CN117303719A - 一种高纯不透明石英玻璃锭及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高纯不透明石英玻璃锭及其制备方法，高纯原料置于真空电熔炉内，电熔炉抽真空至气压不大于10‑4bar；电熔炉内升温，将高纯原料加热至1850～2100℃并保温20～45h，使高纯原料完全熔融，形成石英玻璃熔体，同时通入保护气体，维持电熔炉内气压为0.8～2bar；电熔炉内降温，将石英玻璃熔体降温至1000～1200℃，降温时间为3～10小时，使石英玻璃熔体完全凝固同时避免晶化；电熔炉内继续降温，将完全凝固的石英玻璃降温至600～950℃并保温0.5～10h，同时对电熔炉内抽真空并通入保护气体至电熔炉内气压为0.05～0.8bar，通过负压、保护气体气氛下的热处理使石英玻璃中的气泡生长至所需尺寸和密度。
Description
技术领域
本发明涉及石英玻璃制造领域，具体涉及一种高纯不透明石英玻璃锭及其制备方法。
背景技术
高纯石英玻璃是一种高新技术材料，被广泛应用于半导体、光伏和激光等高新技术领域，也是这些行业的核心基础辅材。随着半导体、激光等行业的快速发展，紫外到红外波段透过率低的不透明石英玻璃的需求也越来越大，主要用于热拦截能力需求极高的高端半导体级石英炉管、反应器、法兰、垫片等。
传统的不透明石英玻璃的制作方法是将天然石英砂有机物如聚硅氧烷等或者无机物添加剂如CaCO3等直接置于电熔炉中加热熔融，这些添加剂能在熔融过程中产生微小气泡，从而降低石英玻璃的透射率。由此制备的不透明石英玻璃，一方面含有较高浓度的金属杂质，纯度较低；另一方面气泡尺寸和分布不均匀，气泡尺寸和密度均不可控，大尺寸气泡还会引起石英玻璃的高温稳定性降低，因此无法满足半导体、激光等高端行业的需求。
如公开号为CN106082603A的中国发明专利申请，使用有机添加剂聚氧硅烷可能会导致石英砂表面粘稠、团聚，且难以均匀混入石英砂原料中，不利于后续的熔融过程，难以制备出气泡尺寸、分布均匀的高质量不透明石英玻璃。
如公开号为CN111233309A的中国发明专利申请，虽然使用气化的液态有机硅原料作为添加剂可以实现添加剂和石英砂较为均匀的混合，但是通过氢氧焰燃烧器制备的不透明石英玻璃将无法避免地含有较高浓度的羟基，会影响不透明石英玻璃制品的性能。
发明内容
本发明提供了一种高纯不透明石英玻璃锭的制备方法，采用高纯天然石英砂为原料，或将高纯天然石英砂与如人工合成二氧化硅颗粒、人工合成二氧化硅颗粒的团聚体、石墨粉末、无定形碳粉末、氮化硅粉末等或其组合的高纯起泡剂颗粒添加剂均匀混合后作为原料，通过真空电熔结合负压、保护气氛条件下的特定热处理工艺制备不透明石英玻璃。
具体技术方案如下：
一种高纯不透明石英玻璃锭的制备方法，包括步骤：
(1)将高纯原料放置于真空电熔炉(本发明中亦可将其简称为“电熔炉”)内，真空电熔炉内抽真空至气压不大于10-4bar；
所述高纯原料为高纯天然石英砂或高纯天然石英砂与高纯起泡剂颗粒的混合物；
(2)真空电熔炉内升温，将所述高纯原料加热至1850～2100℃(优选1900～2050℃)并保温20～45h，使高纯原料完全熔融，形成石英玻璃熔体，同时通入保护气体，维持真空电熔炉内气压为0.8～2bar(优选1～1.2bar)；
(3)真空电熔炉内降温，将所述石英玻璃熔体降温至1000～1200℃(优选1050～1120℃，进一步优选1100℃)，降温时间为3～10小时(优选4～8小时，进一步优选6.5小时)，使石英玻璃熔体完全凝固同时避免晶化；
