CN106430920B - 石英玻璃的制备方法及石英玻璃 - Google Patents
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Abstract
本发明是关于一种石英玻璃的制备方法及石英玻璃，涉及石英玻璃制造技术领域，主要目的在于提高石英玻璃成品在在氢氟酸和氟气F2等含氟环境下的耐腐蚀性。方法包括：通过溶解剂将第一掺杂化合物、第二掺杂化合物溶解混合形成掺杂混合溶液，第一掺杂化合物为含铝化合物，第二掺杂化合物包括含Zr化合物、含Y化合物、含La化合物、含Sc化合物、含Th化合物、含V化合物、含Ti化合物中至少一种；将二氧化硅疏松体在掺杂混合溶液中浸泡，经过烧制为石英玻璃成品。成品包含烧制转化Al2O3、经烧制转化ZrO2、Y2O3、La2O3、Sc2O3、ThO2、V2O5、TiO2中的至少一种。Al2O3、ZrO2、Y2O3、La2O3、Sc2O3、ThO2、V2O5、TiO2以网络中间体或网络外体形式填充在SiO2四面体网络结构的孔隙中，石英玻璃抗酸性腐蚀。
Description
技术领域
本发明涉及石英玻璃制造技术领域，特别是涉及一种石英玻璃的制备方法及石英玻璃。
背景技术
石英玻璃是以二氧化硅作为主要成分的非晶态材料，其微观结构是一种由二氧化硅四面结构体结构单元组成的单纯网络，由于Si-O化学键能很大，结构很紧密，所以石英玻璃具有独特的性能，如耐高温、膨胀系数低、耐热震性、化学稳定性高和电绝缘性能好等优点。
由于石英玻璃的独特性能，它是半导体集成电路制造过程不可替代的理想配套辅材，包括在石英玻璃管、石英玻璃片、石英玻璃环、石英玻璃板、石英玻璃法兰、石英玻璃刻槽舟、石英玻璃清洗槽等器件，应用广泛。
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(如真空电熔制法)、气炼熔制法、高频等离子体熔制法、连续熔制法等，化学气相沉积法有化学气相沉积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具有大量气孔的二氧化硅疏松体，再将二氧化硅疏松体在常压或正压下进行烧结，使二氧化硅疏松体中气孔内的气体排出，从而获得高质量的石英玻璃成品。
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：
Si-O化学键极容易被氢氟酸腐蚀，经测算，在氢氟酸环境下，全部以Si-O化学键构成的石英玻璃，腐蚀的速率达到了150μm/h，现有的石英玻璃的在氢氟酸环境下腐蚀速率较快，无法满足在氢氟酸环境下的半导体刻蚀的应用要求。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种石英玻璃的制备方法及石英玻璃，主要目的在于提高石英玻璃成品在在氢氟酸环境下的耐腐蚀性。
为达到上述目的，本发明主要提供如下技术方案：石英玻璃的制备方法，包括：
通过溶解剂将第一掺杂化合物、第二掺杂化合物溶解混合形成掺杂混合溶液，所述第一掺杂化合物为含铝化合物，所述第二掺杂化合物包括含Zr化合物、含Y化合物、含La化合物、含Sc化合物、含Th化合物、含V化合物、含Ti化合物中的至少一种；
由含硅原料在500～1200℃的燃烧火焰中，反应生成二氧化硅颗粒，使所述二氧化硅颗粒沉积形成二氧化硅疏松体，所述二氧化硅疏松体中具有气孔；
将所述二氧化硅疏松体在所述掺杂混合溶液中浸泡，获得浸泡后的二氧化硅疏松体；
将所述浸泡后的二氧化硅疏松体经过烧制工艺烧制为石英玻璃成品，其中，所述石英玻璃成品中包含有经所述掺杂混合溶液中的第一部分烧制转化而成的Al2O3、经所述掺杂混合溶液中的第二部分烧制转化而成的ZrO2、Y2O3、La2O3、Sc2O3、ThO2、V2O5、TiO2中的至少一种。
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，前述的石英玻璃的制备方法，其中所述溶解剂包括用于溶解所述第一掺杂化合物的第一溶解剂，所述第一溶解剂包括甲醇、乙醇、乙酸、盐酸、硝酸、蒸馏水、双氧水中的至少一种；
