Vous faire comprendre le verre de quartz en une minute!
Verre de quartz est un verre technique industriel spécial composé d'un seul composant de dioxyde de silicium. Il a une série d'excellentes propriétés inégalées par le verre ordinaire. Il est loué comme le “Roi du verre” par des experts dans le domaine des nouveaux matériaux.
C'est un matériau de base important pour les industries émergentes stratégiques nationales telles que l'industrie de l'information moderne, optique, photovoltaïque, semi-conducteurs, et les domaines de la défense nationale tels que l'aérospatiale.
1. Caractéristiques structurelles de verre de quartz
Le verre de quartz pur est composé d'un seul composant de dioxyde de silicium (SiO2). Les liaisons Si-O sont disposées en ordre à courte portée et en désordre à longue portée. Parce que l'énergie de liaison des liaisons Si-O est forte et relativement stable.
Donc, il a les caractéristiques d'une température de ramollissement élevée, excellente transmission spectrale, coefficient de dilatation thermique et conductivité électrique extrêmement faibles, stabilité chimique extrêmement élevée, résistance aux radiations et longue durée de vie dans des conditions extrêmes.
2. Propriétés de Verre Quartz
(1) Propriétés optiques
Verre de quartz possède une gamme d'excellentes propriétés optiques. Comparé au verre ordinaire, le verre de quartz de haute pureté a une bonne transmission dans un très large spectre de l'ultraviolet lointain (160nm) à l'infrarouge lointain (5um), qui n'est pas disponible dans le verre optique général. L'excellente transmission spectrale et l'uniformité optique rendent le verre de quartz largement utilisé dans la lithographie des semi-conducteurs et les dispositifs optiques de précision.
En outre, il a une bonne résistance aux radiations, et le verre de quartz résistant aux radiations a été largement utilisé comme matériau de fenêtre du “Shenzhou” série de vaisseaux spatiaux, et le capot de protection des composants clés du “Tiangong” série de laboratoires spatiaux.
(2) Propriétés mécaniques
Verre de quartz est similaire au verre ordinaire et est un matériau cassant et dur. Comme du verre ordinaire, les paramètres de résistance sont affectés par de nombreux facteurs, y compris l'état de surface, géométrie, et les méthodes de test.
La résistance à la compression du verre de quartz transparent est généralement de 490 ~ 1960MPa, la résistance à la traction est de 50 ~ 70MPa, la résistance à la flexion est de 66 ~ 108MPa, et la résistance à la torsion est d'environ 30MPa.
(3) Propriétés électriques
Verre de quartz est un excellent matériau isolant électrique. Comparé au verre ordinaire, il a une résistivité plus élevée, et la résistivité du verre de quartz à température ambiante est aussi élevée que 1,8 × 1019Ω∙cm. En outre, il a une tension de claquage plus élevée (sur 20 fois celui du verre ordinaire) et une perte diélectrique inférieure.
La résistivité diminue légèrement avec l'augmentation de la température, et la résistivité du verre de quartz opaque est inférieure à celle du verre de quartz transparent.
(4) Propriétés thermiques
Étant donné que presque tout l'intérieur du verre de quartz est une forte liaison Si-O, sa température de ramollissement est très élevée, et la température de travail à long terme peut atteindre 1000 ° C. En outre, le coefficient de dilatation thermique est le plus faible parmi les verres industriels courants, et son coefficient de dilatation linéaire peut atteindre 5×10-7/℃, et le verre de quartz spécialement traité peut même atteindre une expansion nulle.
Il a également une très bonne résistance aux chocs thermiques, même s'il est soumis à plusieurs reprises à des différences de température extrêmes sur une courte période de temps, ça ne craquera pas. Ces excellentes propriétés thermiques le rendent irremplaçable pour d'autres verres à haute température et dans des environnements de travail extrêmes..
Le verre de quartz de haute pureté peut être utilisé dans la fabrication de puces dans l'industrie des semi-conducteurs, matériaux auxiliaires pour la fabrication de fibres optiques, fenêtres d'observation dans les fours industriels à haute température, sources lumineuses électriques à haute puissance, et comme couche d'isolation thermique à la surface des navettes spatiales. Le coefficient de dilatation thermique extrêmement faible lui permet également d'être utilisé dans des instruments de précision, matériaux de lentilles pour grands télescopes astronomiques, etc..
