发泡石英玻璃、制备方法及石英玻璃反射镜技术

本发明专利技术是关于一种发泡石英玻璃、制备方法及石英玻璃反射镜，其制备方法包括：在压力为0.1‑100Pa真空炉中，对石英玻璃原料进行加热，使石英玻璃软化并沸腾；停止加热，保持真空炉内温度为10‑200Pa；对真空炉进行冷却，冷却速率至少为100℃/h；当真空炉内温度为300℃时，使真空炉内压力与大气平衡，得到粗产品；对粗产品进行退火和冷加工。本发明专利技术的发泡石英玻璃含有大量气泡，能显著降低石英玻璃坯体的重量，并且气泡均匀分布于石英玻璃基体中，不存在接口等缺陷，可广泛应用于航空航天、天文、精密光学领域的光学反射系统中。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种石英玻璃、制备方法及石英玻璃反射镜，特别是涉及一种发泡石英玻璃、制备方法及石英玻璃反射镜。
技术介绍
石英玻璃具有良好的耐辐射、热稳定性、化学稳定性、可加工性等优点，可广泛应用于航空航天、天文、精密光学领域的光学反射系统中。近年来，航空航天和天文等领域对观测精度提出了更高的要求，唯一的方法就是提高反射光学元件的尺寸，而大尺寸元件的重量是该领域无法接受的。因此要求反射光学元件既具有很高的轻量化率，又具有保证光学元件在温度波动时能够保持其面形精度的能力。
技术实现思路
本专利技术的主要目的在于，提供一种新型的发泡石英玻璃、制备方法及石英玻璃反射镜，所要解决的技术问题是使其降低石英玻璃坯体的重量，从而更加适于实用。本专利技术的目的及解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。依据本专利技术提出的一种发泡石英玻璃的制备方法，包括：在压力为0.1-100Pa真空炉中，对石英玻璃原料进行加热，使石英玻璃软化并沸腾；停止加热，保持真空炉内温度为10-200Pa；对真空炉进行冷却，冷却速率至少为100℃/h；当真空炉内温度为300℃时，使真空炉内压力与大气平衡，得到粗产品；对粗产品进行退火和冷加工。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。优选的，前述的发泡石英玻璃的制备方法，其中所述的石英玻璃砣料为JGS1石英玻璃、JGS2石英玻璃、JGS3石英玻璃或低膨胀石英玻璃。优选的，前述的发泡石英玻璃的制备方法，其中所述加热的升温速度为200-700℃/h。优选的，前述的发泡石英玻璃的制备方法，其中所述的石英玻璃软化沸腾时炉内的温度为1760-1850℃，真空度为10-200Pa。本专利技术的目的及解决其技术问题还采用以下的技术方案来实现。依据本专利技术提出的一种发泡石英玻璃，由上述的方法制备而成。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。优选的，前述的发泡石英玻璃，其中所述的发泡石英玻璃内部的气泡为圆形或椭圆形，气泡直径为0.1-50mm。优选的，前述的发泡石英玻璃，其中所述的发泡石英玻璃的密度为0.8-1.5g/cm3。本专利技术的目的及解决其技术问题还采用以下的技术方案来实现。依据本专利技术提出的一种石英玻璃反射镜，包括：轻量化结构层，由上述的发泡石英玻璃制得；盖板层，通过熔融与轻量化结构层连接。优选的，前述的石英玻璃反射镜，其中所述的盖板层由普通石英玻璃或低膨胀石英玻璃构成，厚度为10-30mm。优选的，前述的石英玻璃反射镜，其中所述的轻量化结构层的径厚比小于10:1。借由上述技术方案，本专利技术发泡石英玻璃、制备方法及石英玻璃反射镜至少具有下列优点：本专利技术的发泡石英玻璃的制备方法通过使石英玻璃沸腾并快速降温的过程，在石英玻璃中产生大量的气泡，能够显著降低石英玻璃坯体的重量，并且气泡均匀分布于石英玻璃基体中，不存在接口等缺陷，具有保持表面形状不变的能力，可广泛应用于航空航天、天文、精密光学领域的光学反射系统中。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。附图说明图1是本专利技术的发泡石英玻璃结构示意图。图2是本专利技术的发泡石英玻璃的制备装置的炉体示意图。图3是本专利技术的发泡石英玻璃的制备装置的高温真空炉结构示意图。图4是本专利技术的石英玻璃反射镜的结构示意图。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发泡石英玻璃、制备方法及石英玻璃反射镜其具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如后。在下述说明中，不同的“一实施例”或“实施例”指的不一定是同一实施例。此外，一或多个实施例中的特定特征、结构、或特点可由任何合适形式组合。