中國粉體網訊 石英玻璃擁有極低的熱膨脹系數（約為5.5×10-7/℃），僅為陶瓷的1/6和普通玻璃的1/20。研究表明，在石英玻璃中摻雜二氧化鈦可進一步降低膨脹系數，可比普通石英玻璃再低1~2個數級，得到超低膨脹系數石英玻璃。在特定溫度范圍內，超低膨脹系數石英玻璃的膨脹系數甚至可以達到0，即使在極冷極熱或溫度變化比較大的極端環境中依然擁有優異的工作穩定性。
超低膨脹石英玻璃的制造技術
通常制備摻雜石英玻璃的方法主要包括多孔二氧化硅浸潤法、溶膠-凝膠摻雜、火焰水解沉積、粉體摻雜、對二氧化硅粉料進行液體摻雜等，目前對于制備摻雜二氧化鈦的超低膨脹石英玻璃采用火焰水解沉積法較為常見，具有成熟的工業應用。
火焰水解沉積法
直接合成法：化學氣相沉積（CVD）作為火焰水解沉積（FHD）法其中的一種，是指利用氣相含硅和含鈦化合物原料（如SiCl4、TiCl4）在氫氣-氧氣火焰中高溫水解生成SiO2-TiO2微粒，并逐層沉積在旋轉的基體上直接制備摻鈦石英玻璃的工藝。
間接合成法制備摻鈦石英玻璃是相對于原料經高溫一步直接制得石英玻璃的直接合成法而言的。在以氣相軸向沉積（VAD）工藝、管外氣相沉積（OVD）工藝為代表的間接合成法中，在較低溫度下沉積得到SiO2-TiO2疏松體，隨后疏松體經脫羥、摻雜、燒結及冷卻等過程最終得到摻鈦的石英玻璃。
溶膠-凝膠法
以金屬醇鹽作為原料，通過水解和縮合反應形成由固體顆粒網絡和周圍液體組成的凝膠，隨后通過溶劑交換、超臨界干燥、預固化處理等方式進行干燥，除去凝膠內的液體得到相互連接的顆粒，最終通過加熱至足夠溫度形成玻璃體。
協同制備法
通過VAD工藝合成純二氧化硅的多孔坯體，然后利用ALD工藝首先將二氧化硅納米顆粒表面的羥基作為錨定基團與摻雜前體TiCl4接觸，使得鈦原子與其發生鍵合形成納米顆粒表面的第一層原子層。再引入水蒸氣發生反應將氯原子以鹽酸的形式去除，并重新形成和激活原子表面的羥基。通過重復此反應循環對坯體進行摻雜并確保多孔體中摻雜濃度的均勻性，最終將多孔坯體在1400℃下經過固化得到了SiO2-TiO2玻璃材料。
其他方法
如氟化處理法，制備氟化石英玻璃（膨脹系數＜5×10-3/K），可用于EUV光刻鏡基材。
超低膨脹石英玻璃的應用
極紫外光刻
在極紫外光刻（EUVL）領域，超低膨脹石英玻璃是實現近衍射極限分辨率的關鍵材料。由于光刻技術從193nm向13.5nm工藝升級后，光學系統由折射轉為反射，且曝光過程中光學元件局部溫度會從室溫升至40-110℃，微小熱膨脹便可能降低光束質量、影響光刻精度。而超低膨脹石英玻璃具備近零熱膨脹系數（CTE）與低峰谷CTE變化，能最大限度減少溫度波動導致的機械或光學畸變，還因膨脹系數離散小、殘余應力小、拋光精度高等特點，可滿足光刻物鏡組反射鏡與光掩膜基板的嚴苛需求。
大口徑輕質反射鏡
在大口徑輕質反射鏡領域，超低膨脹石英玻璃適配航空航天與天文光學系統的發展需求。隨著望遠鏡等大型光學設備向大口徑演進，反射元件需兼具高輕量化率與低膨脹特性以維持面形精度，而超低膨脹石英玻璃不僅熱膨脹系數極低，還具備優良的冷熱加工與可焊接能力，可通過高溫熔接、低溫熔接等工藝制成封閉式蜂窩結構，在輕量化（面密度可小于10kg/m2）的同時保證抗變形強度。
光頻原子鐘
在光頻原子鐘領域，超低膨脹石英玻璃是制造超穩光學腔體的核心選擇。光鐘需依托高穩定光學頻率實現精準計量，而超穩光學腔作為超穩窄線寬激光的頻率基準，對腔長穩定性要求極高。超低膨脹石英玻璃在零膨脹溫度點下，腔長對溫度極不敏感，結合超高真空環境與高精度控溫，可大幅減少環境干擾，提升測量穩定性、降低漂移。
2025年11月20-21日，由中國粉體網主辦的“2025第九屆全國石英大會暨展覽會”將在江蘇徐州召開，湖北菲利華石英玻璃股份有限公司的樊明軒博士將做《超低膨脹石英玻璃的制造與應用》的報告，屆時，他將詳細解讀超低膨脹石英玻璃的制造與應用等關鍵問題，為行業同仁提供極具價值的參考與借鑒。
參考來源：
劉小舟,劉俊龍,樊明軒等.超低膨脹石英玻璃的制造及應用
劉志龍,耿愛霞,毛露路,等.超低膨脹玻璃的發展及應用
(中國粉體網編輯整理/九思)
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