Tag dig til at forstå kvartsglas på et minut!
Kvartsglas er et specielt industrielt teknisk glas sammensat af en enkelt komponent af siliciumdioxid. Det har en række fremragende egenskaber uden sidestykke af almindeligt glas. Det er rost som “Kongen af glas” af eksperter inden for nye materialer.
Det er et vigtigt grundmateriale for nationale strategiske nye industrier såsom moderne informationsindustri, optik, solcelleanlæg, halvledere, og nationale forsvarsområder såsom rumfart.
1. Strukturelle egenskaber ved kvartsglas
Rent kvartsglas er sammensat af en enkelt komponent af siliciumdioxid (SiO2). Si-O-bindingerne er arrangeret i kortrækkende orden og langrækkende lidelse. Fordi bindingsenergien af Si-O-bindinger er stærk og relativt stabil.
Derfor, det har karakteristika af høj blødgøringstemperatur, fremragende spektral transmittans, ekstremt lav varmeudvidelseskoefficient og elektrisk ledningsevne, ekstrem høj kemisk stabilitet, strålingsmodstand og lang levetid under ekstreme forhold.
2. Egenskaber af Kvartsglas
(1) Optiske egenskaber
Kvartsglas har en række fremragende optiske egenskaber. Sammenlignet med almindeligt glas, højrent kvartsglas har god transmittans i et meget bredt spektrum fra langt ultraviolet (160nm) til langt infrarød (5μm), som ikke er tilgængelig i almindeligt optisk glas. Fremragende spektral transmittans og optisk ensartethed gør kvartsglas meget brugt i halvlederlitografi og præcisionsoptiske enheder.
Ud over, den har god strålingsmodstand, og strålingsbestandigt kvartsglas har været meget brugt som vinduesmateriale “Shenzhou” serie af rumfartøjer, og beskyttelsesdækslet til nøglekomponenterne i “Tiangong” række rumlaboratorier.
(2) Mekaniske egenskaber
Kvartsglas ligner almindeligt glas og er et sprødt og hårdt materiale. Som almindeligt glas, styrkeparametrene påvirkes af mange faktorer, inklusive overfladetilstand, geometri, og testmetoder.
Trykstyrken af gennemsigtigt kvartsglas er generelt 490 ~ 1960 MPa, trækstyrken er 50 ~ 70 MPa, bøjningsstyrken er 66~108MPa, og vridningsstyrken er omkring 30 MPa.
(3) Elektriske egenskaber
Kvartsglas er et fremragende elektrisk isoleringsmateriale. Sammenlignet med almindeligt glas, den har højere resistivitet, og resistiviteten af kvartsglas ved stuetemperatur er så høj som 1,8×1019Ω∙cm. Ud over, den har en højere gennemslagsspænding (om 20 gange så meget som almindeligt glas) og lavere dielektrisk tab.
Resistiviteten falder lidt med stigende temperatur, og modstanden af uigennemsigtigt kvartsglas er lavere end for gennemsigtigt kvartsglas.
(4) Termiske egenskaber
Da næsten hele indersiden af kvartsglas er en stærk Si-O-binding, dens blødgøringstemperatur er meget høj, og den langsigtede arbejdstemperatur kan nå 1000 °C. Ud over, den termiske udvidelseskoefficient er den laveste blandt almindelige industriglas, og dens lineære ekspansionskoefficient kan nå 5×10-7/℃, og det specialbehandlede kvartsglas kan endda nå nul udvidelse.
Det har også meget god termisk stødmodstand, også selvom den gentagne gange udsættes for ekstreme temperaturforskelle på kort tid, det vil ikke revne. Disse fremragende termiske egenskaber gør den uerstattelig for andre glas i høje temperaturer og ekstreme arbejdsmiljøer.
Kvartsglas med høj renhed kan bruges til chipfremstilling i halvlederindustrien, hjælpematerialer til fremstilling af optiske fibre, observationsvinduer i industrielle højtemperaturovne, højeffekt elektriske lyskilder, og som et termisk isoleringslag på overfladen af rumfærger. Den ekstremt lave termiske udvidelseskoefficient gør det også muligt at bruge den i præcisionsinstrumenter, linsematerialer til store astronomiske teleskoper, etc.