(4)真空电熔炉内继续降温，将完全凝固的石英玻璃降温至600～950℃(优选700～900℃，进一步优选800℃)并保温0.5～10h(优选0.5～8h，进一步优选6h)，同时对真空电熔炉内抽真空并通入保护气体至真空电熔炉内气压为0.05～0.8bar(优选0.1～0.6bar，进一步优选0.2bar)，通过负压、保护气体气氛下的热处理使石英玻璃中的气泡生长至所需尺寸和密度。
所述高纯天然石英砂中金属杂质Al、Ca、Fe、Na、K、Li、Mg、Cu、Ti、Mn、Cr、Zr的总含量优选≤14.5ppma(ppma指按物质的量计的百万分之一)。
进一步优选的，所述高纯天然石英砂中金属杂质Al≤10ppma，Ca≤0.8ppma，Fe≤0.4ppma，Na≤0.3ppma，K≤0.3ppma，Li≤0.3ppma，Mg≤0.05ppma，Cu≤0.05ppma，Ti≤1.5ppma，Mn≤0.05ppma，Cr≤0.05ppma，Zr≤0.6ppma。
所述高纯天然石英砂的粒度优选为70～350μm，进一步优选为100～250μm。
所述高纯起泡剂颗粒包括人工合成二氧化硅颗粒、人工合成二氧化硅颗粒的团聚体、石墨粉末、无定形碳粉末、氮化硅粉末等中的一种或多种组合，优选为人工合成二氧化硅颗粒和/或其团聚体。
所述人工合成二氧化硅颗粒可通过水解法或气相合成法制得。
所述高纯起泡剂颗粒的粒度优选为0.05～10μm，进一步优选为0.1～8μm。
所述高纯起泡剂颗粒中金属杂质Al、Ca、Fe、Na、K、Li、Mg、Cu、Ti、Mn、Cr、Zr的总含量优选≤10ppma。
所述高纯起泡剂颗粒的BET表面积优选为1～15m2/g，进一步优选为3～10m2/g。
人工合成二氧化硅颗粒具有纯度高、比表面积大等特点，且熔点略低于高纯天然石英砂，和高纯天然石英砂均匀混合后，在真空电熔炉中加热熔融的过程中会优先熔化，从而导致制备的石英玻璃中产生微小气泡。优选地，本发明采用人工合成二氧化硅颗粒和/或其团聚体作为高纯起泡剂颗粒，其BET表面积为3～10m2/g。
所述高纯天然石英砂与高纯起泡剂颗粒的混合物可通过将高纯天然石英砂与高纯起泡剂颗粒一起振动和/或搅拌的方式混匀(优选干混均匀)得到。
所述高纯天然石英砂与高纯起泡剂颗粒的混合物中，所述高纯起泡剂颗粒的质量百分占比优选为0.05％～7％。
所述保护气体包括氦气、氩气、氧气等中的一种或多种组合。
步骤(3)、步骤(4)中，可通过水冷或循环气体冷却等方式实现真空电熔炉内降温。
本发明还提供了所述的制备方法制备得到的高纯不透明石英玻璃锭。
不透明石英玻璃中气泡的平均直径接近或大于光的波长时，对各波长的光都可以实现较强的散射。因此，为了提高不透明石英玻璃的遮光性能，在保证不透明石英中含有较高密度、均匀分布的气泡之外，还需要保证气泡的尺寸大于等于目标遮光的波长，即要求平均气泡直径为3μm以上。此外，气泡密度过高时，将可能影响不透明石英玻璃的强度和稳定性。
本发明在负压、保护气体气氛下的特定温度热处理过程中，石英玻璃中气体的溶解度极限降低，气体分子将不断析出形成气泡核心，与此同时气体分子会扩散到气泡中，导致已有的气泡逐渐膨胀长大。负压条件、保护气体类型以及保温热处理温度和时间都对气泡的形核和可控生长起决定作用。由于本发明的高纯不透明石英玻璃锭对平均气泡直径和气泡密度有着严格的控制需求，因此所述制备方法中步骤(4)的负压、保护气体气氛下的热处理工艺，最好在优选条件下实施。
