石英玻璃低温连接技术与性能表征

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石英玻璃是一种SiO2单一组分的特种工业技术玻璃,因为独特的物理化学性质,其应用领域非常广泛。本课题就是利用石英玻璃绝佳的透光性来制作用于血液分析医疗器械中的关键部件。石英玻璃中微细管道的制作不能用传统的激光热熔方法进行加工,尤其是制造较为复杂管道时,其形状、方向、大小需要变化,传统的激光热熔工艺无法达到,只能通过连接经过刻蚀石英玻璃片来获得。更为规则的微细管道只能通过连接多层石英玻璃片实现。连接石英玻璃有多种方法,但要保持连接后玻璃样品仍然具有较高的透光率,直接键合技术就是其中效果较好的一种。由于不需要任何中间层物质进行辅助连接,就无需担心此种方法会损害其界面光学性能,更不会出现像胶连那样阻塞微细管道的现象。本文立足于低温键合技术探究合适的石英玻璃连接方法。从连接方法的选择和对比、键合工艺探讨以及键合质量评价等方面对石英玻璃的连接进行系统的研究。综合对比中间层封接玻璃、等离子表面活化、阳极键合、疏水性表面活化以及亲水性表面活化法等几类可能的连接方法,最后选用亲水性化学溶液表面活化法。该方法制备的器件光学性能较好,且工艺成本较低、工艺较为简单、连接强度和效果较为理想。课题对亲水性表面处理直接键合法的键合机理进行了探讨,提出利用牛顿环初步判断键合质量的方法和理论依据,对比不同工艺方法的键合效果。讨论了键合温度、退火时间以及键合环境等因素对键合质量的影响。最后利用紫外分光度计对键合样品透光率进行检测。结果表明,真空条件下,退火温度250℃,退火时间8h,石英玻璃的键合强度可以达到4MPa以上,键合强度和透光率可以满足课题要求。
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