熔制氣氛對石英玻璃中羥基含量及穩定性的影響

肖 鵬，王玉芬，向在奎，聶蘭艦，王 蕾，邵竹鋒，符 博， 賈亞男，王 慧，王宏杰，饒傳東，張辰陽

(中國建筑材料科學研究總院有限公司石英與特種玻璃研究院，北京 100024)

0 引 言

石英玻璃中羥基既屬于雜質缺陷，又屬于結構缺陷[1]，熔制過程存在的氫氣和水是其形成的主要原因。羥基會破壞石英玻璃中的硅氧鍵，降低其化學穩定性[2]，促進析晶，增加折射率，且會在紅外長波區域產生強吸收，影響光譜透過性。Fett等[3]利用損傷變量D描述了羥基對石英玻璃的破壞程度，并發現高濃度下楊氏模量與羥基含量呈非線性負相關。Yu等[4]發現羥基在近紅外區的發射強度隨溫度呈指數增長，導致石英光纖傳感器的信號衰減。羥基會使結構緊密程度降低，一定程度上影響石英玻璃的激光損傷閾值[5]，同時羥基在激光產生的熱效應作用下會擴散或脫出，降低激光儀器光路精度[6]。不同工藝下制備的石英玻璃羥基含量存在較大差異:電加熱熔制的石英玻璃(Ⅰ類)中羥基含量低于20×10-6；氫氧火焰熔制的石英玻璃(Ⅱ類)羥基含量在(150～200)×10-6；以含硅化合物為原料采用氫氧火焰制備的合成石英玻璃(Ⅲ類)羥基含量在(300～1 500)×10-6；以含硅化合物為原料采用等離子火焰制備的合成石英玻璃(Ⅳ類)中羥基含量能低于10×10-6。本文的研究對象是Ⅲ類石英玻璃。

現有文獻報道主要集中在以石英玻璃制備方法的相關專利以及利用計算機仿真模擬對火焰模型、化學反應過程等進行分析，但從實際試驗熔制角度，關于不同熔制氣氛對石英玻璃中羥基含量及分布的影響未見報道。……