Annahme der Radialsymmetrie der Brechzahlverteilung des Stabes lässt sich der diametrale Brechzahlverlauf mittels einer inversen Abel-Transformation rekonstruieren. Diese Berechnungen werden von der Software des Geräteherstellers York durchgeführt.

Die Brechzahl einer Probe wird analog der vorstehenden Beschreibung mit dem York Technology Ltd. Preform Profiler PI 04 bestimmt. Bei isotropen Proben ergibt sich auch bei Messen der Brechzahlverteilung nur ein Wert, die Brechzahl.

Kohlenstoffgehalt

Die quantitative Bestimmung des Oberflächenkohlenstoffgehaltes Siliziumdioxidgranulat und Siliziumdioxidpulver wird an einem Kohlenstoffanalysator RC612 der Fa. Leco Corporation, USA, durch die vollständige Oxidation aller Oberflächenkohlenstoffkontaminationen (außer SiC) mit Sauerstoff zu Kohlendioxid durchgeführt. Hierzu werden 4,0 g einer Probe eingewogen und in einem Quarzglasschiffchen in den Kohlenstoffanalysator eingebracht. Die Probe wird mit reinem Sauerstoff umspült und für 180 Sekunden auf 900 °C erhitzt. Das dabei gebildete C0 ₂ wird durch den Infrarotdetektor des Kohlenstoffanalysators erfasst. Unter diesen Messbedingungen liegt die Nachweisgrenze bei < 1 ppm (Gewichts-ppm) Kohlenstoff.

Ein für diese Analyse an dem oben genannten Kohlenstoffanalysator geeignetes Quarzglasschiffchen ist erhältlich als Verbrauchsmaterial für LECO-Analysator mit der LECO-Nummer 781-335 im Laborbedarfshandel, im vorliegenden Fall von Deslis Laborhandel, Flurstraße 21, D-40235 Düsseldorf (Deutschland), Deslis-Nr. LQ-130XL. Ein solches Schiffchen hat die Abmessungen von Breite/Länge/Höhe von ca. 25mm/60mm/15mm. Das Quarzglasschiffchen wird zu halber Höhe mit Probenmaterial befüllt. Für Siliziumdioxidpulver kann so eine Einwaage von 1,0 g Probenmaterial erreicht werden. Die untere Nachweisgrenze liegt dann bei <1 Gewichts-ppm Kohlenstoff. In das gleiche Quarzglasschiffchen wird bei gleicher Füllhöhe eine Einwaage von 4 g eines Siliziumdioxidgranulats erreicht (mittlere Partikelgröße im Bereich von 100 bis 500 μηι). Die untere Nachweisgrenze liegt dann bei etwa 0,1 Gewichts-ppm Kohlenstoff. Die untere Nachweisgrenze ist erreicht, wenn das Messflächenintegral der Probe nicht größer ist als das dreifache Messflächenintegral einer Leerprobe (Leerprobe = Verfahren wie oben, aber mit leerem Quarzglasschiffchen) .

Curl-Parameter

Der Curl-Parameter (auch genannt:„Fibre Curl") wird bestimmt gemäß der DIN EN 60793-1-34:2007-01 (deutsche Fassung der Norm IEC 60793-1-34:2006). Gemessen wird gemäß der in Annex A in den Abschnitten A.2.1, A.3.2 und A.4.1 beschriebenen Methode („extrema technique").

Dämpfung

Die Dämpfung wird bestimmt gemäß der DIN EN 60793-1-40:2001 (deutsche Fassung der IEC 60793-1- 40:2001). Gemessen wird gemäß der in Annex beschriebenen Methode („cut-back method") bei einer Wellenlänge λ=1550 nm.

