[发明专利]合成玻璃颗粒的燃烧器以及制造多孔玻璃体的方法

说明书

1.发明领域

本发明涉及合成玻璃颗粒的燃烧器和为通过气相合成法制造玻璃制品而制造多孔玻璃体的方法。

2.相关技术描述

通常将例如VAD(气相轴向沉积)法、OVA(外部气相沉积)法等气相合成方法作为得到多孔玻璃体的方法，所述多孔玻璃体是制造诸如光纤、光掩膜材料、石英玻璃等各种玻璃制品的前体。在这些方法中，从多个不同的孔口喷射出原料气体(SiCl₄等等)、易燃气体(氢、甲烷、丙烷等等)、以及助燃气体(氧气等等)，它们相互混合以形成火焰。玻璃原料在这样形成的火焰中经过氧化反应或水解反应，以形成玻璃颗粒流。然后，玻璃颗粒在起动棒前端或围绕起动棒顺序地沉积下来。

该气相合成反应是在稍稍远离各个孔出口的区域内进行，在该区域内各气体相互混合。图3A和3B示意性地表示燃烧器内原料水解或氧化的反应状态的例子。在该实施例中，燃烧器16包括四层同轴形成的喷气口，玻璃原料/易燃气体9供给燃烧器16的中心喷孔口，而易燃气体10、隔离气体11和氧气12供给中心喷孔口的外部。由此形成了进行反应的火焰。在图3A的反应区内，水解或氧化反应依照下面的反应式进行。也就是说，在该气相合成法中，原料的有效混合等是提高颗粒玻璃生产率由此提高多孔玻璃体沉积效率以及提高原料成品率的必要条件。顺便提及，图3A中的附图标记14表示原料气体/易燃气体的展开区域，而15是氧气的展开区域。

        

作为以该气相合成法合成玻璃颗粒的燃烧器，已知的是同心多管燃烧器(日本专利未审公开昭61-183140号，日本专利未审公开昭63-55135号等)和多喷嘴燃烧器(日本专利未审公开昭62-187135号和日本专利未审公开平6-247722号等)等等，在上述同心多管燃烧器中同心地设置了多个同轴环形喷嘴，而在多喷嘴燃烧器中，从多个单个喷嘴提供助燃气或易燃气体。

在同心多管燃烧器中，原料气体、助燃气体和易燃气体是从同心设置的同轴环形喷嘴中喷射出来，它们相互混合，以使原料在氢氧焰中经历水解反应或氧化反应。尽管同心多管燃烧器具有容易制造的优点，但是原料气体、易燃气体(燃气)和氧化气体(助燃气体)从燃烧气的开口端喷射的方向相互间基本平行，这样就不能认为这些气体的混合效率好。因此，也不能认为由原料变成玻璃颗粒的水解反应和氧化反应的效率足够高。于是，存在这样一个问题，原料成品率(多孔玻璃体的产量与所加入的原料量的比)相对较低。

另一方面，在多喷嘴燃烧器中，助燃气体或易燃气体从单个小直径的喷嘴中喷出，从而使原料气体、助燃气体和易燃气体彼此混合，以便使原料在氢氧焰中经历水解反应或氧化反应。气体混合效率高，由此气相合成反应的效率提高，并提高了原料成品率。另外，从每个小直径喷嘴喷出的气体流速比其周围的其它气体的流速高，但是由于极好的方向性、较小的流量等因素火焰很稳定。然而，在多喷嘴燃烧器中，必需在燃烧器的有限面积内布置大量小直径的喷嘴，由此与制造同心多管燃烧器相比，要花费更多力气来制造多喷嘴燃烧器。另外，喷嘴的位置和方向将极其灵敏的影响反应，因此由于燃烧器结构(喷嘴布置等)的轻微变位会使原料成品率产生很大变化。因此，存在这样一个问题：很难获得稳定的燃烧器性能，由此很难获得稳定的多孔玻璃体产量。

如上所述，在多喷嘴燃烧器中，氧气等气体可从具有方向性的小直径喷嘴喷向中心部分(朝原料)。这样，原料气体、助燃气体和易燃气体之间的混合效率很高，由此可高产量地沉积多孔玻璃。相反，存在这样一个问题：喷嘴的形状很大地影响着多孔玻璃的沉积率(在各燃烧器中间存在着很大的个体差别)。实际上，要花费很大力气来制造大量喷嘴。

另一方面，制造同心多管燃烧器比制造多喷嘴燃烧器要容易得多(指对制造过程的控制)。然而，在同心多管燃烧器中存在这样一个问题，这样原料气体、助燃气体与易燃气体中的混合效率不象多喷嘴燃烧器中进行的那样高。作为该原因的调查结果，已经证明扩散到原料中心部分的氧气量总是不足(在氧气扩散速度测定过程中)。然而，已经证明，如果增加供氧量，火焰的温度就会下降，从而使原料的反应效率也下降。由此也证明，简单增加氧气量不能解决该问题。