Допоможіть вам зрозуміти кварцове скло за одну хвилину!
Кварцове скло це спеціальне промислове технічне скло, що складається з одного компонента діоксиду кремнію. Він має ряд чудових властивостей, які не мають аналогів у звичайного скла. Його хвалять як “Король скла” експертами в галузі нових матеріалів.
Це важливий основний матеріал для національних стратегічних галузей, що розвиваються, таких як сучасна інформаційна індустрія, оптика, фотовольтаїка, напівпровідників, і галузі національної оборони, такі як авіакосмічна промисловість.
1. Структурні характеристики кварцове скло
Чисте кварцове скло складається з одного компонента діоксиду кремнію (SiO2). Зв'язки Si-O розташовані в ближньому порядку та в дальньому порядку. Тому що енергія зв’язку Si-O є міцною та відносно стабільною.
тому, він має характеристики високої температури розм'якшення, відмінне спектральне пропускання, надзвичайно низький коефіцієнт теплового розширення та електропровідність, надзвичайно висока хімічна стійкість, радіаційна стійкість і тривалий термін служби в екстремальних умовах.
2. Властивості Кварцове скло
(1) Оптичні властивості
Кварцове скло має низку чудових оптичних властивостей. У порівнянні зі звичайним склом, Кварцове скло високої чистоти має хорошу пропускну здатність у дуже широкому спектрі від далекого ультрафіолету (160нм) до далекого інфрачервоного діапазону (5мкм), якого немає в загальному оптичному склі. Відмінний спектральний коефіцієнт пропускання та оптична однорідність роблять кварцове скло широко використовуваним у напівпровідниковій літографії та точних оптичних пристроях.
В додаток, має гарну радіаційну стійкість, і радіаційно-стійке кварцове скло широко використовується як віконний матеріал “Шеньчжоу” серії космічних апаратів, і захисний кожух ключових компонентів “Тяньгун” серії космічних лабораторій.
(2) Механічні властивості
Кварцове скло схожий на звичайне скло і є крихким і твердим матеріалом. Як звичайне скло, на показники міцності впливає багато факторів, включаючи стан поверхні, геометрія, і методи тестування.
Міцність на стиск прозорого кварцового скла зазвичай становить 490 ~ 1960 МПа, міцність на розрив становить 50 ~ 70 МПа, міцність на вигин становить 66 ~ 108 МПа, і міцність на кручення становить близько 30 МПа.
(3) Електричні властивості
Кварцове скло є відмінним електроізоляційним матеріалом. У порівнянні зі звичайним склом, він має більший питомий опір, питомий опір кварцового скла при кімнатній температурі становить 1,8 × 1019 Ом.∙см. В додаток, він має більш високу напругу пробою (приблизно 20 разів більше, ніж у звичайного скла) і менші діелектричні втрати.
Питомий опір трохи зменшується з підвищенням температури, а питомий опір непрозорого кварцового скла нижчий, ніж у прозорого кварцового скла.
(4) Теплові властивості
Оскільки майже вся внутрішня частина кварцового скла є міцним зв’язком Si-O, його температура розм'якшення дуже висока, і довгострокова робоча температура може досягати 1000 ° С. В додаток, Коефіцієнт теплового розширення є найнижчим серед звичайних промислових стекол, і його коефіцієнт лінійного розширення може досягати 5×10-7/℃, а спеціально оброблене кварцове скло може навіть досягти нульового розширення.
Він також має дуже хорошу стійкість до термічного удару, навіть якщо він неодноразово піддається екстремальним перепадам температур протягом короткого періоду часу, він не трісне. Ці відмінні термічні властивості роблять його незамінним для інших стекол при високій температурі та екстремальних робочих середовищах.
Кварцове скло високої чистоти можна використовувати у виробництві мікросхем у напівпровідниковій промисловості, допоміжні матеріали для виготовлення оптичних волокон, оглядові вікна в промислових високотемпературних печах, потужні електричні джерела світла, і як теплоізоляційний шар на поверхні космічних човників. Надзвичайно низький коефіцієнт теплового розширення також дозволяє використовувати його в точних приладах, матеріали для лінз для великих астрономічних телескопів, і т.д..
