-漿料的用途
【專利摘要】本發(fā)明涉及制備摻雜SiO2-漿料的方法，該方法通過(guò)使SiO2-懸浮體和至少一種摻雜溶液相互作用，其中所述SiO2-懸浮體或/和所述摻雜溶液以噴霧的形式相互作用，其中噴霧的平均液滴直徑是10μm至100μm。此外，本發(fā)明涉及借助所述噴霧方法摻雜的SiO2-漿料用于制造摻雜的石英玻璃，特別地用于制造激光活性的石英玻璃的用途。
【專利說(shuō)明】制造摻雜S12-漿料的方法以及該S12-漿料的用途

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及制備摻雜S12-漿料的方法，該方法通過(guò)向在含水液體中含有S12-顆粒的懸浮體中連續(xù)加入至少一種摻雜溶液來(lái)形成所述的摻雜S12-漿料。
[0002]此外，本發(fā)明涉及所述摻雜S12-漿料的用途。

【背景技術(shù)】
[0003]DE 10 2004 006 017 Al描述了用于制造激光活性石英玻璃的摻雜S12-漿料。為了用稀土或者過(guò)渡金屬的氧化物摻雜石英玻璃，推薦“粉末-路線”并使用高純度的、均勻的摻雜S12-粒狀物。在此由含有S12-納米顆粒和摻雜物質(zhì)的含水懸浮體起始。該摻雜物質(zhì)的起始化合物以水溶性的水合化合物AlCl3 X 6H20和NdCl3 x 6H20的形式加入。
[0004]在根據(jù)DElO 2007 045 097 Al的這類(lèi)方法中，向均勻的、堿性的S12-懸浮體以溶解的形式并且通過(guò)在持續(xù)攪拌下時(shí)間控制地、逐滴地加入含水摻雜物質(zhì)溶液來(lái)引入摻雜物質(zhì)。
[0005]然而液滴摻雜技術(shù)在運(yùn)動(dòng)的漿料中也只能局部地起作用，因?yàn)閾诫s溶液的離子非常迅速地與漿料的S12-顆粒結(jié)合。因此可以局部改變?cè)谒鰸{料中的S12-顆粒的摻雜物質(zhì)濃度，其在漿料后續(xù)加工成燒結(jié)石英玻璃后通過(guò)在該石英玻璃中相應(yīng)的非均勻度可察覺(jué)。
[0006]技術(shù)目的
因此本發(fā)明的目的在于，提供制備摻雜S12-漿料的方法，該方法確保最佳的摻雜物質(zhì)分布。
[0007]此外，本發(fā)明的目的在于，提供所述摻雜S12-漿料的合適用途。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]根據(jù)本發(fā)明的方法實(shí)現(xiàn)所述目的，其中在所述形成的摻雜S12-漿料持續(xù)保持運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中，所述S12-懸浮體和/或所述摻雜溶液以噴霧的形式相互作用，其中噴霧的平均液滴直徑是10 μ m至100 μ m。
[0009]通過(guò)根據(jù)本發(fā)明的方法，在摻雜過(guò)程中實(shí)現(xiàn)摻雜溶液的精細(xì)分布。借助噴霧設(shè)備霧化所述摻雜溶液或者所述S12-懸浮體作為基礎(chǔ)組分，以使得產(chǎn)生具有10 μ m至100 μ--平均液滴直徑的小液滴。根據(jù)基于工作壓力和流速的噴霧噴嘴的調(diào)節(jié)，可以調(diào)節(jié)平均液滴尺寸。
[0010]含水霧通常指液滴直徑為10 μπι至40 ym。相比較地，“正?！庇甑蔚某叽鐬榇蠹s600 μ m，而根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)借助滴定管滴加的液體液滴可以估計(jì)具有大約2至5毫米的液滴直徑。
[0011]在本發(fā)明的第一個(gè)變化方案中，所述以噴霧方式噴射的摻雜溶液朝向所述S12-懸浮體，該S12-懸浮體本身借助機(jī)械的攪拌工具劇烈攪拌。因此，具有其非常小的液滴的所述噴霧區(qū)域覆蓋了所述S12-懸浮體的相對(duì)大的表面，由此實(shí)現(xiàn)摻雜劑在漿料中的均勻分布。為了減小摻雜溶液的損失，必須在S12-漿料表面上控制著操縱所述噴嘴。
