石英玻璃的制备方法及石英玻璃技术

本发明专利技术是关于一种石英玻璃的制备方法及石英玻璃，涉及石英玻璃制造技术领域，主要目的在于提高石英玻璃成品在氢氟酸和氟气F2等含氟环境下的耐腐蚀性。方法包括：通过球磨混合工艺将含硅原料、第一掺杂氧化物、第二掺杂氧化物球磨混合均匀，获得掺杂混合料，所述第一掺杂氧化物包括Al2O3，所述第二掺杂氧化物包括ZrO2、Y2O3、La2O3、Sc2O3、ThO2、V2O5、TiO2中的至少一种；将所述掺杂混合料经过烧制工艺烧制为石英玻璃成品。在所述石英玻璃成品内部Al2O3和ZrO2、Y2O3、La2O3、Sc2O3、ThO2、V2O5、TiO2中的至少一种以网络中间体或网络外体形式填充在SiO2四面体网络结构的孔隙中，石英玻璃抗酸性腐蚀能力较强。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及石英玻璃制造
，特别是涉及一种石英玻璃的制备方法及石英玻璃。
技术介绍
石英玻璃是以二氧化硅作为主要成分的非晶态材料，其微观结构是一种由二氧化硅四面结构体结构单元组成的单纯网络，由于Si-O化学键能很大，结构很紧密，所以石英玻璃具有独特的性能，如耐高温、膨胀系数低、耐热震性、化学稳定性高和电绝缘性能好等优点。由于石英玻璃的独特性能，它是半导体集成电路制造过程不可替代的理想配套辅材，包括在石英玻璃管、石英玻璃片、石英玻璃环、石英玻璃板、石英玻璃法兰、石英玻璃刻槽舟、石英玻璃清洗槽等器件，应用广泛。目前，石英玻璃的制备工艺主要分为直接法制备工艺和间接法制备工艺，在直接法制备工艺中，石英玻璃用水晶、硅石、含硅化合物为原料，经高温熔化或化学气相沉积而成，熔制方法有电熔法(如真空电熔制法)、气炼熔制法、高频等离子体熔制法、连续熔制法等，化学气相沉积法有化学气相沉积CVD和等离子化学气相沉积PCVD等。在间接法制备工艺中，用含硅原料，经过低温化学气相沉积合成制得具有大量气孔的二氧化硅疏松体，再将二氧化硅疏松体在常压或正压下进行烧结，使二氧化硅疏松体中气孔内的气体排出，从而获得高质量的石英玻璃成品。在实现本专利技术过程中，专利技术人发现现有技术中至少存在如下问题：Si-O化学键极容易被氢氟酸腐蚀，经测算，在氢氟酸环境下，全部以Si-O化学键构成的石英玻璃，腐蚀的速率达到了150μm/h，现有的石英玻璃的在氢氟酸环境下腐蚀速率较快，无法满足在氢氟酸环境下的半导体刻蚀的应用要求。
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及石英玻璃，主要目的在于提高石英玻璃成品在在氢氟酸环境下的耐腐蚀性。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，本专利技术的实施例提供一种石英玻璃的制备方法，包括：通过球磨混合工艺将含硅原料、第一掺杂氧化物、第二掺杂氧化物球磨混合均匀，获得掺杂混合料，所述第一掺杂氧化物包括Al2O3，所述第二掺杂氧化物包括ZrO2、Y2O3、La2O3、Sc2O3、ThO2、V2O5、TiO2中的至少一种；将所述掺杂混合料经过烧制工艺烧制为石英玻璃成品。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。可选的，前述的石英玻璃的制备方法，其中所述通过球磨混合工艺将含硅原料、第一掺杂氧化物、第二掺杂氧化物进行球磨混合均匀，具体包括：利用下落的研磨体的冲击作用以及研磨体与球磨机器内壁的研磨作用通过球磨混合试剂将含硅原料、第一掺杂氧化物、第二掺杂氧化物球磨混合均匀，其中所述研磨体为氧化铝球或石英陶瓷球，所述球磨混合试剂包括甲醇、乙醇、蒸馏水、双氧水中的至少一种。