專利名稱：從不透明石英玻璃和致密封閉層的基體生產(chǎn)復(fù)合體的方法
從不透明石英玻璃和致密封閉層的基體生產(chǎn)復(fù)合體的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及從不透明石英玻璃和致密封閉層的基體生產(chǎn)復(fù)合體的 方法。
石英玻璃部件通常經(jīng)受高的熱負(fù)載和化學(xué)侵蝕環(huán)境。對(duì)于此類應(yīng)用 來(lái)說(shuō)，良好的熱絕緣，高溫穩(wěn)定性或抗熱沖擊性以及高的耐化學(xué)品性和 沒(méi)有任何污染都起著重要作用。對(duì)于此類石英玻璃部件的使用壽命以 及在此類部件中不存在顆粒有著日益更高的要求。
至于石英玻璃部件的使用壽命，在接近表面區(qū)域中不存在氣泡起 著重要作用。例如，首先關(guān)閉和然后在使用過(guò)程中由于材料的取出而 打開(kāi)的氣泡常常是為什么雜質(zhì)或顆粒離去的原因，這會(huì)終止用于顆粒 敏感應(yīng)用的部件的使用壽命。
現(xiàn)有技術(shù)
由合成石英玻璃組成的石英玻璃部件的使用能夠特別被推薦在半 導(dǎo)體生產(chǎn)中用于防止污染。與其相比而言較低成本的備選方案已描述
在DE698 06 628 T2中，它還公開(kāi)了用于半導(dǎo)體制造的石英玻璃部件和 根據(jù)上述類型的方法。這一 出版物建議在預(yù)先在單獨(dú)的方法步驟中從 天然原材料生產(chǎn)的石英玻璃部件之上制造得自合成石英玻璃的致密 層。為此目的，在沉積燃燒器中通過(guò)含硅起始組分的火焰水解反應(yīng)生 產(chǎn)Sl02顆粒，然后該顆粒沉積在部件的表面上并且立即在該處發(fā)生玻 璃化，從而形成了合成石英玻璃的透明、無(wú)氣泡、致密和光滑的密封 層。
通過(guò)沉積燃燒器和所要涂覆的部件表面相對(duì)于彼此的相對(duì)運(yùn)動(dòng)來(lái) 形成該密封層，其中層生長(zhǎng)取決于實(shí)際沉積速率和子層的數(shù)量。
通過(guò)該沉積過(guò)程所進(jìn)行的密封層的制備，尤其均勻?qū)雍穸鹊目稍?現(xiàn)制備，是繁瑣的并且在裝置和時(shí)間上需要大的投入。
在由滑移劑澆鑄方法生產(chǎn)的多孔生坯上生產(chǎn)致密和透明密封層的 再一種方法已描述在DE 44 40 104 C2中。在這一方法中，生產(chǎn)99.9% Si02的化學(xué)純度的Si〇2顆粒的水性懸浮液并澆鑄到石膏模具中，然 后，以這種方法獲得的生坯在爐中加熱到在1,35(TC至1,45(TC范圍內(nèi)的 燒結(jié)溫度并且在這 一 方法中被燒結(jié)成不透明石英玻璃的基體
5(Grundk6rper)。隨后，基體的表面利用氬氧焰一皮局部加熱到在1,650°C 至2,200°C范圍內(nèi)的高溫，使得不透明的基礎(chǔ)材料在厚度約0.5 mm的近 表面區(qū)域中^f皮轉(zhuǎn)化成透明石英玻璃。
然而已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，用這一方法無(wú)法實(shí)現(xiàn)大于2 mm的透明層厚度。玻 璃化透明密封層顯然4艮難以合適的方式加熱底下層。這一問(wèn)題不能通 過(guò)提高火焰溫度來(lái)解決，因?yàn)檫@些會(huì)導(dǎo)致部件的塑性變形和氣態(tài)一氧 化硅(SiO)的蒸發(fā)。此外，在高溫下的玻璃化能夠誘導(dǎo)可導(dǎo)致部件變形 的應(yīng)力。
上述類型的方法可乂人DE 10 2004 052 312 Al中獲知。所以建i義不 透明石英玻璃的基體應(yīng)該提供有表面層，其中具有從DE 44 40 104 C2 中獲知的那些性能的Si02滑移劑被用作滑移劑層，然后千燥和玻璃 化，形成了透明或不透明覆蓋層。該目標(biāo)是復(fù)合體(Verbundk6rper)的高
度耐蝕刻性。
然而已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，在滑移劑層的玻璃化過(guò)程中基體的底下不透明材 料也一皮改性并且會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力和變形。
因?yàn)榛苿茶T方法本身允許部件的低成本制造，還允許復(fù)雜幾 何結(jié)構(gòu)的制造，所以希望最大程度減少在從具有致密封閉層的石英玻 璃生產(chǎn)復(fù)合體的過(guò)程中遇到的缺陷。
技術(shù)目的
因此本發(fā)明的目的是指明一種方法，利用該方法不透明石英玻璃 的基體能夠提供有致密封閉層，但無(wú)需注意在不透明材料中的顯著變 化和變形。
