Ti porta a capire il vetro al quarzo in un minuto!
Vetro al quarzo è uno speciale vetro tecnico industriale composto da un unico componente di biossido di silicio. Ha una serie di eccellenti proprietà ineguagliate dal vetro ordinario. È lodato come il “Re di vetro” da esperti nel campo dei nuovi materiali.
È un importante materiale di base per le industrie emergenti strategiche nazionali come la moderna industria dell'informazione, ottica, fotovoltaico, semiconduttori, e campi della difesa nazionale come quello aerospaziale.
1. Caratteristiche strutturali di vetro di quarzo
Il vetro al quarzo puro è composto da un unico componente di biossido di silicio (SiO2). I legami Si-O sono disposti in ordine a corto raggio e disordine a lungo raggio. Perché l'energia di legame dei legami Si-O è forte e relativamente stabile.
Perciò, ha le caratteristiche di alta temperatura di rammollimento, ottima trasmittanza spettrale, coefficiente di dilatazione termica e conducibilità elettrica estremamente bassi, stabilità chimica estremamente elevata, resistenza alle radiazioni e lunga durata in condizioni estreme.
2. Proprietà di Vetro al quarzo
(1) Proprietà ottiche
Vetro al quarzo ha una gamma di eccellenti proprietà ottiche. Rispetto al vetro ordinario, il vetro al quarzo ad alta purezza ha una buona trasmittanza in uno spettro molto ampio dal lontano ultravioletto (160nm) all'infrarosso lontano (5micron), che non è disponibile nel vetro ottico generale. L'eccellente trasmittanza spettrale e l'uniformità ottica rendono il vetro al quarzo ampiamente utilizzato nella litografia a semiconduttore e nei dispositivi ottici di precisione.
Inoltre, ha una buona resistenza alle radiazioni, e il vetro al quarzo resistente alle radiazioni è stato ampiamente utilizzato come materiale per finestre del “Shenzhou” serie di veicoli spaziali, e la copertura protettiva dei componenti chiave del “Tiangong” serie di laboratori spaziali.
(2) Proprietà meccaniche
Vetro al quarzo è simile al vetro ordinario ed è un materiale fragile e duro. Come il vetro normale, i parametri di forza sono influenzati da molti fattori, compreso lo stato superficiale, geometria, e metodi di prova.
La resistenza alla compressione del vetro al quarzo trasparente è generalmente di 490 ~ 1960 MPa, la resistenza alla trazione è 50 ~ 70 MPa, la resistenza alla flessione è 66~108MPa, e la forza di torsione è di circa 30 MPa.
(3) Proprietà elettriche
Vetro al quarzo è un ottimo materiale isolante elettrico. Rispetto al vetro ordinario, ha una maggiore resistività, e la resistività del vetro al quarzo a temperatura ambiente è fino a 1,8 × 1019 Ω∙cm. Inoltre, ha una tensione di rottura maggiore (di 20 volte quella del vetro ordinario) e minore perdita dielettrica.
La resistività diminuisce leggermente all'aumentare della temperatura, e la resistività del vetro al quarzo opaco è inferiore a quella del vetro al quarzo trasparente.
(4) Proprietà termali
Poiché quasi tutto l'interno del vetro al quarzo è un forte legame Si-O, la sua temperatura di rammollimento è molto alta, e la temperatura di lavoro a lungo termine può raggiungere 1000 °C. Inoltre, il coefficiente di dilatazione termica è il più basso tra i comuni vetri industriali, e il suo coefficiente di espansione lineare può raggiungere 5×10-7/℃, e il vetro al quarzo appositamente trattato può raggiungere anche l'espansione zero.
Ha anche un'ottima resistenza agli shock termici, anche se è soggetto ripetutamente a sbalzi di temperatura estremi in un breve periodo di tempo, non si spezzerà. Queste eccellenti proprietà termiche lo rendono insostituibile per altri vetri ad alte temperature e ambienti di lavoro estremi.
Il vetro al quarzo ad alta purezza può essere utilizzato nella produzione di chip nell'industria dei semiconduttori, materiali ausiliari per la produzione di fibre ottiche, finestre di osservazione in forni industriali ad alta temperatura, sorgenti luminose elettriche ad alta potenza, e come strato di isolamento termico sulla superficie delle navette spaziali. Il coefficiente di dilatazione termica estremamente basso ne consente l'utilizzo anche in strumenti di precisione, materiali per lenti per grandi telescopi astronomici, eccetera.
