CN106430913A - 低膨胀系数的石英玻璃的制备方法及石英玻璃 - Google Patents

Abstract

本发明是关于一种低膨胀系数的石英玻璃的制备方法及石英玻璃，涉及石英玻璃制备领域，主要目的在于制备膨胀系数较低的石英玻璃，解决目前无法控制低膨胀石英玻璃的钛离子价态，导致光学性能不稳定而无法在航天、极紫外光刻等领域中得到应用。所述方法包括：向所述烧结空间通入氧化气氛气流，使所述烧结空间处于氧化环境，对所述掺钛二氧化硅疏松体进行烧结；对烧结后制得的透明化的石英玻璃冷却后，获得所述石英玻璃成品。烧结中，氧化环境可防止Ti⁴⁺向Ti³⁺转变，以及促进Ti³⁺向Ti⁴⁺转变当Ti⁴⁺钛离子较多，Ti³⁺钛离子较少的掺钛石英玻璃中，能够在保证石英玻璃在膨胀系数较低的同时，光谱透过率等光学性能较优。

Description

低膨胀系数的石英玻璃的制备方法及石英玻璃

技术领域

本发明涉及石英玻璃制备领域，特别是涉及一种低膨胀系数的石英玻璃的制备方法及石英玻璃。

背景技术

目前，石英玻璃的制备工艺主要分为直接法制备工艺和间接法制备工艺，在直接法制备工艺中，石英玻璃用水晶、硅石、含硅化合物为原料，经高温熔化或化学气相沉积而成，熔制方法有电熔法、气炼法、化学气相沉积CVD和等离子化学气相沉积PCVD等。在间接法制备工艺中，用含硅原料，经过低温化学气相沉积合成制得玻璃中间体，即二氧化硅疏松体，再将玻璃中间体直接在常压下进行区熔逐步烧结，即二氧化硅疏松体通过机械装置持续缓慢经过高温加热带，在很窄的加热区进行一段一段逐步烧结，将玻璃中间体烧结成石英玻璃，整个过程需要24h以上。采用上述石英玻璃的制备工艺制备的石英玻璃的膨胀系数低，高纯石英玻璃膨胀系数可达到5.7×10^-7/℃，能够适用于广大的市场需求。

在实现本发明过程中，发明人发现现有技术中至少存在如下问题：

随着科技水准要求的提高，膨胀系数为5.7×10^-7/℃的高纯石英玻璃已无法满足现有一些特殊领域的应用需求，如在半导体极紫外光刻技术和高分辨率航天卫星等领域，对石英玻璃膨胀系数需求需要满足低于5×10^-8/℃，市场的高纯石英玻璃的膨胀系数较高，已经无法满足高端市场的需求。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种低膨胀系数的石英玻璃的制备方法及石英玻璃，主要目的在于制备膨胀系数较低的石英玻璃。

为达到上述目的，本发明主要提供如下技术方案：

一方面，本发明的实施例提供一种低膨胀系数的石英玻璃的制备方法，用于将掺钛二氧化硅疏松体在烧结空间制备成石英玻璃成品，其中，所述掺钛二氧化硅疏松体内具有气孔；所述方法包括：