所述第一掺杂化合物包括水合硝酸铝Al(NO3)3·H2O、九水合硝酸铝Al(NO3)3·9H2O、六水合氯酸铝Al(ClO3)3·6H2O、氯化铝AlCl3中的至少一种。
可选的，前述的石英玻璃的制备方法，其中所述溶解剂包括用于溶解所述第二掺杂化合物的第二溶解剂，所述第二溶解剂包括甲醇、乙醇、乙酸、盐酸、硝酸、蒸馏水、双氧水中的至少一种；
所述含Zr化合物包括硝酸锆Zr(NO3)4·5H2O、碳酸锆铵ZrO(CO3)2(NH4)2·nH2O、碳酸锆ZrOCO3·nH2O、八水氧氯化锆ZrOCl2·8(H2O)、氯化锆ZrCl4、八水碱式氯化锆ZrOCl2·8H2O中的至少一种；
所述含Y化合物包括草酸钇Y2(C2O4)3·10H2O、硝酸钇Y(NO3)3·6H2O、水合碳酸钇Y2(CO3)3·3H2O、氯化钇六水YCl3·6H2O、水合氯化钇YCl3H2O中的至少一种；
所述含La化合物包括氯化镧LaCl3、六水合氯化镧LaCl3·6H2O、硝酸镧La(NO3)3·6H2O、碳酸镧La2(CO3)3.8H2O中的至少一种；
所述含Sc化合物包括六水氯化钪ScCl3·6H2O、氯化钪ScCl3、硝酸钪Sc(NO3)3·3H2O、硝酸钪Sc(NO3)3·4H2O、硝酸钪Sc(NO3)3·5H2O、硝酸钪Sc(NO3)3·6H2O、六水草酸钪Sc2(C2O4)3·6H2O中的至少一种；
所述含Th化合物包括硝酸钍Th(NO3)4·4H2O、草酸钍Th(C2O4)2、四氯化钍ThCl4、高氯酸钍Th(ClO4)4中的至少一种；
所述含V化合物包括氯化钒VCl3、硝酸钒酰VO2NO3中的至少一种；
所述含Ti化合物包括硝酸钛Ti(NO3)4。
可选的，前述的石英玻璃的制备方法，其中所述Al2O3与所述石英玻璃成品中SiO2的重量比在0.5～10％；和/或
ZrO2、Y2O3、La2O3、Sc2O3、ThO2、V2O5、TiO2中的至少一种与所述石英玻璃成品中SiO2的重量比在0.5～5％。
可选的，前述的石英玻璃的制备方法，其中所述含硅原料包括四氯化硅、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；所述二氧化硅疏松体的气孔率在20～90％。
可选的，前述的石英玻璃的制备方法，其中所述将所述二氧化硅疏松体在所述掺杂混合溶液中浸泡，具体包括：
在10-500摄氏度下，对所述二氧化硅疏松体在所述掺杂混合溶液中浸泡1-10小时。
可选的，前述的石英玻璃的制备方法，其中所述将所述二氧化硅疏松体在所述掺杂混合溶液中浸泡，具体包括：
驱动所述二氧化硅疏松体在所述掺杂混合溶液中以5-60转/分钟转速旋转浸泡。
可选的，前述的石英玻璃的制备方法，其中所述将所述浸泡后的二氧化硅疏松体经过烧制工艺烧制为石英玻璃成品，具体包括：
对所述浸泡后的二氧化硅疏松体加热至加热温度，使所述二氧化硅疏松体在所述加热温度下干燥与脱羟基，形成掺杂二氧化硅疏松体，所述加热温度在100～1000摄氏度；
经所述掺杂二氧化硅疏松体制备出所述石英玻璃成品。
可选的，前述的石英玻璃的制备方法，其中所述使所述二氧化硅疏松体在所述加热温度下干燥与脱羟基，具体包括：
对干燥与脱羟基所述掺杂混合料的反应室通入气氛，所述气氛包括载料气体和脱羟基气体，所述载料气体包括氮气N2、氩气Ar、氦气He中的至少一种，所述脱羟基气体包括氯气Cl2、二氯化氧硫SOCl2中的至少一种。
可选的，前述的石英玻璃的制备方法，其中所述经所述掺杂二氧化硅疏松体制备出所述石英玻璃成品，具体为：
在1000～1700摄氏度下，将所述掺杂二氧化硅疏松体烧结为透明化的石英玻璃，冷却后，由所述透明化的石英玻璃获得所述石英玻璃成品。
可选的，前述的石英玻璃的制备方法，其中所述将所述掺杂二氧化硅疏松体烧结为透明化的石英玻璃，具体为：