(a) 通過(guò)使用含有第一種分散液體和粒度不超過(guò)500 pm的第一種 無(wú)定形Si02顆粒的第一種滑移劑來(lái)生產(chǎn)基體，其中粒度在lMm和60 jum之間的顆粒占有最大固體體積分?jǐn)?shù)，第一種滑移劑含有第一個(gè)定 量含量的粒度低于100nm的Si02納米顆粒并且它以第一種較高的玻璃 化溫度為特征；
(b) 提供含有第二種分散液體和粒度不超過(guò)100 jum的第二種無(wú)定 形Si02顆粒的第二種滑移劑，其中粒度在1 Mm至40jum之間的顆粒占 有最大的固體體積分?jǐn)?shù)，并且該第二種滑移劑的組成與第 一 種滑移劑 的組成的區(qū)別至少在于該第二種滑移劑含有第二個(gè)定量含量的Si02納米顆粒，在0.2wt。/。到15wt。/。之間該第二個(gè)定量含量大于第一個(gè)定量含 量(每次基于總固體含量)，和它以第二種較低的玻璃化溫度為特征；
(c) 在基體的表面上從第二種滑移劑生產(chǎn)滑移劑層，干燥該滑移劑
層，
(d) 和隨后使滑移劑層發(fā)生玻璃化，從而形成致密封閉層。
體。該石英玻璃是不透明的或半透明的。笫二種滑移劑例如通過(guò)浸 漬、噴霧、刮刀展開(kāi)或絲網(wǎng)印刷方法被施涂。滑移劑的稠度被調(diào)整與 各施涂法相適應(yīng)并且是在自由流動(dòng)(leichtfliissig )到糊狀的范圍。
在本發(fā)明的方法中，該復(fù)合體完全地通過(guò)"滑移劑途徑，，來(lái)生 產(chǎn)。然而，與已知的方法不同，在它們的相對(duì)于它們的特定3皮璃4匕溫 度而言的特性上不同的各種滑移劑量分別用于生產(chǎn)該基體和該密封 層。本發(fā)明的主要方面在于提供一些措施，該措施增大了這些滑移劑 的特定玻璃化溫度的差異。
不同玻璃化溫度的措施在于在較低溫度下玻璃化的第二種滑移劑 另外含有用于形成密封層的Si〇2納米顆粒或它含有比用于生產(chǎn)基體的 第一種滑移劑更多的Sl02納米顆粒。更確切地說(shuō)，在第二種滑移劑中 在0.2wt。/。至15wt。/。之間的Si02納米顆粒的定量分?jǐn)?shù)高于在第一種滑移 劑中的相應(yīng)定量分?jǐn)?shù)。第二種滑移劑含有給定量的Sl02納米顆粒，與 此不同在第一種滑移劑中Si〇2納米顆粒的定量用量可以是小的并且可 以接近零。
Si02納米顆粒:帔理解是粒度在幾個(gè)納米到100nm范圍內(nèi)的Si02顆 粒。此類納米顆粒典型地由幾千個(gè)Si02單元組成并且具有40-800 m2/g,優(yōu)選在55-200 m2/g之間的BET比表面積。
實(shí)現(xiàn)不同的玻璃化溫度的再一個(gè)措施是在較低溫度下玻璃化的第 二種滑移劑具有這樣一種粒度分布，其中在1 jum至40jum之間的較小 顆粒占有最大的體積分?jǐn)?shù)。
因?yàn)榛w和滑移劑層的玻璃化溫度是不同的，所以這就在 一 方面 允許該滑移劑層在較低溫度下玻璃化，這樣較少的應(yīng)力被引入到該基 體中，并且避免了基體的變形。另一方面，密封層的形成成為可能， 該層在其化學(xué)、機(jī)械和特別光學(xué)性質(zhì)上明顯不同于基體的那些性質(zhì)。 雖然基體和密封層由石英玻璃制成，但是在它們之間形成了清晰邊界但沒(méi)有較大過(guò)渡區(qū)；這例如會(huì)增強(qiáng)漫反射的效率。另外，密封層的主
要功能必須在以下事實(shí)中看出它密封該基體的朝向外面的開(kāi)孔，并
施中保護(hù)該基體的不透明石英玻璃。
在本發(fā)明的意義之內(nèi)的密封層是以閉孔孔隙率和較高密度為特征 并且它是半透明或透明的。相反，該基體的不透明或至少部分地不透
明的石英玻璃用作熱阻隔層。不透明石英玻璃通常是白色的，反射紅 外輻射并因此表現(xiàn)良好的絕熱作用。
干燥滑移劑層的玻璃化過(guò)程一般不僅通過(guò)玻璃化溫度來(lái)定義，而 且更多地也通過(guò)玻璃化持續(xù)時(shí)間來(lái)定義。在較高的溫度下玻璃化就一皮 加速。在本發(fā)明的意義之內(nèi)重要的是，用于形成密封層的滑移劑層在 相同玻璃化持續(xù)時(shí)間和相同玻璃化溫度下比基體的石英玻璃更致密和 更透明。密度差異越大，密封層越高效。僅僅為了可能的對(duì)比的目 的，在本發(fā)明的意義之內(nèi)的滑移劑-特定玻璃化溫度一皮定義為這樣一種
溫度，在該溫度下具有l(wèi)mm的厚度并且在爐中于9(TC下空氣干燥2小 時(shí)的干燥時(shí)間的滑移劑層將在空氣中4個(gè)小時(shí)的時(shí)間的后續(xù)玻璃化過(guò)程 中變得如此透明，以致于它在600 nm到2650 nm之間的波長(zhǎng)范圍內(nèi)具 有至少60%的光譜透射率。