可选的，前述的石英玻璃的制备方法，其中所述第一掺杂氧化物与含硅原料的重量比为0.5～10％，所述第二掺杂氧化物与含硅原料的重量比为0.5～5％。可选的，前述的石英玻璃的制备方法，其中所述硅原料为石英砂。可选的，前述的石英玻璃的制备方法，其中所述通过球磨混合工艺将含硅原料、第一掺杂氧化物、第二掺杂氧化物进行球磨混合均匀，具体包括：利用下落的研磨体的冲击作用以及研磨体与球磨机器内壁的研磨作用将含硅原料、第一掺杂氧化物、第二掺杂氧化物粉球磨混合均匀，其中所述研磨体为氧化铝球或石英陶瓷球。可选的，前述的石英玻璃的制备方法，其中所述将所述掺杂混合料经过烧制工艺烧制为石英玻璃成品，具体包括：对所述掺杂混合料加热至加热温度，使所述掺杂混合料在所述加热温度下干燥与煅烧，形成掺杂配合料；经所述掺杂配合料制备出所述石英玻璃成品。可选的，前述的石英玻璃的制备方法，其中所述对所述掺杂混合料加热至加热温度，使所述掺杂混合料在所述加热温度下干燥与煅烧，形成掺杂配合料，具体包括：对所述掺杂混合料加热至100～500℃的温度下同时干燥与煅烧，形成掺杂配合料。可选的，前述的石英玻璃的制备方法，其中所述使所述掺杂混合料在所述加热温度下干燥与煅烧，具体包括：对干燥所述掺杂混合料的干燥室通入干燥气氛，使所述掺杂混合料干燥，其中所述干燥气氛包括空气、氧气O2、氯气Cl2、二氯化氧硫SOCl2中的至少一种。可选的，前述的石英玻璃的制备方法，其中所述经所述掺杂配合料制备出所述石英玻璃成品，具体为：对所述掺杂配合料进行粉磨，并对粉磨后的掺杂配合料筛分，获得筛分后的掺杂配合料，将筛分后的掺杂配合料采用熔制工艺，在1000～2500摄氏度下，熔制成所述石英玻璃成品。可选的，前述的石英玻璃的制备方法，其中所述对所述掺杂配合料进行粉磨，并对粉磨后的掺杂配合料筛分，获得筛分后的掺杂配合料，将筛分后的掺杂配合料采用熔制工艺，在1000～2500摄氏度下，熔制成所述石英玻璃成品，具体为：对粉磨后的掺杂配合料筛分，获得颗粒在20～200目的掺杂配合料，将20～200目的掺杂配合料采用真空电熔工艺熔制成所述石英玻璃成品；或，对粉磨后的掺杂配合料筛分，获得颗粒在40～300目的掺杂配合料，将40～300目的掺杂配合料采用高频等离子体熔制工艺熔制成所述石英玻璃成品；或，对粉磨后的掺杂配合料筛分，获得颗粒在40～300目的掺杂配合料，将40～300目的掺杂配合料采用气炼熔制工艺熔制成所述石英玻璃成品；或，对粉磨后的掺杂配合料筛分，获得颗粒在40～300目的掺杂配合料，将40～300目的掺杂配合料采用连续熔制工艺熔制成所述石英玻璃成品。另一方面，本专利技术的实施例提供一种石英玻璃，包括：石英玻璃成品，所述石英玻璃成品采用上述的石英玻璃的制备方法制备而成，Al2O3和ZrO2、Y2O3、La2O3、Sc2O3、ThO2、V2O5、TiO2中的至少一种以网络中间体或网络外体形式填充在SiO2四面体网络结构的孔隙中。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。可选的，前述的石英玻璃，其中所述石英玻璃成品为石英玻璃砣、石英玻璃棒、石英玻璃管、石英玻璃片、石英玻璃环、石英玻璃板、石英玻璃法兰、石英玻璃刻槽舟或石英玻璃清洗槽。借由上述技术方案，本专利技术技术方案提供的石英玻璃的制备方法及石英玻璃至少具有下列优点：本专利技术实施例提供的技术方案中，选用球磨混合工艺，将含硅原料、第一掺杂氧化物、第二掺杂氧化物混合，获得掺杂混合料，使含硅原料、第一掺杂氧化物、第二掺杂氧化物充分粉碎、混合，获得掺杂混合料，将掺杂混合料经过烧制工艺烧制为石英玻璃成品。