近凈形熔凝二氧化硅玻璃制品及其制備方法技術

一種近凈形或凈形熔凝二氧化硅玻璃制品，如雷達屏蔽罩。所述制品這樣形成：將二氧化硅煙炱沉積到心軸上，所述心軸的形狀與熔凝二氧化硅玻璃制品的形狀相對應。在一些實施方式中，將二氧化硅煙炱沉積到心軸上之后，將心軸感應加熱到足以固結或燒結二氧化硅煙炱的溫度，形成熔凝二氧化硅玻璃。熔凝二氧化硅玻璃制品可具有處于壓縮狀態的外層和/或多個包含各種摻雜劑的層，所述摻雜劑能改變或影響物理、機械、電學和/或光學性質。

【技術實現步驟摘要】
【國外來華專利技術】
本專利技術涉及近凈形(near-net shape)或凈形(net shape)熔凝二氧化娃玻璃制品。具體地，本專利技術涉及用于導彈和其他射彈的雷達屏蔽罩，以及其他熔凝二氧化硅玻璃制品，如在高溫下具有高強度和低熱膨脹、用于制造硅晶片的坩堝。
技術介紹
高超音速導彈以5-7馬赫及更高的速度在大氣中穿行。這種導彈的鼻錐體(也稱作“雷達屏蔽罩”)中裝有雷達及其他靶向傳感器，例如紅外(IR)傳感器。在這樣的速度下，導彈部件可能在長達數分鐘的時間里遭受約1400°C或更高的溫度。雷達屏蔽罩在這樣的條件下必須保持電學和熱學性能。人們已經利用具有低熱膨脹系數的陶瓷玻璃如PYROCERAM 制造雷達屏蔽罩。然而，這種材料不能繼續滿足與更高的性能(例如提高的速度、耐候性)相關的機械要求。人們還對經壓制、旋轉澆鑄或粉漿澆鑄的熔凝二氧化硅煙炱作為雷達屏蔽罩材料進行了評價。雖然這種材料比PYROCERAM具有更高的耐熱性和更低的透射損耗，但它們的透濕性限制了用這種材料制成的雷達屏蔽罩保護封閉在其中的電子器件的能力。專利技術概述本專利技術提供了近凈形或凈形熔凝二氧化硅玻璃制品，如雷達屏蔽罩或三維物品，如用于硅芯片加工的坩堝及其他“器具”。所述制品這樣形成將二氧化硅煙炱沉積到心軸上，形成煙炱體，所述煙炱體的形狀與熔凝二氧化硅玻璃制品的形狀相對應。在一些實施方式中，將二氧化硅煙炱沉積到心軸上之后，將心軸感應加熱到足以固結或燒結二氧化硅煙炱的溫度，形成熔凝二氧化硅玻璃。熔凝二氧化硅玻璃制品可具有處于壓縮狀態的外層和/或多個具有不同密度或包含各種摻雜劑的層，所述摻雜劑能改變或影響物理、機械、電學和/或光學性質。因此，一方面，本專利技術提供了制備具有近凈形狀的熔凝二氧化硅玻璃制品的方法。該方法包括以下步驟提供心軸，其形狀與所述近凈形狀互補或對應；提供二氧化硅煙炱粒子；沉積二氧化硅煙炱粒子，形成包含所述二氧化硅煙炱粒子的二氧化硅煙炱體，并在心軸上至少部分原位燒結二氧化硅煙炱體，形成熔凝二氧化硅玻璃制品。第二方面，本專利技術提供了一種熔凝二氧化硅玻璃制品。所述熔凝二氧化硅玻璃制品具有相互平行的內表面和外表面，其中外層處于壓縮狀態。第三方面，本專利技術提供了一種形成具有近凈形狀的熔凝二氧化硅玻璃制品的系統。所述系統包括感應加熱源；與感應加熱源感應耦合的感應器心軸，其中感應器心軸具有對應于近凈形狀的形狀；二氧化硅煙炱源，其取向適合將二氧化硅煙炱導向心軸。從以下詳細描述、附圖和所附權利要求書能明顯地看出本專利技術的上述及其他方面、優點和顯著特征。附圖說明圖Ia是第一雷達屏蔽罩的橫截面示意圖；圖Ib是第二雷達屏蔽罩的橫截面示意圖；圖Ic是第三雷達屏蔽罩的橫截面示意圖；圖2是形成近凈形二氧化硅玻璃制品的系統的示意圖； 圖3是制備近凈形熔凝二氧化硅制品的方法的流程圖；以及圖4是近凈形熔凝二氧化硅制品的燒結方法的流程圖。專利技術詳述在以下描述中，相同的附圖標記表示附圖所示的若干視圖中相同或相應的部分。還應理解，除非另外指出，否則，術語如“頂部”、“底部”、“向外”、“向內”等是方便用語，不應視為限制性術語。此外，每當將一個組描述為包含一組要素中的至少一個要素和它們的組合時，應將其理解為所述組可以單個要素或相互組合的形式包含任何數量的這些所列要素，或者主要由它們組成，或者由它們組成。類似地，每當將一個組描述為由一組要素中的至少一個要素或它們的組合組成時，應將其理解為所述組可以單個要素或相互組合的形式由任何數量的這些所列要素組成。