陶瓷(ci)纖維(wei)馬(ma)弗爐(lu)烘(hong)烤石英膜(mo)

壹(yi)、 為(wei)什麽(me)要(yao)用(yong)陶瓷(ci)纖維(wei)馬(ma)弗爐(lu)烘(hong)烤石英膜(mo)？

石英膜(mo)（通(tong)常(chang)通(tong)過(guo)溶膠-凝(ning)膠法(fa)、化(hua)學(xue)氣相(xiang)沈積或(huo)濺(jian)射等方(fang)法制(zhi)備）在(zai)初始(shi)狀態(tai)下，往往(wang)存在(zai)以下問題(ti)：

結構(gou)疏(shu)松(song)：含(han)有大(da)量(liang)微孔(kong)、羥基和(he)未(wei)反(fan)應的有機物(wu)。

光(guang)學(xue)性能差：由(you)於孔(kong)隙(xi)和(he)缺陷(xian)，導致(zhi)透(tou)過(guo)率(lv)低(di)、散(san)射嚴(yan)重(zhong)。

機械性能差：薄膜(mo)脆(cui)弱，與(yu)基底的附著力(li)不強(qiang)。

化(hua)學(xue)穩(wen)定(ding)性(xing)差(cha)：容(rong)易(yi)被酸(suan)堿侵(qin)蝕(shi)。

通(tong)過(guo)在(zai)陶瓷(ci)纖維(wei)馬(ma)弗爐(lu)中(zhong)進(jin)行高溫(wen)烘烤，可以實(shi)現(xian)以下關鍵(jian)目(mu)標：

有機物(wu)排除(chu)與(yu)脫水(shui)縮合(he)：對於溶膠-凝(ning)膠法(fa)制(zhi)備的膜(mo)，初(chu)始膜(mo)層中含有溶劑和(he)有機前(qian)驅(qu)體。加熱過(guo)程（通(tong)常(chang)在(zai)200-500°C）可以(yi)使其(qi)揮(hui)發、分解(jie)，並促進(jin)矽(gui)醇鍵（Si-OH）脫(tuo)水縮(suo)合，形(xing)成(cheng)更(geng)穩(wen)定(ding)的矽(gui)氧烷(wan)網(wang)絡(luo)。

薄膜(mo)致(zhi)密化(hua)：隨(sui)著(zhe)溫(wen)度升(sheng)高（通(tong)常(chang)在(zai)800-1200°C），原子(zi)獲得(de)足(zu)夠(gou)能量進(jin)行遷(qian)移(yi)，使薄膜(mo)中(zhong)的孔隙(xi)坍塌(ta)、收縮，微觀(guan)結構(gou)變(bian)得(de)更(geng)加致密。這能顯著提高薄膜(mo)的硬度(du)和(he)耐(nai)磨性。

消(xiao)除(chu)內應力(li)與(yu)改善(shan)附(fu)著力(li)：薄膜(mo)在(zai)制(zhi)備過(guo)程中(zhong)會(hui)產生內應力(li)。通(tong)過(guo)退(tui)火(huo)，可(ke)以釋放這些(xie)應力(li)，防止薄膜(mo)開裂或(huo)從(cong)基底上(shang)剝落。同時(shi)，高溫能促進(jin)薄膜(mo)與(yu)基底（如矽(gui)片、石英玻璃）之(zhi)間(jian)的原子(zi)擴(kuo)散(san)，形(xing)成(cheng)更(geng)強的化學(xue)鍵合(he)，提高附著(zhe)力(li)。

晶型(xing)轉變(bian)：非晶態(tai)的二氧化(hua)矽(gui)在(zai)溫度(du)下（>1200°C）可(ke)能會發生析晶或(huo)相(xiang)變(bian)。雖然大多(duo)數(shu)應用(yong)希(xi)望保持其非晶態(tai)，但(dan)在(zai)某些(xie)特殊(shu)功能材料(liao)研究(jiu)中(zhong)，需(xu)要(yao)通(tong)過(guo)熱處(chu)理(li)來(lai)獲得(de)特定(ding)的晶相(xiang)（如(ru)方(fang)石英）。

二、 陶瓷(ci)纖維(wei)馬(ma)弗爐(lu)的優勢

選(xuan)擇(ze)陶瓷(ci)纖維(wei)馬(ma)弗爐(lu)，主(zhu)要(yao)看重(zhong)其以(yi)下特性(xing)：

· 優(you)異(yi)的保溫性：陶瓷(ci)纖維(wei)爐(lu)膛(tang)熱容(rong)小(xiao)、保溫性能好，升溫速度(du)快(kuai)，能效(xiao)高，且(qie)爐(lu)膛(tang)內溫(wen)度均(jun)勻性好，這對於保證(zheng)大(da)面積薄膜(mo)處(chu)理(li)的均壹性(xing)至關(guan)重(zhong)要(yao)。

· 精(jing)確的程序(xu)控溫：石英膜(mo)的熱處(chu)理(li)對升溫(wen)速(su)率(lv)、保溫時間(jian)和(he)降溫(wen)速(su)率(lv)都有嚴(yan)格要(yao)求(qiu)。程控馬弗爐(lu)可(ke)以執(zhi)行復雜(za)的熱處(chu)理(li)曲線(xian)，實(shi)現(xian)工藝的精(jing)確重(zhong)復。