干燥的滑移劑層利用局部加熱例如利用火焰或激光的玻璃化是用 較低的能量輸入完成的并且當(dāng)必須擔(dān)心基體的變形或其它變化時(shí)是特 別優(yōu)選的。
當(dāng)?shù)诙N滑移劑含有在0.5wt。/o至8wty。之間，和特別優(yōu)選在lwt% 和4wt。/。之間的Si〇2納米顆粒(基于總固體含量)時(shí)證明是有利的。
該Si02納米顆粒導(dǎo)致滑移劑層的固結(jié)和同時(shí)玻璃化溫度的下降。 另外，該Si〇2納米顆粒有助于提高干燥滑移劑的初始強(qiáng)度 (Griinfestigkeit)，這有利于處理并且減少在干燥和玻璃化過(guò)程中裂紋 的形成。這對(duì)于具有低于100 nm,優(yōu)選低于50 nm的粒度的Si02納米 顆粒特別是如此。
平均起來(lái)，第二種滑移劑含有比第一種滑移劑少得多的Si02顆 粒。當(dāng)在第二種滑移劑中粒度在1 (im和30Mm之間的無(wú)定形Si02顆粒 占有最大固體體積分?jǐn)?shù)時(shí)發(fā)現(xiàn)是有用的。
優(yōu)選地，第二種滑移劑的第二種無(wú)定形Si02顆粒具有通過(guò)低于40M m、優(yōu)選低于30 y m和特別優(yōu)選低于15 ju m的D5。值來(lái)表征的粒度分布。
在該粘度范圍的Si02顆粒允許第二種滑移劑的特別高的固體含量 的設(shè)定并且顯示出理想的玻璃化特性，使得相應(yīng)的滑移劑層能夠在特 別低的溫度下玻璃化。
與其相比，第一種滑移劑的無(wú)定形Si02顆粒優(yōu)選具有通過(guò)比第二
種滑移劑的粒度分布的D50值更大的一種D50值來(lái)表征的粒度分布。這
一措施也將增大在第 一種滑移劑和第二種滑移劑之間在玻璃化溫度上 的差異。
第二種滑移劑的固體含量?jī)?yōu)選被設(shè)定到盡可能高。為此目的，第 二種無(wú)定形Si02顆粒具有多才莫態(tài)粒度分布，具有在0.5nm至3ym范 圍、優(yōu)選1 jam至3 nm范圍的尺寸分布(Dso值)的第一個(gè)最大值，并且 具有在5ium至40ium范圍、優(yōu)選5 ju m到15 pm范圍的第二個(gè)最大值。
這種具有至少兩個(gè)、優(yōu)選三個(gè)或更多個(gè)分布最大值的多模態(tài)粒度 分布有利于第二種滑移劑的高固體密度的設(shè)定，據(jù)此在干燥和燒結(jié)過(guò) 程中的收縮率和因此裂紋形成的風(fēng)險(xiǎn)都減少。例如，具有2, 5, 15, 30和40 ja m的050值的粒度分布可以單獨(dú)或相結(jié)合使用。
當(dāng)?shù)诙N滑移劑的至少90wt。/。的第二種無(wú)定形Si02顆粒制成球形 時(shí)已發(fā)現(xiàn)是特別有利的。
球形顆粒有助于設(shè)定滑移劑中的高固體密度，使得在干燥和玻璃 化過(guò)程中應(yīng)力得到減少。理想地，第二種滑移劑的全部Sl02顆粒^皮制 成球形。
比4交來(lái)it,優(yōu)選地，第一種滑移劑的至少50wt。/。的無(wú)定形Si02顆 粒是以碎裂形式存在，其中該顆粒是通過(guò)Si〇2起始粒料的濕磨來(lái)生產(chǎn) 的。
無(wú)定形顆粒在這里是通過(guò)濕磨Sl02粒料來(lái)生產(chǎn)的，并且它們具有 在上述范圍內(nèi)的粒度分布。此類無(wú)定形Si02顆粒在干燥過(guò)程中顯示出 較低的收縮率。因此，該基體的滑移劑能夠被干燥和玻璃化但沒(méi)有裂
縫的形成，這另外也可從現(xiàn)有技術(shù)中獲知。另外，由于碎裂Sl02粒料
的存在，生坯的機(jī)械強(qiáng)度在干燥之后提高，這在較厚基體中以正面方 式特別關(guān)注。另夕卜，由于用于制備基體的具有主要碎裂形態(tài)的無(wú)定形Sl02顆粒與 用于制備密封層的具有主要球形形態(tài)的無(wú)定形Sl02顆粒的相結(jié)合使 用，在燒結(jié)性狀上和因此同時(shí)在相近石英玻璃質(zhì)量的所得光學(xué)性質(zhì)上 也有差異，這會(huì)促進(jìn)輪廓清晰的邊界的形成但在接觸表面的周圍沒(méi)有 任何大的過(guò)渡區(qū)。
當(dāng)在滑移劑層的生產(chǎn)過(guò)程中第二種滑移劑的固體含量(Sl02顆粒和
Si02納米顆粒一起的重量比例)是在80wtQ/。和90wt。/o之間并且優(yōu)選是至 少83wt。/。時(shí)已發(fā)現(xiàn)是有利的。
高的固體含量有助于均勻的和低的收縮率，使得干燥和燒結(jié)裂紋 得以避免。因此，能夠用高固體含量的滑移劑生產(chǎn)較大厚度的滑移劑
層。另一方面，第二種滑移劑的適用性在大于90%的非常高的固體含 量下則會(huì)下降。
