[發明專利]用于生產具有高硅酸含量的材料的復合體的方法

有效

• 申請號: 201611053257.9
• 申請日: 2016-11-25
• 公開（公告）號: CN106946454B
• 公開（公告）日: 2020-03-03
• 發明（設計）人: C.申克;F.韋澤利;G.沙伊赫
• 申請（專利權）人: 賀利氏石英玻璃股份有限兩合公司
• 主分類號: C03C3/06
• 分類號: C03C3/06;C03C4/08;C03B19/06
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 石克虎;黃念

生產復合體的方法，其具有含有第一濃度的附加組分的高硅酸含量的材料的第一層，所述第一層連接至含有不同于第一濃度的第二濃度的附加組分的高硅酸含量的材料的第二層，其中第一濃度和第二濃度大于或等于零，該方法包括以下步驟：(a)通過使用含有第一分散劑和分散于其中的第一SiO₂顆粒以及第一濃度的附加組分的第一料漿物料制備具有自由表面的第一料漿層，(b)提供含有第二分散劑和分散于其中的第二SiO₂顆粒以及不同于第一濃度的第二濃度的附加組分的第二料漿物料，(c)通過將第二料漿物料施加于第一料漿層的自由表面形成復合體中間產品，和(d)在形成復合體的同時加熱復合體中間產品。

技術背景

本發明涉及用于生產復合體的方法，所述復合體具有含有第一濃度的附加組分的高硅酸含量的材料的第一層，所述第一層連接至含有不同于所述第一濃度的第二濃度的附加組分的高硅酸含量的材料的第二層，并且所述第一濃度和所述第二濃度大于或等于零。

現有技術

具有高硅酸含量的材料在本文被理解為具有至少85%的SiO₂含量的經摻雜或未經摻雜的石英玻璃。該材料在下文中也將被簡稱為“石英玻璃”。石英玻璃的特征在于低熱膨脹系數、寬波長范圍內的光學透明度以及高耐化學性和耐熱性。

為了實現特殊的性質，石英玻璃摻雜有其他物質，例如鈦、鋁、硼或鍺。這些物質以非常小的量添加并且在玻璃結構中起到外來原子的作用，而不形成除了基質之外的第二相。

含有附加組分的石英玻璃在本文被命名“黑色玻璃（black glass）”，其中碳、硅、碳化硅、氮化硅、氮化鈦或碳化鈦的第二相被插入石英玻璃的基質中并固結成復合材料。被插入的相(例如Si相或碳相)的細顆粒區域充當光學缺陷并具有使復合材料在室溫下具有黑色或灰色視覺外觀的效果。另一方面，所述缺陷還對復合材料整體的熱吸收或熱發射產生影響。在2μm至8μm，即在紅外輻射的波長范圍內的熱輻射被強烈吸收。對熱輻射的高吸收和發射能力減少其在該復合材料的表面上的反射。由此防止由反射的熱輻射引起的局部、非再現性的升溫，并且在該復合材料的環境中實現均勻的溫度分布。該復合材料的高度的發射使得組件特別適合用于其中再現性和均勻的溫度分布具有重要性的熱處理。

經常地，需要將石英玻璃元件連接至彼此，例如用于制造具有復雜形狀的石英玻璃組件。通常，這種連接通過將組件焊接至彼此來提供。例如EP 1 042 241 B1描述了用于石英玻璃管的對接式（butt-like）焊接的方法。焊接包括將待連接至彼此的表面熔融并且將軟化的表面相對彼此壓制，這可能容易在焊接區的區域中導致不期望的塑性變形。雖然可以通過廣泛的后處理來去除這種類型的變形，但是通常仍有一些尺寸偏差。

在黑色玻璃的焊接期間產生了另外的困難：在加熱期間，溫度可能被限制于低于被插入的相的熔點(Si相：1410℃)的值。在被插入的碳的情況下，限制因素為碳由于強烈的加熱而從自由表面（free surface）分離或者其由于高的工藝溫度而氧化或燃燒掉；這可能導致氣泡的形成。此外，由于上文提及的黑色玻璃的高發射程度，已經通過焊炬引入的大部分熱量被再次發射，使得該材料相比于透明或不透明的石英玻璃以明亮發光的方式發亮，并且快速地再次冷卻。因此，黑色玻璃的接合或成形不可以熱加工的方式。從EP 2 048 121A1已知，在表面的全部面上為黑色玻璃組件提供透明的石英玻璃層。由于該層，可以在熱工藝中處理黑色玻璃組件，特別是將其焊接到另一石英玻璃組件。透明的外層通過使多孔的SiO₂炱體(soot body)經受與有機硅化合物的氣相反應、然后在真空下玻璃化而產生。在玻璃化期間，有機Si化合物的碳組分不能擴散出所述炱體的核心區域，產生具有在核心區域中的碳相(碳含量為30wt.ppm至50,000wt.ppm)且具有無碳(小于30wt.ppm的碳)的透明外層的黑色玻璃組件。所述外層具有1毫米至10毫米的層厚度，所述層厚度取決于在組件的玻璃化期間所設定的負壓。該組件的層厚度的設定和核心區域中碳量的調整結果是復雜的，使得根據EP 2 048 121 A1的方法必定被認為在整體上是復雜的。此外，這將僅產生全部面上具有透明外層的黑色玻璃組件；僅一個連接表面的選擇性形成是不可能的。