本發明涉及一種石英玻璃，尤其涉及一種抗輻射用高純石英玻璃及其制備方法、裝置和光纖，屬于石英玻璃制備領域。

背景技術：

1、石英玻璃是由二氧化硅單一組分組成的非晶態材料，因而具有耐高溫、化學穩定性強、純度高透過率好、耐輻射等諸多優點，被廣泛應用于先進光學、半導體、光伏、航空航天、光纖等領域。

2、然而，當石英玻璃作為光纖用于輻射等特殊環境中時，由于高能量或高劑量的電子、中子、射線等會與石英光纖發生作用，在石英玻璃的網絡結構中產生色心缺陷，使其結構發生變化，這種缺陷會在特定的波段(尤其是紫外及可見光波動)造成吸收，導致光纖的衰減增加，引起光纖對信號的傳輸性能降低。

3、因此，如何克服色心缺陷所導致的光纖衰減增加是本領域技術人員亟待解決的問題。

技術實現思路

1、本發明提供一種抗輻射用高純石英玻璃及其制備方法、裝置和光纖，該抗輻射用高純石英玻璃中羥基含量高且羥基含量分布均勻，能夠抑制色心缺陷的產生，從而提升抗輻射用高純石英玻璃的抗輻射性。

2、本發明提供抗輻射用高純石英玻璃的制備方法，該制備方法能夠制備出高羥基含量的抗輻射用高純石英玻璃，且該抗輻射用高純石英玻璃中的羥基含量分布均勻，同時該制備方法工藝簡單、設備要求低且能耗低，有利于抗輻射用高純石英玻璃的工業化生產。

3、本發明還提供一種裝置，該裝置用于制備上述抗輻射用高純石英玻璃，該裝置組成簡單、成本低，為抗輻射用高純石英玻璃的工業化生產奠定了基礎。

4、本發明還提供一種光纖，該光纖由上述抗輻射用高純石英玻璃制備而成，具有高抗輻射性。

5、本發明提供一種抗輻射用高純石英玻璃，所述抗輻射用高純石英玻璃包括羥基，所述羥基在所述抗輻射用高純石英玻璃中的質量含量為大于或等于300ppm，所述抗輻射用高純石英玻璃中軸向的羥基質量含量的波動不超過15ppm，所述抗輻射用高純石英玻璃中徑向的羥基質量含量的波動不超過15ppm。

6、可選地，所述抗輻射用高純石英玻璃中雜質的含量低于1ppb，所述抗輻射用高純石英玻璃的光學均勻性為1-5ppm。

7、本發明提供一種如上所述的抗輻射用高純石英玻璃的制備方法，包括以下步驟：1)在負壓20-35pa的壓力下，將sicl4、o2、h2、ar的混合氣體進行火焰水解反應，得到二氧化硅沉積體；2)將所述二氧化硅沉積體依次進行預處理、玻璃化處理和純化處理，得到所述抗輻射用高純石英玻璃。

8、可選地，所述二氧化硅沉積體的長度為900-1500mm，所述二氧化硅沉積體的直徑2r為100-300mm，h與r的比值為0.1-0.8；其中，r為所述二氧化硅沉積體的半徑，h為所述二氧化硅沉積體的變徑處與末端的距離。

9、可選地，步驟1)包括以下步驟：在負壓20-35pa的壓力下，所述sicl4、o2、h2、ar的混合氣體通過噴燈進行所述火焰水解反應，在靶棒上沉積二氧化硅，得到所述二氧化硅沉積體；所述噴燈的軸線與靶棒的軸線之間的角度θ為30-50°，所述噴燈的端口與所述靶棒的軸線之間距離l1為80-180mm，所述噴燈的端口與所述靶棒的軸線的垂直距離為l2，l2：l1＝0.5-0.76。

10、可選地，所述靶棒的旋轉速度為10-40rpm，二氧化硅的沉積速率為0.3-1.5mm/min；sicl4與o2的流量比為(1～2)：(2～1)，h2與o2的流量比為(1～3)：1，sicl4的流量為20-40g/min。

11、可選地，所述預處理包括以下步驟：1)在負壓0.2-0.5bar下，將所述二氧化硅沉積體在3-6rpm的旋轉速度下進行旋轉，保持1-3h；2)在200-400℃、8-15pa下，在設置所述二氧化硅沉積體的空間中通入流量為1000-3000ml/h的水霧，保持4-8h；其中，所述水霧的粒徑為3-10μm；3)在300-600℃、10-30pa下，通入流量為1000-3000ml/h的水霧以及流量為2-6l/min的o2，保持12-24h，得到第一中間體。

