二氧化硅基制品
专利汇可以提供二氧化硅基制品专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且由 二 氧 化 硅 或适当地添加有添加剂的 二氧化硅 构成的颗粒状制品，其通过如下过程在室温下模塑制得：－制备一以硅醇盐或以硅醇盐和至少一种添加元素的至少一种前驱体为原料的溶胶，－ 水 解 所获溶胶，－加入胶体二氧化硅，－将所得混合物倒入预定模具中，－使所述溶胶胶凝并快速移走固态产物，－干燥所获凝胶，－通过在 温度 为900℃－1500℃的 热处理 增浓所述凝胶。所获制品可用作光学 纤维 丝的预成形体。，下面是二氧化硅基制品专利的具体信息内容。
技术领域
本发明涉及具有特定形状的制品，其由二氧化硅或适当地添加有 添加剂的二氧化硅构成，并通过溶胶-凝胶法在室温下模塑获得。尤 其是本发明涉及具有形状的制品，所述形状基于最终用途进行选择并 通过在溶胶-凝胶步骤中运用合适的模具而获得。所述形状使所述制 品可以用于许多领域，特别是制备用于切割为光学纤维丝的预成形 体。
背景技术
术语“溶胶-凝胶”定义了大量广泛的过程，即使有关其过程细 节或所用试剂是不同的，其特征都在于以下常用的操作：
-制备一前体的溶液或悬浮液，所述前体由元素(M)的化合物形 成，该元素(M)的氧化物构成了最终的玻璃制品；
-在酸或碱催化下水解在溶液或悬浮液中的所述前体以形成按如 下反应式所示的M-OH基团
MXn+nH2O→M(OH)n+nHX
其中X通常是醇基，n是元素M的化合价，醇盐M(OR)n可以 由元素M的可溶盐如氯化物或硝酸盐代替，在一些情形下可以是氧 化物。所获的混合物，即溶液或胶状悬浮物命名为溶胶，
-按下述反应式缩聚M-OH基团
M-OH+M-OH→M-O-M+H2O
该反应需要几秒至几天的时间，取决于溶液组成和温度，在该步 骤中形成基质，根据具体情况，被称为醇凝胶，水凝胶，或更普遍一 些，凝胶；
-干燥凝胶直至形成多孔整体，在该步骤中，通过简单的控制蒸 发除去溶剂，而所述简单的控制蒸发决定形成所谓的干凝胶，或通过 在高压釜中的萃取除去所述溶剂，而所述在高压釜中的萃取决定形成 所谓的气凝胶，所获的物体是多孔玻璃，其表观密度为具有相同组成 的氧化物的理论密度的10％至约50％，干燥的凝胶可以应用于工业 等；
-通过在某一温度，通常通过在800℃-1500℃范围内的处理使干 燥的凝胶增浓，该处理取决于凝胶的化学组成和前述步骤的过程参 数，在该步骤中多孔凝胶变浓，直到获得具有理论密度的玻璃氧化物 或陶瓷规整氧化物，其线性收缩等于约50％。
根据上述步骤，可以通过将溶胶倾倒于合适的模具上制备相应材 料的整体块，或通过将溶胶倾倒于合适的基质上制备膜，或制备光学 纤维的预成形体。
对于制备后者，已知所述纤维广泛应用于电信领域，其由中心部 分，即所谓的“核芯”和包围核芯的涂层，通常命名为“外壳”的部 分所组成。核芯和外壳之间0.1％至1％的折射率之差使得光被限制在 核芯中。通过核芯和外壳不同的化学组成可以实现上述的折射率之 差。
即使评价多种组合，最常见的一种是由掺杂有氧化锗的二氧化硅 (GeO2-SiO2)形成的玻璃核芯和包围其的玻璃SiO2外壳组成。最广泛 使用的光学纤维是单模的，其特征在于仅允许一个光学通道。所述纤 维通常具有直径为4-8μm的核芯和外径为125μm的外壳。
评价纤维质量最重要的参数是相关的光衰减，其主要是归因于光 吸收和扩散机制，并以分贝每千米[dB/km]计量。
正如技术人员所熟知的，UV衰减主要是归因于存在于纤维核芯 中的阳离子(如过渡金属阳离子)吸收，而IR衰减主要是归因于可能 存在于玻璃中的-OH基团吸收。具有在UV和IR之间的中间波长处 的光衰减主要是归因于折射率波动导致的扩散现象，由于玻璃的非均 匀性，纤维结构的缺陷如核芯-外壳接触面的不完善，纤维气泡或破 损、或在生产过程中进入纤维的杂质而使得折射率波动。
通过将预成形体的温度控制为约2200℃而制备光学纤维。预成 形体是纤维制备中的中间体，通过分别相应于最终纤维的核芯和外壳 的内部芯棒(internal rod)和外部涂层而形成。涂层和芯棒之间的直径 比等于最终纤维的外壳和核芯的直径比。在此及后，术语“芯棒”和 “核芯”将分别用来指代预成形体和最终纤维的内部，而术语“外壳” 既用来指代预成形体的外部又用来指代纤维的外部。