本发明制备方法可以很好地兼顾上述各种因素和考量，所制备得到的高纯不透明石英玻璃锭的密度为2.03～2.17g/cm3，平均气泡直径为4.5～12μm，气泡密度为(1～8)×106个/cm3；所述高纯不透明石英玻璃锭厚度为1mm时，波长≤3μm的光直线透射率为1％以下。
进一步的，按本发明制备方法制备得到的高纯不透明石英玻璃锭中金属杂质Al、Ca、Fe、Na、K、Li、Mg、Cu、Ti、Mn、Cr、Zr的总含量≤20ppma。更进一步的，所述高纯不透明石英玻璃锭中金属杂质Al≤13ppma，Ca≤1ppma，Fe≤0.6ppma，Na≤0.5ppma，K≤0.5ppma，Li≤0.5ppma，Mg≤0.1ppma，Cu≤0.1ppma，Ti≤2ppma，Mn≤0.1ppma，Cr≤0.1ppma，Zr≤1ppma。
本发明与现有技术相比，有益效果有：
1、本发明通过采用金属杂质含量≤14.5ppma的高纯天然石英砂为原料，优选地，可进一步采用人工合成二氧化硅颗粒和/或其团聚体作为高纯起泡剂颗粒，不会引入碳、氮等杂质，可以制备出纯度极高的不透明石英玻璃锭(总金属杂质含量≤20ppma)，满足半导体、激光等高端行业的需求。
2、本发明不添加或少量添加人工合成二氧化硅颗粒和/或其团聚体作为高纯起泡剂颗粒，将完全凝固后的石英玻璃通过负压、保护气体气氛条件下的特定温度保温热处理过程实现气泡的均匀形核和可控长大，从而制备出气泡密度高、气泡尺寸及分布均匀的高纯不透明石英玻璃锭，不仅可以解决高纯度起泡剂的成本问题，还可以实现不透明石英玻璃样品厚度为1mm时波长≤3μm的光直线透射率为1％以下的目标。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。下列实施例中未注明具体条件的操作方法，通常按照常规条件，或按照制造厂商所建议的条件。
以下各实施例、对比例所涉及的原料介绍如下：
高纯天然石英砂，金属杂质Al≤10ppma，Ca≤0.8ppma，Fe≤0.4ppma，Na≤0.3ppma，K≤0.3ppma，Li≤0.3ppma，Mg≤0.05ppma，Cu≤0.05ppma，Ti≤1.5ppma，Mn≤0.05ppma，Cr≤0.05ppma，Zr≤0.6ppma；
人工合成二氧化硅颗粒团聚体，金属杂质Al、Ca、Fe、Na、K、Li、Mg、Cu、Ti、Mn、Cr、Zr的总含量≤10ppma。
实施例1
提供粒度为140～180μm的高纯天然石英砂颗粒作为高纯原料，放置于高纯坩埚中后，将高纯坩埚置于电熔炉内，按照以下步骤进行制备：
(1)对电熔炉进行抽真空，至电熔炉内气压小于等于10-4bar；
(2)电熔炉升温，将高纯原料加热至1950℃并保温35小时，使高纯原料完全熔融，形成石英玻璃熔体，同时通入氩气，保持电熔炉内气压为1bar；
(3)电熔炉降温，将石英玻璃熔体快速降温至1200℃，降温时间为7小时，使石英玻璃熔体完全凝固同时避免晶化；
(4)电熔炉继续降温，将完全凝固的石英玻璃降温至900℃，同时对电熔炉进行抽真空，并通入氩气作为保护气体，至电熔炉内气压为0.5bar，900℃保温2小时；
(5)继续降温，当温度降低至室温后，取出得到不透明石英玻璃锭。
通过上述步骤制备不透明石英玻璃锭，其密度为2.15g/cm3，平均气泡直径为5.7μm，气泡密度为1.8×106个/cm3，金属杂质Al≤12.1ppma，Ca≤0.9ppma，Fe≤0.5ppma，Na≤0.5ppma，K≤0.4ppma，Li≤0.4ppma，Mg≤0.1ppma，Cu≤0.1ppma，Ti≤1.3ppma，Mn≤0.1ppma，Cr≤0.1ppma，Zr≤1.1ppma，不透明石英玻璃锭厚度为1mm时波长≤3μm的光直线透射率为0.98％。
