本发明专利技术涉及用于生产整体式玻璃质二氧化硅物品的溶胶－凝胶方法，包括：在酸性ｐＨ下制备二氧化硅在水中的分散体；将一定量的至少一种烷氧基硅烷添加到所述分散体中，以便得到在６到３０之间的二氧化硅∶烷氧基硅烷的摩尔比，且水∶烷氧基硅烷的摩尔比在４０到２００之间；通过添加氢氧化铵或胺或氨烷基－烷氧基硅烷来改变分散体的ｐＨ以获得溶胶；将由此获得的溶胶倒入模具中；允许溶胶凝胶化从而获得水凝胶；干燥所述水凝胶以获得干燥的凝胶；烧结所述干燥的凝胶以获得玻璃质二氧化硅物品。通过实施这种方法，甚至可以获得基本上无缺陷的且具有最佳光学性质，尤其具有就ＵＶ和／或ＩＲ照射透光度而言的最佳光学性质的大尺寸的整体式玻璃质二氧化硅物品。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及用于生产整体式玻璃质二氧化硅物品(monolithic articlesof vitreous silica)的溶胶-凝胶方法。本专利技术具体地涉及用于生产整体式玻璃质二氧化 硅物品的溶胶-凝胶方法，其中胶态二氧化硅悬浮液与至少一种烷氧基硅烷反应以获得凝 胶，随后将凝胶干燥和烧结。技术水平用于生产使用在多种产业中的玻璃质二氧化硅物品的溶胶-凝胶方法在本领域 是已知的，这些产业例如机械、机电、航空、高科技、挤压工艺及类似产业中，特别是在光学 或电子产业例如光纤、UV光可穿透模具、灯罩壳及类似物。与传统的合成方法相比，该溶胶-凝胶技术能够获得具有高光学质量和高熔点且 具有通常低于1400°C的相对低的工艺温度的玻璃质产品。此外，该技术能够获得具有期望 形状的整体式物品，而不需要冗长且复杂的机械加工工艺和抛光工艺。例如，WO 01/53225描述了一种用于生产玻璃质二氧化硅物品的溶胶-凝胶方法， 其中，通过将含水的胶态悬浮液引入到有机硅醇化物(organicsilicon alkoxide)溶液中 来产生溶胶，有机硅醇化物水解形成二氧化硅粒子的细聚集体。优选地，所述胶态悬浮液包 括粉末状二氧化硅。由此获得的溶胶形成水凝胶，然后将水凝胶干燥和烧结以生产致密的 玻璃物品。溶胶具有超过20%，优选地在34%到40%之间的二氧化硅含量。优选地，硅醇 化物是四烷氧基硅烷。在溶胶中，硅醇化物与水的摩尔比优选地在1 4到1 20之间， 更优选地在1 6到1 10之间。所描述的实施例表明，硅醇化物水的比例在所述范围 之外导致平均粒子大小大于10微米的期望值。优选地，二氧化硅是Aerosil 0X-50热解二 氧化硅且二氧化硅水的摩尔比在1 4到1 8之间。EP 1700830A1描述了一种通过溶胶-凝胶方法生产整体料的方法，包括以下步 骤a)使热解源的氧化物(尤其是二氧化硅)分散在水中；b)使醇化物在水溶液中水解以 形成水解产物；c)将醇化物水解产物与热解源的氧化物混合以形成胶态溶胶；d)可能地， 将粗粒子从胶态溶胶中除去；e)使胶态溶胶在模具中凝胶化；f)用有机溶剂替换存在于所 得到的气凝胶中的水；g)干燥气凝胶；h)热处理干燥的气凝胶。水分散体中的二氧化硅含 量按重量计在5%到80%之间。在实施例中，使用了 2. 0的二氧化硅醇化物的摩尔比。EP 1897860A1描述了一种用于生产玻璃整体料的溶胶-凝胶方法，包括a)在酸 性PH下使热解二氧化硅分散在水中；b)以2. 5到5的二氧化硅/硅醇化物的摩尔比将硅醇 化物添加到分散的二氧化硅中；c)调节pH;d)将溶胶倒入容器中；e)使溶胶凝胶化以形成 水凝胶；f)干燥水凝胶；g)烧结干燥的凝胶以获得无缺陷的且具有在190nm到200nm之间 的可接受透光度的玻璃物品。在步骤a)中，pH被调节至1.5到3.0之间，而在步骤c)中， 通过添加氢氧化铵，PH被调节至4. 2到5. 5之间。在将溶胶倒入适当的容器之后，考虑到 水具有太高的临界点且可对钢和对溶胶中的二氧化硅结构具有侵蚀性，用非质子溶剂替换 存在于水凝胶的孔中的水。用于此目的的合适溶剂为酮、醇、醋酸酯和烷烃。特别优选的是 水溶性溶剂，例如丙酮。从所述专利申请给出的实施例中，获得了从2. 13到5. 37的二氧化硅醇化物比率和从16. 9到27. 1的水醇化物比率。专利技术概述申请人:已确定，考虑到已有技术所遇到的问题且按照上述专利申请的教导，获得 大尺寸的整体式物品例如直径超过80mm且重量超过7kg的物品是非常困难的，这是因为由 破裂产生的不合格产品的数量非常高，使得方法不能在工业水平实施。