CN114315107B - 制备石英玻璃的装置和方法 - Google Patents
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Abstract
本申请提供一种制备石英玻璃的装置，该装置包括沉积组件及燃烧反应组件，燃烧反应组件沿竖直方向设置于沉积组件的上方。燃烧反应组件包括主转盘、第一驱动件及燃烧器，第一驱动件传动连接主转盘以带动主转盘转动，燃烧器连接于主转盘朝向沉积组件的一侧，燃烧器用于反应含硅原料以生成熔融二氧化硅体。沉积组件包括沉积转盘及第二驱动件，第二驱动件传动连接沉积转盘以带动沉积转盘转动，沉积转盘用于承接熔融二氧化硅体。本申请提供的制备石英玻璃的装置通过设置可转动的主转盘及可转动的沉积转盘，减少了大尺寸石英玻璃的温差，有利于提高大尺寸石英玻璃的均匀性。另，申请还提供一种制备石英玻璃的方法。
Description
技术领域
本申请涉及制备石英玻璃的装置和方法。
背景技术
近年来随着半导体技术、激光技术等行业的发展，直径大于1M的大尺寸和高均匀性的石英玻璃的需求变大。但是，尺寸越大的石英玻璃越容易在沉积过程中容易出现受热不均的情况，影响石英玻璃的均匀性。
发明内容
有鉴于此，有必要提供一种制备石英玻璃的装置，该装置可减少沉积过程中的受热不均问题，提高石英玻璃的均匀性。
另外，还有必要提供一种制备石英玻璃的方法。
一种制备石英玻璃的装置，所述制备装置包括沉积组件及燃烧反应组件，所述燃烧反应组件沿竖直方向设置于所述沉积组件的上方。所述燃烧反应组件包括主转盘、第一驱动件及燃烧器，所述第一驱动件传动连接所述主转盘以带动所述主转盘转动，所述燃烧器连接于所述主转盘朝向所述沉积组件的一侧，所述燃烧器用于反应含硅原料以生成熔融二氧化硅体。所述沉积组件包括沉积转盘及第二驱动件，所述第二驱动件传动连接所述沉积转盘以带动所述沉积转盘转动，所述沉积转盘用于承接所述熔融二氧化硅体。
进一步地，所述制备装置还包括储料单元，所述主转盘设置有第一流道，所述第一流道包括第一进料口及连通所述第一进料口的第一出料口，所述燃烧反应组件还包括第一旋转连通器，所述第一旋转连通器连通所述储料单元及所述第一进料口，所述第一出料口连通所述燃烧器。
进一步地，所述主转盘的转动方向与所述沉积转盘的转动方向相反。
进一步地，所述燃烧反应组件还包括副转盘及第三驱动件，所述副转盘设置于所述主转盘朝向所述沉积组件的一侧，所述第三驱动件传动连接所述副转盘以带动所述副转盘转动，所述燃烧器设置于所述副转盘朝向所述沉积组件的一侧。
进一步地，所述副转盘设置有第二流道，所述第二流道包括第二进料口及连通所述第二进料口的第二出料口，所述燃烧反应组件还包括第二旋转连通器，所述第二旋转连通器连通所述第一出料口及所述第二进料口，所述第二出料口连通所述燃烧器。
进一步地，所述主转盘、所述副转盘及所述沉积转盘相互平行设置。
进一步地，所述副转盘的竖向投影位于所述主转盘内，所述主转盘的竖向投影位于所述沉积转盘内。
进一步地，多个所述燃烧器设置于一个所述副转盘的一侧，多个所述副转盘设置于所述主转盘的一侧。
一种使用上述制备石英玻璃的装置的制备石英玻璃的方法，包括步骤：提供反应原料，所述反应原料包括含硅气体、氢气及氧气。将所述反应原料通入所述燃烧反应组件，设定所述主转盘以第一速度转动，所述燃烧器将所述反应原料燃烧生成熔融二氧化硅体。设定所述沉积转盘以第二速度转动，所述熔融二氧化硅体沉积于所述沉积转盘上以形成所述石英玻璃。
进一步地，所述第一速度为5～7r/min，所述第二速度为5～7r/min。
本申请提供的制备石英玻璃的装置，通过设置可转动的主转盘及可转动的沉积转盘，有利于减少了大尺寸石英玻璃各部分之间的温差，提高大尺寸石英玻璃的均匀性。
附图说明
图1为本申请实施例提供的制备石英玻璃的装置的示意图。
图2为本申请实施例提供的制备石英玻璃的方法的示意图。
主要元件符号说明
装置 100
燃烧反应组件 10
主转盘 11
燃烧器 12
第一旋转连通器 13
副转盘 14
第二旋转连通器 15
沉积组件 20
沉积转盘 21
石英玻璃 200
转动方向 X、Y
如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本申请。
具体实施方式
为了能够更清楚地理解本申请实施例的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本申请进行详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施方式中的特征可以相互组合。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本申请实施例，所描述的实施方式是本申请一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本申请中的实施方式，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本申请实施例保护的范围。
