DE10213539A1

DE10213539A1 - Hochbeständiges Silikatglas, Verfahren und Vorrichtung zu dessen Herstellung, und hochbeständiges Silikatglaselement und damit versehene Vorrichtung

Info

Publication number: DE10213539A1
Application number: DE10213539A
Authority: DE
Inventors: Yoshinori Harada; Shuzo Mizutani; Shinkichi Hashimoto; Masakazu Kudoh; Naoki Miura; Katsufumi Takahashi; Hideki Kiyohara
Original assignee: Tosoh Quartz Corp; Tosoh Corp
Current assignee: Tosoh Quartz Corp; Tosoh Corp
Priority date: 2001-03-26
Filing date: 2002-03-26
Publication date: 2002-10-24
Also published as: US20040116269A1; TWI293947B; US20030040423A1; KR100842232B1; KR20020076183A; US7064094B2

Abstract

Hochbeständiges Silikatglas, das 0,01 Gew.-% bis 2 Gew.-% mindestens eines Elements, ausgewählt aus Magnesium, Calcium, Strontium, Barium, Yttrium, Hafnium und Zirkonium, enthält. Das Silikatglas wird durch Schmelzen eines pulverförmigen Materials, das ein feinverteiltes Siliciumdioxidpulver und eine feinverteilte Zirkonium enthaltende Substanz enthält, mit einer Knallgasflamme oder einem Plasmabogen zum Bilden einer angesammelten geschmolzenen Substanzschicht und Ausdehnen der geschmolzenen Substanzschicht nach Außen in radialer Richtung hergestellt.

Description

Diese Erfindung betrifft ein hochbeständiges Silikatglas und ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung des hochbeständigen Silikatglases. Das hochbeständige Silikatglas enthält ein die Plasmabeständigkeit erhöhendes Element, das im Wesentlichen gleichförmig darin dispergiert ist und zeigt erhöhte Beständigkeit gegenüber einem in ei ner ein Plasma verwendenden Vorrichtung angelegten Plasma, wie einer Halbleiterher stellungsvorrichtung oder einer Vorrichtung zur Herstellung von Flüssigkristallen.

Die Erfindung betrifft weiter ein Element, wie einen Behälter für einen Halbleiter, ein Werkzeug oder eine Spannvorrichtung oder ein Glockengefäß für einen Plasmaätzer, wobei das Element in einer Halbleiterherstellungsvorrichtung oder einer Vorrichtung zur Herstellung von Flüssigkristallen bereitgestellt wird, und eine Halbleiterherstellungsvor richtung oder eine Vorrichtung zur Herstellung von Flüssigkristallen.

Eine Herstellungsvorrichtung unter Verwendung eines Plasmas wird zum Beispiel als Halbleiterherstellungsvorrichtung und Vorrichtung zur Herstellung von Flüssigkristal len weitverbreitet verwendet. In den letzten Jahren besteht steigende Bedeutung in einem Trockenätzverfahren unter Verwendung eines Plasmas zusammen mit Mikrominiaturisie rung von integrierten Schaltungen von Halbleitern. Im Trockenätzverfahren unter Verwen dung eines Plasmas muss ein Gas einer halogenhaltigen Verbindung, wie ein Gas einer fluorhaltigen Verbindung oder ein Gas einer chlorhaltigen Verbindung, verwendet wer den. Im Hinblick auf hohe Reaktivitität werden ein Gas einer halogenhaltigen Verbindung und ihr Plasma weitverbreitet zum Beispiel als Ätzgas zum Trockenätzen oder als Reini gungsgas in einem thermochemischen Gasabscheidungsverfahren verwendet. Viele Arten von Gasen von halogenhaltigen Verbindungen werden verwendet, die zum Beispiel ein Gas einer fluorhaltigen Verbindung, wie HF, CF₄, CHF₃ und NF₃, ein Gas einer chlorhalti gen Verbindung, wie Cl₂, HCl, BCl₃ und CCl₄, und ein Gas einer bromhaltigen Verbin dung, wie Br₂ und HBr, einschließen.

In Vorrichtungen unter Verwendung eines Plasmas, wie einer Halbleiterherstel lungsvorrichtung und einer Vorrichtung zur Herstellung von Flüssigkristallen, dient häufig ein Silikatglaselement als Ausstattung. Zum Beispiel wird ein Glockengefäß oder Fokus ring verwendet, die aus transparentem Silikatglas hergestellt sind. Der Grund ist, dass die Ausgangssubstanz für Siliciumdioxid, d. h. ein hochreines Quarzpulver, nicht teuer ist und Silikatglas leicht maschinell herzustellen ist und leicht durch eine Knallgasflamme ge schmolzen wird. Daher kann ein geformter hochreiner Silikatglasartikel mit komplizierter Form mit geringen Produktionskosten hergestellt werden. Weiter zeigt das Silikatglas erhöhte Hochfrequenzdurchlässigkeit.

Jedoch weist ein Silikatglaselement Probleme in der Haltbarkeit auf. D. h. wenn ein Silikatglaselement wiederholt einem Gas einer halogenhaltigen Verbindung oder einem Plasma davon ausgesetzt wird, wird die Oberfläche davon allmählich geätzt und die Querschnittdicke verringert. Zum Beispiel wenn ein fluorhaltiges Plasma, wie CF₄/O₂, verwendet wird, reagiert Silicium im Silikatglas mit dem Fluorradikal unter Bildung von SiF₄, das verdampft wird. Die Verringerung der Querschnittdicke verkürzt die Arbeitslebensdauer des Silikatglaselements und führt zu unnormaler Entladung.

Für ein Element, das hoher Temperatur ausgesetzt wird, wie ein Flansch einer Halbleiterherstellungsvorrichtung, wird wegen ausgezeichneter Wärmeisolation hochreines trübes Silikatglas verwendet. Jedoch weist herkömmliches trübes Silikatglas darin gebildete feine Blasen zum Erhöhen der Trübung auf, und so ist die Oberfläche rau und das Silikatglas weist schlechte Schweißbarkeit und schlechte Zähigkeit auf und zeigt schlechte Schlagbeständigkeit, wenn es einem Plasmaätzgas bei hohen Temperaturen ausgesetzt wird.

Angesichts der vorstehenden Ausführungen ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Silikatglas bereitzustellen, das verbesserte Haltbarkeit zeigt, während hohe Reinheit, gute maschinelle Verarbeitbarkeit und verringerte Bildung einer pulverförmigen Substanz aufrechterhalten werden, das als Ausstattungselement in einer Vorrichtung unter Verwendung eines Gases einer halogenhaltigen Verbindung und ihres Plasmas, wie einer Halbleiterherstellungsvorrichtung oder einer Flüssigkristallvorrichtung, geeignet ist.

Eine andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, ein Verfahren zur Herstellung eines Stabs aus einem hochbeständigen Silikatglas bereitzustellen, mit dem ein Stab aus dem hochbeständigen Silikatglas effizient hergestellt werden kann.

Noch eine andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, eine zur Herstellung des hochbeständigen Silikatglasstabs verwendete Vorrichtung bereitzustellen.

Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, ein aus hochbeständigem Si likatglas hergestelltes Silikatglaselement bereitzustellen, das für eine Vorrichtung, wie einen Behälter für Halbleiter, eine Schablone und ein Werkzeug und einen Glockenbehäl ter für einen Plasmaätzer geeignet ist, das in einer Vorrichtung unter Verwendung eines Gases einer halogenhaltigen Verbindung und ihres Plasmas verwendet wird, wie einer Halbleiterherstellungsvorrichtung oder einer Vorrichtung zur Herstellung eines Flüssig kristalls.

Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, eine Halbleiterherstellungs vorrichtung oder eine Vorrichtung zur Herstellung eines Flüssigkristalls bereitzustellen, die mit einem aus dem vorstehend erwähnten hochbeständigen Silikatglas hergestellten Silikatglaselement ausgestattet ist.

In einem Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung wird ein hochbeständiges Si likatglas bereitstellt, das 0,01 Gew.-% bis 2 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht des Si likatglases, mindestens eines Elements, ausgewählt aus Magnesium, Calcium, Strontium, Barium, Yttrium, Hafnium und Zirkonium, umfasst.

In einem anderen Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung wird ein Silikatglas element zur Verwendung in einer Vorrichtung, die ein Gas einer halogenhaltigen Verbin dung und ein Plasma davon verwendet, bereitgestellt; wobei das Element aus dem vorste hend erwähnten hochbeständigen Silikatglas hergestellt ist.

In noch einem anderen Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung wird eine Halb leiterherstellungsvorrichtung bereitgestellt, die mit einem aus dem vorstehend erwähnten hochbeständigen Silikatglas hergestellten Silikatglaselement ausgestattet ist.

In einem weiteren Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung wird eine Vorrich tung zur Herstellung eines Flüssigkristalls bereitgestellt, die mit einem aus dem vorste hend erwähnten hochbeständigen Silikatglas hergestellten Silikatglaselement ausgestattet ist.

In einem weiteren Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung eines hochbeständigen Silikatglasbarrens, umfassend das gleichzeitige Fallenlassen eines feinverteilten Siliciumdioxidpulvers und einer feinverteilten zirkonium haltigen Substanz in einen Ofen, der eine Knallgasflamme als Wärmequelle verwendet, zum Bilden einer angesammelten Schicht von Zirkonium enthaltendem Siliciumdioxid auf einem Boden des Ofens; und Ausdehnen der angesammelten Schicht nach Außen in radialer Richtung zum Bilden eines Barrens, in dem Zirkonium in einer Silikatglasmatrix gleichförmig dispergiert ist, bereitgestellt.

In einem weiteren Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung wird eine Vorrich tung zur Herstellung eines aus Siliciumdioxid und Zirkonium bestehenden hochbeständigen Silikatglasbarrens bereitgestellt, in dem Zirkonium in einer Silikatglasmatrix gleichförmig dispergiert ist, wobei die Vorrichtung (i) einen rund um seine eigene Achse rotierbaren Ofen, (ii) eine Beschickungsvorrichtung zum gleichzeitigen Fallenlassen eines feinverteilten Siliciumdioxidpulvers und einer feinverteilten Zirkonium enthaltenden Substanz; und (iii) einen Brenner zum Projizieren einer Knallgasflamme umfasst, wobei der Brenner oben am Ofen angebracht ist.

In einem weiteren Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung eines hochbeständigen Silikatglasbarrens bereitgestellt, umfassend das Hindurchführen eines pulverförmigen Materials, das ein feinverteiltes Siliciumdioxidpulver und eine feinverteilte Zirkonium enthaltende Substanz enthält, durch einen Bereich mit gekoppelten Plasmabögen, wobei das pulverförmige Gemisch geschmolzen wird; und Sammeln des geschmolzenen Materials; wobei der Bereich mit gekoppelten Plasmabögen durch Koppeln von mindestens zwei Plasmabögen gebildet wird, die durch mindestens zwei Elektroden mit unterschiedlichen Polaritäten gebildet werden.

Fig. 1 ist eine schematische Veranschaulichung eines Querschnitts eines Ofens, der zur Herstellung eines Barrens aus zirkoniumhaltigem Silikatglas der vorliegenden Erfindung verwendet wird;

Fig. 2 ist eine schematische Veranschaulichung eines Querschnitts eines anderen Ofens, der zur Herstellung eines Barrens aus zirkoniumhaltigem Silikatglas der vorliegenden Erfindung verwendet wird;

Fig. 3 ist eine perspektivische Ansicht einer Beschickungsvorrichtung, die in einer Vorrichtung zur Herstellung eines Barrens aus zirkoniumhaltigem Silikatglas der vorlie genden Erfindung verwendet wird;

Fig. 4A ist eine Schnittansicht eines Brenners, der in einer Vorrichtung zur Herstellung eines Barrens aus zirkoniumhaltigem Silikatglas der vorliegenden Erfindung bereitgestellt wird;

Fig. 4B ist eine Schnittansicht eines anderen Brenners, der in einer Vorrichtung zur Herstellung eines Barrens aus zirkoniumhaltigem Silikatglas der vorliegenden Erfindung bereitgestellt wird;

Fig. 5 ist eine Querschnitts-Teilansicht einer Plasmaschmelzen verwendenden Vorrichtung zur Herstellung eines Barrens aus zirkoniumhaltigem Silikatglas der vorlie genden Erfindung;

Fig. 6 ist eine vergrößerte schematische Ansicht, die das Wachsen eines zirkoni umhaltigen Silikatglases veranschaulicht;

Fig. 7 ist eine Querschnitts-Teilansicht eines Plasma-Anodenbrenners, der in einer Plasmaschmelzen verwendenden Vorrichtung zur Herstellung eines Barrens aus zirkoni umhaltigem Silikatglas der vorliegenden Erfindung verwendet wird;

Fig. 8 ist eine perspektivische Darstellung einer Querschnitts-Teilansicht des Plasmakathodenbrenners, der in einer Plasmaschmelzen verwendenden Vorrichtung zur Herstellung eines Barrens aus zirkoniumhaltigem Silikatglas der vorliegenden Erfindung verwendet wird; und

Fig. 9 ist eine Querschnitts-Teilansicht einer Plasmaschmelzen verwendenden Vor richtung zur Herstellung eines Barrens aus zirkoniumhaltigem Silikatglas der vorliegenden Erfindung.

Die vorliegende Erfindung wird im Einzelnen beschrieben.

Hochbeständiges Silikatglas

Das erfindungsgemäße hochbeständige Silikatglas enthält 0,01 Gew.-% bis 2 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht des hochbeständigen Silikatglases, mindestens eines Elements, ausgewählt aus Magnesium, Calcium, Strontium, Barium, Yttrium, Hafnium und Zirkonium (wobei das Element nachstehend falls geeignet als "Zusatzelement" be zeichnet wird).