向所述烧结空间通入氧化气氛气流，使所述烧结空间处于氧化环境，对所述掺钛二氧化硅疏松体进行烧结；

对烧结后制得的透明化的石英玻璃冷却后，获得所述石英玻璃成品。

本发明的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。

可选的，前述的低膨胀系数的石英玻璃的制备方法，其中所述对所述掺钛二氧化硅疏松体进行烧结中，还包括：

在T₁温度下，向所述烧结空间通入氟化合物气氛气流，保温S₁小时。

可选的，前述的低膨胀系数的石英玻璃的制备方法，其中T₁在500～1200℃，S₁在0.5～8小时。

可选的，前述的低膨胀系数的石英玻璃的制备方法，其中在向所述烧结空间通入氟化合物气氛气流之后，还包括：

在T₂温度下，向所述烧结空间通入水蒸气气氛气流，保温S₂小时。

T₂在500～1700℃，S₂在0.5～8小时。

可选的，前述的低膨胀系数的石英玻璃的制备方法，其中所述水蒸气气氛包括载料气体和水蒸气，所述载料气体包括氮气、氩气或氦气中的至少一种。

可选的，前述的低膨胀系数的石英玻璃的制备方法，其中所述氟化合物气氛气包括氟化合物，所述氟化合物包括SiF₄、Si₂OF₆或CF₄。

可选的，前述的低膨胀系数的石英玻璃的制备方法，其中所述氟化合物气氛气包括还包括：载料气体，所述载料气体包括氮气、氩气或氦气中的至少一种。

可选的，前述的低膨胀系数的石英玻璃的制备方法，其中所述掺钛二氧化硅疏松体中的钛离子含量为2～20％。

可选的，前述的低膨胀系数的石英玻璃的制备方法，其中所述氧化气氛包括氧气和载料气体；

所述载料气体包括氮气、氩气、氦气中至少一种。

可选的，前述的低膨胀系数的石英玻璃的制备方法，其中所述掺钛二氧化硅疏松体由含钛化合物和含硅化合物为原料，在500～1200℃的燃烧火焰中反应生成掺钛二氧化硅颗粒，掺钛二氧化硅颗粒最终沉积形成掺钛二氧化硅疏松体。

可选的，前述的低膨胀系数的石英玻璃的制备方法，其中所述含钛化合物和含硅化合物均需气化为蒸汽，两者蒸汽混合后同时通入同一个燃烧器参与反应或分别通入不同的燃烧器中参与反应。

可选的，前述的低膨胀系数的石英玻璃的制备方法，其中所述含钛化合物为四氯化钛(TiCl₄)或四氟化钛。

所述含硅化合物包括四氯化硅、甲硅烷、乙硅烷、六甲基环三硅氧烷、八甲基环四硅氧烷、十甲基环五硅氧烷、十二甲基环六硅氧烷、十四甲基环七硅氧烷、十六甲基环八硅氧烷、十八甲基环九硅氧烷、二十甲基环十硅氧烷中的至少一种。

另一方面，本发明的实施例提供一种石英玻璃，包括：

石英玻璃成品，所述石英玻璃成品采用上述的低膨胀系数的石英玻璃的制备方法制备而成。

借由上述技术方案，本发明技术方案提供的低膨胀系数的石英玻璃的制备方法及石英玻璃至少具有下列优点：

本发明实施例提供的技术方案中，在对石英玻璃的烧结中，采用掺钛二氧化硅疏松体，烧结中，向所述烧结空间通入氧化气氛气流，使所述烧结空间处于氧化环境，从而使掺钛二氧化硅疏松体在氧化环境中进行烧结，烧结中，氧化环境可防止Ti⁴⁺向Ti³⁺转变，以及促进Ti³⁺向Ti⁴⁺转变，使最终制得掺钛石英玻璃中含有较多的Ti⁴⁺钛离子，较少的Ti³⁺钛离子，发明人发现，当Ti⁴⁺钛离子较多，Ti³⁺钛离子较少的掺钛石英玻璃中，能够降低其膨胀系数，本发明中可制得膨胀系数较低的石英玻璃。解决目前工艺中无法控制低膨胀石英玻璃的钛离子价态，导致光学性能不稳定而无法在航天、极紫外光刻等高新技术领域中得到应用。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：

图1是本发明的实施例提供的一种低膨胀系数的石英玻璃的制备方法的流程示意图；

图2是本发明的实施例提供的一种具体的低膨胀系数的石英玻璃的制备方法的流程示意图；

图3是本发明的实施例提供的一种制备石英玻璃的烧结装置的剖视结构示意图；

图4是本发明的实施例提供的另一种制备石英玻璃的烧结装置的剖视结构示意图；

图5是本发明的实施例提供的一种制备石英玻璃的系统的结构示意图。

具体实施方式

为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效,以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明提出的低膨胀系数的石英玻璃的制备方法及石英玻璃其具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如后。在下述说明中，不同的“一实施例”或“实施例”指的不一定是同一实施例。此外，一或多个实施例中的特定特征、结构、或特点可由任何合适形式组合。

本文中术语“和/或”，仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，具体的理解为：可以同时包含有A与B，可以单独存在A，也可以单独存在B，能够具备上述三种任一种情况。

实施例一

如图1所示，本发明的一个实施例提出的一种低膨胀系数的石英玻璃的制备方法，用于将掺钛二氧化硅疏松体在烧结空间制备成石英玻璃成品，其中，所述掺钛二氧化硅疏松体内具有气孔；