对烧结掺杂二氧化硅疏松体的烧结空间抽真空至负压环境，对位于烧结空间内的掺杂二氧化硅疏松体进行烧结，使所述掺杂二氧化硅疏松体中气孔在所述负压环境下排出，并将掺杂二氧化硅疏松体烧结为透明化的石英玻璃。
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石英玻璃的制备方法制备而成，Al2O3和ZrO2、Y2O3、La2O3、Sc2O3、ThO2、V2O5、TiO2中的至少一种以网络中间体或网络外体形式填充在SiO2四面体网络结构的孔隙中。
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，前述的石英玻璃，其中所述石英玻璃成品为石英玻璃砣、石英玻璃棒、石英玻璃管、石英玻璃片、石英玻璃环、石英玻璃支架、石英玻璃板、石英玻璃法兰、石英玻璃刻槽舟或石英玻璃清洗槽。
借由上述技术方案，本发明技术方案提供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，选用含铝化合物作为第一掺杂化合物，选用含Zr化合物、含Y化合物、含La化合物、含Sc化合物、含Th化合物、含V化合物、含Ti化合物中的至少一种作为第二掺杂化合物，通过溶解剂将第一掺杂化合物、第二掺杂化合物溶解混合形成掺杂混合溶液，再将具有气孔的二氧化硅疏松体在所述掺杂混合溶液中浸泡，获得浸泡后的二氧化硅疏松体；通过浸泡后的二氧化硅疏松体烧制成的石英玻璃成品中，含有经所述掺杂混合溶液中的第一部分烧制转化而成的Al2O3、经所述掺杂混合溶液中的第二部分烧制转化而成的ZrO2、Y2O3、La2O3、Sc2O3、ThO2、V2O5、TiO2中的至少一种。本发明提供的石英玻璃成品中，Al2O3、ZrO2、Y2O3、La2O3、Sc2O3、ThO2、V2O5、TiO2以网络中间体或网络外体形式填充在SiO2四面体网络结构的孔隙中，使本发明石英玻璃更加致密；同时，Al2O3、ZrO2、Y2O3、La2O3、Sc2O3、ThO2、V2O5、TiO2的分解能价比SiO2高，即较SiO2的抗氢氟酸的腐蚀性强，可降低石英玻璃在酸性溶液或酸性气体中(如氢氟酸环境)的腐蚀速率，进而提高石英玻璃的抗酸性腐蚀性能。即提高了石英玻璃成品在在氢氟酸和氟气F2等含氟环境下的耐腐蚀性。
同时，本发明实施例提供的技术方案中，同时，由于Al2O3在石英玻璃中以网络形成体或网络中间体的形式存在，可有效调节石英玻璃中的网络结构，避免掺杂了ZrO2、Y2O3、La2O3、Sc2O3、ThO2、V2O5或TiO2的粉料在烧制过程出现析晶或团簇。
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石英玻璃的制备方法的浸泡状态的结构示意图。
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。
如图1所示，本发明的一个实施例提出的一种石英玻璃的制备方法，其包括：
步骤10、通过溶解剂将第一掺杂化合物、第二掺杂化合物溶解混合形成掺杂混合溶液，所述第一掺杂化合物为含铝化合物，所述第二掺杂化合物包括含Zr化合物、含Y化合物、含La化合物、含Sc化合物、含Th化合物、含V化合物、含Ti化合物中的至少一种；
其中，溶解剂可以为一种溶解剂，能够同时的对第一掺杂化合物、第二掺杂化合物进行溶解；或是，溶解剂可以包括两种溶解剂，一种溶解剂用于溶解第一掺杂化合物，另一种溶解剂用于溶解第二掺杂化合物，形成掺杂混合溶液可为盐溶液；具体的混合中，可先对第一掺杂化合物进行溶解获得第一混合溶液，对第二掺杂化合物进行溶解获得第二混合溶液，然后将第一混合溶液、第二混合溶液混合形成掺杂混合溶液；或是，将第一掺杂化合物、第二掺杂化合物先混合，在使用溶解剂同时对第一掺杂化合物、第二掺杂化合物进行溶解，形成掺杂混合溶液；
步骤20、由含硅原料在500～1200℃的燃烧火焰中，反应生成二氧化硅颗粒，使所述二氧化硅颗粒沉积形成二氧化硅疏松体，所述二氧化硅疏松体中具有气孔；