已知用于可商购获得的光学纤维的预成形体的外壳是通过根据 对从气相的基本化学沉积过程(更广泛已知为“化学气相沉积”或其 同义词“CVD”)的改进而制备的。所有从CVD衍发的过程都利用包 含氧气(O2)和四氯化硅(SiCl4)或四氯化锗(GeCl4)的气相混合物进入氧 氢焰中以按如下反应式制备SiO2和GeO2：
SiCl4(g)+O2(g)→SiO2(s)+2Cl2(g) (I)
GeCl4(g)+O2(g)→GeO2(s)+2Cl2(g) (II)
由此生成的氧化物可以以颗粒的形式沉积在圆柱形载体上，所述 圆柱形载体随后被移去，或者沉积在二氧化硅圆柱形载体的内表面 上，所述二氧化硅圆柱形载体随后加工以形成最终纤维的外壳。
基于CVD的过程适合于制备具有0.2dB/km最小衰减的光学纤 维(对于波长为1.55μm的透射光)，该过程是本领域技术的基础。
即使关于所得纤维的性能，这些制备方法是令人满意的，但其产 率有限从而导致生产成本增加。
还已知的是，在热处理以获得干凝胶的完全增浓的期间，可以对 其进行化学纯化。所述处理可以利用干凝胶的孔隙率以在气相中进行 冲洗操作以除去存在于凝胶中的有机杂质，所述有机杂质的存在是由 于有机金属前驱体(如前述的TMOS和TEOS)和水、连接于凝胶网络 结构中的阳离子上的羟基、或不期望的金属原子而导致的。
一般，通过在低于900℃的温度，特别是在350℃至800℃将氧 化性气氛(氧气或空气)通入干燥凝胶中进行煅烧而实现有机杂质的 去除。
水，羟基和不期望的金属的去除是通过将Cl2，HCl，或CCl4， 与惰性气体如氮气或氦气的最终混合物，在400℃至800℃通入凝胶 孔中而进行的。
最后的操作通常是冲洗处理，用惰性气体如氮气，氦气或氩气从 凝胶孔中全部去除氯气或含氯气体。在这些处理最后，凝胶增浓至相 应的玻璃，通过在氦气气氛下，在高于900℃，通常高于1200℃下， 加热以完全增浓(在此及后，这种状态也被称为“理论密度”)。
上述处理非常适合于纯化凝胶以使得所获玻璃适合于广泛应用 (通常用以建造光学或机械部件)。然而，已发现这些处理导致气体化 合物存在于最终的玻璃中。在温度范围为1900℃-2200℃下处理该玻 璃以抽取纤维丝时，这些痕量的气体化合物增加了会变为断裂起始点 的微观气泡，从而导致纤维断裂，因此所述已知的过程不适合于制备 光学纤维。
发明内容
本发明可以制得适合于光学纤维丝的预成形体，且没有上述缺 点，该纤维具有等同于且有时优于通过CVD技术获得的纤维的特性。 而且，从广义的角度本发明涉及具有与最终用途相关的期望形状的物 品的制备，其由二氧化硅或由适当地添加有添加剂的二氧化硅构成， 所述物品包括上述光学纤维预成形体，而且还包括液体安全容器，用 于化学实验室中的透明(或不透明)设备，容器，和更普遍的，用于各 种装备的透明的产品。
因此，本发明涉及特定形状的制品，其由二氧化硅构成，或由适 当地添加有添加剂的二氧化硅构成，并在室温下根据包括下述操作的 方法模塑制备：
-制备一以硅醇盐或以硅醇盐和至少一种添加元素的至少一种前 驱体为原料的溶胶；
-水解所获溶胶；
-加入胶体二氧化硅；
-将所得混合物倒入预定模具中；
-使所获溶胶胶凝并快速移走固态产物；
-干燥所获凝胶；
-通过在温度为900℃-1500℃的热处理增浓所获凝胶。
优选硅醇盐是四甲基原硅酸盐和四乙基原硅酸盐。当加入一种或 多种添加剂时，尽管分别根据最终用途由本领域技术人员选择，但优 选周期表中IIIa，IVa，Va，IIIb，IVb，Vb族的元素。尽管模具也是 由本领域技术人员选择，但也根据最终制品的用途进行选择。本发明 的举例并不限制本发明，关于光学纤维预成形体可参见图1中所示的 截面，关于其它可能的应用可参见图2。
在上述溶胶-凝胶步骤中，所有的操作直到模塑都是在室温下进 行，可以在超临界(ipercritical)或次临界条件下进行凝胶干燥。
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