制备合成石英玻璃砣的沉积炉的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及石英玻璃砣制备技术领域，尤其涉及一种制备合成石英玻璃砣的沉积炉。
【背景技术】
[0002]高均匀合成石英玻璃是航天、核技术、激光、精密仪器等高科技领域的不可替代的关键基础材料，光学不均匀严重影响光学系统的成像质量。
[0003]目前，合成石英玻璃砣的熔制方法主要有卧式沉积炉化学气相沉积法和立式沉积炉化学气相沉积法。由于卧式沉积炉化学气相沉积法无法生产大尺寸、高重量的石英玻璃砣，且炉温低、能耗大且效率低，已逐步被立式沉积炉化学气相沉积所取代。现有立式沉积炉化学气相沉积技术中，主要是通过将氢气和氧气在燃烧器中燃烧产生水蒸气后与燃烧器下料管中气态四氯化硅反应产生二氧化硅颗粒，二氧化硅颗粒直接沉积在基础杆上形成石英玻璃蛇。在沉积石英玻璃蛇过程，通过尚温恪融的石英玻璃蛇的尚心力和重力作用，被迫使中心的石英玻璃逐步向边部扩散而生长成形，以便得到较大直径的石英玻璃砣。而为了保证石英玻璃砣的稳定成形，必然要求沉积砣面存在一定的温度梯度，否则如果中心与边部温度一致，玻璃液在高温下会无限的流动，造成石英玻璃砣无法成形。因此，采用该方法沉积合成石英玻璃，不管设置多少个燃烧器，均要求沉积面的温度梯度至少在200°C以上。
[0004]沉积面的温度梯度会使石英玻璃砣的中心到边部的结构存在较大差异，如石英玻璃的羟基含量沿中心到边部逐渐降低，这导致了石英玻璃的折射率、密度等分布不均匀，进而影响石英玻璃的沉积面方向的结构均匀性。同时，采用该沉积炉制造石英玻璃砣的沉积机理是依靠离心力和重力作用被迫由中心逐步向边部扩散而形成的，即整个沉积面为正态分布形态，导致石英玻璃砣的纵向分布出现层状现象，严重影响了其纵向结构均匀性。因此，采用现有的沉积炉制造的石英玻璃砣都存在结构不均匀的现象，进而影响石英玻璃的一维和三维的光学均匀性、应力等性能，最终破坏航天、核技术、精密仪器等领域精密光学系统的成像质量。
【实用新型内容】
[0005]有鉴于此，本实用新型实施例提供一种制备合成石英玻璃砣的沉积炉，主要目的是提高石英玻璃蛇组分分布的一致性，生产出径向与轴向结构均勾的石英玻璃石它。
[0006]为达到上述目的，本实用新型主要提供如下技术方案:
[0007]—方面，本实用新型实施例提供了一种制备合成石英玻璃砣的沉积炉，包括:
[0008]炉体，所述炉体由炉顶、炉壁和炉底组成，所述炉顶、炉壁和炉底围成炉膛；
[0009]燃烧器，设置于炉顶；
[0010]基础杆，自所述炉底垂直伸入到所述炉膛内，所述基础杆可相对于炉体在垂直方向上移动，所述基础杆可以其轴线为旋转轴转动；
[0011]沉积池，设于基础杆的顶部，与基础杆固定连接，所述沉积池由底面和侧壁围成，所述沉积池作为石英玻璃砣的沉积容器。
[0012]作为优选，所述沉积池的侧壁与底面的角度为90°?150°。
[0013]作为优选，所述沉积池的材质为耐火材料，所述耐火材料为氧化铝、氧化锆或锆石英。
[0014]作为优选，所述炉膛内围绕沉积池的外围设有用于提高石英玻璃沉积砣边缘温度的辅助加热装置。
[0015]作为优选，所述辅助加热装置为电阻丝加热、高温加热棒或氢氧火焰燃烧器。
[0016]作为优选，所述辅助加热装置与沉积池之间设置一圈炉衬，所述炉衬上具有多个导热通孔，导热通孔的直径为2mm?20mmo
[0017]作为优选，所述炉衬采用碳化硅、氮化硅或氧化铝制成。
[0018]作为优选，所述燃烧器与垂直线的夹角为0°?45°。
[0019]作为优选，所述燃烧器的个数不超过2个。
[0020]作为优选，所述燃烧器的出口与沉积砣面之间的距离为200mm?400mm，沉积过程中燃烧器出口至沉积面的距离恒定。
[0021]作为优选，沉积炉的底部设置I?4个尾气排风口，并采用强制排风装置，使沉积炉膛内产生的尾气有序排出，保证沉积炉膛内气流场的稳定，以及使沉积炉膛内形成微正压，防止外界空气进入沉积炉膛内。
[0022]与现有技术相比，本实用新型的有益效果在于:
