掺杂石英玻璃的制备方法

掺杂石英玻璃的制备方法

石英玻璃由单组无硅氧四面体组成网络骨架，硅氧键键强很大，结构紧密，机械强度很高，为普通玻璃的2-3倍;它的机械性能比硬质玻璃和陶瓷都好，唯脆性较差。石英玻璃的理论计算强度很高，约为24*103MPa，但实际测得的强度要比这个数值低数十倍。影响强度和主要因素首先是玻璃的表面缺陷，特别是表面微裂纹的大小及尝试影响很为明显，细磨的石英玻璃试样比粗 磨的的试样，其抗折强度约增加0.6位;其次是内存缺陷，例如气泡、杂质、熔化不均以及残余应力等。

掺杂石英玻璃的制备

石英玻璃是由各种纯净的天然石英(如水晶、石英砂等)熔化制成。线膨胀系数很小，是普通玻璃的1/10-1/20,有很好的抗热震性。它的耐热性很高，经常使用温度为1100~ 1200摄氏度，短期使用温度可达1400摄氏度。

由于SiO2是一种难熔氧化物，在高温下具有较高的粘度，很难获得均匀的掺杂石英玻璃结构，因此人们采用了多种掺杂方法，包括以下五种主要方法。

1.多孔SiO2入渗法

用氧气分解SiCl4原料制备多孔二氧化硅基体，然后将基体浸入需要掺杂的氧化物盐溶液中。干燥后，基体被玻璃化、透明，称为掺杂石英玻璃。大部分掺杂方法用于制备块状或异型石英玻璃。

2.溶胶-凝胶掺杂法

以硅酸乙酯为原料，将硅酸乙酯、乙醇和水混合，加入掺杂氧化物盐制成混合物，经水解、凝胶化、固化形成均匀胶体，在1100℃加热得到均匀掺杂的石英玻璃。该方法适用于块状掺杂石英玻璃。

3.气相沉积工艺

以低沸点的SiCl4化合物和掺杂剂为原料，在一定的蒸汽压力下将上述液体原料膨胀，使气相混合物从燃烧器中心雾化，在高温下水解熔融成均匀的SiO 2-MxOy或多组分玻璃，这种掺杂方法主要用于制造管状或棒状石英玻璃，如光纤预制棒和低膨胀石英玻璃。

4.粉末掺杂

即掺杂氧化物和SiO2粉末直接搅拌混合，熔融成石英玻璃。采用这种掺杂法制备的石英玻璃具有掺杂不均匀、节省人力和物力、不污染环境等优点，当掺杂量小或玻璃均匀性要求不高时，应首选该方法。

5.SiO2粉末的液体掺杂

将掺杂氧化物的盐化合物溶解在去离子水中，用SiO2粉末均匀搅拌，然后将原料干燥、煅烧并熔化成石英玻璃。掺杂方法是均匀的，但很大的缺点是当原料干燥和煅烧时，掺杂的盐会分解成氧化物，对环境造成有害的气体污染。因此，应在煅烧设备上安装废气回收装置，以回收和分解废气。

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