Способ получения кварцевого стекла

 

Использование: получение кварцевого стекла высокой степени чистоты для фотошаблонных заготовок, подложек, оптических элементов и изделий волоконной оптики; в электронной и оптической промышленности . Сущность изобретения: получение кварцевого стекла по золь-гель методу. Для образования золя проводят гидролиз алкилсиликата водным раствором соляной кислоты с добавлением тонкодисперсного порошка кремнезема. Добавляют водный раствор аммиака и заливают смесь в форму для перехода золя в гель. Полученный гель выдерживают в деионизованной воде в течение расчетного времени. Перемещают гель в 0,01-0,2 н. раствор плавиковой кислоты в деионизованной воде в течение 1-1,5 ч. Сушку проводят на открытом воздухе. Термообработку геля производят в печи при 1200°С. 1 табл.

COIO3 СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (sI)5 С 03 В 8/02

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

1

К) (л)

О (Я

Ф (I11 1549931 (21) 4849360/33 (22) 09.07.90 (46) 30,03.92. Бюл. N 12 (71) Гомельский государственный университет им. Ф.Скорины (72) Е.Н.Подденежн ый, M.Ï. Êóï ðååâ, И.M.Ìåëüíè÷åíêo и В.Ю,Золоторенко (53) 666.266 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

N 1549931, кл; СОЗ В 8/02, 1988. (54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ КВАРЦЕВОГО

СТЕКЛА (57) Использование; получение кварцевого стекла высокой степени чистоты для фотошаблонных заготовок, подложек, оптических элементов и изделий волоконной

Изобретение относится к стекольной промышленности, а именно к способам получения кварцевого стекла высокой степени чистоты и бездефектности по эоль-гель процессу, и может быть использовано в производствах электронной и оптической промышленности, в частности, при изготовлении фотошаблонных заготовок, подложек, оптических элементов и изделий волоконной оптики.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является способ получения кварцевого стекла. включающий образование золя гидролизом алкилсиликата водным раствором соляной кислоты с добавлением тонкодисперсного порошка кремнезема, образование геля добавлением водного раствора аммиака до рН 5-6. заливку геля деиониэованной водой с выдержкой в ней в течение времени, опреде-. Ы 1723054 <2 оптики; в электронной и оптической промышленности. Сущность изобретения: получение кварцевого стекла по золь-гель методу. Для образования золя проводят гидролиз алкилсиликата водным раствором соляной кислоты с добавлением тонкодисперсного порошка кремнезема. Добавляют водный. раствор аммиака и заливают смесь в форму для перехода золя в гель. Полученный гель выдерживают в деиониэованной воде в течение расчетного времени. Перемещают гель в 0,01-0,2 н. раствор плавиковой кислоты в деионизованной воде в течение 1 — 1,5 ч. Сушку проводят на открытом воздухе. Термообработку геля производят в печи при 1200 С. 1 табл. ляемого из выражения t = km, где t— время выдержки в деионизованной воде (часы); m — масса блока геля (граммы); k — коэффициент, варьируемый в пределах 4,5-4,7 (ч

I ), сушку и термообработку.

К недостаткам известного способа относятся растрескивание годных блоков сухого геля, приготовленных по известной технологии, при дальнейшей термообработке и вспенивание стекла, также появляющееся в и роцессе те рмоо бра ботки.

Целью изобретения является увеличение выхода годных изделий.

Поставленная цель достигается тем, что в способе получения кварцевого стекла по эоль-гель процессу, включающем образование золя гидролизом алкилсиликата водным раствором соляной кислоты с добавлением . тонкодисперсного порошка кремнезема, образование геля добавлением водного

1723054

35

45

55 раствора аммиака до рН 5 — 6-заливку геля деиониэованной водой с выдержкой в ней в течение времени, определяемого выражением t = km, сушку и термообработку, после выдержки в деионизованной воде заготовки геля выдерживают в 0,01-0,02 н.растворе плавиковой кислоты в деионизованной воде в течение 1 — 1,5 ч.

При погружении влажного блока геля в слабый раствор плавиковой кислоты. поверхность блок геля модифицируется вследствие расширения пор в приповерхностных слоях геля, что благоприятствует удалению паров воды и спирта из гелей и уменьшает вероятность растрескивания, а введение ионов фтора в обьем геля способствует удалению связанной воды на стадии спекания геля, что снижает вспенивание и образование пузырьков,.а значит, увеличивает выход годных изделий.1 — 1,5 ч выдержки блока геля в растворе кислоты достаточно для диффузии ионов фтора вглубь влажного геля и протравливания поверхности с вышеуказанной целью.