Viskosität der Aufschlämmung

Die Aufschlämmung wird mit demineralisiertem Wasser (Direct-Q 3UV, Millipore, Wasserqualität: 18,2 MQcm) auf eine Konzentration von 30 Gewichts % Feststoffgehalt eingestellt. Anschließend wird die Viskosität an einem MCR102 der Fa. Anton-Paar gemessen. Dazu wird die Viskosität bei 5 Umdrehungen/Minute (rpm) gemessen. Es wird bei einer Temperatur von 23 °C und einem Luftdruck von 1013 hPa gemessen. Thixotropie

Die Aufschlämmung wird mit demineralisiertem Wasser (Direct-Q 3UV, Millipore, Wasserqualität: 18,2 MQcm) auf eine Konzentration von 30 Gewichts % Feststoffgehalt eingestellt. Anschließend wird die Thixotropie wird mit einem MCR102 der Fa. Anton-Paar mit einer Kegel-Platte- Anordnung bestimmt. Dazu wird die Viskosität bei 5 und bei 50 Umdrehungen/Minute (rpm) gemessen. Der Quotient aus dem ersten und dem zweiten Wert ergibt den Thixotropieindex. Die Messung wird bei einer Temperatur von 23 °C gemessen.

Zeta Potential der Aufschlämmung

Für Zetapotentialmessungen wird eine Zetapotentialmesszelle (Flow Cell, Beckman Coulter) eingesetzt. Die Probe wird in demineralisiertem Wasser (Direct-Q 3UV, Millipore, Wasserqualität: 18,2 MQcm) gelöst um eine 20 mL Lösung mit Konzentration von 1 g/L zu erhalten. Der pH wird auf 7 mittels Zugabe von HNO ₃ - Lösungen mit den Konzentrationen von 0,1 mol/L und 1 mol/L und einer NaOH-Lösung mit der Konzentration von 0,1 mol/L gebracht. Es wird bei einer Temperatur von 23 °C gemessen.

Isoelektrischer Punkt der Aufschlämmung

Für den isoelektrischen Punkt wird eine Zetapotentialmesszelle (Flow Cell, Beckman Coulter) und ein Autotitrator (DelsaNano AT, Beckman Coulter) eingesetzt. Die Probe wird in demineralisiertem Wasser (Direct-Q 3UV, Millipore, Wasserqualität: 18,2 MQcm) gelöst um eine 20 mL Lösung mit Konzentration von 1 g/L zu erhalten. Der pH wird mittels Zugabe von HNO ₃ -Lösungen mit den Konzentrationen von 0,1 mol/L und 1 mol/L und einer NaOH-Lösung mit der Konzentration von 0,1 mol/L variiert. Der isoelektrische Punkt ergibt sich als der pH Wert bei dem das Zeta-Potenzial gleich 0 ist. Es wird bei einer Temperatur von 23 °C gemessen. pH Wert der Aufschlämmung

Der pH Wert der Aufschlämmung wird mittels eines WTW 3210 der Fa. Wissenschaftlich-Technische- Werkstätten GmbH gemessen. Als Elektrode wird die pH 3210 Set 3 der Fa. WTW wird eingesetzt. Es wird bei einer Temperatur von 23 °C gemessen.

Feststo ffgehalt

Eine Einwaage mi einer Probe wird für 4 Stunden auf 500 °C erhitzt und nach dem Abkühlen erneut gewogen (m ₂ ). Der Feststoffgehalt w ergibt sich aus m ₂ /mi* 100 [Gew. %].

Schüttdichte

Die Schüttdichte wird gemäß der Norm DIN ISO 697: 1984-01 mit einem SMG 697 der Fa. Powtec bestimmt. Das Schüttgut (Siliziumdioxidpulver bzw. -granulat) bildet keine Klumpen.

Stampfdichte (granulate)

Die Stampfdichte wird gemäß der Norm DIN ISO 787: 1995-10 gemessen. v. Bestimmung der Porengrößenverteilung

Die Bestimmung des Porengrößenverteilung erfolgt gemäß DIN 66133 (mit einer Oberflächenspannung 480 mN/m und einem Kontaktwinkel von 140°). Für die Messung von Porengrößen kleiner als 3,7 nm wird das Pascal 400 von der Fa. Porotec angewendet. Für die Messung von Porengrößen von 3,7 nm bis 100 μηι wird das Pascal 140 von der Fa. Porotec angewendet. Die Probe wird vor der Messung einer Druckbehandlung unterzogen. Genutzt wird hierzu eine Manual Hydraulic Press (Bestell-Nr. 15011 der Fa. Specac Ltd., River House, 97 Cray Avenue, Orpington, Kent BR5 4HE, U.K.). Dabei werden in eine„Pellet Die" mit 13 mm Innendurchmesser der Fa. Specac Ltd. 250 mg Probenmaterial eingewogen und laut Anzeige mit 1 t belastet. Diese Last wird 5 s gehalten und gegebenenfalls nachgeregelt. Anschließend wird die Probe entspannt und für 4 h bei 105 ± 2°C in einem Umlufttrockenschrank getrocknet.

