石英玻璃的制备方法及石英玻璃技术

本发明专利技术是关于一种石英玻璃的制备方法及石英玻璃，涉及石英玻璃制备领域，主要目的在于实现制备羟基含量可控的石英玻璃。方法包括：向烧结空间通入水蒸气气氛，在含有水蒸气的环境下，使水蒸气在二氧化硅疏松体中反应和/或吸附，在二氧化硅疏松体中形成大量的羟基和/或物理吸附水，并将该高羟基含量的二氧化硅疏松体烧结为透明化的石英玻璃；对烧结后制得的透明化的石英玻璃冷却后，获得石英玻璃成品。通过控制水蒸气通入的流量，进而有效控制二氧化硅疏松体中的羟基含量，并通过烧结二氧化硅疏松体，使其中气孔的去除，制备出羟基含量可控的高品质合成石英玻璃，解决现有制备工艺技术中均无法满足石英玻璃对羟基含量不同范围的应用要求。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及石英玻璃制备领域，特别是涉及一种石英玻璃的制备方法及石英玻璃。
技术介绍
石英中羟基(OH-)含量对石英玻璃的品质影响很大,如它能将对一定波长的红外光波强烈的吸收,随着石英玻璃中羟基含量的变化,石英玻璃的性能也发生变化；另外，石英玻璃中的羟基在某些场合下对其性能有益，如在航天领域，由于具有较强的宇宙射线辐照，要求石英玻璃具备耐宇宙射线辐照性能，要求的羟基含量较高。因此，不同领域，要求的石英玻璃中羟基含量不同，需实现对石英玻璃中的羟基含量可控，才能满足不同应用领域对石英玻璃的应用需求。目前，石英玻璃的制备工艺主要分为直接法制备工艺和间接法制备工艺，在直接法制备工艺中，石英玻璃用水晶、硅石、含硅化合物为原料，经高温熔化或化学气相沉积而成，熔制方法有电熔法、气炼法、化学气相沉积CVD和等离子化学气相沉积PCVD等。在间接法制备工艺中，用含硅原料，经过低温化学气相沉积合成制得玻璃中间体，即二氧化硅疏松体，再将玻璃中间体直接在常压下进行区熔逐步烧结，即二氧化硅疏松体通过机械装置持续缓慢经过高温加热带，在很窄的加热区进行一段一段逐步烧结，将玻璃中间体烧结成石英玻璃，整个过程需要24h以上。其中，通过不同的制备工艺生产的石英玻璃具有不同羟基含量值，如电熔法可制备10ppm的石英玻璃、气炼法可制备200ppm的石英玻璃、化学气相沉积CVD可制备1000ppm的石英玻璃和等离子化学气相沉积PCVD可制备5ppm的石英玻璃。在实现本专利技术过程中，专利技术人发现现有技术中至少存在如下问题：现有石英玻璃制备工艺中，对羟基含量不可控，无法进行羟基的主动精确调控，无法满足航天、半导体光刻、强激光等高端市场需求。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术提供一种石英玻璃的制备方法及石英玻璃，主要目的在于实现制备羟基含量可控的石英玻璃。为达到上述目的，本专利技术主要提供如下技术方案：本专利技术的实施例提供一种石英玻璃的制备方法，用于将二氧化硅疏松体在烧结空间制备成石英玻璃成品，其中，所述二氧化硅疏松体内具有气孔；所述方法包括：向所述烧结空间通入水蒸气气氛，在含有水蒸气的环境下，对所述二氧化硅疏松体进行烧结，并将二氧化硅疏松体烧结为透明化的石英玻璃；对烧结后制得的透明化的石英玻璃冷却后，获得所述石英玻璃成品。本专利技术的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。可选的，前述的石英玻璃的制备方法，其中所述向所述烧结空间通入水蒸气气氛，在含有水蒸气的环境下，对所述二氧化硅疏松体进行烧结，并将二氧化硅疏松体烧结为透明化的石英玻璃，具体包括：对所述烧结空间加热的温度至T1摄氏度，向所述烧结空间通入水蒸气气氛；在T1摄氏度保温S1小时，使二氧化硅疏松体与水蒸气反应生成羟基；对所述烧结空间加热的温度至T2摄氏度，保温S2小时，使所述二氧化硅疏松体烧结为透明化的石英玻璃，其中，T2大于T1。