(5) Propriétés chimiques
La stabilité chimique est très bonne. Contrairement aux autres verres commerciaux, il a une stabilité chimique extrêmement élevée à l'eau, il peut donc être utilisé dans les alambics nécessitant une eau extrêmement pure.
Il a une excellente résistance aux acides et au sel, et ne réagit pas avec la plupart des acides et des solutions salines à l'exception de l'acide fluorhydrique, solutions d'acide phosphorique et de sels alcalins. Par rapport aux solutions acides et salines, le verre de quartz a une faible résistance aux alcalis et réagira avec des solutions alcalines à des températures élevées.
En outre, lui et la plupart des oxydes, métaux, les non-métaux et les gaz ne réagissent pas à des températures normales. La pureté extrêmement élevée et la bonne stabilité chimique permettent au verre de quartz d'être utilisé dans la fabrication de semi-conducteurs et d'autres environnements nécessitant des conditions de production élevées.
3. Verre de quartz méthode de préparation
Les méthodes de préparation peuvent être divisées en deux catégories. Le premier type est obtenu en fondant du cristal de quartz naturel ou de la silice comme matière première, qui est appelé verre de quartz naturel. Le premier type de méthode peut être subdivisé en méthode d'électrofusion, procédé de fusion de gaz, méthode de fusion au plasma, etc.. selon la différence de source de chaleur et de processus.
Le deuxième type est synthétisé par réaction chimique de composés contenant du silicium (y compris l'halogénure de silicium, hydrure de silicium et silicium organique, etc.) comme matières premières, qui est appelé verre de quartz synthétique.
Selon les différents principes de réaction, le deuxième type de méthodes peut être divisé en: dépôt chimique en phase vapeur par plasma (PCVD), dépôt par hydrolyse à la flamme (FHD), et méthode sol-gel.
4. Application de verre de quartz
Il est principalement utilisé dans les sources lumineuses électriques, semi-conducteurs, nouvelles technologies optiques, etc.. De nouvelles sources lumineuses: lampes au mercure à haute pression, lampes au xénon à arc long, lampes à iode de tungstène, lampes à iodure de thallium, lampes infrarouges et lampes germicides, etc..
Semi-conducteur: C'est un matériau indispensable dans le processus de production de matériaux et de dispositifs semi-conducteurs, tels que des creusets pour la culture du germanium, monocristaux de silicium, tubes de noyau de four de bateau et cloches.
Dans le domaine des nouvelles technologies: utiliser ses excellentes performances sonores, lumière et électricité pour créer des lignes à retard ultrasoniques sur le radar, suivi infrarouge et radiogoniométrie, photographie infrarouge, communication, spectrographes, et spectrophotomètres, prisme, lentille, fenêtres réfléchissantes pour grands télescopes astronomiques, fenêtres de fonctionnement haute température, réacteurs, appareils radioactifs; fusées, cônes de nez de missile, tuyères et radômes; pièces d'isolation radio pour satellites artificiels, radiation; bilans thermiques, dispositifs d'adsorption sous vide, moulage de précision, etc..
Il est également utilisé dans: industrie chimique, métallurgie, ingénierie électrique, recherche scientifique, etc..
Dans l'industrie chimique: il peut être utilisé comme combustion, dispositif de refroidissement et de ventilation pour gaz résistant aux acides à haute température, évaporation de la solution acide, absorption de refroidissement, périphérique de stockage, préparation d'eau distillée, acide hydrochlorique, acide nitrique, acide sulfurique, etc.. et autres fournitures expérimentales physiques et chimiques.
En termes de fonctionnement à haute température: le verre optique peut être utilisé, le creuset peut être transformé en corps fluorescent, tube central de four électrique, radiateur à gaz,Au niveau de l'optique: le verre de quartz et la laine de verre de quartz peuvent être utilisés comme tuyères de fusée, boucliers thermiques et fenêtres d'observation des engins spatiaux, etc..
Bref, avec le développement de la science et de la technologie modernes, il a été plus largement utilisé dans divers domaines.