本专利技术的一个实施例提出的一种发泡石英玻璃的制备方法，其包括：将石英玻璃砣料放入高温真空炉的石墨锅中，扣上炉盖，抽真空至0.1-100Pa，通电并使炉内温度以200-700℃/h的速度迅速升高。当炉内温度超过1760℃后，石墨锅内的石英玻璃开始软化、挥发，此时真空度的数值逐渐升高。当炉内温度为1760-1850℃，真空度为10-200Pa时，此时石英玻璃处于沸腾状态，断开加热电源，以循环水冷却的方式使炉内温度以大于100℃/h的速度迅速降低。断开加热电源的同时关闭真空阀门，切断炉内与外界的联通。当温度低于300℃时，打开放气阀，使炉内气压与外界平衡后，开启炉盖，取出粗产品。再经过退火和冷加工工艺制备得出外形完整的发泡石英玻璃。石墨锅内部附有耐高温材料，防止石英玻璃和石英锅粘结。如图1所示，发泡石英玻璃1中含有大量气泡2，气泡为圆形或椭圆形，直径为0.1-50mm。本专利技术的另一实施例提出一种发泡石英玻璃的制备装置，炉体示意图如图2所示，包括观察窗3、放气阀4、炉壳5、真空管阀门6、真空管道7、电极8、石墨锅9、发热体10、石英玻璃砣料11、出水口12、保温材料13、进水口14、芯杆15、视窗16。高温真空炉的结构示意图如图3所示，炉体为中空设计，便于循环水带走热量；炉体含有进水口14和出水口12，炉体分为两部分：一部分是固定炉壳，内有发热体和隔热材料；一部分是活动炉盖，可以移出。高温真空炉处于加热状态时，炉壳和炉盖为密封连接状态。炉盖位于炉壳的上部或下部。所述发热体10为高纯石墨或金属感应线圈；水循环系统包括水泵和冷却池，采用水泵将冷却池内的循环水抽入炉体内，循环水从炉体内带走热量后，进入冷却池内进行热量交换；抽真空系统包括罗茨泵和机械泵，将炉内和外界环境通过机械泵和罗茨泵连接到一起；温度控制系统是通过控制柜控制发热体的发热功率。如图4所示，本专利技术的实施例提出的一种石英玻璃反射镜，包括：轻量化结构层17，由上述的发泡石英玻璃制得；盖板层18，通过熔融与轻量化结构层连接。其中盖板层由普通石英玻璃或低膨胀石英玻璃构成，厚度为10-30mm，用于反射光。轻量化结构层的径厚比小于10:1，减轻了石英玻璃反射镜的重量。实施例1将15kg、直径为100mm的JGS1石英玻璃砣料放入高温真空炉的石墨锅中，石墨锅中附有耐高温材料石墨纸，扣上炉盖，抽真空至0.1Pa，通电高纯石墨线圈并使炉内温度以200℃/h的速度迅速升高。当炉内温度为1760℃，真空度为10Pa时，此时石英玻璃处于沸腾状态，断开加热电源，以循环水冷却的方式使炉内温度以100℃/h的速度迅速降低。断开加热电源的同时关闭真空阀门，切断炉内与外界的联通。当温度为300℃时，打开放气阀，使炉内气压与外界平衡后，开启炉盖，取出粗产品。再经过退火和冷加工工艺制备得出外形完整的发泡石英玻璃。该发泡玻璃具有椭圆形的气泡，气泡直径为10mm，密度为1.5g/cm3，重量减轻率为30％。将上述发泡石英玻璃通过熔融与盖板层连接，制得石英玻璃反射镜。其中盖板层的厚度为10mm，发泡石英玻璃口径为450mm，厚度为50mm。实施例2将100kg、直径为1000mm的JGS2石英玻璃砣料放入高温真空炉的石墨锅中，石墨锅中附有耐高温材料石墨纸，扣上炉盖，抽真空至100Pa，通电金属感应线圈并使炉内温度以700℃/h的速度迅速升高。当炉内温度为1850℃，真空度为100Pa本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种发泡石英玻璃的制备方法，其特征在于，包括：在压力为0.1‑100Pa真空炉中，对石英玻璃原料进行加热，使石英玻璃软化并沸腾；停止加热，保持真空炉内温度为10‑200Pa；对真空炉进行冷却，冷却速率至少为100℃/h；当真空炉内温度为300℃时，使真空炉内压力与大气平衡，得到粗产品；对粗产品进行退火和冷加工。

【技术特征摘要】
1.一种发泡石英玻璃的制备方法，其特征在于，包括：在压力为0.1-100Pa真空炉中，对石英玻璃原料进行加热，使石英玻璃软化并沸腾；停止加热，保持真空炉内温度为10-200Pa；对真空炉进行冷却，冷却速率至少为100℃/h；当真空炉内温度为300℃时，使真空炉内压力与大气平衡，得到粗产品；对粗产品进行退火和冷加工。2.根据权利要求1所述的发泡石英玻璃的制备方法，其特征在于，所述的石英玻璃砣料为JGS1石英玻璃、JGS2石英玻璃、JGS3石英玻璃或低膨胀石英玻璃。3.根据权利要求1所述的发泡石英玻璃的制备方法，其特征在于，所述加热的升温速度为200-700℃/h。4.根据权利要求1所述的发泡石英玻璃的制备方法，其特征在于，所述的石英玻璃软化沸腾时炉内的温度为1760-1850...

【专利技术属性】
技术研发人员：邵竹锋，向在奎，饶传东，王慧，聂兰舰，王蕾，贾亚男，
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