实施例2
提供粒度为140～180μm的高纯天然石英砂颗粒作为高纯原料，放置于高纯坩埚中后，将高纯坩埚置于电熔炉内，按照以下步骤进行制备：
(1)对电熔炉进行抽真空，至电熔炉内气压小于等于10-4bar；
(2)电熔炉升温，将高纯原料加热至1950℃并保温35小时，使高纯原料完全熔融，形成石英玻璃熔体，同时通入氩气，保持电熔炉内气压为1bar；
(3)电熔炉降温，将石英玻璃熔体快速降温至1150℃，降温时间为7.5小时，使石英玻璃熔体完全凝固同时避免晶化；
(4)电熔炉继续降温，将完全凝固的石英玻璃降温至850℃，同时对电熔炉进行抽真空，并通入氩气作为保护气体，至电熔炉内气压为0.5bar，850℃保温5小时；
(5)继续降温，当温度降低至室温后，取出得到不透明石英玻璃锭。
通过上述步骤制备不透明石英玻璃锭，其密度为2.13g/cm3，平均气泡直径为7.2μm，气泡密度为3.7×106个/cm3，金属杂质Al≤11.9ppma，Ca≤0.8ppma，Fe≤0.4ppma，Na≤0.4ppma，K≤0.4ppma，Li≤0.4ppma，Mg≤0.1ppma，Cu≤0.1ppma，Ti≤1.2ppma，Mn≤0.1ppma，Cr≤0.1ppma，Zr≤1.3ppma，不透明石英玻璃锭厚度为1mm时波长≤3μm的光直线透射率为0.94％。
实施例3
提供粒度为140～180μm的高纯天然石英砂颗粒作为高纯原料，放置于高纯坩埚中后，将高纯坩埚置于电熔炉内，按照以下步骤进行制备：
(1)对电熔炉进行抽真空，至电熔炉内气压小于等于10-4bar；
(2)电熔炉升温，将高纯原料加热至1950℃并保温30小时，使高纯原料完全熔融，形成石英玻璃熔体，同时通入氩气，保持电熔炉内气压为1bar；
(3)电熔炉降温，将石英玻璃熔体快速降温至1100℃，降温时间为6.5小时，使石英玻璃熔体完全凝固同时避免晶化；
(4)电熔炉继续降温，将完全凝固的石英玻璃降温至800℃，同时对电熔炉进行抽真空，并通入氩气作为保护气体，至电熔炉内气压为0.2bar，800℃保温2小时；
(5)继续降温，当温度降低至室温后，取出得到不透明石英玻璃锭。
通过上述步骤制备不透明石英玻璃锭，其密度为2.12g/cm3，平均气泡直径为8.3μm，气泡密度为5.1×106个/cm3，金属杂质Al≤11.7ppma，Ca≤0.8ppma，Fe≤0.4ppma，Na≤0.4ppma，K≤0.4ppma，Li≤0.4ppma，Mg≤0.1ppma，Cu≤0.1ppma，Ti≤1.3ppma，Mn≤0.1ppma，Cr≤0.1ppma，Zr≤1.2ppma，不透明石英玻璃锭厚度为1mm时波长≤3μm的光直线透射率为0.95％。
实施例4
提供粒度为140～180μm的高纯天然石英砂颗粒作为高纯原料，放置于高纯坩埚中后，将高纯坩埚置于电熔炉内，按照以下步骤进行制备：
(1)对电熔炉进行抽真空，至电熔炉内气压小于等于10-4bar；
(2)电熔炉升温，将高纯原料加热至1950℃并保温30小时，使高纯原料完全熔融，形成石英玻璃熔体，同时通入氩气，保持电熔炉内气压为1bar；
(3)电熔炉降温，将石英玻璃熔体快速降温至1100℃，降温时间为6.5小时，使石英玻璃熔体完全凝固同时避免晶化；
(4)电熔炉继续降温，将完全凝固的石英玻璃降温至800℃，同时对电熔炉进行抽真空，并通入氩气作为保护气体，至电熔炉内气压为0.2bar，800℃保温6小时；
(5)继续降温，当温度降低至室温后，取出得到不透明石英玻璃锭。