Die Einwaage der Probe in das Penetrometer vom Typ 10 erfolgt auf 0,001 g genau und wird für eine gute Reproduzierbarkeit der Messung so gewählt, dass das„stem volume used", also das prozentual verbrauchte Hg-Volumen zum Füllen des Penetrometers im Bereich zwischen 20% bis 40% des Gesamt-Hg-Volumens beträgt. Anschließend wird das Penetrometer langsam auf 50 μηι Hg evakuiert und für 5 min bei diesem

Druck belassen. Folgende Parameter werden direkt von der Software der Messgeräte angegeben: Gesamtporenvolumen, Gesamtporenoberfläche (Annahme Poren zylindrisch), Durchschnittlicher Porenradius, Modaler Porenradius (häufigster Porenradius), Peak n. 2 Porenradius (um). w. Primärpartikel groß e

Die Primärpartikelgröße wird mittels eines Rasterelektronenmikroskops (REM) Modell Zeiss Ultra 55 gemessen. Die Probe wird in demineralisiertem Wasser (Direct-Q 3UV, Millipore, Wasserqualität: 18,2 MQcm) suspendiert, um eine extrem verdünnte Suspension zu erhalten. Die Suspension wird mit der Ultraschallsonde (UW 2070, Bandelin electronic, 70 W, 20 kHz) für 1 min behandelt und dann auf ein Kohlenstoff-Klebepad aufgetragen. x. Mittlere Partikelgröße in Suspension

Die mittlere Partikelgröße in Suspension wird mittels eines Mastersizers 2000, erhältlich von Malvern Instruments Ltd., UK, gemäß deren Bedienungsanleitung unter Anwendung der Laserbeugungs-Methode gemessen. Die Probe wird in demineralisiertem Wasser (Direct-Q 3UV, Millipore, Wasserqualität: 18,2

MQcm) suspendiert um 20 mL Suspension mit einer Konzentration von 1 g/L zu erhalten. Die Suspension wird mit der Ultraschallsonde (UW 2070, Bandelin electronic, 70 W, 20 kHz) für 1 min behandelt. y. Partikelgröße und Korngröße des Feststoffs

Die Partikelgröße und Korngröße des Feststoffs werden mittels eines Camsizers XT, erhältlich von Retsch

Technology GmbH, Deutschland gemäß deren Bedienungsanleitung gemessen. Die Software gibt die D10, D50 und D90-Werte für eine Probe aus. z. BET Messung Für die Messung der spezifischen Oberfläche wird die statisch volumetrische BET-Methode gemäß DIN ISO 9277:2010 angewendet. Für die BET Messung wird ein "NOVA 3000" bzw. ein„Quadrasorb" (von der Firma Quantachrome erhältlich), welche gemäß der SMART Methode („Sorption Method with Adaptive dosing Rate) funktioniert, angewendet. Die Mikroporenanalyse wird mittels t-plot- Verfahren (p/ρθ = 0,1-0,3) und die Mesoporenanalyse mittels MBET-Verfahren (p/ρθ = 0,0-0,3) durchgeführt. Als Referenzmaterial, werden die

Standards Alumina SARM-13 und SARM-214 verwendet, erhältlich bei Quantachrome. Das Tara-Gewicht der eingesetzten Messzellen (sauber und trocken) wird gewogen. Der Messzellentyp wird so gewählt, dass das zugeführte Probematerial und der Füllstab die Messzelle möglichst füllen und der tote Raum auf ein Minimum reduziert wird. Das Probematerial wird in die Messzelle gebracht. Die Menge des Probematerials wird so ausgewählt, dass der zu erwartende Messwert 10-20 m ² /g entspricht. Die Messzellen werden in den