[0023]本实用新型实施例提供的制备合成石英玻璃砣的沉积炉通过采用凹型的沉积池，代替现有技术中平面或弧形的沉积基底，进而避免沉积过程要求沉积砣面存在温度梯度才能保证石英玻璃砣的稳定形成，而可大大提高石英玻璃砣沉积过程的温度及温度分布均匀性，减少了石英玻璃砣边缘与沉积砣面中心的温度差，保证了沉积砣面温度分布的均匀一致性，这样使化学气相合成形成的二氧化硅颗粒沉积在更高温度下继续熔化并在凹形的沉积池中扩散和沉积，进而改善石英玻璃中羟基等组分沿径向与轴向分布均匀，从而提高石英玻璃的结构均匀性。
【附图说明】
[0024]图1为本实用新型实施例1的沉积炉的结构示意图。
[0025]图2为本实用新型实施例2的沉积炉的结构示意图。
[0026]图3为本实用新型实施例3的沉积炉的结构示意图。
【具体实施方式】
[0027]下面结合具体实施例对本实用新型作进一步详细描述，但不作为对本实用新型的限定。在下述说明中，不同的“一实施例”或“实施例”指的不一定是同一实施例。此外，一或多个实施例中的特定特征、结构、或特点可由任何合适形式组合。
[0028]图1至图3为本实用新型不同实施例的沉积炉的结构示意图。如图1至图3所示，制备合成石英玻璃砣的沉积炉，包括:
[0029]炉体，炉体由炉顶5、炉壁7和炉底10组成，炉顶5、炉壁7和炉底10围成炉膛11 ；
[0030]燃烧器4，设置于炉顶5 ；
[0031]基础杆8，自炉底10垂直伸入到炉膛11内，基础杆8可相对于炉体在垂直方向上移动，基础杆可以其轴线为旋转轴转动；
[0032]沉积池I，设于基础杆8的顶部，与基础杆8固定连接，沉积池I由底面和侧壁围成，沉积池I作为石英玻璃砣的沉积容器。
[0033]本实用新型实施例的制备合成石英玻璃砣的沉积炉通过采用凹型的沉积池，代替现有技术中平面或弧形的沉积基底，因此在沉积过程中二氧化硅在沉积池内自由扩散和沉积，沉积面无需温度梯度，可以大大提高石英玻璃砣沉积过程的温度及温度分布均匀性，减少了石英玻璃砣边缘与沉积砣面中心的温度差，保证了沉积砣面温度分布的均匀一致性，使化学气相合成形成的二氧化硅颗粒沉积在凹形的沉积池中，在更高温度下继续熔化与扩散，进而改善石英玻璃中羟基等组分沿径向与轴向分布均匀，从而提高石英玻璃的结构均匀性。本实用新型实施例中，可以使沉积面的温度提高到1300°C?1800°C，即沉积面温度最低为1300°C，改变了现有技术中沉积面的边缘的温度必须低于1300°C的限制，本实用新型实施例中，沉积面的边缘的温度可提高至1600°C以上，保证沉积砣面的温度分布均匀性、减少温度梯度，保证了二氧化硅的自由扩散，提高了石英玻璃砣的均匀性。
[0034]作为上述实施例的优选，沉积池I的侧壁与底面的角度为90°?150°，有利于气流场的稳定与顺畅，以及保证石英玻璃砣可以在高温下成形，避免沉积过程必须要求沉积砣面存在一定的温度梯度的要求。如图1所示的实施例中沉积池I的侧壁与底面的角度为120° ;图2所示的实施例中沉积池I的侧壁与底面的角度为140° ;图3所示的实施例中沉积池I的侧壁与底面的角度为90°。沉积池I的材质为耐火材料，沉积池I的具体材料可选用氧化铝、氧化锆和锆石英等。保证沉积池I在高温下的强度，实现制备过程中作为二氧化硅沉积基底的功能。
[0035]作为上述实施例的优选，炉膛11内围绕沉积池I的外围设有用于提高石英玻璃沉积砣边缘温度的辅助加热装置3。辅助加热装置3可以提高石英玻璃沉积砣边缘的温度同时提高沉积面的整体温度，减小沉积面的温度梯度，使沉积面中心至边缘的温度尽可能一致，进一步保证了石英玻璃中羟基等组分沿径向与轴向分布均匀，从而提高石英玻璃的结构均匀性。辅助加热装置3在最多两个燃烧器4的情况下提高了沉积面的温度，较高的沉积温度使二氧化硅在沉积过程中自由扩散，保证了石英玻璃中羟基等组分沿径向与轴向分布均匀。辅助加热装置3的加热方式可以是电阻丝加热方式、高温加热棒加热方式或氢氧火焰加热方式等，具体采用的加热装置可以为高温加热棒(图1所示实施例)、电阻丝(图2所示实施例)或氢氧火焰燃烧器(图3所示实施例)等。辅助加热装置3避免了现有技术中通过增加燃烧器4的数量增加沉积温度而造成炉膛内气流场的紊乱的问题。在沉积过程中各燃烧器间的气流和火焰等相互干扰影响，扰乱炉膛内的气流场。影响了石英玻璃砣的稳定沉积，并造成石英玻璃砣内形成气泡、不均匀等严重质量缺陷，使制得的石英玻璃砣无法