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石英玻璃用途与合成方法
发布时间:2019年01月15日    点击次数:    作者:石英仪器
  石英玻璃,由单一组分的二氧化硅组成的特种玻璃,按其纯度分高纯石英玻璃 、普通石英玻璃和掺杂石英玻璃三类,按透明度又分透明和不透明两类;因其具有纯度高、光谱透过性能好、耐高温、抗热冲击、化学性能稳定、耐射线辐照、电绝缘等一系列的优异特性而被称为“玻璃之王”;可制成管、棒、板、块和纤维,可加工成各种形状的仪器器皿,也可切割、研磨、抛光成棱镜、透镜等光学零件,掺入少量杂质可制得特殊性能的新品种, 如超低膨胀、荧光石英玻璃等;因此广泛用于半导体、新型光源、光学、仪表、热工、冶金、化工和建材工业以及激光技术、空间技术、天文工程、核工程、光导通信等高科技领域。

  理化性质:机械强度高,耐高温、热膨胀系数低,耐热震、化学稳定性好,介电强度高、折射率。谧贤、可见和红外光区透过性优良,低温或高温绝缘性能好。

  制备方法

  1.化学气相沉积法(CVD法)采用鼓泡法通过带料气体将四氯化硅液体带入燃烧器,然后由氢-氧气体混合燃烧产生高温火焰对气态四氯化硅进行水解、融化,反应后生成二氧化硅沉积在基体上。CVD 法沉积装置按结构可以分为卧式和立式两种: 相比之下,立式沉积装置中基础杆采用垂直布局,沉积速率更高,能制备大尺寸石英玻璃。

  反应式:SiCl4(气态)+2H2+O2(气)→SiO2↓+4HCl↑

  CVD法合成石英玻璃金属杂质含量低,性能明显优于熔融石英玻璃,比如高的深紫外透过率、高的光学均匀性和优异的耐辐照性能,能满足部分高技术领域的需求。但是CVD法制备的石英玻璃存在一个严重的缺陷: 由于制备过程始终处于一个氢过量的氛围,所以备的石英玻璃中羟基含量较高。研究者普遍认为羟基导致石英玻璃的红外吸收光谱在2.73 μm 处有很强的吸收峰,并且羟基的存在还会导致石英玻璃的密度降低,从而降低其机械性能和热学性能。

  2.高频等离子火焰法

  整套沉积装置中与合成工艺密切相关的是等离子灯炬部分,该灯炬采用四管制:最内部石英玻璃管用于输送原料气体,第二层石英玻璃管用于输送氧气,第三层石英玻璃管用于输送工作气体,最外层采用含氧气体作为冷却气,在最外层的石英玻璃管外环绕三圈高频线圈用于激发等离子体; 内管输送的原料气体与第二层管输送的氧气混合后,进入等离子区进行反应,然后生成石英玻璃微粒,沉积在基台上完成玻璃化过程,得到高品质的无氢石英玻璃锭或石英玻璃砣。
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