[發明專利]制備合成石英玻璃砣的沉積爐

有效

• 申請號: 201510420175.2
• 申請日: 2015-07-16
• 公開（公告）號: CN104926087B
• 公開（公告）日: 2018-03-27
• 發明（設計）人: 王玉芬;聶蘭艦;向在奎;饒傳東;王宏杰;劉飛翔
• 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
• 代理公司: 北京鼎佳達知識產權代理事務所(普通合伙)11348
• 代理人: 王偉鋒,劉鐵生

技術領域

本發明涉及石英玻璃砣制備技術領域，尤其涉及一種制備合成石英玻璃砣的沉積爐。

背景技術

高均勻合成石英玻璃是航天、核技術、激光、精密儀器等高科技領域的不可替代的關鍵基礎材料，光學不均勻嚴重影響光學系統的成像質量。

目前，合成石英玻璃砣的熔制方法主要有臥式沉積爐化學氣相沉積法和立式沉積爐化學氣相沉積法。由于臥式沉積爐化學氣相沉積法無法生產大尺寸、高重量的石英玻璃砣，且爐溫低、能耗大且效率低，已逐步被立式沉積爐化學氣相沉積所取代。現有立式沉積爐化學氣相沉積技術中，主要是通過將氫氣和氧氣在燃燒器中燃燒產生水蒸氣后與燃燒器下料管中氣態四氯化硅反應產生二氧化硅顆粒，二氧化硅顆粒直接沉積在基礎桿上形成石英玻璃砣。在沉積石英玻璃砣過程，通過高溫熔融的石英玻璃砣的離心力和重力作用，被迫使中心的石英玻璃逐步向邊部擴散而生長成形，以便得到較大直徑的石英玻璃砣。而為了保證石英玻璃砣的穩定成形，必然要求沉積砣面存在一定的溫度梯度，否則如果中心與邊部溫度一致，玻璃液在高溫下會無限的流動，造成石英玻璃砣無法成形。因此，采用該方法沉積合成石英玻璃，不管設置多少個燃燒器，均要求沉積面的溫度梯度至少在200℃以上。

沉積面的溫度梯度會使石英玻璃砣的中心到邊部的結構存在較大差異，如石英玻璃的羥基含量沿中心到邊部逐漸降低，這導致了石英玻璃的折射率、密度等分布不均勻，進而影響石英玻璃的沉積面方向的結構均勻性。同時，采用該沉積爐制造石英玻璃砣的沉積機理是依靠離心力和重力作用被迫由中心逐步向邊部擴散而形成的，即整個沉積面為正態分布形態，導致石英玻璃砣的縱向分布出現層狀現象，嚴重影響了其縱向結構均勻性。因此，采用現有的沉積爐制造的石英玻璃砣都存在結構不均勻的現象，進而影響石英玻璃的一維和三維的光學均勻性、應力等性能，最終破壞航天、核技術、精密儀器等領域精密光學系統的成像質量。

發明內容

有鑒于此，本發明實施例提供一種制備合成石英玻璃砣的沉積爐，主要目的是提高石英玻璃砣組分分布的一致性，生產出徑向與軸向結構均勻的石英玻璃砣。

為達到上述目的，本發明主要提供如下技術方案：

一方面，本發明實施例提供了一種制備合成石英玻璃砣的沉積爐，包括：

爐體，所述爐體由爐頂、爐壁和爐底組成，所述爐頂、爐壁和爐底圍成爐膛；

燃燒器，設置于爐頂；

基礎桿，自所述爐底垂直伸入到所述爐膛內，所述基礎桿可相對于爐體在垂直方向上移動，所述基礎桿可以其軸線為旋轉軸轉動；

沉積池，設于基礎桿的頂部，與基礎桿固定連接，所述沉積池由底面和側壁圍成，所述沉積池作為石英玻璃砣的沉積容器。

作為優選，所述沉積池的側壁與底面的角度為90°～150°。

作為優選，所述沉積池的材質為耐火材料，所述耐火材料為氧化鋁、氧化鋯或鋯石英。

作為優選，所述爐膛內圍繞沉積池的外圍設有用于提高石英玻璃沉積砣邊緣溫度的輔助加熱裝置。

作為優選，所述輔助加熱裝置為電阻絲加熱、高溫加熱棒或氫氧火焰燃燒器。

作為優選，所述輔助加熱裝置與沉積池之間設置一圈爐襯，所述爐襯上具有多個導熱通孔，導熱通孔的直徑為2mm～20mm。

作為優選，所述爐襯采用碳化硅、氮化硅或氧化鋁制成。

作為優選，所述燃燒器與垂直線的夾角為0°～45°。

作為優選，所述燃燒器的個數不超過2個。

作為優選，所述燃燒器的出口與沉積砣面之間的距離為200mm～400mm,沉積過程中燃燒器出口至沉積面的距離恒定。

作為優選，沉積爐的底部設置1～4個尾氣排風口，并采用強制排風裝置，使沉積爐膛內產生的尾氣有序排出，保證沉積爐膛內氣流場的穩定，以及使沉積爐膛內形成微正壓，防止外界空氣進入沉積爐膛內。

與現有技術相比，本發明的有益效果在于：

本發明實施例提供的制備合成石英玻璃砣的沉積爐通過采用凹型的沉積池，代替現有技術中平面或弧形的沉積基底，進而避免沉積過程要求沉積砣面存在溫度梯度才能保證石英玻璃砣的穩定形成，而可大大提高石英玻璃砣沉積過程的溫度及溫度分布均勻性，減少了石英玻璃砣邊緣與沉積砣面中心的溫度差，保證了沉積砣面溫度分布的均勻一致性，這樣使化學氣相合成形成的二氧化硅顆粒沉積在更高溫度下繼續熔化并在凹形的沉積池中擴散和沉積，進而改善石英玻璃中羥基等組分沿徑向與軸向分布均勻，從而提高石英玻璃的結構均勻性。

附圖說明