优选的，可制备出气孔率在20～90％的二氧化硅疏松体。优选50％以上；具体气孔率可通过调节化学气相沉积的参数而定。其中，通过经化学气相沉积工艺制得的二氧化硅疏松体，是纳米二氧化硅颗粒的聚集体，在二氧化硅疏松体中包含大量气孔。所述含硅原料包括四氯化硅、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或二十甲基环十硅氧烷。当然，本发明中的含硅原料也不仅仅局限于上述的材质。二氧化硅疏松体的直径可在100mm以上；如φ350mm，φ550mm，φ750mm，φ850mm，φ950mm。其中，不同的火焰温度可形成有不同气孔量的二氧化硅疏松体，具体中为了获得较多的气孔量，燃烧火焰的温度可控制在600℃～1000℃，如800℃，900℃。所述燃烧火焰以氢气、甲烷、乙炔中的至少一种为燃料气体，氧气或空气为助燃气体相互燃烧形成。如，以氢气、氧气相互燃烧，或氢气、甲烷、空气相互燃烧等。
步骤30、将所述二氧化硅疏松体在所述掺杂混合溶液中浸泡，获得浸泡后的二氧化硅疏松体；
浸泡中，掺杂混合溶液会逐渐渗透进二氧化硅疏松体内的气孔中，附着在二氧化硅疏松体的气孔内，浸泡的时间根据二氧化硅疏松体的体积大小和其气孔量而定，具体浸泡到掺杂混合溶液完全渗透二氧化硅疏松体内的气孔即可。
步骤40、将所述浸泡后的二氧化硅疏松体经过烧制工艺烧制为石英玻璃成品，其中，所述石英玻璃成品中包含有经所述掺杂混合溶液中的第一部分烧制转化而成的Al2O3、经所述掺杂混合溶液中的第二部分烧制转化而成的ZrO2、Y2O3、La2O3、Sc2O3、ThO2、V2O5、TiO2中的至少一种。
其中，第一部分即为第一掺杂化合物与溶解剂反应生成的部分，第二部分即为第二掺杂化合物与溶解剂反应生成的部分，如第二掺杂化合物选用的是含Zr化合物，那么经所述掺杂混合溶液中的第二部分烧制转化而成的ZrO2，如第二掺杂化合物选用的是含Y化合物，那么经所述掺杂混合溶液中的第二部分烧制转化而成的有Y2O3，如第二掺杂化合物选用的是含Sc化合物和含Th化合物，那么经所述掺杂混合溶液中的第二部分烧制转化而成的Sc2O3和ThO2，如第二掺杂化合物选用的是含Y化合物，那么经所述掺杂混合溶液中的第二部分烧制转化而成的有Y2O3，等等。
在现有技术中，如石英玻璃反应腔在使用过程由于不断被氢氟酸腐蚀，表面产生白色雾化效果，进而影响射频功率源辉光放电；反应腔管壁被腐蚀部位会急剧变薄出现小针眼，或者由于管壁被腐蚀变薄而不能承受真空与大气压之间的压力差而造成爆裂等，均会导致真空漏气，致使射频功率源不能正常起辉；石英玻璃样品支架在使用过程也会逐步被氢氟酸腐蚀，而需经常更换。不仅增加了半导体制造成本，更重要的是影响了硅片的刻蚀效率、连续性和质量稳定性等，故集成电路刻蚀过程必须使用耐腐蚀性的石英玻璃材料及制品，提高其耐氢氟酸腐蚀性是本领域技术人员急需解决的技术问题。
本发明实施例提供的技术方案中，选用含铝化合物作为第一掺杂化合物，选用含Zr化合物、含Y化合物、含La化合物、含Sc化合物、含Th化合物、含V化合物、含Ti化合物中的至少一种作为第二掺杂化合物，通过溶解剂将第一掺杂化合物、第二掺杂化合物溶解混合形成掺杂混合溶液，再将具有气孔的二氧化硅疏松体在所述掺杂混合溶液中浸泡，获得浸泡后的二氧化硅疏松体；通过浸泡后的二氧化硅疏松体烧制成的石英玻璃成品中，含有经所述掺杂混合溶液中的第一部分烧制转化而成的Al2O3、经所述掺杂混合溶液中的第二部分烧制转化而成的ZrO2、Y2O3、La2O3、Sc2O3、ThO2、V2O5、TiO2中的至少一种。本发明提供的石英玻璃成品中，Al2O3、ZrO2、Y2O3、La2O3、Sc2O3、ThO2、V2O5、TiO2以网络中间体或网络外体形式填充在SiO2四面体网络结构的孔隙中，使本发明石英玻璃更加致密；同时，Al2O3、ZrO2、Y2O3、La2O3、Sc2O3、ThO2、V2O5、TiO2的分解能价比SiO2高，即较SiO2的抗氢氟酸的腐蚀性强，可降低石英玻璃在酸性溶液或酸性气体中(如氢氟酸环境)的腐蚀速率，进而提高石英玻璃的抗酸性腐蚀性能。