Das Zusatzelement weist die Funktion der Erhöhung der Haltbarkeit des Silikatgla ses wie verwendet auf, wenn das Silikatglas einem Gas einer halogenhaltigen Verbindung und ihrem Plasma ausgesetzt wird. Insbesondere weist die halogenierte Verbindung des Zusatzelements eine Sublimationstemperatur und einen Siedepunkt auf, die beide viel hö her als die der halogenierten Verbindung von SiO₂, d. h. SiCl₄, sind. Daher ist die Ge schwindigkeit der Sublimation der halogenierten Verbindung des Zusatzelements unter Vakuum viel kleiner als die der halogenierten Verbindung von Silikatglas. Weiter zeigt das Zusatzelement eine Geschwindigkeit des Ätzens, die in starkem Maße geringer als die von Silikatglas ist. D. h. wenn das den Zusatz enthaltende Silikatglas einem Gas einer halo genierten Verbindung und ihrem Plasma über einen langen Zeitraum ausgesetzt wird, wird das Zusatzelement nur mit einer viel geringeren Geschwindigkeit als die von Silikatglas geätzt. So wird das Zusatzelement allmählich an der Oberfläche abgeschieden oder die Konzentration des Zusatzelements mit fortschreitendem Ätzen erhöht. Das abgeschiedene oder konzentrierte Zusatzelement verhindert, dass das Silikatglas mit einem Gas einer ha logenhaltigen Verbindung und ihrem Plasma in Kontakt gebracht wird, mit dem Ergebnis, dass die Haltbarkeit des Silikatglases wie verwendet in einem Gas einer halogenhaltigen Verbindung und ihrem Plasma erhöht wird.

Unter den Zusatzelementen, die in das erfindungsgemäße Silikatglas eingemischt werden, ist Zirkonium besonders bevorzugt, da sein Oxid sehr stabil ist und ein zirkoni umhaltiges Silikatglas nur in minimalem Ausmaß schlechten Einfluss während des Verfahrens der Herstellung eines Halbleiters ergibt.

Der Gehalt des Zusatzelements im erfindungsgemäßen Silikatglas liegt im Bereich von 0,01 Gew.-% bis 2 Gew.-%, vorzugsweise 0,05 Gew.-% bis 0,5 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht des den Zusatz enthaltenden Silikatglases. Wenn der Gehalt des Zusatzele ments zu hoch ist, wird die mechanische Festigkeit schlecht und kann das Silikatglas beim Schritt des Schneidens oder Mahlens leicht brechen. Weiter wird, wenn Zirkonium einge mischt ist, die Transparenz des Silikatglases mit einer Zunahme der Menge an zugegebe nem Zirkonium verringert. Im Gegensatz dazu wird, wenn der Gehalt des Zusatzelements zu gering ist, die Dauer der Beständigkeit des Silikatglases wie verwendet in einem Gas einer halogenhaltigen Verbindung und ihrem Plasma nicht erhöht. Das das Zusatzelement in der vorstehend erwähnten Menge enthaltende Silikatglas zeigt gute und gut ausgewo gene Haltbarkeit und mechanische Festigkeit. Weiter kann, wenn Zirkonium im vorste hend erwähnten Bereich eingemischt wird, ein transparentes Silikatglas, das eine Durch lässigkeit von sichtbarem Licht von mindestens 80% bei einer Dicke von 1 mm zeigt, erhalten werden.

Wenn andere Elemente als das in der vorliegenden Erfindung verwendete vorste hende Zusatzelement in Silikatglas eingemischt werden, entstehen Probleme. Zum Bei spiel ergibt Aluminium ein Fluorid mit einer höheren Sublimationstemperatur als die von SiX₄ (X: Halogen), wenn Aluminium einem Gas einer fluorhaltigen Verbindung und ih rem Plasma ausgesetzt wird, aber sein Chlorid weist niedrige Sublimationstemperatur von etwa 180°C auf. Natrium und Kupfer neigen zur Verunreinigung eines Halbleiters. Scan dium ist teuer.

Es ist anzumerken, dass, wenn ein keramisches Element, bestehend aus einem Ele ment, ausgewählt aus den vorstehend erwähnten Zusatzelementen, als Element in einer Vorrichtung zur Herstellung von Halbleitern oder Flüssigkristallen verwendet wird, das keramische Element schlechten Einfluss auf den Halbleiter oder Flüssigkristall ausübt, da es Natrium und andere Verunreinigungen enthält. Weiter weist die Keramik Korngrenzen auf, und so tritt eine Erosion an den Korngrenzen auf, und Körner neigen zum Abfallen vom Keramikelement. Daher ist das erfindungsgemäße hochbeständige Silikatglas diesbe züglich vorteilhaft, verglichen mit dem keramischen Element.

Das erfindungsgemäße hochbeständige Silikatglas ist ein Glas. Im hochbeständigen Silikatglas ist ein jedes Teilchen des Zusatzelements umgebender Bereich vorzugsweise ein Glas, jedoch kann nur dieser Bereich kristallin sein.

Das hochbeständige Silikatglas weist vorzugsweise weder Blasen noch Korngren zen auf und ist vorzugsweise verdichtet. Der Grund ist, dass eine Erosion leicht an der Grenze und an Blasen mit dem Ergebnis der Verringerung der Querschnittdicke und mechanischen Festigkeit auftritt.

Das Zusatzelement ist vorzugsweise in einer Silikatglasmatrix so gleichförmig wie möglich dispergiert, um maximale Haltbarkeit zu zeigen. Insbesondere bevorzugt ist ein zirkoniumhaltiges Silikatglas mit einem Varianzkoeffizienten der Zirkoniumkonzentra tion, gemessen an mehreren Mikrobereichen mit jeweils einer Größe von 200 µm × 200 µm mit EPMA (Röntgenmikroanalysator) im Bereich von 0,1 bis 100%. Der Varianzko effizient wird durch folgende Gleichung definiert:

Varianzkoeffizient (%) = σ/C × 100

wobei σ die Standardabweichung und C die Konzentration von Zirkonium ist. Die Mes sung wird bei zum Beispiel mindestens fünf Mikrobereichen durchgeführt, von denen je der eine Größe von zum Beispiel 200 µm × 200 µm aufweist.

Das erfindungsgemäße hochbeständige Silikatglas ist zur Verwendung als Element geeignet, das in einer Vorrichtung angebracht ist, die ein Gas einer halogenhaltigen Ver bindung und ein Plasma davon verwendet. Die Vorrichtung schließt eine Trockenätzvor richtung, eine Halbleiterherstellungsvorrichtung und eine Vorrichtung zur Herstellung von Flüssigkristallen ein. Als spezielle Beispiele der halogenhaltigen Verbindung können fluorhaltige Verbindungen, wie HF, CF₄, CHF₃ und NF₃, chlorhaltige Verbindungen, wie Cl₂, HCl, BCl₃ und CCl₄, und bromhaltige Verbindungen, wie Br₂ und HBr, aufgeführt werden.

Die Form und der Oberflächenzustand des hochbeständigen Silikatelements ist nicht besonders beschränkt. Jedoch sollte bezüglich eines Teils, der Erosion durch ein Gas einer halogenhaltigen Verbindung und ihrem Plasma ausgesetzt ist, das Teil durch Polieren oder Feuerpolieren vorzugsweise glatte Oberfläche, d. h. verringerte Oberflächenrauheit, aufweisen.

Verfahren zur Herstellung von hochbeständigem Silikatglas

Das erfindungsgemäße hochbeständige Silikatglas kann aus einem pulverförmigen Siliciumdioxidmaterial und einer ein Zusatzelement enthaltenden Verbindung hergestellt werden. Insbesondere wird das hochbeständige Silikatglas durch Zusammenschmelzen eines feinverteilten pulverförmigen Siliciumdioxidmaterials und einer feinverteilten ein Zusatzelement enthaltenden Substanz hergestellt. Ein feinverteiltes pulverförmiges Silici umdioxidmaterial und eine feinverteilte ein Zusatzelement enthaltende Substanz werden als gemischtes Pulver oder getrennt zum Zusammenschmelzen eingebracht. In einer ande ren Ausführungsform kann ein feinverteiltes pulverförmiges Siliciumdioxidmaterial mit einer ein Zusatzelement enthaltenden Substanz darauf abgeschieden als Siliciumdioxid quelle und Zusatzelementquelle verwendet werden.

Als spezielle Beispiele der Siliciumdioxidquelle können natürliche Siliciumdioxid materialien, wie pulverförmiger natürlicher Quarz, natürliches Siliciumdioxid. Siliciumdi oxidsand, α-Quarz und Kristobalit, und synthetische Siliciumdioxidmaterialien, wie jene, die mit einem Verfahren, in dem ein Siliciumalkoxid in Gegenwart von Salzsäure oder einem Ammoniakkatalystor hydrolysiert und das erhaltene Siliciumdioxid gebrannt wird; oder einem Verfahren hergestellt werden, in dem man eine wässrige Alkalimetallsilikatlö sung mit einer Säure reagieren lässt und das erhaltene Siliciumdioxid gereinigt und ge brannt wird; Quarzstaub und Quarzruß aufgeführt werden. Von diesen sind hochreine Si liciumdioxidmaterialien, wie Siliciumdioxidsand, Felskristallpulver, α-Quarz und Kristo baut bevorzugt.

Die hochreinen Siliciumdioxidmaterialien weisen vorzugsweise einen mittleren Teilchendurchmesser im Bereich von 70 µm bis 500 µm auf. Wenn synthetisches Silici umdioxid verwendet wird, weist das synthetische Siliciumdioxid vorzugsweise eine Teil chendurchmesserverteilung im Bereich von 40 µm bis 430 µm und einen Modusdurch messer von etwa 220 µm auf, da gute Kompaktheit erhalten wird und Staubbildung mini miert wird. Die pulverförmigen Siliciumdioxidmaterialien können zu einem engeren Teil chendurchmesser klassiert werden. Zum Beispiel können klassierte Teilchen mit einer Teilchendurchmesserverteilung im Bereich von 200 µm bis 300 µm und einem Modus durchmesser von etwa 260 µm; oder klassierte Teilchen mit einer nicht größeren Teil chendurchmesserverteilung als 200 µm und einem Modusdurchmesser von etwa 180 µm verwendet werden. Die pulverförmigen Siliciumdioxidmaterialien weisen vorzugsweise gleichförmige Poren mit einem so kleinen Durchmesser wie möglich im Hinblick auf die Dispergierbarkeit eines Zusatzelements auf.

Die das Zusatzelement enthaltende Verbindung wird als feinverteiltes Pulver oder in einer auf einem feinverteilten pulverförmigen Siliciumdioxidmaterial abgeschiedenen Form verwendet. Die das Zusatzelement enthaltende Verbindung schließt jene ein, die zum Umwandeln in ein Oxid nach Brennen fähig sind. Vorzugsweise ist die das Zusatz element enthaltende Verbindung ein Salz, wie Nitrat, Chlorid oder Sulfat.

Das feinverteilte pulverförmige Siliciumdioxidmaterial mit darauf abgeschiedener, das Zusatzelement enthaltender Verbindung wird zum Beispiel durch Lösen eines Salzes eines Zusatzelements in Wasser oder einem anderen flüssigen Medium zur Herstellung einer Lösung oder Dispergieren eines Oxids eines Zusatzelements zur Herstellung einer Aufschlämmung und dann Einmischen von pulverförmigem Siliciumdioxidmaterial in die Lösung oder Aufschlämmung, gefolgt von Abdampfen des flüssigen Mediums von der Lösung oder Aufschlämmung unter Rühren hergestellt. Das so hergestellte pulverförmige Siliciumdioxidmaterial weist ein Salz oder Oxid des Zusatzelements abgeschieden auf feinen Siliciumdioxidteilchen auf. Wenn ein Oxid des Zusatzelements nicht gründlich mit pulverförmigem Siliciumdioxidmaterial gemischt und in der Aufschlämmung ange sammelt ist, wird das Oxid des Zusatzelements nicht gleichförmig auf den feinen Silici umdioxidteilchen abgeschieden und das erhaltene hochbeständige Silikatglas neigt zu schlechter Transparenz.

Zum Erhöhen der Verträglichkeit eines Zusatzelements mit Silikatglas oder zur Verstärkung der Bindung eines Zusatzelements mit Silikatglas zum Verbessern der Press formeigenschaft kann eine Spurenmenge eines anderen Elements als die vorstehend er wähnten Zusatzelemente in Kombination mit einer ein Zusatzelement enthaltenden Ver bindung und einem fein verteilten Siliciumdioxidpulver verwendet werden. Zum Beispiel kann eine Spurenmenge Aluminium verwendet werden.

Wenn Zirkonium als Zusatzelement verwendet wird, kann die Transparenz des hochbeständigen Silikatglases mit steigender Menge an Zirkonium verringert werden, und das Silikatglas ist nicht als Sichtglas geeignet. Zur Verbesserung der Transparenz muss eine feste Lösung von Zirkonium in Silikatglas unter Verwendung hoher Schmelztempe ratur von mindestens 2150°C gebildet werden. Die feste Lösung kann auch durch Erhöhen der Kontaktfläche von Zirkonium mit Siliciumdioxid oder durch Einmischen einer Spu renmenge an Aluminium gebildet werden.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung des hochbeständigen Silikatgla ses wird im Einzelnen in Bezug auf eine bevorzugte Ausführungform beschrieben, in der eine feinverteilte Zirkoniumsubstanz als eine ein Zusatzelement enthaltende Substanz ver wendet wird.

Das hochbeständige Silikatglas wird durch Zusammenschmelzen eines feinverteil ten pulverförmigen Silikatmaterials und einer feinverteilten Zirkonium enthaltenden Sub stanz hergestellt. Das Schmelzverfahren schließt eine Schmelzverfahren in einer Knallgas flamme, ein Plasmaschmelzverfahren oder ein elektrisches Schmelzverfahren ein.

