一分钟带你了解石英玻璃!
石英玻璃 是一种由二氧化硅单一成分组成的特殊工业技术玻璃. 它具有普通玻璃无法比拟的一系列优良性能. 它被誉为 “玻璃之王” 由新材料领域的专家.
是现代信息产业等国家战略性新兴产业的重要基础材料, 光学, 光伏, 半导体, 航天等国防领域.
1. 结构特点 石英玻璃
纯石英玻璃由二氧化硅单一成分组成 (二氧化硅). Si-O键以短程有序、长程无序排列. 由于Si-O键的键能较强且相对稳定.
所以, 具有软化温度高的特点, 优异的光谱透过率, 极低的热膨胀系数和导电率, 极高的化学稳定性, 耐辐射，极端条件下使用寿命长.
2. 的性质 石英玻璃
(1) 光学特性
石英玻璃 具有一系列优异的光学特性. 与普通玻璃相比, 高纯度石英玻璃在远紫外很宽的光谱范围内具有良好的透过率 (160纳米) 至远红外线 (5微米), 这是一般光学玻璃所不具备的. 优异的光谱透过率和光学均匀性使石英玻璃广泛应用于半导体光刻和精密光学器件.
此外, 具有良好的抗辐射性能, 抗辐射石英玻璃已被广泛用作窗户材料 “神舟” 系列航天器, 以及关键部件的防护罩 “天宫” 太空实验室系列.
(2) 机械性能
石英玻璃 与普通玻璃类似，是一种脆而硬的材料. 和普通玻璃一样, 强度参数受多种因素影响, 包括表面状态, 几何学, 及测试方法.
透明石英玻璃的抗压强度一般为490~1960MPa, 抗拉强度50~70MPa, 弯曲强度66~108MPa, 抗扭强度约为30MPa.
(3) 电气性能
石英玻璃 是一种优良的电绝缘材料. 与普通玻璃相比, 它具有更高的电阻率, 石英玻璃常温电阻率高达1.8×1019Ω∙厘米. 此外, 它具有更高的击穿电压 (关于 20 是普通玻璃的几倍) 和更低的介电损耗.
电阻率随温度升高略有下降, 不透明石英玻璃的电阻率比透明石英玻璃低.
(4) 热性能
由于石英玻璃内部几乎全部都是强Si-O键, 它的软化温度非常高, 长期工作温度可达 1000 ℃. 此外, 热膨胀系数是普通工业玻璃中最低的, 线膨胀系数可达5×10-7/℃, 经过特殊处理的石英玻璃甚至可以达到零膨胀.
它还具有非常好的耐热震性, 即使短时间内反复经受极端温差, 它不会破裂. 这些优异的热性能使其在高温和极端工作环境下具有其他玻璃不可替代的作用.
高纯度石英玻璃可用于半导体行业的芯片制造, 光纤制造辅助材料, 工业高温炉观察窗, 大功率电光源, 以及作为航天飞机表面的隔热层. 极低的热膨胀系数也使其可用于精密仪器, 大型天文望远镜透镜材料, ETC.
(5) 化学性质
化学稳定性非常好. 与其他商用眼镜不同, 对水具有极高的化学稳定性, 因此可用于对水纯度要求极高的蒸馏器.
具有优异的耐酸、耐盐性能, 除氢氟酸外，不与大多数酸和盐溶液发生反应, 磷酸和碱性盐溶液. 与酸溶液和盐溶液比较, 石英玻璃的耐碱性较差，在高温下会与碱溶液发生反应.
此外, 它和大多数氧化物, 金属, 非金属和气体在常温下不发生反应. 极高的纯度和良好的化学稳定性使得石英玻璃可用于半导体制造等对生产条件要求较高的环境.
3. 石英玻璃 制备方法
制备方法可分为两类. 第一类是以天然石英晶体或二氧化硅为原料熔化而得, 这就是所谓的天然石英玻璃. 第一类方法又可细分为电熔法, 气体熔炼法, 等离子体融合法, ETC. 根据热源和工艺的不同.
第二类是通过含硅化合物的化学反应合成的 (包括卤化硅, 氢化硅和有机硅, 等等) 作为原料, 这就是所谓的合成石英玻璃.
根据反应原理的不同, 第二类方法又可以分为: 等离子化学气相沉积 (化学气相沉积), 火焰水解沉积 (全高清), 和溶胶凝胶法.
4. 的应用 石英玻璃
主要用于电光源, 半导体, 新光学技术, ETC. 新光源: 高压汞灯, 长弧氙灯, 碘钨灯, 碘化铊灯, 红外线灯和杀菌灯, ETC.
半导体: 是半导体材料和器件生产过程中不可缺少的材料, 例如用于生长锗的坩埚, 硅单晶, 船用炉芯管和钟罩.
在新技术领域: 利用其卓越的声音表现, 光和电在雷达上制作超声波延迟线, 红外跟踪和测向, 红外摄影, 通讯, 光谱仪, 和分光光度计, 棱镜, 镜头, 大型天文望远镜的反射窗, 高温操作窗, 反应堆, 放射性装置; 火箭, 导弹鼻锥, 喷嘴和雷达罩; 人造卫星无线电绝缘部件, 辐射; 热天平, 真空吸附装置, 精密铸造, ETC.
它也用于: chemical industry, 冶金, 电气工程, 科学研究, ETC.
在化学工业中: 它可以用作燃烧, 高温耐酸气体冷却通风装置, 酸溶液蒸发, 冷却吸收, 储存设备, 蒸馏水的制备, 盐酸, 硝酸, 硫酸, ETC. 及其他理化实验用品.
在高温操作方面: 可以使用光学玻璃, 坩埚可制成荧光体, 电炉芯管, 燃气燃烧散热器,在光学方面: 石英玻璃和石英玻璃棉可用作火箭喷嘴, 航天器隔热罩和观察窗, ETC.
简而言之, 随着现代科学技术的发展, 已在各个领域得到更广泛的应用.
