石英玻璃
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石英玻璃用途
石英玻璃是一种含有高纯度石英成分的玻璃材料,由于其具有一系列独特的物理和化学性质,因此被广泛应用于许多领域。
首先,石英玻璃在光学领域中有着重要的作用。
由于它具有高透明度和低色散性能,在制造光学镜头、棱镜、光纤等方面得到了广泛应用。
此外,石英玻璃的耐高温性能也使其成为近红外和紫外线的良好透镜材料。
其次,石英玻璃在半导体行业中发挥着重要作用。
在晶圆加工过程中,石英玻璃用作化学反应器和温度控制器,同时也被广泛应用于制造芯片和光刻掩模。
此外,石英玻璃还被广泛应用于制造实验室仪器、化学设备、光学仪器、航天器和军用雷达等高端产品。
其卓越的耐化学性能和耐高温性能使其成为这些领域的理想材料。
总之,石英玻璃是一种具有广泛用途的高端材料,其优异的性能使其成为许多行业中不可或缺的材料。
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石英玻璃烧制工艺石英玻璃是一种具有优良物理化学性质的无色透明材料,广泛应用于光学、电子、化工等领域。
石英玻璃的制备过程需要经历原料选择、熔化、成型、退火等多个步骤,并且需要严格控制各个环节的工艺参数,以保证最终产品的质量和性能。
在石英玻璃的制备过程中,原料的选择是至关重要的。
石英玻璃的主要成分是二氧化硅(SiO2),因此选用高纯度的石英砂作为原料是必要的。
高纯度的石英砂经过粉碎、洗涤、筛分等工艺处理后,去除杂质,提高纯度,以确保最终产品的质量。
石英玻璃的制备过程中的关键步骤是熔化。
石英砂经过预热后,放入石英玻璃熔炉中进行熔化。
熔炉内的温度要达到石英砂的熔点,通常在1800摄氏度左右。
在石英砂熔化的过程中,需要加入适量的氧化剂和助熔剂,以促进石英砂的熔化和玻璃化过程。
同时,要注意熔炉内的气氛控制,以防止杂质的污染。
接下来,石英砂经过熔化后,需要进行成型。
一种常用的成型方法是浮法成型。
即将熔融的石英玻璃液体倒入锡槽中,使其浮在锡液上,然后通过控制液体的温度和厚度,使其逐渐凝固成为一定尺寸和形状的石英玻璃板。
这种浮法成型方法制备的石英玻璃板具有较高的平整度和光学均匀性。
成型后的石英玻璃板需要经过退火处理。
退火是为了消除材料内部的应力,提高石英玻璃的稳定性和强度。
退火温度通常在1000摄氏度左右,时间根据产品的要求而定。
退火过程中要注意控制温度的均匀性,以防止产生新的应力。
总结起来,石英玻璃烧制工艺是一个复杂而精细的过程,需要严格控制原料的选择、熔化过程的温度和气氛、成型过程的温度和厚度以及退火过程的温度和时间。
只有在严格遵循工艺要求的前提下,才能制备出具有优良性能的石英玻璃产品。
石英玻璃的制备工艺在光学、电子、化工等领域的应用前景广阔,为我们的生活和科技进步提供了重要的支持。
石英玻璃的抛光工艺过程可以包括以下步骤:1. 清洗:在抛光前,需要清洗石英玻璃表面,去除油污、杂质和灰尘。
可以使用洗涤剂和水进行清洗,然后用清水冲洗干净。
2. 干燥:清洗后,需要将石英玻璃表面擦干,以便进行下一步的抛光操作。
3. 喷砂:可以使用金刚砂或玻璃砂等材料对石英玻璃表面进行喷砂处理,以去除表面的划痕和毛刺,同时使表面变得更加粗糙,有利于下一步的抛光。
4. 脱脂:在抛光前,需要使用有机溶剂清洗石英玻璃表面,去除喷砂时留下的污渍和残留物。
5. 粗抛光:使用磨料和清水对石英玻璃表面进行粗抛光,使表面变得更加光滑。
可以使用手抛或机抛两种方式进行粗抛光。
6. 精抛光:在粗抛光后,需要使用更高质量的磨料和清水对石英玻璃表面进行精抛光,使表面达到镜面光泽。
可以使用手抛或机抛两种方式进行精抛光。
在精抛光过程中,需要不断检查石英玻璃表面的平整度和光泽度,直到达到要求。
7. 清洗和检查:在抛光完成后,需要再次清洗石英玻璃表面,去除残留的磨料和污渍。
然后需要进行检查,确保石英玻璃表面无瑕疵、平整光滑,达到要求。
除了以上常规的抛光工艺步骤,还有一些需要注意的事项:1. 在进行喷砂处理时,需要注意喷砂材料的选择和用量,避免对石英玻璃表面造成损伤。
2. 在抛光过程中,需要注意磨料的粒度选择和抛光时间控制,避免对石英玻璃表面造成损伤或产生划痕。
3. 需要注意保持工作环境的清洁和整洁,避免杂质和灰尘对石英玻璃表面造成损伤。
4. 在完成抛光后,需要进行质量检测和验收,确保石英玻璃符合要求和使用标准。
总之,石英玻璃的抛光工艺需要谨慎操作,注意细节和要点,才能达到理想的抛光效果。
石英玻璃与普通玻璃的区别及其性能随着社会的快速发展,玻璃的种类越来越多,可以满足不同场合的不同需求。
通过调整制作玻璃的材料和工艺,制造商可以使玻璃材料的性能发生很大变化,从而使其更加稳定和耐用。