(1) Schmelzverfahren in einer Knallgasflamme

In einem Verfahren zur Herstellung eines hochbeständigen Silikatglasbarrens unter Verwendung eines Schmelzverfahrens in einer Knallgasflamme wird ein Ofen, der eine Knallgasflamme als Wärmequelle verwendet und vorzugsweise zum Rotieren in der Lage ist, verwendet. D. h. man lässt feinverteiltes Siliciumdioxidpulver und eine feinverteilte Zirkonium enthaltende Substanz gleichzeitig in einen Ofen unter Verwendung einer Knallgasflamme als Wärmequelle fallen, wobei eine angesammelte Schicht von zirkoni umhaltigem Siliciumdioxid auf dem Boden des Ofens gebildet wird; und die angesam melte Schicht wird in radialer Richtung nach Außen ausgedehnt, wobei ein Barren gebildet wird, in dem Zirkonium in einer Silikatglasmatrix gleichförmig dispergiert ist.

Das feinverteilte Siliciumdioxidpulver und die das feinverteilte Zirkonium enthal tende Substanz lässt man als Gemisch des Siliciumdioxidpulvers und der Zirkonium ent haltenden Substanz oder getrennt fallen. In einer anderen Ausführungsform lässt man das feinverteilte Siliciumdioxidpulver mit darauf abgeschiedener, Zirkonium enthaltender Substanz fallen. Das heruntergefallene feinverteilte Siliciumdioxidpulver und die Zirko nium enthaltende Substanz werden mit der Knallgasflamme in Kontakt gebracht, wobei eine angesammelte Schicht von geschmolzenem Zirkonium enthaltenden Siliciumdioxid auf dem Boden eines Ofens gebildet wird, und die angesammelte zirkoniumhaltige Silici umdioxidschicht auf ausreichend hoher Temperatur gehalten wird, um die angesammelte zirkoniumhaltige Siliciumdioxidschicht im geschmolzenen Zustand zu halten, um sie da bei nach Außen in radialer Richtung auszudehnen.

Das als Siliciumdioxidquelle im Schmelzverfahren mit einer Knallgasflamme ver wendete feinverteilte Siliciumdioxidpulver ist vorzugsweise ein feinverteiltes Pulver von hochreinem Siliciumoxid. Stärker bevorzugt ist das feinverteilte Siliciumdioxidpulver ein feinverteiltes Pulver von hochreinem Siliciumoxid, ausgewählt aus Siliciumdioxidsand, Felskristallpulver, α-Quarz und Kristobalit.

Die Zirkonium enthaltende Substanz ist vorzugsweise ausgewählt aus metalli schem Zirkonium und Zirkoniumdioxid und anderen Zirkoniumverbindungen. Von diesen ist Zirkoniumdioxid bevorzugt. Als spezielle Beispiele der Zirkoniumverbindungen können Zirkoniumsalze, wie Zirkoniumchlorid, Zirkoniumnitrat und Zirkoniumoxychlorid; Zirkoniumdioxid, hergestellt mit einem Verfahren, in dem Zirkonsand gereinigt und das erhaltene Zirkoniumoxychlorid in reinem Wasser gelöst und die wässrige Lösung getrocknet und dann gebrannt wird; Zirkoniumdioxid, hergestellt mit einem Verfahren, in dem Zirkoniumhydroxid gebrannt wird; und Zirkoniumdioxid, hergestellt mit einem Hydrolyseverfahren, aufgeführt werden. Von diesen ist mit einem Hydrolyseverfahren hergestelltes Zirkoniumoxid besonders bevorzugt.

Die feinverteilte Zirkonium enthaltende Substanz weist vorzugsweise einen mittle ren Teilchendurchmesser im Bereich von 0,1 µm bis 300 µm auf.

Die verwendete Menge der feinverteilten Zirkonium enthaltenden Substanz ist so, dass das Gewicht des Zirkoniums im Bereich von 0,01 Gew.-% bis 2 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht der Summe des feinverteilten Siliciumdioxidpulvers und der feinverteil ten Zirkonium enthaltenden Substanz, beträgt.

Fig. 1 ist eine schematische Veranschaulichung eines Schnitts eines zur Herstel lung eines Barrens aus zirkoniumhaltigem Silikatglas der vorliegenden Erfindung mit dem Knallgasflammenverfahren verwendeten Ofens und Fig. 2 ist eine schematische Veran schaulichung eines Schnitts eines anderen Ofens, der zur Herstellung des zirkoniumhal tigen Silikatglasbarrens der vorliegenden Erfindung mit dem Knallgasflammenverfahren verwendet wird.

In Fig. 1 ist ein verwendeter Ofen rund um seine eigene Achse rotierbar. Insbeson dere wird ein den Ofen 1 tragender Rahmen 12 mit einem Motor rotiert. Aluminiumoxid ziegel 8 werden auf den Rahmen 12 gelegt. Siliciumcarbidziegel 11 bilden eine Seiten wand, die die Außenkonfiguration eines Barrens aus hochbeständigem Silikatglas der vor liegenden Erfindung festlegt. Die Seitenwand 11 ist durch poröse Aluminiumoxidziegel 9 und die Aluminiumoxidziegel 8 für die Wärmeisolierung umgeben. Das obere Ende des Ofens 1 ist offen und ein Deckel 2 befindet sich auf der Kante des oberen Endes des Ofens 1 mit einem Abstand s zwischen der Kante des oberen Endes des Ofens 1 und dem Deckel 2. Der Deckel 2 ist aus wärmebeständigen Ziegeln, wie Aluminiumoxidziegeln, porösen Ziegeln oder Zirkoniumdioxidziegeln, hergestellt. Der Deckel 2 weist ein Loch zum An bringen der Brenneranordnung 6 darin und ein Schauloch (nicht gezeigt) auf.

Als für den Ofen 1 verwendete wärmeisolierende Ziegel können Magnesiumoxid ziegel, wie MgO-Al₂O₃-Ziegel und basische Schamotte, wie CaO, nicht verwendet wer den, da diese Materialien nicht ausreichende Wärmebeständigkeit aufweisen, um der ho hen Temperatur zu widerstehen, bei der zirkoniumhaltiges Silikatglas geschmolzen wird oder diese Materialien mit geschmolzenem Silikatglas reagieren. Neutrale Schamotte, wie Al₂O₃-Ziegel weisen hohe Wärmebeständigkeit auf, werden aber wegen der Reaktivität mit geschmolzenem Silikatglas nicht als Schamotte verwendet, die in Kontakt mit ge schmolzenem Silikatglas gebracht werden.

Siliciumcarbidschamott weist hohe Wärmebeständigkeit und hohe mechanische Festigkeit auf, und Silikatglas kann leicht davon getrennt werden. Daher ist Siliciumcar bidschamott als Seitenwand 11 geeignet, die direkt in Kontakt mit dem geschmolzenen Silikatglas ist. Siliciumcarbidziegel, hergestellt mit Siliciumoxid (SiO₂)-Bindemittel oder einem Siliciumnitrid (Si₃N₄)-Bindemittel sind bevorzugt. Siliciumcarbidziegel, hergestellt mit einem Siliciumnitrid (Si₃N₄)-Bindemittel, d. h. mit Siliciumnitrid gebundene Silicium carbidziegel, umfassend 80 Gew.-% SiO₂ und 20 Gew.-% Si₃N₄, sind besonders bevor zugt.

Die für den Ofen 1 verwendeten Schamottziegel werden vorzugsweise vor Einpas sen in den Ofen 1 gebrannt, so dass Metallverunreinigungen und Feinfragmente auf der Ziegeloberfläche entfernt werden. Wenn Feinfragmente auf der Ziegeloberfläche verblei ben werden winzige Blasen im geschmolzenen Silikatglas gebildet, und das erhaltene zir koniumhaltige Silikatglas wird trüb.

Der Ofenboden wird der von der Knallgasflamme stammenden Wärme ausgesetzt. Daher werden Zirkoniumdioxidziegel, wie ZrO₂-SiO₂-Ziegel, vorzugsweise als Material 10 verwendet, das die Oberfläche des Ofenbodens bildet. Jedoch reagieren Zirkoniumdioxidziegel leicht mit geschmolzenem Siliciumdioxid und ergeben manchmal einen gesprungenen Barren oder der Barren ist schwer vom Ofen abzutrennen. Daher ist die Oberfläche des Bodenmaterials 10 vorzugsweise mit wärmebeständigen Zirkoniumdioxidteilchen (nicht gezeigt) mit einem Durchmesser im Bereich von 2 mm bis 10 mm bedeckt, so dass zirkoniumhaltiges Siliciumdioxid nicht direkt mit den Ziegeln auf dem Boden in Kontakt kommt und das zirkoniumhaltige Silikatglas leicht vom Ofen getrennt werden kann. Die Dicke der wärmebeständigen Zirkoniumdioxidteilchen kann abhängig vom Zustand der Bodenoberfläche variiert werden, beträgt aber üblicherweise etwa 10 mm.

Eine angesammelte Schicht aus geschmolzenem zirkoniumhaltigem Siliciumdioxid, das auf dem Ofenboden gebildet wird, wird durch Wärme der Knallgasflamme auf einer ausreichend hohen Temperatur gehalten, um das geschmolzene Siliciumdioxid nach außen in radialer Richtung auszudehnen.

Wie in Fig. 2 veranschaulicht wird, wenn ein hochbeständiger Silikatglasbarren mit großer Größe hergestellt wird, ein Hilfsbrenner 62 zusätzlich zur Hauptbrenneranordnung 61 im Deckel des Ofens angebracht, um ausreichend Wärme zum Ausdehnen des zirkoni umhaltigen Siliciumdioxids nach Außen in radialer Richtung zu erhalten. Falls gewünscht können zwei oder mehrere Hilfsbrenner bereitgestellt werden.

Die Richtung, in der die Knallgasflamme des Hilfsbrenners 62 gerichtet ist, kann nicht vertikal sein, wird aber so gewählt, dass gleichmäßige Temperaturverteilung über den ganzen Ofen erhalten wird. Der Hilfsbrenner 62 ist vorzugsweise um 5 bis 15 Grad von der vertikalen Achse in einer solchen Weise geneigt, dass das untere Ende des Hilfs brenners vorwärts in Rotationsrichtung gerichtet ist, um eine Verwirbelung des ver branntes Gases zu vermeiden.

Fig. 3 ist eine perspektivische Ansicht einer Pulverbeschickungsvorrichtung zum gleichzeitigen Herabfallenlassen eines feinverteilten Siliciumdioxidpulvers und einer fein verteilten Zirkonium enthaltenden Substanz im Ofen 1. Die Pulverbeschickungsvorrich tung ist über dem Ofen 1 angebracht, so dass das untere Ende der Pulverbeschickungsvor richtung mit einer Brenneranordnung 6 kombiniert wird.

Die Pulverbeschickungsvorrichtung umfasst mindestens eine Pulverbeschickungs anordnung 7. Die oder jede Pulverbeschickungsanordnung 7 umfasst, wie in Fig. 3 veran schaulicht, einen Pulverbeschickungstrichter 3 zum Einbringen eines pulverförmigen Ma terials, das das feinverteilte Siliciumdioxidpulver oder die feinverteilte Zirkonium enthal tende Substanz oder ein Gemisch der zwei Pulver oder eine Zirkonium enthaltende Sub stanz, abgeschieden auf feinverteiltem Siliciumdioxidpulver, ist. Der Pulverbeschickungs trichter 3 wird so geschwenkt, dass ein Blockieren des Trichters mit Pulver vermieden wird. Der Pulverbeschickungstrichter 3 weist eine Öffnung 30 am unteren Ende davon auf. Die Größe der Öffnung 30 ist variabel, so dass die Beschickungsgeschwindigkeit des Pul vers gesteuert wird. Die Pulverbeschickungsanordnung 7 umfasst weiter einen rotierbaren Tisch 31 zur Aufnahme des durch die Öffnung 30 des Pulverbeschickungstrichters 3 ein gebrachten Pulvermaterials. Auf dem rotierbaren Tisch 31 wird ein Ausgleicher 32 zum Ausdehnen und gleichmäßigen Einstellen der Höhe des Haufens des pulverförmigen Ma terials angebracht. Es gibt einen Abstand zwischen der unteren Kante des Ausgleichers 32 und der oberen Oberfläche des Tischs 31. Die Größe des Abstands ist einstellbar.

Das aus dem Trichter 3 eingebrachte pulverförmige Material bildet einen Haufen auf dem Tisch 31, der auf den Ausgleicher 32 trifft, wobei der Haufen des pulverförmigen Materials ausgedehnt wird und seine Höhe gleichmäßig wird. Ein überschüssiger Teil des pulverförmigen Materials (nicht gezeigt) fällt vom Außenrand des Tisches in einen Trich ter 4 zur Rückgewinnung und wird dann in den Trichter 3 zurückgeführt. Ein Kratzer 33 wird strömungsabwärts vom Ausgleicher 32 auf dem Tisch 31 bereitgestellt, wobei das pulverförmige Material mit gleichmäßiger Höhe nach Außen entlang der Länge des Krat zers 33 bewegt wird und vom Tisch 31 in den Trichter 5 fällt. Der Kratzer 33 erstreckt sich von der Nähe der Mitte des Tisches 31 zum Außenrand des Tisches 31. Die Menge des in den Trichter 5 fallenden Pulvermaterials wird mit einem Punktaufzeichner überwacht und wird durch Variieren der Länge des Kratzers 33, der Geschwindigkeit der Rotation des Tisches 31 und dem Abstand zwischen der unteren Kante des Ausgleichers 32 und der oberen Oberfläche des Tisches 31 gesteuert. Das in den Trichter 5 gefallene Pulvermaterial wird in die in Fig. 1 gezeigte Brenneranordnung 6 eingebracht. Die Beschickungsgeschwindigkeit des Pulvermaterials liegt üblicherweise im Bereich von 0,1 kg/Std. bis 10 kg/Std., vorzugsweise 0,3 kg/Std. bis 3 kg/Std.

