石英玻璃的制備方法及石英玻璃與流程
本發(fā)明涉及石英玻璃制造技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種石英玻璃的制備方法及石英玻璃。
背景技術(shù)：
石英玻璃是以二氧化硅作為主要成分的非晶態(tài)材料，其微觀結(jié)構(gòu)是一種由二氧化硅四面結(jié)構(gòu)體結(jié)構(gòu)單元組成的單純網(wǎng)絡(luò)，由于Si-O化學(xué)鍵能很大，結(jié)構(gòu)很緊密，所以石英玻璃具有獨(dú)特的性能，如耐高溫、膨脹系數(shù)低、耐熱震性、化學(xué)穩(wěn)定性高和電絕緣性能好等優(yōu)點(diǎn)。
由于石英玻璃的獨(dú)特性能，它是半導(dǎo)體集成電路制造過(guò)程不可替代的理想配套輔材，包括在石英玻璃管、石英玻璃片、石英玻璃環(huán)、石英玻璃板、石英玻璃法蘭、石英玻璃刻槽舟、石英玻璃清洗槽等器件，應(yīng)用廣泛。
目前，石英玻璃的制備工藝主要分為直接法制備工藝和間接法制備工藝，在直接法制備工藝中，石英玻璃用水晶、硅石、含硅化合物為原料，經(jīng)高溫熔化或化學(xué)氣相沉積而成，熔制方法有電熔法(如真空電熔制法)、氣煉熔制法、高頻等離子體熔制法、連續(xù)熔制法等，化學(xué)氣相沉積法有化學(xué)氣相沉積CVD和等離子化學(xué)氣相沉積PCVD等。在間接法制備工藝中，用含硅原料，經(jīng)過(guò)低溫化學(xué)氣相沉積合成制得具有大量氣孔的二氧化硅疏松體，再將二氧化硅疏松體在常壓或正壓下進(jìn)行燒結(jié)，使二氧化硅疏松體中氣孔內(nèi)的氣體排出，從而獲得高質(zhì)量的石英玻璃成品。
在實(shí)現(xiàn)本發(fā)明過(guò)程中，發(fā)明人發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有技術(shù)中至少存在如下問(wèn)題：
Si-O化學(xué)鍵極容易被氫氟酸腐蝕，經(jīng)測(cè)算，在氫氟酸環(huán)境下，全部以Si-O化學(xué)鍵構(gòu)成的石英玻璃，腐蝕的速率達(dá)到了150μm/h，現(xiàn)有的石英玻璃的在氫氟酸環(huán)境下腐蝕速率較快，無(wú)法滿足在氫氟酸環(huán)境下的半導(dǎo)體刻蝕的應(yīng)用要求。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
有鑒于此，本發(fā)明提供一種石英玻璃的制備方法及石英玻璃，主要目的在于提高石英玻璃成品在在氫氟酸環(huán)境下的耐腐蝕性。
為達(dá)到上述目的，本發(fā)明主要提供如下技術(shù)方案：
一方面，本發(fā)明的實(shí)施例提供一種石英玻璃的制備方法，包括：
通過(guò)溶解劑將第一摻雜化合物、第二摻雜化合物溶解混合形成摻雜混合溶液，所述第一摻雜化合物為含鋁化合物，所述第二摻雜化合物包括含Zr化合物、含Y化合物、含La化合物、含Sc化合物、含Th化合物、含V化合物、含Ti化合物中的至少一種；
將體積份L1的摻雜混合溶液、體積份L2的水混合后，與四氯化硅液相反應(yīng)獲得摻雜二氧化硅凝膠；
將所述摻雜二氧化硅凝膠經(jīng)過(guò)燒制工藝燒制為石英玻璃成品，其中，所述石英玻璃成品中包含有經(jīng)所述摻雜混合溶液中的第一部分燒制轉(zhuǎn)化而成的Al2O3、經(jīng)所述摻雜混合溶液中的第二部分燒制轉(zhuǎn)化而成的ZrO2、Y2O3、La2O3、Sc2O3、ThO2、V2O5、TiO2中的至少一種。
本發(fā)明的目的及解決其技術(shù)問(wèn)題還可采用以下技術(shù)措施進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)。
可選的，前述的石英玻璃的制備方法，其中L1、L2的比例在1：5～200。
可選的，前述的石英玻璃的制備方法，其中所述四氯化硅的反應(yīng)速率在20～500ml/min。
可選的，前述的石英玻璃的制備方法，其中所述將體積份L1的摻雜混合溶液、體積份L2的水混合后，與四氯化硅液相反應(yīng)獲得摻雜二氧化硅凝膠，具體包括：
在四氯化硅逐步加入摻雜混合溶液與水混合后的混合液的過(guò)程中，并對(duì)所述混合液進(jìn)行攪拌，獲得摻雜二氧化硅凝膠；或，
所述將體積份L1的摻雜混合溶液、體積份L2的水混合后，與四氯化硅液相反應(yīng)獲得摻雜二氧化硅凝膠，具體包括：
將四氯化硅、摻雜混合溶液與水混合后的混合液分別霧化后，同時(shí)通入反應(yīng)室中進(jìn)行相反應(yīng)獲得摻雜二氧化硅凝膠。
可選的，前述的石英玻璃的制備方法，其中所述將體積份L1的摻雜混合溶液、體積份L2的水混合后，與四氯化硅液相反應(yīng)獲得摻雜二氧化硅凝膠，具體包括：
混合后的摻雜混合溶液、水的混合液在10～100攝氏度下與四氯化硅液相反應(yīng)獲得摻雜二氧化硅凝膠。