大多数普通玻璃的主要成分是硅酸钠和其他物质,但有些玻璃是由不同的材料制成的,应时玻璃就是其中之一。
本文将介绍应时玻璃与普通玻璃的区别以及应时玻璃的特性。
一、石英与玻璃的区别石英晶体,玻璃是非晶体.1、普通玻璃的主要成分是硅酸钠、二氧化硅和硅酸钙,而石英玻璃的主要成分是二氧化硅,不同的.2、二氧化硅含量不同.石英玻璃是用纯二氧化硅熔制,含量在99%以上.普通玻璃的二氧化硅含量一般在70%-75%,其他成分是氧化钠、氧化钙等碱金属或碱土金属,是为了达到降低熔制温度、提高料性等目的.3、石英是由二氧化硅组成的矿物,化学式SiO2.纯净的石英无色透明,因含微量色素离子或细分散包裹体,或存在色心而呈各种颜色,并使透明度降低.具玻璃光泽,断口呈油脂光泽.硬度7,无解理,贝壳状断口.比重2.65.具压电性.拓展资料:石英是地球表面分布较广的矿物之一,石英有多种类型,日用陶瓷原料所用的有脉石英、石英砂、石英岩、砂岩、硅石、蛋白石、硅藻土等.跟普通砂子、水晶是“同出娘胎”的一种物质.玻璃简单分类主要分为平板玻璃和深加工玻璃.平板玻璃主要分为三种:即引上法平板玻璃(分有槽/无槽两种)、平拉法平板玻璃和浮法玻璃.由于浮法玻璃具有厚度均匀、上下表面平整平行,再加上劳动生产率高及利于管理等方面的因素影响,浮法玻璃正成为玻璃制造方式的主流.二、石英玻璃性能石英玻璃属酸性材料,除氢氟酸和热磷酸外,对其它任何酸均表现为惰性,是较好的耐酸材料.在常温下碱和盐对石英玻璃的腐蚀程度也是较微的,因此不排除在这些试剂中使用石英玻璃.透明石英玻璃比不透明石英玻璃具有更好的化学稳定性,这是因为后者由于气泡的存在暴露在腐蚀液中的表面积增加所致.石英玻璃具有很高的介电强度和较低的导电率,即是在高温、高压和高频下,仍能保持很高的介电强度和电阻,在所应用的频带内几乎没有介电损耗,因此石英玻璃是优良的高温介电绝缘材料.石英玻璃的光学性能有其独到之处,它既可以透过远紫外光谱,是所有透紫外材料更优者,又可透过可见光和近红外光谱.用户可以根据需要,从185-3500mμ波段范围内任意选择所需品种.由于石英玻璃耐高温,热膨胀系数较小,化学热稳定性好,气泡、条纹、均匀性、双折射又可与一般光学玻璃媲美,所以它是在各种恶劣场合下工作具有高稳定度光学系统的必不可少的光学材料.石英玻璃的热膨胀系数小,为5.5*10-7/℃,只有普通玻璃的1/12~1/20.部标准规定将试样灼烧到1200℃后急速投到冷水中,反复三次以上不允许炸裂.石英玻璃加入适量钛元素后还可做成零膨胀系数的材料,在激光技术、天文和高等技术中已得到应用.以上是应时玻璃与普通玻璃的区别及其性能。
石英玻璃的性能石英玻璃的化学成份石英玻璃的化学成份是SiO2单一组份,通常也称为纯度。
照明石英玻璃半导体工业用石英玻璃石英玻璃热学性能耐温性热稳定性石英玻璃在高温时的挥发量比热和导热系数石英玻璃的结晶性能(也称析晶性能或失透性能)石英玻璃的高温变色性以上所述的石英玻璃性能是透明石英玻璃,其他品种石英玻璃(乳白石英玻璃、石英陶瓷、不透明石英玻璃、石英棉、石英纤维等等)都还有其各自的特殊性能。
石英玻璃的主要品种和用途石英玻璃的品种和用途是密切相关的,用户根据石英玻璃的特性,要求制造他需要的石英玻璃,便产生了石英玻璃的品种,新的品种又提高了石英玻璃的性能和质量,促进了石英玻璃行业的发展。
各行各业几乎都用石英玻璃,但是因为石英玻璃制品工艺复杂,原料价格贵,造成石英玻璃价格也贵,限制了石英玻璃的大量使用。
这里简要介绍石英玻璃的主要品种和用途。
1.放电管类用石英玻璃透明石英玻璃由于具有从紫外区到红外区优良的光透过性和耐热性,所以广泛使用于水银灯、超高压水银灯、氙灯、紫外线灯、碘钨灯、卤素灯、气体激光用灯、金属卤化物灯等电光源,它是中国石英玻璃的第一大用户,外国是第二大用户(第一大用户是半导体技术),首要任务是提高质量,争取多出口。
2.半导体工业(电子工业)用石英玻璃3.红外线加热器类用石英玻璃用不透明石英玻璃(乳白石英玻璃)制造红外线加热器、取暖器、晶体加热器等,年消耗乳白石英玻璃管近千吨。
主要用于电镀液加热、酸加热、家庭取暖、钢化玻璃的加热等,工业上(自行车、汽车等)油漆烘烤的烘道,食品、造纸、纺织工业的烘道等。
4.各种耐酸容器类石英玻璃由于优越的耐酸性和耐热性,在化学工业领域得到广泛利用。
如合成盐酸装置;高温酸性气体的燃烧,冷却和引导装置;酸性溶液的蒸发、冷却、吸收和贮藏装置、蒸馏水、盐酸、硫酸、硝酸类的制造装置;氯化反应容器;蒸馏塔充填物,蒸汽加热搅拌装置;耐酸阀门;过滤板等。
5.电绝缘用石英玻璃石英玻璃因为有优良的电绝缘性和耐热性,用于科垂尔静电集成器、高频和各种电计器绝缘材料,发电厂锅炉液位管,高压绝缘管类等。