(5) Kemiske egenskaber
Den kemiske stabilitet er meget god. I modsætning til andre kommercielle briller, den har ekstrem høj kemisk stabilitet over for vand, så den kan bruges i vanddiller, der kræver ekstrem høj renhed af vand.
Den har fremragende syre- og saltbestandighed, og reagerer ikke med de fleste syrer og saltopløsninger undtagen flussyre, fosforsyre og alkaliske saltopløsninger. Sammenlignet med syre- og saltopløsninger, Kvartsglas har dårlig alkaliresistens og vil reagere med alkaliske opløsninger ved høje temperaturer.
Ud over, det og de fleste oxider, metaller, ikke-metaller og gasser reagerer ikke ved normale temperaturer. Den ekstremt høje renhed og gode kemiske stabilitet gør det muligt at bruge kvartsglas i halvlederfremstilling og andre miljøer, der kræver høje produktionsforhold.
3. Kvartsglas forberedelsesmetode
Forberedelsesmetoderne kan opdeles i to kategorier. Den første type opnås ved at smelte naturlig kvartskrystal eller silica som råmateriale, som kaldes naturligt kvartsglas. Den første type metode kan opdeles i elektrofusionsmetode, gassmeltemetode, plasmafusionsmetode, etc. i henhold til forskellen mellem varmekilde og proces.
Den anden type er syntetiseret ved kemisk reaktion af siliciumholdige forbindelser (herunder siliciumhalogenid, siliciumhydrid og organisk silicium, etc.) som råvarer, som kaldes syntetisk kvartsglas.
Efter de forskellige reaktionsprincipper, den anden type metoder kan opdeles i: kemisk dampaflejring i plasma (PCVD), flammehydrolyseaflejring (FHD), og sol-gel metode.
4. Anvendelse af kvartsglas
Det bruges hovedsageligt i elektriske lyskilder, halvledere, nye optiske teknologier, etc. Nye lyskilder: højtryks kviksølvlamper, langbue xenon lamper, wolfram jod lamper, thalliumiodid lamper, infrarøde lamper og bakteriedræbende lamper, etc.
Semiconductor: Det er et uundværligt materiale i produktionsprocessen af halvledermaterialer og -enheder, såsom digler til dyrkning af germanium, silicium enkeltkrystaller, bådovns kernerør og klokkeglas.
Inden for nye teknologier: bruge dens fremragende ydeevne af lyd, lys og elektricitet til at lave ultralydsforsinkelseslinjer på radar, infrarød sporing og retningsbestemmelse, infrarød fotografering, kommunikation, spektrografer, og spektrofotometre, prisme, linse, reflekterende vinduer til store astronomiske teleskoper, højtemperatur betjeningsvinduer, reaktorer, radioaktive apparater; raketter, missilnæsekegler, dyser og radomer; radioisoleringsdele til kunstige satellitter, stråling; termiske balancer, vakuumadsorptionsanordninger, præcisionsstøbning, etc.
Det bruges også i: kemisk industri, metallurgi, Elektroteknik, videnskabelig undersøgelse, etc.
I den kemiske industri: den kan bruges som forbrænding, køle- og ventilationsanordning til højtemperatur syrefast gas, fordampning af syreopløsning, køleabsorption, lagerenhed, forberedelse af destilleret vand, saltsyre, salpetersyre, svovlsyre, etc. og andre fysiske og kemiske eksperimentelle forsyninger.
Med hensyn til højtemperaturdrift: optisk glas kan bruges, digel kan laves til fluorescerende krop, elektrisk ovn kernerør, gasforbrændingsradiator,Med hensyn til optik: kvartsglas og kvartsglasuld kan bruges som raketdyser, rumfartøjers varmeskjolde og observationsvinduer, etc.
In short, med udviklingen af moderne videnskab og teknologi, det er blevet mere udbredt på forskellige områder.