除非另外說明，否則，列舉的數值范圍同時包括所述范圍的上限和下限。從總體上參見附圖，并具體參見圖1，應理解舉例說明是為了描述本專利技術的具體實施方式，這些舉例說明不構成對本專利技術的說明書或權利要求書的限制。為了清楚和簡明起見，附圖不一定按比例繪制，所示的附圖的某些特征和某些視圖可能按比例放大顯示或以示意性方式顯示。雷達屏蔽罩需要長時間耐高溫的能力、全天候的耐久性以及電學和/或熱學性能特點。寬帶雷達屏蔽罩可容納用于寬帶探測的多個傳感器，以及更有效的窄帶搜索器。例如，這種雷達屏蔽罩可以使用多個搜索器組合，或者將來在無須更換或重新設計雷達屏蔽罩的情況下使用替代性搜索器。在雷達屏蔽罩的設計中所關注的電學性質包括透射損耗、帶寬和極化。空氣動力學因素可包括阻力、加熱和燒蝕性質，而機械因素包括重量、抗震性、振動、抗沖擊性和材料靜強度。材料的選擇會影響介電損耗、操作溫度、強度、抗沖擊性和制造容差。射頻(RF)特征、IR特征和光學觀察因素對雷達屏蔽罩的設計也有影響。從環境角度看，經受雨水侵蝕、冰雹或鳥類沖擊、靜電放電、雷擊、溫度、濕度、流體或真菌以及熱沖擊的能力是經常考慮的因素。最后，成本上的考慮，包括與研發、制造設施和測試相關的成本，也對雷達屏蔽罩的設計和裝備有影響。本領域已知的熔凝二氧化硅坩堝及其他“器具”用于制造硅晶片。這種制品具有高純度，通常經切割、組裝、澆鑄或壓制，形成能盛裝熔融二氧化硅的形狀。因此，本專利技術提供了凈形或近凈形熔凝二氧化硅玻璃制品。所述熔凝二氧化硅玻璃制品可用于需要高溫穩定性、化學惰性和低熱膨脹性的應用。在多個實施方式中，熔凝二氧化硅玻璃制品用作諸如導彈這樣的射彈的雷達屏蔽罩，用作對硅這樣的半導體材料進行高溫加工的器具(例如坩堝)，用作晶片步進機器具，用作極遠紫外輻射應用的外殼材料，等坐寸O本文所用的術語“熔凝二氧化硅”是指密度約為全致密化熔凝二氧化硅玻璃密度的50%-100%的二氧化硅或摻雜二氧化硅。在一個實施方式中，熔凝二氧化硅玻璃制品是雷達屏蔽罩，即用來容納雷達天線、通信天線、傳感器等的堅固薄殼。在具體的實施方式中，玻璃制品是用于諸如導彈這樣的射彈的雷達屏蔽罩或鼻錐體。在多個實施方式中，雷達屏蔽罩可透過不同波長和頻率的電磁輻射，如無線電波、紅外輻射等。圖Ia顯示了第一雷達屏蔽罩的橫截面示意圖。雖然下面的討論所描述的是雷達屏蔽罩的性質和結構，但應當理解，該描述同樣適用于其他凈形和近凈形熔凝二氧化硅玻璃制品，例如但不限于上面所述的那些制品。第一雷達屏蔽罩100具有基本上相互平行的內表面110和外表面120，通常容納如上所述的通信或傳感器設備 150。在一個實施方式中,外表面120包含外層122,所述外層122處于壓縮狀態,特別是在高于室溫(即高于約25°C)的溫度下。外層122的壓縮可通過在外層122中摻雜高達10重量％的氧化鈦(TiO2)來實現，并通過雷達屏蔽罩100余下部分的拉伸力來平衡。氧化鈦的加入使外層122的熱膨脹系數(CTE)接近于或等于零。當導彈達到并維持高速時，由于外層122中存在TiO2，外表面120或外層122與第一雷達屏蔽罩體100余下部分之間的CTE之差在外表面120內產生壓縮應力，該壓縮應力達到的層深度(DOL)等于外層122的厚度。外層122的厚度限定了第一雷達屏蔽罩100抗裂和抗刮擦的程度。在一些實施方式中，熔凝二氧化硅玻璃制品包含基本上相互平行的多個層，如圖Ib中第二雷達屏蔽罩102的示意圖所示。熔凝二氧化硅玻璃制品/雷達屏蔽罩100的組成在層與層之間以及沿著二氧化硅玻璃制品的厚度稍有變化。例如，第一層130可包含至少一種摻雜劑，例如但不限于氧化鈦、氧化鍺及其氧化物，金屬硒化物或硫化物(例如ZnS或ZnSe)，它們本文檔來自技高網...

【技術保護點】

【技術特征摘要】
【國外來華專利技術】...

【專利技術屬性】
技術研發人員：D·霍托夫，W·P·托馬斯，
申請(專利權)人：康寧股份有限公司，
類型：
國別省市：