可選的，前述的石英玻璃的制備方法，其中所述溶解劑包括用于溶解所述第一摻雜化合物的第一溶解劑，所述第一溶解劑包括甲醇、乙醇、乙酸、鹽酸、硝酸、蒸餾水、雙氧水中的至少一種；
所述第一摻雜化合物包括水合硝酸鋁Al(NO3)3·H2O、九水合硝酸鋁Al(NO3)3·9H2O、六水合氯酸鋁Al(ClO3)3·6H2O、氯化鋁AlCl3中的至少一種。
可選的，前述的石英玻璃的制備方法，其中所述溶解劑包括用于溶解所述第二摻雜化合物的第二溶解劑，所述第二溶解劑包括甲醇、乙醇、乙酸、鹽酸、硝酸、蒸餾水、雙氧水中的至少一種；
所述含Zr化合物包括硝酸鋯Zr(NO3)4·5H2O、碳酸鋯銨ZrO(CO3)2(NH4)2·nH2O、碳酸鋯ZrOCO3·nH2O、八水氧氯化鋯ZrOCl2·8(H2O)、氯化鋯ZrCl4、八水堿式氯化鋯ZrOCl2·8H2O中的至少一種；
所述含Y化合物包括草酸釔Y2(C2O4)3·10H2O、硝酸釔Y(NO3)3·6H2O、水合碳酸釔Y2(CO3)3·3H2O、氯化釔六水YCl3·6H2O、水合氯化釔YCl3H2O中的至少一種；
所述含La化合物包括氯化鑭LaCl3、六水合氯化鑭LaCl3·6H2O、硝酸鑭La(NO3)3·6H2O、碳酸鑭La2(CO3)3.8H2O中的至少一種；
所述含Sc化合物包括六水氯化鈧ScCl3·6H2O、氯化鈧ScCl3、硝酸鈧Sc(NO3)3·3H2O、硝酸鈧Sc(NO3)3·4H2O、硝酸鈧Sc(NO3)3·5H2O、硝酸鈧Sc(NO3)3·6H2O、六水草酸鈧Sc2(C2O4)3·6H2O中的至少一種；
所述含Th化合物包括硝酸釷Th(NO3)4·4H2O、草酸釷Th(C2O4)2、四氯化釷ThCl4、高氯酸釷Th(ClO4)4中的至少一種；
所述含V化合物包括氯化釩VCl3、硝酸釩酰VO2NO3中的至少一種；
所述含Ti化合物包括硝酸鈦Ti(NO3)4。
可選的，前述的石英玻璃的制備方法，其中所述Al2O3與所述石英玻璃成品中SiO2的重量比在0.5～10％；
ZrO2、Y2O3、La2O3、Sc2O3、ThO2、V2O5、TiO2與所述石英玻璃成品中SiO2的重量比均分別在0.5～5％。
可選的，前述的石英玻璃的制備方法，其中所述將所述摻雜二氧化硅凝膠經(jīng)過(guò)燒制工藝燒制為石英玻璃成品，具體包括：
在T1溫度下對(duì)所述摻雜二氧化硅凝膠干燥，獲得非晶態(tài)的摻雜二氧化硅粉料，T1在100～1000攝氏度；
在T2溫度下對(duì)所述摻雜二氧化硅粉料煅燒，使所述摻雜二氧化硅粉料轉(zhuǎn)變?yōu)榻Y(jié)晶態(tài)的摻雜二氧化硅粉料，T2在1000～1500攝氏度；
經(jīng)結(jié)晶態(tài)的摻雜二氧化硅粉料制備出所述石英玻璃成品。
可選的，前述的石英玻璃的制備方法，其中所述在T1溫度下對(duì)所述摻雜二氧化硅凝膠干燥，具體包括：
對(duì)干燥所述摻雜二氧化硅凝膠的干燥室通入干燥氣氛，其中所述干燥氣氛包括空氣、氧氣O2、氯氣Cl2、二氯化氧硫SOCl2中的至少一種。
可選的，前述的石英玻璃的制備方法，其中所述經(jīng)結(jié)晶態(tài)的摻雜二氧化硅粉料制備出所述石英玻璃成品，具體為：
對(duì)所述結(jié)晶態(tài)的摻雜二氧化硅粉料進(jìn)行粉磨，并對(duì)粉磨后的摻雜二氧化硅粉料篩分，獲得篩分后的二氧化硅粉料，將篩分后的二氧化硅粉料采用熔制工藝，在1000～2500攝氏度下，熔制成所述石英玻璃成品。
可選的，前述的石英玻璃的制備方法，其中所述對(duì)所述結(jié)晶態(tài)的摻雜二氧化硅粉料進(jìn)行粉磨，并對(duì)粉磨后的摻雜二氧化硅粉料篩分，獲得篩分后的二氧化硅粉料，將篩分后的二氧化硅粉料采用熔制工藝，在1000～2500攝氏度下，熔制成所述石英玻璃成品，具體為：
對(duì)粉磨后的摻雜二氧化硅粉料篩分，獲得顆粒在20～200目的摻雜二氧化硅粉料，將20～200目的摻雜二氧化硅粉料采用真空電熔工藝熔制成所述石英玻璃成品；或，
對(duì)粉磨后的摻雜二氧化硅粉料篩分，獲得顆粒在40～300目的摻雜二氧化硅粉料，將40～300目的摻雜二氧化硅粉料采用高頻等離子體熔制工藝熔制成所述石英玻璃成品；或，
對(duì)粉磨后的摻雜二氧化硅粉料篩分，獲得顆粒在40～300目的摻雜二氧化硅粉料，將40～300目的摻雜二氧化硅粉料采用氣煉熔制工藝熔制成所述石英玻璃成品；或，
對(duì)粉磨后的摻雜二氧化硅粉料篩分，獲得顆粒在40～300目的摻雜二氧化硅粉料，將40～300目的摻雜二氧化硅粉料采用連續(xù)熔制工藝熔制成所述石英玻璃成品。
另一方面，本發(fā)明的實(shí)施例提供一種石英玻璃，包括：
石英玻璃成品，所述石英玻璃成品采用上述的石英玻璃的制備方法制備而成，Al2O3和ZrO2、Y2O3、La2O3、Sc2O3、ThO2、V2O5、TiO2中的至少一種以網(wǎng)絡(luò)中間體或網(wǎng)絡(luò)外體形式填充在SiO2四面體網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的孔隙中。
