在合成玻璃质二氧化硅中的大制品的制造制造技术

一种基本上不含气泡的合成玻璃质二氧化硅的制品的制备方法，该制品没有局部折射率变化（条纹），适合用于光学应用，该方法包括，对含有不能接受的气泡的合成玻璃质二氧化硅的锭料进行首次热处理过程，该过程包括在１，２５０－１，５００℃温度范围和在１０－２５０兆帕压力下的热等静压，然后，在０．０１－１兆帕压力范围和１，５５０－１，８５０℃温度范围进行二次热处理过程。

The manufacture of large products in synthetic vitreous silica

A preparation method of basically a bubble free synthetic vitreous silica products, the products have no local refractive index changes (stripe), suitable for optical applications, the method includes to contain unacceptable bubble synthetic vitreous silica ingot for heat treatment process, the process includes in 1250 1500 and 10 in the temperature range 250 MPa under the pressure of hot isostatic pressing, then two heat treatment process was carried out in 0.01 - 1 MPa pressure range and temperature range 1550 - 1850.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及由合成玻璃质二氧化硅玻璃制造基本上不含气泡的大制品。具 体地，本专利技术涉及制造用于光学应用的玻璃质二氧化硅制品，所述光学应用例 如有作为视窗，作为透镜或作为光掩模，或者用于半导体工业。
技术介绍
半导体和其他工业寻求大尺寸的合成玻璃质二氧化硅产品，对大多数要求 苛刻的应用来说，该产品需要不含气泡或内含物，并且必须具有优良的光学质量、良好的折射率一致性和良好的uv透射性。对于一些应用，即使在来自如 波长为248纳米(KrF激光)和193纳米(ArF激光)的受激准分子激光器的真空 紫外线中经过高能辐照后，制品还必须具有良好的耐过度辐射作用(黑化)。需要的玻璃通常是通过气相沉积法由合适的挥发性含硅前体形成。合适的 前体包括卤代硅烷(如，四氯化硅)、烷氧基硅烷(如，甲基三甲氧基硅烷，MTMS) 和硅氧垸(如，八甲基环四硅氧垸，0MCTS)。将这种前体化合物输入火焰或等 离子体中，前体通过氧化或水解转化为超细二氧化硅颗粒。在这些颗粒直接烧 制为透明玻璃(直接沉积过程)时的高温，或者这些颗粒积聚为多孔"烟炱体" 时的低温条件下，将这些颗粒收集在一基材上，所述多孔"烟炱体"然后在氦 气或真空下于高温固结为透明玻璃(两步工艺)。作为后一方法的一部分，烟炱 体可以在含氯气氛中加热，然后固结，以对产品进行脱水和纯化。直接沉积法的优点是能以合理的经济性制造大的锭料，通过适当选择沉积 条件，可以在沉积过程中结合控制量的氢。已经发现这种掺杂氢的玻璃在UV 辐照影响下能耐黑化，这表明玻璃在涉及强UV辐照的重要应用中具有延长的 寿命。按照这种方式，通常可以制造氢含量在10"-1019个分子/厘米:'的玻璃。还不清楚在沉积过程结合氢的确切机理。氢可能是火焰中含氢物质产生 的，所述火焰通常是氧-氢或氧-甲烷(即天然气)火焰，或者当前体为有机硅化 合物时，氢由前体形成。但是，无论取何种机理，玻璃在冷却时都具有被氢过 饱和的趋势，过饱和经常达到这样的程度假如对预先形成的玻璃进行氢掺杂以实现这样的过饱和水平，则必须在高压釜内，在高压和高温条件下将玻璃制 品在氢中浸较长的时间。在大气压力下进行沉积的过程中，以高过饱和程度存在于玻璃中的氢在沉 积期间会产生一个问题。如果粉尘颗粒(如烟炱颗粒从炉顶或炉壁下落)撞击锭 料的热沉积表面，这些颗粒可能成为形成微气泡的核。此外，因为靠近锭料 表面的玻璃保持较长时间的高温，将锭料从热区缓慢拉出时，这些微气泡因为 氢的脱溶而继续成长至较大尺寸，直到被玻璃"冷冻"，最终阻止其进一步 成长。在最终产品中，这些气泡是不可接受的。确实，依据最终产品或由指定 锭料制造的产品的尺寸， 一个或多个气泡显会著降低由该锭料制造有用产品的 产率。这种问题随指定锭料的尺寸或由锭料制造的产品的尺寸的增大而变得更 加严重。因此，制造小尺寸的无气泡的高质量玻璃质二氧化硅制品相对容易， 但是，随锭料尺寸或由锭料制造的产品的尺寸增大，包含一个或多个气泡的危 险也增加，更难以实现可靠和可重复地生产无气泡的制品。