一种多孔石英材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种多孔石英材料及其制备方法。所述多孔石英材料具有密闭的多孔结构，密度在0.6g/cm

【技术实现步骤摘要】
一种多孔石英材料及其制备方法
本专利技术属于石英材料制备领域，更具体地，涉及一种多孔石英材料及其制备方法。
技术介绍
耐高温的保温材料，有着广泛的应用前景，例如在现有的高温烧制炉中，包括马弗炉、烧制炉、窑炉等使用的耐火砖，又如半导体制备过程，需要高纯度的耐高温保温材料，避免保温材料中的杂质对半导体产品品质的影响。综合高温耐受性、机械加工性能、以及保温性能，目前最佳的耐高温的保温材料是石英砖。然而现有的石英砖是通过添加发泡剂形成的内部多气泡的石英材料，由于添加了发泡剂因此引入了碱性金属污染，不能应用于对环境杂质要求非常高的领域，比如光纤预制棒制备和半导体玻璃器件加工。同时这样内部具有气泡的石英材料，密度较大，在2.2g/cm3至2.3g/cm3之间，在炉膛工作温度下温度达到2000℃，热量自然上升，会导致炉顶温度较高，导致顶部的石英砖断裂掉落，砸伤工件，使加工中断，甚至造成工件的报废。
技术实现思路
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术提供了一种多孔石英材料及其制备方法，其目的在于，通过旋转沉积的方式制备低密度、高强度、高纯度、机械加工性能和保温性能良好的耐高温多孔石英材料，由此解决现有技术耐高温的石英保温材料密度较大、使用寿命短的技术问题。为实现上述目的，按照本专利技术的一个方面，提供了一种多孔石英材料，所述多孔石英材料具有密闭的多孔结构，密度在0.6g/cm3至2.1g/cm3，纯度在99％以上，碱金属含量低于50ppm。优选地，所述多孔石英材料，其所述多孔石英材料密度在1.62g/cm3至2.1g/cm3，优选1.7g/cm3至1.9g/cm3，其SiO2纯度98％以上。优选地，所述多孔石英材料，其所述多孔石英材料，0.2MPa荷重软化温度1320℃至1580℃，常温耐压强度≥15MPa。按照本专利技术的另一个方面，提供了一种所述多孔石英材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将石英颗粒原料通过在其带入喷灯，经喷灯加热至表面熔融，采用旋转沉积法沉积形成疏松的沉积石英体；(2)控制步骤(1)中的沉积石英体尖端温度在1600℃至1900℃，优选1650℃至1800℃；控制炉膛温度稳定在1150℃至1500℃，优选控制炉膛温度在1170℃至1142℃；基板的下降的速度在1mm/min-8mm/min之间，优选1.8-3mm/min，使得石英体尖端维持在固定高度。(3)停止沉积，无需退火，直接冷却。优选地，所述多孔石英材料的制备方法，其还包括以下步骤：(4)将冷却的石英体表面熔融，形成内部闭孔的多孔石英材料；优选地，所述多孔石英材料的制备方法，其步骤(4)采用火焰将多孔石英体表面烧透，使得所述多孔石英体表面熔融。优选地，所述多孔石英材料的制备方法，其步骤(4)将所述多孔石英体置于1500℃至1800℃环境，优选1600℃-1720℃环境，保温1-5小时。优选地，所述多孔石英材料的制备方法，其步骤(4)将所述多孔石英体置于烧结炉中。优选地，所述多孔石英材料的制备方法，其步骤(1)所述旋转沉积法采用喷灯内置的旋转沉积炉，氢气流量控制为60slm至120slm，氧气流量控制为42slm至80slm，氢气与氧气比例控制在1.4:1～1.8:1。总体而言，通过本专利技术所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：制备的闭孔的多孔石英柱体，具有更轻的质量，更强的支撑强度，更长的使用寿命。可以根据使用需求进行切割和机加工，比如制备成多孔的石英砖，作为炉膛的支撑材料或者保温材料，并且在机械加工中，由于其多孔的结构，可大幅度降低对加工刀具的损耗，从而降低整个加工的综合成本。本方法相比与现有制备高纯多孔石英材料的技术，本专利技术不需要添加发泡剂等及其他材料，可以直接使用石英砂沉积形成多孔结构的石英材料；应用现有的旋转沉积炉即可完成制备，开发成本低，生产效率高。附图说明图1是本专利技术提供的多孔石英材料制备示意图。在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：101为供料系统，102为H2管道，103为O2管道，104为氢氧焰，105为喷灯，106为石英体尖端，107为炉腔，108、109为观察口，110为通气道，112为监控摄像机，113为基板，114为旋转台，115为支架。