Wenn das pulverförmige Material ein Gemisch eines feinverteilten Siliciumdioxid pulvers und einer feinverteilten Zirkonium enthaltenden Substanz oder ein feinverteiltes Siliciumdioxidpulver mit einer feinverteilten Zirkonium enthaltenden Substanz darauf ab geschieden ist, wird eine Einzelpulverbeschickungsanordnung 7 verwendet. Wenn feinver teiltes Siliciumdioxidpulver und eine feinverteilte Zirkonium enthaltende Substanz ge trennt in die Brenneranordnung 6 eingebracht werden, werden zwei Pulverbeschickungs anordnungen verwendet.

Fig. 4A ist eine Schnittansicht einer an dem Deckel eines eine Knallgasflamme verwendenden Ofens angebrachten Brenneranordnung, in die ein feinverteiltes Siliciumdi oxidpulver mit darauf abgeschieden einer feinverteilten Zirkoniumsubstanz eingebracht wird. Fig. 4B ist eine Schnittansicht einer anderen an dem Deckel eines eine Knallgas flamme verwendenden Ofens angebrachten Brenneranordnung, in dem feinverteiltes Sili ciumdioxidpulver und eine feinverteilte Zirkoniumsubstanz getrennt eingebracht werden.

In Fig. 4A werden Wasserstoff 40 und Sauerstoff 41 durch getrennte Leitungen in die Brenneranordnung zugeführt. Ein feinverteiltes Siliciumdioxidpulver mit darauf abge schieden einer feinverteilten Zirkoniumsubstanz 42 wird zusammen mit einem Trägergas 43 eingebracht. In Fig. 4B werden Wasserstoff 40 und Sauerstoff 41 durch getrennte Leitungen in die Brenneranordnung zugeführt. Ein feinverteiltes Siliciumdioxidpulver 45 wird zusammen mit einem Trägergas 43 zugeführt und eine feinverteilte Zirkoniumsub stanz 44 wird zusammen mit einem Trägergas 43 zugeführt. Die Brenneranordnung ist am Deckel des Ofens in einer Weise angebracht, dass das untere Ende der Brenneranordnung nach unten projiziert ist (Fig. 1 und Fig. 2).

In Fig. 1 und Fig. 2 ist der Deckel 2 auf den Ofen 1 mit einem Abstand s zwischen der oberen Endkante des Ofens und dem Deckel 2 gelegt und daher ist der Deckel 2 unab hängig von der Rotation des Ofens 1. Der Deckel 2 weist ein oder mehrere Löcher zum Anbringen der Brenneranordnung 6 oder 61 und des gegebenenfalls vorhandenen Bren ners 62 darin und ein Schauloch (nicht gezeigt) auf. Die Brenneranordnung 6 oder 61 ist durch ein Beschickungsrohr (nicht gezeigt) mit einem Trichter 5 einer Beschickungsvor richtung für pulverförmiges Material 7 (in Fig. 3 gezeigt) verbunden. Die Brenneranord nung 6 oder 61 nimmt ein pulverförmiges Material durch das Beschickungsrohr aus dem Trichter 5 der Beschickungsvorrichtung für pulverförmiges Material auf. Eine Vorrichtung zum Schwenken des Beschickungsrohrs ist vorzugsweise angebracht, um so ein Blockie ren des Beschickungsrohrs zu vermeiden.

Die Brenneranordnung 6 oder 61 und der gegebenenfalls vorhandene Hilfsbrenner 62 werden gezündet und der Ofen 1 um seine Achse mit einer Umdrehungsgeschwindig keit im Bereich von 2 bis 10 Upm rotiert. Der Ofen 1 wird vorzugsweise 1 bis 24 Stunden, stärker bevorzugt 3 bis 5 Stunden, vorerwärmt, um Verunreinigungen und Feinfragmente von den Ziegeloberflächen wie vorstehend erwähnt zu entfernen.

Die Beschickungsvorrichtung für pulverförmiges Material 7 (in Fig. 3 gezeigt) wird zum Beschicken mit einem Siliciumdioxidpulver mit einer Zirkonium enthaltenden Substanz darauf abgeschieden oder einem Gemisch eines Siliciumdioxidpulvers und einer Zirkonium enthaltenden Substanz oder einem Siliciumdioxidpulver und einer Zirkonium enthaltenden Substanz getrennt in die Hauptbrenneranordnung 6 oder 61 betrieben, aus der das pulverförmige Material auf den Ofenboden fällt, während es geschmolzen wird. Das angesammelte geschmolzene zirkoniumhaltige Siliciumdioxid wird nach Außen in radialer Richtung ausgedehnt. Der zentrale Teil des Ofens 1 wird durch die Brenneranordnung 6 oder 61 und dem gegebenenfalls vorhandenen Hilfsbrenner 62 auf einer Temperatur von etwa 2000°C, d. h. höher als der Schmelzpunkt des Silikatglases, gehalten und weiter wird der Ofen 1 rotiert. Daher wird mit Zunahme der Höhe des angesammelten geschmolzenen zirkoniumhaltigen Siliciumdioxids es nach Außen in Kreisrichtung ausgedehnt. So kann ein zirkoniumhaltiges Silikatglas, in dem Zirkonium gleichförmig dispergiert ist und das keine oder nur eine Spurenmenge winziger Blasen aufweist, hergestellt werden.

Der Abstand zwischen der Brenneranordnung 6 oder 61 und der oberen Oberfläche des angesammelten geschmolzenes Zirkonium enthaltenden Siliciumdioxids kann durch allmähliches Absenken des Ofens 1 konstant gehalten werden. Der Ofen 1 kann um seine eigene Achse rotiert werden, die sich in der Mitte oder in der Nähe davon befindet, wobei der Ofen 1 um etwa 50 mm bis 150 mm in Horizontalrichtung bewegt wird. Durch Halten eines konstanten Abstands zwischen der Brenneranordnung und dem geschmolzenen Ma terial und der Rotation um seine eigene Achse kann das geschmolzene Material leicht aus gedehnt werden.

Das nach Außen in radialer Richtung ausgedehnte geschmolzene zirkoniumhaltige Siliciumdioxid erreicht die Seitenwand 11 und ein Barren mit einer durch die Seitenwand festgelegten Form wird erhalten. Zum Beispiel kann, wenn vier Seitenwände der gleichen Größe angeordnet sind, ein Barren mit einem Querschnitt eines regelmäßigen Quadrats mit einer Größe von 1000 mm × 1000 mm und einer Dicke von 300 mm erhalten werden. Wenn die Seitenwände in polygonaler oder runder Konfiguration angeordnet sind, kann ein Barren mit polygonalem oder rundem Querschnitt erhalten werden.

Wenn eine festgelegte Menge des pulverförmigen Materials aus der Beschickungs vorrichtung 7 in den Ofen 1 zugeführt ist, wird der Betrieb der Beschickungsvorrichtung 7 beendet. Wenn das angesammelte geschmolzene zirkoniumhaltige Siliciumdioxid ausge dehnt ist und die obere Oberfläche davon im Wesentlichen flach wird, wird die Zufuhr von Wasserstoff und Sauerstoff beendet und das Feuer gelöscht. Nach Löschen des Feuers wird die Rotation des Ofens 1 beendet und werden die Seitenwandziegel 11 entfernt, und ein Barren aus hochbeständigem Silikatglas wird aus dem Ofen 1 entnommen.

(2) Plasmaschmelzverfahren

In einem Verfahren zur Herstellung eines hochbeständigen Silikatglasbarrens unter Verwendung eines Plasmaschmelzverfahrens lässt man ein pulverförmiges Material, das ein feinverteiltes Siliciumdioxidpulver und eine feinverteilte Zirkonium enthaltende Sub stanz enthält, einen Bereich mit gekoppelten Plasmabögen passieren, wobei das pulverförmige Material geschmolzen wird; und das geschmolzene Material wird gesammelt. Der Bereich mit gekoppelten Plasmabögen wird durch Koppeln von mindestens zwei Plasmabögen gebildet, die durch mindestens zwei Elektroden mit unterschiedlichen Polaritäten gebildet werden. Das mit diesem Verfahren hergestellte hochbeständige zirkoniumhaltige Silikatglas ist insofern vorteilhaft, als eine Segregation von Zirkonium in dem zirkoniumhaltigen Silikatglas nicht festgestellt wird und das zirkoniumhaltige Sililcatglas keine oder nur eine Spurenmenge an feinen Blasen und Verunreinigungen aufweist.

Das in diesem Verfahren verwendete pulverförmige Material schließt ein Gemisch eines feinverteilten Siliciumdioxidpulvers und einer feinverteilten Zirkonium enthaltenden Substanz und ein feinverteiltes Siliciumdioxidpulver mit darauf abgeschiedener fein verteilter Zirkonium enthaltender Substanz ein.

Das als Siliciumdioxidquelle im Plasmaschmelzverfahren verwendete feinverteilte Siliciumdioxidpulver ist vorzugsweise ein feinverteiltes Pulver von hochreinem Silicium oxid. Stärker bevorzugt ist das feinverteilte Siliciumdioxidpulver ein feinverteiltes Pulver von hochreinem Siliciumoxid, ausgewählt aus Siliciumdioxidsand, Felskristallpulver, α- Quarz und Kristobalit.

Die feinverteilte Zirkonium enthaltende Substanz weist vorzugsweise einen mittle ren Teilchendurchmesser im Bereich von 0,1 µm bis 300 µm, stärker bevorzugt 10 µm bis 80 µm, auf.

Die verwendete Menge der feinverteilten Zirkonium enthaltenden Substanz ist so, dass das Gewicht von Zirkonium im Bereich von 0,01 Gew.-% bis 2 Gew.-%, vorzugs weise 0,05 Gew.-% bis 0,5 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht der Summe des feinverteil ten Siliciumdioxidpulvers und der feinverteilten Zirkonium enthaltenden Substanz, liegt. Wenn der Zirkoniumgehalt kleiner als 0,01 Gew.-% ist, kann die gewünschte Plasma beständigkeit nicht erhalten werden. Im Gegensatz dazu wird, wenn der Zirkoniumgehalt 2 Gew.-% übersteigt, das zirkoniumhaltige Silikatglas trüb und weist nicht erwünschte Oberflächenkonfiguration auf, die zu einer Verringerung der Schlagfestigkeit und mecha nischen Festigkeit führt.

Die verwendete Zirkonium enthaltende Substanz ist vorzugsweise die gleiche wie vorstehend für das Verfahren des Schmelzens in einer Knallgasflamme erwähnte. D. h. die Zirkonium enthaltende Substanz ist ausgewählt aus metallischem Zirkonium und Zirkoni umdioxid und anderen Zirkoniumverbindungen. Von diesen ist Zirkoniumdioxid bevorzugt.

Im Plasmaschmelzverfahren sind die Plasmabogen erzeugenden Elektroden sym metrisch angeordnet und relativ zu einem Weg des pulverförmigen Materials in einer Weise geneigt, dass die einen Plasmabogen erzeugenden Spitzen der Elektroden nach in nen gerichtet sind, wobei der Neigungswinkel jeder Elektrode und der Abstand vom Bereich mit gekoppelten Plasmabögen zu dem gesammelten geschmolzenen Material unabhängig variiert werden kann, so dass die Durchlässigkeit eines erhaltenen hochbeständigen Silikatglasbarrens kontrolliert werden kann.

Mindestens eine der Elektroden dient als Kathode und die andere Elektrode oder Elektroden als Anode. Die Kathode und die Anode sind vorzugsweise in einem solchen Ausmaß geneigt, dass der Neigungswinkel von der senkrechten Achse im Bereich von 45 bis 65 Grad liegt oder der Winkel zwischen der Kathode und der Anode im Bereich von 80 bis 130 Grad liegt. Vorzugsweise wird der Abstand zwischen den Spitzen der Kathode und Anode innerhalb 100 mm gehalten oder der Abstand vom Bereich mit gekoppelten Plasmabögen zum gesammelten geschmolzenen Material innerhalb 100 mm gehalten, wobei ein hochbeständiger trüber Silikatglasbarren hergestellt wird. D. h. die Transparenz des zirkoniumhaltigen Silikatglases kann gesteuert werden.

Das so erhaltene trübe Silikatglas ist vorteilhaft gegenüber herkömmlichem trübem Silikatglas, das feine Blasen aufweist. D. h. das erfindungsgemäße trübe Silikatglas enthält keine oder nur eine Spurenmenge feiner Basen und weist daher gute und glatte Oberflä chenkonfiguration auf, und die Schnittfläche, wie zum Beispiel eine Dichtoberfläche eines Flanschteils eines Glockenbehälters, zeigt gute Dichtfähigkeit. Weiter zeigt das erfin dungsgemäße trübe Silikatglas gute Beständigkeit gegenüber Plasma und ist zur Verwen dung als Element geeignet, das Plasma ausgesetzt wird.

Das geschmolzene Material wird vorteilhafterweise auf einer Zielscheibe gesam melt, während die Zielscheibe rund um die vertikale Achse rotiert oder aufwärts in verti kaler Richtung bewegt wird, oder während die Zielscheibe um die vertikale Achse rotiert und gleichzeitig damit aufwärts in vertikaler Richtung bewegt wird. So kann ein säulen förmiger oder schalenförmiger zirkoniumhaltiger Silikatglasbarren mit großer Länge er halten werden.

Wenn das geschmolzene Material an einem Mittelteil des Bodens eines Behälters gesammelt wird, während der Behälter um seine vertikale Achse rotiert wird, und das gesammelte geschmolzene Material auf einer Temperatur gehalten wird, die ausreichend hoch ist, um das gesammelte geschmolzene Material nach Außen in radialer Richtung ausdehnen zu lassen, kann ein zirkoniumhaltiger Silikatglasbarren mit gewünschter Form und großer Größe erhalten werden.