通过上述步骤制备不透明石英玻璃锭，其密度为2.08g/cm3，平均气泡直径为11.2μm，气泡密度为4.2×106个/cm3，金属杂质Al≤12.0ppma，Ca≤0.7ppma，Fe≤0.4ppma，Na≤0.5ppma，K≤0.4ppma，Li≤0.4ppma，Mg≤0.1ppma，Cu≤0.1ppma，Ti≤1.3ppma，Mn≤0.1ppma，Cr≤0.1ppma，Zr≤1.0ppma，不透明石英玻璃锭厚度为1mm时波长≤3μm的光直线透射率为0.93％。
实施例5
提供粒度为140～180μm的高纯天然石英砂颗粒，提供粒度为2～5μm、BET表面积为4.2m2/g、添加量占2.5％重量百分比(以高纯天然石英砂与高纯起泡剂颗粒的混合物总质量为100％计)的人工合成二氧化硅颗粒团聚体为高纯起泡剂颗粒，通过振动、搅拌的方式干混高纯天然石英砂和高纯起泡剂颗粒至均匀，得到高纯原料，放置于高纯坩埚中后，按照实施例1制造不透明石英玻璃锭，所得不透明石英玻璃锭的密度为2.07g/cm3，平均气泡直径为5.3μm，气泡密度为6.8×106个/cm3，金属杂质Al≤11.6ppma，Ca≤0.9ppma，Fe≤0.3ppma，Na≤0.3ppma，K≤0.4ppma，Li≤0.4ppma，Mg≤0.1ppma，Cu≤0.1ppma，Ti≤1.2ppma，Mn≤0.1ppma，Cr≤0.1ppma，Zr≤1.0ppma，不透明石英玻璃锭厚度为1mm时波长≤3μm的光直线透射率为0.87％。
对比例1
提供粒度为140～180μm的高纯天然石英砂颗粒，除缺少实施例1中的步骤(3)、(4)以外，其他步骤依据实施例1制造了石英玻璃锭，即直接快速降温(降温时间为35小时)至室温后，取出石英玻璃锭，其密度为2.19g/cm3，平均气泡直径为1.1μm，气泡密度为8.1×102个/cm3，金属杂质Al≤12.2ppma，Ca≤0.8ppma，Fe≤0.4ppma，Na≤0.5ppma，K≤0.5ppma，Li≤0.4ppma，Mg≤0.1ppma，Cu≤0.1ppma，Ti≤1.2ppma，Mn≤0.1ppma，Cr≤0.1ppma，Zr≤1.0ppma，石英玻璃锭厚度为1mm时波长≤3μm的光直线透射率为84.72％。
对比例2
提供粒度为140～180μm的高纯天然石英砂颗粒，除将实施例1中的步骤(4)修改为“电熔炉继续降温，将完全凝固的石英玻璃降温至900℃，同时对电熔炉进行抽真空，并通入氩气作为保护气体，至电熔炉内气压为10bar，900℃保温2小时”以外，其他步骤依据实施例1制造了石英玻璃锭，取出石英玻璃锭，其密度为2.17g/cm3，平均气泡直径为1.4μm，气泡密度为1.5×103个/cm3，金属杂质Al≤11.9ppma，Ca≤0.8ppma，Fe≤0.5ppma，Na≤0.5ppma，K≤0.4ppma，Li≤0.5ppma，Mg≤0.1ppma，Cu≤0.1ppma，Ti≤1.3ppma，Mn≤0.1ppma，Cr≤0.1ppma，Zr≤1.4ppma，石英玻璃锭厚度为1mm时波长≤3μm的光直线透射率为81.55％。
对比例3