具体的，所述掺钛二氧化硅疏松体由含钛化合物和含硅化合物为原料，在500～1200℃的燃烧火焰中反应生成掺钛二氧化硅颗粒，掺钛二氧化硅颗粒最终沉积形成掺钛二氧化硅疏松体。

具体的，所述含钛化合物和含硅化合物均需气化为蒸汽，两者蒸汽混合后同时通入同一个燃烧器参与反应或分别通入不同的燃烧器中参与反应。

具体的，所述含钛化合物为四氯化钛(TiCl₄)或四氟化钛。

所述含硅化合物可包括四氯化硅、甲硅烷、乙硅烷、六甲基环三硅氧烷、八甲基环四硅氧烷、十甲基环五硅氧烷、十二甲基环六硅氧烷、十四甲基环七硅氧烷、十六甲基环八硅氧烷、十八甲基环九硅氧烷、二十甲基环十硅氧烷中的至少一种。

所述方法包括：

S10、向所述烧结空间通入氧化气氛气流，使所述烧结空间处于氧化环境，对所述掺钛二氧化硅疏松体进行烧结；

发明发现，在石英玻璃中，其中掺钛的石英玻璃中，当Ti⁴⁺钛离子较多，Ti³⁺钛离子较少的掺钛石英玻璃中，能够降低其膨胀系数，而，采用在氧化环境中烧结掺钛二氧化硅疏松体，可防止Ti⁴⁺向Ti³⁺转变，以及促进Ti³⁺向Ti⁴⁺转变，使最终制得掺钛石英玻璃中含有较多的Ti⁴⁺钛离子，较少或不存在Ti³⁺钛离子；

S20、对烧结后制得的透明化的石英玻璃冷却后，获得所述石英玻璃成品。

冷却后可获得含有较多的Ti⁴⁺钛离子的石英玻璃成品，其膨胀系数较低，膨胀系数达到低于5×10^-8/℃。

本发明实施例提供的技术方案中，在对石英玻璃的烧结中，采用掺钛二氧化硅疏松体，烧结中，向所述烧结空间通入氧化气氛气流，使所述烧结空间处于氧化环境，从而使掺钛二氧化硅疏松体在氧化环境中进行烧结，烧结中，氧化环境可防止Ti⁴⁺向Ti³⁺转变，以及促进Ti³⁺向Ti⁴⁺转变，使最终制得掺钛石英玻璃中含有较多的Ti⁴⁺钛离子，较少的Ti³⁺钛离子，发明人发现，当Ti⁴⁺钛离子较多，Ti³⁺钛离子较少的掺钛石英玻璃中，能够降低其膨胀系数，本发明中可制得膨胀系数较低的石英玻璃。解决目前工艺中无法控制低膨胀石英玻璃的钛离子价态，导致光学性能不稳定而无法在航天、极紫外光刻等高新技术领域中得到应用。

如图2所示，进一步的，为了提高掺钛石英玻璃成品中Ti⁴⁺钛离子，上述的低膨胀系数的石英玻璃的制备方法，所述对所述掺钛二氧化硅疏松体进行烧结中，还包括：

S11、在T₁温度下，向所述烧结空间通入氟化合物气氛气流，保温S₁小时。

发明人发现，通入氟化合物气氛气流，可防止Ti⁴⁺向Ti³⁺转变，以及促进Ti³⁺向Ti⁴⁺转变，使最终制得掺钛石英玻璃中含有较多的Ti⁴⁺钛离子，较少或不存在Ti³⁺钛离子。

具体地，上述的低膨胀系数的石英玻璃的制备方法，T₁在500～1200℃，S₁在0.5～8小时。如1h，2h，3h，4h，5h，,6h，7h。

进一步的，为了提高掺钛石英玻璃成品中Ti⁴⁺钛离子，上述的低膨胀系数的石英玻璃的制备方法，在向所述烧结空间通入氟化合物气氛气流之后，还包括：

S12、在T₂温度下，向所述烧结空间通入水蒸气气氛气流，保温S₂小时。即，停止向所述烧结空间通入氟化合物气氛气流后，向所述烧结空间通入水蒸气气氛气流。通过通入水蒸气气氛，在高温下，水蒸气气氛中的水蒸气会与掺钛二氧化硅疏松体发生化学反应或形成物理吸附水，生成羟基或物理吸附水，从而提高掺钛二氧化硅疏松体中羟基的含量；发明人发现，羟基可防止Ti⁴⁺向Ti³⁺转变，以及促进Ti³⁺向Ti⁴⁺转变，使最终制得掺钛石英玻璃中含有较多的Ti⁴⁺钛离子，较少或不存在Ti³⁺钛离子。

