[發(fā)明專利]摻雜鈦的石英玻璃及其制備方法、制備裝置

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410571933.6
• 申請日: 2014-10-23
• 公開（公告）號: CN104326646B
• 公開（公告）日: 2017-07-21
• 發(fā)明（設計）人: 邵竹鋒;饒傳東;向在奎;符博;聶蘭艦;王宏杰;王慧;王蕾;劉飛翔;王玉芬
• 申請（專利權）人: 中國建筑材料科學研究總院
• 主分類號: C03B20/00
• 分類號: C03B20/00;C03C3/06
• 代理公司: 北京鼎佳達知識產(chǎn)權代理事務所(普通合伙)11348
• 代理人: 王偉鋒,劉鐵生

技術領域

本發(fā)明涉及一種大尺寸低膨脹系數(shù)的石英玻璃，尤其涉及一種摻雜鈦的石英玻璃及其制備方法、制備裝置。

背景技術

近年來，由于不同領域的特殊需求，石英玻璃的組成成分也在不斷發(fā)生改變。在石英玻璃的基礎組成成分二氧化硅中摻雜不同種類的稀土或金屬元素，可以改變石英玻璃在膨脹系數(shù)、強度、穩(wěn)定性、透光率、耐輻照等方面的特性。在航空航天和天文領域要求反射光學元件既具有很高的輕量化率，又具有極低的熱膨脹系數(shù)以保證光學元件在溫度波動時能夠保持其面形精度。大尺寸低膨脹石英玻璃既具有很好的可焊接性能，能夠制作蜂窩狀輕量化結構，同時又具有極低的熱膨脹系數(shù)，和很高的抗變形強度，是反射光學領域的理想光學材料。

目前，國內(nèi)大尺寸石英玻璃的制備工藝共有四種，但是這些工藝制備的石英玻璃膨脹系數(shù)均為10^-7/℃，經(jīng)過輕量化焊接后會發(fā)生炸裂現(xiàn)象，且熱穩(wěn)定性能較差。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決現(xiàn)有技術的問題，本發(fā)明實施例提供了一種實現(xiàn)摻雜均勻，摻雜量可控的摻雜鈦的石英玻璃的制備方法。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取的技術方案是：

一種摻雜鈦的石英玻璃的制備方法，包括以下步驟：

將含硅原料和含鈦原料放入以氫氧火焰為反應能源的燃燒器中，采用立式化學氣相沉積法制備低膨脹石英玻璃砣，將石英玻璃砣裝入高溫均化爐中均化處理，再經(jīng)過冷加工制備得到摻雜鈦的石英玻璃。

進一步地，具體包括以下步驟：

(1)在燃燒器內(nèi)通入氫氣和氧氣，燃燒反應形成氧化還原反應氛圍；

(2)將含硅原料和含鈦原料分別在物料控制下汽化蒸發(fā)，經(jīng)過均勻混合裝置后，在載料氣體的帶動下送入燃燒器內(nèi)進行反應，控制含鈦原料的質(zhì)量為含硅原料質(zhì)量的3％～10％；反應后生成的SiO₂和TiO₂顆粒沉積到燃燒爐內(nèi)的托盤上，在1300～2000℃的高溫下逐層燒結形成低膨脹系數(shù)石英玻璃砣；托盤在基礎桿的旋轉(zhuǎn)下，慢速下降，石英玻璃砣逐漸長大；

(3)將石英玻璃砣經(jīng)過均化和后續(xù)冷加工，最終形成摻雜鈦的石英玻璃。

所述含硅原料為四氯化硅，和/或，所述含鈦原料為四氯化鈦。

所述沉積的速度為100～500克/小時。

所述高溫均化爐中，升溫速度為200～700℃/小時，最高溫度為1700～1900℃；所述高溫均化爐為密閉結構，工作時爐內(nèi)保持真空或者充入氣體，所述氣體為惰性氣體或還原性氣體。

所述含硅原料的流量為800～1500g/h，所述含鈦原料的流量為24～150g/h。

本發(fā)明還提供一種摻雜鈦的石英玻璃，按照上述的制備方法制備得到。

本發(fā)明又提供一種摻雜鈦的石英玻璃的制備裝置，包括氫氣控制系統(tǒng)、氧氣控制系統(tǒng)、四氯化硅控制系統(tǒng)、四氯化鈦控制系統(tǒng)及基礎桿，所述四氯化硅控制系統(tǒng)和四氯化鈦控制系統(tǒng)分別連接混料瓶，所述混料瓶連接燃燒器，所述氫氣控制系統(tǒng)和氧氣控制系統(tǒng)分別連接燃燒器，所述燃燒器位于燃燒爐的爐膛內(nèi)，所述基礎桿一端設有托盤，所述托盤位于所述爐膛內(nèi)，所述基礎桿另一端連接旋轉(zhuǎn)機構，所述旋轉(zhuǎn)機構連接升降系統(tǒng)，所述爐膛連接煙囪。

所述燃燒器為多層包裹管狀結構，所述的燃燒器的材料為耐高溫材料。

所述燃燒爐為立式燃燒爐，所述燃燒器放置于爐膛的中部以上的位置，所述燃燒器的燃燒口對著爐膛內(nèi)托盤的位置。

與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的有益效果是：

本發(fā)明在石英玻璃中摻雜一定量的二氧化鈦能夠明顯降低石英玻璃的膨脹系數(shù)，并且采用立式化學氣相沉積法能夠?qū)⒍趸伨鶆驌饺胧⒉ＡЩw中，且能夠精確的控制摻雜數(shù)量，因此能夠準確控制石英玻璃的膨脹系數(shù)。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實施例中的技術方案，下面將對實施例描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1是本發(fā)明提供的摻雜鈦的石英玻璃的制備裝置的結構示意圖。

圖中:1氫氣控制系統(tǒng)、2氧氣控制系統(tǒng)、3四氯化硅控制系統(tǒng)、4四氯化鈦控制系統(tǒng)、5混料瓶、6燃燒器、7爐膛、8低膨脹石英玻璃砣、9煙筒、10升降系統(tǒng)、11基礎桿、12旋轉(zhuǎn)機構。

具體實施方式

為使本發(fā)明的目的、技術方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結合附圖對本發(fā)明實施方式作進一步地詳細描述。