同时，本发明实施例提供的技术方案中，同时，由于Al2O3在石英玻璃中以网络形成体或网络中间体的形式存在，可有效调节石英玻璃中的网络结构，避免掺杂了ZrO2、Y2O3、La2O3、Sc2O3、ThO2、V2O5或TiO2的粉料在烧制过程出现析晶或团簇。
在具体的实施当中，上述的石英玻璃的制备方法，
所述溶解剂包括用于溶解所述第一掺杂化合物的第一溶解剂，所述第一溶解剂包括甲醇、乙醇、乙酸、盐酸、硝酸、蒸馏水、双氧水中的至少一种；
所述第一掺杂化合物包括水合硝酸铝Al(NO3)3·H2O、九水合硝酸铝Al(NO3)3·9H2O、六水合氯酸铝Al(ClO3)3·6H2O、氯化铝AlCl3中的至少一种。所选用的第一掺杂化合物与所述选用的第一溶解剂相互匹配，使第一掺杂化合物与第一溶解剂能够相互溶解。所述第一溶解剂、所述一掺杂化合物均可采用单种或多种组合。
在具体的实施当中，上述的石英玻璃的制备方法，
所述溶解剂包括用于溶解所述第二掺杂化合物的第二溶解剂，所述第二溶解剂包括甲醇、乙醇、乙酸、盐酸、硝酸、蒸馏水、双氧水中的至少一种；
所述含Zr化合物包括硝酸锆Zr(NO3)4·5H2O、碳酸锆铵ZrO(CO3)2(NH4)2·nH2O、碳酸锆ZrOCO3·nH2O、八水氧氯化锆ZrOCl2·8(H2O)、氯化锆ZrCl4、八水碱式氯化锆ZrOCl2·8H2O中的至少一种；
所述含Y化合物包括草酸钇Y2(C2O4)3·10H2O、硝酸钇Y(NO3)3·6H2O、水合碳酸钇Y2(CO3)3·3H2O、氯化钇六水YCl3·6H2O、水合氯化钇YCl3H2O中的至少一种；
所述含La化合物包括氯化镧LaCl3、六水合氯化镧LaCl3·6H2O、硝酸镧La(NO3)3·6H2O、碳酸镧La2(CO3)3.8H2O中的至少一种；
所述含Sc化合物包括六水氯化钪ScCl3·6H2O、氯化钪ScCl3、硝酸钪Sc(NO3)3·3H2O、硝酸钪Sc(NO3)3·4H2O、硝酸钪Sc(NO3)3·5H2O、硝酸钪Sc(NO3)3·6H2O、六水草酸钪Sc2(C2O4)3·6H2O中的至少一种；
所述含Th化合物包括硝酸钍Th(NO3)4·4H2O、草酸钍Th(C2O4)2、四氯化钍ThCl4、高氯酸钍Th(ClO4)4中的至少一种；
所述含V化合物包括氯化钒VCl3、硝酸钒酰VO2NO3中的至少一种；
所述含Ti化合物包括硝酸钛Ti(NO3)4。
所选用的第二掺杂化合物与所述选用的第二溶解剂相互匹配，使第二掺杂化合物与第二溶解剂能够相互溶解。所述第二溶解剂、所述二掺杂化合物均可采用单种或多种组合。
在经上述石英玻璃的制备方法制得的石英玻璃成品中，Al2O3和ZrO2、Y2O3、La2O3、Sc2O3、ThO2、V2O5、TiO2中的至少一种所占的比重，决定了石英玻璃成品的耐腐蚀性，为了同时兼得玻璃的原本品质和耐腐蚀性，所述Al2O3与所述石英玻璃成品中SiO2的重量比可在0.5～10％；如，1％、2％、3％、4％、5％、6％、7％、8％、9％较佳，可为ZrO2、Y2O3、La2O3、Sc2O3、ThO2、V2O5、TiO2中的至少一种提供较为稳固的支撑。
为了达到上述的重量配比，具体为：选取m重量份的含硅原料，根据所述Al2O3与所述石英玻璃成品中SiO2的重量比计算出第一掺杂化合物的重量。第一掺杂化合物的具体重量根据选用的具体物料而定。
另外，ZrO2、Y2O3、La2O3、Sc2O3、ThO2、V2O5、TiO2中的至少一种与所述石英玻璃成品中SiO2的重量比在0.5～5％。可大大提高、石英玻璃成品的耐腐蚀性。
根据所述ZrO2、Y2O3、La2O3、Sc2O3、ThO2、V2O5、TiO2中的至少一种与所述SiO2的重量比计算出第二掺杂化合物的重量。第二掺杂化合物的具体重量根据选用的具体物料而定。
为了使二氧化硅疏松体的气孔中充分的浸泡掺杂混合溶液，上述的石英玻璃的制备方法，所述将所述二氧化硅疏松体在所述掺杂混合溶液中浸泡，具体包括：
