أنبوب كوارتز ملون عالي النقاء لصناعة أشباه الموصلات

عملية تصنيع أنابيب الكوارتز الملونة

تُصنع أنابيب الكوارتز الملونة بشكل أساسي من السيليكا المنصهرة عالية النقاوة (SiO 2 )، وتحصل على لونها من خلال إدخال شوائب أكاسيد معدنية محددة أثناء عملية التصنيع. واللون ليس طلاءً سطحيًا، بل يكون مدمجًا في جميع أنحاء المادة. فيما يلي العمليات الرئيسية:

• إعداد المواد الخام

المادة الأساسية هي بلورات كوارتز طبيعية عالية النقاوة أو كلوريد السيليكون الرباعي الصناعي (SiCl 4 ). وتُحضَّر أصباغ أكاسيد المعادن المطلوبة على هيئة مسحوق دقيق بدقة.

ومن الشوائب الشائعة ما يلي:

• أكسيد الكوبالت (Co 3 أكسجين 4 ): للأنابيب الزرقاء.
• أكسيد الكروم (Cr 2 أكسجين 3 ): للأنابيب الخضراء.
• أكسيد المنغنيز (Mn 2 أكسجين 3 ): للأنابيب البنفسجية/الكهرمانية.
• أكسيد التيتانيوم (TiO 2 ) وأكسيد الحديد (Fe 2 أكسجين 3 ): تُستخدم غالبًا بالتزامن للأنابيب البرونزية/العنبرية (والتي توفر أيضًا حجب الأشعة فوق البنفسجية).
• الذهب (Au) أو السيلينيوم (Se): للظلال الحمراء/الوردية.

• التحبيب والمواءمة

يتم خلط الكمية الدقيقة من مسحوق الصبغة بشكل موحد مع خامة الكوارتز المسحوقة. هذه الخطوة ضرورية لضمان توزيع متجانس للون. في بعض العمليات، وخاصةً بالنسبة للكوارتز الاصطناعي، يمكن إدخال الشوائب على شكل غاز أثناء عملية الترسيب البخاري الكيميائي.

• الانصهار والتشكيل

يتم تغذية خليط الكوارتز المُشوَّب إلى فرن عالي الحرارة. وتوجد طريقتان رئيسيتان للصهر:

• الانصهار بالقوس الكهربائي: يُستخدم للبلورات الطبيعية للكوارتز. يتم صهر الخليط في بوتقة كربونية عند درجات حرارة تزيد عن 2000 °ج.
• ترسيب البخار الكيميائي (CVD): يُستخدم للكوارتز الصناعي. تُدخل مركبات غازية (مثل SiCl 4 وأو 2 ) مع مواد ملونة على شكل بخار إلى مفاعل ذي درجة حرارة عالية، حيث تندمج وترسب طبقة تلو الأخرى على عمود دوّار لتشكيل الأنبوب.

أثناء أو بعد عملية الصهر، يتم تشكيل كوارتز اللزج إلى أنابيب باستخدام عمليات مثل الصب المركزي (تدوير قالب لتكوين أنبوب مجوف) أو السحب (سحب الكوارتز المنصهر فوق عمود).

• التلدين

تُبرد الأنابيب المكونة ببطء في فرن تلدين خاضع للتحكم. وهذا يقلل من الإجهادات الحرارية الداخلية، ويمنع التشقق، ويُثبت مراكز الألوان الناتجة عن الشوائب المضافة.

• التشطيب

بعد التلدين، تُقطع الأنابيب إلى الطول المطلوب، وقد تُلمع الأطراف باللهب أو تُطحن لتحقيق التحمل البُعدي المطلوب ونهاية السطح المناسبة. ثم تُنظف جيدًا.

مفتاح  الخصائص  من  الـ  عملية:

• دائم  اللون:  الـ  اللون  is متأصل  و  سوف  لا  يتلاشى  تحت  مرتفع  درجات الحرارة  أو  UV  التعرض.
• بيئات ذات درجات حرارة مرتفعة  الاستقرار:  ملون  الكوارتز  أنابيب  احتفظ  الـ  ممتاز  حراري  الخصائص  من  خالص  كوارتز.
• تعتمد على الشائبة المضافة  الخصائص:  بعض  مواد تلوين  (مثلاً،  التيتانيوم/الحديد  لـ  عنبري)  بشكل متعمد  أضف  وظائف  مثل  UV  امتصاص.

هذا  العملية  النتائج  في  متين،  عالية الأداء  ملون  الكوارتز  أنابيب  مستخدم  إنلايتنج  (مثلاً،  هالوجين  المصابيح،  UV  مصابيح)،  المختبر  المعدات,  شبه موصل  أدوات,  و  الزخرف  التطبيقات.