本發(fā)明的目的及解決其技術(shù)問(wèn)題還可采用以下技術(shù)措施進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)。
可選的，前述的石英玻璃，其中所述石英玻璃成品為石英玻璃砣、石英玻璃棒、石英玻璃管、石英玻璃片、石英玻璃環(huán)、石英玻璃板、石英玻璃法蘭、石英玻璃刻槽舟或石英玻璃清洗槽。
借由上述技術(shù)方案，本發(fā)明技術(shù)方案提供的石英玻璃的制備方法及石英玻璃至少具有下列優(yōu)點(diǎn)：
本發(fā)明實(shí)施例提供的技術(shù)方案中，選用含鋁化合物作為第一摻雜化合物，選用含Zr化合物、含Y化合物、含La化合物、含Sc化合物、含Th化合物、含V化合物、含Ti化合物中的至少一種作為第二摻雜化合物，通過(guò)溶解劑將第一摻雜化合物、第二摻雜化合物溶解混合形成摻雜混合溶液，選用體積份L1的摻雜混合溶液、體積份L2的水混合后，與四氯化硅液相反應(yīng)獲得摻雜二氧化硅凝膠；最后，將所述摻雜二氧化硅凝膠經(jīng)過(guò)燒制工藝燒制為石英玻璃成品，其中，所述石英玻璃成品中包含有經(jīng)所述摻雜混合溶液中的第一部分燒制轉(zhuǎn)化而成的Al2O3、經(jīng)所述摻雜混合溶液中的第二部分燒制轉(zhuǎn)化而成的ZrO2、Y2O3、La2O3、Sc2O3、ThO2、V2O5、TiO2中的至少一種。本發(fā)明提供的石英玻璃成品中，Al2O3、ZrO2、Y2O3、La2O3、Sc2O3、ThO2、V2O5、TiO2以網(wǎng)絡(luò)中間體或網(wǎng)絡(luò)外體形式填充在SiO2四面體網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的孔隙中，使本發(fā)明石英玻璃更加致密；同時(shí)，Al2O3、ZrO2、Y2O3、La2O3、Sc2O3、ThO2、V2O5、TiO2的分解能價(jià)比SiO2高，即較SiO2的抗氫氟酸的腐蝕性強(qiáng)，可降低石英玻璃在酸性溶液或酸性氣體中(如氫氟酸環(huán)境)的腐蝕速率，進(jìn)而提高石英玻璃的抗酸性腐蝕性能。即提高了石英玻璃成品在在氫氟酸和氟氣F2等含氟環(huán)境下的耐腐蝕性。
同時(shí)，本發(fā)明實(shí)施例提供的技術(shù)方案中，同時(shí)，由于Al2O3在石英玻璃中以網(wǎng)絡(luò)形成體或網(wǎng)絡(luò)中間體的形式存在，可有效調(diào)節(jié)石英玻璃中的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，避免摻雜了ZrO2、Y2O3、La2O3、Sc2O3、ThO2、V2O5或TiO2的粉料在熔制過(guò)程出現(xiàn)析晶或團(tuán)簇。
上述說(shuō)明僅是本發(fā)明技術(shù)方案的概述，為了能夠更清楚了解本發(fā)明的技術(shù)手段，并可依照說(shuō)明書(shū)的內(nèi)容予以實(shí)施，以下以本發(fā)明的較佳實(shí)施例并配合附圖詳細(xì)說(shuō)明如后。
附圖說(shuō)明
通過(guò)閱讀下文優(yōu)選實(shí)施方式的詳細(xì)描述，各種其他的優(yōu)點(diǎn)和益處對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將變得清楚明了。附圖僅用于示出優(yōu)選實(shí)施方式的目的，而并不認(rèn)為是對(duì)本發(fā)明的限制。而且在整個(gè)附圖中，用相同的參考符號(hào)表示相同的部件。在附圖中：
圖1是本發(fā)明的實(shí)施例提供的一種石英玻璃的制備方法的流程示意圖；
圖2是本發(fā)明的實(shí)施例提供的一種具體的石英玻璃的制備方法的流程示意圖。
具體實(shí)施方式
為更進(jìn)一步闡述本發(fā)明為達(dá)成預(yù)定發(fā)明目的所采取的技術(shù)手段及功效,以下結(jié)合附圖及較佳實(shí)施例，對(duì)依據(jù)本發(fā)明提出的石英玻璃的制備方法及石英玻璃其具體實(shí)施方式、結(jié)構(gòu)、特征及其功效，詳細(xì)說(shuō)明如后。在下述說(shuō)明中，不同的“一實(shí)施例”或“實(shí)施例”指的不一定是同一實(shí)施例。此外，一或多個(gè)實(shí)施例中的特定特征、結(jié)構(gòu)、或特點(diǎn)可由任何合適形式組合。
本文中術(shù)語(yǔ)“和/或”，僅僅是一種描述關(guān)聯(lián)對(duì)象的關(guān)聯(lián)關(guān)系，表示可以存在三種關(guān)系，例如，A和/或B，具體的理解為：可以同時(shí)包含有A與B，可以單獨(dú)存在A，也可以單獨(dú)存在B，能夠具備上述三種任一種情況。