有利地，第二種無(wú)定形Sl02顆粒和該Sl02納米顆粒由合成Sl02組成。
合成Si02體現(xiàn)特征于高純度。以這種方法生產(chǎn)的密封層的石英玻 璃因此顯示低于l wtppm(可能的摻雜劑除夕卜)的雜質(zhì)含量，這樣它在大 約至多約180 nm的波長(zhǎng)的UV范圍中顯示出小的吸收，并因此4艮少損 害基體的反射性質(zhì)。這對(duì)于UV波長(zhǎng)范圍特別是如此。另外，高純度的 密封層防止雜質(zhì)從基體中離開(kāi)并且因此還允許較低純度的更廉價(jià)基體 也可用于雜質(zhì)敏感的應(yīng)用中，例如用于半導(dǎo)體生產(chǎn)中。
分散液體可以基于水基的。這對(duì)于形成基體的第 一種滑移劑的生
產(chǎn)是特別有利的。此類滑移劑的水相的極性特性對(duì)于Sl02顆粒的相互
作用具有有利的影響作用。
然而，對(duì)于根據(jù)本發(fā)明的第二種滑移劑，第二種分散液體優(yōu)選基 于有機(jī)溶劑，優(yōu)選基于醇。
因此與含水的滑移劑相相比，明顯更快地進(jìn)行干燥。這會(huì)節(jié)省時(shí) 間并且更快地將滑移劑層固定到基體上，這樣防止了滑移劑層的流 出。該加工時(shí)間能夠通過(guò)將少量的水(低于30體積％)添加到分散液體中 來(lái)作調(diào)整以便與各自要求相適應(yīng)。
優(yōu)選地，第二種無(wú)定形Si02顆粒的Si02含量是至少99.9wt%。
通過(guò)使用此類顆粒所生產(chǎn)的滑移劑的固體含量由至少99.9wt%的 Sl02(摻雜劑的添加除外)組成。粘結(jié)劑和其它添加劑一般不需要，并且理想地，它們也不包含在其中。金屬氧化物雜質(zhì)的含量?jī)?yōu)選是低于1
wt卯m。用于密封層的石英玻璃的純度通常高于基體的石英玻璃的純 度。在該基體中Si〇2顆粒通常由提純的、天然的原材料組成，這已描 述在上述DE 44 40 104 C2中。
當(dāng)在第一種和第二種玻璃化溫度之間的差異是至少4crc,優(yōu)選至
少6(TC時(shí)，證明是有利的。
在兩個(gè)玻璃化溫度之間的差異越大，在多孔基體上致密和透明密 封層的形成越容易，且沒(méi)有任何畸變或顯著的再燒結(jié)。另一方面，在 玻璃化溫度上的重大差異通常通過(guò)不同玻璃的熱膨脹系數(shù)上的差異來(lái) 實(shí)現(xiàn)，這進(jìn)而對(duì)致密密封層的粘合性有不利影響。在玻璃化溫度上的
差異因此優(yōu)選不高于150°C。
在這方面，當(dāng)千燥滑移劑層通過(guò)加熱至在IOO(TC至1460。C之間和 優(yōu)選在120(TC至144(TC之間的溫度進(jìn)行玻璃化時(shí)，這證明是有利的。
這里重要的是，基體的石英玻璃是不透明的并且因此保留了漫反 射性，而密封層經(jīng)過(guò)燒結(jié)變成致密的且沒(méi)有任何開(kāi)孔孔隙率。如果強(qiáng) 調(diào)所生產(chǎn)的復(fù)合體的高密度、沒(méi)有孔隙和對(duì)蝕刻的高抵抗性，則密封層 的完全透明是優(yōu)選的實(shí)施方案。
當(dāng)在滑移劑層的形成過(guò)程中基體作為多孔生坯存在時(shí)，證明是有 利的。
從第二種滑移劑制成的滑移劑層被施涂于通過(guò)滑移劑途徑生產(chǎn)的 非玻璃化生坯上，正如以上所述。生坯和滑移劑層的復(fù)合結(jié)構(gòu)然后玻 璃化。這一方法變型具有以下優(yōu)點(diǎn)在給定的玻璃化溫度，例如1430 °C,滑移劑層早已被玻璃化成為透明密封層，而生坯仍然是不透明 的。因此，僅僅需要單個(gè)玻璃化過(guò)程來(lái)制造由基體和密封層形成的復(fù) 合體。
在該方法的備選和同樣優(yōu)選的變型中，在滑移劑層的形成中存在
不透明石英玻璃的基體。
由第二種滑移劑形成的層這里纟皮施涂于早已預(yù)玻璃化的基體上。
該方法的這一變型允許基體的在先和精確的處理，而這對(duì)于多孔生坯 的情況來(lái)說(shuō)將是不可能容易的，這是因?yàn)槎嗫咨鞯牡蜋C(jī)械穩(wěn)定性。 更具體地說(shuō)，該基體4皮構(gòu)型設(shè)計(jì)為薄壁的、不透明的、 一幾械切削的或 研磨的板。一種方法變型是優(yōu)選的，在該方法中按照相繼的順序通過(guò)重復(fù)上 述方法步驟(b)和(C)來(lái)形成透明的密封層，其中分別使用的第二種滑移 劑的粒度分布越來(lái)越多地偏向更細(xì)的粒狀。
該密封層在這里按照相繼的順序生產(chǎn)，其中首先使用含有較粗糙 顆粒的第二種滑移劑，據(jù)此在基體中存在的開(kāi)孔被封閉。于是， 一次 或重復(fù)地施涂其它滑移劑層，其中該滑移劑是以較細(xì)的粒度分布為特 征。這使得有可能產(chǎn)生光滑的表面。這一程序適合于形成盡可能厚的 密封層，或形成包括具有特殊性質(zhì)的中間層的密封層。