石英玻璃生产工艺嘿,朋友们!今天咱来聊聊石英玻璃生产工艺,这可真是个有趣又神奇的事儿啊!你想想看,那透明得像水晶一样的石英玻璃,是怎么从普普通通的原材料变成这么漂亮又实用的东西呢?这就像是一场奇妙的变身之旅。
首先啊,得有高质量的石英砂,这就好比是做菜得有好食材一样。
这些石英砂经过仔细挑选,把那些杂质啥的都去掉,只留下精华。
然后呢,就进入了加热的环节。
就像人要经过锻炼才能变得更强壮,石英砂在高温的“烤验”下,开始发生变化。
这加热的过程可不能马虎,温度得恰到好处,高了不行,低了也不行。
这不就跟咱炒菜掌握火候一样嘛!温度太高,可能就把材料给弄坏了;温度太低,又达不到想要的效果。
等加热到一定程度,石英砂就慢慢融化成了液体。
哇,就像冰化成了水一样神奇!这时候,就得小心地控制这个液体的流动和成型啦。
要是不小心弄歪了或者有气泡进去了,那可就不完美了。
接着,经过一系列的处理和冷却,一块晶莹剔透的石英玻璃就诞生啦!是不是很神奇?这就像是一个小生命诞生一样让人充满期待和惊喜。
你说,这石英玻璃生产工艺是不是很不简单?它需要那么多的步骤和精心的操作,才能生产出我们看到的那些漂亮的石英玻璃制品。
就像我们盖房子,一砖一瓦都不能马虎,才能盖出坚固又漂亮的房子呀!而且啊,石英玻璃的用处可多了去了。
它可以用在各种高科技领域,比如制造望远镜的镜片,让我们能看到更远更清晰的星星;还可以用在实验室里,帮助科学家们做各种实验。
你说,要是没有这么好的石英玻璃生产工艺,我们的生活得少多少乐趣和便利啊?所以啊,可别小看了这看似普通的石英玻璃生产工艺,它背后可有着无数人的智慧和努力呢!总之呢,石英玻璃生产工艺就是这么神奇又重要,它让我们的生活变得更加丰富多彩。
咱可得好好珍惜这些用石英玻璃做成的东西,也得感谢那些在背后默默付出的人们呐!。
石英玻璃的主要成分
石英玻璃是一种只含二氧化硅单一成份的特种玻璃。
由于种类、工艺、原料的不同,国外常常叫做硅酸玻璃、石英玻璃、熔融石英、熔凝石英、合成熔融石英,以及没有明确概念的透明、半透明、不透明石英等。
我国统称石英玻璃,多按工艺方法、用途及外观来分类,如电熔透明石英玻璃、连熔石英玻璃、气炼透明石英玻璃、合成石英玻璃、不透明石英玻璃、光学石英玻璃、半导体用石英玻璃、电光源用石英玻璃等。
人们习惯于用“石英”这样一个简单的词汇来命名这种材料,石英玻璃是用天然结晶石英(水晶或纯的硅石),或合成硅烷经高温熔制而成。
熔融后的产品具有极好的加工性能,在极高的粘度范围内,可以将管和棒进行有如普通玻璃细工一样的热加工,还可以用金刚石或碳化硅制成的磨具进行高速机械加工,从而制成各种复杂形状的仪器和特种制品。
石英玻璃的性能主要取决于它的纯度,其次是工艺过程或热工制度。
微量杂质的存在将给石英玻璃的使用性能带来重大的影响;同时由于工艺过程或热工制度的稍有疏忽,将给外观质量带来多种多样的缺陷,产生大量的废次产品。
石英玻璃屈服强度
石英玻璃是一种常见的透明材料,具有优异的物理和化学性质。
它被广泛应用于光学、电子、化工等领域。
其中,石英玻璃的屈服强度是一个重要的指标,它决定了材料在外力作用下是否会发生塑性变形或破裂。
石英玻璃的屈服强度受多种因素影响,如材料的纯度、晶体结构、加工工艺等。
纯度高、无杂质的石英玻璃具有较高的屈服强度,而掺杂杂质或存在缺陷的石英玻璃则屈服强度较低。
晶体结构也是影响石英玻璃屈服强度的重要因素。
石英玻璃的晶体结构是由硅原子和氧原子构成的三维网络结构。
这种网络结构使得石英玻璃具有较高的硬度和强度。
在外力作用下,晶体结构能够承受一定的应力,使石英玻璃具有较高的屈服强度。
加工工艺也对石英玻璃的屈服强度起到重要影响。
石英玻璃的制备过程中,需要进行高温熔融、成型、退火等工艺。
适当的加工工艺可以提高石英玻璃的屈服强度,而不当的加工工艺则会导致材料内部存在应力集中,降低屈服强度。
石英玻璃在实际应用中的屈服强度要根据具体情况来评估。
在光学领域,石英玻璃通常用于制作镜片、透镜等光学元件。
这些元件在使用过程中需要承受外界光束的照射,因此要求具有较高的屈服强度,以避免发生变形或破裂。
在电子领域,石英玻璃常用于制作集成电路基板、光纤等器件。
这些器件在工作过程中需要承受电磁信号的传输和处理,因此要求具有较高的屈服强度,以确保器件的可靠性和稳定性。
总的来说,石英玻璃的屈服强度是一个重要的性能指标,影响着材料在实际应用中的可靠性和稳定性。
通过提高材料纯度、优化晶体结构和加工工艺等措施,可以有效提高石英玻璃的屈服强度,满足不同领域的应用需求。
•石英玻璃介绍石英玻璃是一种只含二氧化硅(SiO2)单一成份的高纯特种工业技术玻璃。
由于其具有其他材料不能取代的一系列特殊性能,既非常低的热导率,极好的抗热振性,很高的变形温度和软化温度,很低的热传导能力,很低的介电损失和从紫外线到红外线的极宽的光谱范围内的光学透过能力。