请参见图1，本申请实施例提供一种制备石英玻璃的装置100(以下称装置100)，所述装置100用于沉积形成大尺寸、高光学均匀性的石英玻璃200，其中大尺寸指直径为1000毫米及以上，高光学均匀性指指定区域内的折射率最大差值不超过1×10-6。
所述装置100包括燃烧反应组件10及沉积组件20，所述燃烧反应组件10用于将含硅原料进行燃烧以生成石英玻璃颗粒(图未示)并释放热量，所述燃烧反应组件10沿竖直方向设置于所述沉积组件20的上方以便于所述沉积组件20承接所述石英玻璃颗粒，该石英玻璃颗粒在接收热量后，融合形成石英玻璃200。
所述燃烧反应组件10包括主转盘11、第一驱动件(图未示)及燃烧器12，所述主转盘11大致成圆碟状，所述第一驱动件传动连接所述主转盘11以使得所述主转盘11转动，所述燃烧器12连接于所述主转盘11朝向所述沉积组件20的一侧，即，所述主转盘11转动以带动所述燃烧器22转动。
所述沉积组件20包括沉积转盘21及第二驱动件(图未示)，所述第二驱动件传动连接所述沉积转盘21以带动所述沉积转盘21转动，所述沉积转盘21用于承接所述石英玻璃200。
本申请提供的石英玻璃的装置100，通过设置可转动的主转盘11及可转动的沉积转盘21，减少了大尺寸石英玻璃200因各部分距离所述燃烧器12远近不一致导致的温差，有利于提高大尺寸石英玻璃200的均匀性。
在本实施例中，所述装置100还包括储料单元(图未示)，所述储料单元包括含硅原料(如四氯化硅)、氢气及氧气共三种反应物，所述主转盘11设置有多个第一流道(图未示)，所述第一流道包括第一进料口(图未示)及连通所述第一进料口的第一出料口(图未示)，所述燃烧反应组件10还包括第一旋转连通器13，所述第一旋转连通器13连通所述储料单元及所述第一进料口，所述第一出料口连通所述燃烧器12，通过所述第一旋转连通器13可以实现将反应物导入转动的主转盘11上。具体工作时，该三种反应物经过所述第一旋转连通器13输入到不同的所述第一流道内，然后经过不同的所述第一流道流入所述燃烧器12内，并最后在所述燃烧器12中混合后发生燃烧反应形成熔融二氧化硅体，所述熔融二氧化硅体落在所述沉积转盘21上，逐层堆叠以形成所述石英玻璃200。
在本实施例中，所述主转盘11的转动方向X与所述沉积转盘21的转动方向Y相反，例如，若所述主转盘11顺时针转动，则所述沉积转盘21逆时针转动。从而提高所述石英玻璃200某一区域相对于所述燃烧器12的旋转速度，进一步增加受热均匀性。
在本实施例中，所述燃烧反应组件10还包括副转盘14及第三驱动件(图未示)，所述副转盘14设置于所述主转盘11朝向所述沉积组件20的一侧，所述第三驱动件传动连接所述副转盘14以带动所述副转盘14转动，所述燃烧器12设置于所述副转盘14朝向所述沉积组件20的一侧，即，所述副转盘14带动所述燃烧器12转动，从而提高所述燃烧器12的自由度，增加了所述燃烧器12的覆盖面积，减少因为所述燃烧器12间隙产生的温差而导致的条纹，从而可以实现更大尺寸和更高均匀性的石英玻璃200的制备，同时，可以有效避免了多个所述燃烧器12之间沉积效率偏差导致的沉积量分布不均，改善所述石英玻璃200的应力双折射(应力双折射指合成石英中不同区域密度差导致光透过的光程差)。
在本实施例中，所述副转盘14设置有多个第二流道(图未示)，所述第二流道包括第二进料口(图未示)及连通所述第二进料口的第二出料口(图未示)，所述燃烧反应组件还包括第二旋转连通器15，所述第二旋转连通器15连通所述第一出料口及所述第二进料口，所述第二出料口连通所述燃烧器12，通过所述第一旋转连通器13可以实现将反应物导入转动的副转盘14上。具体工作时，三种反应物经过不同的第二进料口进入所述第二旋转连通器15，然后通过所述第二旋转连通器15进入到不同第二进料口，然后由不同所述第二出料口进入到所述燃烧器12中进行混合，最后在所述燃烧器12中发生燃烧反应形成熔融二氧化硅体，所述熔融二氧化硅体落在所述沉积转盘21上，逐层堆叠以形成所述石英玻璃200。
在本实施例中，所述主转盘11、所述副转盘14及所述沉积转盘21相互平行设置，且所述主转盘11、所述副转盘14及所述沉积转盘21垂直于竖直方向设置，从而保证由所述燃烧器12燃烧生成的石英玻璃可以由重力作用沉积到沉积转盘21上。
在本实施例中，所述副转盘14的竖向投影位于所述主转盘11内，所述主转盘11的竖向投影位于所述沉积转盘21内，从而保证由所述燃烧器12燃烧产生的石英玻璃落在所述沉积转盘21上。具体地，所述燃烧器12的直径约为120毫米，所述副转盘14的直径约为600毫米，所述沉积转盘21的直径约为2000毫米。