在滑移劑層的每一次施涂后，該涂層被干燥。然而，當(dāng)滑移劑層 至少熱固結(jié)到輕微的程度時(shí)已證明是有利的-雖然這里固結(jié)不需要進(jìn) 行到將會(huì)透明的程度。
特別對(duì)于在UV波長(zhǎng)范圍的高反射，該方法變型發(fā)現(xiàn)是有用的，其
中在基體和密封層之間形成在uv波長(zhǎng)范圍中有高反射率的合成石英玻
璃的不透明中間層。
在UV波長(zhǎng)范圍中的高反射率(例如大于90%)預(yù)示了石英玻璃的不 透明性和極高的純度。對(duì)于基體的石英玻璃來(lái)說(shuō)最后提到的先決條件 通常沒(méi)有滿足，這樣基體在UV波長(zhǎng)范圍中不反射。在該方法變型中， 在基體上生產(chǎn)中間層，該中間層滿足兩個(gè)上述先決條件。通過(guò)使用合 成法生產(chǎn)的Si02來(lái)確^呆純度；這里應(yīng)該特別纟是及4皮氧化鋰的輕樣么污 染。鋰的含量是低于100 wtppb,優(yōu)選低于20wtppb。中間層的不透明 性例如通過(guò)如下來(lái)實(shí)現(xiàn)無(wú)定形Si02粒狀被選擇是較粗粒狀的和/或沒(méi) 有或?qū)⑸倭康腟i〇2納米顆粒添加到所述滑移劑中。
尤其對(duì)于復(fù)合體在半導(dǎo)體制造中的使用，其中在反應(yīng)性刻蝕加工 介質(zhì)之下應(yīng)用，當(dāng)增強(qiáng)石英玻璃的抗蝕刻性的摻雜劑被添加到第二種 滑移劑中時(shí)已證明是有利的。
合適的摻雜劑是鋁，氮和稀土金屬，其中該金屬通常作為氧化物 或氮化物存在于石英玻璃中。
當(dāng)使用板狀基體和提供密封層時(shí)已證明是有利的。
該基體在這里是作為具有平面型表面的任何所需幾何結(jié)構(gòu)(環(huán)，矩 形，圓形等)的板存在，并且它通過(guò)滑移劑澆鑄法獲得。板形式直接由 滑移劑澆鑄方法預(yù)先確定，或它是隨后通過(guò)以機(jī)械方式處理由滑移劑 澆鑄法獲得的成形體來(lái)生產(chǎn)的。該基體的表面完全地或部分地提供密封層；這里優(yōu)選至少一個(gè)或 兩個(gè)的平面被密封；正面的密封在這里對(duì)于特殊的應(yīng)用也是可能的。
根據(jù)該方法獲得的復(fù)合體優(yōu)選用作反射器。迄今為止板狀的反射 器也已經(jīng)生產(chǎn)以供半導(dǎo)體制造之用，即不透明石英玻璃板在兩面上與 石英玻璃的透明板熔合并且該復(fù)合結(jié)構(gòu)隨后拉伸。然而，這一程序是非 常復(fù)雜的，導(dǎo)致稍微波紋狀的表面。根據(jù)本發(fā)明的方法所獲得的不透 明石英玻璃板適合于替代這類夾層結(jié)構(gòu)的不透明石英玻璃板。
在這里，當(dāng)具備密封層的復(fù)合體包括平面并在與該平面平行的方 向上被拉伸時(shí)已證明是特別有利的。
具有平面的復(fù)合體在這里用作預(yù)成形體，預(yù)先確定的最終尺寸的 復(fù)合板能夠通過(guò)伸展從該預(yù)成形體拉伸而成，該板特別通過(guò)致密和光 滑的表面來(lái)表征。
實(shí)施實(shí)例
以下本發(fā)明現(xiàn)在針對(duì)實(shí)施實(shí)例和附圖來(lái)更詳細(xì)地解釋，其中在附圖 中詳細(xì)顯示了
分布的圖示(在Si02納米顆粒的添加之前)；和
圖2,以示意圖表示，在半導(dǎo)體制造中用作熱輻射反射器的石英玻 璃板。
板狀基體的形成(實(shí)施例1)
從水和Si02顆粒制備滑移劑，并通過(guò)濕磨來(lái)均化，如在DE 44 40 104 Al中所述。按照通常模具澆鑄、干燥和在1440。C下燒結(jié)的程序， 從這一滑移劑層形成不透明石英玻璃的板狀燒結(jié)體，其具有400 x 400 mm的尺寸和2 mm的厚度。在200 nm和2650 nm之間的波長(zhǎng)范圍中不 透明石英玻璃的光透射率是低于4%。
用于密封層的滑移劑的制備
制備附加的滑移劑，它用于生產(chǎn)密封層。圖l顯示了這一滑移劑的 主要原材料組分的粒度分布。體積分?jǐn)?shù)V在Y軸上描繪(按。/。)，和粒徑 D(jum)在X軸上描繪。
這一原材料組分由球形、合成途徑生產(chǎn)的Sl02顆粒組成，它通過(guò) 具有在約15 um處的粒度分布的較窄最大值(D5o值)的一種多模態(tài)粒度 分布來(lái)表征。第二個(gè)最大值(Nebenmaximum )是在2 ju m左右的范圍中。具有在15pm處的D5o值的這一原材料組分在以下指定為R15。