使其在现代工业和高科技领域发挥了非常重要的作用。
力学性能石英玻璃是脆硬材料,其抗拉强度很低而抗压强度很高,后者是前者的20倍。
热学性能(1)石英玻璃线膨胀系数 石英玻璃的线膨胀系数(5.5×10-7/℃)比所有材料的线膨胀系数都低,经过掺杂的石英玻璃甚至可以达到零膨胀。
(2)石英玻璃抗热振性 由于石英玻璃的热膨胀系数小,只有普通玻璃的1/12~1/20。
故其有着非常好的抗热振性能,石英玻璃试样灼烧到1200℃后急速投到20℃水中,反复三次以上不允许炸裂。
(3)石英玻璃导热系数(4)石英玻璃比热光学性能石英玻璃的光学性能有其独到之处,它既可以透过远紫外光谱,是所有透紫外材料最优者,又可透过可见光和近红外光谱。
用户可以根据需要,从185-3500mμ波段范围内任意选择所需品种。
由于石英玻璃耐高温,热膨胀系数极小,化学热稳定性好,气泡、条纹、均匀性、双折射又可与一般光学玻璃媲美,所以它是在各种恶劣场合下工作具有高稳定度光学系统的必不可少的光学材料。
电学性能石英玻璃只要的电学特性是高的介电场强度,很低的介电损失和很低的导电性。
所以广泛用于制造高频高压绝缘子,特别是在高温和承受较高机械应力的场合更为适用。
(耐击穿电压11千伏/毫米)化学性能石英玻璃属酸性材料,除氢氟酸和热磷酸外,对其它任何酸均表现为惰性,是最好的耐酸材料。
相对于普通玻璃来说,石英玻璃不吸湿,不风化。
在常温下碱和盐对石英玻璃的腐蚀程度也是极微的,因此不排除在这些试剂中使用石英玻璃。
耐辐射性能与普通玻璃相比,石英玻璃具有优异的耐辐射性能,其中合成石英玻璃耐辐照性能最好,几乎不产生色心。
石英玻璃的性能详解石英玻璃是二氧化硅单一成份的玻璃,通常分为透明石英玻璃和不透明石英玻璃(熔融石英)两大类。
透明石英玻璃只有极少量气泡,有相当高的光学均匀性和透明度,由水晶或四氯化硅为原料,经高温熔制而成, SiO2含量在99.95%以上,高纯石英玻璃喊99.999%以上,不透明石英玻璃是脉石英、石英砂为原料,经高温熔制而成,含SiO299.5%以上。
由于石英玻璃是由单纯(SiO4)四面体组成的网络骨架,而硅氧气键强很大,结构紧密,故机械强度、耐热性能很高,热膨胀系数很小,化学稳定性也很好,同时,粘度大,软化点也很高,由于网络中无填隙的阳离子,所以密度小、导电率、介质损失也很小。
石英玻璃的机械性能比硬质玻璃和陶瓷都好,新拉的无缺陷石英玻璃纤维强度为24100×106帕,直径不大的石英管及石英玻璃设备可耐很大的压力,石英玻璃制品中如有宏观缺陷,如气泡、外来杂物、熔化不均匀及存在的残余应力,都会影响其强度,使其降低。
石英玻璃机械性能名 称性能温度(o C)透明石英玻璃不透明石英玻璃20 76700×10671200×106500 80900×10674600×106强性模数(帕)900 83400×10677000×10620 33400×10630400×106500 35100×10633600×106刚性系数(帕)900 36300×10634600×106泊松比20 0.17 0.17莫氏强度7.0 7.0 显微强度(帕)8620~9810×106---- 内阻尼 1.10×10-5---- 抗压强度(帕)20 785~1150×106392~491×10620 48.1×10634.4×106500 114.0×106184×106抗压强度(帕)900 156×106158×1061100 128×106113×106抗张强度(帕)20 36.5~59.2×10622.5~32.3×106抗冲击强度X981(焦/米20 1060 8342)扭转刚度(帕)20 46.5×10615.4×106声波速度(纵向波) 5.72×103(米/秒)纵向波 5.95×103超声波速度(米/秒)横向波 3.76×103石英玻璃管的破坏压力透明石英玻璃管不透明石英玻璃管管内径(mm)壁厚(mm)破坏压力(千克/cm2)管内径(mm)壁厚(mm)破坏压力(千克/cm2)4 0.5 83 15 2.5 155 1.0 150 57 9.0 107 2.0 220 80 11.0 138 1.0 100 200 13.0 79 2.0 190 370 14.0 310 1.0 70石英玻璃强度开始随温度而增加,到一定温度后,反而随温度升高而降低,透明石英玻璃由室温升高到90 0o C ,抗张强度约增加一倍,抗冲击强度显示出最大值。
石英玻璃制作温度
石英玻璃是一种高温玻璃,其制作需要在高温环境下进行。
一般来说,石英玻璃的制作温度在1600℃左右,具体的温度取决于制作的工艺和要求。
在制作石英玻璃时,需要使用石英砂作为原材料,并加入一定比例的其他化学物质,如氧化铝、碱金属等。