如圖1所示，本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例提出的一種石英玻璃的制備方法，其包括：
步驟10、通過(guò)溶解劑將第一摻雜化合物、第二摻雜化合物溶解混合形成摻雜混合溶液，所述第一摻雜化合物為含鋁化合物，所述第二摻雜化合物包括含Zr化合物、含Y化合物、含La化合物、含Sc化合物、含Th化合物、含V化合物、含Ti化合物中的至少一種；
其中，溶解劑可以為一種溶解劑，能夠同時(shí)的對(duì)第一摻雜化合物、第二摻雜化合物進(jìn)行溶解；或是，溶解劑可以包括兩種溶解劑，一種溶解劑用于溶解第一摻雜化合物，另一種溶解劑用于溶解第二摻雜化合物，形成摻雜混合溶液可為鹽溶液；具體的混合中，可先對(duì)第一摻雜化合物進(jìn)行溶解獲得第一混合溶液，對(duì)第二摻雜化合物進(jìn)行溶解獲得第二混合溶液，然后將第一混合溶液、第二混合溶液混合形成摻雜混合溶液；或是，將第一摻雜化合物、第二摻雜化合物先混合，在使用溶解劑同時(shí)對(duì)第一摻雜化合物、第二摻雜化合物進(jìn)行溶解，形成摻雜混合溶液；
步驟20、將體積份L1的摻雜混合溶液、體積份L2的水混合后，與四氯化硅液相反應(yīng)獲得摻雜二氧化硅凝膠；
具體的，水可采用蒸餾水；凝膠是指：溶膠或溶液中的膠體粒子或高分子在一定條件下互相連接，形成空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)空隙中充滿了作為分散介質(zhì)的液體，這樣一種特殊的分散體系稱(chēng)，沒(méi)有流動(dòng)性，內(nèi)部常含有大量液體。其中，L1、L2的比例在可1：5～200。如1：20，1：50，1：100，1：150，1：160，1：180等。其中，液相反應(yīng)可為逐步的反應(yīng)，所述四氯化硅的反應(yīng)速率控制在20～500ml/min。如，100ml/min，200ml/min，300ml/min，400ml/min。
步驟30、將所述摻雜二氧化硅凝膠經(jīng)過(guò)燒制工藝燒制為石英玻璃成品，其中，所述石英玻璃成品中包含有經(jīng)所述摻雜混合溶液中的第一部分燒制轉(zhuǎn)化而成的Al2O3、經(jīng)所述摻雜混合溶液中的第二部分燒制轉(zhuǎn)化而成的ZrO2、Y2O3、La2O3、Sc2O3、ThO2、V2O5、TiO2中的至少一種。
其中，第一部分即為第一摻雜化合物與溶解劑反應(yīng)生成的部分，第二部分即為第二摻雜化合物與溶解劑反應(yīng)生成的部分，如第二摻雜化合物選用的是含Zr化合物，那么經(jīng)所述摻雜混合溶液中的第二部分燒制轉(zhuǎn)化而成的ZrO2，如第二摻雜化合物選用的是含Y化合物，那么經(jīng)所述摻雜混合溶液中的第二部分燒制轉(zhuǎn)化而成的有Y2O3，如第二摻雜化合物選用的是含Sc化合物和含Th化合物，那么經(jīng)所述摻雜混合溶液中的第二部分燒制轉(zhuǎn)化而成的有Sc2O3和ThO2，如第二摻雜化合物選用的是含Y化合物，那么經(jīng)所述摻雜混合溶液中的第二部分燒制轉(zhuǎn)化而成的有Y2O3，等等。
在現(xiàn)有技術(shù)中，如石英玻璃反應(yīng)腔在使用過(guò)程由于不斷被氫氟酸腐蝕，表面產(chǎn)生白色霧化效果，進(jìn)而影響射頻功率源輝光放電；反應(yīng)腔管壁被腐蝕部位會(huì)急劇變薄出現(xiàn)小針眼，或者由于管壁被腐蝕變薄而不能承受真空與大氣壓之間的壓力差而造成爆裂等，均會(huì)導(dǎo)致真空漏氣，致使射頻功率源不能正常起輝；石英玻璃樣品支架在使用過(guò)程也會(huì)逐步被氫氟酸腐蝕，而需經(jīng)常更換。不僅增加了半導(dǎo)體制造成本，更重要的是影響了硅片的刻蝕效率、連續(xù)性和質(zhì)量穩(wěn)定性等，故集成電路刻蝕過(guò)程必須使用耐腐蝕性的石英玻璃材料及制品，提高其耐氫氟酸腐蝕性是本領(lǐng)域技術(shù)人員急需解決的技術(shù)問(wèn)題。
本發(fā)明實(shí)施例提供的技術(shù)方案中，選用含鋁化合物作為第一摻雜化合物，選用含Zr化合物、含Y化合物、含La化合物、含Sc化合物、含Th化合物、含V化合物、含Ti化合物中的至少一種作為第二摻雜化合物，通過(guò)溶解劑將第一摻雜化合物、第二摻雜化合物溶解混合形成摻雜混合溶液，選用體積份L1的摻雜混合溶液、體積份L2的水混合后，與四氯化硅液相反應(yīng)獲得摻雜二氧化硅凝膠；最后，將所述摻雜二氧化硅凝膠經(jīng)過(guò)燒制工藝燒制為石英玻璃成品，其中，所述石英玻璃成品中包含有經(jīng)所述摻雜混合溶液中的第一部分燒制轉(zhuǎn)化而成的Al2O3、經(jīng)所述摻雜混合溶液中的第二部分燒制轉(zhuǎn)化而成的ZrO2、Y2O3、La2O3、Sc2O3、ThO2、V2O5、TiO2中的至少一種。