具体地，上述的低膨胀系数的石英玻璃的制备方法，T₂在500～1700℃，S₂在0.5～8小时。

其中，所述水蒸气气氛包括载料气体和水蒸气，所述载料气体包括氮气、氩气或氦气中的至少一种。

所述氟化合物气氛气包括氟化合物，所述氟化合物包括SiF₄、Si₂OF₆或CF₄。具体的，所述氟化合物气氛气包括还包括：载料气体，所述载料气体包括氮气、氩气或氦气中的至少一种。

具体的，上述的低膨胀系数的石英玻璃的制备方法，所述掺钛二氧化硅疏松体中的钛离子含量为2～20％。

具体的，上述的低膨胀系数的石英玻璃的制备方法，所述氧化气氛包括氧气和载料气体；所述载料气体包括氮气、氩气、氦气中至少一种。

在具体的实施当中，上述的低膨胀系数的石英玻璃的制备方法，对所述掺钛二氧化硅疏松体进行烧结，具体为：

驱动所述掺钛二氧化硅疏松体在所述烧结空间中旋转，并进行烧结。旋转所述掺钛二氧化硅疏松体的速度在0～100转/每分钟。如，10转/每分钟，30转/每分钟，60转/每分钟。

在具体的实施当中，上述的低膨胀系数的石英玻璃的制备方法，对所述掺钛二氧化硅疏松体进行烧结，具体为：

对所述烧结空间抽真空至负压环境，对位于烧结空间内的二氧化硅疏松体进行烧结，使所述二氧化硅疏松体中气孔在所述负压环境下排出，并将二氧化硅疏松体烧结为透明化的石英玻璃；

其中，所述抽真空即代表是的将某个空间中的气体抽出的意思，其从空间中抽出的气体的量多或量少均属于抽真空，即不一定代表将空间中的气体全部抽出，并非代表将空间抽真空为绝对真空状态；负压环境是低于常压(即一个大气压)的气体压力状态。在负压环境中，如，0.01～1000pa，可使用加热体对烧结空间加热，使二氧化硅疏松体在预定的烧结温度下，烧结设定的时间段，烧结中，负压环境的作用下，二氧化硅疏松体内气孔中的气体能够便于排出。

在对具有气孔的二氧化硅疏松体进行烧结中，将二氧化硅疏松体置于负压环境内，在负压环境中烧结，气孔中的气体容易从二氧化硅疏松体内排出，现对于现有技术中，采用常压下区熔逐步烧结方法，本发明中，烧结后获得的石英玻璃成品中可减少其中含有的气泡含量，以提高石英玻璃的产品质量。

在现有常压的环境下，在对二氧化硅疏松体烧结中，对于烧结中的较大尺寸的二氧化硅疏松体，在大气压力作用下，其内部受到的压力较大，内部的二氧化硅颗粒不易被转换，而在负压环境下烧结，其内部受到的压力较小，内部的二氧化硅颗粒易被转换，可降低在石英玻璃成品中存留的二氧化硅颗粒含量。对于尺寸适中的二氧化硅疏松体，烧结厚度石英玻璃成品中不含二氧化硅颗粒。

具体实施中，负压环境的压力过大，会使二氧化硅疏松体内的气体不易完全散出，优选的，所述负压环境在0.01～500pa较佳。如，1pa，5pa，30pa，80pa，100pa，200pa。对于负压环境过低中，二氧化硅疏松体内的气泡更容易排出，但是对真空设备要求较高，而且抽取更低真空的耗电量等更高，效率低，成本高。

本发明提供了2个样本的制备低膨胀系数的石英玻璃的制备方法，具体参见表1：

上述2个样本获得的石英玻璃成品中膨胀系数均较低，低于5×10^-8/℃，可满足高端市场的需求。

实施例二

本发明实施例二提供了一种制备石英玻璃的烧结装置，用于对二氧化硅疏松体烧结，获得石英玻璃成品，其中，所述二氧化硅疏松体内具有气孔；二氧化硅疏松体的直径可在300mm以上；如φ350mm，φ550mm，φ750mm，φ850mm，φ950mm。