其它原材料組分用于制造該滑移劑，該材料組分顯示Dso值在 m、 30pm和40pm處且其粒度分布另外類似于

圖1中所示的那些分 布，即它尤其指該原材料組分各具有在2ym左右有第二個(gè)最大值的粒 度分布。該原材料組分分別用R5、 R3o和R4o表示，這取決于它們的主 要最大值的D5。值。該原材料組分預(yù)先在熱的氯化方法中清洗。提純?cè)?材料組分的污染物的含量是低的并且總體來(lái)說(shuō)低于1 wt ppm。尤其 Li20的含量低于10 wt ppb。
另外，具有約40 nm的直徑并且表示為"煅制二氧化硅"的Si〇2 納米顆粒:故添加到該原初一牛組分中。
下列配方已經(jīng)證明是有用的
配方1
R30250 g
R15500 g
R5 200 g
〉暇制二氧化珪50 g,具有60m2/g的BET表面積 這些組分一皮分散在純乙醇中，導(dǎo)致86wt。/。的固體含量。 酉己方2 R15柳g R5 卯g
煅制二氧化硅10 g，具有200 m2/g的BET表面積 這些組分一皮分散在純乙醇中，導(dǎo)致84wtQ/o的固體含量。 酉己方3 R15270 g R5 35 g
煅制二氧化硅4 g,具有50 m2/g的BET表面積 這些組分與70g聚硅氮烷被分散在甲醇中。固體含量是83wty。。 以這種方法制備的高度填充的滑移劑顯示出觸變性質(zhì)。該滑移劑 特別好地適合于一皮澆鑄和展開(kāi)，并且因此它們特別好地適合于加工技 術(shù)如浸漬和刮刀展開(kāi)(分散涂覆，剝離，刮，填充，修整，用泥刀涂抹 等)的原因。在各個(gè)配方中低于30jum的粒徑占粒料的最大體積分?jǐn)?shù)。 由燒結(jié)體和密封層形成的復(fù)合體的制造(實(shí)施例1 )上述板狀不透明燒結(jié)體(基體)在根據(jù)配方1的滑移劑中浸泡幾秒。
這會(huì)導(dǎo)致具有約1 mm的厚度的均勻的封閉滑移劑層的形成。基于乙醇 的這一滑移劑層首先在室溫下干燥約5小時(shí)，其中蒸發(fā)掉乙醇。干燥的 滑移劑層沒(méi)有裂紋，并且它具有稍微低于0.9 mm的平均厚度。
干燥滑移劑層然后與燒結(jié)體一起(=復(fù)合體)在玻璃化爐中玻璃化。 加熱分布圖包括緩慢加熱到400。C和2小時(shí)的保持時(shí)間以除去烴類殘留 物。隨后，該復(fù)合體在1小時(shí)內(nèi)被加熱到1000。C的較低加熱溫度并且 在該溫度下保持2小時(shí)，并且它隨后利用第二個(gè)平坦加熱緩坡經(jīng)過(guò)4小 時(shí)加熱到1440。C的4交高加熱溫度。在該實(shí)施實(shí)例中在4交高加熱溫度下 的保持時(shí)間是2小時(shí)。該滑移劑層然后完全玻璃化以獲得密封層。它是 透明的和無(wú)氣泡的并且它的密度大約是石英玻璃的密度。在200 nm和 2650 nm之間的波長(zhǎng)范圍中，它的直接光譜透射率是高于60%。燒結(jié)體 的不透明性和光譜透射率保持無(wú)變化。
圖2顯示了對(duì)于分區(qū)圖示(Schnittdarstellung)用示意圖表示的呈現(xiàn)為 有涂層的石英玻璃板3的形式的以這種方法獲得的復(fù)合體。該板3由不 透明石英玻璃的矩形基體1組成，它在所有的面上被無(wú)裂紋的和透明的 Si〇2密封層2包圍，它在用于圖解目的的附圖中以放大的厚度來(lái)描繪。 石英玻璃板3的總厚度這里稍微地低于4 mm。
密封層2的平均層厚度是0.8 mm。它突出表現(xiàn)于不存在裂紋以及 與石英玻璃的相關(guān)性能對(duì)應(yīng)的化學(xué)和機(jī)械性能。與半導(dǎo)體制造的通常 含氟加工氣體相比，它顯示高度的耐干刻蝕的性能。
復(fù)合體的伸展
該復(fù)合體3能夠以上述形式直接用作熱輻射反射器。然而，它也可 用作制造較大石英玻璃板的預(yù)成形體，因?yàn)樵跓崧然ㄖ兴谄叫杏?板表面4的方向上是伸展的，這通過(guò)指向箭頭5來(lái)表示。石英玻璃板3 的有利的伸展比值是在2或5之間。
板狀基體的制造(實(shí)施例2)
從水和Si02顆粒制備滑移劑，并通過(guò)濕磨來(lái)均化，如在DE 44 40 104 Al中所述。通常模具澆鑄和干燥之后從該滑移劑制造具有300 mm 外徑和20 mm厚度的多孔Si〇2的環(huán)形生坯。
復(fù)合體的制造(實(shí)施例2 )
將根據(jù)配方3的滑移劑施涂于環(huán)形生坯的表面上。該滑移劑顯示較
15低的粘度和能夠通過(guò)鋪展來(lái)容易地施涂。這形成了具有約2 mm厚度的 均勻的封閉滑移劑層。該滑移劑層非?？焖俚毓袒?yàn)槎嗫咨魑?收了液體的一部分。在完全干燥之后該滑移劑層沒(méi)有裂紋，并且它具 有大約低于1.8mm的平均厚度。
