熔制石英玻璃的沉積爐的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ]本發(fā)明涉及一種石英玻璃制造工藝，特別是涉及一種熔制石英玻璃的沉積爐。
【背景技術(shù)】
[0002]石英玻璃是S12單組分玻璃，其特有的結(jié)構(gòu)使它具有其它材料無法取代的物理、化學(xué)性能，在高科技領(lǐng)域占有不可替代的地位。
[0003]在現(xiàn)有技術(shù)中提出一種采用等離子化學(xué)氣相沉積(PCVD)工藝制備石英玻璃的方法。其采用高頻等離子作為熱源直接生產(chǎn)石英玻璃，旋轉(zhuǎn)的石英玻璃基體在沉積爐中被火焰加熱，二氧化硅顆粒沉積在基體上并熔制成石英玻璃。傳統(tǒng)沉積爐，其內(nèi)部為剛玉等耐火材料組成的爐體，外部為保溫材料組成的保溫層。該類型沉積爐僅起到保溫作用，熔融石英玻璃所需的熱量均來自于火焰熱源，導(dǎo)致沉積面溫度梯度較大，制備的石英玻璃直徑小、結(jié)構(gòu)均勻性差；同時，傳統(tǒng)沉積爐爐體溫度無法控制，爐體自上而下沒有合理的溫度梯度，制備的石英玻璃在下降過程中發(fā)生流動，導(dǎo)致形狀難以控制，直徑不超過150mm，光學(xué)均勻性大于 3 X 10—5。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的主要目的在于，提供一種新型的熔制石英玻璃沉積爐，所要解決的技術(shù)問題是使其合成大尺寸、高均勻性石英玻璃，從而更加適于實(shí)用。
[0005]本發(fā)明的目的及解決其技術(shù)問題是采用以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的。依據(jù)本發(fā)明提出的一種熔制石英玻璃的沉積爐，其特征在于，沉積爐外壁為保溫材料，內(nèi)壁為耐火材料，中間夾層為電熱裝置或循環(huán)水冷卻裝置;沉積爐為分段保溫式沉積爐，從上至下分為四個部分:爐體頂段，為弧形頂蓋部分，夾層為電熱裝置；中段分為2-5個保溫段，采用電熱裝置輔助加熱;爐體下段夾層為循環(huán)水冷卻裝置;爐體底部為蓋板；
[0006]其中，火焰與原料從所述沉積爐頂段進(jìn)入;沉積基體沿其軸線作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，并在沉積過程中整體向下運(yùn)動。
[0007]優(yōu)選的，前述的熔制石英玻璃的沉積爐，其中所述的保溫材料為耐火石棉、耐火纖維板、耐火澆注料或耐火空心球。
[0008]優(yōu)選的，前述的熔制石英玻璃的沉積爐，其中所述的耐火材料為氧化鋁、氧化鋯、
碳化硅或氮化硅。
[0009]優(yōu)選的，前述的熔制石英玻璃的沉積爐，其中所述的頂段部分，電熱裝置控制溫度為 1500°C_1800°C。
[0010]優(yōu)選的，前述的熔制石英玻璃的沉積爐，其中所述的爐體中段，電熱裝置控制溫度1000°C-1500°C，并且溫度自上而下依次降低。
[0011]優(yōu)選的，前述的熔制石英玻璃的沉積爐，其中所述的爐體下段，循環(huán)水冷卻裝置控制溫度在500°C以下。
[0012]優(yōu)選的，前述的熔制石英玻璃的沉積爐，其中所述沉積爐中段有排風(fēng)口，排風(fēng)口數(shù)量為I個或多個。
[0013]優(yōu)選的，前述的熔制石英玻璃的沉積爐，其中所述排風(fēng)口連接抽氣裝置，控制沉積爐內(nèi)壓力比大氣壓高1-50Pa。
[0014]優(yōu)選的，前述的熔制石英玻璃的沉積爐，其中所述的火焰為氫氧焰或等離子體火焰。
[0015]優(yōu)選的，前述的熔制石英玻璃的沉積爐，其中所述的原料為四氯化硅或二氧化硅顆粒。
[0016]借由上述技術(shù)方案，本發(fā)明熔制石英玻璃沉積爐至少具有下列優(yōu)點(diǎn):沉積爐較高溫度的頂部帶來的熱輻射可以使沉積面保持在較高溫度，有利于提高沉積質(zhì)量、擴(kuò)大石英玻璃的直徑;可控的側(cè)壁溫度使石英玻璃自上而下緩慢降溫，有利于維持石英玻璃的形狀，并且內(nèi)部結(jié)構(gòu)較為均勻。
[0017]上述說明僅是本發(fā)明技術(shù)方案的概述，為了能夠更清楚了解本發(fā)明的技術(shù)手段，并可依照說明書的內(nèi)容予以實(shí)施，以下以本發(fā)明的較佳實(shí)施例并配合附圖詳細(xì)說明如后。
【附圖說明】
