结构与缺陷对石英玻璃性能稳定性的影响.pdf

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1、建筑玻璃与工业玻璃结构与缺陷对石英玻璃性能稳定性的影响Influenceofstructureanddefectonperformancestabilityofsilicaglass11221苏英孙艺恒王玉芬向在奎贺行洋（1湖北工业大学，武汉430068；2中国建筑材料科学研究总院，北京100024）摘要：性能稳定的“长寿命”石英玻璃是高科技领域的关键材料。论文着重研究石英玻璃体相、表面结构与缺陷对其化学与力学性能稳定性的影响及其机理。研究结果表明，结构与缺陷是影响石英玻璃性能稳定性的主要内在因素。玻璃假想

2、温度越低，体相结构中气泡、颗粒、条纹、羟基、金属杂质离子等缺陷越少，以及表面与亚表面结构缺陷越少，其性能稳定性越高。关键词：石英玻璃；结构；缺陷；性能稳定性Abstract：Long-lifesilicaglasswithstableperformancewasthekeymaterialinhigh-techfields.Inthispaper,theinfluencemechanismofstructureanddefectonperformancestabilityofsilicaglasswasst

3、udied.Itwasshowedthat,structureanddefectswerethemaininternalfactorsaffectingperformancestabilityofsilicaglass.Thelowerfictivetemperatureofsilicaglasswas,andalsothefewerdefectsinthebulkandsurfaceofsilicaglasswere,thehigherperformancestabilitywas.Keywords：si

4、licaglass；structure；defect；performancestability中图分类号：TQ171文献标识码：B文章编号：1003-8965(2016)05-0041-03由于具有纯度高、光谱透过性能好、耐高温、抗热冲石英玻璃棒：水晶粉在H2-O2火焰中熔制成玻璃锭，中击、热膨胀系数小、化学性能稳定、耐射线辐照等优点，频炉将玻璃锭加热软化而拉制成棒。3）Ⅲ类石英玻璃棒：石英玻璃被广泛用于电光源、半导体、光通信、精密仪器高纯SiCl4气相原料在H2-O2火焰中水解、熔制成玻璃锭，[1,2]仪

5、表、激光、航天、核技术和国防等领域。当前，相再经冷加工制成棒。4）Ⅳ类石英玻璃棒：高纯SiCl4在无关领域从提高系统寿命和长期稳定性、降低成本的角度出氢的等离子火焰中高温氧化、熔制，玻璃锭在高温下拉制发，对石英玻璃使用性能的长期稳定性提出更高要求。本成棒。其中Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ类由中国建筑材料科学研究总院制论文着重研究石英玻璃体相、表面结构与缺陷对其化学与备，Ⅳ类由前苏联生产。Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ类玻璃样品双面抛光。力学性能稳定性的影响及其机理。1.1与HF酸反应速度石英玻璃在25℃、22.5mol/L的过量HF酸中浸1不同

6、类型石英玻璃体相性能稳定性蚀，由于短时间内HF酸浓度变化极小，反应速率r采用10min内的平均速率表示：原材料、制备工艺、热处理工艺不同，将导致不同类r=Δm/（A·Δt）[3-5]型石英玻璃的体相结构与假想温度Tf值存在差异，必式中Δm为反应前后玻璃质量变化，A为反应然影响石英玻璃的性能稳定性。研究采用四种类型的高纯面积，Δt=10min。样品质量用分析天平测量（精度透明石英玻璃，1）Ⅰ类石英玻璃管：天然水晶粉在石墨±0.1mg）。为避免反应过程中样品表面积的变化对反应坩埚中电熔，高温下直接将石英熔体拉制

7、成管。2）Ⅱ类速率的影响，将玻璃片侧表面（或管端面）用蜡密封。此外，所有样品经HF+乙酸的混合液预浸蚀去除表层和表1不同石英玻璃与HF酸的反应速度亚表层。经不同工艺热处理的石英玻璃与HF酸反应速Ⅰ类Ⅱ类Ⅲ类Ⅳ类热处理条件度列于表1。rTfrTfrTfrTf四类石英玻璃原始样由于热历史和结构缺陷都存在Originalsample21.38145415.25132816.1295013.541421差异，体现在宏观性能上与HF酸的反应速度不同，即化学稳定性存在差异。Ⅰ类玻璃在宏观结构上具有大量10hat1100

8、℃19.14110011.95110016.2411009.211100气泡、条纹、颗粒等缺陷，微观结构上金属杂质含量最First10hat1100℃高，都将削弱石英玻璃[SiO4]四面体网络骨架的强度；18.2095010.3395012.189508.35966then13dat950℃同时，Ⅰ类玻璃Tf值高、保留熔体高温状态下的疏松结注：表中列出样品Tf值以供对比，单位℃；反应速率r单位构，导致其与HF酸反