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为了满足高科技行业对所用石英玻璃品质日益苛刻的要求,本论文对高频等离子体制备高纯石英玻璃的合成工艺进行了探索,研究了四类石英玻璃的光电性能。研究表明采用纯氧感应等离子体火焰作为热源,以高纯四氯化硅作为原料制备石英玻璃的工艺,既能减少成品中金属杂质含量,又能够避免羟基的大量出现,因而制成的石英玻璃品质良好,能够满足高新技术行业对石英玻璃的品质要求。 通过相关的调研,自主搭建了电感耦合等离子化学气相沉积设备,设计了一种全新的四氯化硅上料装置。经过反复探索和实验,确定了能够维持高频等离子体火焰的相关工艺参数:点火电压为7 KV,点火气体氩气流量为0.6 m3/h,稳定时工作气体氧气的流量为2.2 m3/h,同时需要的冷却气体流量为8 m3/h,冷却气体采用经过干燥和过滤后的压缩空气。 随后对四氯化硅在等离子体火焰下的沉积行为进行了研究,研究表明四氯化硅在等离子体火焰下的反应是瞬间完成的,整个化学反应不是控制沉积过程的关键因素。由于生成物在基底上熔化形成玻璃体的过程与基底转速及玻璃体内气体排除过程密切相关,所以整个制备过程受到设备功率、沉积平台温度、进料方式及抽气速率等一系列因素的影响。 对四种不同类型石英玻璃的光学性能及阻抗行为研究表明,石英玻璃的导电行为与金属杂质含量、羟基及氧缺陷等密切相关,不能单纯的依据激活能进行简单判断。离子导电机制的石英玻璃中,金属杂质含量越多,载流子数量越多,导电激活能越低。羟基的存在会降低石英玻璃的导电激活能,但是羟基是以促进金属离子的传输间接参与导电还是直接作为载流子参与导电,还需要进一步的研究。而对于金属杂质及羟基含量极低的高纯石英玻璃来说,则可能形成电子在氧缺陷之间传导的电子导电机制。 进一步对高羟基含量的三类石英玻璃进行研究时发现,它的电导激活能在520℃附近会发生转变现象,引起这种现象的原因可能是由石英玻璃内部存在大量的微晶子发生相变引起的,之所以发生相变的温度低于石英晶体的相变温度可能是由于微晶子尺度太小的原因,而样品在高温下的电导激活能只有0.44eV则可能与其内部高达1071ppm的羟基有很大的关系。