三、 關(guan)鍵操(cao)作(zuo)步(bu)驟(zhou)與(yu)參數(shu)控制(zhi)

這是壹個(ge)精(jing)密的工藝，每(mei)壹(yi)步(bu)都需謹(jin)慎：

1.樣(yang)品準(zhun)備：將(jiang)帶有石英膜(mo)的基底（如矽(gui)片、玻(bo)璃片）用(yong)石英舟(zhou)或(huo)高(gao)純(chun)氧化(hua)鋁(lv)坩堝盛放。切勿使用(yong)金(jin)屬坩堝(guo)，以(yi)防高(gao)溫(wen)下金(jin)屬離子(zi)汙染(ran)薄膜(mo)。

2.爐(lu)膛(tang)清(qing)潔(jie)：確保爐膛(tang)內幹凈(jing)無雜(za)質，避免(mian)在(zai)高溫(wen)下揮(hui)發汙染(ran)樣品(pin)。

3.設(she)定程序(xu)（最關鍵的壹步(bu)）：

升(sheng)溫速(su)率(lv)：必(bi)須(xu)緩慢(man)！特別(bie)是對於較(jiao)厚(hou)的膜(mo)或(huo)含有較(jiao)多(duo)有機物(wu)的膜(mo)，升(sheng)溫速率(lv)通(tong)常(chang)建議(yi)在(zai)1-5°C/分鐘(zhong)。升(sheng)溫過(guo)快(kuai)會(hui)導(dao)致(zhi)溶劑劇烈(lie)揮(hui)發，使薄膜(mo)開裂、起(qi)泡或(huo)脫層。

目(mu)標溫度與(yu)保溫時間(jian)：根據(ju)薄膜(mo)的最終用(yong)途(tu)確定。

脫(tuo)水排有機物(wu)：300-500°C，保溫1-2小(xiao)時。

致(zhi)密化(hua)退(tui)火(huo)：800-1100°C，保溫30分鐘(zhong)到(dao)數(shu)小(xiao)時不等。溫(wen)度越高，致密化(hua)程度(du)越高，但(dan)也(ye)要(yao)考慮基(ji)底所(suo)能承受(shou)的溫度。

降(jiang)溫速(su)率(lv)：同(tong)樣重(zhong)要(yao)。隨(sui)爐(lu)自(zi)然冷(leng)卻的方式。快(kuai)速(su)降(jiang)溫(wen)（如(ru)打開爐(lu)門(men)）會(hui)因(yin)巨大的熱沖擊導(dao)致(zhi)薄膜(mo)或(huo)基底破裂。對於要(yao)求(qiu)極(ji)低(di)應力(li)的應用(yong)，也需(xu)要(yao)設定緩慢(man)的降溫程序(xu)。

5.氣氛選(xuan)擇(ze)：

空(kong)氣氣氛：適(shi)用(yong)於大(da)多(duo)數(shu)致(zhi)密化(hua)和(he)有機物(wu)排除(chu)。

惰(duo)性氣氛（如(ru)高(gao)純(chun)氮(dan)氣、氬(ya)氣）：如(ru)果需(xu)要(yao)防止薄膜(mo)在(zai)高溫(wen)下被氧化(hua)，或(huo)研究(jiu)特定(ding)氣氛下的反(fan)應，則需要(yao)使用(yong)管式(shi)爐(lu)並通(tong)入(ru)保護(hu)氣。標準的箱式馬(ma)弗爐(lu)通(tong)常(chang)是空(kong)氣氣氛。

四、 潛在(zai)風險(xian)與(yu)註意事項

1. 薄膜(mo)開裂：問(wen)題(ti)。原因(yin)通(tong)常(chang)是升(sheng)溫(wen)/降(jiang)溫太(tai)快(kuai)，或(huo)薄膜(mo)本(ben)身與(yu)基底的熱膨脹(zhang)系(xi)數(shu)不匹(pi)配(pei)。

2. 薄膜(mo)脫(tuo)層：薄膜(mo)從(cong)基底上(shang)脫(tuo)落。原因(yin)可(ke)能是附(fu)著力(li)差(cha)，升(sheng)溫(wen)過(guo)快(kuai)導(dao)致(zhi)內(nei)應力(li)過(guo)大。

3. 汙(wu)染(ran)：爐(lu)膛(tang)內殘留的汙染(ran)物、坩(gan)堝(guo)材質不純(chun)，都會在(zai)高溫(wen)下汙染(ran)薄膜(mo)，影(ying)響其光(guang)學(xue)和(he)電(dian)學(xue)性能。

4. 基(ji)底損壞(huai)：必(bi)須(xu)確保熱處(chu)理(li)溫度(du)低(di)於基(ji)底的軟(ruan)化點(dian)或相變點。例如(ru)，普(pu)通(tong)鈉鈣(gai)玻(bo)璃(li)的軟(ruan)化點(dian)約600°C，而(er)石英玻璃則(ze)可承受(shou)1100°C以上(shang)。