Das mit dem Plasmaschmelzverfahren hergestellte hochbeständige zirkoniumhal tige Silikatglas ist zur Verwendung als Element geeignet, das einem hochdichten halogen haltigen Gas und seinem Plasma ausgesetzt wird.

Das Plasmaschmelzverfahren wird im Einzelnen durch die folgenden zwei Ausfüh rungsformen in Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.

(i) Erste Ausführungsform

In Fig. 5, die eine Querschnitts-Teilansicht einer das Plasmaschmelzverfahren verwendenden Vorrichtung ist, wird der Trichter 101 mit einem pulverförmigen Material beschickt, das ein Gemisch eines Quarzpulvers mit einem mittleren Teilchendurchmesser von etwa 100 µm und eines metallischen Zirkoniumpulvers mit einem mittleren Teilchendurchmesser von 50 µm ist (die Menge des metallischen Zirkoniumpulvers be trägt 0,67 Gew.-%, bezogen auf die Summe des Quarzpulvers und des metallischen Zir koniumpulvers). Der Trichter 101 ist mit einer Beschickungsvorrichtung 102 verbunden. Das pulverförmige Material wird aus dem Trichter 101 in die Beschickungsvorrichtung 102 und dann die Silikatglasbeschickungsrohre 103 und 104 zugeführt. Das pulverförmige Material geht durch die Rohre 103 und 104 zu einem Bereich mit gekoppelten Plasmabögen 105.

Ein Plasmabogen wird durch einen Plasma-Anodenbrenner 106 und einen Plasma- Kathodenbrenner 107 erzeugt. Der Plasma-Anodenbrenner 106 weist eine Elektrode auf, die keinen Zündverlust zeigt. Die Elektrode ist aus Kupfer oder einem anderen Metall her gestellt, das keinen Zündverlust zeigt. Das zirkoniumhaltige Siliciumdioxidpulver wird unter dem Bereich mit gekoppelten Plasmabögen 105 durch die durch die Plasmabögen er zeugte Wärme geschmolzen. Eine Zielscheibe 108 wird unter dem Bereich 105 bereitge stellt. Die Zielscheibe 108 ist mit einem Rotationsmechanismus 109 um die vertikale Achse rotierbar. Die Zielscheibe 108 ist durch einen Rotationsschaft 110 mit einem Hebe mechanismus 111 verbunden. So kann die Zielscheibe 108, falls gewünscht, nach oben und nach unten bewegt werden.

Ein Unterstützungsteil 113 ist so angebracht, dass der Hebemechanismus 111 stabil betrieben wird. Üblicherweise liegt der Abstand zwischen dem Bereich mit gekoppelten Plasmabögen 105 und der Zielscheibe 108 im Bereich von etwa 1 cm bis etwa 20 cm. Der Winkel zwischen dem Anodenbrenner 106 und dem Kathodenbrenner 107 liegt im Bereich von 80° bis 130°. Der Anodenbrenner 106 und der Kathodenbrenner 107 sind in Ausrichtung miteinander. Der Winkel zwischen dem Anodenbrenner 106 und dem Kathodenbrenner 107 ist variabel, und der Anodenbrenner und der Kathodenbrenner sind nach oben und nach unten beweglich, so dass ein Einpassen durchgeführt werden kann. Der Anodenbrenner 106 und der Kathodenbrenner 107 sind symmetrisch relativ zur vertikalen Achse positioniert. Durch Variieren des Winkels zwischen jeder Elektrode und der vertikalen Achse und dem Abstand zwischen dem Bereich mit gekoppelten Plasmabögen und der Zielscheibe kann die Lichtdurchlässigkeit des zirkoniumhaltigen Silikatglases innerhalb eines breiten Bereichs von Trübheit bis Transparenz variiert werden.

Die Stellung des Beschickungsrohrs 104 kann ebenfalls in horizontaler Richtung und in vertikaler Richtung variiert werden. Die Zielscheibe wird üblicherweise mit einer Geschwindigkeit von 1 bis 60 Upm rotiert.

Wie in Fig. 6 gezeigt, die eine vergrößerte schematische Ansicht ist, die das Wachstum des zirkoniumhaltigen Silikatglases zeigt, fällt ein pulverförmiges Material durch ein Rohr 113 in einen Bereich mit gekoppelten Plasmabögen, in dem ein durch den Plasmabrenner 106 erzeugter Plasmabogen 114 und ein durch den Plasmabrenner 107 er zeugter Plasmabogen 115 gekoppelt sind. Das zirkoniumhaltige Siliciumdioxid lässt man weiter fallen, wobei es auf die rotierende Zielscheibe 108 trifft. So wird ein zirkoniumhal tiger Silikatglasbarren 116 auf der Zielscheibe 108 gebildet.

Mit dem Wachstum des zirkoniumhaltigen Silikatglasbarrens 116 wird ein Bereich mit gekoppelten Plasmabögen stationär auf dem zirkoniumhaltigen Silikatglasbarren 116 gebildet. Zum Erhalt eines stationären Bereichs mit gekoppelten Plasmabögen auf dem Barren wird die Zielscheibe 108 mit einem Hebemechanismus 111 (in Fig. 5 gezeigt) nach unten bewegt. Die Geschwindigkeit der Bewegung liegt üblicherweise im Bereich von 0,1 cm/min bis 5 cm/min.

Ein Strom von 100 bis 500 A bei einer Spannung von 50 bis 250 V wird auf jeden der Plasmabogenbrenner 114 und 115 angelegt. Argongas wird vorzugsweise mit einer Fließgeschwindigkeit von 10 bis 60 l/min durch jeden Plasmabogenbrenner 114 und 115 zugeführt. Die Geschwindigkeit des zugeführten gemischten Pulvers (Quarzpulver und metallisches Zirkoniumpulver) liegt üblicherweise im Bereich von 0,5 bis 20 kg/Stunde.

Fig. 7 ist eine Querschnitts-Teilansicht eines Plasmaanodenbrenners, der in einer Vorrichtung unter Verwendung eines Plasmaschmelzverfahrens verwendet wird. In Fig. 7 weist der Plasmaanodenbrenner eine Elektrode 120 auf, die keinen Zündverlust zeigt. Die Elektrode 120 ist aus Kupfer oder einem anderen Metall hergestellt, das keinen Zündver lust zeigt. Die Elektrode 120 weist ein koaxiales Rohr 121 darin auf Kühlwasser fließt durch das Rohr 121 in Richtung des Pfeils und fließt zurück durch den Raum zwischen dem Rohr 121 und der Elektrode 120. Ein Plasmagas fließt um die Elektrode 120 in Richtung des Pfeils 123 und bildet einen Plasmabogen 124, der durch eine Düse 125 aus gestoßen wird. Eine mit darin zirkulierendem Kühlwasser gekühlte Düsenanordnung 127 weist eine Funktion der Beschränkung des Plasmagases um die Elektrode 120 auf. Die Düse 125 ist durch ein Isolationsteil 129 von einer Elektrodenanordnung 128 elektrisch isoliert. Das runde Ende der Elektrode 120 stellt einen Bogenweg sicher und ermöglicht den Durchgang starken elektrischen Stroms und ergibt erhöhte Betriebsdauer. Der Abrieb der Innenwand der Düse 125 wird minimiert und die Verunreinigung eines zirkoniumhal tigen Silikatglases durch das runde Ende der Elektrode 120 ebenfalls minimiert.

Fig. 8 ist eine perspektivische Darstellung einer Querschnitts-Teilansicht eines Plasmakathodenbrenners 126, der in der Vorrichtung unter Verwendung eines Plasmaschmelzverfahrens verwendet wird. In Fig. 8 fließt Argongas durch einen Raum 136a der eine Kathodenelektrode 134 umgibt, wobei ein Argonbogen gebildet wird, der aus einer Brennerdüse ausgestoßen wird. Stickstoffgas fließt durch einen Raum 136b, der die Kathodenelektrode 134 umgibt, und wird durch kleine Löcher 138 ausgestoßen. Die kleinen Löcher 138 sind kreisförmig am oberen Teil der Brennerdüse angeordnet und nach Innen gerichtet, so dass die ausgestoßenen Stickstoffgasströme zusammenströmen. Die Menge des Stickstoffgases liegt üblicherweise im Bereich von 5% bis 50%. Das ausgestoßene Stickstoffgas wird durch den Argonbogen ionisiert und bildet ein Argon- Stickstoff-Plasma. So wird ein Plasmabogen effizienter gebildet und ein Argon-Stickstoff- Plasma gebildet, während das die Kathodenelektrode 134 bildende Wolfram nicht mit dem Stickstoffgas in Kontakt gebracht wird. Daher kann eine Reaktion des Wolframs mit Stickstoff vermieden werden und wird die Betriebslebensdauer der Kathodenelektrode verbessert. Kühlwasser wird aus einem Raum 140a zu einem Raum 140b zirkuliert, um die Brennerdüse zu kühlen. Kühlwasser wird aus einem Raum 142a zu 142b zirkuliert, um die Strahlungswärme vom Plasmabogen zu isolieren.

So wird unter Verwendung des vorstehend erwähnten Plasmabogenbrenners, der einen stabilisierte Orientierung zeigenden Plasmabogen bereitstellt, die hohe Energie des Plasmas effizient verwendet, und der zirkoniumhaltige Silikatglasbarren mit erhöhter Pro duktivität hergestellt. Weiter ist der zirkoniumhaltige Silikatglasbarren nicht mit Feinfragmenten aus dem Elektrodenmaterial verunreinigt und weist hohe Reinheit auf. Als Arbeitsbeispiel gemäß der ersten Ausführungsform des Plasmaschmelzverfah rens wurden zwei Arten von zirkoniumhaltigen Silikatglasbarren hergestellt, von denen einer transparent und der andere trüb war. Eine quadratische Platte mit einer Größe von 50 cm × 50 cm wurde aus jedem Barren geschnitten und spiegelpoliert, um eine Testprobe herzustellen. Unter Verwendung einer Plasmaätzvorrichtung des parallelen flachen Plat tentyps wurde die Testprobe einem Plasmaätzen in einer gemischten CF₄/O₂-Gasatmo sphäre unterzogen. Die Änderung des Oberflächenaussehens und der Zustand wurde wie vorher beobachtet und nach Ätzen beurteilt. Eine Oberflächenrauheit, wie auf herkömmli chem Silikatglas beobachtet, wurde nicht festgestellt, und so war die Beständigkeit gegen über Plasma verbessert. Die mechanischen Festigkeiten, gemessen vor und nach dem Ät zen waren gleich, und es bestand kein Unterschied in der mechanischen Festigkeit zwi schen dem transparenten Barren und dem trüben Barren.

(ii) Zweite Ausführungsform

In Fig. 9, die eine Querschnitts-Teilansicht einer anderen Vorrichtung unter Verwendung des Plasmaschmelzverfahrens ist, wird ein Trichter 110 mit einem pulverför migen Material beschickt, das ein Gemisch eines feinverteilten Siliciumdioxidpulvers und einer feinverteiltes Zirkonium enthaltenden Substanz oder feinverteiltes Siliciumdioxid pulver mit darauf abgeschiedener, feinverteiltes Zirkonium enthaltenden Substanz ist. Der Trichter 130 ist mit einer Beschickungsvorrichtung mit konstanter Geschwindigkeit 112, einem Verbindungsrohr 114 und einem Beschickungsrohr für pulverförmiges Material 116 verbunden. Das pulverförmige Material wird aus dem Trichter 110 durch die Be schickungsvorrichtung 112 und das Verbindungsrohr 114 in einen Schmelzbehälter 118 in einem Ofen 120 zugeführt. Die Position des Schmelzbehälters 118 kann in vertikaler Richtung und in horizontaler Richtung verschoben werden.

Ein Doppelplasmabrenner, der einen Plasmaanodenbrenner 124 und einen Plasma kathodenbrenner 126 umfasst, ist derart angeordnet, dass zwei Plasmabrenner relativ zu einem Bereich mit gekoppelten Plasmabögen 122 symmetrisch in den Ofen 120 eingefügt sind. Der Brennerwinkel und die Tiefe der Plasmabrenner können eingestellt werden. Der Plasmaanodenbrenner 124 und der Plasmakathodenbrenner 126 sind vorzugsweise in einem solchen Ausmaß geneigt, dass ein Neigungswinkel von der senkrechten Achse im Bereich von 45 bis 65 Grad und der Abstand in horizontaler Richtung zwischen den un teren Enden der zwei Plasmabrenner im Bereich von 50 bis 100 mm liegt. Der Plasmaano denbrenner 124 weist die gleiche Struktur und Funktion auf wie vorstehend im Einzelnen in Bezug auf Fig. 7 für die erste Ausführungsform erklärt. Der Plasmakathodenbrenner 126 weist die gleiche Struktur und Funktion auf wie vorstehend im Einzelnen in Bezug auf Fig. 8 für die erste Ausführungsform erklärt.

In Fig. 9 ist der Schmelzbehälter 118 aus zum Beispiel Stahl hergestellt und kann gekühlt werden. Der Schmelzbehälter 118 wird durch einen rotierenden Schaft 144 getra gen. Der Schmelzbehälter 118 ist um seine zentrale Achse rotierbar. Der Schmelzbehälter 118 kann exzentrisch um eine Achse rotiert werden, die leicht von der Mitte des Behälters verschoben ist. Der rotierende Schaft 144 ist derart angeordnet, dass er mit einem Motor 148 rotiert und mit einem Motor 150 gehoben werden kann, wobei die Motoren an einer Ofenbasis 146 angebracht sind. Eine Rotationsverbindung 154 mit einem Kühlwasserein lass 152a und einem Kühlwasserauslass 152b ist an das untere Ende des rotierenden Schafts 144 angebracht, wobei so Kühlwasser im Schmelzbehälter 118 zirkuliert wird.