الميزة

تُراث أنابيب الكوارتز الملونة الفوائد الأساسية لثاني أكسيد السيليكا النقي مع إضافة وظائف متخصصة من خلال الصبغات المدمجة. وتشمل مزاياها الرئيسية ما يلي:

• نقل/ترشيح الضوء الانتقائي: هذه هي الميزة الأساسية. تمتص الألوان المختلفة وتُمرر أطوال موجية محددة من الضوء.

• مثال: تحجب الأنابيب العنبرية/البنية الأشعة فوق البنفسجية (UV) والضوء الأزرق ذا الطول الموجي القصير، بينما تُمرر الضوء المرئي. أما أنابيب الزجاج العميق البنفسجي "زجاج وودز" فتُمرر الأشعة فوق البنفسجية طويلة الموجة (UV-A) لكنها تحجب الضوء المرئي.

• المتانة والاستقرار المعززان: لا يمثل اللون طبقة سطحية، بل يتم دمجه داخل هيكل الكوارتز. مما يجعله:

• مقاومًا للبهتان: مقاوم للتقشر الناتج عن التعرض الشديد للأشعة فوق البنفسجية أو الضوء المرئي أو الحرارة.
• مقاومًا للخدوش: لا يمكن خدش اللون أو إزالته.
• خامل كيميائيًا: يحافظ على مقاومة كيميائية ممتازة ضد معظم الأحماض والمحاليل.

• أداء حراري عالي: مثل الكوارتز الشفاف، تتميز الأنابيب الملونة بما يلي:

• مقاومة حرارة شديدة: تتحمل درجات حرارة تصل إلى 1000-1100 °ج.
• تمدد حراري منخفض: مقاومة ممتازة للصدمات الحرارية.
• نقاء عالي: يمنع التلوث في العمليات الحساسة.

• الإشارات البصرية والسلامة: يوفر اللون تحديدًا بصريًا فوريًا لنوع مصدر الضوء، أو الطول الموجي، أو العملية، مما يعزز السلامة ووضوح التشغيل.

التطبيقات الرئيسية

استنادًا إلى مزاياها الوظيفية، تعد أنابيب الكوارتز الملونة حيوية في عدة صناعات:

• إضاءة

• المصابيح الهالوجينية والإضاءة المتوهجة: تُستخدم الأنابيب البنية أو الحمراء في مصابيح التدفئة، وفخاخ الحشرات، وأضواء الأمان في غرف التحميض.
• مصابيح الأشعة فوق البنفسجية:

• الضوء الأسود الأزرق (BLB): أنابيب بنفسجية داكنة تُستخدم في الترفيه، وفحص الفلورية، وكشف التزييف.
• مطهرة: تركيبات خاصة تسمح بتمرير أمثل للأشعة فوق البنفسجية من النوع UV-C (254 نانومتر) للتعقيم.

• إشارات متخصصة وإضاءة زخرفية: لمرشحات الألوان في وحدات الإضاءة ذات درجات الحرارة العالية.

• تصنيع أشباه الموصلات والخلايا الكهروضوئية

• أفران الانتشار والأكسدة: تُستخدم كأنابيب عملية. يمكن أن يشير اللون أحيانًا إلى نوع الأنبوب أو التشويب.
• العلاج بالأشعة فوق البنفسجية والطباعة الضوئية: أنابيب تنقل أطوال موجية محددة من الأشعة فوق البنفسجية لعلاج البوليمرات أو تعريض المقاومات الضوئية.

• المعدات المخبرية والمعدات العلمية

• التحليل الطيفي في المجالين المرئي وفوق البنفسجي: تُستخدم كخلايا عينة أو مرشحات.
• المفاعلات الكيميائية الضوئية: أنابيب تسمح بعبور أطوال موجية تحفيزية محددة لتحفيز التفاعلات الكيميائية.
• غرف بيئية: تُستخدم كنوافذ رؤية ذات ترشيح طيفي محدد.

• العمليات الصناعية والطبية

• تنقية المياه والهواء: أنابيب نافذة للأشعة فوق البنفسجية في أنظمة التعقيم.
• الأجهزة الطبية: تُستخدم في مصابيح العلاج الضوئي لعلاج اليرقان (الضوء الأزرق) أو أمراض الجلد (الضوء فوق البنفسجي).
• معالجة الأغذية والمشروبات: لعلاج الأشعة فوق البنفسجية أو أنظمة الفحص.

• زخرفة وعمارة

• تركيبات الإضاءة عالية الجودة: لعناصر ملونة دائمة ومقاومة للحرارة.
• التركيبات الفنية: تعتمد على متانة المادة وخصائصها اللامعة.

المواصفات الفنية