中國粉體網訊 相較于其他低膨脹石英玻璃，SiO2-TiO2石英玻璃的熱膨脹系數更低，在一定溫度范圍內甚至可以做到零膨脹或負膨脹，因此摻鈦石英玻璃又被稱為超低膨脹石英玻璃。超低膨脹石英玻璃具有極低的熱膨脹系數，是半導體光刻設備用光學元件、天文望遠鏡反射鏡、原子鐘腔體等高新技術領域的關鍵材料。
超低膨脹石英玻璃的制備方法
化學氣相沉積法
直接合成法又被稱為化學氣相沉積（CVD）法，等離子體化學氣相沉積（PVCD）法、管外氣相沉積法和氣相軸向沉積（VAD）法的主要原理都是基于氣相沉積法。
將含硅、含鈦的原料混合均勻后，通過氫氧氣燃燒器發生水解反應形成摻雜二氧化鈦的二氧化硅微粒，微粒由氣流引導沉積至坩堝內，通過旋轉及自由流動鋪滿坩堝，依靠坩堝控制成型即可得到超膨脹合成石英玻璃。硅原料主要選用含硅的有機化合物如四氯化硅、四氟化硅、八甲基環四硅氧烷等，鈦原料選用如四氯化鈦、四異丙氧基鈦、四（二甲氨基）鈦等。為使原料混合更加均勻，通常將原料預先進行氣化，以氣體狀態參與后續反應。在整個反應過程中包含氧化與水解兩類反應，相較于氧化反應，水解反應更容易發生，但當氧氣過量即氧氣和水蒸氣共存時，氧化反應和水解反應則可能會同時進行。
CVD法制備SiO2-TiO2玻璃
采用化學氣相沉積法制備SiO2-TiO2玻璃在一定程度上可以避免引入金屬雜質，但由于反應過程中有水蒸氣參與，導致使用該方法制備的SiO2-TiO2玻璃中羥基含量較高且難以控制。
間接合成法
氣相軸向沉積法和和管外氣相沉積法均屬于間接合成法，兩者的原理相同，主要區別在于燃燒器及沉積體的布置方式不同。其中，VAD法中沉積體的布置方式為立式，燃燒器固定在底部對準沉積體的底部端面進行沉積；OVD法的沉積體為臥式，在疏松體沉積過程中燃燒器做往復運動。
VAD法制備SiO2-TiO2玻璃
間接合成法首先將含硅和含鈦的原料分別氣化，在氣體狀態下將兩種原料混合均勻，然后使混合原料發生水解反應生成低密度的二氧化硅疏松體，隨后將疏松體在特定環境中進行二次燒結除去內部的水分及氣體最終形成玻璃體。與CVD法相比，間接合成法沉積過程所需溫度低，沉積效率高且摻雜量更為均勻，在燒結過程還可以根據需求對玻璃內部羥基缺陷進行控制，但受低溫沉積工藝水平的影響，目前制備大規格合成石英玻璃較為困難。
OVD法制備SiO2-TiO2玻璃
溶膠-凝膠法
溶膠-凝膠法是用含硅化合物和含鈦化合物（如硅烷和鈦酸酯溶液）在水性介質中發生水解反應，縮聚合成SiO2-TiO2溶膠，然后使溶膠老化形成SiO2-TiO2凝膠，干燥SiO2-TiO2凝膠形成多孔SiO2-TiO2主體，最后加熱SiO2-TiO2主體形成SiO2-TiO2玻璃。
超低膨脹石英玻璃的應用
半導體領域
近年來，隨著半導體集成電路的發展，制造半導體器件的光刻工藝也提升。隨著市場對半導體器件精度需求的提髙，半導體光刻工藝向極紫外光刻法發展，極紫外光刻必須使用反射式多層堆疊系統作為光掩模，但多層堆疊的方式導致光掩模最大反射率較低，未被反射的輻射在被光掩模吸收后以熱量的形式傳導至光掩模基板導致光掩模整體溫度提高。隨著使用時間的增加熱量不斷累積，嚴重時可以導致光掩模的變形。而輕微變形就會導致被照射晶片上的成像誤差，在芯片生產過程中造成嚴重的經濟損失。選擇熱膨脹系數接近于零的超低膨脹玻璃能夠有效地避免發生變形現象。
航空航天領域
在航空航天和天文學領域中，要求反射光學元件具備高度輕量化的特性，并且能夠在溫度波動時保持其面形精確度。鑒于卓越的熱穩定性、良好的可焊接性能和極高的抗變形強度，SiO2-TiO2玻璃是制備反射鏡的理想材料，可以應對多種極端使用環境，在國防工業、航空航天等領域具有不可替代的作用。
參考來源：
張寒等.超低膨脹合成石英玻璃關鍵制造工藝研究
王婷等.低膨脹石英玻璃的制備技術與發展趨勢
劉志龍等.超低膨脹玻璃的發展及應用
（中國粉體網編輯整理/初末）
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