Saate ühe minutiga aru saada kvartsklaasist!
Kvartsklaas on spetsiaalne tööstuslik tehniline klaas, mis koosneb ühest komponendist ränidioksiidist. Sellel on rida suurepäraseid omadusi, mis pole võrreldavad tavalise klaasiga. Seda kiidetakse kui “Klaasi kuningas” uute materjalide valdkonna ekspertide poolt.
See on oluline alusmaterjal riiklikele strateegilistele arenevatele tööstusharudele, nagu kaasaegne infotööstus, optika, fotogalvaanika, pooljuhid, ja riigikaitsevaldkonnad, nagu lennundus.
1. Struktuurilised omadused kvartsklaasist
Puhas kvartsklaas koosneb ühest komponendist ränidioksiidist (SiO2). Si-O sidemed on paigutatud lühiajalises järjekorras ja pikamaa häiretes. Kuna Si-O sidemete sideme energia on tugev ja suhteliselt stabiilne.
seega, sellel on kõrge pehmenemistemperatuuri omadused, suurepärane spektraalne läbilaskvus, äärmiselt madal soojuspaisumistegur ja elektrijuhtivus, äärmiselt kõrge keemiline stabiilsus, kiirguskindlus ja pikk tööiga ekstreemsetes tingimustes.
2. Omadused Kvartsklaas
(1) Optilised omadused
Kvartsklaas omab mitmeid suurepäraseid optilisi omadusi. Võrreldes tavalise klaasiga, kõrge puhtusastmega kvartsklaasil on hea läbilaskvus väga laias spektris kaugelt ultraviolettkiirgust (160nm) kaugele infrapunale (5urn), mis pole tavalises optilises klaasis saadaval. Suurepärane spektraalne läbilaskvus ja optiline ühtlus muudavad kvartsklaasi laialdaselt kasutatavaks pooljuhtlitograafias ja täppisoptilistes seadmetes.
Lisaks, sellel on hea kiirguskindlus, ja kiirguskindlat kvartsklaasi on laialdaselt kasutatud aknamaterjalina “Shenzhou” kosmoselaevade seeria, ja põhikomponentide kaitsekate “Tiangong” kosmoselaborite seeria.
(2) Mehaanilised omadused
Kvartsklaas sarnaneb tavalise klaasiga ning on rabe ja kõva materjal. Nagu tavaline klaas, tugevusparameetreid mõjutavad paljud tegurid, sealhulgas pinna olek, geomeetria, ja testimismeetodid.
Läbipaistva kvartsklaasi survetugevus on üldiselt 490–1960 MPa, tõmbetugevus on 50 ~ 70 MPa, paindetugevus on 66 ~ 108 MPa, ja väändetugevus on umbes 30 MPa.
(3) Elektrilised omadused
Kvartsklaas on suurepärane elektriisolatsioonimaterjal. Võrreldes tavalise klaasiga, sellel on suurem takistus, ja kvartsklaasi eritakistus toatemperatuuril on koguni 1,8 × 1019 Ω∙cm. Lisaks, sellel on suurem läbilöögipinge (umbes 20 korda suurem kui tavalisel klaasil) ja väiksem dielektriline kadu.
Takistus väheneb veidi temperatuuri tõustes, ja läbipaistmatu kvartsklaasi eritakistus on madalam kui läbipaistval kvartsklaasil.
(4) Termilised omadused
Kuna peaaegu kogu kvartsklaasi sisemus on tugev Si-O side, selle pehmenemistemperatuur on väga kõrge, ja pikaajaline töötemperatuur võib ulatuda 1000 °C. Lisaks, soojuspaisumistegur on tavaliste tööstuslike klaaside seas madalaim, ja selle lineaarne paisumistegur võib ulatuda 5 × 10-7 / ℃, ja spetsiaalselt töödeldud kvartsklaas võib ulatuda isegi nullpaisumiseni.
Sellel on ka väga hea soojuslöögikindlus, isegi kui see on lühikese aja jooksul korduvalt allutatud äärmuslikele temperatuuride erinevustele, see ei pragune. Need suurepärased soojusomadused muudavad selle asendamatuks teiste klaaside jaoks kõrgel temperatuuril ja äärmuslikes töökeskkondades.
Kõrge puhtusastmega kvartsklaasi saab kasutada pooljuhtide tööstuse kiipide valmistamisel, abimaterjalid optiliste kiudude tootmiseks, vaatlusaknad tööstuslikes kõrgtemperatuurilistes ahjudes, suure võimsusega elektrilised valgusallikad, ja soojusisolatsioonikihina kosmosesüstikute pinnal. Äärmiselt madal soojuspaisumistegur võimaldab seda kasutada ka täppisinstrumentides, läätsematerjalid suurte astronoomiliste teleskoopide jaoks, jne.
