基于光固化成型石英玻璃结构及性能研究

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石英玻璃拥有着优异的光学性能,机械性能,耐腐蚀性能,使其在医疗生物、航空航天、化工仪器仪表等领域都有着非常重要的应用。目前对于石英玻璃的制造技术有电熔法、气炼法、等离子体沉积法等,但这些方法均存在着难以成型复杂结构构件、能耗大、效率低等缺点。近几年有报道利用光固化技术来制造石英玻璃,其具有节能、环保、高效、高精度成型等优点,为制造石英玻璃打开了新的大门。目前对于光固化成型石英玻璃的难点在于光敏浆料的配置,并且在对于光固化成型石英玻璃的研究主要在于这一方法的实现,对于具体的成型过程,比如成型参数的研究,石英玻璃各种性能的研究很少。因此本文主要研究的是光敏浆料的配置、光固化成型参数对石英玻璃的组织结构的影响,光固化成型参数对于石英玻璃性能的影响、并且结合其组织结构特点寻找其性能的影响机制。本文的主要工作内容如下:通过实验开发出了一套可供光固化成型的浆料体系,研究了光固化成型参数对于胚体性能以及浆料中单体转化率的影响,。结果表明曝光时间为18s时,成型胚体表面状态最好,后固化时间对于胚体表面状态影响不大。浆料单体转化率随曝光时间增加而增加,后固化时间对单体转化率影响不大。建立了胚体的排脂、烧结工艺,研究了排脂、烧结后试样的组织结构与性能,结果表明得到的烧结试样为石英玻璃,性能与KN7980石英玻璃基本一致。通过对光固化成型石英玻璃的组织结构进行分析,研究了光固化成型工艺对于石英玻璃组织结构的影响。结果表明,1400℃以上烧结会使试样结晶。当光强为10m W/cm~2,曝光时间为18s,后固化时间为0min,烧结温度为1375℃时,光固化成型石英玻璃的表面状态最优,表面粗糙度在5nm以内。烧结温度为1375℃时,试样内部的孔洞(100nm-1um)较少,曝光时间在16s、18s时试样内部孔洞较少,后固化时间在6min之内,试样内部孔洞较少。各工艺参数下试样内部均存在大小约25nm的孔洞,分布宽度基本一致。对于微米级别的孔洞在试样中并没有发现。通过对光固化成型石英玻璃的性能进行分析,结合其组织结构特征研究了成型参数对于石英玻璃的性能影响规律及机制。结果表明本实验中选取的参数范围内对试样密度影响不大。当光强为10m W/cm~2,曝光时间为18s,后固化时间为0min,烧结温度为1375℃时,光固化成型石英玻璃的透光率最优,过固化会使透光率下降。表面粗糙度对于振动品质因数影响不大。试样中小孔洞数量达到一定值时才会明显影响Q值,大孔洞对于Q值影响较明显。弹性模量对于孔洞影响不敏感,对于裂纹影响敏感。
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