论文部分内容阅读
石英玻璃中的羟基既是杂质缺陷，又具有结构缺陷的性质，不仅影响石英玻璃的物理、化学性能，也改变石英玻璃的熔制性能。在石英玻璃中羟基的利、害作用由结构特征决定。本文针对光纤、激光、集成电路、航天等领域应用的关键材料—石英玻璃所涉及的羟基问题，以氢气氛中熔制的石英玻璃为主要研究对象，系统地研究了羟基在石英玻璃中的形成、扩散及其结构特征。 根据石英玻璃原料的质量要求和加工技术，分析石英的矿物学特征—晶格离子和流体包裹体对石英玻璃原料质量的影响。针对我国水晶原料的替代矿—脉石英中长石和云母等杂质矿物含量高的特征，研究了HF酸浸处理消除云母杂质的方法。 根据石英的晶相转变理论、原料矿物特征、粉料烧结机理，研究石英玻璃熔化的温度制度、原料的杂质（如碱金属、长石、云母）与石英玻璃外观缺陷的关系。用显微测温法研究石英矿的流体包裹体特征：包裹体数量、大小、均一温度，并根据热力学知识判定包裹体的流体组成、密度等特征，同时研究了矿物原料的包裹体特征对石英玻璃气泡的影响。 用红外光谱法测定石英中羟基和水分子的区别，并研究石英矿物原料的水特征与石英玻璃稳定羟基的关系，结果表明：石英玻璃脱羟后的残余羟基含量随原料中的水（水分子和结构水）含量升高而增加。用稳定同位素（D）示踪法和电子自旋共振（ESR）研究石英玻璃原料中羟基的遗传方式，获得E’心缺陷与羟基的稳定性相关。 研究石英玻璃在700～1200℃温度范围内的脱羟机理，发现以900℃为界，前后两个温度段具有不同的扩散激活能，表明存在两种脱羟反应机理。低温区脱羟过程的控制性因素是O—H键的断裂，高温区则是氢的扩散。用四极质谱测量石英玻璃脱羟时释放出H2O和H2，获得脱羟过程的主要反应及其活化能，并证实脱羟气氛对反应活化能的影响，同时研究了石英玻璃的结构弛豫、结构缺陷（E’心、氧空位）对脱羟机理的影响以及掺杂石英玻璃的羟基特征。 本文最后分析了石英玻璃的结构特征及羟基的存在形式。用红外反射光谱和紫外光谱研究制备工艺对石英玻璃结构中Si—O—Si键角和氧空位缺陷的影响。利用四极质谱、魔角旋转固态核磁共振（MAS NMR）、电子自旋共振（ESR）等技术研究了石英玻璃中羟基的结构特征，获得石英玻璃中氢的存在形式：带氢键的羟基、相互邻近的羟基对、孤立存在的羟基、SiH形式、SiOH与SiH相邻、与E’心相邻羟基、含H的E’B缺陷。此外证实石英玻璃的顺磁E’心缺陷会影响NMR共振信号强度。