本發(fā)明提供的石英玻璃成品中，Al2O3、ZrO2、Y2O3、La2O3、Sc2O3、ThO2、V2O5、TiO2以網(wǎng)絡(luò)中間體或網(wǎng)絡(luò)外體形式填充在SiO2四面體網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的孔隙中，使本發(fā)明石英玻璃更加致密；同時(shí)，Al2O3、ZrO2、Y2O3、La2O3、Sc2O3、ThO2、V2O5、TiO2的分解能價(jià)比SiO2高，即較SiO2的抗氫氟酸的腐蝕性強(qiáng)，可降低石英玻璃在酸性溶液或酸性氣體中(如氫氟酸環(huán)境)的腐蝕速率，進(jìn)而提高石英玻璃的抗酸性腐蝕性能。
同時(shí)，本發(fā)明實(shí)施例提供的技術(shù)方案中，同時(shí)，由于Al2O3在石英玻璃中以網(wǎng)絡(luò)形成體或網(wǎng)絡(luò)中間體的形式存在，可有效調(diào)節(jié)石英玻璃中的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，避免摻雜了ZrO2、Y2O3、La2O3、Sc2O3、ThO2、V2O5或TiO2的粉料在熔制過(guò)程出現(xiàn)析晶或團(tuán)簇。
在具體的實(shí)施當(dāng)中，與四氯化硅的液相反應(yīng)，可通過(guò)多種途徑進(jìn)行，具體可參見(jiàn)如下方式，如圖2所示，
一、上述的石英玻璃的制備方法，所述將體積份L1的摻雜混合溶液、體積份L2的水混合后，與四氯化硅液相反應(yīng)獲得摻雜二氧化硅凝膠，具體包括：
步驟21、在四氯化硅逐步加入摻雜混合溶液與水混合后的混合液的過(guò)程中，并對(duì)所述混合液進(jìn)行攪拌，獲得摻雜二氧化硅凝膠。
操作中，可將四氯化硅一滴一滴的加入混合液中，加入的速率與攪拌速率成正比。待四氯化硅將混合液中的反應(yīng)物反應(yīng)完畢之后，停止加入四氯化硅。其中，攪拌的方式可采用人工攪拌，或機(jī)器攪拌。
或，
二、上述的石英玻璃的制備方法，所述將體積份L1的摻雜混合溶液、體積份L2的水混合后，與四氯化硅液相反應(yīng)獲得摻雜二氧化硅凝膠，具體包括：
步驟22、將四氯化硅、摻雜混合溶液與水混合后的混合液分別霧化后，同時(shí)通入反應(yīng)室中進(jìn)行相反應(yīng)獲得摻雜二氧化硅凝膠。
采用霧化的方式，可使四氯化硅與混合液充分反應(yīng)，且反應(yīng)接觸較快，生產(chǎn)效率較高。
其中，所述將體積份L1的摻雜混合溶液、體積份L2的水混合后，與四氯化硅液相反應(yīng)獲得摻雜二氧化硅凝膠，具體包括：
混合后的摻雜混合溶液、水的混合液在10～100攝氏度下與四氯化硅液相反應(yīng)獲得摻雜二氧化硅凝膠。
即，具體的反應(yīng)環(huán)境可在常溫下進(jìn)行，不需要加熱；或是可對(duì)反應(yīng)環(huán)境進(jìn)行加熱，如加熱至60～90攝氏度，可以提高反應(yīng)速率。
在具體的實(shí)施當(dāng)中，上述的石英玻璃的制備方法，
所述溶解劑包括用于溶解所述第一摻雜化合物的第一溶解劑，所述第一溶解劑包括甲醇、乙醇、乙酸、鹽酸、硝酸、蒸餾水、雙氧水中的至少一種；
所述第一摻雜化合物包括水合硝酸鋁Al(NO3)3·H2O、九水合硝酸鋁Al(NO3)3·9H2O、六水合氯酸鋁Al(ClO3)3·6H2O、氯化鋁AlCl3中的至少一種。所選用的第一摻雜化合物與所述選用的第一溶解劑相互匹配，使第一摻雜化合物與第一溶解劑能夠相互溶解。所述第一溶解劑、所述一摻雜化合物均可采用單種或多種組合。
在具體的實(shí)施當(dāng)中，上述的石英玻璃的制備方法，
所述溶解劑包括用于溶解所述第二摻雜化合物的第二溶解劑，所述第二溶解劑包括甲醇、乙醇、乙酸、鹽酸、硝酸、蒸餾水、雙氧水中的至少一種；
所述含Zr化合物包括硝酸鋯Zr(NO3)4·5H2O、碳酸鋯銨ZrO(CO3)2(NH4)2·nH2O、碳酸鋯ZrOCO3·nH2O、八水氧氯化鋯ZrOCl2·8(H2O)、氯化鋯ZrCl4、八水堿式氯化鋯ZrOCl2·8H2O中的至少一種；
所述含Y化合物包括草酸釔Y2(C2O4)3·10H2O、硝酸釔Y(NO3)3·6H2O、水合碳酸釔Y2(CO3)3·3H2O、氯化釔六水YCl3·6H2O、水合氯化釔YCl3H2O中的至少一種；
所述含La化合物包括氯化鑭LaCl3、六水合氯化鑭LaCl3·6H2O、硝酸鑭La(NO3)3·6H2O、碳酸鑭La2(CO3)3.8H2O中的至少一種；
所述含Sc化合物包括六水氯化鈧ScCl3·6H2O、氯化鈧ScCl3、硝酸鈧Sc(NO3)3·3H2O、硝酸鈧Sc(NO3)3·4H2O、硝酸鈧Sc(NO3)3·5H2O、硝酸鈧Sc(NO3)3·6H2O、六水草酸鈧Sc2(C2O4)3·6H2O中的至少一種；