(5) Keemilised omadused
Keemiline stabiilsus on väga hea. Erinevalt teistest kaubanduslikest prillidest, sellel on äärmiselt kõrge keemiline stabiilsus vee suhtes, seega saab seda kasutada veedestillaatorites, mis nõuavad väga kõrget puhtust vett.
Sellel on suurepärane happe- ja soolakindlus, ja ei reageeri enamiku hapete ja soolalahustega, välja arvatud vesinikfluoriidhape, fosforhappe ja leeliseliste soolade lahused. Võrreldes happe- ja soolalahustega, kvartsklaasil on halb leelisekindlus ja see reageerib kõrgel temperatuuril leeliselahustega.
Lisaks, see ja enamik oksiide, metallid, mittemetallid ja gaasid ei reageeri normaalsel temperatuuril. Äärmiselt kõrge puhtusaste ja hea keemiline stabiilsus võimaldavad kvartsklaasi kasutada pooljuhtide valmistamisel ja muudes kõrgeid tootmistingimusi nõudvates keskkondades.
3. Kvartsklaas valmistamismeetod
Valmistamismeetodid võib jagada kahte kategooriasse. Esimest tüüpi saadakse toorainena loodusliku kvartskristalli või ränidioksiidi sulatamisel, mida nimetatakse looduslikuks kvartsklaasiks. Esimest tüüpi meetodi võib jagada elektrofusioonimeetodiks, gaasisulatusmeetod, plasma fusiooni meetod, jne. vastavalt soojusallika ja protsessi erinevusele.
Teist tüüpi sünteesitakse räni sisaldavate ühendite keemilise reaktsiooni teel (sealhulgas ränihalogeniid, ränihüdriid ja orgaaniline räni, jne.) toorainena, mida nimetatakse sünteetiliseks kvartsklaasiks.
Vastavalt erinevatele reaktsioonipõhimõtetele, teist tüüpi meetodeid saab jagada: plasma keemiline aurustamine-sadestamine (PCVD), leegi hüdrolüüsi sadestamine (FHD), ja sool-geel meetod.
4. Rakendus kvartsklaasist
Seda kasutatakse peamiselt elektrilistes valgusallikates, pooljuhid, uued optilised tehnoloogiad, jne. Uued valgusallikad: kõrgsurve elavhõbedalambid, pika kaarega ksenoonlambid, volframjoodlambid, talliumjodiidlambid, infrapunalambid ja bakteritsiidlambid, jne.
Semiconductor: See on pooljuhtmaterjalide ja -seadmete tootmisprotsessis asendamatu materjal, näiteks tiiglid germaaniumi kasvatamiseks, räni monokristallid, paadi ahju südamiku torud ja kellapurgid.
Uute tehnoloogiate vallas: kasutada selle suurepärast helijõudlust, valgust ja elektrit, et luua radaril ultraheli viitejooni, infrapuna jälgimine ja suuna leidmine, infrapuna fotograafia, side, spektrograafid, ja spektrofotomeetrid, prisma, objektiiv, peegeldavad aknad suurte astronoomiliste teleskoopide jaoks, kõrge temperatuuriga tööaknad, reaktorid, radioaktiivsed seadmed; raketid, rakettide ninakoonused, pihustid ja radoomid; Tehissatelliitide raadioisolatsiooniosad, kiirgus; termilised tasakaalud, vaakum-adsorptsiooniseadmed, täppisvalu, jne.
Seda kasutatakse ka: keemiatööstus, metallurgia, Elektrotehnika, teaduslikud uuringud, jne.
Keemiatööstuses: seda saab kasutada põletamiseks, jahutus- ja ventilatsiooniseade kõrge temperatuuriga happekindla gaasi jaoks, happelahuse aurustamine, jahutuse neeldumine, salvestusseade, destilleeritud vee valmistamine, vesinikkloriidhape, lämmastikhape, väävelhape, jne. ja muud füüsikalised ja keemilised eksperimentaalsed tarvikud.
Kõrge temperatuuriga töötamise osas: saab kasutada optilist klaasi, tiiglist saab teha fluorestsentskeha, elektriahju südamiku toru, gaasipõlemisradiaator,Optika osas: raketi düüsidena saab kasutada kvartsklaasi ja kvartsklaasvilla, kosmoselaevade kuumakilbid ja vaatlusaknad, jne.
Lühidalt, kaasaegse teaduse ja tehnoloogia arenguga, seda on erinevates valdkondades laiemalt kasutatud.
