近净形熔凝二氧化硅玻璃制品及其制备方法技术

一种近净形或净形熔凝二氧化硅玻璃制品，如雷达屏蔽罩。所述制品这样形成：将二氧化硅烟炱沉积到心轴上，所述心轴的形状与熔凝二氧化硅玻璃制品的形状相对应。在一些实施方式中，将二氧化硅烟炱沉积到心轴上之后，将心轴感应加热到足以固结或烧结二氧化硅烟炱的温度，形成熔凝二氧化硅玻璃。熔凝二氧化硅玻璃制品可具有处于压缩状态的外层和/或多个包含各种掺杂剂的层，所述掺杂剂能改变或影响物理、机械、电学和/或光学性质。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及近净形(near-net shape)或净形(net shape)熔凝二氧化娃玻璃制品。具体地，本专利技术涉及用于导弹和其他射弹的雷达屏蔽罩，以及其他熔凝二氧化硅玻璃制品，如在高温下具有高强度和低热膨胀、用于制造硅晶片的坩埚。
技术介绍
高超音速导弹以5-7马赫及更高的速度在大气中穿行。这种导弹的鼻锥体(也称作“雷达屏蔽罩”)中装有雷达及其他靶向传感器，例如红外(IR)传感器。在这样的速度下，导弹部件可能在长达数分钟的时间里遭受约1400°C或更高的温度。雷达屏蔽罩在这样的条件下必须保持电学和热学性能。人们已经利用具有低热膨胀系数的陶瓷玻璃如PYROCERAM 制造雷达屏蔽罩。然而，这种材料不能继续满足与更高的性能(例如提高的速度、耐候性)相关的机械要求。人们还对经压制、旋转浇铸或粉浆浇铸的熔凝二氧化硅烟炱作为雷达屏蔽罩材料进行了评价。虽然这种材料比PYROCERAM具有更高的耐热性和更低的透射损耗，但它们的透湿性限制了用这种材料制成的雷达屏蔽罩保护封闭在其中的电子器件的能力。专利技术概述本专利技术提供了近净形或净形熔凝二氧化硅玻璃制品，如雷达屏蔽罩或三维物品，如用于硅芯片加工的坩埚及其他“器具”。所述制品这样形成将二氧化硅烟炱沉积到心轴上，形成烟炱体，所述烟炱体的形状与熔凝二氧化硅玻璃制品的形状相对应。在一些实施方式中，将二氧化硅烟炱沉积到心轴上之后，将心轴感应加热到足以固结或烧结二氧化硅烟炱的温度，形成熔凝二氧化硅玻璃。熔凝二氧化硅玻璃制品可具有处于压缩状态的外层和/或多个具有不同密度或包含各种掺杂剂的层，所述掺杂剂能改变或影响物理、机械、电学和/或光学性质。因此，一方面，本专利技术提供了制备具有近净形状的熔凝二氧化硅玻璃制品的方法。该方法包括以下步骤提供心轴，其形状与所述近净形状互补或对应；提供二氧化硅烟炱粒子；沉积二氧化硅烟炱粒子，形成包含所述二氧化硅烟炱粒子的二氧化硅烟炱体，并在心轴上至少部分原位烧结二氧化硅烟炱体，形成熔凝二氧化硅玻璃制品。第二方面，本专利技术提供了一种熔凝二氧化硅玻璃制品。所述熔凝二氧化硅玻璃制品具有相互平行的内表面和外表面，其中外层处于压缩状态。第三方面，本专利技术提供了一种形成具有近净形状的熔凝二氧化硅玻璃制品的系统。所述系统包括感应加热源；与感应加热源感应耦合的感应器心轴，其中感应器心轴具有对应于近净形状的形状；二氧化硅烟炱源，其取向适合将二氧化硅烟炱导向心轴。从以下详细描述、附图和所附权利要求书能明显地看出本专利技术的上述及其他方面、优点和显著特征。附图说明图Ia是第一雷达屏蔽罩的横截面示意图；图Ib是第二雷达屏蔽罩的横截面示意图；图Ic是第三雷达屏蔽罩的横截面示意图；图2是形成近净形二氧化硅玻璃制品的系统的示意图； 图3是制备近净形熔凝二氧化硅制品的方法的流程图；以及图4是近净形熔凝二氧化硅制品的烧结方法的流程图。专利技术详述在以下描述中，相同的附图标记表示附图所示的若干视图中相同或相应的部分。还应理解，除非另外指出，否则，术语如“顶部”、“底部”、“向外”、“向内”等是方便用语，不应视为限制性术语。此外，每当将一个组描述为包含一组要素中的至少一个要素和它们的组合时，应将其理解为所述组可以单个要素或相互组合的形式包含任何数量的这些所列要素，或者主要由它们组成，或者由它们组成。类似地，每当将一个组描述为由一组要素中的至少一个要素或它们的组合组成时，应将其理解为所述组可以单个要素或相互组合的形式由任何数量的这些所列要素组成。