[发明专利]一种石英玻璃制备装置及方法

说明书

为克服现有石英玻璃制备过程中存在羟基的消耗效率低和残留率高的问题，本发明提供了一种石英玻璃制备装置，包括加热装置、载物体和超声波发生装置，所述载物体用于放置二氧化硅物料，所述加热装置用于对所述载物体上的二氧化硅物料进行加热，所述超声波发生装置用于对所述载物体上的二氧化硅物料进行超声处理。同时，本发明还公开了一种石英玻璃制备方法。本发明提供的石英玻璃制备装置能够有效提高在高温均化过程中羟基的消除速度，降低最终石英玻璃中的羟基含量。

技术领域

本发明属于石英玻璃制备技术领域，具体涉及一种石英玻璃制备装置及方法。

背景技术

目前常用的合成石英玻璃制备主要有直接法和间接法。直接发包含电熔、气熔、化学气相沉积和等离子化学气相沉积等方法。现有直接法合成的缺点包括羟基含量高、缺陷浓度可控性差等缺点。间接法一般是先生成二氧化硅疏松体，再制成石英玻璃。现有的间接合成法相比直接法有着温度低、缺陷可控等优点，而成为当前的研究热门，随着市场的不断发展，对于合成石英玻璃产品的光谱透过率和高温稳定性等性能具有更高的要求，而目前国内高端合成石英玻璃大多需要进口来满足需求，现有间接合成法存在效率低，尤其是羟基的消耗时间长、消除不彻底以及去除气泡慢等问题，合成石英玻璃中羟基的存在形式有：带氢键的羟基、互相邻近的羟基对、孤立存在的羟基，而在高温均化过程中，可基本完全去除独立的羟基和部分不稳定的相邻羟基，强氢键羟基很难出去，同时，间接法在制备石英玻璃的过程中，熔融的二氧化硅在冷却时易在石英玻璃的内部产生应力，进而影响石英玻璃的性能。

发明内容

针对现有石英玻璃制备过程中存在羟基的消耗效率低和残留率高的问题，本发明提供了一种石英玻璃制备装置及方法。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案如下：

一方面，本发明提供了一种石英玻璃制备装置，包括加热装置、载物体和超声波发生装置，所述载物体用于放置二氧化硅物料，所述加热装置用于对所述载物体上的二氧化硅物料进行加热，所述超声波发生装置用于对所述载物体上的二氧化硅物料进行超声处理。

可选的，所述石英玻璃制备装置还包括磁场发生装置，所述磁场发生装置用于在所述载物体上方生成磁场。

可选的，所述石英玻璃制备装置还包括密封壳体，所述加热装置和所述载物体设置于所述密封壳体内部，所述密封壳体连接有抽真空装置。

可选的，所述密封壳体内部设置有第一密封隔热层和第二密封隔热层，所述第一密封隔热层和所述第二密封隔热层上下间隔设置，以将所述密封壳体的内部分隔形成由上至下的第一腔体、第二腔体和第三腔体，所述磁场发生装置位于所述第一腔体中，所述加热装置和所述载物体位于所述第二腔体中，所述超声波发生装置位于所述第三腔体中，所述超声波发生装置的振子穿过所述第二密封隔热层与所述载物体连接，所述超声波发生装置的振子与所述载物体之间设置有隔热结构以相互连接。

可选的，所述超声波发生装置中设置有散热装置。

可选的，所述载物体包括坩埚、支撑架和沉积板，所述支撑架和所述沉积板位于所述坩埚中，所述沉积板位于所述支撑架的顶部。

另一方面，本发明提供了一种石英玻璃制备方法，包括以下操作：

将疏松的二氧化硅物料放置于载物体中，抽真空；

加热，打开超声波发生装置使二氧化硅物料产生超声振动，在高温均化过程中破坏二氧化硅物料中的羟基；

升温至二氧化硅物料变成熔体，去除气泡，冷却得到石英玻璃。

可选的，在高温均化的过程中，使二氧化硅物料处于磁场中，磁场强度为1～20T ，超声波的谐振频率为20～100KHz，温度为1250～1500℃，处理时间为5～10h。