[其他]由汽相制取的凝胶形成的玻璃体及其生产方法

说明书

本发明是关于使用通过溶胶-凝胶法制取的母体材料形成含二氧化硅玻璃的方法，以及由此方法生产的玻璃体。

近来在用各种溶胶-凝胶法制取玻璃方面作了很多努力。本领域最近的一部分评论文章，例如，D.R.Uhlmann    et    al.in    Better    Ceramics    Through    Chemistry，Materials    Research    Society    Symposia    Proceeding，Vol.32，C.J.Brinker    et    al，editor，（1984），pp.59～70。

制取玻璃母体材料的溶胶-凝胶方法可分为几种，即，使用予先存在的胶体颗粒（例如，气相法二氧化硅）形成凝胶和通过适当的化学化合物水解和聚合的方法形成凝胶。本申请与后一种方法有关，并与两种方法联合有关。此处涉及的各种方法将统称为“聚合”方法。

聚合方法既使在过程中可能未形成传统的溶胶也可以导致凝胶形成。然而通常称这些方法为溶胶-凝胶法。典型地，用聚合方法形成的凝胶是属于整块凝胶。这样的凝胶可被想像为连续分子网络，这种网络有海绵状结构，在“海绵”的孔隙中吸附有液体。

在已知的聚合方法中突出的是醇盐法，这种方法已有评论，例如，1982年作花济夫（S.Sakka）所著材料科学和工艺专论（Treatise    on    Maferial    Science    and    Technology）22卷第129～167页（Academic    Press）。也可见1982年L.C.Klein等人所著的可溶性硅酸盐（Soluble    Silicate，ACS    Symposium    Series），194卷第293～304页（美国化学会）。

简短地说，醇盐法包括混合醇盐，典型的是硅的醇盐，譬如四乙基正硅酸盐（TEOS），醇（譬如乙醇）和水。也可加入电介质，例如，HCl或NH₄OH。将各组分混合，结果导致形成透明的“溶胶”，由于迅速发生水解继而聚合，聚合的结果溶胶的粘度增加，粘性溶胶变成一种弹性凝胶，其中所有的液相被基本连续的固相网络封闭住。凝胶被干燥典型地是导致形成多孔的，相当硬的固体，这种固体在显著低于玻璃的常规软化温度下用烧结的方法可以转化成玻璃。如果需要的话，可以在烧结之前或在烧结过程中用已知的氯处理方法除去吸附的水和氢氧离子。醇盐法可用于制取掺杂的高二氧化硅玻璃和一些混合的氧化物玻璃，只要其中的掺杂剂或其它所需组分可以醇盐或水可溶或醇可溶的盐类形式得到。

由醇盐法制取的材料制备玻璃体的各种不同方法已为人所共知。这些方法中有美国专利4，419，155号中的双分散方法和美国专利3，954，431号中的颗粒熔融法，也可参见S.Sudo等人1983年所著Technical    Digest    Fourth    International    Conference    on    Integrated    Optics    and    Optical    Fiber    Communication，Tokyo    27    A3-4。3，954，431号专利的方法包括，把来自醇盐的玻璃颗粒用氧等离子喷灯熔融成玻璃基质的方法形成玻璃体。

醇盐法的优点是其操作温度相当低以及它经济地生产高纯度玻璃的可能性。常规的醇盐法也有几个缺点。例如，用醇盐法难于生产化学均匀掺杂的玻璃或混合氧化物玻璃。在这种多组分玻璃体系中，如果所有原料水解速率基本相同的话，那么一般可达到均匀。然而，这种情况很少。为了应付这个问题，已提出把水解慢的物质予先水解的方法。使用这样的方法使得整个操作变得复杂;尽管使用该方法，控制胶凝一般难于获得多组分玻璃体系。应付各种母体材料水解速率不同的另一种方法公开于美国专利4，477，580中。