12、可選地，所述玻璃化處理包括以下步驟：在1300-1500℃下，在設置所述第一中間體的空間中通入流量為1000-3000ml/h的水霧、流量為2-6l/min的o2、流量為8-25l/min的he，保持4-6h，得到第二中間體。

13、可選地，所述純化處理包括以下步驟：對所述第二中間體冷卻至100℃以內，冷卻時間為30-60min；待所述第二中間體冷卻后，在負壓0.3-0.6bar下，在設置所述第二中間體的空間中通入流量為3-5l/min的h2、ar混合氣以及流量為3-5l/min的he，直至空間的壓力為正壓0.5-2bar，以升溫速率10-20℃/min將溫度升至400-800℃，恒溫恒壓60-150h，得到所述抗輻射用高純石英玻璃；其中，所述h2、ar混合氣中h2的體積占比為1～3％。

14、本發明提供一種裝置，包括火焰水解反應單元、預處理單元、玻璃化處理單元和純化處理單元；所述火焰水解反應單元用于所述火焰水解反應；所述預處理單元用于所述預處理；所述玻璃化處理單元用于所述玻璃化處理；所述純化處理單元用于所述純化處理。

15、本發明提供一種光纖，所述光纖由如上所述的抗輻射用高純石英玻璃制備而成。

16、本發明提供一種抗輻射用高純石英玻璃及其制備方法、裝置和光纖，該抗輻射用高純石英玻璃結構中含有質量百分含量為大于或等于300ppm的羥基，能夠形成si-oh，從而抑制色心缺陷的產生，進而提升抗輻射用高純石英玻璃的抗輻射性；并且抗輻射用高純石英玻璃中羥基的分布均勻，能夠保證二氧化硅網絡結構的均勻，避免產生畸形結構，減少玻璃的結構應力，從而提升抗輻射用高純石英玻璃的抗輻射性。

技術特征：

1.一種抗輻射用高純石英玻璃，其特征在于，所述抗輻射用高純石英玻璃包括羥基，所述羥基在所述抗輻射用高純石英玻璃中的質量含量為大于或等于300ppm，所述抗輻射用高純石英玻璃中軸向的羥基質量含量的波動不超過15ppm，所述抗輻射用高純石英玻璃中徑向的羥基質量含量的波動不超過15ppm。

2.根據權利要求1所述的抗輻射用高純石英玻璃，其特征在于，所述抗輻射用高純石英玻璃中雜質的含量低于1ppb，所述抗輻射用高純石英玻璃的光學均勻性為1-5ppm。

3.一種權利要求1或2所述的抗輻射用高純石英玻璃的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

4.根據權利要求3所述的抗輻射用高純石英玻璃的制備方法，其特征在于，所述二氧化硅沉積體的長度為900-1500mm，所述二氧化硅沉積體的直徑2r為100-300mm，h與r的比值為0.1-0.8；其中，r為所述二氧化硅沉積體的半徑，h為所述二氧化硅沉積體的變徑處與末端的距離。

5.根據權利要求3或4所述的抗輻射用高純石英玻璃的制備方法，其特征在于，步驟1)包括以下步驟：

6.根據權利要求5所述的抗輻射用高純石英玻璃的制備方法，其特征在于，所述靶棒的旋轉速度為10-40rpm，二氧化硅的沉積速率為0.3-1.5mm/min；

7.根據權利要求3-6任一項所述的抗輻射用高純石英玻璃的制備方法，其特征在于，所述預處理包括以下步驟：

8.根據權利要求7所述的抗輻射用高純石英玻璃的制備方法，其特征在于，所述玻璃化處理包括以下步驟：

9.根據權利要求8所述的抗輻射用高純石英玻璃的制備方法，其特征在于，所述純化處理包括以下步驟：

10.一種裝置，其特征在于，包括火焰水解反應單元、預處理單元、玻璃化處理單元和純化處理單元；

11.一種光纖，其特征在于，所述光纖由權利要求1或2所述的抗輻射用高純石英玻璃制備而成。

技術總結
本發明提供一種抗輻射用高純石英玻璃及其制備方法、裝置和光纖，所述抗輻射用高純石英玻璃包括羥基，所述羥基在所述抗輻射用高純石英玻璃中的質量含量為大于或等于300ppm，所述抗輻射用高純石英玻璃中軸向的羥基質量含量的波動不超過15ppm，所述抗輻射用高純石英玻璃中徑向的羥基質量含量的波動不超過15ppm。本發明提供的抗輻射用高純石英玻璃中羥基含量高且羥基含量分布均勻，能夠抑制色心缺陷的產生，從而提升抗輻射用高純石英玻璃的抗輻射性。

技術研發人員：吳椿烽,黃素娟,沈一春,陳婭麗,陳京京,秦鈺
受保護的技術使用者：上海大學
技術研發日：
技術公布日：2025/4/24