由于SiO2是难熔氧化物,高温下黏度很大,要获得结构均匀的掺杂石英玻璃较为困难,因此人们采用了多种掺杂方法,主要有以下五种。
1、 多孔质SiO2浸润法,用氧分解SiCl-4原料,制成多孔质二氧化硅基体,再将该基体浸入到需要掺杂的氧化物的盐溶液中,干燥后,再加热使其玻璃化而透明,称为掺杂石英玻璃。该掺杂方法多用于制造块状或异形掺杂石英玻璃。
2、 溶胶-凝胶掺杂法,以硅酸乙酸为原料,将硅酸乙酯、乙醇和水混合后,加入掺杂剂的氧化物盐类,使其变为均匀的混合液,将该混合液水解、凝胶化、收缩固化,成为均匀的胶体,在1100℃下加入该胶体,从而得到均匀的掺杂石英玻璃。该方法多用于块状掺杂石英玻璃。
3、 气相沉积工艺,以SiCl4和掺杂物的低沸点化合物为原料,在一定蒸汽压下,用氢气分别对上述液体原料鼓泡带料,使气相混合料从燃烧器中心成雾状喷出,在高温下水解、熔化成均匀的SiO2-MxOy或多元组分玻璃,这种掺杂方法很多用于制造管或棒状掺杂石英玻璃,如光导纤维预制棒和低膨胀石英玻璃等。
4、 粉体掺杂,即直接掺杂的氧化物和SiO2粉料搅拌混匀后熔化成石英玻璃。用这种掺杂方法制造出的石英玻璃微观上掺杂不均匀,优点是节省人力物力,更为可取的是不污染环境,当掺杂量少或对玻璃的均匀性要求不高时,此方法当属首先。
5、 对SiO2粉料进行液体掺杂,将要掺杂的氧化物的盐类化合物用去离子水溶解,与SiO2粉料搅拌均匀,再将原料干燥煅烧,熔制成石英玻璃,该掺杂方法掺杂均匀,但最大的缺点是,在原料干燥煅烧时,由于掺杂的盐类分解成氧化物,会产生有害气体污染环境,因此,煅烧设备上应安装废气回收装置,对废气进行回收,分解。
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