一种气相沉积合成炉制造技术

本实用新型专利技术一种气相沉积合成炉，用于间接法合成石英玻璃中，其包括：封闭式炉体及支撑架，保温炉膛，氢氧火焰燃烧器，石英基础杆以及烟囱。其中氢氧火焰燃烧器设1-6个，其中心下料管出口端到石英基础杆底端的垂直距离为5-300mm。本实用新型专利技术可以使纳米二氧化硅微粒在石英基础杆底端面沉积而形成二氧化硅疏松体，沉积效率和沉积速率高，使石英玻璃制造成本降低，生产效率高，产品质量提升。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术属于玻璃制造领域的设备，涉及一种合成石英玻璃中用到的气相沉积合成炉，特别是用于间接法合成石英玻璃中形成二氧化硅疏松体的气相沉积合成炉。
技术介绍
石英玻璃具有优越的物化性能，而被誉为“玻璃之王”，是国家战略性产业和支柱性产业发展中不可替代的基础性原材料，广泛应用于光纤制造、微电子、光电子、航空航天、核技术、激光技术、精密光学和电光源等高新
目前，国内外主要采用“直接法”制造石英玻璃，是以天然水晶或高纯四氯化硅为原料，在高温真空电阻炉、高温氢氧火焰或高温等离子体火焰中发生物理及化学反应过程直接熔制为石英玻璃体；“间接法”合成石英玻璃是申请人独创的工艺，其先以高纯四氯化 硅作原料，采用气相沉积在氢氧火焰中合成纳米二氧化硅疏松体，再将其置于真空电阻炉中进行脱水、脱气及玻璃化处理制备得到石英玻璃体。由于所得到的玻璃产品不同，现有技术中尚无可以直接用于间接法合成石英玻璃中的气相沉积合成炉。
技术实现思路
本技术的目的是提供一种用于间接合成石英玻璃中的高效低能的气相沉积合成炉。该气相沉积合成炉包括以下组件I)封闭式炉体及用于支撑炉体的支撑架；2)保温炉膛，设于炉体内部；3)氢氧火焰燃烧器，设置于炉体的斜下部且燃烧器中心料管出口端伸入保温炉膛，且设有氢气、氧气和四氯化硅原料气的进气口 ；4)石英基础杆，从炉体顶部垂直延伸入炉体内腔保温炉膛内，位于氢氧火焰燃烧器的中心料管出口端上，石英基础杆的底端面与氢氧火焰燃烧器出口端相对；5)烟囱，设置于炉体顶部或炉体一侧，烟囱的烟道入口高于石英基础杆的底端面。其中氢氧火焰燃烧器中心下料管出口端到石英基础杆底端的垂直距离为5-300mmo所述氢氧火焰燃烧器的数量为1-6个。所述氢氧火焰燃烧器与石英基础杆中心延长线的夹角为0-90°。特别的，所述氢氧火焰燃烧器的数量为I个，所述氢氧火焰燃烧器与石英基础杆中心延长线的夹角为0° ;或所述氢氧火焰燃烧器的数量为2-6个，均布在炉体的斜下部且与石英基础杆中心延长线的夹角为0-90°。所述石英基础杆的材质为石英玻璃，其底端面为平面或圆球形或椭圆形，垂直卡位安装在带自动升降和旋转的车床上。本技术中，将所述气相沉积合成炉用于间接合成石英玻璃中，是将四氯化硅原料气通入氢氧火焰燃烧器中，使其在其中心料管出口端产生的600-1200°C的氢氧火焰中反应，所生成的纳米二氧化硅微粒沉积在垂直的边旋转边提升的石英基础杆底端面上形成二氧化硅疏松体，沉积速率500-2000g/h。且，随着纳米二氧化硅微粒在石英基础杆底端面不断沉积形成沉积面(相当于石英基础杆向下增长)，提升石英基础杆保持该沉积面与所述氢氧火焰燃烧器中心料管出口端的距离始终一致。采用以上技术方案，本技术可以使纳米二氧化硅微粒在石英基础杆底端面沉积而形成二氧化硅疏松体，沉积效率和沉积速率高，制造成本低，不仅提高了生产效率、降低了成本、节约了能源与资源，而且还大大提高了产品质量，制备的石英玻璃具有以下优良特性200-3200nm全光谱透过率(紫外-可见-红外波段)较高，金属杂质含量小于5ppm，羟基含量可控制在20ppm以内，且直径可达50-200mm，能够应用于精密光学、半导体光刻技术和激光技术等高新