提供粒度为140～180μm的高纯天然石英砂颗粒，提供粒度为2～5μm、BET表面积为4.2m2/g、添加量占2.5％重量百分比(以高纯天然石英砂与高纯起泡剂颗粒的混合物总质量为100％计)的人工合成二氧化硅颗粒团聚体为高纯起泡剂颗粒，通过振动、搅拌的方式干混高纯天然石英砂和高纯起泡剂颗粒至均匀，得到高纯原料，除缺少实施例1中的步骤(3)、(4)以外，其他步骤依据实施例1制造了石英玻璃锭，即直接快速降温(降温时间为35小时)至室温后，取出石英玻璃锭，其密度为2.15g/cm3，平均气泡直径为1.2μm，气泡密度为3.2×105个/cm3，金属杂质Al≤11.8ppma，Ca≤0.8ppma，Fe≤0.4ppma，Na≤0.5ppma，K≤0.4ppma，Li≤0.4ppma，Mg≤0.1ppma，Cu≤0.1ppma，Ti≤1.4ppma，Mn≤0.1ppma，Cr≤0.1ppma，Zr≤1.1ppma，石英玻璃锭厚度为1mm时波长≤3μm的光直线透射率为12.36％。
实施例1～5通过本发明的方法制备了不透明石英玻璃，其密度为2.03～2.17g/cm3，平均气泡直径为4.5～12μm，气泡密度为(2～8)×106个/cm3，金属杂质Al、Ca、Fe、Na、K、Li、Mg、Cu、Ti、Mn、Cr、Zr的总含量≤18ppma，各金属杂质含量满足要求，不透明石英玻璃锭厚度为1mm时波长≤3μm的光直线透射率为1％以下。
对比例1～3直接通过常规真空电熔法制备了不透明石英玻璃，其中对比例3采用了高纯起泡剂，虽然各金属杂质满足要求，但其气泡密度、气泡直径及透射率等指标均不及实施例1～5。
由实施例1～5和对比例1～3可以得出，本发明即使不添加高纯起泡剂颗粒，仍可在石英玻璃熔体完全凝固后，通过结合负压、保护气氛条件下的特定温度热处理工艺实现石英玻璃中气泡的均匀形核和可控长大，从而制备出气泡密度高、气泡尺寸及分布均匀的不透明石英玻璃。
从实施例1～5可对比分析步骤(3)快速降温的终点温度、步骤(4)保温过程中的温度、气压及保温时间对所制备的不透明石英玻璃的透过率的影响，其中实施例4中制备的不透明石英玻璃的参数最优，即在石英玻璃熔体完全熔融后快速降温至1100℃，降温时间为6.5小时，使石英玻璃熔体完全凝固同时避免晶化，然后继续降温至800℃，在0.2bar的保护气体气氛下，800℃保温6小时为最优处理参数。
对比例1、3不采用本发明提供的负压、氩气保护气体气氛下的保温处理工艺，直接将完全凝固的石英玻璃锭降温至室温，未获得合格的气泡指标；对比例2将完全凝固的石英玻璃锭进行高压、氩气气氛下的保温处理工艺，未获得合格的气泡指标。
此外应理解，在阅读了本发明的上述描述内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
Claims (8)
1.一种高纯不透明石英玻璃锭的制备方法，其特征在于，包括步骤：
(1)将高纯原料放置于真空电熔炉内，真空电熔炉内抽真空至气压不大于10-4bar；
所述高纯原料为高纯天然石英砂或高纯天然石英砂与高纯起泡剂颗粒的混合物；
(2)真空电熔炉内升温，将所述高纯原料加热至1850～2100℃(优选1900～2050℃)并保温20～45h，使高纯原料完全熔融，形成石英玻璃熔体，同时通入保护气体，维持真空电熔炉内气压为0.8～2bar(优选1～1.2bar)；
(3)真空电熔炉内降温，将所述石英玻璃熔体降温至1000～1200℃(优选1050～1120℃，进一步优选1100℃)，降温时间为3～10小时(优选4～8小时，进一步优选6.5小时)，使石英玻璃熔体完全凝固同时避免晶化；