Ausheizstationen des BET-Messgerätes fixiert (ohne Füllstab) und auf <200 mbar evakuiert. Die Geschwindigkeit des Evakuierens wird so eingestellt, dass kein Material aus der Messzelle entweicht. In diesem Zustand wird bei 200°C für lh ausgeheizt. Nach dem Abkühlen, wird die mit Probe gefüllte Messzelle gewogen (Brutto). Anschließend wird das Tara-gewicht vom Brutto-Gewicht abgezogen = Nettogewicht = Gewicht der Probe. Nun wird der Füllstab in die Messzelle eingeführt und diese wiederum in der Messstation des BET-Messgerätes fixiert. Vor Messstart werden die Probenbezeichnung und das Probengewicht in die Software eingepflegt. Die Messung wird gestartet. Der Sättigungsdruck des Stickstoffgases (N2 4.0) wird gemessen. Die Messzelle wird evakuiert und wird mit Hilfe eines Stickstoffbads auf 77 K heruntergekühlt. Der tote Raum wird mittels Heliumgas (He 4.6) gemessen. Es wird erneut evakuiert. Eine Mel^unktanalyse mit mindestens 5 Messpunkten wird ausgeführt. Als Adsorptiv, wird N2

4.0 angewendet. Die spezifische Oberfläche wird in m2/g angegeben. za. Viskosität von Glaskörpern

Die Viskosität des Glases wird mit Hilfe des Balkenbiegeviskosimeter Typ 401 - Fa. TA Instruments mit der Herstellersoftware WinTA (aktuell Version 9.0) unter Windows 10 gemäß der Norm DIN ISO 7884-4:1998-

02 gemessen. Die Stützweite zwischen den Auflagern beträgt 45mm. Probestäbchen mit rechteckigem Querschnitt werden aus Bereichen homogenen Materials geschnitten (Probenober- und -Unterseite mit Feinschliff mindestens 1000-er Korn). Die Probenoberflächen nach Bearbeitung haben Korngröße = 9μιη & RA = 0,15μιη. Die Probestäbchen haben folgende Maße: Länge = 50mm, Breite = 5mm & Höhe = 3mm (Zuordnung Länge, Breit, Höhe wie in der Norm). Drei Proben werden gemessen und der Mittelwert errechnet. Die Probentemperatur wird durch ein Thermoelement dicht an der Probenoberfläche gemessen. Folgende parameter werden angewendet: Heizrate = 25 K auf maximal 1500 °C, Belastungsgewicht = 100 g, maximale Durchbiegung = 3000 μιη (in Abweichung von der Norm). zc. Restfeuchte (Wassergehalt)

Die Bestimmung der Restfeuchte einer Probe Siliziumdioxidgranulat erfolgt mit Hilfe eines Moisture Analyzers HX204 der Firma Mettler Toledo. Das Gerät arbeitet nach dem Prinzip der Thermogravimetrie. Der HX204 ist mit einem Halogenstrahler als Heizelement ausgerüstet. Die Trocknungstemperatur beträgt 220°C. Das Startgewicht der Probe liegt bei 10 g ± 10 %. Es wird die Messmethode„Standard" ausgewählt. Die Trocknung wird solange fortgesetzt bis die Gewichtsänderung nicht mehr als 1 mg /140 s erreicht. Die Restfeuchte ergibt sich aus der Differenz von Startgewicht der Probe zu Endgewicht der Probe, geteilt durch das Startgewicht der Probe.

Die Bestimmung der Restfeuchte von Siliziumdioxidpulver wird gemäß DIN EN ISO 787-2: 1995 (2h, 105°C) durchgeführt.

Beispiele Die Erfindung wird im folgenden durch Beispiele weiter beispielhaft illustriert. Die Erfindung ist nicht auf die Beispiele beschränkt.

A. 1. Herstellen von Siliziumdioxidpulver (OMCTS-Route)

Das aus der Verdüsung eines Siloxans mit Luft (A) gebildete Aerosol wird mit Druck in eine Flamme eingebracht, die durch Zündung eines Gemisches von mit Sauerstoff angereicherter Luft (B) und

Wasserstoff gebildet wird. Weiterhin wird ein die Flamme umgebender Luftstrom (C) eingebracht und das Prozessgemisch nachfolgend mit Prozessgas abgekühlt. Das Produkt wird an einem Filter abgeschieden. Die Verfahrensparameter sind in Tabelle 1 und die Kenndaten der resultierenden Produkte in Tabelle 2 angegeben. Experimentaldaten zu diesem Beispiel sind mit Al-x gekennzeichnet.

