[发明专利]用于生产具有高硅酸含量的材料的复合体的方法

说明书

生产复合体的方法，其具有含有第一浓度的附加组分的高硅酸含量的材料的第一层，所述第一层连接至含有不同于第一浓度的第二浓度的附加组分的高硅酸含量的材料的第二层，其中第一浓度和第二浓度大于或等于零，该方法包括以下步骤：(a)通过使用含有第一分散剂和分散于其中的第一SiO₂颗粒以及第一浓度的附加组分的第一料浆物料制备具有自由表面的第一料浆层，(b)提供含有第二分散剂和分散于其中的第二SiO₂颗粒以及不同于第一浓度的第二浓度的附加组分的第二料浆物料，(c)通过将第二料浆物料施加于第一料浆层的自由表面形成复合体中间产品，和(d)在形成复合体的同时加热复合体中间产品。

技术背景

本发明涉及用于生产复合体的方法，所述复合体具有含有第一浓度的附加组分的高硅酸含量的材料的第一层，所述第一层连接至含有不同于所述第一浓度的第二浓度的附加组分的高硅酸含量的材料的第二层，并且所述第一浓度和所述第二浓度大于或等于零。

现有技术

具有高硅酸含量的材料在本文被理解为具有至少85%的SiO₂含量的经掺杂或未经掺杂的石英玻璃。该材料在下文中也将被简称为“石英玻璃”。石英玻璃的特征在于低热膨胀系数、宽波长范围内的光学透明度以及高耐化学性和耐热性。

为了实现特殊的性质，石英玻璃掺杂有其他物质，例如钛、铝、硼或锗。这些物质以非常小的量添加并且在玻璃结构中起到外来原子的作用，而不形成除了基质之外的第二相。

含有附加组分的石英玻璃在本文被命名“黑色玻璃（black glass）”，其中碳、硅、碳化硅、氮化硅、氮化钛或碳化钛的第二相被插入石英玻璃的基质中并固结成复合材料。被插入的相(例如Si相或碳相)的细颗粒区域充当光学缺陷并具有使复合材料在室温下具有黑色或灰色视觉外观的效果。另一方面，所述缺陷还对复合材料整体的热吸收或热发射产生影响。在2μm至8μm，即在红外辐射的波长范围内的热辐射被强烈吸收。对热辐射的高吸收和发射能力减少其在该复合材料的表面上的反射。由此防止由反射的热辐射引起的局部、非再现性的升温，并且在该复合材料的环境中实现均匀的温度分布。该复合材料的高度的发射使得组件特别适合用于其中再现性和均匀的温度分布具有重要性的热处理。

经常地，需要将石英玻璃元件连接至彼此，例如用于制造具有复杂形状的石英玻璃组件。通常，这种连接通过将组件焊接至彼此来提供。例如EP 1 042 241 B1描述了用于石英玻璃管的对接式（butt-like）焊接的方法。焊接包括将待连接至彼此的表面熔融并且将软化的表面相对彼此压制，这可能容易在焊接区的区域中导致不期望的塑性变形。虽然可以通过广泛的后处理来去除这种类型的变形，但是通常仍有一些尺寸偏差。

在黑色玻璃的焊接期间产生了另外的困难：在加热期间，温度可能被限制于低于被插入的相的熔点(Si相：1410℃)的值。在被插入的碳的情况下，限制因素为碳由于强烈的加热而从自由表面（free surface）分离或者其由于高的工艺温度而氧化或燃烧掉；这可能导致气泡的形成。此外，由于上文提及的黑色玻璃的高发射程度，已经通过焊炬引入的大部分热量被再次发射，使得该材料相比于透明或不透明的石英玻璃以明亮发光的方式发亮，并且快速地再次冷却。因此，黑色玻璃的接合或成形不可以热加工的方式。从EP 2 048 121A1已知，在表面的全部面上为黑色玻璃组件提供透明的石英玻璃层。由于该层，可以在热工艺中处理黑色玻璃组件，特别是将其焊接到另一石英玻璃组件。透明的外层通过使多孔的SiO₂炱体(soot body)经受与有机硅化合物的气相反应、然后在真空下玻璃化而产生。在玻璃化期间，有机Si化合物的碳组分不能扩散出所述炱体的核心区域，产生具有在核心区域中的碳相(碳含量为30wt.ppm至50,000wt.ppm)且具有无碳(小于30wt.ppm的碳)的透明外层的黑色玻璃组件。所述外层具有1毫米至10毫米的层厚度，所述层厚度取决于在组件的玻璃化期间所设定的负压。该组件的层厚度的设定和核心区域中碳量的调整结果是复杂的，使得根据EP 2 048 121 A1的方法必定被认为在整体上是复杂的。此外，这将仅产生全部面上具有透明外层的黑色玻璃组件；仅一个连接表面的选择性形成是不可能的。