石英玻璃的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种石英玻璃的制备方法，以含硅化合物为原料，含硅化合物经汽化后通入燃烧器，含硅化合物发生化学反应，并沉积形成石英玻璃或二氧化硅疏松体，含硅化合物的分子选自下述硅烷、有机硅烷、有机硅氧烷和聚硅氧烷中的一种。本发明专利技术获得无氯、高光谱透过率、高光学均匀性、结构稳定性的高品质的石英玻璃。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及石英玻璃
，尤其涉及一种高品质的石英玻璃的制备方法。
技术介绍
高品质合成石英玻璃是航天、核技术、激光、精密仪器等高科技领域的不可替代的关键基础材料，高均匀、高透过、高稳定、规模化可持续环保生产、低成本是其未来发展的主要趋势。目前，石英玻璃均是由四氯化硅等含硅的卤素原料通过化学气相沉积(CVD)、等离子化学气相沉积(PCVD)等直接法和间接法合成。四氯化硅等原料是多晶硅生产的副产品，改良西门子法生产1吨多晶硅副产10吨的SiCl4，故SiCl4原料不仅低廉易得，而且常温下为液态、沸点较低，易于得到SiCl4蒸气及利于石英玻璃的沉积。但随着四氯化硅氢化制备三氯氢硅的技术不断完善，实现了多晶硅生产的内部循环，导致四氯化硅已经不是多晶硅生产的副产品，对外应用也逐步减少。近年来四氯化硅价格不断攀升，其低廉易得的优势已不复存在。同时，由于SiCl4原料的问题，合成石英玻璃中无法避免氯离子的引入，只是氯含量存在一定差异而已，其中CVD工艺制备的合成石英玻璃氯离子含量为100～200ppm，PCVD工艺氯离子含量为300ppm以上，间接合成法工艺氯离子含量为50ppm以上(如果采用氯气等含氯的气体脱羟，其氯离子含量高达1000ppm以上)。石英玻璃是典型的[SiO4]四面体结构，由于氯离子的存在，会打断石英玻璃网络结构中的桥氧键，从而消弱玻璃结构并降低粘度，严重影响合成石英玻璃的高温使用性能。石英玻璃中的氯离子会降低真空远紫外的光谱透过率，并且氯离子的分布均匀性也会严重影响合成石英玻璃的光学均匀性等相关性能。此外，以四氯化硅等含硅的卤素原料作为合成石英玻璃生产的主要原料时，生产过程会产生大量的HCl或Cl2等有毒和强腐蚀性气体，对石英玻璃制备工艺设备的安全性和环保压力巨大。
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，主要目的是提高石英玻璃的纯度。为达到上述目的，本专利技术主要提供如下技术方案：一方面，本专利技术提供一种石英玻璃的制备方法，以含硅化合物为原料，所述含硅化合物经汽化后通入燃烧器，所述含硅化合物发生化学反应，并沉积形成石英玻璃或二氧化硅疏松体，所述含硅化合物的分子选自下述硅烷、有机硅烷、有机硅氧烷和聚硅氧烷中的一种。作为优选，所述硅烷为甲硅烷(SiH4)或乙硅烷(Si2H6)。作为优选，所述有机硅烷为乙烯基硅烷、甲基丙烯酰氧基三甲氧基硅烷、甲基三甲氧基硅烷、甲基三乙酰氧基硅烷、甲基三丁酮肟基硅烷、四丁酮肟基硅烷、3-巯丙基三甲氧基硅烷、3-巯丙基三乙氧基硅烷、四甲氧基硅烷、四乙氧基硅烷、四丙氧基硅烷、烷氧基硅烷、烯丙基三甲氧基硅烷、烯丙基三乙氧基硅烷、四乙氧基硅烷、三甲氧基硅烷、三乙氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷或环氧基硅烷。