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。此外，下面所描述的本专利技术各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。本专利技术提供的多孔石英材料，具有密闭的多孔结构，密度在0.6g/cm3至2.1g/cm3，纯度在99％以上，碱金属含量低于50ppm，优选低于30ppm；所述多孔石英材料密度在1.62g/cm3至2.1g/cm3，优选1.7g/cm3至1.9g/cm3。所述多孔石英材料，0.2MPa荷重软化温度1320℃至1580℃，其常温耐压强度10MPa-22Mpa。本专利技术提供的多孔石英材料，纯度高、杂质含量低能应用于光纤预制棒熔接炉体制造和半导体器件的熔接加工炉体制造；其密闭的多孔结构，闭孔率高；密度远低于现有的石英砖，降低自身重力引起塌落的几率，甚至可以低于1.0g/cm3，密度、机械加工性能和强度类似于木材，能实现复杂形状的加工，相比于现用石英砖相同加工工序，加工效率提高60％以上；大大降低了对加工刀具的磨损；同时具有耐高温和保温性能。其保温性能一方面来自于多孔结构，降低热交换效能，另一方面来自于高温下多孔石英材料对于热辐射的阻断作用，所述多孔石英材料在高温下呈现良好的保温性能。本专利技术提供的多孔石英材料用于搭建炉膛，具有更好的保温性能，并在高温下保持良好的支撑性能，降低顶部的塌落；其纯度高，特别是在高纯玻璃工件加工中，不会引入杂质，对玻璃工件的性能不会造成影响本专利技术提供的多孔石英材料的制备方法，包括以下步骤：(1)将石英颗粒原料通过在其带入喷灯，经喷灯加热至表面熔融，采用旋转沉积法沉积形成疏松的沉积石英体；优选地，所述旋转沉积法采用喷灯内置的旋转沉积炉，氢气流量控制为60slm至120slm，氧气流量控制为42slm至80slm，氢气与氧气比例控制在1.4:1～1.8:1。(2)控制步骤(1)中的沉积石英体尖端温度在1600℃至1900℃，优选1650℃至1800℃；控制炉膛温度稳定在1150℃至1500℃，优选控制炉膛温度在1170℃至1142℃；控制所述沉积石英体尖端在炉膛内基板下降的速度是1.2mm/min-8mm/min，优选1.8-3mm/min。(3)停止沉积，无需退火，直接冷却。(4)为了提高材料的保温性能，提高闭孔率，优选将冷却的石英体表面熔融，形成内部闭孔的多孔石英材料；可采用两种处理方式：A、采用火焰将多孔石英体表面烧透，使得所述多孔石英体表面熔融。或B、将所述多孔石英体置于烧结炉中，1500℃至1800℃环境，优选1600℃-1720℃环境，保温1-5小时。本专利技术提供的多孔石英材料的制备方法中步骤(2)对多孔石英提尖端的温度控制是制备关键，其要求石英砂颗粒表面而非整体经过喷灯熔融后叠在一起形成多孔结构，然后在炉膛内保温，使得石英砂部分熔融，流动本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种多孔石英材料，其特征在于，所述多孔石英材料具有密闭的多孔结构，密度在0.6g/cm3至2.1g/cm3，纯度在99％以上，碱金属含量低于50ppm。

【技术特征摘要】
1.一种多孔石英材料，其特征在于，所述多孔石英材料具有密闭的多孔结构，密度在0.6g/cm3至2.1g/cm3，纯度在99％以上，碱金属含量低于50ppm。2.如权利要求1所述的多孔石英材料，其特征在于，所述多孔石英材料密度在1.62g/cm3至2.1g/cm3，优选1.7g/cm3至1.9g/cm3。3.如权利要求1所述的多孔石英材料，其特征在于，所述多孔石英材料，0.2MPa荷重软化温度1320℃至1580℃，常温耐压强度≥15MPa。4.如权利要求1所述的多孔石英材料，其特征在于，所述多孔石英材料碱金属含量低于30ppm。5.如权利要求1至4任意一项所述的多孔石英材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将石英颗粒原料通过在其带入喷灯，经喷灯加热至表面熔融，采用旋转沉积法沉积形成疏松的沉积石英体；(2)控制步骤(1)中的沉积石英体尖端温度在1600℃至1900℃，优选1650℃至1800℃；控制炉膛温度稳定在1150℃至1500℃，优选控制炉膛温度在1170℃...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭飞，李志涛，陈刚，熊良明，罗杰，
申请(专利权)人：长飞光纤光缆股份有限公司，
类型：发明
国别省市：湖北,42