所述二氧化硅疏松体可由含硅原料经低温化学气相沉积合成制得，所述二氧化硅疏松体为高纯二氧化硅疏松体，所述高纯二氧化硅疏松体中二氧化硅的含量在99.99％以上。或所述二氧化硅疏松体为掺杂二氧化硅疏松体，掺杂元素为硼(B)、铝(Al)、氟(F)铁(Fe)、钛(Ti)、铈(Ce)、钙(Ca)、镁(Mg)、钠(Na)、钾(K)、钡(Ba)、钇(Y)、镧(La)、锆(Zr)、锗(Ge)中的至少一种。

如图3所示，所述装置包括：

炉体10，所述炉体10内具有用于容纳所述二氧化硅疏松体B10的烧结空间；

所述炉体10内还具有为所述烧结空间加热的加热器20；

具体的，所述加热器可采用石墨电阻加热、感应加热、硅钼棒加热、硅碳棒加热或金属电阻丝加热。加热器可直接为烧结空间加热或间接加热。

所述炉体10上还具连通所述烧结空间的抽真空通道30，用于对所述烧结空间抽真空至负压环境，使对位于烧结空间内的二氧化硅疏松体进行烧结中，所述二氧化硅疏松体中气孔在所述负压环境下排出，并将二氧化硅疏松体烧结为透明化的石英玻璃。

本发明实施例提供的技术方案中，在炉体上具连通所述烧结空间的抽真空通道，通过抽真空通道，可对所述烧结空间抽真空至负压环境，对具有气孔的二氧化硅疏松体进行烧结中，将二氧化硅疏松体置于负压环境内，在负压环境中烧结，气孔中的气体容易从二氧化硅疏松体内排出，对于现有技术中，采用常压下区熔逐步烧结方法的烧结装置，本发明中，制备石英玻璃的烧结装置可在负压环境下烧结，烧结后获得的石英玻璃成品中可减少其中含有的气泡含量，以提高石英玻璃的产品质量，并通过整体同时烧结，提高了二氧化硅疏松体的烧结效率、降低成本。

在具体的烧结中，加热器可为硅钼棒加热，整个硅钼棒形状为方形结构；或，加热器为感应加热，感应加热的发热体形状为分段环形结构，发热体外围嵌套碳纤维毡；或，加热器为石墨电阻加热，石墨电阻形状为分段环形结构，石墨电阻外围嵌套碳纤维毡。加热体在对二氧化硅疏松体烧结加热中，对二氧化硅疏松体受热不均。为了使二氧化硅疏松体受热均匀，上述的制备石英玻璃的烧结装置，

如图3所示，所述烧结空间位于炉芯管40内，

所述加热器20位于所述炉体10的炉壁与所述炉芯管40之间的加热空间内，所述加热器20通过所述炉芯管40向所述烧结空间内加热。

炉芯管可采用筒状，加热器位于筒状的炉芯管外，对炉芯管加热，炉芯管的筒壁再对位于炉芯管内的二氧化硅疏松体加热，可对二氧化硅疏松体均匀受热。

同时，炉芯管可将烧结空间在炉体置于一独立空间内；所述炉芯管将所述烧结空间与所述加热空间隔离。那么，在对烧结空间抽真空中，单独对炉芯管内部抽真空，针对性较强。

其中，所述的隔离是相对上的隔离，由于炉芯管材质的性质，在具体的实践中，可能会有稍微的通气体性。如，所述炉芯管的基体采用碳化硅、氮化硅、氧化铝、石墨或石英玻璃中至少一种制成。

那么，炉芯管可能会很容易出现透气，具体的为了提高炉芯管的密封效果，所述炉芯管基体的内壁上具有密封涂层。或，所述炉芯管基体的外壁上具有密封涂层。或，所述炉芯管基体的内壁和外壁上具有密封涂层。具有密封涂层的炉芯管基体的气密性较高，适于较高负压环境下的烧结。

其中，所述密封涂层为碳化硅、氮化硅或氧化铝涂层。具体密封工艺中，可将密封涂层通过盐溶液涂刷在待加工的炉芯管基体上，然后再进行高温烧制，即可在待加工的炉芯管基体上形成密封涂层。其中，不同材质的炉芯管基体的耐高温的温度不一，对于耐高温较低的材质制成的炉芯管基体，在炉芯管基体内壁和/或外壁上采用耐高温较高的材质，以提高炉芯管的耐高温温度。如在由石墨制成的炉芯管的基体上的外壁上涂刷氧化铝涂层。