2. Modifizierung 1: Erhöhter Kohlenstoffgehalt

Es wurde wie unter A.l. beschrieben verfahren, das Verbrennen des Siloxans wurde aber so geführt, dass dabei auch eine Menge an Kohlenstoff gebildet wird. Experimentaldaten zu diesem Beispiel sind mit A2- x gekennzeichnet.

Tabelle 1

V = molares Verhältnis eingesetzter 0 ₂ /Bedarf an O ₂ zur vollständigen Oxidation des Siloxans; X = als molares Verhältnis O ₂ /H ₂ ; Y = (mol. Verhältnis eingesetztes O ₂ / Bedarf an O ₂ für stöchiometrische Umsetzung OMCTS+ Brenngase); barÜ=Überdurck;

* OMCTS = Octamethylcyclotetrasiloxan.

Tabelle 2

1. Herstellen von Siliziumdioxidpulver (Siliziumquelle: SiCl ₄ )

Eine Menge Siliziumtetrachlorid (SiC ) wird bei einer Temperatur T verdampft und mit einem Druck P in eine Flamme eines Brenners eingebracht, die durch Zündung eines Gemisches von mit Sauerstoff angereicherter Luft und Wasserstoff gebildet wird. Der mittlere normalisierte Gasfluß an der Brennermündung wird festgehalten. Das Prozessgemisch wird nachfolgend mit Prozessgas abgekühlt. Das Produkt wurde an einem Filter abgeschieden. Die Verfahrensparameter sind in Tabelle 3 und die Kenndaten der resultierenden Produkte in der Tabelle 4 angegeben. Sie sind mit Bl-x gekennzeichnet.

2. Modifizierung: Erhöhter Kohlenstoffgehalt

Es wurde wie unter B.l. beschrieben verfahren, das Verbrennen des Siliziumtetrachlorids wurde aber so geführt, dass dabei auch eine Menge an Kohlenstoff gebildet wird. Experimentaldaten zu diesem Beispiel sind mit B2-x gekennzeichnet.

Tabelle 3

X = als molares Verhältnis O ₂ /H ₂ ; Y = mol. Verhältnis eingesetztes O ₂ / CvBedarf für stöchiometrische Reaktion mit S1CI ₄ + H ₂ + CH ₄ ); barÜ = Überdruck.)

Tabelle 4

Wasserdampfbehandlung

Ein Partikelstrom von Siliziumdioxidpulver wird über den Kopf einer stehenden Säule eingebracht. Über den Fuß der Säule werden Wasserdampf mit einer Temperatur (A) und Luft zugeführt. Die Säule wird durch eine innenliegende Heizung auf eine Temperatur (B) am Säulenkopf und eine zweite Temperatur (C) am Säulenfuß gehalten. Nach Verlassen der Säule (Verweilzeit (D)) weist das Siliziumdioxidpulver insbesondere die in Tabelle 6 gezeigten Eigenschaften auf. Die Verfahrensparameter sind in Tabelle 5 angegeben.

Tabelle 5

Tabelle 6

Die in den Beispielen C-l und C-2 erhaltenen Siliziumdioxidpulver weisen jeweils einen niedrigen Chlorgehalt, sowie in Suspension einen moderaten pH- Wert auf. Der Kohlenstoffgehalt von Beispiel C-2 ist höher als bei C- 1.

Behandlung mit Neutralisationsmittel

Ein Partikelstrom von Siliziumdioxidpulver wird über den Kopf einer stehenden Säule eingebracht. Über den Fuß der Säule wird ein Neutralisationsmittel und Luft zugeführt. Die Säule wird durch eine innenliegende Heizung auf eine Temperatur (B) am Säulenkopf und eine zweite Temperatur (C) am Säulenfuß gehalten. Nach Verlassen der Säule (Verweilzeit (D)) weist das Siliziumdioxidpulver insbesondere die in Tabelle 8 gezeigten Eigenschaften auf. Die Verfahrensparameter sind in Tabelle 7 angegeben. Tabelle 7