这些原材料在高温下经过反应和熔融后,形成了均匀的石英玻璃体。
除了熔制温度外,石英玻璃的制作还需要保持一定的冷却速度,以避免产生内应力和晶粒的生长。
因此,在制作过程中需要注意温度控制和冷却方式。
总的来说,石英玻璃的制作温度是一个关键的参数,对于制作高质量的石英玻璃具有重要意义。
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石英玻璃光学透过率石英玻璃是一种重要的光学材料,具有非常高的透过率和抗化学侵蚀性能,广泛应用于光学和电子领域。
在这篇文档中,我们将深入介绍石英玻璃的光学透过率及其原理,并探讨其在实际应用中的重要性。
一、石英玻璃的光学透过率石英玻璃在可见光和紫外线范围内有非常高的透过率,其光学透过率可以达到99.9%以上。
特别是在紫外线波段,石英玻璃的透过率非常高,可以达到98%以上。
这种高透过率是由于石英玻璃的化学结构和物理性质所决定的。
石英玻璃是由二氧化硅(SiO2)构成的非晶态固体,其化学结构非常稳定。
在紫外线波段,石英玻璃的化学键和原子振动强度与可见光波段有所不同,因此可以更好地吸收紫外线。
此外,石英玻璃还具有非常好的光学均匀性和低的散射率,不会产生明显的像散和色散。
这些因素共同促使石英玻璃在紫外线及其周围波段具有非常高的透过率。
二、石英玻璃的透过率测量方法及其应用石英玻璃的透过率测量通常采用紫外-可见吸收光谱法。
这种方法通过将一束可见光或紫外线透过待测样品并测量透射光谱强度来确定样品的透过率。
紫外-可见吸收光谱法具有非常高的精度和灵敏度,可以精确测量小于0.1%的透过率。
石英玻璃的高透过率使其在光学和电子领域具有广泛的应用。
在光学领域,石英玻璃常用于制作光学透镜、窗口、棱镜等元器件,其高透过率可以确保光学系统的高效率和精度。
在电子领域,石英玻璃广泛应用于制作紫外线透过率高的电子元器件,如紫外线光电倍增管、紫外线激光器和紫外线光源等。
除了光学和电子领域外,石英玻璃的高透过率还使其在环境、医疗、石化等领域具有重要应用。
例如,石英玻璃可用于制作高透明度的液晶显示器和太阳能电池板,在提高能源利用率的同时减少对环境的污染。
此外,在医疗器械制造中,石英玻璃的高透过率是制作光学器械和植入式医疗器械的优选材料。
三、总结石英玻璃的高透过率是由其化学结构和物理性质所决定的,其在紫外线波段具有非常高的透过率。
这种特性使得石英玻璃在光学、电子、环境等领域具有广阔的应用前景,并在提高工业、医疗等领域的生产效率、保障人们生命安全等方面发挥着重要作用。
石英玻璃折射率
石英玻璃折射率又称折射指数,是介质内电磁波入射或出射时,范围内频率的信号强度降低的比率。
石英玻璃折射率指的是光在穿过石英玻璃的过程中,光的方向的变化的程度。
折射率作为一种更精确的描述,又称折射系数,表示光线穿过介质的物理变化情况。
空气折射率是1,而石英玻璃的折射率为1.51,折射率是光线穿过另一种介质时发生改变的程度。
石英是折射率较大的物质,是介质折射率差异范围内中折射率最大的,仅次于水晶(折射率为1.56)。
石英玻璃由二氧化硅、纯碱等物质熔融而成,具有几何稳定性和热稳定性。
石英玻璃对X射线、紫外线比较透明,它具有折射率可达1.51,耐高温、耐腐蚀等特点,因此常用于工业生产中,用于制造灯具等众多物品。
石英玻璃的折射率并不总是恒定的,随着波长的变化会有一些变化,但总体而言也在1.45和1.55之间,而其他介质的折射率则很少变动。
由于石英玻璃具有易加工性和折射率大的特点,用于透镜制作业已成为现代设计和制造的重要元素。
光学透镜是指以镜头距离用来聚焦光源,它可以把光线重新集中聚焦到一个点,形成一个图像。
生物光子学中用石英玻璃制作的光学透镜用于高分辨率的镜头成像或光学调制。
例如,在trappung中,用石英光学元件制作的,可以获得较高的分辨率相比其他材料制作的光学元件。
此外,石英玻璃具有抗非常低温强度高、耐高温、耐腐蚀、无放射性等优点,可用于制造内置设备、冷。
石英制作玻璃的原理
石英制作玻璃的原理,是利用石英对高温的抗性来制作玻璃。石
英是一种高硅含量的矿物质,具有非常高的熔点和热稳定性,因此可
以耐受高温制作玻璃。
在石英制作玻璃的过程中,需要将石英砂等原材料加入高温熔炉
中进行加热,使其熔化。随着熔融温度的升高,石英颗粒逐渐熔化,
形成一种类似于黏稠液体的状态。在这个状态下,可以通过调节温度
和熔融状态,来控制玻璃的硬度、透光度、折射率等物理特性。
最终,经过冷却和加工后,石英制作的玻璃能够具有非常出色的
抗热性、耐久性和光学特性。因此,在各种高温环境下都有广泛的应
用,比如光学器件、高温反应釜、化学器皿等领域。
石英玻璃石英玻璃有透明和不透明石英玻璃两种,透明和不秀明石英玻璃是工业和科研使用的最有经济价值的材料。