如，对于石墨电阻加热的加热器，石墨电阻在高温加热中，很容易被加热空间中的氧气氧化，容易损坏，为了提高其使用寿命，上述的制备石英玻璃的烧结装置中，所述抽真空通道还与所述加热空间连通。在对二氧化硅疏松体加热中，同时对加热空间进行抽真空，使加热器位于负压环境中，可降低加热器的氧化，提高加热器的使用寿命。

当加热空间呈负压环境中，炉壁外会受到较大的向内的大气压力，在加热器处于高温状态下之后，炉壁温度急剧上升，受热后，在大气压力作用下，炉壁很容易发生形变，最终导致损坏，为了提高其使用寿命，所述炉壁内还具有循环冷却液通道。具体的，炉壁采用双层炉壁，在双层炉壁之间具有循环冷却液通道，对炉壁进行冷却；在炉体外，具有循环冷却系统，与循环冷却液通道构成循环，对炉壁进行降温。

如图3所示，上述的制备石英玻璃的烧结装置，还包括：

驱动所述二氧化硅疏松体在所述烧结空间中旋转的驱动装置50。驱动装置可包括有电机，驱动轴；电机驱动所述驱动轴转动，电机位于炉体顶部，在炉体顶部具有密封盖，驱动轴的驱动端穿过所述密封盖驱动二氧化硅疏松体转动。在密封盖与驱动轴之间具有密封圈，以达到密封要求。

其中，所述二氧化硅疏松体可在气体静止环境的负压环境下烧结，但是，不易是其内部的气体外排，为了使促进二氧化硅疏松体的烧结，上述的制备石英玻璃的烧结装置，如图3所示，还包括：

与所述烧结空间连通的进气口60，用于向所述烧结空间内通入气流；

所述抽真空通道30作为出气口，使从所述进气口60通入的气流流经所述二氧化硅疏松体后从所述出气口抽出。

通气烧结气体的气流有益于使二氧化硅疏松体中气孔在负压环境下排出，获得更高质量的石英玻璃成品。所述烧结气体可采用氮气(N₂)、氩气(Ar)、氦气(He)、氢气(H₂)、氧气(O₂)中的至少一种。

在具体的实施当中，如图3所示，所述抽真空通道30连通所述炉芯管40的底部，所述进气口60连通所述炉芯管40的上部，使得，从进气口通入的气流，在炉芯管内由上至下的流经二氧化硅疏松体。

如图4所示，所述抽真空通道30连通所述炉芯管40的上部，所述进气口60连通所述炉芯管40的底部，使得，从进气口通入的气流，在炉芯管内由下至上的流经二氧化硅疏松体。

采用本发明的制备石英玻璃的烧结装置，可采用在负压环境下进行烧结，二氧化硅疏松体中的气孔容易外排，无需像现有技术中对二氧化硅疏松体一段一段逐步烧结，可直接一次对二氧化硅疏松体烧结，形成较现有技术中对二氧化硅疏松体一段一段逐步烧结的方法质量更高的石英玻璃，提高二氧化硅疏松体的烧结效率、降低成本。具体的，为了实现直接一次对二氧化硅疏松体烧结，所述炉芯管的工作段用于对位于烧结空间内的二氧化硅疏松体有效区域的全部进行同时烧结，使所述二氧化硅疏松体有效区域中气孔在所述负压环境下排出，并将二氧化硅疏松体有效区域烧结为透明化的石英玻璃；所述加热器环绕在所述炉芯管的整体工作段的外围。在所述加热器加热工作中，可对炉芯管的整体工作段同时加热，使二氧化硅疏松体有效区域同时转变为透明化的石英玻璃，一次成型，制成石英玻璃成本。

在具体的实施当中，加热器可采用一体结构，也可采用分体结构；在所述炉芯管的工作段的长度方向上，所述加热器具有M个加热分段，M为大于等于1小于等于10的正整数。多个加热分段环绕在炉芯管的工作段的一周。具体，M可为1、2、3、4、5、6等。每个加热分段的高度为200-2000mm。

另外，为了保持炉芯管内的温度，使炉芯管内温度均匀，上述的制备石英玻璃的烧结装置，在所述加热器的发热体外具有保温层，所述保温层采用碳纤维毡、耐火砖中的至少一种制成。保温层可呈筒状，嵌套在加热器外围。