Tabelle 8

erstellen von Siliziumdioxidgranulat aus Siliziumdioxidpulver

Ein Siliziumdioxidpulver wird in vollentsalztem Wasser dispergiert. Dabei wird ein Intensivmischer Typ R der Maschinenfabrik Gustav Eirich eingesetzt. Die entstehenden Suspensionen werden durch eine Membranpumpe gefördert und dabei mit Druck beaufschlagt und durch eine Düse in Tröpfchen überführt. Diese werden in einem Sprühturm getrocknet und sammeln sich an dessen Boden. Die Verfahrensparameter sind in Tabelle 9 angegeben, die Eigenschaften der erhaltenen Granulate in Tabelle 10. Experimentaldaten zu diesem Beispiel sind mit El-x gekennzeichnet. In E2-21 bis E2-23 wird als Additiv Aluminiumoxid zugegeben. In E2-31 und E2-32

Modifizierung: Erhöhter Kohlenstoffgehalt

Es wird analog der Beschreibung E.l. verfahren. Zusätzlich wird als Addititv Kohlenstoffpulver in die Suspension eindispergiert. Experimentaldaten zu diesem Beispiel sind mit E2-x gekennzeichnet. . Tabelle 9

Einbauhöhe = Abstand zwischen Düse und tiefstem Punkt des Sprühturminneren in Richtung des

S chwerkraftvektors .

* VE = vollentsalzt, Leitwert < 0,1 μ8;

** C 006011: Graphitpulver, max. Teilchengröße: 75 μηι, hochrein (erhältlich bei Goodfellow GmbH, Bad Nauheim (Deutschland);

⁺ Aeroxide Alu 65: hochdisperses pyrogenes Aluminiumoxid, Teilchengröße 65 μηι (Evonik Industries AG, Essen (Deutschland)

Tabelle 10

Die Granulate sind allesamt offenporig, zeigen eine gleichmäßige und kugelförmige Gestalt (alles mikroskopische Untersuchung. Sie neigen nicht zum Verbacken oder Verkleben.

Reinigen von Siliziumdioxidgranulat

Siliziumdioxidgranulat wird in einem Drehrohrofen zunächst gegebenenfalls bei einer Temperatur Tl mit Sauerstoff behandelt. Anschließend wird das Siliziumdioxidgranulat im Gleichstrom mit chlorhaltigen Komponenten behandelt, wobei die Temperatur bis auf eine Temperatur T2 erhöht wird. Die Verfahrensparameter sind in Tabelle 11 angegeben, die Eigenschaften der erhaltenen behandelten Granulate in Tabelle 12.. Tabelle 11

' Bei den Drehrohröfen wurde der Durchsatz als Regelgröße gewählt. Das bedeutet, dass im Betrieb laufend der aus dem Drehrohrofen austretende Massenstrom gewogen wird und dann die Rotationsgeschwindigkeit und/oder die Neigung des Drehrohrofens entsprechend angepasst werden. Zum Beispiel kann eine Erhöhung des Durchsatzes erreicht werden durch a) Erhöhen der

Rotationsgeschwindigkeit, oder b) Erhöhen der Neigung des Drehrohrs aus der Waagrechten, oder einer Kombination von a) und b).

Tabelle 12

Die Granulate nach dem Reinigungsschritt zeigen im Fall von Fl -2 und F2-1 einen erheblich verringerten Kohlenstoffgehalt (wie kohlenstoffarme Granulate, z.B. Fl-1) und einen erheblich niedrigeren Gehalt an Erdalkalimetallen. SiC-Bildung wurde nicht beobachtet. Bilden eines Glaskörpers

