[发明专利]具有复杂结构的石英玻璃器件的制备方法

说明书

本发明涉及材料制备技术领域，具体涉及一种具有复杂结构的石英玻璃器件的制备方法。制备方法包括以下步骤：步骤S1：采用3D打印技术制备二氧化硅坯体；步骤S2：将二氧化硅坯体置于烧结模具中进行快速烧结；烧结温度为1150～1450℃，烧结升温速率为50～1000℃/min，烧结的保温时间小于20min。本发明在烧结工艺上采用了快速烧结工艺，实现复杂结构的石英玻璃器件的快速制备。通过烧结模具对内部狭小空间的集中放热来实现对样品的快速加热，提高烧结的升温速率，极大地缩短了烧结时间和冷却时间，整个烧结过程可以在半个小时内完成，可以有效地降低石英玻璃的研发和生产成本。

技术领域

本发明涉及材料制备技术领域，具体涉及一种具有复杂结构的石英玻璃器件的制备方法。

背景技术

石英玻璃因其优越的性能已经成为了现代科学和工业中不可或缺的重要材料，但是由于其熔点高且具有硬脆性的特点，很难通过热成型和机械加工等传统技术获得复杂结构的石英玻璃功能器件，因此限制了石英玻璃的进一步应用。随着3D打印技术的兴起，采用光固化3D打印技术制备石英玻璃受到了广泛关注。以二氧化硅粉末为原材料，通过制备浆料、光固化3D打印成型、脱脂和烧结可以制备具有复杂结构与特殊功能的石英玻璃器件。

在光固化3D打印技术制备石英玻璃的方法中，烧结是最关键的步骤之一，也是决定石英玻璃性能最重要的环节。烧结温度过高、烧结时间过长都会引起石英玻璃出现析晶现象，从而使得石英玻璃的透过率下降，热稳定性变差，还可能引起裂纹使得样品报废。另外，石英玻璃通常需要在真空环境下进行烧结，样品的冷却速度慢，冷却过程长达12h，极大地降低了生产效率。实现石英玻璃的快速烧结对于提高光固化3D打印石英玻璃的质量和生产效率都具有重要的意义。

发明内容

有鉴于此，有必要针对上述的问题，提供一种具有复杂结构的石英玻璃器件的制备方法。本发明通过快速烧结工艺烧结3D打印技术制备的烧结坯体，实现了具有复杂结构的石英玻璃器件的快速制备。

为实现上述目的，本发明采取以下的技术方案：

一种具有复杂结构的石英玻璃器件的制备方法，包括以下步骤：

步骤S1：采用3D打印技术制备二氧化硅坯体；

步骤S2：将二氧化硅坯体置于烧结模具中进行快速烧结；烧结温度为1150～1450℃，烧结升温速率为50～1000℃/min，烧结的保温时间小于20min。

进一步的，在上述具有复杂结构的石英玻璃器件的制备方法中，所述二氧化硅坯体是二氧化硅混合浆料经3D打印成型、脱脂和预烧结过程处理后，具有一定形状的坯体。

进一步的，在上述具有复杂结构的石英玻璃器件的制备方法中，所述二氧化硅混合浆料原料包括光敏树脂和二氧化硅粉末。

进一步的，在上述具有复杂结构的石英玻璃器件的制备方法中，所述二氧化硅的粒径小于500nm。

进一步的，在上述具有复杂结构的石英玻璃器件的制备方法中，所述3D打印技术为光固化3D打印。

进一步的，在上述具有复杂结构的石英玻璃器件的制备方法中，烧结环境为真空或惰性气氛环境；所述惰性气氛为氩气、氦气或氮气。

进一步的，在上述具有复杂结构的石英玻璃器件的制备方法中，所述烧结模具包括上石墨电极、中空圆柱形石墨模具、下石墨电极、隔热块、承烧板；上石墨电极和下石墨电极分别位于中空圆柱形石墨模具的两端并与其形成封闭的烧结室；所述隔热块位于下石墨电极上方；所述承烧板位于隔热块上方。

进一步的，在上述具有复杂结构的石英玻璃器件的制备方法中，所述烧结模具还包括测温元件，所述测温元件位于中空圆柱形石墨模具的外表面。通过测温元件测量和控制烧结模具的温度。