Der Deckenteil des Ofens 120 ist flach und kann mit darin zirkulierendem Kühlwasser gekühlt werden. Siliciumdioxiddampf, der sich aus dem geschmolzenen Siliciumdioxid im Schmelzbehälter 118 verflüchtigt, fließt aufwärts und wird durch die in der Seitenwand angebrachten Auslässe 156 abgeführt.

Vor einem Betrieb wird die Bodenoberfläche des Schmelzbehälters 118 mit Sili ciumdioxidteilchen mit großem Teilchendurchmesser mit einer Dicke von etwa 1 cm bis etwa 20 cm bedeckt. Das Schmelzen des pulverförmigen Materials wird in einem Bereich mit gekoppelten Plasmabögen 122 durchgeführt, in dem aus dem Plasmaanodenbrenner 124 und dem Plasmakathodenbrenner 126 erzeugte Plasmabögen zusammen gekoppelt werden, wobei ausreichende Wärme zum Schmelzen des pulverförmigen Materials erhalten wird. Im anfänglichen Stadium werden der Winkel und die Stellung des Plasmaanodenbrenners 124 und des Plasmakathodenbrenners 126 eingestellt, während der Schmelzbehälter 118 mit einer festgelegten Geschwindigkeit rotiert. Das pulverförmige Material fällt durch den Bereich mit gekoppelten Plasmabögen 122, wobei ein kleiner Haufen von teilweise geschmolzenem zirkoniumhaltigem Siliciumdioxid in der Mitte des mit Siliciumdioxidteilchen bedeckten Bodens gebildet wird. Das pulverförmige Material fällt kontinuierlich, während die Einstellung von Winkel und Stellung des Plasmaanodenbrenners 124 und des Plasmakathodenbrenners 126 fortgesetzt werden, um den Haufen des teilweise geschmolzenen zirkoniumhaltigen Siliciumdioxids zu vergrößern. Mit einer Vergrößerung des Haufens des teilweise geschmolzenen zirkoniumhaltigen Siliciumdioxids auf dem mit Siliciumdioxidteilchen bedeckten Boden wird der Behälter 118 nach unten bewegt, so dass der Haufen des teilweise geschmolzenen zirkoniumhaltigen Siliciumdioxids auf einer Temperatur gehalten wird, die zum Halten des geschmolzenen Zustands ausreichend ist. Das geschmolzene zirkoniumhaltige Siliciumdioxid weist hohe Viskosität auf und ist von bergartiger Form mit einem nach Außen ausgedehnten kreisförmigen Fuß. Das geschmolzene zirkoniumhaltige Siliciumdioxid wird auf hoher Temperatur gehalten, so dass das Siliciumdioxid gut an die Seitenwand des Schmelzbehälters 118 ausgedehnt wird. Insbesondere bedeckt ein Strom von durch die Doppelplasmabrenner 124 und 126 erzeugtem Plasma die gesamte ausgesetzte Oberfläche des bergartig geformten zirkoniumhaltigen Siliciumdioxids, wobei das geschmolzene Material zur umgebenden Seitenwand ausgedehnt wird, wobei ein Barren erhalten wird, in dem Zirkonium in einer Silikatglasmatrix gleichförmig dispergiert ist.

(3) Elektrisches Schmelzverfahren

In einem Verfahren zur Herstellung eines hochbeständigen Silikatglasbarrens kann ein elektrisches Schmelzverfahren verwendet werden (obwohl in den Zeichnungen nicht gezeigt). In einem speziellen Beispiel wird ein feinverteiltes pulverförmiges Siliciumdi oxid mit darauf abgeschiedener, feinverteiltes Zirkonium enthaltender Verbindung zum Beispiel durch Lösen eines Salzes von Zirkonium, wie ein Nitrat, Sulfat oder Chlorid, in Wasser oder einem anderen flüssigen Medium zur Herstellung einer Lösung oder Disper gieren eines Oxids von Zirkonium zur Herstellung einer Aufschlämmung und dann Einmischen eines pulverförmigen Siliciumdioxidmaterials in die Lösung oder Aufschläm mung, gefolgt von Eindampfen des flüssigen Mediums bei hoher Temperatur aus der Lö sung oder Aufschlämmung unter Rühren hergestellt. Das so hergestellte pulverförmige Si liciumdioxidmaterial weist ein Zirkoniumsalz oder Oxid, abgeschieden auf feinen Silici umdioxidteilchen, auf Das pulverförmige Siliciumdioxidmaterial wird bei einer Tempe ratur von 500°C bis 1000°C in einem elektrischen Ofen gebrannt, um ein gebranntes Produkt herzustellen, das aus Siliciumdioxidteilchen mit darauf abgeschieden Zirkonium oxidteilchen besteht. Vor dem Brennen kann das pulverförmige Siliciumdioxidmaterial zusammen mit einem gegebenenfalls vorhandenen Bindemittel, wie zum Beispiel einem Acrylharz, zu einem Formling geformt werden. Das gebrannte Produkt wird dann bei einer höheren Temperatur als die Brenntemperatur aber niedriger als der Schmelzpunkt von Kristobalit, genauer bei einer Temperatur von 1800°C bis 1900°C in einem elektrischen Ofen gehärtet, wobei ein hochbeständiges Silikatglas erhalten wird, in dem Zirkonium gleichförmig dispergiert ist.

Das verwendete feinverteilte Siliciumdioxidmaterial schließt zum Beispiel natürli ches Siliciumdioxidpulver, wie Quarzpulver, synthetisches Siliciumdioxidpulver, Quarz staubpulver und Quarzrußpulver, ein. Wenn synthetisches Siliciumdioxid verwendet wird, weist es vorzugsweise eine Teilchendurchmesserverteilung im Bereich von 40 µm bis 430 µm und einen Modusdurchmesser von etwa 220 µm auf, da gute Kompaktheit erhalten und Staubbildung minimiert wird. Die pulverförmigen Siliciumdioxidmaterialien können zu engerem Teilchendurchmesser klassiert werden. Zum Beispiel werden klassierte Teil chen mit einer Teilchendurchmesserverteilung im Bereich von 200 µm bis 300 µm und einem Modusdurchmesser von etwa 260 µm; oder klassierte Teilchen mit einer nicht grö ßeren Teilchendurchmesserverteilung als 200 µm und einem Modusdurchmesser von etwa 180 µm aufgeführt. Die pulverförmigen Siliciumdioxidmaterialien weisen gleichförmige Poren mit einem so kleinen Durchmesser wie möglich im Hinblick auf die Dispergierbar keit eines Zusatzelements auf.

Die vorliegende Erfindung wird durch die folgenden Beispiele beschrieben, die in keiner Weise den Bereich der Erfindung einschränken.

Beispiele 1-21 Vergleichsbeispiele 1-8

Ein feinverteiltes Quarzpulver mit einem mittleren Teilchendurchmesser von 200 µm wurde zusammen mit einem Oxid eines Zusatzelements (in Tabelle 1 gezeigt) mit ei nem nicht größeren Teilchendurchmesser als 5 µm gründlich gemischt. Jedes Gemisch wurde in einem elektrischen Ofen unter Vakuum geschmolzen, wobei ein ein Zusatzele ment enthaltendes Silikatglas erhalten wurde.

Die Konzentration jedes Zusatzelements im Gemisch wurde mit einem Verfahren gemessen, in dem das Silikatglas durch Druckacidolyse unter Verwendung von Fluorwas serstoffsäure gelöst und die Lösung quantitativ mit spektrochemischer ICP-Atomemissi ons-Analyse analysiert wurde.

Eine Platte mit Diaglasgröße wurde aus dem ein Zusatzelement enthaltenden Sili katglas geschnitten. Die Platte wurde spiegelpoliert und dann die polierte Oberfläche maskiert. Die so hergestellte Probe wurde auf eine Elektrode einer Plasmaätzvorrichtung des parallelen flachen Plattentyps gelegt, auf der die Probe einem Plasmaätzen in einer ge mischten CF₄/O₂-Gasatmosphäre oder einer gemischten BCl₃/Cl₂-Gasatmosphäre bei 100 W für 1 Stunde unterzogen wurde. Nach Ätzen wurde die Maske entfernt und die Ober flächenrauheit der maskierten Fläche (nicht geätzte Fläche) und die Oberflächenrauheit der geätzten Fläche zum Beurteilen der Beständigkeit gegenüber Plasma von Silikatglas gemessen. Die Testergebnisse wurden durch Vergleichen der Oberflächenrauheit mit der des Kontrollsilikatglases ohne Zusatzelement darin beurteilt und durch Zuordnen der fol genden drei Einstufungen A, B und C ausgedrückt. Die Testergebnisse sind in Tabelle 1 gezeigt.
A: Beständigkeit gegen Plasma war deutlich größer als die des Kontroll silikatglases.
B: Beständigkeit gegen Plasma war in geringem Maße größer als die des Kon trollsilikatglases.
C: Beständigkeit gegen Plasma war nicht größer als die des Kontrollsilikatgla ses.

Ein Biegetest mit drei Punkten wurde durchgeführt. Die wie gemessene Biegefes tigkeit kann als Kriterium der Verarbeitbarkeit von Silikatglas verwendet werden. Die Testergebnisse wurden durch Vergleichen der Biegefestigkeit mit der des Kontrollsili katglases ohne Zusatzelement darin beurteilt und werden unter Zuordnen der folgenden drei Einstufungen A, B und C ausgedrückt. Die Testergebnisse sind in Tabelle 1 gezeigt.
A: Die Biegefestigkeit war die gleiche oder nur in geringem Maße geringer als die des Kontrollsilikatglases.
B: Die Biegefestigkeit war verringert, aber die Verarbeitbarkeit ist noch hin nehmbar.
C: Die Biegefestigkeit war in einem solchen Ausmaß verringert, dass das Silikatglas schwierig zu verarbeiten ist.

Die Gesamtbeurteilungsergebnisse wurden durch folgende drei Einstufungen ausgedrückt.
A: Beide Einstufungen für Plasmabeständigkeit und Biegefestigkeit waren A.
B: Mindestens eine der Einstufungen für Plasmabeständigkeit und Biegefestig keit war B.
C: Mindestens eine der Einstufungen für Plasmabeständigkeit und Biegefestig keit war C.

Wie aus Tabelle 1 zu erkennen ist, ist die Plasmabeständigkeit, d. h. Haltbarkeit des ein Zusatzelement enthaltenden Silikatglases mit einer Zunahme im Gehalt des Zusatz elements erhöht. Wenn der Gehalt des Zusatzelements kleiner als 0,01 Gew.-% ist, ist die Plasmabeständigkeit gering. Wenn der Gehalt des Zusatzelements mindestens 0,01 Gew.-%, insbesondere mindestens 0,05 Gew.-%, beträgt, ist die Plasmabeständigkeit zufrieden stellend.

Wenn der Gehalt des Zusatzelements etwa 0,50 Gew.-% übersteigt, wird die Verar beitbarkeit des Silikatglases allmählich verschlechtert. Wenn der Gehalt des Zusatzele ments 2 Gew.-% übersteigt, kann das Silikatglas bei einem Schritt des Abschleifens oder Polierens oder einem Schritt des Schweißens mit einer Knallgasflamme brechen. So wer den gute und ausgewogene Verarbeitbarkeit und Plasmabeständigkeit erhalten, wenn der Gehalt des Zusatzelements nicht größer als 2 Gew.-%, stärker bevorzugt nicht größer als 0,50 Gew.-%, ist.

Tabelle 1

Beispiele 22-25 Vergleichsbeispiele 9-16

Ein feinverteiltes Quarzpulver mit einem mittleren Teilchendurchmesser von 200 µm wurde zusammen mit einem Zirkoniumoxid mit nicht größerem mittlerem Teilchen durchmesser als 5 µm gründlich gemischt. Das Gemisch wurde mit einer Knallgasflamme oder in einem elektrischen Ofen unter Vakuum geschmolzen, wobei ein zirkoniumhaltiges Silikatglas erhalten wurde.

Die Konzentration von Zirkonium im Gemisch wurde mit einem Verfahren gemes sen, in dem das Silikatglas durch Druckacidolyse unter Verwendung von Fluorwasser stoffsäure gelöst und die Lösung quantitativ mit spektrochemischer ICP-Atomemissions- Analyse analysiert wurde.

Eine Platte mit einer Dicke von 1 mm wurde aus dem zirkoniumhaltigen Silikat glas hergestellt. Beide Oberflächen der Platte wurden spiegelpoliert, um eine Probe zum Untersuchen der Lichtdurchlässigkeit herzustellen. Die Probe wurde mit sichtbarem Licht mit einer Wellenlänge von 600 nm unter Verwendung eines Spektrophotometers "U-320", erhältlich von Hitachi, Ltd., bestrahlt, um den Prozentsatz an Lichtdurchlässigkeit zu bestimmen. Die Testergebnisse wurden durch Zuordnen der folgenden zwei Einstufungen ausgedrückt.
A: Durchlässigkeit betrug mindestens 80%
B: Durchlässigkeit war geringer als 80%

Eine Platte mit Diaglasgröße wurde aus dem das Zusatzelement enthaltenden Silikatglas geschnitten. Die Platte wurde spiegelpoliert und dann die polierte Oberfläche maskiert. Unter Verwendung der so hergestellten Probe wurde die Plasmabeständigkeit mit dem gleichen Verfahren, wie in den Beispielen 1-21 verwendet, untersucht. Die Testergebnisse sind in Tabelle 2 gezeigt.

Ein Biegetest mit drei Punkten wurde mit dem gleichen Verfahren, wie in den Bei spielen 1-21 verwendet, durchgeführt. Die Testergebnisse sind in Tabelle 2 gezeigt.