可选的，前述的石英玻璃的制备方法，其中所述向所述烧结空间通入水蒸气气氛，具体为：持续向所述烧结空间通入水蒸气气氛。可选的，前述的石英玻璃的制备方法，其中T1在500～1200℃之间，T2在1000～1700℃之间，S1在1～5小时之间，S2在1～5小时之间。可选的，前述的石英玻璃的制备方法，其中在T1摄氏度保温S1小时，使二氧化硅疏松体与水蒸气反应生成羟基，具体包括：从烧结空间的出气口抽真空，将所述烧结空间同时处于负压环境和T1摄氏度下，保温S1小时，使二氧化硅疏松体与水蒸气反应生成羟基；或在常压和T1摄氏度保温S1小时，使二氧化硅疏松体与水蒸气反应生成羟基；或对烧结空间加压，将所述烧结空间同时处于正压环境和T1摄氏度下，保温S1小时，使二氧化硅疏松体与水蒸气反应生成羟基。可选的，前述的石英玻璃的制备方法，其中负压环境在0.01～500pa。可选的，前述的石英玻璃的制备方法，其中对所述烧结空间加热的温度至T2摄氏度，保温S2小时，使所述二氧化硅疏松体烧结为透明化的石英玻璃，具体包括：从烧结空间的出气口抽真空，将所述烧结空间同时处于负压环境和T2摄氏度下，保温S2小时，使所述二氧化硅疏松体烧结为透明化的石英玻璃；或在常压和T2摄氏度保温S2小时，使所述二氧化硅疏松体烧结为透明化的石英玻璃；或对烧结空间加压，将所述烧结空间同时处于正压环境和T2摄氏度下，保温S2小时，使所述二氧化硅疏松体烧结为透明化的石英玻璃。可选的，前述的石英玻璃的制备方法，其中对所述二氧化硅疏松体进行烧结，具体为：所述二氧化硅疏松体以1～100℃/min的升温速率进行升温至保温状态，烧结温度为500～1700℃，保温时间为1-50小时。可选的，前述的石英玻璃的制备方法，其中所述水蒸气气氛的中水蒸气流速在1～100L/min。可选的，前述的石英玻璃的制备方法，其中所述水蒸气气氛包括载料气体和水蒸气，所述载料气体包括氮气、氩气或氦气中的至少一种。可选的，前述的石英玻璃的制备方法，其中所述二氧化硅疏松体为掺钛二氧化硅疏松体。可选的，前述的石英玻璃的制备方法，其中所述二氧化硅疏松体由含硅原料在500～1200℃的燃烧火焰中，反应生成二氧化硅颗粒，使所述二氧化硅颗粒沉积形成。可选的，前述的石英玻璃的制备方法，其中所述二氧化硅疏松体由含硅原料经低温化学气相沉积合成制得，所述二氧化硅疏松体为高纯二氧化硅疏松体或掺杂二氧化硅疏松体，其中，所述高纯二氧化硅疏松体中二氧化硅的含量在99.99％以上。另一方面，本专利技术的实施例提供一种石英玻璃，包括：石英玻璃成品，所述石英玻璃成品采用上述的石英玻璃的制备方法制备而成。借由上述技术方案，本专利技术技术方案提供的石英玻璃的制备方法及石英玻璃至少具有下列优点：本专利技术实施例提供的技术方案中，将二氧化硅疏松体在烧结空间制备成石英玻璃成品过程中，通过向烧结空间内通入水蒸气气氛，在高温下，水蒸气气氛中的水蒸气会与二氧化硅疏松体发生化学反应，生成羟基，从而提高二氧化硅疏松体中羟基的含量；通过控制水蒸气通入的流量，进而有效控制二氧化硅疏松体中的羟基含量，并通过烧结二氧化硅疏松体，使其中气孔的去除，制备出羟基含量可控的高品质合成石英玻璃，解决现有制备工艺技术中均无法满足石英玻璃对羟基含量不同范围的应用要求。上述说明仅是本专利技术技术方案的概述，为了能够更清楚了解本专利技术的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本专利技术的较佳实施例并配合附图详细说明如后。