[0018]圖1為熔制石英玻璃沉積爐示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0019]為更進(jìn)一步闡述本發(fā)明為達(dá)成預(yù)定發(fā)明目的所采取的技術(shù)手段及功效，以下結(jié)合附圖及較佳實(shí)施例，對依據(jù)本發(fā)明提出的熔制石英玻璃的沉積爐其【具體實(shí)施方式】、結(jié)構(gòu)、特征及其功效，詳細(xì)說明如后。在下述說明中，不同的“一實(shí)施例”或“實(shí)施例”指的不一定是同一實(shí)施例。此外，一或多個實(shí)施例中的特定特征、結(jié)構(gòu)、或特點(diǎn)可由任何合適形式組合。
[0020]如圖1所示，本發(fā)明的一個實(shí)施例提出的一種熔制石英玻璃沉積爐，其包括:火焰
1、石英玻璃基體2、原料3、加料器4、排風(fēng)口 5、沉積爐內(nèi)壁6、沉積爐外壁7、底蓋板8、沉積爐中段9、電加熱裝置10、11、13以及循環(huán)水冷卻裝置12。
[0021]本發(fā)明提出一種熔制石英玻璃的沉積爐，其特征在于，沉積爐外壁為保溫材料，內(nèi)壁為耐火材料，中間夾層為電熱裝置或循環(huán)水冷卻裝置;沉積爐為分段保溫式沉積爐，從上至下分為四個部分:爐體頂段，為弧形頂蓋部分，夾層為電熱裝置；中段分為2-5個保溫段，采用電熱裝置輔助加熱;爐體下段夾層為循環(huán)水冷卻裝置;爐體底部為蓋板；
[0022]其中，火焰與原料從所述沉積爐頂段進(jìn)入;沉積基體沿其軸線作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，并在沉積過程中整體向下運(yùn)動。
[0023]這種沉積爐頂部高溫產(chǎn)生的熱輻射可以使沉積面保持在較高溫度，有利于提高沉積質(zhì)量并擴(kuò)大石英玻璃的直徑;可控的側(cè)壁溫度使石英玻璃自上而下緩慢降溫，有利于維持石英玻璃的形狀，并且內(nèi)部結(jié)構(gòu)較為均勻。
[0024]采用化學(xué)氣相沉積工藝，將熱源通入沉積爐內(nèi)并加熱石英玻璃基體，載料氣體攜帶氣化的含硅原料通過加料器通入沉積爐中發(fā)生反應(yīng)，生成二氧化硅顆粒，原料被火焰加熱后形成二氧化硅顆粒沉積在石英玻璃基體上，隨著沉積面的生長，緩慢降低石英玻璃基體以保持其上表面高度不變，逐漸形成石英玻璃塊體。
[0025]較佳的，本發(fā)明的一個實(shí)施例提出的熔制石英玻璃的沉積爐，使用功率為200kW的高頻等離子體火焰作為熱源，四氯化硅作為原料。等離子體火焰進(jìn)入沉積爐內(nèi)并加熱石英玻璃基體。使用分段保溫式沉積爐，中段由2個保溫段組成。通過電加熱裝置，使頂段溫度保持在1700 ± 20°C，中段上部溫度保持在1400 ± 20°C，中段下部溫度保持在1100 ± 20°C。使用循環(huán)水冷卻裝置，使?fàn)t體下部溫度保持在500°C以下。沉積爐中部設(shè)有2個排風(fēng)口，通過調(diào)節(jié)抽氣風(fēng)壓控制沉積爐上部壓力比大氣壓高20Pa。載料氣體O2攜帶SiCl4原料通過加料器進(jìn)入沉積爐，O2流量為lm3/h，載料氣體O2中摻入0.3m3/h的He氣。SiCl4與O2發(fā)生反應(yīng)生成S12并沉積在石英玻璃基體上，隨著沉積面的生長，緩慢降低石英玻璃基體以保持其上表面高度不變，逐漸形成石英玻璃塊體。制備的石英玻璃直徑為300_，質(zhì)量為15kg，無氣泡、雜點(diǎn)、條紋等缺陷，沉積速率為190g/h，測得其羥基含量為0.4ppm，波長為2730nm處透過率為90%，光學(xué)均勻性為2 X I O—6。
[0026]較佳的，本發(fā)明的一個實(shí)施例提出的熔制石英玻璃的沉積爐，使用氫氧焰作為熱源，高純水晶粉(二氧化硅顆粒)作為原料。氫氧焰進(jìn)入沉積爐內(nèi)并加熱石英玻璃基體。使用分段保溫式沉積爐，中段由4個保溫段組成。通過電加熱裝置，使頂段溫度保持在1780±200C，中段溫度自上而下依次保持在1400 土 20°C、1300 土 20°C、1200 ± 20°C、1100 ± 20°C。使用循環(huán)水冷卻裝置，使?fàn)t體下部溫度保持在500°C以下。沉積爐中部設(shè)有4個排風(fēng)口，通過調(diào)節(jié)抽氣風(fēng)壓控制沉積爐上部壓力比大氣壓高40Pa。載料氣體出攜帶水晶粉原料通過加料器進(jìn)入沉積爐，水晶粉被加熱并沉積在石英玻璃基體上，隨著沉積面的生長，緩慢降低石英玻璃基體以保持其上表面高度不變，逐漸形成石英玻璃塊體。制備的石英玻璃直徑為600mm，質(zhì)量為150kg，無氣泡、雜點(diǎn)、條紋等缺陷，沉積速率為3000g/h，光學(xué)均勻性為3 XlO-5O