[0012]替代地，也可以將所述S12-懸浮體作為基礎(chǔ)組分噴射為噴霧，并且噴灑到所述摻雜溶液上。在此持續(xù)攪拌所述摻雜溶液。
[0013]兩種變化方案實(shí)現(xiàn)具有最佳摻雜物質(zhì)分布的摻雜S12-漿料。
[0014]除了通過(guò)上述變化方案，還可以通過(guò)所述S12-懸浮體和所述摻雜溶液以噴霧的方式相互作用來(lái)實(shí)現(xiàn)該目的，其中兩種噴霧的平均液滴直徑為10 μπι至100 μ mo
[0015]根據(jù)本發(fā)明的方法實(shí)現(xiàn)所述S12-懸浮體的液滴和所述摻雜溶液的液滴的特別劇烈的相互作用，因?yàn)樵谒鰢婌F中的兩種組分的表面積是最大化的。在所述噴霧中兩種組分最佳地混合，其中最小的液滴聚集成較大的液滴，其作為摻雜S12-漿料收集在下面的接收容器中。
[0016]液滴尺寸越小，所提及的小液滴的相互作用越劇烈。因此證明特別有利的是噴霧的平均液滴直徑為10 μ m至40 μ m。
[0017]優(yōu)選地，由所述S12-懸浮體和由所述至少一種摻雜溶液形成的噴霧的混合尚且發(fā)生在霧相，即還在噴霧的液滴與形成的摻雜S12-漿料的表面合并之前。
[0018]本發(fā)明的另一個(gè)有利實(shí)施方案在于，通過(guò)使用多個(gè)噴嘴將所述S12-懸浮體或/和所述摻雜溶液噴射成噴霧。
[0019]使用不止一個(gè)噴嘴確保有效的工作方式。此外可以基于流量、工作壓力和空間方向以不同方式調(diào)節(jié)多個(gè)噴嘴，以優(yōu)化噴霧液滴之間的和噴霧液滴與所述各自不噴射的組分之間的接觸和相互作用。
[0020]此外還證明有利的是,在產(chǎn)生所述噴霧時(shí)在0.5 bar至10 bar,優(yōu)選小于5 bar的工作壓力下工作。另外，在產(chǎn)生所述噴霧時(shí)以0.2 1/11至0.4 Ι/h，優(yōu)選小于0.5 Ι/h的流速工作是有利的。
[0021]兩個(gè)參數(shù)，工作壓力和流速基本上確定液滴尺寸分布和所述整個(gè)方法的效果。
[0022]此外，對(duì)于均勻的摻雜物質(zhì)分布證明有利的是，通過(guò)使用一個(gè)或者多個(gè)螺旋槳攪拌器使所述S12-懸浮體或者所述摻雜溶液或者所述至少部分摻雜的S12-漿料保持運(yùn)動(dòng)。
[0023]所述措施起附加均勻化的作用并且阻止在所述S12-漿料中任選的摻雜S12-顆粒的下沉。
[0024]為了確保所述S12-懸浮體最佳的噴霧產(chǎn)生，在產(chǎn)生噴霧前優(yōu)選地過(guò)濾所述S12-懸浮體和/或所述摻雜溶液。
[0025]通過(guò)過(guò)濾分離出可能的較粗的S12-顆粒，其可能導(dǎo)致在噴霧產(chǎn)生過(guò)程中的中斷或者其它不規(guī)則性。例如在太大的顆粒時(shí)，噴霧器噴嘴可能堵塞或者不可以調(diào)節(jié)為所需的液滴直徑。在摻雜溶液中也可能由于制造限制存在較粗的雜質(zhì)，其通過(guò)過(guò)濾去除。
[0026]為了獲得特別均勻的S12-懸浮體作為基礎(chǔ)物質(zhì)，另一個(gè)優(yōu)選措施在于，調(diào)節(jié)所述S12-楽;料的pH-值至大于12。例如通過(guò)加入濃縮的氨溶液達(dá)到。所述S12-顆粒周?chē)碾妱?shì)由此加強(qiáng)，這導(dǎo)致所述顆粒的相互撞擊并且削弱沉降傾向。
