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石英玻璃JGS3的熔制工艺有哪些方法?

作者:奥固鸿已有:N多人关注
石英玻璃常用的熔制工艺:电熔工艺、气炼工艺、合成石英玻璃、高频等例子火焰熔制合成石英玻璃、掺杂石英玻璃。
以下我们来介绍一下熔制工艺的电熔工艺。
电熔石英玻璃是以电为动力源,通过电阻、电弧、中频感应、高频等离子等方式加热,熔融水晶粉制得的石英玻璃,国内编号JGS3。其特点是羟基含量小(10-6~10-5);在2.73um处红外线波段吸收小,通常称为红外线石英玻璃。但由于原料级熔制过程带入的金属杂质高,导致远紫外线区(<300nm)透过率偏低。
电熔石英玻璃生产和成型工艺有:真空电熔工艺、二步法熔制工艺、连续熔制工艺。
真空电熔工艺是将水晶粉放在石墨坩埚内,采用真空电熔炉加热至1800~2000℃高温,0.1~10Pa真空下熔融生成石英玻璃,是目前光学用红外石英玻璃主要生产方法。GE、HERAEUS等企业采用该种生产工艺制造的低羟基石英玻璃直径可达1.8mm,厚度达650mm。
真空电熔石英玻璃存在的主要宏观缺陷是气泡,气泡的产生主要取决于原料和熔制工艺。石英玻璃是单一的网络形成体玻璃,高温粘度大,如1800℃时的黏度约为107dPa`s,2000℃黏度约为105.8dPa`s,因此很难高温下依靠气泡上浮进行澄清。石英玻璃熔制过程是根据陶瓷烧结机理,在升温过程中水晶粉先是烧结,颗粒之间有“缩脖”现象,即颗粒接触的地方先液化,并逐渐排除颗粒间隙气体。
根据这个熔化模型,当温度升至1400℃时,石英发生a-方石英的晶型转变,并伴随有体积变化。因此在烧结前要有足够的时间保证晶型转变完全,避免体积变化影响烧结效果,同时在晶型转变过程有利于水晶包裹体内气体的排除,足够的豹纹时间可以减少石英玻璃中气泡。
升温速率也是不荣忽视的重要工艺参数,特别是豹纹结束后的升温过程。由于电阻炉温度分布不均,局部温度低,水晶粉料晶型还未转变完全,升温过程过快,就会使其被玻璃熔体包封而产生气泡。
真空条件下不但可以加速间隙和包裹体内气体扩散排除,同时还可以保护高温下的发热体和坩埚。适当的颗粒度分布可以减少空隙率,减少气泡形成的概率,目前选用的电熔水晶粉颗粒一般在40~80目。熔化结束时,在高温下充入惰性气体可以减少熔体内的真空泡。
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