(5) Proprietà chimiche
La stabilità chimica è molto buona. A differenza di altri occhiali commerciali, ha una stabilità chimica all'acqua estremamente elevata, quindi può essere utilizzato in distillatori d'acqua che richiedono una purezza dell'acqua estremamente elevata.
Ha un'ottima resistenza agli acidi e ai sali, e non reagisce con la maggior parte degli acidi e delle soluzioni saline ad eccezione dell'acido fluoridrico, soluzioni di acido fosforico e sali alcalini. Rispetto a soluzioni acide e saline, il vetro al quarzo ha una scarsa resistenza agli alcali e reagisce con soluzioni alcaline alle alte temperature.
Inoltre, esso e la maggior parte degli ossidi, metalli, non metalli e gas non reagiscono a temperature normali. La purezza estremamente elevata e la buona stabilità chimica consentono l'utilizzo del vetro al quarzo nella produzione di semiconduttori e in altri ambienti che richiedono condizioni di produzione elevate.
3. Vetro al quarzo metodo di preparazione
I metodi di preparazione possono essere suddivisi in due categorie. Il primo tipo si ottiene fondendo cristallo di quarzo naturale o silice come materia prima, che è chiamato vetro di quarzo naturale. Il primo tipo di metodo può essere suddiviso in metodo di elettrofusione, metodo di fusione del gas, metodo di fusione al plasma, eccetera. secondo la differenza di fonte di calore e di processo.
Il secondo tipo è sintetizzato dalla reazione chimica di composti contenenti silicio (compreso l'alogenuro di silicio, idruro di silicio e silicio organico, eccetera.) come materie prime, che è chiamato vetro di quarzo sintetico.
Secondo i diversi principi di reazione, il secondo tipo di metodi può essere suddiviso in: deposizione di vapore chimico plasma (PCVD), deposizione di idrolisi di fiamma (FHD), e metodo sol-gel.
4. Applicazione di vetro di quarzo
Viene utilizzato principalmente nelle sorgenti luminose elettriche, semiconduttori, nuove tecnologie ottiche, eccetera. Nuove sorgenti luminose: lampade a mercurio ad alta pressione, lampade allo xeno ad arco lungo, lampade allo iodio di tungsteno, lampade a ioduro di tallio, lampade a infrarossi e lampade germicide, eccetera.
Semiconduttore: È un materiale indispensabile nel processo di produzione di materiali e dispositivi semiconduttori, come crogioli per la coltivazione del germanio, cristalli singoli di silicio, tubi d'anima di forni per barche e campane.
Nel campo delle nuove tecnologie: sfrutta le sue eccellenti prestazioni sonore, luce ed elettricità per creare linee di ritardo ultrasoniche sul radar, tracciamento a infrarossi e rilevamento della direzione, fotografia a infrarossi, comunicazioni, spettrografi, e spettrofotometri, prisma, lente, finestre riflettenti per grandi telescopi astronomici, finestre di funzionamento ad alta temperatura, reattori, dispositivi radioattivi; razzi, coni missilistici, ugelli e radome; parti di isolamento radio per satelliti artificiali, radiazione; equilibri termici, dispositivi di assorbimento del vuoto, colata di precisione, eccetera.
Viene utilizzato anche in: industria chimica, metallurgia, ingegnere elettrico, ricerca scientifica, eccetera.
Nell'industria chimica: può essere utilizzato come combustione, dispositivo di raffreddamento e ventilazione per gas resistenti agli acidi ad alta temperatura, evaporazione della soluzione acida, assorbimento di raffreddamento, dispositivo di archiviazione, preparazione di acqua distillata, acido cloridrico, l'acido nitrico, acido solforico, eccetera. e altre forniture sperimentali fisiche e chimiche.
In termini di funzionamento ad alta temperatura: è possibile utilizzare il vetro ottico, il crogiolo può essere trasformato in un corpo fluorescente, tubo centrale del forno elettrico, radiatore a combustione di gas,In termini di ottica: il vetro al quarzo e la lana di vetro al quarzo possono essere usati come ugelli per razzi, scudi termici per veicoli spaziali e finestre di osservazione, eccetera.
In breve, con lo sviluppo della scienza e della tecnologia moderne, è stato più ampiamente utilizzato in vari campi.