作为优选，所述有机硅氧烷为二甲基硅氧烷、六甲基二硅氧烷(MM)、二乙烯基四甲基二硅氧烷、二甲基乙烯基乙氧基硅烷、八甲基三硅氧烷、十甲基四硅氧烷、十二甲基五硅氧烷或聚二甲基硅氧烷。作为优选，所述聚硅氧烷为六甲基环三硅氧烷(D3)、八甲基环四硅氧烷(D4)、十甲基环五硅氧烷(D5)、十二甲基环六硅氧烷(D6)、十四甲基环七硅氧烷(D7)、十六甲基环八硅氧烷(D8)、十八甲基环九硅氧烷(D9)或二十甲基环十硅氧烷(D10)。作为优选，所述石英玻璃是通过直接合成法或者间接合成法制备。作为优选，所述直接合成法的沉积温度为1000℃～3000℃。作为优选，所述间接合成法在600℃～1200℃温度下沉积形成二氧化硅疏松体，所述二氧化硅疏松体经真空脱羟、脱气和玻璃化后制得石英玻璃。作为优选，所述燃烧器的燃料气体选自下述氢气(H2)、甲烷(CH4)和乙炔(C2H2)的至少一种，助燃气体为O2和/或空气。作为优选，在常温下为气态的原料，直接通入燃烧器。作为优选，在常温下为固态的原料，将原料加热至液态温度，使其转变为液态含硅化合物，所述液态温度为所述原料的熔点以上且不超过所述原料熔点20℃，再将液态的含硅化合物在高于其熔点、低于其沸点的温度范围内，通过鼓泡方式，由载料气体将雾化后的含硅化合物携带进入温度高于含硅化合物沸点的气化瓶中，使含硅化合物转变为气态。作为优选，在常温下为液态的化合物，将其在高于其熔点、低于沸点的温度之间通过鼓泡方式，由载料气体将雾化后的含硅化合物携带进入温度高于含硅化合物沸点的气化瓶中，使含硅化合物转变为气态。作为优选，经汽化后的所述含硅化合物由空气、氧气、氢气、氮气、氩气和氦气中的一种气体或几种气体的混合气载入燃烧器中。与现有技术相比，本专利技术的有益效果在于：本专利技术提供的石英玻璃的制备方法，可以解决目前以四氯化硅等含硅的卤素原料制备合成石英玻璃存在的问题，即以硅烷、有机硅烷、有机硅氧烷、聚硅氧烷等无氯的含硅有机原料为原料，易于纯化，而且本身无毒无腐蚀性，且分子式中无卤素，高温水解或氧化反应后产生SiO2、CO2和水，不产生严重有毒有害腐蚀性物质，尾气处理方便，有利于环境保护；石英玻璃中不含氯，可有效提升其光谱透过率、结构稳定性等性能。此外，无氯的含硅有机原料的硅含量远高于四氯化硅等含硅的卤素原料，进而获得更高的沉积效率，可有效降低成本。综上，无氯的含硅有机原料具有优良的经济性、环保性，是制备更具优越理化性能合成石英玻璃的首选。具体实施方式下面结合具体实施例对本专利技术作进一步详细描述，但不作为对本专利技术的限定。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。一种石英玻璃的制备方法，以含硅化合物为原料，含硅化合物经汽化后通入燃烧器，含硅化合物发生化学反应，并沉积形成石英玻璃或二氧化硅疏松体，含硅化合物的分子选自下述硅烷、有机硅烷、有机硅氧烷和聚硅氧烷中的一种。本专利技术实施例提供的制备方法以不含氯等卤素的含硅有机化合物为原料，该类原料易于纯化，而且该类原料中无卤素，本身无毒无腐蚀性，原料经过高温水解或氧化反应后产生SiO2、CO2和水，不产生严重有毒有害腐蚀性物质，尾气处理方便，有利于环境保护；石英玻璃中不含氯，可有效提升其光谱透过率、结构稳定性等性能。此外，无氯的含硅有机原料的硅含量远高于四氯化硅等含硅的卤素原料，进而获得更高的沉积效率，可有效降低成本。