在10-500摄氏度下，对所述二氧化硅疏松体在所述掺杂混合溶液中浸泡1-10小时。
其中，提高温度可加快浸泡的效果，同时提高温度还可增加浸泡的程度。如在80-450摄氏度。当然，也可在室温下浸泡，即不需要加热，如18摄氏度、29摄氏度、35摄氏度。不同的浸泡温度根据具体的室温而定。
进一步的，为了加快浸泡的效率，所述将所述二氧化硅疏松体在所述掺杂混合溶液中浸泡，具体包括：
驱动所述二氧化硅疏松体在所述掺杂混合溶液中以5-60转/分钟转速旋转浸泡。
具体的旋转速率可在，10转/分钟，20转/分钟，30转/分钟，40转/分钟，50转/分钟。旋转中，可加快掺杂混合溶液浸入二氧化硅疏松体的气孔中。
在搅拌中，如图2所示，掺杂混合溶液1位于混合容器2中，通过搅拌轴3驱动二氧化硅疏松体4在所述掺杂混合溶液1中旋转。
同时，为了获得较高品质的石英玻璃成品，上述的石英玻璃的制备方法，所述将所述浸泡后的二氧化硅疏松体经过烧制工艺烧制为石英玻璃成品，具体包括：
对所述浸泡后的二氧化硅疏松体加热至加热温度，使所述二氧化硅疏松体在所述加热温度下干燥与脱羟基，形成掺杂二氧化硅疏松体，所述加热温度在100～1000摄氏度；
经过脱羟基，能够制备出羟基含量较低的石英玻璃成品。
经所述掺杂二氧化硅疏松体制备出所述石英玻璃成品。
具体的，脱羟基可采用如下实施方式：上述的石英玻璃的制备方法，所述使所述二氧化硅疏松体在所述加热温度下干燥与脱羟基，具体包括：
对干燥与脱羟基所述掺杂混合料的反应室通入气氛，所述气氛包括载料气体和脱羟基气体，所述载料气体包括氮气N2、氩气Ar、氦气He中的至少一种，所述脱羟基气体包括氯气Cl2、二氯化氧硫SOCl2中的至少一种。
具体的，脱羟基气体指的是，能够与羟基发生反应，以去除羟基的气体。其中，脱羟基的温度值可为一范围值，在脱羟基温度下，脱羟基气体可对羟基进行反应，脱羟基温度值可选在500～1200℃，如600℃，700℃，800℃，900℃，1000℃，1100℃。
干燥与脱羟基的工艺可单独进行，如先在干燥温度下对二氧化硅疏松体干燥，之后再脱羟基的温度下对二氧化硅疏松体脱羟基；或是在脱羟基温度下同时进行干燥与脱羟基，以提高生产效率。
所述经所述掺杂二氧化硅疏松体制备出所述石英玻璃成品，具体为：
在1000～1700摄氏度下，将所述掺杂二氧化硅疏松体烧结为透明化的石英玻璃，冷却后，由所述透明化的石英玻璃获得所述石英玻璃成品。
其中，烧结时间可在1～50h。如2h，5h，10h，20h，30h，40h。
进一步的，为了降低石英玻璃成品中的气泡含量，上述的石英玻璃的制备方法，所述将所述掺杂二氧化硅疏松体烧结为透明化的石英玻璃，具体为：
对烧结掺杂二氧化硅疏松体的烧结空间抽真空至负压环境，对位于烧结空间内的掺杂二氧化硅疏松体进行烧结，使所述掺杂二氧化硅疏松体中气孔在所述负压环境下排出，并将掺杂二氧化硅疏松体烧结为透明化的石英玻璃。
在负压环境中烧结，气孔中的气体容易从掺杂二氧化硅疏松体内排出，对于现有技术中，采用常压/正压下区熔逐步烧结方法，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。
本发明提供了几个样品的石英玻璃的制备方法，具体参见表1：
上述3个样本获得的石英玻璃在腐蚀条件为：
温度40℃、优级纯HF与分析纯醋酸的体积比＝9:4的溶液中进行腐蚀，本发明获得的石英玻璃腐蚀速率均小于26μm/h，现有高纯石英玻璃在上述腐蚀条件下腐蚀速率为60μm/h；
温度40℃、F2中，本发明获得的石英玻璃的腐蚀速率为65μm/h，现有高纯石英玻璃在上述腐蚀条件下腐蚀速率为150μm/h；
经上述实验可知，与现有高纯石英玻璃在上述腐蚀条件下腐蚀速率分别为60μm/h和150μm/h相比，本发明获得的石英玻璃大大提高了石英玻璃的耐腐蚀性能。发明实施例制得的石英玻璃属于高品质石英玻璃，能够适用于半导体制造等领域的应用需求。
实施例二
本发明的一个实施例提出的一种石英玻璃，包括：