(4)真空电熔炉内继续降温，将完全凝固的石英玻璃降温至600～950℃(优选700～900℃，进一步优选800℃)并保温0.5～10h(优选0.5～8h，进一步优选6h)，同时对真空电熔炉内抽真空并通入保护气体至真空电熔炉内气压为0.05～0.8bar(优选0.1～0.6bar，进一步优选0.2bar)，通过负压、保护气体气氛下的热处理使石英玻璃中的气泡生长至所需尺寸和密度。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述高纯天然石英砂中金属杂质Al、Ca、Fe、Na、K、Li、Mg、Cu、Ti、Mn、Cr、Zr的总含量≤14.5ppma；优选的，所述高纯天然石英砂中金属杂质Al≤10ppma，Ca≤0.8ppma，Fe≤0.4ppma，Na≤0.3ppma，K≤0.3ppma，Li≤0.3ppma，
Mg≤0.05ppma，Cu≤0.05ppma，Ti≤1.5ppma，Mn≤0.05ppma，Cr≤0.05ppma，Zr≤0.6ppma；
所述高纯天然石英砂的粒度为70～350μm，优选为100～250μm。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述高纯起泡剂颗粒包括人工合成二氧化硅颗粒、人工合成二氧化硅颗粒的团聚体、石墨粉末、无定形碳粉末、氮化硅粉末中的一种或多种组合，优选为人工合成二氧化硅颗粒和/或其团聚体；
所述人工合成二氧化硅颗粒可通过水解法或气相合成法制得；
所述高纯起泡剂颗粒的粒度为0.05～10μm，优选为0.1～8μm；
所述高纯起泡剂颗粒中金属杂质Al、Ca、Fe、Na、K、Li、Mg、Cu、Ti、Mn、Cr、Zr的总含量≤10ppma；
所述高纯起泡剂颗粒的BET表面积为1～15m2/g，优选为3～10m2/g。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述高纯天然石英砂与高纯起泡剂颗粒的混合物通过将高纯天然石英砂与高纯起泡剂颗粒一起振动和/或搅拌的方式混匀(优选干混均匀)得到。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述高纯天然石英砂与高纯起泡剂颗粒的混合物中，所述高纯起泡剂颗粒的质量百分占比为0.05％～7％。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述保护气体包括氦气、氩气、氧气中的一种或多种组合。
7.根据权利要求1～6任一项所述的制备方法制备得到的高纯不透明石英玻璃锭，其特征在于，所述高纯不透明石英玻璃锭的密度为2.03～2.17g/cm3，平均气泡直径为4.5～12μm，气泡密度为(1～8)×106个/cm3；
所述高纯不透明石英玻璃锭厚度为1mm时，波长≤3μm的光直线透射率为1％以下。
8.根据权利要求7所述的高纯不透明石英玻璃锭，其特征在于，所述高纯不透明石英玻璃锭中金属杂质Al、Ca、Fe、Na、K、Li、Mg、Cu、Ti、Mn、Cr、Zr的总含量≤20ppma；优选的，所述高纯不透明石英玻璃锭中金属杂质Al≤13ppma，Ca≤1ppma，Fe≤0.6ppma，Na≤0.5ppma，K≤0.5ppma，Li≤0.5ppma，Mg≤0.1ppma，Cu≤0.1ppma，Ti≤2ppma，Mn≤0.1ppma，Cr≤0.1ppma，Zr≤1.2ppma。
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| CN202311039666.3A CN117303719A (zh) | 2023-08-17 | 2023-08-17 | 一种高纯不透明石英玻璃锭及其制备方法 |
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