所述含Th化合物包括硝酸釷Th(NO3)4·4H2O、草酸釷Th(C2O4)2、四氯化釷ThCl4、高氯酸釷Th(ClO4)4中的至少一種；
所述含V化合物包括氯化釩VCl3、硝酸釩酰VO2NO3中的至少一種；
所述含Ti化合物包括硝酸鈦Ti(NO3)4。
所選用的第二摻雜化合物與所述選用的第二溶解劑相互匹配，使第二摻雜化合物與第二溶解劑能夠相互溶解。所述第二溶解劑、所述二摻雜化合物均可采用單種或多種組合。
在經(jīng)上述石英玻璃的制備方法制得的石英玻璃成品中，Al2O3和ZrO2、Y2O3、La2O3、Sc2O3、ThO2、V2O5、TiO2中的至少一種所占的比重，決定了石英玻璃成品的耐腐蝕性，為了同時(shí)兼得玻璃的原本品質(zhì)和耐腐蝕性，所述Al2O3與所述石英玻璃成品中SiO2的重量比可在0.5～10％；如，1％、2％、3％、4％、5％、6％、7％、8％、9％較佳，可為ZrO2、Y2O3、La2O3、Sc2O3、ThO2、V2O5、TiO2中的至少一種提供較為穩(wěn)固的支撐。
為了達(dá)到上述的重量配比，具體為：選取m重量份的四氯化硅，根據(jù)所述Al2O3與所述石英玻璃成品中SiO2的重量比計(jì)算出第一摻雜化合物的重量。第一摻雜化合物的具體重量根據(jù)選用的具體物料而定。
另外，ZrO2、Y2O3、La2O3、Sc2O3、ThO2、V2O5、TiO2中的至少一種與所述石英玻璃成品中SiO2的重量比在0.5～5％?？纱蟠筇岣摺⑹⒉ＡС善返哪透g性。
根據(jù)所述ZrO2、Y2O3、La2O3、Sc2O3、ThO2、V2O5、TiO2中的至少一種與所述石英玻璃成品中SiO2的重量比計(jì)算出第二摻雜化合物的重量。第二摻雜化合物的具體重量根據(jù)選用的具體物料而定。
在具體的實(shí)施當(dāng)中，上述的石英玻璃的制備方法，所述將所述摻雜二氧化硅凝膠經(jīng)過(guò)燒制工藝燒制為石英玻璃成品，具體包括：
步驟31、在T1溫度下對(duì)所述摻雜二氧化硅凝膠干燥，獲得非晶態(tài)的摻雜二氧化硅粉料，T1在100～1000攝氏度；
非晶態(tài)的摻雜二氧化硅粉料宏觀上表現(xiàn)為各向同性，熔解時(shí)無(wú)明顯的熔點(diǎn)，只是隨溫度的升高而逐漸軟化，粘滯性減小，并逐漸過(guò)渡到液態(tài)。非晶態(tài)又稱(chēng)玻璃態(tài)，可看成是粘滯性很大的過(guò)冷液體。
步驟32、在T2溫度下對(duì)所述摻雜二氧化硅粉料煅燒，使所述摻雜二氧化硅粉料轉(zhuǎn)變?yōu)榻Y(jié)晶態(tài)的摻雜二氧化硅粉料，T2在1000～1500攝氏度；
晶態(tài)的摻雜二氧化硅粉料是指固態(tài)物體存在的占主導(dǎo)地位的形態(tài)。
經(jīng)結(jié)晶態(tài)的摻雜二氧化硅粉料制備出所述石英玻璃成品。
進(jìn)一步的，上述的石英玻璃的制備方法，所述在T1溫度下對(duì)所述摻雜二氧化硅凝膠干燥，具體包括：
對(duì)干燥所述摻雜二氧化硅凝膠的干燥室通入干燥氣氛，其中所述干燥氣氛包括空氣、氧氣O2、氯氣Cl2、二氯化氧硫SOCl2中的至少一種。
干燥中，可去除摻雜二氧化硅凝膠中殘余的碳、水分或羥基。
為了獲得高質(zhì)量的石英玻璃成品，上述的石英玻璃的制備方法，所述經(jīng)結(jié)晶態(tài)的摻雜二氧化硅粉料制備出所述石英玻璃成品，具體為：
步驟33、對(duì)所述結(jié)晶態(tài)的摻雜二氧化硅粉料進(jìn)行粉磨，并對(duì)粉磨后的摻雜二氧化硅粉料篩分，獲得篩分后的二氧化硅粉料，將篩分后的二氧化硅粉料采用熔制工藝，在1000～2500攝氏度下，熔制成所述石英玻璃成品。
在采用不同的熔制工藝中，需要篩分出對(duì)應(yīng)顆粒尺寸的摻雜配合料，具體可參見(jiàn)下述實(shí)施方式：
一、真空電熔工藝熔制法：
所述對(duì)所述結(jié)晶態(tài)的摻雜二氧化硅粉料進(jìn)行粉磨，并對(duì)粉磨后的摻雜二氧化硅粉料篩分，獲得篩分后的二氧化硅粉料，將篩分后的二氧化硅粉料采用熔制工藝，在1000～2500攝氏度下，熔制成所述石英玻璃成品，具體為：
對(duì)粉磨后的摻雜二氧化硅粉料篩分，獲得顆粒在20～200目的摻雜二氧化硅粉料，將20～200目的摻雜二氧化硅粉料采用真空電熔工藝熔制成所述石英玻璃成品。
二、高頻等離子體熔制工藝熔制法：
所述對(duì)所述結(jié)晶態(tài)的摻雜二氧化硅粉料進(jìn)行粉磨，并對(duì)粉磨后的摻雜二氧化硅粉料篩分，獲得篩分后的二氧化硅粉料，將篩分后的二氧化硅粉料采用熔制工藝，在1000～2500攝氏度下，熔制成所述石英玻璃成品，具體為：
對(duì)粉磨后的摻雜二氧化硅粉料篩分，獲得顆粒在40～300目的摻雜二氧化硅粉料，將40～300目的摻雜二氧化硅粉料采用高頻等離子體熔制工藝熔制成所述石英玻璃成品。
三、氣煉熔制工藝熔制法：