石英玻璃成品，所述石英玻璃成品石英玻璃的制备方法制备而成；
所述石英玻璃的制备方法，包括：
通过溶解剂将第一掺杂化合物、第二掺杂化合物溶解混合形成掺杂混合溶液，所述第一掺杂化合物为含铝化合物，所述第二掺杂化合物包括含Zr化合物、含Y化合物、含La化合物、含Sc化合物、含Th化合物、含V化合物、含Ti化合物中的至少一种；
由含硅原料在500～1200℃的燃烧火焰中，反应生成二氧化硅颗粒，使所述二氧化硅颗粒沉积形成二氧化硅疏松体，所述二氧化硅疏松体中具有气孔；
将所述二氧化硅疏松体在所述掺杂混合溶液中浸泡，获得浸泡后的二氧化硅疏松体；
将所述浸泡后的二氧化硅疏松体经过烧制工艺烧制为石英玻璃成品，其中，所述石英玻璃成品中包含有经所述掺杂混合溶液中的第一部分烧制转化而成的Al2O3、经所述掺杂混合溶液中的第二部分烧制转化而成的ZrO2、Y2O3、La2O3、Sc2O3、ThO2、V2O5、TiO2中的至少一种；
Al2O3和ZrO2、Y2O3、La2O3、Sc2O3、ThO2、V2O5、TiO2中的至少一种以网络中间体或网络外体形式填充在SiO2四面体网络结构的孔隙中。
本发明提供的石英玻璃成品中，Al2O3、ZrO2、Y2O3、La2O3、Sc2O3、ThO2、V2O5、TiO2以网络中间体或网络外体形式填充在SiO2四面体网络结构的孔隙中，使本发明石英玻璃更加致密；同时，Al2O3、ZrO2、Y2O3、La2O3、Sc2O3、ThO2、V2O5、TiO2的分解能价比SiO2高，即较SiO2的抗氢氟酸的腐蚀性强，可降低石英玻璃在酸性溶液或酸性气体中(如氢氟酸环境)的腐蚀速率，进而提高石英玻璃的抗酸性腐蚀性能。
具体的，本实施例二中所述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。
其中，石英玻璃成品可根据使用不同的磨具烧制出不同形状的产品。所述石英玻璃成品可为石英玻璃砣、石英玻璃棒、石英玻璃管、石英玻璃片、石英玻璃环、石英玻璃支架、石英玻璃板、石英玻璃法兰、石英玻璃刻槽舟或石英玻璃清洗槽。
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。
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 (12)
1.一种石英玻璃的制备方法，其特征在于，包括：
通过溶解剂将第一掺杂化合物、第二掺杂化合物溶解混合形成掺杂混合溶液，所述第一掺杂化合物为含铝化合物，所述第二掺杂化合物包括含Zr化合物、含Y化合物、含Sc化合物、含Th化合物、含V化合物、含Ti化合物中的至少一种；
由含硅原料在500～1200℃的燃烧火焰中，反应生成二氧化硅颗粒，使所述二氧化硅颗粒沉积形成二氧化硅疏松体，所述二氧化硅疏松体中具有气孔；
将所述二氧化硅疏松体在所述掺杂混合溶液中浸泡，获得浸泡后的二氧化硅疏松体；
将所述浸泡后的二氧化硅疏松体经过烧制工艺烧制为石英玻璃成品，其中，所述石英玻璃成品中包含有经所述掺杂混合溶液中的第一部分烧制转化而成的Al2O3、经所述掺杂混合溶液中的第二部分烧制转化而成的ZrO2、Y2O3、Sc2O3、ThO2、V2O5、TiO2中的至少一种，所述Al2O3与所述石英玻璃成品中SiO2的重量比在0.5～10％，ZrO2、Y2O3、Sc2O3、ThO2、V2O5、TiO2中的至少一种与所述石英玻璃成品中SiO2的重量比在0.5～5％。
2.根据权利要求1所述的石英玻璃的制备方法，其特征在于，
所述溶解剂包括用于溶解所述第一掺杂化合物的第一溶解剂，所述第一溶解剂包括甲醇、乙醇、乙酸、盐酸、硝酸、蒸馏水、双氧水中的至少一种；
所述第一掺杂化合物包括水合硝酸铝Al(NO3)3·H2O、九水合硝酸铝Al(NO3)3·9H2O、六水合氯酸铝Al(ClO3)3·6H2O、氯化铝AlCl3中的至少一种。
3.根据权利要求1所述的石英玻璃的制备方法，其特征在于，