[0027]根據(jù)本發(fā)明的方法，所述摻雜S12-漿料的主要應(yīng)用領(lǐng)域是制備摻雜的石英玻璃，特別是激光活化的石英玻璃。其包含在主體材料石英玻璃中引起激光束加強(qiáng)的摻雜物質(zhì)。在此通常指稀土陽(yáng)離子(鑭系元素)和/或指所謂過(guò)渡金屬的陽(yáng)離子。經(jīng)常還引入其它摻雜物質(zhì)，例如鋁、磷和硼的氧化物，來(lái)調(diào)節(jié)所述石英玻璃的粘度和折光率。在此對(duì)摻雜物質(zhì)分布的均勻度提出特別高的要求，以避免反玻璃化和小結(jié)形成以及因此同時(shí)實(shí)現(xiàn)盡可能高的加強(qiáng)性能和所述待加強(qiáng)的激光束的低衰減。激光活性的石英玻璃可以在所謂的棒形-、纖維-或盤(pán)形激光器中使用。
[0028]此外，所述摻雜的S12-漿料用于制造石英玻璃粒狀物，其進(jìn)而適用于制造特殊的石英玻璃坩堝、濾光玻璃、閃爍材料、熒光石英玻璃、粘度或者折光率匹配的石英玻璃、用于偏振保持光纖的壓力棒(Stressstab),以及制造具有特殊的磁或電性能的石英玻璃材料，這些基于所述各個(gè)摻雜材料的作用。

【具體實(shí)施方式】
[0029]以下借助【具體實(shí)施方式】進(jìn)一步闡述本發(fā)明。
[0030]實(shí)施例1
為了制備Yb2O3和Al2O3摻雜的石英玻璃，由離散的S12-顆粒以S12-集聚體的形式在超純水中制備懸浮體。所述的S12-聚集體具有1Mffl的平均顆粒尺寸并且由顆粒尺寸為5nm至100 nm的S12-初級(jí)顆粒組成。通過(guò)加入濃縮的氨溶液調(diào)節(jié)pH-值至14。所述堿性懸浮體的固含量為16重量％。
[0031]向所述均勻的、堿性的懸浮體以溶解的形式并且通過(guò)加入由S12-懸浮體的AlCl3和YbCl3 (摩爾比例6:1)構(gòu)成的含水摻雜溶液的噴霧引入摻雜物質(zhì)。與此同時(shí)通過(guò)螺旋槳攪拌器強(qiáng)烈地充分?jǐn)嚢杷鯯12-懸浮體。借助噴嘴霧化所述摻雜物質(zhì)溶液以產(chǎn)生噴霧，其中調(diào)節(jié)到2 bar的工作壓力和0.8 Ι/h的流速。所述這樣產(chǎn)生的噴霧含有具有1Mm至40Mm平均直徑的液滴。通過(guò)該工序確保得到最佳均勻的摻雜S12-漿料。
[0032]由于所述懸浮體的高pH-值而直接產(chǎn)生以Al (OH) 3和Yb (OH) 3形式的兩種摻雜物質(zhì)的氫氧化物的混合沉淀。以這種方式來(lái)調(diào)節(jié)所述懸浮體中的摻雜物質(zhì)濃度，其中Al2O3為I摩爾％和Yb2O3為0.25摩爾％ (基于所述懸浮體的S12-含量計(jì))。
[0033]所述的這樣摻雜的S12-漿料繼續(xù)加工為粒狀物，其進(jìn)而燒結(jié)成石英玻璃材料并且作為激光活性的石英玻璃使用。借助基于根據(jù)本發(fā)明噴霧摻雜的摻雜S12-漿料制備的摻雜石英玻璃，顯示比根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的液滴摻雜的情況基本上更低的不均勻度。這樣可以例如通過(guò)10 Cm厚的稀土摻雜的石英玻璃樣品還閱讀出通常大小的文字，其中該樣品具有噴霧摻雜的S12-漿料作為起始材料。否則由于歸因于摻雜物質(zhì)不均勻分布的條紋的散射，這些是不可能的。
[0034]實(shí)施例2
正如由實(shí)施例1的摻雜溶液一樣，由根據(jù)實(shí)施例1的具有16重量比％固含量的所述堿性S12-懸浮體產(chǎn)生噴霧。在霧化前過(guò)濾所述S12-懸浮體和所述摻雜溶液以分離出粗顆?；蛘咂渌笥?5 Mffl的雜質(zhì)，其中澆注所述各組分分別通過(guò)具有相應(yīng)網(wǎng)眼寬度的塑料篩。如有必要，特別可以在S12-懸浮體的過(guò)濾中借助塑料抹刀輔助通過(guò)所述篩。然后在4至5bar的工作壓力下和以大約2.4 Ι/h的流量噴射所述S12-懸浮體。相反地，對(duì)于摻雜溶液調(diào)節(jié)工作壓力為2 bar和流速為0.8 Ι/h。使所述噴霧器噴嘴在摻雜S12-漿料的接收容器上方斜向下地并且以大約5至10 cm的相互距離固定位置。所述這樣產(chǎn)生的噴霧含有具有1Mm至40Mm平均直徑的液滴。
