大尺寸石英玻璃及其制备方法和系统技术方案

本发明专利技术提供一种大尺寸石英玻璃及其制备方法和系统，包括以下步骤：对所述二氧化硅疏松体进行脱羟处理、烧结处理，得到石英玻璃毛坯料；将所述石英玻璃毛坯料置于模具腔内进行第一差异热处理并在第一方向上对所述石英玻璃毛坯料进行施压处理，得到所述石英玻璃；其中，所述模具腔沿所述第一方向依次包括模具腔沿所述第一方向依次包括第一温度区域和第二温度区域，且石英玻璃毛坯料包括与第二温度区域对应的第二部分，和至少与部分第一温度区域对应的第一部分，在所述第一差异热处理中，所述第二温度区域温度高于所述第一温度区域的温度，且所述第二温度区域的温度不小于1600℃，能够实现大尺寸、低羟基含量、光学均匀性好的高品质石英玻璃的制备。的高品质石英玻璃的制备。的高品质石英玻璃的制备。

【技术实现步骤摘要】
大尺寸石英玻璃及其制备方法和系统


[0001]本专利技术属于光学石英玻璃制造
，具体涉及一种大尺寸石英玻璃及其制备方法和系统。

技术介绍

[0002]石英玻璃是由二氧化硅单一组分构成的玻璃，石英玻璃被广泛应用在航空航天、半导体、核技术等高新
随着航空航天、半导体、核技术的迅速发展，各行各业对石英玻璃的性能和品质的要求越来越高。石英玻璃的制备过程是影响石英玻璃的性能和品质的重要因素。
[0003]石英玻璃的制备方法分为直接法和间接法两种，其中直接法主要以天然石英或含硅化合物等为原料，利用高温熔化法、电熔法、化学气相沉积法(CVD)、离子化学气相沉积法(POD)制得石英玻璃。由于自身工艺局限，制得的石英玻璃的质量较差，金属杂质和羟基含量较高，且玻璃中存在较多气泡，严重影响其光学性能，无法满足光电
的需求。
[0004]间接法主要以含硅化合物为原料，利用气相沉积法(VAD)制备二氧化硅粉末体，然后再对二氧化硅粉末体进行脱羟纯化处理，最后将二氧化硅粉末体通过高温烧结成石英玻璃。通过对粉末中间体进行脱羟纯化处理，可以将石英玻璃内的金属杂质含量和羟基含量控制在较低水平，但受限于粉末中间体的尺寸，通常采用间接法制得的石英玻璃直径为100mm～200mm，难以制备更大尺寸的石英玻璃。
[0005]因此，如何实现大尺寸、低羟基含量、光学均匀性好的高品质石英玻璃的制备，是本领域亟待解决的技术问题。