Die Gesamtbeurteilungsergebnisse wurden mit den folgenden drei Einstufungen ausgedrückt.
A: Alle Einstufungen für Plasmabeständigkeit, Biegefestigkeit und Lichtdurch lässigkeit waren A.
B: Mindestens eine der Einstufungen für Plasmabeständigkeit, Biegefestigkeit und Lichtdurchlässigkeit war B.
C: Mindestens eine der Einstufungen für Plasmabeständigkeit, Biegefestigkeit und Lichtdurchlässigkeit war C.

In den Vergleichsbeispielen 15 und 16 wurde Aluminiumoxid statt Zirkoniumoxid verwendet.

Tabelle 2

Wie aus Tabelle 2 zu erkennen, ist die Plasmabeständigkeit, d. h. Haltbarkeit von zirkoniumhaltigem Silikatglas, mit Zunahme des Zirkoniumgehalts erhöht. Wenn der Zir koniumgehalt kleiner als 0,01 Gew.-% ist, ist die Plasmabeständigkeit schlecht. Wenn der Zirkoniumgehalt mindestens 0,01 Gew.-%, insbesondere mindestens 0,05 Gew.-%, be trägt, ist die Plasmabeständigkeit zufriedenstellend.

Wenn der Zirkoniumgehalt etwa 0,50 Gew.-% übersteigt, wird die Verarbeitbarkeit von Silikatglas allmählich verschlechtert. Wenn der Zirkoniumgehalt 2 Gew.-% über steigt, kann das Silikatglas bei einem Schritt des Abschleifens oder Polierens oder einem Schritt des Schweißens mit einer Knallgasflamme brechen. So werden gute und ausgewo gene Verarbeitbarkeit und Plasmabeständigkeit erhalten, wenn der Zirkoniumgehalt nicht größer als 2 Gew.-%, stärker bevorzugt nicht größer als 0,50 Gew.-%, ist.

Die Temperatur zum Schmelzen des pulverförmigen Materials in einer Knallgas flamme in Beispiel 24 war schwierig zu messen. Aber die Temperatur der verwendeten Knallgasflamme betrug 2600°C und so wird angenommen, dass das pulverförmige Mate rial bei dieser Temperatur geschmolzen wurde. Wenn das pulverförmige Material in einem elektrischen Ofen unter Vakuum geschmolzen wurde, wurde, wenn der Zirkoniumgehalt 0,57 Gew.-% betrug (Beispiel 25), zufriedenstellende Lichtdurchlässigkeit nur erhalten, wenn die Schmelztemperatur mindestens etwa 2150°C betrug.

Beispiel 26

Ein Quarzpulver, das die in Tabelle 3 gezeigten Bestandteile enthielt und Teilchen durchmesser im Bereich von 40 bis 430 µm und einen Modusdurchmesser von 219 µm aufwies, wurde gereinigt und 223 g Quarzpulver abgewogen.

Tabelle 3

4,04 g Zirkoniumoxychlorid (ZrCl₂O 8H₂O, Reinheit 99,0%) wurden abgewogen und in 150 ml ultrareinem Wasser mit einem spezifischen Widerstand von 17 MΩ cm ge löst. Diese Lösung wurde mit dem Quarzpulver gemischt und das Gemisch etwa 1 Stunde stehengelassen. Das Gemisch wurde in ein Quarzschiffchen gegeben und 8 Stunden an Luft auf 90°C erwärmt und dann 1 Stunde bei 500°C gebrannt. Röntgenstreuung des ge brannten Produkts ergab, dass das Zirkoniumoxychlorid im Wesentlichen in Zirkonium oxid ZrO₂ umgewandelt war. Der Gehalt an Zirkonium in einem zu behandelnden Silici umdioxidmaterial betrug 5000 ppm. Das gebrannte Produkt war ein freifließendes pulver förmiges Material. Eine Kohlenstoffform, bestehend aus hochreinem Kohlenstoff, wurde mit dem pulverförmigen Material beschickt. Eine Packung des eingebrachten pulverför migen Materials wies zylindrische Form mit einem Durchmesser von 90 mm und einer Höhe von 25 mm auf. Die Packung wurde in einem elektrischen Ofen unter Vakuum ge schmolzen. Die Temperatur im Ofen wurde von Raumtemperatur auf 1850°C mit einer Geschwindigkeit von 5°C/min erhöht und 5 Minuten auf 1850°C gehalten. Danach wurde der Ofen in einer Stickstoffatmosphäre gekühlt. Der Gehalt an Zirkonium im so erhaltenen zirkoniumhaltigen Silikatglas wurde mit einem Elektronenproben-Mikroanalysator gemes sen. Die Ergebnisse sind in Tabelle 4 gezeigt.

Tabelle 4

Der mittlere Zirkoniumgehalt betrug 0,403 Atom-%, die Standardabweichung 0,112 (Atom%) und der Varianzkoeffizient 28%.

Eine Plattenprobe wurde aus dem zirkoniumhaltigen Silikatglas geschnitten und einem Plasmaätzen in einer gemischten CF₄/O₂-Gasatmosphäre oder einer gemischten BCl₃/Cl₂-Gasatmosphäre mit dem gleichen Verfahren, wie in den Beispielen 1-21 ver wendet, unterzogen, um die Plasmabeständigkeit zu beurteilen. Die Plasmabeständigkeit war besser als die des Kontrollsilikatglases, das kein Zirkonium enthielt.

Beispiel 27

4,04 g Zirkoniumoxychlorid (ZrCl₂O 8H₂O, Reinheit 99,0%) wurden abgewogen und in 150 ml ultrareinem Wasser mit einem spezifischen Widerstand von 17 MΩ cm ge löst. Quarzstaubpulver mit einem kleineren mittleren Teilchendurchmesser als 1 µm wur de in diese Lösung gemischt und das Gemisch mit einem Teflonlöffel gerührt. Das Ge misch wurde 2 Stunden stehengelassen und dann in ein Quarzschiffchen gegeben. Dann wurde das Gemisch 8 Stunden an Luft auf 120°C erwärmt und dann 1 Stunde bei 500°C gebrannt. Röntgenstreuung des gebrannten Produkts ergab, dass das Zirkoniumoxychlorid im Wesentlichen in Zirkoniumoxid ZrO₂ umgewandelt war. Das gebrannte Produkt war ein freifließendes pulverförmiges Material. Das gebrannte Produkt wurde in einem elektri schen Ofen unter Vakuum geschmolzen, wobei ein zirkoniumhaltiges Silikatglas erhalten wurde. Der Gehalt an Zirkonium im so erhaltenen zirkoniumhaltigen Silikatglas wurde mit einem Elektronenproben-Mikroanalysator gemessen. Die Ergebnisse sind in Tabelle 5 gezeigt.

Tabelle 5

Der mittlere Zirkoniumgehalt betrug 0,133 Atom-%, die Standardabweichung 0,013 (Atom-%) und der Varianzkoeffizient 10%.

Vergleichsbeispiel 17

Ein Quarzpulver, das die in Tabelle 3 in Beispiel 26 gezeigten Bestandteile enthielt und Teilchendurchmesser im Bereich von 40 bis 430 µm und einen Modusdurchmesser von 219 µm aufwies, wurde gereinigt und 223 g Quarzpulver abgewogen. 1,516 g Zirko niumoxidpulver mit einer Reinheit von 99,9% wurde abgewogen und im trockenen Zu stand mit dem Quarzpulver 2 Stunden unter Verwendung einer Topfmühle mit rotierender Basis gemischt. Das gemischte Pulver wurde in einem elektrischen Ofen unter Vakuum geschmolzen, wobei ein zirkoniumhaltiges Silikatglas erhalten wurde. Der Gehalt an Zir konium im zirkoniumhaltigen Silikatglas wurde mit einem Elektronenproben-Mikroanaly sator gemessen. Die Ergebnisse sind in Tabelle 6 gezeigt.

Tabelle 6

Der mittlere Zirkoniumgehalt betrug 1,040 Atom-%, die Standardabweichung 1,187 (Atom-%) und der Varianzkoeffizient 114%.

Eine Plattenprobe wurde aus dem zirkoniumhaltigen Silikatglas geschnitten und einem Plasmaätzen in einer gemischten CF₄/O₂-Gasatmosphäre oder einer gemischten BCl₃/Cl₂-Gasatmosphäre mit dem gleichen Verfahren, wie in den Beispielen 1-21 ver wendet, unterzogen, um die Plasmabeständigkeit zu beurteilen. Die Plasmabeständigkeit war, verglichen mit der des zirkoniumhaltigen Silikatglases in Beispiel 22, schlecht.

Vergleichsbeispiel 18

Ein Quarzpulver, das die in Tabelle 3 in Beispiel 26 gezeigten Bestandteile enthielt und Teilchendurchmesser im Bereich von 40 bis 430 µm und einen Modusdurchmesser von 219 µm aufwies, wurde gereinigt und 223 g Quarzpulver abgewogen. 1,516 g Zirkoni umoxidpulver mit einer Reinheit von 99,9% wurde abgewogen und im trockenen Zustand mit dem Quarzpulver 4 Tage unter Verwendung einer Topfmühle mit rotierender Basis gemischt. Das gemischte Pulver wurde in einem elektrischen Ofen unter Vakuum ge schmolzen, wobei ein zirkoniumhaltiges Silikatglas erhalten wurde. Der Gehalt an Zirko nium im zirkoniumhaltigen Silikatglas wurde mit einem Elektronenproben-Mikroanaly sator gemessen. Die Ergebnisse sind in Tabelle 7 gezeigt.

Tabelle 7

Der mittlere Zirkoniumgehalt betrug 1,764 Atom-%, die Standardabweichung 1,737 (Atom-%) und der Varianzkoeffizient 98%.

Eine Plattenprobe wurde aus dem zirkoniumhaltigen Silikatglas geschnitten und einem Plasmaätzen in einer gemischten CF₄/O₂-Gasatmosphäre oder einer gemischten BCl₃/Cl₂-Gasatmosphäre mit dem gleichen Verfahren, wie in den Beispielen 1-21 ver wendet, unterzogen, um die Plasmabeständigkeit zu beurteilen. Die Plasmabeständigkeit war, verglichen mit der des zirkoniumhaltigen Silikatglases in Beispiel 22, schlecht, aber besser als die des in Vergleichsbeispiel 17 erhaltenen.

Wie aus dem Vergleich von Vergleichsbeispiel 18 mit Vergleichsbeispiel 17 zu erkennen ist, zeigt, auch wenn die gleiche Zirkonium enthaltende Substanz in der gleichen Menge in ein Quarzpulver gemischt wird, wenn das Mischen gründlich durchgeführt wird, so dass ein in hohem Maße dispergiertes Gemisch erhalten wird, das erhaltene zirkonium haltige Silikatglas bessere Plasmabeständigkeit.

Beispiel 28

Zirkoniumoxychlorid wurde mit dem herkömmlichen Verfahren hydrolysiert, um ein Zirkoniumdioxidpulver herzustellen. Das Zirkoniumdioxidpulver wurde mit einem feinverteilten Quarzpulver in einem Kunstharzbehälter kombiniert und unter Verwendung eines Kugelmühlmischers zusammengemischt, um ein Gemisch pulverförmiger Quarz/Zirkoniumoxid herzustellen, das 5000 ppm Zirkonium enthielt.

Eine in Fig. 2 gezeigte Vorrichtung mit einer Hauptbrenneranordnung und einem Hilfsbrenner, die beide aus Silikatglas hergestellt waren, wurden zum Schmelzen des Ge misches pulverförmiger Quarz/Zirkoniumoxid verwendet. Die Größe einer durch Silici umcarbidziegel festgelegten Schmelzkammer im Ofen betrug 750 mm × 750 mm × 400 mm.

10 kg Gemisch pulverförmiger Quarz/Zirkoniumoxid wurde in einen in Fig. 3 ge zeigten Beschickungstrichter eingebracht. Der Hauptbrenner und der Hilfsbrenner wurden gezündet und der Ofen mit 5 Upm rotiert. Der Ofen wurde vorerwärmt und dann das Ge misch pulverförmiger Quarz/Zirkoniumoxid aus dem Beschickungstrichter 3 in den Hauptbrenner mit einer Geschwindigkeit von 2,0 kg/Std. eingebracht. Das pulverförmige Gemisch wurde mit einer Knallgasflamme im Ofen geschmolzen, während zusätzliches pulverförmiges Gemisch in den Trichter 3 zugeführt wurde. So wurden insgesamt 280 kg pulverförmiges Gemisch in den Hauptbrenner zugeführt und dann der Betrieb der Be schickungsvorrichtung beendet. Weiter wurde das Erwärmen des Hauptbrenners 4 Stun den fortgesetzt, wobei ein geschmolzenes Material nach Außen in radialer Richtung des Ofens ausgedehnt wurde. Schließlich wurde die Zufuhr von Wasserstoff und Sauerstoff zu den Brennern beendet. Nach Löschen des Feuers wurde die Rotation des Ofens beendet. Der Ofen wurde abgekühlt und dann die Seitenwandziegel entfernt, wobei ein zirkoniumhaltiges Silikatglas mit einer Größe von 750 mm × 750 mm × 180 mm erhalten wurde.

Die Vorteile und Verwendung des erfindungsgemäßen hochbeständigen Silikatgla ses sind wie folgt zusammengefasst.

Ein Zusatzelement, wie Zirkonium, ist im Silikatglas gleichförmig dispergiert. Das Silikatglas zeigt erhöhte Plasmabeständigkeit, d. h. erhöhte Haltbarkeit bei Verwendung als, Element in einer Halbleiterherstellungsvorrichtung oder einer Vorrichtung zur Herstellung von Flüssigkristallen. Das Silikatglas weist gute Verarbeitbarkeit und verringertes Fliegen von Feinfragmenten auf, wie es herkömmliches hochreines Silikatglas inhärent aufweist.

Das Silikatglas ist als Element zur Verwendung in einer Vorrichtung geeignet, für die hohe Plasmabeständigkeit und hohe Wärmebeständigkeit erforderlich sind, wie eine Halbleiterherstellungsvorrichtung oder eine Vorrichtung zur Herstellung von Flüssigkris tallen. Solche Elemente schließen zum Beispiel Spannvorrichtungen und Werkzeuge, wie ein Flanschteil eines Reaktionsrohrs und einen Glockengefäß, ein.