Концентрация кислоты менее 0,01 н. не приводит к протравливанию поверхности за указанное время, а при концентрации больше 0,02 происходит глубинное неравномерное протравливание образцов, приводящее при сушке и спекании к растрескиванию, В зависимости от применяемых герметических форм можно получить заготовки сухого геля, а следовательно, и кварцевое стекло различной конфигурации.

Пример 1. К 150 мл тетраэтоксисилана добавляли 50 мл 0,1 н.раствора HCI, Смесь интенсивно перемешивали, В результате реакции гидролиза температура смеси повышалась. По достижении 50 С добавляли

50 мл деионизованной воды, После 15 мин перемешивания добавляли 50 г ультрадисперсного порошка кремнезема и продолжали перемешивание еще 15 мин. Далее к полученному зола добавляли при перемешивании аммиачную воду до рН 5-6 и смесь разливали в десять герметично закрывающихся квадратных полимерных форм, где формировались пластины геля массой 40 г.

После образования геля формы открывали, заливали деионизованной водой и выдерживали расчетное время 15,7 ч. Таким образом гОтовили 6 партий гелей по 10 шт. каждая. Далее 1 партию после выдержки в деиониэованной воде просушивали на воздухе в открытом состоянии при 20 — 25 С до постоянной массы (5 сут.). Оставшиеся 5 партий выдерживали в слабом растворе плавиковой кислоты в деионизован ной воде с концентрацией от 0,005 н. до 0.025 н..

25 причем в зависимости от концентрации изменяли и время выдержки: так, 2 партия—

105 мин (0,005 í,; 3 партия — 90 мин (0,01 н.раствор); 4 партия — 75 мин (0,015 н.раствор); 5 партия — 60 мин (0,02 н.раствор); 6 партия — 45 мин (0,025 н.раствор).

Далее эти 5 партий высушивали в тех же условиях, что и партию 1. Все полученные заготовки геля контролировали на наличие дефектов (растрескивание).

Результаты контроля помещены в таблице.

Далее все б партий подвергали термообработке при 1200 С до перевода геля в кварцевое стекло. После этого снова проводили контроль каждой партии на наличие дефектов (пузыри, трещины, деформация заготовки). Результаты контроля помещали в таблицу, Пример 2. К 1,5 л тетраэтоксисилана добавляли 1 л 0.05 н. раствора HCI и 500 г ультрадисперсного порошка кремнезема.

Смесь интенсивно перемешивали в течение 1 ч. К полученному золю при перемешивании приливали аммиачную воду до рН 5-6 и смесь разливали в 10 герметично закрывающихся квадратных полимерных форм, где формировались пластины геля массой 300 г. Пластины заливали деиониэованной водой и выдерживали 31 ч, после чего воду сливали, а пластины на воздухе сушили при 20 — 25 С до постоянной массы.

Таким образом получили партию из 10 блоков геля.

Аналогичным образом готовили еще 5 партий по 10 шт. каждая. После выдержки в деиониэованной воде в течение 31 ч их дополнительно выдерживали в слабом растворе плавиковой кислоты по программе примера 1, т.е. 2 партия — 105 мин (0,005 н.раствор); 3 партия — 90 мин (0,01 н.раствор); 4 партия — 75 мин (0,015 н,раствор); 5 партия — 60 мин (0,02 н.раствор); б партия—

45 мин (0,025 н.раствор).

Далее эти партии извлекали из кислоты и высушивали в тех же условиях, что и партию 1. Все полученные сухие гели контролировали на наличие дефектов (растрескивание). Результаты контроля помещены в таблице. Далее все 6 партий подвергали термообработке при 1200 С до перевода геля в кварцевое стекло. После этого снова производили контроль каждой партии на наличие дефектов уже в стекле.

Результаты контроля помещены в таблице, Формула изобретения

Способ получения кварцевогостекла по авт.са

N1549931,,отличающийся тем, что, с целью увеличения выхода годных иэделий, 1723054 н.растворе плавиковой кислоты в деионизованной воде в течение 1-1,5 ч. после выдержки в деионизованной воде заготовки геля выдерживают в 0,01-0,02

Количество годных блоков сухого геля, шт..

Количест»

ВО ГОДНЫХ заготовок кварцевого стекла, шт.

Количество сформированных заготовок, шт.

Время выдержки в кислоте, мин.

Масса блока геля, г

Пример

300.Составитель М»Ярмолкевич

Техред М.Моргентал Корректор М.демчик

Редактор А.Лежнина

Заказ 1039 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035., Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Время вы" Концентдершки в Рация кисдеиониэо-. лоты, н. ванной воде, ч

1 40 . 15,4

0,005

0,01

0>015

0,02

О;025

О

0,005

0,01

О, 015

0,02

0,025

О

1О

1О

1О

10

6

7