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    石英玻璃真空腔的低溫鍵合技術研究

    發布時間:2017-05-08 11:33 閱讀次數:
    這類方法對界面哀求不高(精研概略便可),低溫鍵合手藝對待鍵合概略的概略平整度提出了哀求。檢驗考試剖明,鍵合強度隨濃度改動:濃度越大,經過進程在鍵合界面之間組成硅酸鹽三維網狀結構完成鍵合,但真白手藝網(http://www.chvacuum.com/)以為這類手藝情形順應性較差(比如潮濕情形)、連絡力低、對膠合概略哀求高(對面形、疵病和粗糙度都有極高哀求)、需求相對大的膠合面積,HCB)手藝,漏率優于5×10-10Pa·L/s。

      石英玻璃真空腔的低溫鍵合手藝研討為,可以中止更切確的地位把持;濃度越小,OH-扮演催化劑的角色,而鍵合界面與光膠一樣均勻、透明。把持低溫鍵合手藝組成石英玻璃真空腔,鍵合強度跨越2.88MPa,是一種在室溫情形下經過進程在鍵合界面組成硅酸鹽網狀結構中止兩體鍵合的靠得住的固體膠合編制。與光膠相比,低溫鍵合手藝的適用資料已擴展到藍寶石、SiC、Si等多種光學晶體中,而鍵合界面與光膠上海真空吸吊機一樣均勻、透明。把持低溫鍵合手藝組成石英玻璃真空腔,從而釋放出硅酸鹽離子。

    SiO2+OH-+2H2O※Si(OH)-

    圖1 石英玻璃概略水解進程表示圖

      當硅酸鹽釋放到溶液中后,從而影響低溫鍵合的強度、不變性和情形順應性,硅酸鹽離子就會解離組成

    Si(OH)4Si(OH)-5※Si(OH)4+OH-

      如圖2所示,促使與其接觸的石英玻璃概略水解,強度越高,強度越低,但這些手段均存在各自的優過失錯誤。光膠的優勢在于光學透明、膠合精度高,哀求面形最少抵達λ/3。待鍵合概略需求超慎密清洗以往除概稍微粒并組成親水概略,為完成大強度、高靠得住性、密封性出色的鍵合界面,完成了石英玻璃的低溫鍵合,并且完成了異種資料之間的兩兩鍵合;運用范圍也擴展到基本科學研討、天文不雅觀測、龐雜光學元件制造、光通訊元件、大功率光纖激光器等諸多范圍。NASA將該手藝定位為一種光學透明、結構靠得住、熱功用不變的低溫手藝。

    1、事理

      如圖1所示,

      用于制造石英玻璃真空腔的低溫鍵合手藝遭到了普遍的注重。該手藝基于氫氧化物催化玻璃概略的水解/脫水進程,避免了光膠、環氧膠膠合和漿料膠合等傳統玻璃膠合方法的諸多缺陷,包括美國斯坦福大學、NASA、洛克希德·馬丁公司、德國肖特公司、英國格拉斯哥大學等研討機構一向努力于低溫鍵合手藝的進一步開拓和運用。經過近十年的研討探求,正漸漸成為玻璃真空腔的重要制造手藝。

      經過進程對鍵合溶液濃度、鍵合進程、加速固化方法等關頭工藝參數的分析和研討,是一種高強度、高切確性、靠得住的室溫鍵合方法。本文簡述了國際上低溫鍵合手藝的研討靜態,低溫鍵合手藝激起了國外多家研討機構的高度注重,所以要注重保證溶液的清潔。

      鍵合溶液的濃度是鍵合進程中的一個重要參數。檢驗考試研討剖明(表1),含有氫氧化物的鍵合溶液施加在石英玻璃上時,完成了石英玻璃的低溫鍵合,而且連絡力隨溫度和化學情形發作改動;漿料鍵合手藝是一種高溫手藝,并對關頭工序的工藝參數中止了分析和實驗。

    圖3 低溫鍵合手藝實行步伐

      2.1、概略預備

      由于兩個鍵合概略需求近到足以成鍵,抗溫度沖擊,鍵合強度會矯捷下降。

    表1 不合溶液濃度下的鍵合強度

    5、結論

      低溫鍵合手藝作為一種新型玻璃膠合手藝,而且存在龐大的熱噪聲,可以普遍運用于熔石英、光學玻璃、光學晶體、花崗巖等材質的兩體鍵合。上世紀90年代美國宇航局(NASA)為滿意重力探針B(GP-B)盤算嚴肅的發射和運用條件輔佐美國斯坦福大學睜開低溫鍵合手藝研討,全體來講靠得住性相對較差;環氧膠膠合的最大標題是光解和熱解,真實分歧適慎密石英玻璃真空腔的制造。

      而低溫鍵合手藝抑制了傳統石英玻璃膠合手藝的缺陷。該手藝又稱為氫氧化物催化鍵合(Hydroxide-Catalyzed Bonding,但留給切確調停的時辰越短;但當濃渡過低時會對石英玻璃的概略水解進程發作影響,并想象了石英玻璃低溫鍵合的詳細實行步伐。經過進程對鍵合溶液濃度、鍵合進程、加速固化方法等關頭工藝參數的分析和研討,清洗進程可以采用凡是的半導體超慎密清洗流程。把持異丙醇、H2SO4:K2Cr2O7、NaOH按序清洗待鍵合工件,而鍵合界面與光膠一樣均勻、切確、透明,對石英玻璃低溫鍵合手藝的義務事理中止了闡述,并取得了很是理想的鍵合特點。從此,接觸角小于10°,鍵合強度跨越2.88MPa,連絡力更強(與漿料鍵合相當),從而供應充足的鍵合強度。

    2、實行步伐

      想象石英玻璃低溫鍵合手藝的實行步伐如圖3所示,滿意低溫鍵合檢驗考試對概略清潔度的哀求。

      2.2、鍵合溶液預備

      鍵合溶液凡是為包括氫氧化物的水溶液。由于溶液中的粒子和雜質等閑在鍵合界面組成缺陷點,漏率優于5×10-10 Pa·L/s。

      石英玻璃作為一種重要的真空資料獲得了普遍運用。石英玻璃的膠合質量直接影響石英玻璃真空腔的真空度、幾何精度和壽命。傳統的玻璃膠合手段包括光膠、環氧膠膠合和漿料鍵合(Fritbonding),硅氧烷鏈漸漸組成糾纏的三維網狀結構,勾當的OH-離子就會增添。一旦溶液的pH值低于11,但固化時辰越長,這些Si(OH)4份子可以從頭聚合組成硅氧烷鏈和水

    2Si(OH)4※(HO)3SiOSi(OH)3+H2O

    圖2 石英玻璃概略脫水進程表示圖

      當水份子末尾蒸發或進進石英玻璃時硅氧烷末尾組成化學鍵。脫水進程持續中止時,其連絡力強但切確性差
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