所述溶解剂包括用于溶解所述第二掺杂化合物的第二溶解剂，所述第二溶解剂包括甲醇、乙醇、乙酸、盐酸、硝酸、蒸馏水、双氧水中的至少一种；
所述含Zr化合物包括硝酸锆Zr(NO3)4·5H2O、碳酸锆铵ZrO(CO3)2(NH4)2·nH2O、碳酸锆ZrOCO3·nH2O、八水氧氯化锆ZrOCl2·8(H2O)、氯化锆ZrCl4中的至少一种；
所述含Y化合物包括草酸钇Y2(C2O4)3·10H2O、硝酸钇Y(NO3)3·6H2O、水合碳酸钇Y2(CO3)3·3H2O、氯化钇六水YCl3·6H2O、水合氯化钇YCl3H2O中的至少一种；
所述含Sc化合物包括六水氯化钪ScCl3·6H2O、氯化钪ScCl3、硝酸钪Sc(NO3)3·3H2O、硝酸钪Sc(NO3)3·4H2O、硝酸钪Sc(NO3)3·5H2O、硝酸钪Sc(NO3)3·6H2O、六水草酸钪Sc2(C2O4)3·6H2O中的至少一种；
所述含Th化合物包括硝酸钍Th(NO3)4·4H2O、草酸钍Th(C2O4)2、四氯化钍ThCl4、高氯酸钍Th(ClO4)4中的至少一种；
所述含V化合物包括氯化钒VCl3、硝酸钒酰VO2NO3中的至少一种；
所述含Ti化合物包括硝酸钛Ti(NO3)4。
4.根据权利要求1所述的石英玻璃的制备方法，其特征在于，
所述含硅原料包括四氯化硅、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；所述二氧化硅疏松体的气孔率在20～90％。
5.根据权利要求1所述的石英玻璃的制备方法，其特征在于，
所述将所述二氧化硅疏松体在所述掺杂混合溶液中浸泡，具体包括：
在10-500摄氏度下，对所述二氧化硅疏松体在所述掺杂混合溶液中浸泡1-10小时。
6.根据权利要求1所述的石英玻璃的制备方法，其特征在于，
所述将所述二氧化硅疏松体在所述掺杂混合溶液中浸泡，具体包括：
驱动所述二氧化硅疏松体在所述掺杂混合溶液中以5-60转/分钟转速旋转浸泡。
7.根据权利要求1～6中任一所述的石英玻璃的制备方法，其特征在于，
所述将所述浸泡后的二氧化硅疏松体经过烧制工艺烧制为石英玻璃成品，具体包括：
对所述浸泡后的二氧化硅疏松体加热至加热温度，使所述二氧化硅疏松体在所述加热温度下干燥与脱羟基，形成掺杂二氧化硅疏松体，所述加热温度在100～1000摄氏度；
经所述掺杂二氧化硅疏松体制备出所述石英玻璃成品。
8.根据权利要求7所述的石英玻璃的制备方法，其特征在于，
所述使所述二氧化硅疏松体在所述加热温度下干燥与脱羟基，具体包括：
对干燥与脱羟基所述掺杂混合料的反应室通入气氛，所述气氛包括载料气体和脱羟基气体，所述载料气体包括氮气N2、氩气Ar、氦气He中的至少一种，所述脱羟基气体包括氯气Cl2、二氯化氧硫SOCl2中的至少一种。
9.根据权利要求7所述的石英玻璃的制备方法，其特征在于，
所述经所述掺杂二氧化硅疏松体制备出所述石英玻璃成品，具体为：
在1000～1700摄氏度下，将所述掺杂二氧化硅疏松体烧结为透明化的石英玻璃，冷却后，由所述透明化的石英玻璃获得所述石英玻璃成品。
10.根据权利要求9所述的石英玻璃的制备方法，其特征在于，
所述将所述掺杂二氧化硅疏松体烧结为透明化的石英玻璃，具体为：
对烧结掺杂二氧化硅疏松体的烧结空间抽真空至负压环境，对位于烧结空间内的掺杂二氧化硅疏松体进行烧结，使所述掺杂二氧化硅疏松体中气孔在所述负压环境下排出，并将掺杂二氧化硅疏松体烧结为透明化的石英玻璃。
11.一种石英玻璃，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权利要求1-10中任一所述的石英玻璃的制备方法制备而成。
12.根据权利要求11所述的石英玻璃，其特征在于，
所述石英玻璃成品为石英玻璃砣、石英玻璃棒、石英玻璃管、石英玻璃片、石英玻璃环、石英玻璃支架、石英玻璃板、石英玻璃法兰、石英玻璃刻槽舟或石英玻璃清洗槽。
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