Siliziumdioxidgranulat gemäß Zeile 2 von Tabelle 13 wurde als Rohmaterial verwendet. Es wurde eine Graphitform mit einem ringförmigen Hohlraum und einem äußerem Durchmesser des Formkörpers von d _a , einem inneren Durchmesser des Formkörpers von d _t und einer Länge / hergestellt. Eine hochreine Graphitfolie, die eine Dicke von 1 mm aufwies, wurde auf die Innenwand des äußeren Formkörpers aufgebracht und eine Graphitfolie aus dem gleichen hochreinen Graphit mit einer Dicke von 1 mm wurde auf die Außenwand des inneren Formkörpers aufgebracht. Eine hochreine Graphitbahn aus einem hochreinen Graphit mit einer Schüttdichte von 1 ,2 g/cm ³ und einer Dicke von 0,4 mm wurde auf den Boden des ringförmigen Hohlraums der Form (bei G-2: zylinderförmiger Hohlraum) aufgebracht. Die mit der Graphitfolie versehene hochreine Graphitform wurde mit dem Siliziumdioxidgranulat gefüllt. Die befüllte Graphitform wird in einen Ofen eingebracht und dieser mit Vakuum beaufschlagt. Das eingefüllte Siliziumdioxidgranulat wurde von der Temperatur Tl mit einer Heizrate Rl auf eine Temperatur T2 gebracht und für die Zeitdauer t2 auf dieser gehalten. Dann wurde mit der Heizrate R2 auf T3 erwärmt, dann ohne weiteres Tempern mit der Heizrate R3 auf die Temperatur T4, weiter mit der Heizrate R4 auf die Temperatur T5 gebracht und bei dieser für die Zeitdauer t5 gehalten. Während der letzten 240 Minuten wird der Ofen mit einem Druck von 1,6* 10 ⁶ Pa Stickstoff beaufschlagt. Danach wurde die Form allmählich abgekühlt. Bei Erreichen einer Temperatur von 1050 °C wurde die Form für eine Zeit von 240 min. auf dieser Temperatur gehalten. Anschließend wurde allmählich weiter auf T6 abgekühlt. Die Verfahrensparameter sind in Tabelle 13 zusammengestellt, die Eigenschaften der gebildeten Quarzglaskörper in Tabelle 14."Allmähliches Kühlen" bedeutet, dass die Form ohne Kühlmaßnahmen im ausgeschalteten Ofen stehen gelassen wird, also nur durch Abgabe der Wärme an die Umgebung abkühlt.

Tabelle 13

Tabelle 14

„±"-Angaben sind die Standardabweichung.

Alle Glaskörper zeigen sehr gute Werte für OH-, Kohlenstoff- und Aluminiumgehalt.

H. Herstellen eines Reaktors

Der zuvor in Beispiel G2-1 hergestellte Quarzglaskörper wird glasbläserisch zu einer Glocke geformt. Diese bildet zusammen mit einem Deckel (ebenfalls aus Quarzglas, beinhaltend Durchführungen) eine Reaktionskammer, in welche Siliziumwafer für die Halbleiterfertigung eingebracht und anschließend bestimmten Prozessen unterzogen werden. Die aus dem gemäß Beispiel G hergestellten Quarzglas gebildete Reaktionskammer wies eine deutlich längere Betriebszeit (Bei vergleichbaren Temperaturbedingungen) auf als eine herkömmliche. Zudem wurde eine bessere Formstabilität bei hohen Temperaturen beobachtet. J. Herstellen eines Großrohres

Die Glaskörper aus Beispiel Gl-1 und G2-x wurden in der Wärme in zwei Schritten bei einer Temperatur von 2100 °C umgeformt. Schwankungen in der Stoffhomogenität führen bei einer solchen Behandlung zu Schwankungen in der Geometrie des umgeformten Glaskörpers. Die allgemeine Vorgehensweise für so einen zweistufigen Umformschritt ist bekannt und zum Beispiel in DE 10 2013 107 434 AI, Absatz [0051] - [0065] beschrieben. Der Glaskörper aus Beispiel Gl-1 und G2-x wird dort als Hohlzylinder bezeichnet. Die Eigenschaften des in einem ersten Schritt umgeformten Glaskörpers aus Beispiel Jl-1 und J2-x sind in Tabelle 17 angegeben, die Eigenschaften nach dem zweiten Umformschritt in Tabelle 18.

Tabelle 17

Je kleiner die Schwankung der Wanddicke, desto besser.

Bestimmung der Wanddickenschwankung: Der Prüfkörper (Glasrohr) wird auf einer Glasdrehbank vermessen. Dazu rotiert der Prüfkörper nicht. Parallel zur Längsachse des Pröfkörpers wird ein optischer Messkopf an dem Prüfkörper entlang gefahren und die Wanddicke als Abstand des Messkopfes von der Außenoberfläche des PRüfkörpers laufend aufgenommen und datentechnisch erfasst. Als Messkopf wurde ein CHRocodile M4 der Firma Precitec High Resolution eingesetzt.