由汽相制取的凝胶形成的玻璃体及其生产方法技术

公开的“气凝胶”方法，它包括把含卤化硅的气体（例如，ＳｉＣｌ－［４］＋Ｏ－［２］）引入到含水的介质中。这样形成的溶胶能在几分钟内胶凝，生成整块的凝胶体。此凝胶体可被干燥和密实化成玻璃体，或者最好是，被弄碎成有相当窄的大小分布的颗粒。这样形成的颗粒可用于制取玻璃体。公开了由凝胶形成玻璃体的各种技术。气凝胶法的许多优点中主要的是它具有能制取很均匀的混合氧化物玻璃的能力，而这些组成的玻璃用以前的溶胶—凝胶工艺方法是不可能得到的，另一主要优点是用此法制取的凝胶具有有利的机械性质。（*该技术在2007年保护过期，可自由使用*）

Vitreous body formed by gel made by vapor phase and production method thereof

An open \aerogel\ method comprising introducing a gas containing halogenated silicon (e.g., SiCl [4] + O [2]) into an aqueous medium. This form of sol can in a few minutes the whole generation of gel gel. This gel can be dried and compacted into vitreous body, or preferably, crumble into a particle size distribution is narrow. Particles thus formed can be used to make vitreous bodies. Various techniques for forming glass bodies by gels are disclosed. The main advantages of aerogel method is that it has the ability to produce a uniform mixed oxide glass, which is composed of glass used by sol gel process method is impossible, the other is the main advantage of the mechanical properties is favorable by this method from the gel.

