[发明专利]近净形熔凝二氧化硅玻璃制品及其制备方法

说明书

相关申请的交叉参考

本申请根据35U.S.C.§119(e)要求2010年4月15日提交的美国临时申请系列第61/324502号的优先权。

技术领域

本发明涉及近净形（near-net shape）或净形（net shape）熔凝二氧化硅玻璃制品。具体地，本发明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。

背景技术

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℃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[康宁（Corning）玻璃代码9606]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。

发明概述

本发明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，本发明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，本发明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，本发明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发明的上述及其他方面、优点和显著特征。

附图说明

图1a是第一雷达屏蔽罩的横截面示意图；

图1b是第二雷达屏蔽罩的横截面示意图；

图1c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。

发明详述

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发明的具体实施方式，这些举例说明不构成对本发明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。