下面结合具体实施例对本技术做进一步详细说明。附图说明图I为本技术气相沉积合成炉的结构示意图；图2为本技术气相沉积合成炉中多燃烧器布排的结构示意图；图3为使用本技术气相沉积合成炉得到的二氧化硅疏松体结构与微粒形貌的示意图。具体实施方式本技术气相沉积合成炉用于间接合成石英玻璃中，间接合成石英玻璃分两步完成，先以高纯四氯化硅作原料，采用气相沉积工艺在氢氧火焰中合成纳米二氧化硅疏松体，再将其置于真空电阻炉中进行脱水、脱气及玻璃化处理制备得到石英玻璃体。本技术为间接合成石英玻璃中形成二氧化硅疏松体的专用设备，可实现纳米二氧化硅微粒的形成与沉积，并最终形成二氧化硅疏松体。如图I所示，气相沉积合成炉包括以下组件I)封闭式炉体8;2)保温炉膛7，位于炉体8内部，具有保温作用；3)氢氧火焰燃烧器2，设置于炉体8的斜下部且燃烧器中心料管出口端伸入保温炉膛7，且设有氢气、氧气和四氯化硅原料气的进气口，在燃烧器出口端，四氯化硅原料气在600_1200°C氢氧火焰中反应生成纳米二氧化硅微粒3 ;燃烧器2的材质优选石英玻璃；4)石英基础杆6，从炉体8顶部垂直延伸入炉体8内腔保温炉膛7内，位于氢氧火焰燃烧器2的中心料管出口上端，石英基础杆6的底端面与氢氧火焰燃烧器2出口相对，在氢氧火焰中形成的纳米二氧化硅微粒3沉积在石英基础杆6上形成二氧化硅疏松体4 ；5)烟囱5，设置于炉体8顶部或炉体8 一侧，烟囱的烟道入口高于石英基础杆的底端面，以保证在纳米二氧化硅微粒的形成与沉积过程中，使炉内烟气形成稳定流场，促进纳米二氧化硅微粒3在氢氧火焰中快速、均匀、有效地沉积在石英基础杆6上，而不会随烟气飘散；6)合成炉支撑架1，用于支撑炉体8。本技术气相沉积合成炉的炉体8为密闭式结构，不仅保证炉体8内不受外界的污染，提高二氧化硅疏松体纯度，而且有利于尾气顺沿烟 5及时排出进行处理，避免尾气通过炉体渗透到外界环境中，污染外界环境。此外，炉体8内部为微正压，有利于纳米二氧化硅微粒的沉积。氢氧火焰燃烧器2布置在炉体8和石英基础杆6的斜下部，且燃烧器2出口朝上，与石英基础杆底端面相对。燃烧器2与石英基础杆6中心延长线的夹角为0-90°，燃烧器2中心下料管出口到石英基础杆6底端的垂直距离设定为5-300mm。为避免杂质污染，燃烧器2采用石英玻璃材质制作。石英基础杆6也采用石英玻璃材质制作，其底端沉积面设计为平面或圆球形或椭圆形，垂直卡位安装在带自动升降和旋转的车床上，随着纳米二氧化硅微粒3在石英基础杆6底端面地不断沉积，石英基础杆6长度不断增长，此时不断地缓慢提升石英基础杆6，保持沉积面与燃烧器2中心下料管出口的距离始终一致，石英基础杆6提升的速度依据纳米二氧化硅微粒的沉积速率而设定。烟 5的烟道入口高于石英基础杆6的底端面使炉内烟气形成稳定流场，促进纳米二氧化硅微粒在氢氧火焰中快速、均匀、有效地沉积在石英基础杆6上而不会随烟气飘散。此外，为提高二氧化硅疏松体4的沉积速率，可在石英基础杆6底端面下部均匀布排2-6个氢氧火焰燃烧器2 (图2所示的气相沉积合成炉具有两个燃烧器2)，并依据炉体8的大小和生产能力确定氢氧火焰燃烧器2的数量，可设置所有氢氧火焰燃烧器2同时加料，或部分加料和部分辅助加热的方式，以提高二氧化硅疏松体4的沉积速率，提高生产效率。以下以一具体操作说明如何使用气相沉积合成炉合成二氧化硅疏松体以及进一步得到石英玻璃。I)四氯化硅原料气的获得雾化后的四氯化硅蒸汽由载料气体(载料气体为高纯氧气、高纯氢气、高纯氮气、高纯氦气和高纯氩气中的一种气体或几种气体的混合，)携带进入气化瓶中，携带出的四氯化硅流量为1500g/h(1000g/h-2000g/h均可)，由气化后的四氯化硅气体与载料气体组成的混合气体为四氯化硅原料气。2)从氢氧火焰燃烧器2 (此例使用I个燃烧器)的中心料管口通入四氯化硅原料气，保持燃烧器2中氢气流量和氧气流量分别为200L/min(100L/mi本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种气相沉积合成炉，其特征在于，包括以下组件：1)封闭式炉体及用于支撑炉体的支撑架；2)保温炉膛，设于炉体内部；3)氢氧火焰燃烧器，设置于炉体的斜下部且燃烧器中心料管出口端伸入保温炉膛，且设有氢气、氧气和四氯化硅原料气的进气口；4)石英基础杆，从炉体顶部垂直延伸入炉体内腔保温炉膛内，位于氢氧火焰燃烧器的中心料管出口端上，石英基础杆的底端面与氢氧火焰燃烧器出口端相对；5)烟囱，设置于炉体顶部或炉体一侧，烟囱的烟道入口高于石英基础杆的底端面。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：聂兰舰，宋学富，向在奎，隋梅，王玉芬，
申请(专利权)人：中国建筑材料科学研究总院，
类型：实用新型
国别省市：