[0035]可以在摻雜過(guò)程中調(diào)整所述噴霧器噴嘴相互之間的角度。此外，也可以使所述噴嘴根據(jù)預(yù)定的模式運(yùn)動(dòng)，由此噴霧的更劇烈的相互作用是可行的。由所述S12-漿料和所述摻雜溶液形成的噴霧的液滴在接收容器的上部發(fā)生相互作用，并且最后下沉到接收容器的底部。此外，在接收容器中安裝攪拌儀器，其使所述在此接收的摻雜S12-漿料保持運(yùn)動(dòng)。所述這樣摻雜的漿料正如在實(shí)施例1中一樣繼續(xù)加工為摻雜的S12-粒狀物，其隨后以多樣的方式應(yīng)用于制造摻雜的石英玻璃材料。
【權(quán)利要求】
1.制備摻雜S12-漿料的方法，該方法通過(guò)向在含水液體中含有S12顆粒的懸浮體連續(xù)加入至少一種摻雜溶液來(lái)形成摻雜S12-漿料，其特征在于，在所述形成的摻雜S12-漿料持續(xù)保持運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中，所述S12-懸浮體和/或所述摻雜溶液以噴霧的形式相互作用，其中噴霧的平均液滴直徑是?ο μ m至100 μ m。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于，所述的平均液滴直徑是10μπι至50 μπι。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2的方法，其特征在于，在噴霧由所述S12-懸浮體和由所述至少一種摻雜溶液形成的情況下，其在霧相中相互混合。
4.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)的方法，其特征在于，通過(guò)使用一個(gè)或者多個(gè)噴嘴將所述S12-懸浮體或/和所述摻雜溶液噴射為噴霧。
5.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)的方法，其特征在于，在產(chǎn)生所述噴霧時(shí)在0.5 bar至10 bar,優(yōu)選小于5 bar的工作壓力下工作。
6.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)的方法，其特征在于，在產(chǎn)生所述噴霧時(shí)以0.2 Ι/h至0.4 Ι/h，優(yōu)選小于0.5 Ι/h的流速工作。
7.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)的方法，其特征在于，通過(guò)使用一個(gè)或者多個(gè)螺旋槳攪拌器使所述S12-懸浮體或者所述摻雜溶液或者所述至少部分摻雜的S12-漿料保持運(yùn)動(dòng)。
8.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)的方法，其特征在于，在產(chǎn)生所述噴霧前過(guò)濾所述S12-懸浮體和/或所述摻雜溶液。
9.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)的方法，其特征在于，調(diào)節(jié)所述S12-懸浮體的pH-值至大于12。
10.根據(jù)權(quán)利要求1至9中任一項(xiàng)的方法制備的摻雜S12-泥漿用于制造摻雜的石英玻璃的用途。
11.根據(jù)權(quán)利要求10的用途，其特征在于，所述摻雜的石英玻璃是激光活性的石英玻3? ο
【文檔編號(hào)】C01B33/14GK104411645SQ201380033440
【公開(kāi)日】2015年3月11日 申請(qǐng)日期:2013年6月25日 優(yōu)先權(quán)日:2012年6月26日
【發(fā)明者】M.蘇赫, G.舍茨, A.朗納 申請(qǐng)人:赫羅伊斯石英玻璃股份有限兩合公司