一种高掺氟石英玻璃的制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及石英玻璃制备技术领域，特别是涉及一种高掺氟石英玻璃的制备方法。
【背景技术】
[0002]石英玻璃具有高的机械强度、优良的化学稳定性、优异的光学特性，从而在电光源、光纤、电子信息、半导体以及航空航天等行业占据重要的地位。掺氟石英玻璃由于能够显著降低玻璃的折射率而不引起损耗增加，故在光通信、紫外激光传输光纤等方面具有广阔的应用前景。掺氟石英玻璃由于在降低折射率的同时不引起损耗增加，具有优异的导光性能。
[0003]现有掺氟石英玻璃大都采用溶胶凝胶法制备，但其制备的掺氟石英玻璃氟含量太低，仅为2.5%，导光性能提高的较少，其应用还受到限制。
【发明内容】
[0004]本发明主要解决的技术问题是提供一种高掺氟石英玻璃的制备方法，能够解决现有制备工艺存在的氟掺杂量低的缺点。
[0005]为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是:提供一种高掺氟石英玻璃的制备方法，包括如下步骤:
(1)制备溶胶:取一定体积比的正硅酸乙酯、乙醇、稀盐酸和掺氟剂于带加热搅拌功能的反应釜中，搅拌使之成分溶解，形成溶胶；
(2)制备凝胶:向步骤(1)中制备的溶胶中加入一定量的干燥剂，搅拌混匀后，离心脱水形成凝胶；
(3)干燥处理:将步骤(2)中制备的凝胶在60?70°C干燥，使含水率降低至5%以下，成为干凝胶；
(4)研磨:将步骤(3)中得到的干凝胶置于行星式高能研磨机内研磨至一定细度；
(5)低温处理:将步骤(4)中研磨后的干凝胶在低温条件下处理一段时间；
(6)烧结成型:将步骤(5)中低温处理后的干凝胶置于程序温控石英炉内，在混合气体氛围下以一定加热速率升温至1500?1800°C，恒温烧结7?10天，得到所述高掺氟石英玻璃。
[0006]在本发明一个较佳实施例中，所述步骤(1)中，所述正硅酸乙酯、乙醇、稀盐酸和掺氟剂的体积比为3?5:4?6:0.5?1:8?10。
[0007]在本发明一个较佳实施例中，所述步骤(1)中，所述稀盐酸的摩尔质量为
0.03mol/L ;所述掺氟剂为 Si (0C2H5)3F 或 NH4F。
[0008]在本发明一个较佳实施例中，所述步骤(2 )中，所述干燥剂为甲酰胺，其加入体积为所述正硅酸乙酯体积的1/2。
[0009]在本发明一个较佳实施例中，所述步骤(4)中，所述研磨后的胶粒直径为50?80 μ mD
[0010]在本发明一个较佳实施例中，所述步骤(5)中，所述处理温度为5?10°C，处理时间为1?3天。
[0011]在本发明一个较佳实施例中，所述步骤(6)中，所述混合气体为氧气、四氯化碳和含氟气体以3?5:1:2?3的混合气体；所述加热速率为12?16°C /min。
[0012]在本发明一个较佳实施例中，所述含氟气体为CC12F2和/或SiF4。
[0013]本发明的有益效果是:本发明一种高掺氟石英玻璃的制备方法，通过合理的工艺设计，有效提高了石英玻璃中氟的含量，使所制备的石英玻璃具有优异的折光率，扩大使用领域。
【具体实施方式】
[0014]下面对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。
[0015]本发明实施例包括:
实施例1
一种高掺氟石英玻璃的制备方法，包括如下步骤:
(1)制备溶胶:取体积比为3:4:0.5:8的正硅酸乙酯、乙醇、摩尔质量为0.03mol/L的稀盐酸和掺氟剂Si (0C2H5)3F于带加热搅拌功能的反应釜中，以50r/min的速率搅拌使之充分溶解，形成溶胶；
(2)制备凝胶:向步骤(1)中制备的溶胶中加入占正硅酸乙酯体积的1/2的干燥剂甲酰胺，搅拌混匀后，离心脱水形成凝胶；
(3)干燥处理:将步骤(2)中制备的凝胶在60?70°C干燥至含水率降低至5%以下，成为干凝胶；
(4)研磨:将步骤(3)中得到的干凝胶置于行星式高能研磨机内研磨至胶粒直径为50 ?80 μ m ;
(5)低温处理:将步骤(4)中研磨后的干凝胶在5?10°C下静置处理1?3天；
(6)烧结成型:将步骤(5)中低温处理后的干凝胶置于程序温控石英炉内，以3:1:2的体积比通入氧气、四氯化碳和含氟气体，以12°C /min的加热速率升温至1500°C，恒温烧结10天，得到所述高掺氟石英玻璃；所述含氟气体为CC12F2。