其制造(采用熔炼方法)所用的原料为水晶或高纯、超高纯石英砂(透明石英玻璃)和白色石英砂(不透明石英玻璃)。
这两种原料都存在于自然界,它的成份为最纯的SiO2所组成。
石英玻璃和水晶具有相同的化学成份,但在结构上大不相同。
一个是玻璃态,另一个是晶态。
水晶经不起高温热冲击,它遇高温就会破裂并转化成其它晶体变态,而石英玻璃经得起极高温的冲击。
制造透明石英玻璃和不透明石英玻璃要求在高温下进行,因为结晶SiO2在1713℃以上才能熔化。
1.石英玻璃概述石英玻璃在国外已有160多年历史,1839年法国人首先用氢氧燃烧火焰熔化石英制造石英玻璃,1902年英国人用石墨棒通电获得高温(称为单棒电熔炉)制造石英玻璃,二十世纪40年代发明了电熔连熔炉,50年代随着半导体技术和新型电光源的发展(急需大量石英玻璃),石英玻璃才迅速发展起来。
因为石英玻璃的生产技术难度大,直到目前能够大量生产石英玻璃的国家仅有美国、德国、法国、日本、英国、中国等少数国家。
我国石英玻璃研究始于1957年,在中华人民共和国成立之前是空白。
1956年国家制定12年科技发展规划,要求发展国防急需的57项重点研究任务,解决二弹一星用的新型高性能材料,为研究原子弹、导弹、人造卫星做好物质准备。
石英玻璃是第26项和第40项任务书中指定要研究的内容,任务是下达给当时的国家建筑材料综合研究所。
我国石英玻璃的发展大体可分为5个阶段:1957—1961年为开创阶段,以研究工艺制造方法为主;1962—1966年为形成产业阶段,在此期间完成很多军工任务,民品产量和质量也有很大提高,已初步形成产业;1978—1988年为改革创新时期,高新技术用石英玻璃,如:大规模集成电路用高纯耐高温石英玻璃管、高纯涂层坩埚、电弧法坩埚、光通信用石英玻璃、激光用石英玻璃等都是这一时期研究并大量生产的;1989—2000年为引进国外先进技术、技术创新、增加品种和产量等大发展时期,最为突出的是东海县发展成为电光源用石英玻璃生产基地,年产石英玻璃达6000吨(其中优质品2000余吨),质量极大的提高,成本几倍的下降,技术装备显著的改进。
石英玻璃生产工艺流程石英玻璃是以高纯度石英(二氧化硅)为原料,经过一系列的化学处理、熔融和成形等工艺步骤制成的一种高纯度、高透明度的无色玻璃。
以下是石英玻璃生产工艺流程的详细描述。
1. 原材料准备石英玻璃的原料为高纯度二氧化硅粉末,其粒径一般为5-30μm。
在生产过程中,需要考虑原材料的纯度、颜色、形状以及颗粒大小等因素。
石英粉应该通过筛网筛选,去除较大或较小的颗粒,以保证熔融过程中的均匀性。
2. 混合材料将石英粉与一定量的助熔剂混合,目的是为了提高石英粉的熔融性。
常用的助熔剂包括碱金属氧化物(如氢氧化钠、氢氧化钾)和碱土金属氧化物(如氢氧化镁、氢氧化钙)等。
混合物应该通过机械或化学方式充分混合,确保每个颗粒上都有助熔剂。
3. 烘干和筛选混合材料需要通过一段时间的低温烘干,将材料中的水分去除,一般烘干温度为100-120℃,并贯穿整个生产过程。
烘干后的混合材料需要通过筛网筛选,去除不合格颗粒。
4. 其它添加物的添加根据玻璃的用途和需要,可以添加其它金属氧化物、钴、铱等特殊添加剂,以改善石英玻璃的性质和特性。
5. 熔融过程混合材料在熔融过程中通常需要用到高温熔炉,温度需要超过1700℃。
材料在炉内熔化,形成均匀的熔体。
在熔体的表面上,一般会形成一层气体,这时需要加入一定量的氧化剂(如空气、纯氧等),以便去除气体。
6. 成型过程熔体在熔融过程中需要通过成型工艺成形,一般可以采用拉伸法(pulling)和滚压法(rolling)两种方式进行。
拉伸法通常用于制造大块的石英玻璃,将熔体从熔炉中拉出,延伸至需要的形状和尺寸;滚压法则是用辊轮将熔体压制成薄片或薄板。
7. 酸蚀和退火处理成型完成后,需要进行酸蚀处理,以去除表面和内部的杂质和气泡。
常用的酸蚀液为HF(氢氟酸)和HNO3(硝酸)溶液。
酸蚀后需要进行退火处理,以恢复石英玻璃的原始状态。
8. 检查和包装经过一系列的处理后,石英玻璃需要经过检查和包装。
检查过程包括外观检查、透光率检测等,确保产品符合标准规格。
石英玻璃 一,石英玻璃基本概述 1.1简介,1.2定义,1.3化学性质,1.4纯度 二,石英玻璃的特性
2.1失透性,2.2化学性能,2.3透气性,2.4电学性能,2.5光学性能,2.6热学性能,2.7机械性能 三,石英玻璃的应用 3.1新型光源方面,3.2半导体方面,3.4在新技术领域中 3.5在化工方面3.6在高温作业方面3.7在电工方面3.8在科研方面
四,石英玻璃制备方法 4.1. 电熔法4.2. 气炼法4.3. SiCl4蒸汽水解法4.4. 高频感应等离子炬熔融法4.5. 凝胶法