所述對(duì)所述結(jié)晶態(tài)的摻雜二氧化硅粉料進(jìn)行粉磨，并對(duì)粉磨后的摻雜二氧化硅粉料篩分，獲得篩分后的二氧化硅粉料，將篩分后的二氧化硅粉料采用熔制工藝，在1000～2500攝氏度下，熔制成所述石英玻璃成品，具體為：
對(duì)粉磨后的摻雜二氧化硅粉料篩分，獲得顆粒在40～300目的摻雜二氧化硅粉料，將40～300目的摻雜二氧化硅粉料采用氣煉熔制工藝熔制成所述石英玻璃成品。
四、連續(xù)熔制工藝熔制法：
所述對(duì)所述結(jié)晶態(tài)的摻雜二氧化硅粉料進(jìn)行粉磨，并對(duì)粉磨后的摻雜二氧化硅粉料篩分，獲得篩分后的二氧化硅粉料，將篩分后的二氧化硅粉料采用熔制工藝，在1000～2500攝氏度下，熔制成所述石英玻璃成品，具體為：
對(duì)粉磨后的摻雜二氧化硅粉料篩分，獲得顆粒在40～300目的摻雜二氧化硅粉料，將40～300目的摻雜二氧化硅粉料采用連續(xù)熔制工藝熔制成所述石英玻璃成品。
本發(fā)明提供了幾個(gè)樣品的石英玻璃的制備方法，具體參見(jiàn)表1：
上述3個(gè)樣本獲得的石英玻璃在腐蝕條件為：
溫度40℃、優(yōu)級(jí)純HF與分析純醋酸的體積比＝9:4的溶液中進(jìn)行腐蝕，本發(fā)明獲得的石英玻璃腐蝕速率均小于26μm/h，現(xiàn)有高純石英玻璃在上述腐蝕條件下腐蝕速率為60μm/h；
溫度40℃、F2中中進(jìn)行腐蝕，本發(fā)明獲得的石英玻璃的腐蝕速率為65μm/h，現(xiàn)有高純石英玻璃在上述腐蝕條件下腐蝕速率為150μm/h；
經(jīng)上述實(shí)驗(yàn)可知，與現(xiàn)有高純石英玻璃在上述腐蝕條件下腐蝕速率分別為60μm/h和150μm/h相比，本發(fā)明獲得的石英玻璃大大提高了石英玻璃的耐腐蝕性能。發(fā)明實(shí)施例制得的石英玻璃屬于高品質(zhì)石英玻璃，能夠適用于半導(dǎo)體制造等領(lǐng)域的應(yīng)用需求。
實(shí)施例二
本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例提出的一種石英玻璃，包括：
石英玻璃成品，所述石英玻璃成品石英玻璃的制備方法制備而成；
所述石英玻璃的制備方法，包括：
通過(guò)溶解劑將第一摻雜化合物、第二摻雜化合物溶解混合形成摻雜混合溶液，所述第一摻雜化合物為含鋁化合物，所述第二摻雜化合物包括含Zr化合物、含Y化合物、含La化合物、含Sc化合物、含Th化合物、含V化合物、含Ti化合物中的至少一種；
將體積份L1的摻雜混合溶液、體積份L2的水混合后，與四氯化硅液相反應(yīng)獲得摻雜二氧化硅凝膠；
將所述摻雜二氧化硅凝膠經(jīng)過(guò)燒制工藝燒制為石英玻璃成品，其中，所述石英玻璃成品中包含有經(jīng)所述摻雜混合溶液中的第一部分燒制轉(zhuǎn)化而成的Al2O3、經(jīng)所述摻雜混合溶液中的第二部分燒制轉(zhuǎn)化而成的ZrO2、Y2O3、La2O3、Sc2O3、ThO2、V2O5、TiO2中的至少一種；
Al2O3和ZrO2、Y2O3、La2O3、Sc2O3、ThO2、V2O5、TiO2中的至少一種以網(wǎng)絡(luò)中間體或網(wǎng)絡(luò)外體形式填充在SiO2四面體網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的孔隙中。
本發(fā)明提供的石英玻璃成品中，Al2O3、ZrO2、Y2O3、La2O3、Sc2O3、ThO2、V2O5、TiO2以網(wǎng)絡(luò)中間體或網(wǎng)絡(luò)外體形式填充在SiO2四面體網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的孔隙中，使本發(fā)明石英玻璃更加致密；同時(shí)，Al2O3、ZrO2、Y2O3、La2O3、Sc2O3、ThO2、V2O5、TiO2的分解能價(jià)比SiO2高，即較SiO2的抗氫氟酸的腐蝕性強(qiáng)，可降低石英玻璃在酸性溶液或酸性氣體中(如氫氟酸環(huán)境)的腐蝕速率，進(jìn)而提高石英玻璃的抗酸性腐蝕性能。
具體的，本實(shí)施例二中所述的石英玻璃的制備方法可直接采用上述實(shí)施例一提供的所述石英玻璃的制備方法，具體的實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)可參見(jiàn)上述實(shí)施例一中描述的相關(guān)內(nèi)容，此處不再贅述。
其中，石英玻璃成品可根據(jù)使用不同的磨具燒制出不同形狀的產(chǎn)品。所述石英玻璃成品可為石英玻璃砣、石英玻璃棒、石英玻璃管、石英玻璃片、石英玻璃環(huán)、石英玻璃支架、石英玻璃板、石英玻璃法蘭、石英玻璃刻槽舟或石英玻璃清洗槽。
在上述實(shí)施例中，對(duì)各個(gè)實(shí)施例的描述都各有側(cè)重，某個(gè)實(shí)施例中沒(méi)有詳述的部分，可以參見(jiàn)其他實(shí)施例的相關(guān)描述。