[0016]实施例2
一种高掺氟石英玻璃的制备方法，包括如下步骤:
(1)制备溶胶:取体积比为5:6:1:10的正硅酸乙酯、乙醇、摩尔质量为0.03mol/L的稀盐酸和掺氟剂NH4F于带加热搅拌功能的反应釜中，以50r/min的速率搅拌使之充分溶解，形成溶胶；
(2)制备凝胶:向步骤(1)中制备的溶胶中加入占正硅酸乙酯体积的1/2的干燥剂甲酰胺，搅拌混匀后，离心脱水形成凝胶；
(3)干燥处理:将步骤(2)中制备的凝胶在60?70°C干燥至含水率降低至5%以下，成为干凝胶；
(4)研磨:将步骤(3)中得到的干凝胶置于行星式高能研磨机内研磨至胶粒直径为50 ?80 μ m ;
(5)低温处理:将步骤(4)中研磨后的干凝胶在5?10°C下静置处理1?3天；
(6)烧结成型:将步骤(5)中低温处理后的干凝胶置于程序温控石英炉内，以5:1:3的体积比通入氧气、四氯化碳和含氟气体，以16°C /min的加热速率升温至1800°C，恒温烧结7天，得到所述高掺氟石英玻璃；所述含氟气体为CC12F2和SiF4以任意比例混合的气体。
[0017]上述方法制备的含氟石英玻璃，其折射率为0.45?0.56%，氟含量为5.8?9.0%。
[0018]以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
【主权项】
1.一种高掺氟石英玻璃的制备方法，其特征在于，包括如下步骤: (1)制备溶胶:取一定体积比的正硅酸乙酯、乙醇、稀盐酸和掺氟剂于带加热搅拌功能的反应釜中，搅拌使之成分溶解，形成溶胶； (2)制备凝胶:向步骤(1)中制备的溶胶中加入一定量的干燥剂，搅拌混匀后，离心脱水形成凝胶； (3)干燥处理:将步骤(2)中制备的凝胶在60?70°C干燥，使含水率降低至5%以下，成为干凝胶； (4)研磨:将步骤(3)中得到的干凝胶置于行星式高能研磨机内研磨至一定细度； (5)低温处理:将步骤(4)中研磨后的干凝胶在低温条件下处理一段时间； (6)烧结成型:将步骤(5)中低温处理后的干凝胶置于程序温控石英炉内，在混合气体氛围下以一定加热速率升温至1500?1800°C，恒温烧结7?10天，得到所述高掺氟石英玻璃。2.根据权利要求1所述的高掺氟石英玻璃的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中，所述正娃酸乙酯、乙醇、稀盐酸和掺氟剂的体积比为3?5:4?6:0.5?1:8?10。3.根据权利要求1所述的高掺氟石英玻璃的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中，所述稀盐酸的摩尔质量为0.03mol/L ;所述掺氟剂为Si (0C2H5)3F或NH4F。4.根据权利要求1所述的高掺氟石英玻璃的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中，所述干燥剂为甲酰胺，其加入体积为所述正硅酸乙酯体积的1/2。5.根据权利要求1所述的高掺氟石英玻璃的制备方法，其特征在于，所述步骤(4)中，所述研磨后的胶粒直径为50?80 μπι。6.根据权利要求1所述的高掺氟石英玻璃的制备方法，其特征在于，所述步骤(5)中，所述处理温度为5?10°C，处理时间为1?3天。7.根据权利要求1所述的高掺氟石英玻璃的制备方法，其特征在于，所述步骤(6)中，所述混合气体为氧气、四氯化碳和含氟气体以3?5:1:2?3的混合气体；所述加热速率为 12 ?16 °C /min ο8.根据权利要求7所述的高掺氟石英玻璃的制备方法，其特征在于，所述含氟气体为CC12F2和 / 或 SiF 4。
【专利摘要】本发明公开了一种高掺氟石英玻璃的制备方法，包括如下步骤：（1）制备溶胶；（2）制备凝胶；（3）干燥处理；（4）研磨；（5）低温处理；（6）烧结成型。本发明制备的含氟石英玻璃，其折射率为0.45～0.56%，氟含量为5.8～9.0%。本发明一种高掺氟石英玻璃的制备方法，通过合理的工艺设计，有效提高了石英玻璃中氟的含量，使所制备的石英玻璃具有优异的折光率，扩大使用领域。
【IPC分类】C03B19/12, C03C3/06, C03B19/06
【公开号】CN105330134
【申请号】CN201510878190
【发明人】沈建兴
【申请人】太仓市建兴石英玻璃厂
【公开日】2016年2月17日
【申请日】2015年12月4日