由于，第一掺杂氧化物包括Al2O3，所述第二掺杂氧化物包括ZrO2、Y2O3、La2O3、Sc2O3、ThO2、V2O5、TiO2中的至少一种；本专利技术提供的石英玻璃成品中，Al2O3、ZrO2、Y2O3、La2O3、Sc2O3、ThO2、V2O5、TiO2以网络中间体或网络外体形式填充在SiO2四面体网络结构的孔隙中，使本专利技术石英玻璃更加致密；同时，Al2O3、ZrO2、Y2O3、La2O3、Sc2O3、ThO2、V2O5、TiO2的分解能价比SiO2高，即较SiO2的抗氢氟酸的腐蚀性强，可降低石英玻璃在酸性溶液或酸性气体中(如氢氟酸环境)的腐蚀速率，进而提高石英玻璃的抗酸性腐蚀性能。即提高了石英玻璃成品在在氢氟酸和氟气F2等含氟环境下的耐腐蚀性。同时，本专利技术实施例提供的技术方案中，同时，由于Al2O3在石英玻璃中以网络形成体或网络中间体的形式存在，可有效调节石本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种石英玻璃的制备方法，其特征在于，包括：通过球磨混合工艺将含硅原料、第一掺杂氧化物、第二掺杂氧化物球磨混合均匀，获得掺杂混合料，所述第一掺杂氧化物包括Al2O3，所述第二掺杂氧化物包括ZrO2、Y2O3、La2O3、Sc2O3、ThO2、V2O5、TiO2中的至少一种；将所述掺杂混合料经过烧制工艺烧制为石英玻璃成品。

【技术特征摘要】
1.一种石英玻璃的制备方法，其特征在于，包括：通过球磨混合工艺将含硅原料、第一掺杂氧化物、第二掺杂氧化物球磨混合均匀，获得掺杂混合料，所述第一掺杂氧化物包括Al2O3，所述第二掺杂氧化物包括ZrO2、Y2O3、La2O3、Sc2O3、ThO2、V2O5、TiO2中的至少一种；将所述掺杂混合料经过烧制工艺烧制为石英玻璃成品。2.根据权利要求1所述的石英玻璃的制备方法，其特征在于，所述通过球磨混合工艺将含硅原料、第一掺杂氧化物、第二掺杂氧化物进行球磨混合均匀，具体包括：利用下落的研磨体的冲击作用以及研磨体与球磨机器内壁的研磨作用通过球磨混合试剂将含硅原料、第一掺杂氧化物、第二掺杂氧化物球磨混合均匀，其中所述研磨体为氧化铝球或石英陶瓷球，所述球磨混合试剂包括甲醇、乙醇、蒸馏水、双氧水中的至少一种。3.根据权利要求1所述的石英玻璃的制备方法，其特征在于，所述第一掺杂氧化物与含硅原料的重量比为0.5～10％，所述第二掺杂氧化物与含硅原料的重量比为0.5～5％。4.根据权利要求1所述的石英玻璃的制备方法，其特征在于，所述硅原料为石英砂。5.根据权利要求1所述的石英玻璃的制备方法，其特征在于，所述通过球磨混合工艺将含硅原料、第一掺杂氧化物、第二掺杂氧化物进行球磨混合均匀，具体包括：利用下落的研磨体的冲击作用以及研磨体与球磨机器内壁的研磨作用将含硅原料、第一掺杂氧化物、第二掺杂氧化物混合均匀，其中所述研磨体为氧化铝球或石英陶瓷球。6.根据权利要求1～4中任一所述的石英玻璃的制备方法，其特征在于，所述将所述掺杂混合料经过烧制工艺烧制为石英玻璃成品，具体包括：对所述掺杂混合料加热至加热温度，使所述掺杂混合料在所述加热温度下干燥与煅烧，形成掺杂配合料；经所述掺杂配合料制备出所述石英玻璃成品。7.根据权利要求6所述的石英玻璃的制备方法，其特征在于，所述对所述掺杂混合料加热至加热温度，使所述掺杂混合料在所述加热温度下干燥与煅烧，形成掺杂配合料，具体包括：对所述掺杂混合料加热至100～500...

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