中国粉体网讯 石英玻璃拥有极低的热膨胀系数（约为5.5×10-7/℃），仅为陶瓷的1/6和普通玻璃的1/20。研究表明，在石英玻璃中掺杂二氧化钛可进一步降低膨胀系数，可比普通石英玻璃再低1~2个数级，得到超低膨胀系数石英玻璃。在特定温度范围内，超低膨胀系数石英玻璃的膨胀系数甚至可以达到0，即使在极冷极热或温度变化比较大的极端环境中依然拥有优异的工作稳定性。
超低膨胀石英玻璃的制造技术
通常制备掺杂石英玻璃的方法主要包括多孔二氧化硅浸润法、溶胶-凝胶掺杂、火焰水解沉积、粉体掺杂、对二氧化硅粉料进行液体掺杂等，目前对于制备掺杂二氧化钛的超低膨胀石英玻璃采用火焰水解沉积法较为常见，具有成熟的工业应用。
火焰水解沉积法
直接合成法：化学气相沉积（CVD）作为火焰水解沉积（FHD）法其中的一种，是指利用气相含硅和含钛化合物原料（如SiCl4、TiCl4）在氢气-氧气火焰中高温水解生成SiO2-TiO2微粒，并逐层沉积在旋转的基体上直接制备掺钛石英玻璃的工艺。
间接合成法制备掺钛石英玻璃是相对于原料经高温一步直接制得石英玻璃的直接合成法而言的。在以气相轴向沉积（VAD）工艺、管外气相沉积（OVD）工艺为代表的间接合成法中，在较低温度下沉积得到SiO2-TiO2疏松体，随后疏松体经脱羟、掺杂、烧结及冷却等过程最终得到掺钛的石英玻璃。
溶胶-凝胶法
以金属醇盐作为原料，通过水解和缩合反应形成由固体颗粒网络和周围液体组成的凝胶，随后通过溶剂交换、超临界干燥、预固化处理等方式进行干燥，除去凝胶内的液体得到相互连接的颗粒，最终通过加热至足够温度形成玻璃体。
协同制备法
通过VAD工艺合成纯二氧化硅的多孔坯体，然后利用ALD工艺首先将二氧化硅纳米颗粒表面的羟基作为锚定基团与掺杂前体TiCl4接触，使得钛原子与其发生键合形成纳米颗粒表面的第一层原子层。再引入水蒸气发生反应将氯原子以盐酸的形式去除，并重新形成和激活原子表面的羟基。通过重复此反应循环对坯体进行掺杂并确保多孔体中掺杂浓度的均匀性，最终将多孔坯体在1400℃下经过固化得到了SiO2-TiO2玻璃材料。
其他方法
如氟化处理法，制备氟化石英玻璃（膨胀系数＜5×10-3/K），可用于EUV光刻镜基材。
超低膨胀石英玻璃的应用
极紫外光刻
在极紫外光刻（EUVL）领域，超低膨胀石英玻璃是实现近衍射极限分辨率的关键材料。由于光刻技术从193nm向13.5nm工艺升级后，光学系统由折射转为反射，且曝光过程中光学元件局部温度会从室温升至40-110℃，微小热膨胀便可能降低光束质量、影响光刻精度。而超低膨胀石英玻璃具备近零热膨胀系数（CTE）与低峰谷CTE变化，能最大限度减少温度波动导致的机械或光学畸变，还因膨胀系数离散小、残余应力小、抛光精度高等特点，可满足光刻物镜组反射镜与光掩膜基板的严苛需求。
大口径轻质反射镜
在大口径轻质反射镜领域，超低膨胀石英玻璃适配航空航天与天文光学系统的发展需求。随着望远镜等大型光学设备向大口径演进，反射元件需兼具高轻量化率与低膨胀特性以维持面形精度，而超低膨胀石英玻璃不仅热膨胀系数极低，还具备优良的冷热加工与可焊接能力，可通过高温熔接、低温熔接等工艺制成封闭式蜂窝结构，在轻量化（面密度可小于10kg/m2）的同时保证抗变形强度。
光频原子钟
在光频原子钟领域，超低膨胀石英玻璃是制造超稳光学腔体的核心选择。光钟需依托高稳定光学频率实现精准计量，而超稳光学腔作为超稳窄线宽激光的频率基准，对腔长稳定性要求极高。超低膨胀石英玻璃在零膨胀温度点下，腔长对温度极不敏感，结合超高真空环境与高精度控温，可大幅减少环境干扰，提升测量稳定性、降低漂移。
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参考来源：
刘小舟,刘俊龙,樊明轩等.超低膨胀石英玻璃的制造及应用
刘志龙,耿爱霞,毛露路,等.超低膨胀玻璃的发展及应用
(中国粉体网编辑整理/九思)
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