当今生产的典型大锭料的直径(通过机加工去除外面一层不被接受的材料后)大于400毫米，总重 量超过200千克，甚至可以制造更大尺寸的锭料，如直径大于500毫米，总重 量超过350千克的锭料。制造这种大锭料的沉积方法保持了许多年，而这种方 法很难保证在制造这样大体积的合成玻璃质二氧化硅过程中完全不存在引起 气泡的缺陷。另一方面，有一些要求非常高的应用需要由合成玻璃质二氧化硅制造的大 制品，例如，大视窗、大透镜和用于生产LCD显示屏中所含集成电路及滤光器 的大光掩模基板。目前生产的LCD光掩模基板的单位重量通常为26千克，当 今最大可达到49千克，未来会需要更大的重量。这些应用要求优良的光学质 量且总体上不存在任何气泡，制造完全不存在气泡的原初玻璃锭料提出了严峻 的技术挑战。虽然应做出各种努力来消除这些气泡的诱因，但是在沉积过程中仍存在形 成一个或多个气泡的危险。因此，需要开发一些方法来消除沉积后的任何气泡。 实现去除气泡的一种已知方法是热等静压法，该方法中，将玻璃质二氧化硅锭 料放在高压釜中，在高温和低溶解度的惰性气体(如氩气)产生的高压下保持足 够长的时间，使包含的所有气泡破裂并完全消解(例如，在美国专利4,414,014 中所述)。这种方法通常称作热等静压(HIP)。这种方法一直被用来例如从焰熔的玻璃质二氧化硅中消除小气泡，这种玻 璃质二氧化硅用于制造基板和用于光纤制造的覆层管。但是，用该方法处理通过直接沉积法制造的合成玻璃质二氧化硅中的相对大的气泡时，发现所得玻璃 产品产生不能接受的应力双折射现象，在气泡破裂的区域的折射率具有非均一 性。为此，热等静压不能从直接沉积的合成玻璃质二氧化硅中充分去除大气泡。 夹杂相对小的气泡是通过两步"烟贫和烧结物"法制造的合成玻璃质二氧 化硅玻璃中存在的一个问题，因为在烧结(固结)步骤捕获了气体。可以采用HIP 处理来消除这些气泡，但是这会使玻璃处于致密化态，玻璃中可能存在折射率 不均匀的情况，使这种玻璃不适合用于精密的光学应用。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供解决上述困难的方法。近来的研究发现，如果在热等 静压处理去除气泡之后，在较高温度下对锭料进一步热处理，观察到的局部双 折射以及折射率非均一性显著减小或消除。此外，如果二次热处理能允许玻璃 例如在其软化后的滑移或再成形(模制)期间发生一定程度的流动，得到尺寸或 形状明显不同于原锭料的尺寸或形状的产品(例如，将圆柱形锭料再成形为直 径更大的圆柱形产品，或者正方形或矩形产品)，则将显著有助于上述改进。本专利技术一个方面提供一种制造基本上不含气泡的合成玻璃质二氧化硅的 制品的方法，该制品没有局部折射率变化(条纹)，适合用于光学应用，其中， 对含有不能接受的气泡的合成玻璃质二氧化硅的锭料进行首次热处理，该处理过程包括在1， 250-1， 500。C温度范围和在10-250兆帕压力下的热等静压，然后， 在较低压力和1, 550-1， 85(TC温度范围进行二次热处理过程。较好地，首次热 处理过程在50-120兆帕压力范围下进行。较好地，二次热处理过程包括锭料的一定程度的流动或再成形，但是通过 涉及最少量流动的二次热处理也能获得可接受的结果。在优选的实施方式中，二次热处理在0.01-1兆帕压力范围的惰性气氛中 进行。锭料在进行热等静压之前的重量例如大于IOO千克，大于200千克，甚至 大于300千克。本专利技术还可以扩展至通过本文所述的方法中的任何一种方法制造的基本 不含气泡的合成玻璃质二氧化硅的制品。或者，本专利技术提供一种基本上不含气泡的合成玻璃质二氧化硅的制品，该 制品没有局部折射率变化(条纹)，适合用于光学应用，可通过以下方法制造 对含有不能接受的气泡的合成玻璃质二氧化硅的锭料进行首次热处理，该处理过程包括在1,250-1，50CTC温度范围和在10-250兆帕压力下的热等静压，然 后，在0.01-1兆帕压力范围和1,550-1，85(TC温度范围进行二次热处理过程。 较好地，首次热处理过程在50-120兆帕压力范围下进行。在另一个方面，本专利技术提供一种由经过热等静压的锭料形成的基本上不含 气泡的合成玻璃质二氧化硅的制品，该制品没有局部折射率变本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基本上不含气泡的合成玻璃质二氧化硅的制品的制备方法，该制品没有局部折射率变化（条纹），适合用于光学应用，该方法包括：对含有不能接受的气泡的合成玻璃质二氧化硅的锭料进行首次热处理过程，该过程包括在１，２５０－１，５００℃的温度范围和１０－２５０兆帕的压力下的热等静压，然后，在０．０１－１兆帕的压力范围和１，５５０－１，８５０℃温度下进行二次热处理过程。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：IG塞斯，
申请(专利权)人：圣戈班石英私人有限公司，
类型：发明
国别省市：GB[英国]