综上，无氯的含硅有机化合物具有优良的经济性、环保性，是制备更具优越理化性能合成石英玻璃的首选。本专利技术实施例中的原料为不包含卤素的含硅有机原料，原料仅由硅和氢组成，或原料仅由硅、氢和碳组成，或原料仅由硅、氢、氧和碳组成的含硅有机化合物等。本专利技术实施例中的原料的具体构造或分子量并无特殊限定，只要能够气化即可。下面分别给出几种优选供选择。硅烷为甲硅烷(SiH4)或乙硅烷(Si2H6)或更高级的硅氢化合物。有机硅烷为乙烯基硅烷、甲基丙烯酰氧基三甲氧基硅烷、甲基三甲氧基硅烷、甲基三乙酰氧基硅烷、甲基三丁酮肟基硅烷、四丁酮肟基硅烷、3-巯丙基三甲氧基硅烷、3-巯丙基三乙氧基硅烷、四甲氧基硅烷、四乙氧基硅烷、四丙氧基硅烷、烷氧基硅烷、烯丙基三甲氧基硅烷、烯丙基三乙氧基硅烷、四乙氧基硅烷、三甲氧基硅烷、三乙氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷或环氧基硅烷等。有机硅氧烷为二甲基硅氧烷、六甲基二硅氧烷(MM)、二乙烯基四甲基二硅氧烷、二甲基乙烯基乙氧本文档来自技高网...

【技术保护点】
石英玻璃的制备方法，以含硅化合物为原料，所述含硅化合物经汽化后通入燃烧器，所述含硅化合物发生化学反应，并沉积形成石英玻璃或二氧化硅疏松体，其特征在于，所述含硅化合物的分子选自下述硅烷、有机硅烷、有机硅氧烷和聚硅氧烷中的一种。

【技术特征摘要】
1.石英玻璃的制备方法，以含硅化合物为原料，所述含硅化合物经汽化后通入燃烧器，所述含硅化合物发生化学反应，并沉积形成石英玻璃或二氧化硅疏松体，其特征在于，所述含硅化合物的分子选自下述硅烷、有机硅烷、有机硅氧烷和聚硅氧烷中的一种。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述硅烷为甲硅烷或乙硅烷；所述有机硅烷为乙烯基三甲基硅烷、甲基丙烯酰氧基三甲氧基硅烷、甲基三甲氧基硅烷、甲基三乙酰氧基硅烷、甲基三丁酮肟基硅烷、四丁酮肟基硅烷、3-巯丙基三甲氧基硅烷、3-巯丙基三乙氧基硅烷、四甲氧基硅烷、四乙氧基硅烷、四丙氧基硅烷、烷氧基硅烷、烯丙基三甲氧基硅烷、烯丙基三乙氧基硅烷、四乙氧基硅烷、三甲氧基硅烷、三乙氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷或环氧基硅烷；所述有机硅氧烷为二甲基硅氧烷、六甲基二硅氧烷、二乙烯基四甲基二硅氧烷、二甲基乙烯基乙氧基硅烷、八甲基三硅氧烷、十甲基四硅氧烷、十二甲基五硅氧烷或聚二甲基硅氧烷；所述聚硅氧烷为六甲基环三硅氧烷、八甲基环四硅氧烷、十甲基环五硅氧烷、十二甲基环六硅氧烷、十四甲基环七硅氧烷、十六甲基环八硅氧烷、十八甲基环九硅氧烷或二十甲基环十硅氧烷。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述石英玻璃是通过直接合成法或者间接合成法制备。4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述直接合成法...

【专利技术属性】
技术研发人员：聂兰舰，王玉芬，向在奎，饶传东，刘飞翔，王蕾，王慧，邵竹锋，贾亚男，王宏杰，符博，张辰阳，
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