來源:山東埃爾派粉體科技有限公司發(fā)布日期:2021-03-03
據(jù)中國(guó)建材報(bào)報(bào)道,嫦娥五號(hào)配套的耐輻照濾紫外石英玻璃、高純耐輻照石英玻璃及以該技術(shù)開發(fā)的光掩膜石英玻璃,都是中國(guó)建材總院開發(fā)生產(chǎn)的。作為航天系統(tǒng)的光學(xué)石英玻璃供應(yīng)商,中國(guó)建材總院基于石英玻璃高光學(xué)透過、耐受高能激光輻照、超低吸收、近零膨脹等優(yōu)良性能,成功開發(fā)出6英寸以上光刻用石英玻璃鏡頭及光掩膜基板等系列產(chǎn)品,并在浙江衢州建立了高純合成石英玻璃研發(fā)與產(chǎn)業(yè)化基地。
據(jù)聶蘭艦博士介紹,石英玻璃是由二氧化硅單一組分構(gòu)成的特種工業(yè)技術(shù)玻璃,具有一系列特殊的物理和化學(xué)性能,并被新材料領(lǐng)域?qū)<易u(yù)為“玻璃之王”。其優(yōu)點(diǎn)如下:
1)極佳的光譜特性,從紫外到紅外極寬的光譜范圍內(nèi)的光學(xué)透過能力(T157-4000nm≥80%),尤其在紫外和深紫外光譜范圍內(nèi)的透過性能是一般光學(xué)玻璃所不具備的;
2)優(yōu)良的耐高溫性能,其軟化點(diǎn)與白金的熔點(diǎn)相近,熱膨脹系數(shù)極?。?.5×10-7/℃),僅為陶瓷的1/6和普通玻璃的1/20;
3)高介電場(chǎng)強(qiáng)度,低介電損失和極低的導(dǎo)電性,是極好的絕緣材料;
4)較高的純度,人工合成石英玻璃的金屬離子總含量可控制在1×10-6以內(nèi);
5)經(jīng)過摻雜的石英玻璃具有其他特殊性能,如:光譜特性和超低膨脹系數(shù)等。
石英玻璃現(xiàn)已成為近代科學(xué)技術(shù)和現(xiàn)代工業(yè)不可或缺的重要材料,在航空航天、激光核技術(shù)、半導(dǎo)體集成電路、光電器件和精密儀器等高技術(shù)領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用,主要作為精密光學(xué)系統(tǒng)透鏡、反射鏡、棱鏡和窗口等的材料,其性能直接制約著相關(guān)裝備的分辨率、精度、穩(wěn)定性和可靠性等性能。
然而,由于其應(yīng)用領(lǐng)域的特殊性,國(guó)外超純石英玻璃相關(guān)技術(shù)及產(chǎn)品對(duì)中國(guó)實(shí)行完全封鎖。據(jù)中國(guó)粉體網(wǎng)編輯的了解,傳統(tǒng)的光學(xué)石英玻璃制備工藝有電熔、氣煉、化學(xué)氣相沉積(CVD)、等離子化學(xué)氣相沉積(PCVD)、間接合成法和溶膠-凝膠法等。
其中,電熔和氣煉工藝均是以高純石英砂為原料,經(jīng)過1800℃以上高溫熔制成石英玻璃,由于原料純度和熔制工藝自身的局限,所制備的石英玻璃純度較低、紫外透過率差,而且存在較多氣泡、雜點(diǎn)等缺陷,嚴(yán)重影響其光學(xué)性能,無法滿足高端光電技術(shù)領(lǐng)域的應(yīng)用需求。溶膠-凝膠法制備石英玻璃塊體時(shí),坯體易開裂,有機(jī)原料引入的殘余碳導(dǎo)致玻璃在熔制過程易產(chǎn)生黑斑和氣泡,而且反應(yīng)時(shí)間較長(zhǎng),不利于工業(yè)化規(guī)模生產(chǎn)。
CVD制備的合成石英玻璃(國(guó)內(nèi)牌號(hào)為JGS1),具有金屬雜質(zhì)含量低(<2×10-6)、遠(yuǎn)紫外透過率高(T190-2000nm≥85%)、光學(xué)均勻性高(優(yōu)于2×10-6)等特性;但其羥基含量高達(dá)1000×10-6,在2.73μm處存在較大的吸收峰,影響其紅外光學(xué)性能。此類合成石英玻璃廣泛應(yīng)用于航天、激光核技術(shù)、集成電路和精密儀器等領(lǐng)域。迄今,國(guó)際上僅有美國(guó)康寧公司(Corning)、德國(guó)賀利氏石英公司(Heraeus)等幾大公司具備批量生產(chǎn)大尺寸、高性能光學(xué)石英玻璃的CVD工藝技術(shù)。
PCVD工藝是指采用高純SiCl4為原料,以高頻等離子體火焰代替氫氧火焰氣相合成石英玻璃。PCVD工藝制備的石英玻璃的金屬雜質(zhì)和羥基含量低,具備優(yōu)良的紫外-紅外光譜透過性能、穩(wěn)定的折射率以及良好的結(jié)構(gòu)均勻性等特性,并且無氣泡和雜點(diǎn)等缺陷,廣泛用作各類光學(xué)透鏡和高穩(wěn)定性慣導(dǎo)器件的基材,如太陽(yáng)器模擬、紅外跟蹤系統(tǒng)、紫外-可見-紅外分光器等光學(xué)組件和光波導(dǎo)用石英光纖等。
在技術(shù)與市場(chǎng)的雙重驅(qū)動(dòng)下,2003年起,中國(guó)建材總院開始研發(fā)利用等離子體化學(xué)氣相沉積技術(shù)制備超純石英玻璃,其透過光譜范圍極寬(近紫外-可見-近紅外透過率>90%)、微觀雜質(zhì)極少(OH<2ppm,金屬雜質(zhì)<1ppm),并成功開發(fā)出大功率(200kW)等離子體化學(xué)氣相沉積設(shè)備,形成了國(guó)內(nèi)唯一的年產(chǎn)200kg超純石英玻璃的生產(chǎn)線,填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)空白,打破了國(guó)外壟斷。
據(jù)中國(guó)建材總院官網(wǎng)顯示,其在我國(guó)功能玻璃與特種玻璃材料領(lǐng)域開創(chuàng)了多個(gè)第一。60年來,先后開拓了航空玻璃、石英玻璃、玻璃纖維、功能玻璃、功能薄膜等研究領(lǐng)域,研制成功了我國(guó)第一塊航空玻璃、第一塊石英玻璃、第一根玻璃纖維、第一根通訊光纖、第一片夜視用光纖面板、第一片實(shí)芯法微通道板等等。
通過幾代科研工作者的不懈努力,中國(guó)建材總院已成為我國(guó)特種玻璃領(lǐng)域,集新品研制、技術(shù)集成、裝備開發(fā)、標(biāo)準(zhǔn)制訂、性能檢測(cè)于一身的綜合實(shí)力最強(qiáng)的研究單位,在特種玻璃材料領(lǐng)域共榮獲國(guó)家科技進(jìn)步獎(jiǎng)52項(xiàng),部級(jí)獎(jiǎng)111項(xiàng),獲專利授權(quán)78項(xiàng),為建立和完善我國(guó)特種玻璃材料領(lǐng)域的科技創(chuàng)新體系、推動(dòng)我國(guó)特種玻璃材料領(lǐng)域的科技進(jìn)步作出了重要貢獻(xiàn)。