本发明涉及一种石英管内壁镀膜的方法，属于石英管内壁镀膜
技术领域：
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背景技术：
高纯材料在生产过程中，为了保证原料纯度，一般会使用高纯石英管作为反应容器或承载容器，石英管在使用过程中不可避免的会与原材料接触，部分原材料在高温条件下会与石英管发生化学反应，这种情况不仅会导致反应结束后的产品出料困难，同时也使得石英管的寿命大大减少。因此需要采用在石英管内壁镀膜的方式，隔绝生产原料与石英管的接触，从而保护石英管，达到延长石英管寿命的效果。现有的石英管内壁镀膜方式大多采用热蒸镀的方式，通过在石英管中高温热蒸镀金属丝加以外部加热石英管，使石英管内表面沉积一层一定厚度的金属涂层，该种方式不仅整个装置的构造较复杂，需要真空泵和放电电源同时工作，且要使膜层均匀，待镀金属必须位于石英管的中心线上，同时膜层的均匀性也很难一次性保证，而且对于硬度较高、稳定性较好的无机涂层，很难利用这种方式镀膜。专利cn104746056公开了一种石英毛细管内壁镀银的方法，它主要是采用化学镀的方式在毛细管内壁涂覆一层化学镀银液，这种方法由于操作方式的差异也并不能保证膜层的均匀性。技术实现要素：有鉴于此，本发明提供一种石英管内壁镀膜的方法，该方法操作简单方便，对设备要求低，膜层质量好。为解决以上技术问题，本发明的技术方案提供了一种石英管内壁镀膜的方法，它包括以下步骤：(1)石英管内壁清洁化：将石英管浸泡在低浓度酸溶液中10～30s，然后取出用纯水冲洗干净；该步骤用于清除石英管内表面吸附、残留的物理杂质；(2)石英管内壁去离子化：由于步骤(1)处理过的石英管内表面有酸根离子残留，对后续工艺有影响，所以用去离子水冲洗石英管内壁两次以上以去除其表面残留的酸根离子，同时石英管内壁用去离子水清洗后有一定的表面羟基化的效果；(3)石英管内壁氨基硅烷基化：在步骤(2)处理过的石英管中注满硅烷偶联剂溶液，停留10～15min后摇晃倒出实现石英管内壁硅烷偶联剂的涂覆，然后将石英管置于烘箱中高温烘干；石英管内表面氨基硅烷基化的目的在于通过硅烷偶联剂与石英管内壁发生羟基化反应，使石英管内表面改性，从亲水性变为疏水性，以提高其与有机试剂的亲和性；优选的是，石英管内壁硅烷偶联剂的涂覆步骤重复两次以上，每次涂覆的间隔时间为30～40min，从而保证硅烷偶联剂在石英管内表面的均匀涂覆；(4)石英管内壁有机化：在步骤(3)处理过的石英管中注满有机试剂溶液，静置6～8h后倒出；所述有机试剂溶液选自无水乙醇、聚乙二醇和甲醛，其成本低、环境友好，且高温碳化温度相对较低；石英管内表面有机化的目的一方面在于为后续的高温镀碳工艺提供原位碳源，另一方面也为有机气体碳化成膜工艺提供异质形核区，有助于碳膜的生长；(5)高温镀碳成膜：将步骤(4)处理过的石英管放入管式炉中，将炉体系统抽真空，用惰性气体置换掉石英管中空气后，再向石英管中通入有机气体10～15min，管式炉中温度加热到1000～1200℃，保温3h，石英管在管式炉中随炉冷却至常温即完成镀膜。进一步的，上述步骤(1)中低浓度酸溶液选自氢氟酸、盐酸和王水，所述低浓度酸溶液的浓度为3％～6％。进一步的，所述步骤(3)中硅烷偶联剂溶液的成分为氨基硅烷类偶联剂，硅烷偶联剂溶液的配制方法是用浓度40％的醋酸水溶液将氨基硅烷类偶联剂水解后制得。进一步的，所述氨基硅烷类偶联剂选自γ－氨丙基三乙氧基硅烷(kh-550)、γ―甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷(kh-570)、n-(β-氨乙基)-γ-氨丙基三甲氧基硅烷(kh-792)和γ-巯丙基三甲氧基硅烷(kh-590)。进一步的，所述步骤(5)中惰性气体为氮气或氩气中的一种。进一步的，所述步骤(5)中有机气体选自甲烷、乙烯和乙炔。进一步的，所述步骤(5)中惰性气体的供气速率为50～80ml/min，有机气体的供气速率为4～8ml/min。与现有技术相比，本发明提供的石英管内壁的镀膜方法，通过将石英管内壁氨基硅烷基化，使石英管内表面改性，将其从亲水性改为疏水性，提高其和有机试剂的亲和性能，从而使石英管内壁涂覆上有机试剂，有机试剂在高温下脱水碳化，在石英管内壁形成一层原位碳膜，然后有机气体在高温下碳化，提供移动碳源，持续成膜，通过控制镀膜温度和时间控制成膜的质量和厚度，从而完成石英管内壁的镀膜。同时，本发明选择的有机试剂成本低、环境友好，高温碳化温度相对较低，选择的有机气体的高温碳化温度也与有机试剂碳化温度接近，从而保证了石英管内壁膜层的质量。综上，本发明方法制备工艺简单、易操作，对设备的要求低，制备的碳膜层能满足石英管对膜层性能的需求，成膜质量好，镀膜加工比较容易，且本发明中使用的试剂数量较少，可以有效控制镀膜的成本。本发明方法更佳适用于大口径、大容量石英管的镀膜操作。