这种困难对于尺寸 大且传递表面小的物品，例如实心的圆柱形部件来说非常明显。在充分分析了可以影响最 终结果的各种工艺条件之后，申请人意外地发现，通过实施如下文所定义的溶胶-凝胶方 法，可获得基本上无缺陷的且具有最佳光学性质，尤其具有就UV(紫外)和/或IR(红外) 照射透光度而言的最佳光学性质的整体式玻璃质二氧化硅物品。专利技术详述根据第一个方面，本专利技术因此涉及用于生产整体式玻璃质二氧化硅物品的溶 胶-凝胶方法，包括-在酸性pH下制备二氧化硅在水中的分散体；-将一定量的至少一种烷氧基硅烷添加到所述分散体中，以便得到在6到30之间 的二氧化硅烷氧基硅烷的摩尔比，优选地在6. 5到25之间，更优选地在7到15之间；-改变分散体的pH以获得溶胶；-将由此获得的溶胶倒入模具中；-允许溶胶凝胶化从而获得水凝胶；-干燥水凝胶以获得干燥的凝胶；-烧结干燥的凝胶以获得玻璃质二氧化硅物品(vitreoussilica article)。在本说明书和下面的权利要求书中，除非另有说明，否则数字范围包括包含在该 范围内的所有值，且包括该范围的端值。关于制备二氧化硅在水中的分散体的步骤，通过添加酸，特别是无机酸例如盐酸、 磷酸、硫酸或类似酸、或有机酸例如醋酸，使PH优选地为1. 5到3. 0的值，优选地为2. 0到 2. 5的值。二氧化硅优选地为热解二氧化硅。该制备通常通过以下过程来进行将二氧化硅 添加到水介质中且通过机械搅拌来使其分散，例如用Ultra-Turrax 型混合器或相似设备。优选地，所述烷氧基硅烷是四烷氧基硅烷，其中，每一个烷氧基具有1到6个碳原 子，优选地具有1到4个碳原子。更优选地，四烷氧基硅烷选自四乙氧基硅烷(TEOS)、四 甲氧基硅烷(TMOS)、甲氧基三乙氧基硅烷(MTE0Q。优选的用于具体应用的是四乙氧基硅 烧(TEOS)。根据优选的实施方案，在呈酸性pH的所述分散体中，水与烷氧基硅烷的摩尔比为 在40到200之间，优选地在50到160之间，更优选地在60到120之间。事实上，申请人意 外地发现，如此高的水与烷氧基硅烷的摩尔比能够获得不同的且更好质量的最终产品，显 著地减少了缺陷和/或裂口的形成。在添加烷氧基硅烷之后且在改变pH之前，将分散体温度优选地增加至30°C到 50°C之间的值，持续6小时到18小时之间可变的时间。然后，改变分散体pH，特别地使pH 升高到通常在4. 0到6. 0之间的值，优选地在4. 7到5. 2之间。通过下述方式可实现这种 PH的变化，例如通过添加水溶性的无机碱性化合物或有机碱性化合物，例如氢氧化铵或胺， 特别是环己胺。可选择地，氨烷基-烷氧基硅烷可用作碱性化合物。适合此目的的产品的实例 为3-氨丙基-三甲氧基硅烷、3-氨丙基-三乙氧基硅烷、2-氨乙基-3-氨丙基-二甲氧 基硅烷、2-氨乙基-3-氨丙基-二乙氧基硅烷、-三甲氧基硅烷、 -三乙氧基硅烷或其混合物。使用氨烷基-烷氧基硅烷能够实现 溶胶凝胶化，且不会在最终产品中留下可能降低成品质量的铵盐或其他副产物。优选地在搅拌下添加碱性化合物，以便防止局部PH过度增大，局部pH的过度增大 能够造成过早凝胶化，从而得到不均勻的最终产品。在凝胶化变得明显之前，将溶胶倒入模具中且允许溶胶凝胶化从而获得水凝胶。 以这种方式可获得所需形状的成品，而无需另外的机械加工步骤和/或抛光步骤。明显地， 模具通常是填满的，以避免引入空气，且避免由此形成在最终产品中的缺陷。模具可由各种 材料制得，例如塑性材料、金属、玻璃纤维、碳纤维、陶瓷等。优选本文档来自技高网...
【技术保护点】
１．用于生产整体式玻璃质二氧化硅物品的溶胶－凝胶方法，包括：－在酸性ｐＨ下制备二氧化硅在水中的分散体；－将一定量的至少一种烷氧基硅烷添加到所述分散体中，以便得到在６到３０之间的二氧化硅∶烷氧基硅烷的摩尔比，且水∶烷氧基硅烷的摩尔比在４０到２００之间；－改变所述分散体的ｐＨ以获得溶胶；－将由此获得的所述溶胶倒入模具中；－允许所述溶胶凝胶化从而获得水凝胶；－干燥所述水凝胶以获得干燥的凝胶；－烧结所述干燥的凝胶以获得所述玻璃质二氧化硅物品。
【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：马可·比利诺，
申请(专利权)人：奥利安科技研究所，
类型：发明
国别省市：LI
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