五,石英玻璃新品种 5.1. 高纯石英玻璃5.2石英纤维和石英棉5.3低膨胀石英玻璃5.4吸收紫外线石英玻璃5.5荧光石英玻璃 5.6石英陶瓷5.7乳白石英玻璃
六,石英玻璃使用须知及粘接方法 6.1使用须知6.2粘接方法 七,客户讨论等 一,石英玻璃基本概述 1.简介:石英玻璃是二氧化硅单一成分的非晶态材料,其微观结构是一种由二氧化硅四面结构体结构单元组成的单纯网络,由于Si-O化学键能很大,结构很紧密,所以石英玻璃具有独特的性能,尤其透明石英玻璃的光学性能非常优异,在紫外到红外辐射的连续波长范围都有优良的透射比。
2.定义:石英玻璃是由纯净的天然水晶、石英石(包括脉石英、石英砂)或人工合成原料经熔化而制得。自然界中的石英,从地壳表面往下十六公里,几乎有65%,普通形状为细小的无规则颗粒。石英玻璃是一种只含二氧化硅单一成份的特种玻璃。由于种类、工艺、原料的不同,国外常常叫做硅酸玻璃、石英玻璃、熔融石英、熔凝石英、合成熔融石英,以及没有明确概念的透明、半透明、不透明石英等。在我国统称石英玻璃,多按工艺方法、用途及外观来分类,人们习惯于用“石英”这样一个简单的词汇来命名这种材料,这是绝对不妥的,因为“石英”是二氧化硅结晶态的一种通称,它与玻璃态二氧化硅在理化性质上是有区别的。
3.化学性质:石英玻璃具有极低的热膨胀系数,高的耐温性,极好的化学稳定性,优良的电绝缘性,低而稳定的超声延迟性能,最佳的透紫外光谱性能以及透可见光及近红外光谱性能,并有着高于普通玻璃的机械性能。
4.纯度:纯度是石英玻璃的重要指标,对理化性能和使用性能影响甚大,如失透性、高温强度、软化点、光的传导、热稳定性、化学稳定性、耐辐射性、荧光特性等;此外,用于半导体工业的石英玻璃,对纯度的要求更为苛刻,微量的杂质将给半导体材料的电性能和寿命以及集成度带来严重的影响。由于半导体材料的纯度要求控制在ppb(单独拿出来,不能说是单位,就象%一样,不是单位PPb是10的-9次方)数量级以下,因此石英玻璃则应控制在PPm(PPm 是10的-6次方)数量级以适应半导体工业的需要。B的分凝系数近于1,最难除掉,是最有害的杂质之一,Cu、Fe、Ti等影响半导体的少子寿命,K、Na、Li是单晶材料产生微缺陷的有害杂质。
二,石英玻璃的特性
2.1失透性:失透(又叫析晶性)是石英玻璃的一个固有缺陷,从热力学观点看,石英玻璃的内能高于结晶态方石英,属热力学上不稳定的亚稳态,当温度高于1000℃时,SiO2分子振动加速,经一段较长时间的重新排列、定向便形成结晶。失透性是以晶核成长速度来表示的,不透明石英玻璃在1520℃、透明石英玻璃在1620℃析晶速度分别达到最大值。析晶(析晶,是当物体在处于非平衡态时,会析出另外的相,该相以晶体的形式被析出。这种现象广泛存在于自然界中。比如说过饱和溶液析出的溶质晶体,某些掺杂金属热处理中析出的小颗粒)主要出现在表面,其次是内部缺陷处,原因是这些地方容易沾污,引起杂质离子的局部集聚,特别是碱离子(如K、Na、Li、Ca、Mg等)进入网络后引起粘度降低,促使失透加速。
由于石英玻璃的热膨胀系数和比重同析晶产物β-方石英相近,所以在高温下连续使用时,尽管析晶区不断扩大,但体积变化并不明显,仍可满意地继续使用,此时尚可减轻玻璃的塑性变形,使耐火度提高。当析晶产物冷却到800℃时,则出现细小的龟裂网络。继续冷却到200-275℃时,则出现方石英从高温型到低温型(即β-方石英→a-方石英)的结构变化,并伴随着发生体积聚变,如果析晶层很深,则石英玻璃亦随之破裂。由于析晶常常出现在有杂质的地方,所以高温使用前的表面状态及周围耐火材料、气氛十分重要。
2.2化学性能:石英玻璃属酸性材料,除氢氟酸和热磷酸外,对其它任何酸均表现为惰性,是最好的耐酸材料。在常温下碱和盐对石英玻璃的腐蚀程度也是极微的,因此不排除在这些试剂中使用石英玻璃。透明石英玻璃比不透明石英玻璃具有更好的化学稳定性,这是因为后者由于气泡的存在暴露在腐蚀液中的表面积增加所致。石英玻璃不吸湿,不风化。石英玻璃对所有碱和碱土化合物都非常敏感,这些化合物极轻微的痕量也会促使石英玻璃在高温下产生析晶。 2.3透气性:石英玻璃的结构十分松弛,甚至在高温下还允许某些气体的离子通过网络进行扩散,其中以钠离子的扩散为最快。石英玻璃的这一性能对于使用者尤为重要,例如,半导体工业用石英玻璃作为高温容器或扩散管时,由于半导体材料要求很高的纯度,所以要求与石英玻璃接触的作为炉衬的耐火材料必须预先经过高温和清洁处理,除掉钾、钠等碱性杂质,然后才能放入石英玻璃内使用。在常温下,可以认为石英玻璃是不透气的,在高温(例如700℃)下,某些气体的透气常数也很小。因此可以用在高温高真空装备中。