在本实施例中，三个所述燃烧器12呈三角等距设置于一个所述副转盘14的一侧，每两个所述燃烧器12之间的间距约为200毫米。三个所述副转盘14呈三角等距设置于一个所述主转盘11的一侧，从而有利于形成大尺寸的石英玻璃200。
请参见图2，本申请还提供一种石英玻璃的制备方法，包括步骤：
S1:提供反应原料，所述反应原料包括含硅气体、氢气及氧气，其中，所述含硅气体包括四氯化硅气体；
S2:将所述反应原料通入所述燃烧反应组件10，设定所述主转盘11以第一速度转动，所述第一速度为5～7r/min，所述燃烧器12将所述反应原料燃烧生成熔融二氧化硅体；
在本实施例中，步骤S2中，所述氢气与所述氧气的流量安装体积比为2:1输如所述燃烧反应组件10，所述四氯化硅以5g/min的流量输入所述燃烧反应组件10，所述燃烧器12中发生的反应为：SiCl4+H2+O2→SiO2+HCl。
在本实施例中，步骤S2还包括设定所述副转盘14以第三速度转动，所述第三速度为5～7r/min。
S3:设定所述沉积转盘21以第二速度转动，所述第二速度为5～7r/min，所述熔融二氧化硅体沉积于所述沉积转盘21上并逐渐形成所述石英玻璃200，所述石英玻璃200的直径可以达到1800mm，光学均匀性可以达到1×10-6，应力双折射小于1nm/cm。
本申请提供的制备方法通过设置主转盘及沉积转盘可转动，保证石英玻璃各区域的温度差值不超过8～10℃，使得石英玻璃的直径可以达到1800mm，光学均匀性可以达到1×10-6，应力双折射小于1nm/cm。
以上实施方式仅用以说明本申请实施例的技术方案而非限制，尽管参照以上较佳实施方式对本申请实施例进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本申请实施例的技术方案进行修改或等同替换都不应脱离本申请实施例的技术方案的精神和范围。
Claims (10)
1.一种制备石英玻璃的装置，其特征在于，包括沉积组件及燃烧反应组件，所述燃烧反应组件沿竖直方向设置于所述沉积组件的上方，
所述燃烧反应组件包括主转盘、第一驱动件及燃烧器，所述第一驱动件传动连接所述主转盘以带动所述主转盘转动，所述燃烧器连接于所述主转盘朝向所述沉积组件的一侧，所述燃烧器用于燃烧含硅原料以生成熔融二氧化硅体；
所述沉积组件包括沉积转盘及第二驱动件，所述第二驱动件传动连接所述沉积转盘以带动所述沉积转盘转动，所述沉积转盘用于承接所述熔融二氧化硅体。
2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述制备装置还包括储料单元，所述主转盘设置有第一流道，所述第一流道包括第一进料口及连通所述第一进料口的第一出料口，所述燃烧反应组件还包括第一旋转连通器，所述第一旋转连通器连通所述储料单元及所述第一进料口，所述第一出料口连通所述燃烧器。
3.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述主转盘的转动方向与所述沉积转盘的转动方向相反。
4.如权利要求2所述的装置，其特征在于，所述燃烧反应组件还包括副转盘及第三驱动件，所述副转盘设置于所述主转盘朝向所述沉积组件的一侧，所述第三驱动件传动连接所述副转盘以带动所述副转盘转动，所述燃烧器设置于所述副转盘朝向所述沉积组件的一侧。
5.如权利要求4所述的装置，其特征在于，所述副转盘设置有第二流道，所述第二流道包括第二进料口及连通所述第二进料口的第二出料口，所述燃烧反应组件还包括第二旋转连通器，所述第二旋转连通器连通所述第一出料口及所述第二进料口，所述第二出料口连通所述燃烧器。
6.如权利要求4所述的装置，其特征在于，所述主转盘、所述副转盘及所述沉积转盘相互平行设置。
7.如权利要求4所述的装置，其特征在于，沿竖直方向，所述副转盘的投影位于所述主转盘内，所述主转盘的投影位于所述沉积转盘内。
8.如权利要求4所述的装置，其特征在于，多个所述燃烧器设置于一个所述副转盘的一侧，多个所述副转盘设置于所述主转盘的一侧。
9.一种使用如权利要求1至8任意一项所述的装置制备石英玻璃的方法，其特征在于，包括步骤：
提供反应原料，所述反应原料包括含硅气体、氢气及氧气；
将所述反应原料通入所述燃烧反应组件并控制所述主转盘转动，使所述燃烧器燃烧所述反应原料并生成熔融二氧化硅体；
控制所述沉积转盘转动，使所述熔融二氧化硅体沉积于所述沉积转盘上以形成所述石英玻璃。
10.如权利要求9所述的制备石英玻璃的方法，其特征在于，所述主转盘的转速为5～7r/min，所述沉积转盘的转速为5～7r/min。
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| Date | Code | Title | Description |
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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