具体的，为了提高炉芯管的密封效果，所述保温层的基体的内壁上具有碳化硅、氮化硅或氧化铝涂层。或，所述保温层的基体的外壁上具有碳化硅、氮化硅或氧化铝涂层。或，所述保温层的基体的内壁和外壁上具有碳化硅、氮化硅或氧化铝涂层。可提高保温层的保温效果。

具体密封工艺中，可将碳化硅、氮化硅或氧化铝涂层通过盐溶液涂刷在待加工的保温层基体上，然后再进行高温烧制，即可在待加工的保温层基体上形成保温涂层。

实施例三

如图5所示，本发明实施例三提供的一种制备石英玻璃的系统，包括：

低温化学气相沉积装置(图中未示出)，用于将含硅原料经低温化学气相沉积合成制得二氧化硅疏松体，所述二氧化硅疏松体为高纯二氧化硅疏松体或掺杂二氧化硅疏松体，其中，所述高纯二氧化硅疏松体中二氧化硅的含量在99.99％以上；

制备石英玻璃的烧结装置100，所述制备石英玻璃的烧结装置包括：

炉体，所述炉体内具有用于容纳所述二氧化硅疏松体的烧结空间；

所述炉体内还具有为所述烧结空间加热的加热器；

所述炉体上还具连通所述烧结空间的抽真空通道，用于对所述烧结空间抽真空至负压环境，使对位于烧结空间内的二氧化硅疏松体进行烧结中，所述二氧化硅疏松体中气孔在所述负压环境下排出，并将二氧化硅疏松体烧结为透明化的石英玻璃；

抽真空机200，其抽真空口与所述抽真空通道连接。

具体的，本实施例三中所述的制备石英玻璃的烧结装置可直接采用上述实施例二提供的所述制备石英玻璃的烧结装置，具体的实现结构可参见上述实施例二中描述的相关内容，此处不再赘述。

具体的，还包括：

烧结气体通入装置300，与所述烧结装置100的进气口连通。

实施例四

本发明提供了一种石英玻璃，所述石英玻璃包括石英玻璃成品，所述石英玻璃成品采用实施例一中所述的低膨胀系数的石英玻璃的制备方法制备而成。

具体的，本实施例四中所述的低膨胀系数的石英玻璃的制备方法可直接采用上述实施例一提供的所述低膨胀系数的石英玻璃的制备方法，具体的实现结构可参见上述实施例一中描述的相关内容，此处不再赘述。

在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。

可以理解的是，上述装置中的相关特征可以相互参考。另外，上述实施例中的“第一”、“第二”等是用于区分各实施例，而并不代表各实施例的优劣。

在此处所提供的说明书中，说明了大量具体细节。然而，能够理解，本发明的实施例可以在没有这些具体细节的情况下实践。在一些实例中，并未详细示出公知的结构和技术，以便不模糊对本说明书的理解。

类似地，应当理解，为了精简本公开并帮助理解各个发明方面中的一个或多个，在上面对本发明的示例性实施例的描述中，本发明的各个特征有时被一起分组到单个实施例、图、或者对其的描述中。然而，并不应将该公开的装置解释成反映如下意图：即所要求保护的本发明要求比在每个权利要求中所明确记载的特征更多的特征。更确切地说，如下面的权利要求书所反映的那样，发明方面在于少于前面公开的单个实施例的所有特征。因此，遵循具体实施方式的权利要求书由此明确地并入该具体实施方式，其中每个权利要求本身都作为本发明的单独实施例。

本领域那些技术人员可以理解，可以对实施例中的装置中的部件进行自适应性地改变并且把它们设置在与该实施例不同的一个或多个装置中。可以把实施例中的部件组合成一个部件，以及此外可以把它们分成多个子部件。除了这样的特征中的至少一些是相互排斥之外，可以采用任何组合对本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的所有特征以及如此公开的任何装置的所有部件进行组合。除非另外明确陈述，本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的每个特征可以由提供相同、等同或相似目的的替代特征来代替。

此外，本领域的技术人员能够理解，尽管在此所述的一些实施例包括其它实施例中所包括的某些特征而不是其它特征，但是不同实施例的特征的组合意味着处于本发明的范围之内并且形成不同的实施例。例如，在下面的权利要求书中，所要求保护的实施例的任意之一都可以以任意的组合方式来使用。本发明的各个部件实施例可以以硬件实现，或者以它们的组合实现。