可以理解的是，上述裝置中的相關(guān)特征可以相互參考。另外，上述實(shí)施例中的“第一”、“第二”等是用于區(qū)分各實(shí)施例，而并不代表各實(shí)施例的優(yōu)劣。
在此處所提供的說(shuō)明書(shū)中，說(shuō)明了大量具體細(xì)節(jié)。然而，能夠理解，本發(fā)明的實(shí)施例可以在沒(méi)有這些具體細(xì)節(jié)的情況下實(shí)踐。在一些實(shí)例中，并未詳細(xì)示出公知的結(jié)構(gòu)和技術(shù)，以便不模糊對(duì)本說(shuō)明書(shū)的理解。
類(lèi)似地，應(yīng)當(dāng)理解，為了精簡(jiǎn)本公開(kāi)并幫助理解各個(gè)發(fā)明方面中的一個(gè)或多個(gè)，在上面對(duì)本發(fā)明的示例性實(shí)施例的描述中，本發(fā)明的各個(gè)特征有時(shí)被一起分組到單個(gè)實(shí)施例、圖、或者對(duì)其的描述中。然而，并不應(yīng)將該公開(kāi)的裝置解釋成反映如下意圖：即所要求保護(hù)的本發(fā)明要求比在每個(gè)權(quán)利要求中所明確記載的特征更多的特征。更確切地說(shuō)，如下面的權(quán)利要求書(shū)所反映的那樣，發(fā)明方面在于少于前面公開(kāi)的單個(gè)實(shí)施例的所有特征。因此，遵循具體實(shí)施方式的權(quán)利要求書(shū)由此明確地并入該具體實(shí)施方式，其中每個(gè)權(quán)利要求本身都作為本發(fā)明的單獨(dú)實(shí)施例。
本領(lǐng)域那些技術(shù)人員可以理解，可以對(duì)實(shí)施例中的裝置中的部件進(jìn)行自適應(yīng)性地改變并且把它們?cè)O(shè)置在與該實(shí)施例不同的一個(gè)或多個(gè)裝置中?？梢园褜?shí)施例中的部件組合成一個(gè)部件，以及此外可以把它們分成多個(gè)子部件。除了這樣的特征中的至少一些是相互排斥之外，可以采用任何組合對(duì)本說(shuō)明書(shū)(包括伴隨的權(quán)利要求、摘要和附圖)中公開(kāi)的所有特征以及如此公開(kāi)的任何裝置的所有部件進(jìn)行組合。除非另外明確陳述，本說(shuō)明書(shū)(包括伴隨的權(quán)利要求、摘要和附圖)中公開(kāi)的每個(gè)特征可以由提供相同、等同或相似目的的替代特征來(lái)代替。
此外，本領(lǐng)域的技術(shù)人員能夠理解，盡管在此所述的一些實(shí)施例包括其它實(shí)施例中所包括的某些特征而不是其它特征，但是不同實(shí)施例的特征的組合意味著處于本發(fā)明的范圍之內(nèi)并且形成不同的實(shí)施例。例如，在下面的權(quán)利要求書(shū)中，所要求保護(hù)的實(shí)施例的任意之一都可以以任意的組合方式來(lái)使用。本發(fā)明的各個(gè)部件實(shí)施例可以以硬件實(shí)現(xiàn)，或者以它們的組合實(shí)現(xiàn)。
應(yīng)該注意的是上述實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行說(shuō)明而不是對(duì)本發(fā)明進(jìn)行限制，并且本領(lǐng)域技術(shù)人員在不脫離所附權(quán)利要求的范圍的情況下可設(shè)計(jì)出替換實(shí)施例。在權(quán)利要求中，不應(yīng)將位于括號(hào)之間的任何參考符號(hào)構(gòu)造成對(duì)權(quán)利要求的限制。單詞“包含”不排除存在未列在權(quán)利要求中的部件或組件。位于部件或組件之前的單詞“一”或“一個(gè)”不排除存在多個(gè)這樣的部件或組件。本發(fā)明可以借助于包括有若干不同部件的裝置來(lái)實(shí)現(xiàn)。在列舉了若干部件的權(quán)利要求中，這些部件中的若干個(gè)可以是通過(guò)同一個(gè)部件項(xiàng)來(lái)具體體現(xiàn)。單詞第一、第二、以及第三等的使用不表示任何順序?？蓪⑦@些單詞解釋為名稱(chēng)。
以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并非對(duì)本發(fā)明作任何形式上的限制，依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實(shí)質(zhì)對(duì)以上實(shí)施例所作的任何簡(jiǎn)單修改、等同變化與修飾，均仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案的范圍內(nèi)。
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