【技术实现步骤摘要】
本专利技术是关于使用通过溶胶-凝胶法制取的母体材料形成含二氧化硅玻璃的方法，以及由此方法生产的玻璃体。近来在用各种溶胶-凝胶法制取玻璃方面作了很多努力。本领域最近的一部分评论文章，例如，D.R.Uhlmann et al.in Better Ceramics Through Chemistry，Materials Research Society Symposia Proceeding，Vol.32，C.J.Brinker et al，editor，(1984)，pp.59～70。制取玻璃母体材料的溶胶-凝胶方法可分为几种，即，使用予先存在的胶体颗粒(例如，气相法二氧化硅)形成凝胶和通过适当的化学化合物水解和聚合的方法形成凝胶。本申请与后一种方法有关，并与两种方法联合有关。此处涉及的各种方法将统称为“聚合”方法。聚合方法既使在过程中可能未形成传统的溶胶也可以导致凝胶形成。然而通常称这些方法为溶胶-凝胶法。典型地，用聚合方法形成的凝胶是属于整块凝胶。这样的凝胶可被想像为连续分子网络，这种网络有海绵状结构，在“海绵”的孔隙中吸附有液体。在已知的聚合方法中突出的是醇盐法，这种方法已有评论，例如，1982年作花济夫(S.Sakka)所著材料科学和工艺专论(Treatise on Maferial Science and Technology)22卷第129～167页(Academic Press)。也可见1982年L.C.Klein等人所著的可溶性硅酸盐(Soluble Silicate，ACS Symposium Series)，194卷第293～304页(美国化学会)。简短地说，醇盐法包括混合醇盐，典型的是硅的醇盐，譬如四乙基正硅酸盐(TEOS)，醇(譬如乙醇)和水。也可加入电介质，例如，HCl或NH4OH。将各组分混合，结果导致形成透明的“溶胶”，由于迅速发生水解继而聚合，聚合的结果溶胶的粘度增加，粘性溶胶变成一种弹性凝胶，其中所有的液相被基本连续的固相网络封闭住。凝胶被干燥典型地是导致形成多孔的，相当硬的固体，这种固体在显著低于玻璃的常规软化温度下用烧结的方法可以转化成玻璃。如果需要的话，可以在烧结之前或在烧结过程中用已知的氯处理方法除去吸附的水和氢氧离子。醇盐法可用于制取掺杂的高二氧化硅玻璃和一些混合的氧化物玻璃，只要其中的掺杂剂或其它所需组分可以醇盐或水可溶或醇可溶的盐类形式得到。由醇盐法制取的材料制备玻璃体的各种不同方法已为人所共知。这些方法中有美国专利4，419，155号中的双分散方法和美国专利3，954，431号中的颗粒熔融法，也可参见S.Sudo等人1983年所著Technical Digest Fourth International Conference on Integrated Optics and Optical Fiber Communication，Tokyo 27 A3-4。3，954，431号专利的方法包括，把来自醇盐的玻璃颗粒用氧等离子喷灯熔融成玻璃基质的方法形成玻璃体。醇盐法的优点是其操作温度相当低以及它经济地生产高纯度玻璃的可能性。常规的醇盐法也有几个缺点。例如，用醇盐法难于生产化学均匀掺杂的玻璃或混合氧化物玻璃。在这种多组分玻璃体系中，如果所有原料水解速率基本相同的话，那么一般可达到均匀。然而，这种情况很少。为了应付这个问题，已提出把水解慢的物质予先水解的方法。使用这样的方法使得整个操作变得复杂;尽管使用该方法，控制胶凝一般难于获得多组分玻璃体系。应付各种母体材料水解速率不同的另一种方法公开于美国专利4，477，580中。醇盐法的其它缺点是要求所有母体材料全是以溶液形式存在。然而，一些重要的母体材料(例如，TEOS)是基本上不溶于水的。所以常常需要加一种其它的不需要的组分(例如，乙醇)到系统中以促进其溶解。而且，醇盐典型地是由较简单的金属囟化物，例如SiCl4，合成而得。这样的方法明显地导致产物更昂贵，而且常常比原始金属囟化物纯度低。醇盐法由于许多参数(例如，PH值、温度、压力、体积、组成、催化剂、搅拌程度以及混合的顺序和速率)全部影响其结果，因之也常常是相当难于可靠地控制。另一缺点是胶凝时间常常过长，在一些情况下，可能是几天或数周，很少少于几小时的。在有可能包括来自溶胶/凝胶的玻璃体的制品中是有由纤维予制棒拉制的光学纤维。这种纤维典型地是以二氧化硅为基础的且包含一个用一种包层环绕接触的芯，芯的折射率比包层的高，以获得适当波长(例如在0.7～1.6μm波长范围内)的电磁辐射的波导。折射率差例如可用掺入一种使折射率上升的掺杂剂(增加折射率的掺杂剂，例如GeO2)到芯区和/或掺入一种向下降的掺杂剂(降低折射率的掺杂剂，例如氟)到包层中的方法来实现。可能包含来自溶胶/凝胶的玻璃体制品的其它例子是透镜和棱镜和高二氧化硅玻璃管，这些玻璃管在许多其它的工业方法中，诸如在MCVD方法中和在半导体等工艺中被用作基管。鉴于用溶胶/凝胶方法制取玻璃有许多潜在的优点，那么没有以前的聚合方法，特别是醇盐法的那许多缺点的形成整块凝胶的方法应是大有意义的。本申请公开了这样一种方法。我们公开了可用相当廉价的，以非常纯的形式得到的母体材料形成含二氧化硅凝胶的聚合方法。本专利技术的方法可使之很迅速地胶凝，对温度、体积、PH值和搅拌程度之类的参数来说一般是相当地不敏感，可形成非常均匀的含二氧化硅的凝胶(包括用以前的聚合技术不可能得到的那些组成的凝胶)，结果所得到的凝胶的性质使它适合于以简单的方法分成予先确定的平均尺寸的颗粒并有窄的粒度分布。本专利技术提供了一种生产玻璃体包括非均匀折射率的玻璃体，例如光学纤维予制棒或光学纤维的方便方法。这种玻璃体可用以下方法生产，即，可用把得自凝胶的多孔物体的密实化(consolidation)方法，以及把得自凝胶的颗粒粘连的方法或用任何其它合适的方法，例如用由坩埚中拉出的方法等。本专利技术的方法可生产得自凝胶的玻璃，这种玻璃在高温操作过程中，例如在纤维拉制过程中，一般地不易发生“发泡”现象。形成含二氧化硅凝胶的新的聚合技术被称之为“气凝胶”技术，它包括把含一种或多种金属囟化物(其中至少一种是硅的囟化物)的气流导入含水介质中，因而形成含硅凝胶。本专利技术的形成玻璃的方法的一个示范实施方案中，由这样得到的凝胶制取基本干燥、多孔的含二氧化硅的颗粒的方法，例如可用把凝胶压经一筛网的方法弄碎(所得颗粒一般地是接近各向等大的)并将所得到的凝胶颗粒干燥的方法制取凝胶。这种干燥的多孔颗粒可在升高的温度下密实化，这样便形成了均相玻璃颗粒。由这样制取的玻璃颗粒(或由干燥的多孔颗粒)可用，例如等离子熔融法或用挤压成型的方法制取玻璃体。在本专利技术的另一个示范实施方案中，未把凝胶弄碎成颗粒。而是制取予先决定形状和尺寸的凝胶体，然后把凝胶体干燥并密实化，结果得到了所需形状和尺寸的玻璃体。导入到含水介质中的气体包括一种或多种硅的囟化物(例如，SiCl4、SiF4、SiCl4-XFX、SiBr4、SiI本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种生产含二氧化硅的玻璃体的方法，该方法包括形成含二氧化硅的凝胶并由此凝胶生产玻璃体；该方法其特征在于该方法包括向含水介质中引入气体流，该气体流包括有效浓度的气态的硅的囟化物，由此从含水介质中形成含二氧化硅的凝胶。

【技术特征摘要】
US 1986-12-11 940,3931.一种生产含二氧化硅的玻璃体的方法，该方法包括形成含二氧化硅的凝胶并由此凝胶生产玻璃体；该方法其特征在于该方法包括向含水介质中引入气体流，该气体流包括有效浓度的气态的硅的囟化物，由此从含水介质中形成含二氧化硅的凝胶。2.如权利要求1所述的方法，进一步包括从SiCl4和SiF4中选择气态硅的囟化物。3.如权利要求1或2所述的方法，其中的气体流包括选自SnCl4、TiCl4、ZrCl4、PbCl2、SbCl3、GeCl4、BCl3和PCl3组成的一组气体的一种气体。4.如权利要求1、2或3所述的方法，进一步包括在含水介质中溶解至少AlCl3、NaCl、NH4B5O8·H2O、H3PO3和H3BO3中的一种。5.如权利要求1、2、3或4所述的方法，其中的含水介质包括预先存在的胶态颗粒。6.如权利要求5所述的方法，其中的含水介质包括气相法二氧...

【专利技术属性】
技术研发人员：詹姆斯威廉姆弗莱明，桑德拉阿兰帕丹尼克，
申请(专利权)人：美国电话电报公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]