2.4电学性能:石英玻璃具有很高的介电强度和极低的导电率,即是在高温、高压和高频下,仍能保持很高的介电强度和电阻,在所应用的频带内几乎没有介电损耗,因此石英玻璃是优良的高温介电绝缘材料。在常温下,它的电阻相当于普通玻璃的10倍,对全部频率的介电损失很微小,绝缘耐压强度大
2.5光学性能:石英玻璃的光学性能有其独到之处,它既可以透过远紫外光谱,是所有透紫外材料最优者,又可透过可见光和近红外光谱。由于石英玻璃耐高温,热膨胀系数极小,化学热稳定性好,气泡、条纹、均匀性、双折射又可与一般光学玻璃媲美,所以它是在各种恶劣场合下工作具有高稳定度光学系统的必不可少的光学材料。
石英玻璃的结构,杂质含量,OH(氢氧根)基因及NO(氮氧化合物)、CO(一氧化碳—)等含量是影响光谱透过率的主要因素,氧原子结合不良在0.24μ(渺子符号)处则有吸收峰,含有OH基团的石英玻璃,在2.7μ处由于分子振动将产生明显的吸收峰,紫外透过率低主要是由于金属杂质多造成原子吸收光谱所致。
电熔石英玻璃是很好的透红外材料,但由于杂质的存在,紫外透过率低。氢氧焰熔制水晶所获得的石英玻璃,由于氧结构缺陷,在0.24μ处有吸收峰,同时含有OH基团,所以红外透过极低。用合成原料气炼的高纯光学石英玻璃是最好的透紫外材料,但在2.7μ处有严重的OH吸收峰。只有用合成原料通过电熔或无氢火焰熔融而成的光学石英玻璃,才能很好地透过从远紫外到近红外的连续光谱。
2.6热学性能:石英玻璃的热膨胀系数小,为5.5×10-7/℃,只有普通玻璃的1/12~1/20.部标准规定将试样灼烧到1200℃后急速投到冷水中,反复三次以上不允许炸裂。石英玻璃加入适量钛元素后还可做成零膨胀系数的材料,在激光技术、天文和尖端技术中已得到应用。
2.7机械性能:石英玻璃由单组元硅氧四面体组成网络骨架,硅氧键键强很大,结构紧密,机械强度很高,为普通玻璃的2~3倍;它的机械性能比硬质玻璃和陶瓷都好,唯脆性较差。石英玻璃的理论计算强度很高,约为24×103MPa,但实际测得的强度要比这个数值低数十倍。影响强度的主要因素首先是玻璃的表面缺陷,特别是表面微裂纹的大小及深度影响最为明显,细磨的石英玻璃试样比粗磨的试样,其抗折强度约增加0.6倍;其次是内在缺陷,例如,气泡、杂质、熔化不均以及残余应力等。石英玻璃的强度随着温度的升高而增加,接近退火温度时达到最大值。石英玻璃的剪切模量、杨氏模量、阻尼、泊松比、破坏模量一般均随着温度的升高而增加,硬度则随着温度的升高而降低。
三,石英玻璃的应用 石英玻璃主要用于电光源,半导体,光学新技术,化工、冶金、电工、科研等方面: 3.1新型光源方面:做高压水银灯、长弧氙灯、碘钨灯、碘化铊灯、红外线灯和杀菌灯等。
3.2半导体方面:是半导体材料和器件生产过程中不可缺少的材料,如生长锗,硅单晶的坩埚、舟皿炉芯管和钟罩等。
3.4在光学新技术领域中:用其声、光、电学的极佳特性、做雷达上的超声延迟线,红外跟踪测向,红外照像、通讯、摄谱仪、分光光度计的棱镜,透镜、大型天文望远镜的反射窗,高温作业窗、反应堆、放射性装置;火箭,导弹的鼻锥体,喷嘴和天线罩:人造卫星的无线电绝缘零件,辐射;热天秤,真空吸附装置,精密铸造等。
3.5在化工方面:可做高温耐酸性气体的燃烧、冷却和通风装置,酸性溶液的蒸发,冷却吸物收,贮存装置,蒸馏水,盐酸、硝酸、硫酸等的制备和其它物理化学实验用品。
3.6在高温作业方面:可做光学玻璃的,坩埚烧成萤光体客气,电炉炉芯管,气体燃烧辐射体,热电偶保护管等。
3.7在电工方面:可做高压高频绝缘管,引波管等。 3.8在科研方面:石英玻璃和石英玻璃棉可作火箭的喷咀,宇宙飞船防热罩和观察窗等。 四,石英玻璃制备方法: 4.1. 电熔法:石英原料在真空(5×10-2mmHg)或低压惰性(N2)介质中电熔。 4.2. 气炼法:采用氢氧焰或其它碳氢化物(乙炔)可燃气体产生高热来熔化物料。 4.3. SiCl4蒸汽水解法:将四氯化硅蒸汽由氢气携带通入氢氧喷灯火焰中,生成二氧化硅及氯化氢,氯化氢气体随烟气逸出,而二氧化硅则沉积。
4.4. 高频感应等离子炬熔融法:由高频电磁场的感应耦合作用而产生等离子体灯炬,内核温度高达15000K,熔化物料。
4.5. 凝胶法:将多孔(50~80 Å )凝胶成形后在250℃下真空处理,排出H2O,通过热处理排除有机物,1000℃下加热消除气孔,形成石英玻璃。
五,石英玻璃新品种 5.1. 高纯石英玻璃:SiO2六个九~七个九,二氧化硅含量高低分为高纯石英玻璃原料和普通石英玻璃原料,高纯石英玻璃生产的传统原料是天然水晶,天然水晶中SiO2含量很高,但世界上蕴藏真正透明的、SiO2含量高的水晶是异常稀少的,用于光谱仪、分光光度计、荧光计零件;高纯石英玻璃可制光导纤维
5.2石英纤维和石英棉:石英玻璃纤维能长期在1050℃使用,短期可在1200℃作为烧蚀防护材料使用,还有着卓越的电绝缘性,它的介电常数和介质损耗系数是所有矿物纤维中最好