应该注意的是上述实施例对本发明进行说明而不是对本发明进行限制，并且本领域技术人员在不脱离所附权利要求的范围的情况下可设计出替换实施例。在权利要求中，不应将位于括号之间的任何参考符号构造成对权利要求的限制。单词“包含”不排除存在未列在权利要求中的部件或组件。位于部件或组件之前的单词“一”或“一个”不排除存在多个这样的部件或组件。本发明可以借助于包括有若干不同部件的装置来实现。在列举了若干部件的权利要求中，这些部件中的若干个可以是通过同一个部件项来具体体现。单词第一、第二、以及第三等的使用不表示任何顺序。可将这些单词解释为名称。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (13)

1.一种低膨胀系数的石英玻璃的制备方法，其特征在于，用于将掺钛二氧化硅疏松体在烧结空间制备成石英玻璃成品，其中，所述掺钛二氧化硅疏松体内具有气孔；所述方法包括：

向所述烧结空间通入氧化气氛气流，使所述烧结空间处于氧化环境，对所述掺钛二氧化硅疏松体进行烧结；

对烧结后制得的透明化的石英玻璃冷却后，获得所述石英玻璃成品。

2.根据权利要求1所述的低膨胀系数的石英玻璃的制备方法，其特征在于，

所述对所述掺钛二氧化硅疏松体进行烧结中，还包括：

在T₁温度下，向所述烧结空间通入氟化合物气氛气流，保温S₁小时。

3.根据权利要求2所述的低膨胀系数的石英玻璃的制备方法，其特征在于，

T₁在500～1200℃，S₁在0.5～8小时。

4.根据权利要求2所述的低膨胀系数的石英玻璃的制备方法，其特征在于，

在向所述烧结空间通入氟化合物气氛气流之后，还包括：

在T₂温度下，向所述烧结空间通入水蒸气气氛气流，保温S₂小时。

T₂在500～1700℃，S₂在0.5～8小时。

5.根据权利要求4所述的低膨胀系数的石英玻璃的制备方法，其特征在于，

所述水蒸气气氛包括载料气体和水蒸气，所述载料气体包括氮气、氩气或氦气中的至少一种。

6.根据权利要求2所述的低膨胀系数的石英玻璃的制备方法，其特征在于，

所述氟化合物气氛气包括氟化合物，所述氟化合物包括SiF₄、Si₂OF₆、CF₄中的至少一种。

7.根据权利要求6所述的低膨胀系数的石英玻璃的制备方法，其特征在于，

所述氟化合物气氛气包括还包括：载料气体，所述载料气体包括氮气、氩气或氦气中的至少一种。

8.根据权利要求1所述的低膨胀系数的石英玻璃的制备方法，其特征在于，

所述掺钛二氧化硅疏松体中的钛离子含量为2～20％。

9.根据权利要求1所述的低膨胀系数的石英玻璃的制备方法，其特征在于，

所述氧化气氛包括氧气和载料气体；

所述载料气体包括氮气、氩气、氦气中至少一种。

10.根据权利要求1所述的低膨胀系数的石英玻璃的制备方法，其特征在于，

所述掺钛二氧化硅疏松体由含钛化合物和含硅化合物为原料，在500～1200℃的燃烧火焰中反应生成掺钛二氧化硅颗粒，掺钛二氧化硅颗粒最终沉积形成掺钛二氧化硅疏松体。

11.根据权利要求10所述的低膨胀系数的石英玻璃的制备方法，其特征在于，

所述含钛化合物和含硅化合物均需气化为蒸汽，两者蒸汽混合后同时通入同一个燃烧器参与反应或分别通入不同的燃烧器中参与反应。

12.根据权利要求1所述的低膨胀系数的石英玻璃的制备方法，其特征在于，

所述含钛化合物为四氯化钛(TiCl₄)或四氟化钛；

所述含硅化合物包括四氯化硅、甲硅烷、乙硅烷、六甲基环三硅氧烷、八甲基环四硅氧烷、十甲基环五硅氧烷、十二甲基环六硅氧烷、十四甲基环七硅氧烷、十六甲基环八硅氧烷、十八甲基环九硅氧烷、二十甲基环十硅氧烷中的至少一种。

13.一种石英玻璃，其特征在于，包括：

石英玻璃成品，所述石英玻璃成品采用上述1-12中任一所述的低膨胀系数的石英玻璃的制备方法制备而成。