除非另外说明，否则，列举的数值范围同时包括所述范围的上限和下限。从总体上参见附图，并具体参见图1，应理解举例说明是为了描述本专利技术的具体实施方式，这些举例说明不构成对本专利技术的说明书或权利要求书的限制。为了清楚和简明起见，附图不一定按比例绘制，所示的附图的某些特征和某些视图可能按比例放大显示或以示意性方式显示。雷达屏蔽罩需要长时间耐高温的能力、全天候的耐久性以及电学和/或热学性能特点。宽带雷达屏蔽罩可容纳用于宽带探测的多个传感器，以及更有效的窄带搜索器。例如，这种雷达屏蔽罩可以使用多个搜索器组合，或者将来在无须更换或重新设计雷达屏蔽罩的情况下使用替代性搜索器。在雷达屏蔽罩的设计中所关注的电学性质包括透射损耗、带宽和极化。空气动力学因素可包括阻力、加热和烧蚀性质，而机械因素包括重量、抗震性、振动、抗冲击性和材料静强度。材料的选择会影响介电损耗、操作温度、强度、抗冲击性和制造容差。射频(RF)特征、IR特征和光学观察因素对雷达屏蔽罩的设计也有影响。从环境角度看，经受雨水侵蚀、冰雹或鸟类冲击、静电放电、雷击、温度、湿度、流体或真菌以及热冲击的能力是经常考虑的因素。最后，成本上的考虑，包括与研发、制造设施和测试相关的成本，也对雷达屏蔽罩的设计和装备有影响。本领域已知的熔凝二氧化硅坩埚及其他“器具”用于制造硅晶片。这种制品具有高纯度，通常经切割、组装、浇铸或压制，形成能盛装熔融二氧化硅的形状。因此，本专利技术提供了净形或近净形熔凝二氧化硅玻璃制品。所述熔凝二氧化硅玻璃制品可用于需要高温稳定性、化学惰性和低热膨胀性的应用。在多个实施方式中，熔凝二氧化硅玻璃制品用作诸如导弹这样的射弹的雷达屏蔽罩，用作对硅这样的半导体材料进行高温加工的器具(例如坩埚)，用作晶片步进机器具，用作极远紫外辐射应用的外壳材料，等坐寸O本文所用的术语“熔凝二氧化硅”是指密度约为全致密化熔凝二氧化硅玻璃密度的50%-100%的二氧化硅或掺杂二氧化硅。在一个实施方式中，熔凝二氧化硅玻璃制品是雷达屏蔽罩，即用来容纳雷达天线、通信天线、传感器等的坚固薄壳。在具体的实施方式中，玻璃制品是用于诸如导弹这样的射弹的雷达屏蔽罩或鼻锥体。在多个实施方式中，雷达屏蔽罩可透过不同波长和频率的电磁辐射，如无线电波、红外辐射等。图Ia显示了第一雷达屏蔽罩的横截面示意图。虽然下面的讨论所描述的是雷达屏蔽罩的性质和结构，但应当理解，该描述同样适用于其他净形和近净形熔凝二氧化硅玻璃制品，例如但不限于上面所述的那些制品。第一雷达屏蔽罩100具有基本上相互平行的内表面110和外表面120，通常容纳如上所述的通信或传感器设备 150。在一个实施方式中,外表面120包含外层122,所述外层122处于压缩状态,特别是在高于室温(即高于约25°C)的温度下。外层122的压缩可通过在外层122中掺杂高达10重量％的氧化钛(TiO2)来实现，并通过雷达屏蔽罩100余下部分的拉伸力来平衡。氧化钛的加入使外层122的热膨胀系数(CTE)接近于或等于零。当导弹达到并维持高速时，由于外层122中存在TiO2，外表面120或外层122与第一雷达屏蔽罩体100余下部分之间的CTE之差在外表面120内产生压缩应力，该压缩应力达到的层深度(DOL)等于外层122的厚度。外层122的厚度限定了第一雷达屏蔽罩100抗裂和抗刮擦的程度。在一些实施方式中，熔凝二氧化硅玻璃制品包含基本上相互平行的多个层，如图Ib中第二雷达屏蔽罩102的示意图所示。熔凝二氧化硅玻璃制品/雷达屏蔽罩100的组成在层与层之间以及沿着二氧化硅玻璃制品的厚度稍有变化。例如，第一层130可包含至少一种掺杂剂，例如但不限于氧化钛、氧化锗及其氧化物，金属硒化物或硫化物(例如ZnS或ZnSe)，它们本文档来自技高网...

【技术保护点】

【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：D·霍托夫，W·P·托马斯，
申请(专利权)人：康宁股份有限公司，
类型：
国别省市：