[发明专利]一种生产大尺寸、高均匀性合成石英玻璃砣的方法

说明书

本发明公开了一种生产大尺寸、高均匀性合成石英玻璃砣的方法，该方法采用化学气相沉积工艺，即向多个燃烧器中通入氢气和氧气，氢气和氧气在燃烧器中燃烧进而对沉积炉炉腔进行预热；预热完成后，将沉积炉内石英基板的温度升高至指定温度，同时启动温度探测器使其开始工作；通过每个燃烧器的下料管向沉积炉内通入气态含硅化合物，氢气和氧气在燃烧器中燃烧产生水蒸汽，该水蒸汽与气态含硅化合物在沉积炉内反应生成二氧化硅颗粒；二氧化硅颗粒在转动的石英基板上逐渐沉积形成石英玻璃坨，且所述温度探测器动态监测二氧化硅颗粒沉积面的温度分布；本发明通过增加燃烧器及沉积面温度测试保证沉积面温度的均匀性，从而保证石英玻璃的结构均匀性。

技术领域

本发明涉及石英玻璃生产方法的技术领域，具体涉及一种生产大尺寸、高均匀性合成石英玻璃砣的方法。

背景技术

化学气相沉积(Chemical Vapor Deposition)简称CVD,是广泛应用于材料合成、加工生产的一种技术工艺。CVD工艺是由气体作为前驱体，气相发生反应并与固体基体相互作用并沉积在基体表面形成薄层或镀膜等沉积体，实现材料制备或表面加工的过程。CVD工艺也是制造石英玻璃的重要方法之一，原因是其工艺简单、可控性好，原料来源广泛且价廉，并能够生产大尺寸石英玻璃坨。目前，合成石英玻璃砣的熔制方法主要有卧式沉积炉化学气相沉积法和立式沉积炉化学气相沉积法。由于卧式沉积炉化学气相沉积法无法生产大尺寸、高重量的石英玻璃砣，且炉温低、能耗大、效率低，已逐步被立式沉积炉化学气相沉积所取代。现有立式沉积炉化学气相沉积技术中，主要是通过将氢气和氧气在燃烧器中燃烧产生水蒸汽后与燃烧器下料管中气态含硅化合物反应产生二氧化硅颗粒，二氧化硅颗粒直接沉积在基础杆上形成石英玻璃砣。在沉积石英玻璃砣的过程中，高温熔融的石英玻璃砣在离心力和重力作用下，被迫使中心的石英玻璃逐步向边部扩散而生长成形，以便得到较大直径的石英玻璃砣，由于制备过程始终处于一个氢过量的氛围，所以制备的石英玻璃坨中羟基含量较高，并且从制备机理上还会导致沉积面的温度存在梯度变化，温度梯度会使石英玻璃砣的中心到边部的结构存在较大差异，如石英玻璃的羟基含量沿中心到边部逐渐降低，这导致了石英玻璃的折射率、密度等分布不均匀，进而影响石英玻璃结构的均匀性，直接影响石英玻璃的光学均匀性，进而影响航天、精密仪器、核技术等领域精密光学系统的成像品质。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种生产大尺寸、高均匀性合成石英玻璃砣的方法，可满足航天、精密仪器、核技术等领域对石英玻璃高均匀性的要求，更加实用且易实现。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种生产大尺寸、高均匀性合成石英玻璃砣的方法，该方法采用化学气相沉积工艺，其特征在于，包括以下步骤：

①向多个燃烧器中通入氢气和氧气，氢气和氧气在燃烧器中燃烧进而对沉积炉炉腔进行预热，同时通过引杆将石英基板升高至指定位置；

②沉积炉炉腔预热完成后，将位于沉积炉内的石英基板的温度升高至指定温度，同时启动温度探测器使其开始工作；

③通过每个燃烧器的下料管向沉积炉内通入气态含硅化合物，氢气和氧气在燃烧器中燃烧产生水蒸汽，该水蒸汽与气态含硅化合物在沉积炉内反应生成二氧化硅颗粒；

④二氧化硅颗粒在转动的石英基板上逐渐沉积形成石英玻璃坨，且所述温度探测器动态监测二氧化硅颗粒沉积面的温度分布；

所述沉积炉炉体的顶部设有燃烧器和温度探测器，所述燃烧器和温度探测器均与石英基板相对，所述沉积炉的内部设有竖直的引杆，所述引杆的顶端固定有所述石英基板，所述引杆的下端安装在驱动其转动和升降的旋转升降系统上。

作为本发明的进一步改进，所述沉积炉炉体的顶部上嵌入固定有两个伸入炉体内部的燃烧器，两个所述燃烧器分别为第一燃烧器和第二燃烧器，所述第一燃烧器竖直正对所述石英基板的中心设置，所述第二燃烧器倾斜朝向所述石英基板设置，所述温度探测器嵌入固定在沉积炉顶部的炉体上，所述温度探测器伸入沉积炉内并监测二氧化硅颗粒沉积面的温度分布，所述沉积炉上还设有与其内部连通的抽风通道。