技术实现思路

[0006]本专利技术提供一种大尺寸石英玻璃及其制备方法和系统，能够制得大尺寸、低羟基、光学均匀性好的石英玻璃。
[0007]本专利技术的一方面，提高一种石英玻璃的制备方法，包括以下步骤：对二氧化硅疏松体进行脱羟处理、烧结处理，得到石英玻璃毛坯料；将石英玻璃毛坯料置于模具腔内进行第一差异热处理并在第一方向上对石英玻璃毛坯料进行施压处理，得到石英玻璃；模具腔沿第一方向依次包括第一温度区域和第二温度区域，且石英玻璃毛坯料包括与第二温度区域对应的第二部分，和至少与部分第一温度区域对应的第一部分；在第一差异热处理中，第二温度区域温度高于第一温度区域的温度，且第二温度区域的温度不小于1600℃；施压处理中，石英玻璃毛坯料的形变速度不高于10mm/min；模具腔内具有用于承接石英玻璃的底壁，底壁具有凹陷。
[0008]根据本专利技术的一实施方式，第一差异热处理之前，还包括对石英玻璃毛坯料进行第一均热处理；第一均热处理中，第一温度区域的温度T1等于第二温度区域的温度T2，1300℃≤T1，T2＜1600℃，时间不低于60min。
[0009]根据本专利技术的一实施方式，第一差异热处理中，第一温度区域的温度为T1，第二温
度区域的温度为T2，其中，1300℃≤T1＜1600℃，1600℃≤T2≤1800℃。
[0010]根据本专利技术的一实施方式，施压处理之后，还包括第二均热差异热处理；第二均热差异热处理的温度比第一差异热处理中第二温度区域的温度增加20℃～50℃，时间不低于10min。
[0011]根据本专利技术的一实施方式，每个热处理的升温速率为3℃/min～8℃/min。
[0012]根据本专利技术的一实施方式，施压处理中，所述石英玻璃毛坯料的形变速度为3mm/min～10mm/min。
[0013]根据本专利技术的一实施方式，模具腔具有用于承接石英玻璃的底壁，底壁包括位于中心的凹陷部和环设在凹陷部外围的平面部，凹陷部向远离模具腔中心的方向凹陷。
[0014]本专利技术的第二方面，提供一种石英玻璃，采用上述的制备方法制得。
[0015]本专利技术的第三方面，提供一种石英玻璃的制备系统，用于实施上述的制备方法，系统至少包括：烧结炉，用于对二氧化硅疏松体进行脱羟处理、烧结处理；槽沉炉，包括炉壳、具有模具腔的模具、施压单元、第一加热单元以及第二加热单元；模具腔位于炉壳围设形成的加热腔中，第一加热单元和第二加热单元位于炉壳和模具之间且按照第一方向依次设置；施压单元设置于模具腔内且在模具腔内沿第一方向往复运动。
[0016]根据本专利技术的一实施方式，模具腔具有用于承接石英玻璃的底壁，底壁包括位于中心的凹陷部和环设在凹陷部外围的平面部，凹陷部向远离模具腔中心的方向凹陷。
[0017]本专利技术的实施，至少具有以下有益效果：
[0018]本专利技术通过对二氧化硅疏松体进行脱羟处理，可以充分去除二氧化硅疏松体内残留的金属杂质和羟基，然后再进行烧结处理，使二氧化硅疏松体进行初步玻璃化，得到石英玻璃毛坯料；本专利技术将石英玻璃毛坯料置于模具腔内，对石英玻璃毛坯料沿第一方向进行施压处理，能够得到与模具腔形状一致的大尺寸石英玻璃；同时通过对石英玻璃毛坯料进行第一差异热处理，使石英玻璃毛坯料逐步软化及成型，避免挤压过程中条纹和气泡的产生，可以有效提升石英玻璃的光学均匀性。
[0019]采用本专利技术的制备方法制得的石英玻璃，光学均匀性可达到12
×
10
‑6以下，金属杂质含量达到1ppm以下，羟基含量可达到1ppm以下，石英玻璃直径可达到300mm～400mm，厚度可达到300～400mm，具有尺寸大、低羟基含量、光学均匀性好等优点。
附图说明
[0020]图1是本专利技术一实施方式中槽沉炉的结构截面示意图；
[0021]图2是本专利技术一实施方式中沉积设备的结构示意图；
[0022]附图标记说明：
[0023]1‑
炉壳；2
‑
气缸；3
‑
压板；3a
‑
压板模具；4
‑
石英玻璃毛坯料；5
‑
模具；5a
‑
底壁；51a
‑
凹陷部；52a
‑
平面部；6a
‑
第一加热单元；6b
‑
第二加热单元；7
‑
隔热板；8
‑
模具腔；101
‑
石英尾柄；102
‑
金属吊杆；103
‑
二氧化硅疏松体；11
‑
炉外壳；11a
‑
沉积腔体；12
‑
延伸外壳；12a
‑
延伸腔体；14
‑
沉积喷灯；15
‑
PLC系统；16
‑
红外热成像仪；17
‑
排风系统。
具体实施方式
[0024]以下所列举具体实施方式只是对本专利技术的原理和特征进行描述，所举实例仅用于
解释本专利技术，并非限定本专利技术的范围。基于本专利技术实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本专利技术保护的范围。
[0025]本专利技术提供一种大尺寸石英玻璃的制备方法，包括以下步骤：对二氧化硅疏松体进行脱羟处理、烧结处理，得到石英玻璃毛坯料；将石英玻璃毛坯料置于模具腔内进行第一差异热处理并在第一方向上对石英玻璃毛坯料进行施压处理本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种大尺寸石英玻璃的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：对二氧化硅疏松体进行脱羟处理、烧结处理，得到石英玻璃毛坯料；将所述石英玻璃毛坯料置于模具腔内进行第一差异热处理并在第一方向上对所述石英玻璃毛坯料进行施压处理，得到所述石英玻璃；所述模具腔沿所述第一方向依次包括第一温度区域和第二温度区域，且所述石英玻璃毛坯料包括与第二温度区域对应的第二部分，和至少与部分第一温度区域对应的第一部分；在所述第一差异热处理中，所述第二温度区域温度高于所述第一温度区域的温度，且所述第二温度区域的温度不小于1600℃；所述施压处理中，所述石英玻璃毛坯料的形变速度不高于10mm/min；所述模具腔内具有用于承接所述石英玻璃的底壁，所述底壁具有凹陷。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述第一差异热处理之前，还包括对所述石英玻璃毛坯料进行均热处理；所述均热处理中，所述第一温度区域的温度T1等于所述第二温度区域的温度T2，1300℃≤T1，T2＜1600℃，时间不低于60min。3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述第一差异热处理中，所述第一温度区域的温度为T1，所述第二温度区域的温度为T2，其中，1300℃≤T1＜1600℃，1600℃≤T2≤1800℃。4.根据权利要求1
‑
3任一项所述的制备方法，其特征在于，所述施压处理之后，还包括第二差异热处理；所述第二差异热处理的温度比第一差异热处理中所述第二温度区域的温度增加20℃～50℃，时间不低于10min。...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈峰，沈一春，钱宜刚，汤明明，陈燕琳，康佳佳，马俊逸，
申请(专利权)人：江苏中天科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：