附图说明通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本专利技术的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：图1是本专利技术的实施例提供的一种石英玻璃的制备方法的流程示意图；图2是本专利技术的实施例提供的一种具体的石英玻璃的制备方法的流程示意图；图3是本专利技术的实施例提供的一种制备石英玻璃的烧结装置的剖视结构示意图；图4是本专利技术的实施例提供的另一种制备石英玻璃的烧结装置的剖视结构示意图；图5是本专利技术的实施例提供的一种制备石英玻璃的系统的结构示意图。具体实施方式为更进一步阐述本专利技术为达成预定专利技术目的所采取的技术手段及功效,以下结合附图及较佳实施例，对依据本专利技术提出的石英玻璃的制备方法及石英玻璃其具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种石英玻璃的制备方法，用于将二氧化硅疏松体在烧结空间制备成石英玻璃成品，其中，所述二氧化硅疏松体内具有气孔；其特征在于，所述方法包括：向所述烧结空间通入水蒸气气氛，在含有水蒸气的环境下，对所述二氧化硅疏松体进行烧结，并将二氧化硅疏松体烧结为透明化的石英玻璃；对烧结后制得的透明化的石英玻璃冷却后，获得所述石英玻璃成品。

【技术特征摘要】
1.一种石英玻璃的制备方法，用于将二氧化硅疏松体在烧结空间制备成石英玻璃成品，其中，所述二氧化硅疏松体内具有气孔；其特征在于，所述方法包括：向所述烧结空间通入水蒸气气氛，在含有水蒸气的环境下，对所述二氧化硅疏松体进行烧结，并将二氧化硅疏松体烧结为透明化的石英玻璃；对烧结后制得的透明化的石英玻璃冷却后，获得所述石英玻璃成品。2.根据权利要求1所述的石英玻璃的制备方法，其特征在于，所述向所述烧结空间通入水蒸气气氛，在含有水蒸气的环境下，对所述二氧化硅疏松体进行烧结，并将二氧化硅疏松体烧结为透明化的石英玻璃，具体包括：对所述烧结空间加热的温度至T1摄氏度，向所述烧结空间通入水蒸气气氛；在T1摄氏度保温S1小时，使水蒸气在二氧化硅疏松体中反应和/或吸附，在二氧化硅疏松体中形成大量的羟基和/或物理吸附水；对所述烧结空间加热的温度至T2摄氏度，保温S2小时，使二氧化硅疏松体烧结为透明化的石英玻璃，其中，T2大于T1。3.根据权利要求2所述的石英玻璃的制备方法，其特征在于，所述向所述烧结空间通入水蒸气气氛，具体为：持续向所述烧结空间通入水蒸气气氛。4.根据权利要求2所述的石英玻璃的制备方法，其特征在于，T1在500～1200℃之间，T2在1000～1700℃之间，S1在1～5小时之间，S2在1～5小时之间。5.根据权利要求2所述的石英玻璃的制备方法，其特征在于，在T1摄氏度保温S1小时，使水蒸气在二氧化硅疏松体中反应和/或吸附，在二氧化硅疏松体中形成大量的羟基和/或物理吸附水，具体包括：从烧结空间的出气口抽真空，将所述烧结空间同时处于负压环境和T1摄氏度下，保温S1小时，使水蒸气在二氧化硅疏松体中反应和/或吸附，在二氧化硅疏松体中形成大量的羟基和/或物理吸附水；或在常压和T1摄氏度保温S1小时，使水蒸气在二氧化硅疏松体中反应和/或吸附，在二氧化硅疏松体中形成大量的羟基和/或物理吸附水；或对烧结空间加压，将所述烧结空间同时处于正压环境和T1摄氏度下，保温S...

【专利技术属性】
技术研发人员：聂兰舰，向在奎，饶传东，王蕾，刘飞翔，邵竹锋，王慧，王宏杰，贾亚男，符博，张辰阳，王玉芬，
申请(专利权)人：中国建筑材料科学研究总院，
类型：发明
国别省市：北京;11