Ein Silikatglasbarren mit großer Größe kann vorteilhaft mit dem Schmelzverfahren unter Verwendung einer Knallgasflamme hergestellt werden.

Claims

1. Hochbeständiges Silikatglas, dadurch gekennzeichnet, dass es 0,01 Gew.-% bis 2 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht des Silikatglases, mindestens eines Elements, ausgewählt aus Magnesium, Calcium, Strontium, Barium, Yttrium, Hafnium und Zirkonium, enthält.

2. Hochbeständiges Silikatglas nach Anspruch 1, in dem der Gehalt des Elements im Bereich von 0,05 Gew.-% bis 0,5 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht des Silikat glases, liegt.

3. Hochbeständiges Silikatglas nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, in dem das Ele ment Zirkonium ist und das Silikatglas transparent ist.

4. Hochbeständiges Silikatglas nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, wobei das Element Zirkonium ist und das Silikatglas einen Varianzkoeffizienten der Zirkoniumkon zentration, gemessen in mehreren Mikrobereichen mit einem Elektronenproben- Mikroanalysator (Röntgenmikroanalysator) im Bereich von 0,1% bis 100% auf weist, wobei der Varianzkoeffizient durch folgende Gleichung definiert wird:
Varianzkoeffizient (%) = σ/C × 100
wobei σ die Standardabweichung und C die Konzentration von Zirkonium ist.

5. Silikatglaselement zur Verwendung in einer Vorrichtung, die ein Gas einer halogenhaltigen Verbindung und ein Plasma davon verwendet, dadurch gekenn zeichnet, dass das Silikatglaselement aus hochbeständigem Silikatglas nach einem der Ansprüche 1 bis 4 hergestellt ist.

6. Halbleiterherstellungsvorrichtung, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung mit einem Silikatglaselement nach Anspruch 5 ausgestattet ist.

7. Vorrichtung zur Herstellung eines Flüssigkristalls, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung mit einem Silikatglasteil nach Anspruch 5 ausgestattet ist.

8. Verfahren zur Herstellung eines hochbeständigen Silikatglasbarrens, dadurch gekennzeichnet, dass man gleichzeitig ein feinverteiltes Siliciumdioxidpulver und eine feinverteilte, Zirkonium enthaltende Substanz in einen eine Knallgasflamme verwendenden Ofen als Wärmequelle fällen lässt, wobei eine angesammelte ge schmolzene zirkoniumhaltige Siliciumdioxidschicht auf dem Boden des Ofens ge bildet wird; und die angesammelte geschmolzene zirkoniumhaltige Siliciumdioxid schicht sich nach Außen in radialer Richtung ausdehnt, wobei ein Barren gebildet wird, in dem Zirkonium in einer Silikatglasmatrix gleichförmig dispergiert ist.

9. Verfahren zur Herstellung eines hochbeständigen Silikatglasbarrens nach An spruch 8, wobei das feinverteilte Siliciumdioxidpulver und die feinverteilte, Zirko nium enthaltende Substanz als feinverteiltes Siliciumdioxidpulver mit darauf abge schiedener, feinverteiltes Zirkonium enthaltender Substanz fallen.

10. Verfahren zur Herstellung eines hochbeständigen Silikatglasbarrens nach An spruch 8, wobei das feinverteilte Siliciumdioxidpulver und die feinverteilte, Zirko nium enthaltende Substanz als Gemisch fallen, das das feinverteilte Siliciumdi oxidpulver und die feinverteilte, Zirkonium enthaltende Substanz umfasst.

11. Verfahren zur Herstellung eines hochbeständigen Silikatglasbarrens nach An spruch 8, wobei das feinverteilte Siliciumdioxidpulver und die feinverteilte, Zirko nium enthaltende Substanz getrennt fallen.

12. Verfahren zur Herstellung eines hochbeständigen Silikatglases nach einem der Ansprüche 8 bis 11, wobei das feinverteilte Siliciumdioxidpulver und die feinver teilte, Zirkonium enthaltende Substanz derart fallen, dass das Siliciumdioxidpulver und die Zirkonium enthaltende Substanz mit der Knallgasflamme als Wärmequelle in Kontakt gebracht werden, wobei eine angesammelte geschmolzene zirkonium haltige Siliciumdioxidschicht gebildet wird, und die angesammelte geschmolzene zirkoniumhaltige Siliciumdioxidschicht auf ausreichend hoher Temperatur zum Halten eines geschmolzenen Zustands gehalten wird, um es dabei nach Außen in radialer Richtung auszudehnen.

13. Verfahren zur Herstellung eines hochbeständigen Silikatglasbarrens nach einem der Ansprüche 8 bis 12, wobei die Menge der feinverteilten, Zirkonium enthalten den Substanz so ist, dass das Gewicht von Zirkonium im Bereich von 0,01 Gew.-% bis 2 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht der Summe des feinverteilten Siliciumdi oxidpulvers und der feinverteilten, Zirkonium enthaltenden Substanz, liegt.

14. Verfahren zur Herstellung eines hochbeständigen Silikatglasbarrens nach einem der Ansprüche 8 bis 13, wobei die feinverteilte, Zirkonium enthaltende Substanz einen mittleren Teilchendurchmesser im Bereich von 0,1 µm bis 300 µm aufweist.

15. Verfahren zur Herstellung eines hochbeständigen Silikatglasbarrens nach einem der Ansprüche 8 bis 14, wobei die Zirkonium enthaltende Substanz mindestens eine Art von Substanz ist, ausgewählt aus metallischem Zirkonium und Zirkoni umverbindungen.

16. Verfahren zur Herstellung eines hochbeständigen Silikatglasbarrens nach einem der Ansprüche 8 bis 14, wobei die Zirkonium enthaltende Substanz Zirkoniumdioxid ist.

17. Verfahren zur Herstellung eines hochbeständigen Silikatglasbarrens nach einem der Ansprüche 8 bis 16, wobei das feinverteilte Siliciumdioxidpulver ein feinver teiltes Pulver von hochreinem Siliciumoxid ist.

18. Verfahren zur Herstellung eines hochbeständigen Silikatglasbarrens nach An spruch 17, wobei das hochreine Siliciumdioxidpulver mindestens ein Siliciumdi oxidpulver ist, ausgewählt aus Siliciumdioxidsand, Felskristallpulver, α-Quarz und Kristobalit.

19. Vorrichtung zur Herstellung eines aus Siliciumdioxid und Zirkonium, wobei Zirkonium gleichförmig in einer Silikatglasmatrix dispergiert ist, bestehenden hochbeständigen Silikatglasbarrens, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (i) einen um seine eigene Achse rotierbaren Ofen, (ii) eine Beschickungsvorrich tung, um feinverteiltes Siliciumdioxidpulver und eine feinverteilte Zirkonium ent haltende Substanz gleichzeitig in den Ofen fallen zu lassen, wobei die Vorrichtung oben am Ofen angebracht ist; und (iii) einen Brenner zum Projizieren einer Knall gasflamme, wobei der Brenner oben am Ofen angebracht ist, umfasst.

20. Vorrichtung zur Herstellung eines hochbeständigen Silikatglasbarrens nach An spruch 19, die weiter eine Vorrichtung zum Rotieren des Ofens um seine eigene Achse, die sich in der Mitte oder in der Nähe davon befindet, umfasst.

21. Vorrichtung zur Herstellung eines hochbeständigen Silikatglasbarrens nach An spruch 19 oder 20, wobei die Vorrichtung (ii) mindestens eine Beschickungsan ordnung umfasst;
wobei die oder jede Beschickungsanordnung (1) einen Beschickungstrichter zum Einbringen eines pulverförmigen Materials, das ein feinverteiltes Siliciumdioxid pulver oder eine feinverteilte, Zirkonium enthaltende Substanz oder ein Gemisch der zwei Pulver oder ein feinverteiltes Siliciumdioxidpulver mit darauf abgeschie dener, feinverteiltes Zirkonium enthaltender Substanz ist, wobei der Beschi ckungstrichter eine Öffnung am unteren Ende davon aufweist; (2) einen rotierbaren Tisch zur Aufnahme des durch die Öffnung des Beschickungstrichters eingebrach ten pulverförmigen Materials; (3) einen Ausgleicher zum Ausdehnen und Ausglei chen in der Höhe eines Haufens des auf den Tisch gebrachten pulverförmigen Ma terials und (4) einen Kratzer zum Entfernen des pulverförmigen Materials mit gleichförmiger Höhe vom Tisch, umfasst.

22. Vorrichtung zur Herstellung eines hochbeständigen Silikatglasbarrens nach einem der Ansprüche 19 bis 21, wobei der Ofen aus Siliciumcarbidziegel hergestellte Seitenwände aufweist.

23. Vorrichtung zur Herstellung eines hochbeständigen Silikatglasbarrens nach einem der Ansprüche 19 bis 22, wobei der Ofen einen mit Zirkoniumdioxidteilchen be deckten Boden aufweist.

24. Verfahren zur Herstellung eines hochbeständigen Silikatglasbarrens, dadurch gekennzeichnet, dass man ein pulverförmiges Material, das feinverteiltes Silicium dioxidpulver und eine feinverteilte, Zirkonium enthaltende Substanz umfasst, durch einen Bereich mit gekoppelten Plasmabögen führt, wobei das pulverförmige Gemisch geschmolzen wird; und das geschmolzene Material gesammelt wird; wobei der Bereich mit gekoppelten Plasmabögen durch Koppeln von mindestens zwei Plasmabögen gebildet wird, die durch mindestens zwei Elektroden mit unterschiedlichen Polaritäten gebildet werden.

25. Verfahren zur Herstellung eines hochbeständigen Silikatglasbarrens nach An spruch 24, wobei die Elektroden symmetrisch und relativ zum Weg des pulverför migen Materials geneigt in der Weise angeordnet sind, dass die den Plasmabogen erzeugenden Spitzen der Elektroden nach innen gerichtet sind, wobei der Nei gungswinkel jeder Elektrode und der Abstand vom Bereich mit gekoppelten Plasmabögen zum gesammelten geschmolzenen Material unabhängig variiert werden können, so dass die Durchlässigkeit eines erhaltenen hochbeständigen Silikatglasbarrens gesteuert werden kann.

26. Verfahren zur Herstellung eines hochbeständigen Silikatglasbarrens nach An spruch 24 oder 25, wobei mindestens eine der Elektroden als Kathode dient und die andere Elektrode oder Elektroden als Anode dient; und die Kathode und die Anode so geneigt sind, dass ein Neigungswinkel von der senkrechten Achse im Bereich von 45 bis 65 Grad oder der Winkel zwischen der Kathode und der Anode im Bereich von 80 bis 130 Grad liegt; und der Abstand zwischen den Spitzen der Kathode und Anode innerhalb 100 mm gehalten wird oder der Abstand vom Bereich mit gekoppelten Plasmabögen zum gesammelten geschmolzenen Material innerhalb 100 mm gehalten wird.

27. Verfahren zur Herstellung eines hochbeständigen Silikatglasbarrens nach einem der Ansprüche 24 bis 26, wobei das geschmolzene Material auf einer Zielscheibe gesammelt wird, während die Zielscheibe um ihre vertikale Achse rotiert oder nach oben in vertikaler Richtung bewegt wird, oder die Zielscheibe um die vertikale Achse rotiert und gleichzeitig damit nach oben in vertikaler Richtung bewegt wird.

28. Verfahren zur Herstellung eines hochbeständigen Silikatglasbarrens nach einem der Ansprüche 24 bis 27, wobei das geschmolzene Material in einem zentralen Teil des Bodens des Behälters gesammelt wird, während der Behälter um seine verti kale Achse rotiert, und das geschmolzene Material auf einer ausreichend hohen Temperatur gehalten wird, um das gesammelte geschmolzene Material sich in radialer Richtung nach Außen ausdehnen zu lassen.

29. Verfahren zur Herstellung eines hochbeständigen Silikatglasbarrens nach einem der Ansprüche 24 bis 28, wobei die Menge der feinverteilten, Zirkonium enthalten den Substanz so ist, dass das Gewicht an Zirkonium im Bereich von 0,01 Gew.-% bis 2 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht der Summe des feinverteilten Siliciumdi oxidpulvers und der feinverteilten, Zirkonium enthaltenden Substanz, liegt.

30. Verfahren zur Herstellung eines hochbeständigen Silikatglasbarrens nach einem der Ansprüche 24 bis 29, wobei die feinverteilte, Zirkonium enthaltende Substanz einen mittleren Teilchendurchmesser im Bereich von 0,1 bis 300 µm aufweist.

31. Verfahren zur Herstellung eines hochbeständigen Silikatglasbarrens nach einem der Ansprüche 24 bis 30, wobei die Zirkonium enthaltende Substanz mindestens eine Art von Substanz ist, ausgewählt aus metallischem Zirkonium und Zirkoni umverbindungen.

32. Verfahren zur Herstellung eines hochbeständigen Silikatglasbarrens nach einem der Ansprüche 24 bis 30, wobei die Zirkonium enthaltende Substanz Zirkoniumdi oxid ist.

33. Verfahren zur Herstellung eines hochbeständigen Silikatglasbarrens nach einem der Ansprüche 24 bis 32, wobei das feinverteilte Siliciumdioxidpulver ein fein verteiltes Siliciumdioxidpulver von hochreinem Siliciumoxid ist.

34. Verfahren zur Herstellung eines hochbeständigen Silikatglasbarrens nach An spruch 33, wobei das hochreine Siliciumoxidpulver mindestens ein Siliciumdi oxidpulver ist, ausgewählt aus Siliciumdioxidsand, Felskristallpulver, α-Quarz und Kristobalit.