干燥的滑移劑層然后與生坯一起在玻璃化爐中玻璃化。加熱溫度 分布圖對(duì)應(yīng)于以上針對(duì)實(shí)施例1所述的分布圖，例外的是在144(TC的 較高加熱溫度下保持時(shí)間是三個(gè)小時(shí)?；苿雍蜕魅缓笸耆夭?璃化。該生坯現(xiàn)在作為不透明石英玻璃而存在，它的光譜透射率是在 上述波長(zhǎng)范圍中低于4%。比較來(lái)說(shuō)，該滑移劑層作為厚度約1.5mm的
透明和無(wú)氣泡的密封層而存在。它的密度大約等于石英玻璃的密度并 且它在200 nm和2650 nm之間的波長(zhǎng)范圍中具有高于60%的直接光譜 透射率(基于1 mm的厚度)。
加工氣體而言的高度耐干刻蝕的性能。、所得復(fù)合體能夠用作化學(xué)反應(yīng) 器的法蘭或用作單個(gè)圓片夾持器。
權(quán)利要求
1.從不透明石英玻璃的基體和致密封閉層生產(chǎn)復(fù)合體的方法，該方法包括以下步驟(a)通過(guò)使用含有第一種分散液體和粒度不超過(guò)500μm的第一種無(wú)定形SiO2顆粒的第一種滑移劑來(lái)生產(chǎn)基體，其中粒度在1μm和60μm之間的顆粒占有最大固體體積分?jǐn)?shù)，第一種滑移劑含有第一個(gè)定量含量的粒度低于100nm的SiO2納米顆粒并且它以第一種較高的玻璃化溫度為特征；(b)提供含有第二種分散液體和粒度不超過(guò)100μm的第二種無(wú)定形SiO2顆粒的第二種滑移劑，其中粒度在1μm至40μm之間的顆粒占有最大的固體體積分?jǐn)?shù)，并且該第二種滑移劑的組成與第一種滑移劑的組成的區(qū)別至少在于該第二種滑移劑含有第二個(gè)定量含量的SiO2納米顆粒，在0.2wt％到15wt％之間該第二個(gè)定量含量大于第一個(gè)定量含量(每次基于總固體含量)，和它以第二種較低的玻璃化溫度為特征；(c)在基體的表面上從第二種滑移劑生產(chǎn)滑移劑層，干燥該滑移劑層，(d)和隨后使滑移劑層發(fā)生玻璃化，從而形成致密封閉層。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1的方法，特征在于第二種滑移劑含有在0.5wt% 至8wty。之間，和特別優(yōu)選在lwt。/。和4wt。/。之間的Si02納米顆粒(基于總 固體含量)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2的方法，特征在于在第二種滑移劑中粒度在 1 jum和30jum之間的無(wú)定形Si02顆粒占有最大的固體體積分?jǐn)?shù)。
4. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任何一項(xiàng)的方法，特征在于第二種滑移劑 的無(wú)定形Si02顆粒具有通過(guò)低于40jam、優(yōu)選^氐于30 ju m和特別優(yōu)選 低于15jum的D5o值來(lái)表征的粒度分布。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4的方法，特征在于第一種滑移劑的無(wú)定形Si〇2 顆粒具有通過(guò)D5Q值來(lái)表征的、比第二種滑移劑的粒度分布的Dso值更 大的粒度分布。
6. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任何一項(xiàng)的方法，特征在于第二種無(wú)定形 Si02顆粒具有多才莫態(tài)粒度分布，具有在0.5)am至3jum范圍、優(yōu)選1 ju m至3jum范圍的尺寸分布(D5o值)的第一個(gè)最大值，并且具有在5ym 至40jum范圍、優(yōu)選5nm到15 ju m范圍的第二個(gè)最大值。
7. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任何一項(xiàng)的方法，特征在于第二種滑移劑 的至少90wt。/o的無(wú)定形Sl02顆粒被制成球形。
8. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任何一項(xiàng)的方法，特征在于第一種滑移劑 的至少50wt。/。的無(wú)定形Si02顆粒是通過(guò)濕磨Si02起始粒料來(lái)生產(chǎn)的并且以碎裂形式存在。
9. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任何一項(xiàng)的方法，特征在于在滑移劑層的生產(chǎn)過(guò)程中第二種滑移劑的固體含量(Sl02顆粒和Sl02納米顆粒一起的重量比)是在80wtQ/。和卯wtQ/o之間并且優(yōu)選是至少83wt%。
10. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任何一項(xiàng)的方法，特征在于第二種無(wú)定形 Si02顆粒和Si02納米顆粒由合成Si02組成。
11. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任何一項(xiàng)的方法，特征在于第二種分散液 體是以有機(jī)溶劑為基礎(chǔ)的，優(yōu)選以醇為基礎(chǔ)。
12. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任何一項(xiàng)的方法，特征在于第一種和第二 種無(wú)定形Si02顆粒的SK)2含量是至少99.9wt%。
13. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任何一項(xiàng)的方法，特征在于在第一和第二 玻璃化溫度之間的差異是至少40°C,優(yōu)選至少60°C。
14. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任何一項(xiàng)的方法，特征在于干燥的滑移劑 層根據(jù)方法步驟(d)通過(guò)加熱到在IOO(TC和1460。C之間，優(yōu)選在1200°C 和M40。C之間的溫度來(lái)玻璃化。
15. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任何一項(xiàng)的方法，特征在于在滑移劑層的 形成過(guò)程中基體是作為多孔生坯而存在。
16. 根據(jù)權(quán)利要求l到14中任何一項(xiàng)的方法，特征在于在滑移劑層的形成中存在不透明石英玻璃的基體。
17. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任何一項(xiàng)的方法，特征在于按照相繼的順 序通過(guò)重復(fù)權(quán)利要求1的方法步驟(b)和(c)來(lái)形成透明的密封層，其中分別使用的第二種滑移劑的粒度分布越來(lái)越多地向較低D50值位移。
18. 根據(jù)權(quán)利要求17的方法，特征在于方法步驟(c)每次接著有根 據(jù)方法步驟(d)的玻璃化。
19. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任何一項(xiàng)的方法，特征在于在基體和密封 層之間生產(chǎn)在UV波長(zhǎng)范圍中有高反射率的合成石英玻璃的不透明中間層。
20. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任何一項(xiàng)的方法，特征在于將可提高石英玻璃的耐蝕刻性的摻雜劑添加到第二種滑移劑中。
21. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任何一項(xiàng)的方法，特征在于該復(fù)合體用作 漫反射型反射器。
22. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任何一項(xiàng)的方法，特征在于第一種滑移劑已在其中添加了摻雜劑，該摻雜劑抑制玻璃化成為透明石英玻璃。
23. 根據(jù)權(quán)利要求22的方法，特征在于摻雜劑是以納米尺寸存在 并且選自Si3N4、 SiC和AlN。
24. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任何一項(xiàng)的方法，特征在于使用板狀基體 并且它提供有密封層。
25. 根據(jù)權(quán)利要求24的方法，特征在于提供有密封層的復(fù)合體具
全文摘要
本發(fā)明涉及為了優(yōu)化從不透明石英玻璃和致密封閉層的基體生產(chǎn)復(fù)合體的已知方法，其方式是該基體能夠提供有致密封閉層但無(wú)需擔(dān)心不透明材料的任何顯著的變化和變形。根據(jù)本發(fā)明，建議一種方法，該方法包括下面步驟(a)通過(guò)使用含有較大無(wú)定形SiO₂顆粒的第一種滑移劑生產(chǎn)基體；(b)制備第二種滑移劑，它含有較小無(wú)定形SiO₂顆粒并且它的組成與第一種滑移劑的組成的區(qū)別至少在于它含有在0.2wt％到15wt％之間的SiO₂納米顆粒并且它通過(guò)較低玻璃化溫度來(lái)表征；(d)在基體的表面上從第二種滑移劑生產(chǎn)滑移劑層，干燥該滑移劑層，和(e)隨后使滑移劑層發(fā)生玻璃化，從而形成致密封閉層。
文檔編號(hào)C03C17/02GK101687680SQ200880022925
公開(kāi)日2010年3月31日 申請(qǐng)日期2008年6月18日 優(yōu)先權(quán)日2007年6月30日
發(fā)明者J·萊斯納, W·沃德克 申請(qǐng)人:赫羅伊斯石英玻璃股份有限兩合公司