本發明屬于高性能石英材料，特別涉及一種釔-鉍-銻摻雜石英砂及其制備方法與應用。

背景技術：

1、石英玻璃是一種單一組分構成的特種工業技術玻璃，由于其具有其它材料不能取代的一系列特殊性能，使其在現代工業和高技術領域發揮了非常重要的作用。耐溫性、力學強度、抗熱震性、耐腐蝕性等是石英玻璃的重要性能。

2、目前，石英玻璃的主要制備方法是連熔法。該工藝通過石英砂的連續加料、熔融和石英玻璃的連續拉制，高效制備石英玻璃管、棒和板等各種石英玻璃材料。同時，也可在石英砂中摻加不同元素，以獲得各種功能性的石英玻璃。由于石英砂中存在大量的包裹體和羥基，會在連熔過程產生大量氣體，導致石英玻璃中產生大量的肉眼可見的氣泡、氣線以及不可見的微氣泡。這些缺陷很大程度降低了石英玻璃的耐溫性、力學性能及使用壽命。在連熔工藝中，可以通過控制熔融石英在坩堝中熔煉時間進行排氣等方式減少石英玻璃的氣泡缺陷，但是由于石英熔融液相黏度很大，氣體溢出困難，因此效果有限，拉制的石英玻璃管/棒的強度比較低，耐溫性也較差。

技術實現思路

1、發明目的：本發明所要解決的技術問題是針對現有技術的不足，提供一種摻雜釔-鉍-銻的石英砂，以解決連熔法制備石英玻璃時存在大量氣泡缺陷導致力學性能和耐溫性能差的問題，大幅度提高石英玻璃的強度和耐高溫性能。

2、為了實現上述發明目的，本發明采取的技術方案如下：

3、一種釔-鉍-銻摻雜石英砂，石英砂中sio2含量≥99.995?wt.%，雜質含量≤50ppm，雜質中含有氧化釔、氧化鉍、氧化銻，三者總含量在25-45ppm。

4、優選地，所述的雜質中，氧化釔含量10-20?ppm、氧化鉍含量10-15ppm、氧化銻含量5-10?ppm。

5、進一步優選地，所述的雜質中，氧化釔、氧化鉍、氧化銻之間的質量比1:（0.5-1）:（0.5-1）。

6、進一步地，本發明還提供上述釔-鉍-銻摻雜石英砂的制備方法，包括如下步驟：

7、（1）分別配置氧化釔、氧化鉍、氧化銻的鹽酸溶液，隨后將三種鹽酸溶液混合，攪拌混合得到混合摻雜溶液；

8、（2）以高純石英砂為原料，將其按照固液體積比1:1.5-3加入至步驟（1）混合摻雜溶液中，然后在100-150℃，1.2-1.5?mpa高壓下攪拌浸洗處理6-10?h，得到初步摻雜處理的高純石英砂；

9、（3）將步驟（2）所得初步摻雜處理的高純石英砂用超純水清洗，烘干后備用；

10、（4）將步驟（3）烘干后的初步摻雜處理的高純石英砂在高溫下擴散處理，冷卻得到摻雜高純石英砂精樣；

11、（5）將步驟（4）得到的摻雜高純石英砂精樣與高純石英砂原料混合，得到摻雜高純石英砂，隨后進行磁選處理除去鐵性雜質；

12、（6）將磁選處理后的摻雜高純石英砂進行高溫氯化處理，即得。

13、具體地，步驟（1）中，所述的混合摻雜溶液中，氧化釔濃度為0.05-0.10?wt.%，氧化鉍濃度為0.05-0.10?wt.%，氧化銻濃度為0.02-0.05?wt.%。

14、具體地，步驟（3）中，烘干溫度為200-300?℃。

15、具體地，步驟（4）中，所述擴散處理的溫度為1000-1200℃，時間為4-8?h。

16、具體地，步驟（5）中，摻雜高純石英砂精樣與高純石英砂原料按照質量比1:100-150進行高速攪拌混合。

17、具體地，步驟（6）中，所述高溫氯化處理的溫度為1300-1500℃，采用cl2和hcl的一種或者兩種氣體的混合物，氯化時間為30-120min，以除去摻雜過程中引入的堿金屬雜質。

