[发明专利]制备超高纯度的光学玻璃物品的方法

说明书

本发明涉及制备超高纯度的光学玻璃物品的方法。

许多研究者已经试图将溶胶-凝胶技术用于制备光学玻璃产品。

例如，Matsuyama等，英国专利申请第GB2,041,913号描述了凝胶浇铸成型方法用于制备“母棒”，从其可以制备光波导纤维，其中形成硅醇盐溶液，使其胶凝，从而制备出多孔预制件、干燥，然后在低于其熔点的温度下烧结以制备出母棒。该应用描述了三步烧结过程，其中直至700℃温度时使用氧气和氦的气氛、介于700℃和1000℃时使用氯和氦的气氛并且在1000℃以上只使用氦的气氛。

如本领域中所公认的，干燥凝胶而不产生裂纹是困难的并且可能要用长达10天的时间。

除了前述以外，在下面的文献中也已经描述了溶胶-凝胶浇铸过程：Hansen等，美国专利第3,535,890号，Shoup，美国专利第3,678,144号，Blaszyk等，美国专利第4,112,032号，Bihuniak等，美国专利第4,042,361和4,200,445号，Scherer，美国专利第4,574,063号，欧洲专利公开第84,438号，以及Scherer等，″Glasses from Colloids″，JournalofNon-Crystalline Solids，63：163-172(1984)。

具体地说，Hansen等的专利涉及形成胶体二氧化硅颗粒的水溶液、干燥以产生凝胶，并且在三步过程中烧结所述凝胶，第一个步骤包括在真空中加热凝胶至约600℃，第二个步骤包括用氯气冲洗凝胶以除去结合水，第三个步骤包括在真空下通过升温至1200℃下烧结凝胶。该专利认为在干燥过程期间凝胶十分容易破裂并且声称需要在许多天或数周量级的干燥时间来克服这个问题。

Bihuniak等的专利描述了致密化蒸汽沉积二氧化硅和其他蒸汽沉积金属氧化物的方法，其通过形成溶胶、干燥溶胶形成碎片并且通过在1150-1500℃下煅烧它们来致密化所述碎片。然后，可以将致密化的材料研磨成例如8-10微米平均粒径，悬浮在浇铸介质(castingmedium)中，滑移浇铸(slip casting)以形成多孔预制件，并且烧制来制备所需的最终产品。

因为该方法使用蒸汽沉积二氧化硅，Bihuniak等的方法比本发明的方法更难以实施。例如，从蒸汽沉积二氧化硅形成凝胶是相对困难的，并且如Bihuniak等的专利中所论述的，从蒸汽沉积二氧化硅制成的凝胶一旦形成易于破裂成大块，而不是所需的小颗粒。此外，由于这种制备方法产生盐酸，需要大量的防污染设备来制备蒸汽沉积二氧化硅。

另外，从蒸汽沉积二氧化硅制成的致密化的二氧化硅颗粒趋向于比通过本发明的方法制备的致密化的二氧化硅颗粒具有更高的杂质水平。这些更高的杂质水平的部分原因是在烟化法过程中向二氧化硅中引入了包含痕量放射性材料的杂质。

更高的杂质水平还由于从蒸汽沉积二氧化硅凝胶制备的颗粒的致密化比从根据本发明制备的凝胶形成的颗粒的致密化需要更高的温度，即从蒸汽沉积二氧化硅凝胶制备的颗粒的致密化需要高于，而不是低于1150℃的温度。这么高的温度一般意味着必须使用含金属的炉子来进行致密化。使用这种炉子反过来意味着二氧化硅颗粒将暴露于从热炉子壁释放出来的金属离子下并因此俘获它们。除了纯度问题外，需要产生更高温度来实现致密化一般是不可取的。

在大量的文献中已经描述了使用热等静压(″hipping″)，以及其它压制技术来压实玻璃质材料中的气泡。参见Rhodes，美国专利第3,310,392号，Bush，美国专利第3,562,371号，Okamoto等，美国专利第4,358,306号以及Bruning等，美国专利第4,414,014号和英国专利申请第2,086,369号。特别是Bush的专利公开了形成生坯、真空中烧结所述生坯，然后使固化体在等于或高于烧结温度下接受等静压处理。

鉴于前述现有技术，本发明的一个目的是提供一种制备高纯度光学玻璃物品的改进的方法。特别地，本发明的一个目的是提供一种制备这种物品方法，其包括多孔二氧化硅体的烧结，但是避免了现有技术方法中遇到的这类材料的裂纹、收缩和纯度问题。