(5) Хімічні властивості
Хімічна стабільність дуже добра. На відміну від інших комерційних склянок, має надзвичайно високу хімічну стійкість до води, тому його можна використовувати в дистилляторах води, які потребують надзвичайно високої чистоти води.
Має відмінну стійкість до кислот і солей, і не реагує з більшістю кислот і сольових розчинів, за винятком фтористоводневої кислоти, фосфорна кислота і лужні розчини солей. Порівняно з розчинами кислот і солей, Кварцове скло має погану стійкість до лугів і реагує з розчинами лугів при високих температурах.
В додаток, це і більшість оксидів, металів, неметали і гази не реагують при звичайних температурах. Надзвичайно висока чистота та хороша хімічна стабільність дозволяють використовувати кварцове скло у виробництві напівпровідників та інших середовищах, які вимагають жорстких умов виробництва..
3. Кварцове скло спосіб приготування
Способи приготування можна розділити на дві категорії. Перший тип отримують шляхом плавлення природного кристала кварцу або кремнезему в якості сировини, яке називають натуральним кварцовим склом. Перший вид методу можна розділити на електромуфтовий, метод газової плавки, метод плазмового синтезу, і т.д.. відповідно до різниці джерела тепла та процесу.
Другий тип синтезується шляхом хімічної реакції кремнійвмісних сполук (включаючи галогенід кремнію, гідрид кремнію і органічний кремній, тощо) як сировину, яке називають синтетичним кварцовим склом.
За різними принципами реакції, другий тип методів можна розділити на: плазмохімічне осадження з газової фази (PCVD), полум'яне гідролізне осадження (FHD), і золь-гель метод.
4. Застосування кварцове скло
В основному використовується в електричних джерелах світла, напівпровідників, нові оптичні технології, і т.д.. Нові джерела світла: ртутні лампи високого тиску, довгодугові ксенонові лампи, вольфрамові йодні лампи, йодисті талійні лампи, інфрачервоні лампи та бактерицидні лампи, і т.д..
напівпровідник: Це незамінний матеріал у процесі виробництва напівпровідникових матеріалів і пристроїв, наприклад тиглі для вирощування германію, монокристали кремнію, сердечникові труби для човнових печей і дзвонові банки.
У сфері нових технологій: використовуйте його чудову якість звуку, світло та електрика для створення ультразвукових ліній затримки на радарі, інфрачервоне стеження та пеленгація, інфрачервона фотографія, комунікацій, спектрографи, та спектрофотометри, призма, об'єктив, відбиваючі вікна для великих астрономічних телескопів, високотемпературні робочі вікна, реактори, радіоактивні пристрої; ракети, носові конуси ракети, сопла і обтічники; радіоізоляційні частини для штучних супутників, випромінювання; теплові баланси, вакуумні адсорбційні пристрої, точне лиття, і т.д..
Він також використовується в: хімічна промисловість, металургія, електротехніка, наукове дослідження, і т.д..
У хімічній промисловості: його можна використовувати як спалювання, охолоджувально-вентиляційний пристрій для високотемпературного кислотостійкого газу, випаровування розчину кислоти, поглинання охолодження, запам'ятовуючий пристрій, приготування дистильованої води, хлористого-воднева кислота, азотна кислота, сірчана кислота, і т.д.. та інші фізичні та хімічні експериментальні матеріали.
В умовах високотемпературної експлуатації: можна використовувати оптичне скло, тигель можна перетворити на флуоресцентне тіло, труба сердечника електропечі, газовий радіатор горіння,З точки зору оптики: кварцове скло і кварцову скловату можна використовувати як ракетні сопла, теплові екрани та оглядові вікна космічних кораблів, і т.д..
Коротко, з розвитком сучасної науки і техніки, він отримав більш широке застосування в різних сферах.