18、進一步地，本發明還要求保護上述釔-鉍-銻摻雜石英砂在用于連熔法制備耐高溫石英玻璃中的應用。

19、有益效果

20、（1）本發明將氧化釔作為添加劑，可以顯著提高玻璃的熔化溫度，這對于制造高溫玻璃非常重要。同時氧化釔摻入石英玻璃使得每個四面體中氧數和非橋氧數增大、連接數降低，使得sio2熔體的高溫黏度降低，有利于雜質、氣泡的排除。

21、鉍離子在玻璃中與硅氧四面體通過頂角或共邊相連接，形成一種特殊的網絡。這張特殊的網絡使氧化鉍與sio2系統具有很寬的玻璃形成去，并決定了氧化鉍在硅酸鹽熔體中的高度助熔性，能顯著降低玻璃的黏度，增大玻璃的密度。

22、氧化銻具有抑制氣泡形成的作用。在高溫下的玻璃原料中可能存在氧化物或其他雜質，這些雜質會形成氣泡，影響玻璃的透明度。在玻璃制造過程中，氧化銻會被還原為二氧化銻并氧化一部分玻璃中的雜質元素，隨后再被氧化回三氧化銻，形成一個循環過程，使玻璃中的雜質不斷被氧化并移除，防止氣泡的形成。

23、（2）本發明釔-鉍-銻摻雜石英砂制備的石英玻璃致密、氣泡大幅度減少，長期耐1500℃及以上高溫，較普通石英玻璃高100-200℃，石英玻璃的抗壓強度達到1000mpa以上，較普通石英玻璃提高10%以上。

技術特征：

1.一種釔-鉍-銻摻雜石英砂，其特征在于，石英砂中sio2含量≥99.995?wt.%，雜質含量≤50ppm，雜質中含有氧化釔、氧化鉍和氧化銻，三者總含量在25-45ppm。

2.根據權利要求1所述的釔-鉍-銻摻雜石英砂，其特征在于，所述的雜質中，氧化釔含量10-20?ppm、氧化鉍含量10-15ppm、氧化銻含量5-10?ppm。

3.根據權利要求1所述的釔-鉍-銻摻雜石英砂，其特征在于，所述的雜質中，氧化釔、氧化鉍、氧化銻之間的質量比1:（0.5-1）:（0.5-1）。

4.權利要求1所述的釔-鉍-銻摻雜石英砂的制備方法，其特征在于，包括如下步驟：

5.根據權利要求1所述的釔-鉍-銻摻雜石英砂的制備方法，其特征在于，步驟（1）中，所述的混合摻雜溶液中，氧化釔濃度為0.05-0.10?wt.%，氧化鉍濃度為0.05-0.10?wt.%氧化銻濃度為0.02-0.05?wt.%。

6.根據權利要求1所述的釔-鉍-銻摻雜石英砂的制備方法，其特征在于，步驟（3）中，烘干溫度為200-300?℃。

7.根據權利要求1所述的釔-鉍-銻摻雜石英砂的制備方法，其特征在于，步驟（4）中，所述擴散處理的溫度為1000-1200℃，時間為4-8?h。

8.根據權利要求1所述的釔-鉍-銻摻雜石英砂的制備方法，其特征在于，步驟（5）中，摻雜高純石英砂精樣與高純石英砂原料按照質量比1:100-150進行高速攪拌混合。

9.根據權利要求1所述的釔-鉍-銻摻雜石英砂的制備方法，其特征在于，步驟（6）中，所述高溫氯化處理的溫度為1300-1500℃，采用cl2和hcl的一種或者兩種氣體的混合物，氯化時間為30-120min，以除去摻雜過程中引入的堿金屬雜質。

10.權利要求1所述的釔-鉍-銻摻雜石英砂在用于連熔法制備耐高溫石英玻璃中的應用。

技術總結
本發明公開了一種釔?鉍?銻摻雜石英砂及其制備方法與應用，石英砂中SiO<subgt;2</subgt;含量≥99.995%，雜質含量≤50ppm，雜質中含有氧化釔、氧化鉍、氧化銻，三者總含量在25?45ppm。氧化釔的摻入顯著提高玻璃的熔化溫度；氧化鉍和氧化銻能夠降低石英熔體的粘度，有利于石英砂在連熔過程中產生的大量氣體溢出，提高玻璃的致密性，從而提高石英玻璃的強度和耐高溫性。

技術研發人員：唐明亮,鄭海,姜正,姜埡東,胡增涵,陸春華
受保護的技術使用者：南京工業大學
技術研發日：
技術公布日：2025/4/28