[0027]以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并非對本發(fā)明作任何形式上的限制，依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實(shí)質(zhì)對以上實(shí)施例所作的任何簡單修改、等同變化與修飾，均仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案的范圍內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種熔制石英玻璃的沉積爐，其特征在于，沉積爐外壁為保溫材料，內(nèi)壁為耐火材料，中間夾層為電熱裝置或循環(huán)水冷卻裝置;沉積爐為分段保溫式沉積爐，從上至下分為四個部分:爐體頂段，為弧形頂蓋部分，夾層為電熱裝置；中段分為2-5個保溫段，采用電熱裝置輔助加熱;爐體下段夾層為循環(huán)水冷卻裝置;爐體底部為蓋板； 其中，火焰與原料從所述沉積爐頂段進(jìn)入;沉積基體沿其軸線作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，并在沉積過程中整體向下運(yùn)動。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熔制石英玻璃的沉積爐，其特征在于，所述的保溫材料為耐火石棉、耐火纖維板、耐火澆注料或耐火空心球。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熔制石英玻璃的沉積爐，其特征在于，所述的耐火材料為氧化鋁、氧化鋯、碳化硅或氮化硅。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熔制石英玻璃的沉積爐，其特征在于，所述的頂段部分，電熱裝置控制溫度為1500°C-1800°C。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熔制石英玻璃的沉積爐，其特征在于，所述的爐體中段，電熱裝置控制溫度1000°C-1500°C，并且溫度自上而下依次降低。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熔制石英玻璃的沉積爐，其特征在于，所述的爐體下段，循環(huán)水冷卻裝置控制溫度在500°C以下。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熔制石英玻璃的沉積爐，其特征在于，所述沉積爐中段有排風(fēng)口，排風(fēng)口數(shù)量為I個或多個。8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的熔制石英玻璃的沉積爐，其特征在于，所述排風(fēng)口連接抽氣裝置，控制沉積爐內(nèi)壓力比大氣壓高l_50Pa。9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熔制石英玻璃的沉積爐，其特征在于，所述的火焰為氫氧焰或等尚子體火焰。10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熔制石英玻璃的沉積爐，其特征在于，所述的原料為四氯化硅或二氧化硅顆粒。
【專利摘要】本發(fā)明是關(guān)于一種熔制石英玻璃的沉積爐，沉積爐外壁為保溫材料，內(nèi)壁為耐火材料，中間夾層為電熱裝置或循環(huán)水冷卻裝置；沉積爐為分段保溫式沉積爐，從上至下分為四個部分:爐體頂段，為弧形頂蓋部分，夾層為電熱裝置；中段分為2-5個保溫段，采用電熱裝置輔助加熱；爐體下段夾層為循環(huán)水冷卻裝置；爐體底部為蓋板；其中，火焰與原料從所述沉積爐頂段進(jìn)入；沉積基體沿其軸線作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，并在沉積過程中整體向下運(yùn)動。該沉積爐頂部高溫產(chǎn)生的熱輻射使沉積面保持在較高溫度，有利于提高沉積質(zhì)量并擴(kuò)大石英玻璃的直徑；可控的側(cè)壁溫度使石英玻璃自上而下緩慢降溫，有利于維持石英玻璃的形狀，并且內(nèi)部結(jié)構(gòu)較為均勻，可合成大尺寸、高均勻性石英玻璃。
【IPC分類】C03B20/00
【公開號】CN105502898
【申請?zhí)枴緾N201610019706
【發(fā)明人】孫元成, 宋學(xué)富, 杜秀蓉, 張曉強(qiáng), 王慧
【申請人】中國建筑材料科學(xué)研究總院
【公開日】2016年4月20日
【申請日】2016年1月12日