中國(guó)粉體網(wǎng)訊 相較于其他低膨脹石英玻璃，SiO2-TiO2石英玻璃的熱膨脹系數(shù)更低，在一定溫度范圍內(nèi)甚至可以做到零膨脹或負(fù)膨脹，因此摻鈦石英玻璃又被稱為超低膨脹石英玻璃。超低膨脹石英玻璃具有極低的熱膨脹系數(shù)，是半導(dǎo)體光刻設(shè)備用光學(xué)元件、天文望遠(yuǎn)鏡反射鏡、原子鐘腔體等高新技術(shù)領(lǐng)域的關(guān)鍵材料。
超低膨脹石英玻璃的制備方法
化學(xué)氣相沉積法
直接合成法又被稱為化學(xué)氣相沉積（CVD）法，等離子體化學(xué)氣相沉積（PVCD）法、管外氣相沉積法和氣相軸向沉積（VAD）法的主要原理都是基于氣相沉積法。
將含硅、含鈦的原料混合均勻后，通過(guò)氫氧氣燃燒器發(fā)生水解反應(yīng)形成摻雜二氧化鈦的二氧化硅微粒，微粒由氣流引導(dǎo)沉積至坩堝內(nèi)，通過(guò)旋轉(zhuǎn)及自由流動(dòng)鋪滿坩堝，依靠坩堝控制成型即可得到超膨脹合成石英玻璃。硅原料主要選用含硅的有機(jī)化合物如四氯化硅、四氟化硅、八甲基環(huán)四硅氧烷等，鈦原料選用如四氯化鈦、四異丙氧基鈦、四（二甲氨基）鈦等。為使原料混合更加均勻，通常將原料預(yù)先進(jìn)行氣化，以氣體狀態(tài)參與后續(xù)反應(yīng)。在整個(gè)反應(yīng)過(guò)程中包含氧化與水解兩類反應(yīng)，相較于氧化反應(yīng)，水解反應(yīng)更容易發(fā)生，但當(dāng)氧氣過(guò)量即氧氣和水蒸氣共存時(shí)，氧化反應(yīng)和水解反應(yīng)則可能會(huì)同時(shí)進(jìn)行。
CVD法制備SiO2-TiO2玻璃
采用化學(xué)氣相沉積法制備SiO2-TiO2玻璃在一定程度上可以避免引入金屬雜質(zhì)，但由于反應(yīng)過(guò)程中有水蒸氣參與，導(dǎo)致使用該方法制備的SiO2-TiO2玻璃中羥基含量較高且難以控制。
間接合成法
氣相軸向沉積法和和管外氣相沉積法均屬于間接合成法，兩者的原理相同，主要區(qū)別在于燃燒器及沉積體的布置方式不同。其中，VAD法中沉積體的布置方式為立式，燃燒器固定在底部對(duì)準(zhǔn)沉積體的底部端面進(jìn)行沉積；OVD法的沉積體為臥式，在疏松體沉積過(guò)程中燃燒器做往復(fù)運(yùn)動(dòng)。
VAD法制備SiO2-TiO2玻璃
間接合成法首先將含硅和含鈦的原料分別氣化，在氣體狀態(tài)下將兩種原料混合均勻，然后使混合原料發(fā)生水解反應(yīng)生成低密度的二氧化硅疏松體，隨后將疏松體在特定環(huán)境中進(jìn)行二次燒結(jié)除去內(nèi)部的水分及氣體最終形成玻璃體。與CVD法相比，間接合成法沉積過(guò)程所需溫度低，沉積效率高且摻雜量更為均勻，在燒結(jié)過(guò)程還可以根據(jù)需求對(duì)玻璃內(nèi)部羥基缺陷進(jìn)行控制，但受低溫沉積工藝水平的影響，目前制備大規(guī)格合成石英玻璃較為困難。
OVD法制備SiO2-TiO2玻璃
溶膠-凝膠法
溶膠-凝膠法是用含硅化合物和含鈦化合物（如硅烷和鈦酸酯溶液）在水性介質(zhì)中發(fā)生水解反應(yīng)，縮聚合成SiO2-TiO2溶膠，然后使溶膠老化形成SiO2-TiO2凝膠，干燥SiO2-TiO2凝膠形成多孔SiO2-TiO2主體，最后加熱SiO2-TiO2主體形成SiO2-TiO2玻璃。
超低膨脹石英玻璃的應(yīng)用
半導(dǎo)體領(lǐng)域
近年來(lái)，隨著半導(dǎo)體集成電路的發(fā)展，制造半導(dǎo)體器件的光刻工藝也提升。隨著市場(chǎng)對(duì)半導(dǎo)體器件精度需求的提髙，半導(dǎo)體光刻工藝向極紫外光刻法發(fā)展，極紫外光刻必須使用反射式多層堆疊系統(tǒng)作為光掩模，但多層堆疊的方式導(dǎo)致光掩模最大反射率較低，未被反射的輻射在被光掩模吸收后以熱量的形式傳導(dǎo)至光掩�；鍖�(dǎo)致光掩模整體溫度提高。隨著使用時(shí)間的增加熱量不斷累積，嚴(yán)重時(shí)可以導(dǎo)致光掩模的變形。而輕微變形就會(huì)導(dǎo)致被照射晶片上的成像誤差，在芯片生產(chǎn)過(guò)程中造成嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失。選擇熱膨脹系數(shù)接近于零的超低膨脹玻璃能夠有效地避免發(fā)生變形現(xiàn)象。
航空航天領(lǐng)域
在航空航天和天文學(xué)領(lǐng)域中，要求反射光學(xué)元件具備高度輕量化的特性，并且能夠在溫度波動(dòng)時(shí)保持其面形精確度。鑒于卓越的熱穩(wěn)定性、良好的可焊接性能和極高的抗變形強(qiáng)度，SiO2-TiO2玻璃是制備反射鏡的理想材料，可以應(yīng)對(duì)多種極端使用環(huán)境，在國(guó)防工業(yè)、航空航天等領(lǐng)域具有不可替代的作用。
參考來(lái)源：
張寒等.超低膨脹合成石英玻璃關(guān)鍵制造工藝研究
王婷等.低膨脹石英玻璃的制備技術(shù)與發(fā)展趨勢(shì)
劉志龍等.超低膨脹玻璃的發(fā)展及應(yīng)用
（中國(guó)粉體網(wǎng)編輯整理/初末）
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