具体实施方式为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合具体实施例对本发明作进一步的详细说明。实施例1：一种石英管内壁镀膜的方法，包括以下步骤：(1)石英管内壁清洁化：将石英管浸泡在浓度3％的氢氟酸中10～30s后取出用纯水冲洗干净；(2)石英管内壁去离子化：将步骤(1)处理过的石英管用去离子水冲洗其内壁两次以上；(3)石英管内壁氨基硅烷基化：在步骤(2)处理过的石英管中注满硅烷偶联剂溶液，停留10～15min后摇晃倒出，30min后再次向石英管中注满硅烷偶联剂溶液，停留10～15min后摇晃倒出，然后将石英管置于烘箱中高温烘干；所述硅烷偶联剂溶液的成分为kh-550，硅烷偶联剂溶液的配制方法是用浓度40％的醋酸水溶液将kh-550水解后制得；(4)石英管内壁有机化：在步骤(3)处理过的石英管中注满无水乙醇溶液，静置6～8h后倒出；(5)高温镀碳成膜：将步骤(4)处理过的石英管放入管式炉中，将炉体系统抽真空，用惰性气体氮气(供气速率为50ml/min)置换掉石英管中空气后，再向石英管中通入有机气体甲烷(供气速率为4ml/min)10～15min，管式炉中温度加热到1000～1200℃，保温3h，让石英管在管式炉中随炉冷却，冷却至常温后取出石英管，检查膜层质量，合格。实施例2：一种石英管内壁镀膜的方法，包括以下步骤：(1)石英管内壁清洁化：将石英管浸泡在浓度6％的盐酸溶液中10～30s后取出用纯水冲洗干净；(2)石英管内壁去离子化：将步骤(1)处理过的石英管用去离子水冲洗其内壁两次以上；(3)石英管内壁氨基硅烷基化：在步骤(2)处理过的石英管中注满硅烷偶联剂溶液，停留10～15min后摇晃倒出，35min后再次向石英管中注满硅烷偶联剂溶液，停留10～15min后摇晃倒出，35min后又向石英管中注满硅烷偶联剂溶液，停留5～10s后摇晃倒出，然后将石英管置于烘箱中高温烘干；所述硅烷偶联剂溶液的成分为kh-570，硅烷偶联剂溶液的配制方法是用浓度40％的醋酸水溶液将kh-570水解后制得；(4)石英管内壁有机化：在步骤(3)处理过的石英管中注满聚乙二醇溶液，静置6～8h后倒出；(5)高温镀碳成膜：将步骤(4)处理过的石英管放入管式炉中，将炉体系统抽真空，用惰性气体氩气(供气速率为60ml/min)置换掉石英管中空气后，再向石英管中通入有机气体乙烯(供气速率为6ml/min)10～15min，管式炉中温度加热到1000～1200℃，保温3h，让石英管在管式炉中随炉冷却，冷却至常温后取出石英管，检查膜层质量，合格。实施例3：一种石英管内壁镀膜的方法，包括以下步骤：(1)石英管内壁清洁化：将石英管浸泡在浓度4％的王水中10～30s后取出用纯水冲洗干净；(2)石英管内壁去离子化：将步骤(1)处理过的石英管用去离子水冲洗其内壁两次以上；(3)石英管内壁氨基硅烷基化：在步骤(2)处理过的石英管中注满硅烷偶联剂溶液，停留10～15min后摇晃倒出，40min后再次向石英管中注满硅烷偶联剂溶液，停留10～15min后摇晃倒出，然后将石英管置于烘箱中高温烘干；所述硅烷偶联剂溶液的成分为kh-792，硅烷偶联剂溶液的配制方法是用浓度40％的醋酸水溶液将kh-792水解后制得。(4)石英管内壁有机化：在步骤(3)处理过的石英管中注满甲醛溶液，静置6～8h后倒出；(5)高温镀碳成膜：将步骤(4)处理过的石英管放入管式炉中，将炉体系统抽真空，用惰性气体氮气(供气速率为80ml/min)置换掉石英管中空气后，再向石英管中通入有机气体乙炔(供气速率为8ml/min)10～15min，管式炉中温度加热到1000～1200℃，保温3h，让石英管在管式炉中随炉冷却，冷却至常温后取出石英管，检查膜层质量，合格。将上述3个实施例得到的镀膜石英管分别利用压痕法和划痕法对膜基结合力进行测量，压痕法测量在洛氏硬度计200hrs-150上进行，划痕法采用自动划痕试验机进行测量实验，测量结果如下：测试样本实施例1实施例2实施例345钢上的tin涂层压痕法测膜基结合力(n·mm-2)102199910611485划痕法测膜基结合力(n·mm-2)1008101311201423从膜基结合力测试实验结果可以看出，上述3个实施例所制备的膜层与基体均有较好的结合强度，实施例3为相对于实施例1和实施例2来说，膜层与基体有更好的结合强度。以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出的是，上述优选实施方式不应视为对本发明的限制，本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。对于本
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的普通技术人员来说，在不脱离本发明的精神和范围内，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。当前第1页12