شفة زجاج كوارتز شفافة مخصصة مقاومة لدرجة الحرارة العالية لقطاع أشباه الموصلات

عملية إنتاج شفاه الكوارتز:

• اختيار المواد الخام: تُستخدم بلورات كوارتز طبيعية عالية النقاء أو رمل سيليكا صناعي كمادة أولية. وعادةً ما يتجاوز محتوى السيليكا 99.9٪ لضمان خصائص متفوقة.
• الصهر: تُسخن المادة الخام إلى درجة حرارة مرتفعة جدًا (أعلى من 1700 °مئوية) في فرن يعمل ببيئة فراغ أو غاز خامل (غالبًا فرن مقاومة كهربائية أو فرن حثي) لصهرها إلى كتلة كوارتز مصهورة لزجة وخالية من الفقاعات.
• التشكيل: بعد ذلك يتم تشكيل الكوارتز المصهور إلى شفاه باستخدام إحدى الطرق التالية:

• الصبه في قوالب: صب المادة في قوالب دقيقة مصنوعة من الجرافيت أو السيراميك.
• الصهر بالطرد المركزي: تدوير القالب لتشكيل أشكال أسطوانية مجوفة، والتي تُصنع لاحقًا باستخدام آلات التشغيل.
• الضغط الساخن/التشطيب: تشكيل قطعة الكوارتز المسخنة تحت الضغط لتحقيق التكثيف والتشكيل القريب من الشكل النهائي.

• التلدين: تخضع الشفاه المُشكلة لعملية تبريد بطيئة ومنضبطة في فرن تلدين. ويُخفف هذا من الإجهاد الحراري الداخلي، ويمنع التشقق ويضمن الثبات البنيوي.
• التشغيل الدقيق: تُعالج القطع المُلَدّنة بدقة باستخدام أدوات مطلية بالألماس. وتشمل هذه العملية الطحن، والقطع، والثقب، والصقل للوصول إلى الأبعاد النهائية، ونهاية السطح (غالبًا من الدرجة البصرية)، والاستواء، وأسطح الختم الدقيقة (مثل Ra < 0.4 μ م).
• التنظيف وفحص الجودة: يتم تنظيف صارم (مثل التنظيف بالموجات فوق الصوتية أو بالحمض) لإزالة الملوثات. ويتم فحص كل شفة من حيث الأبعاد، والعيوب المرئية (مثل الفقاعات أو الشوائب)، والخصائص البصرية. وتُستخدم طرق متقدمة مثل تداخل الليزر للتحقق من الاستواء والتوازي.

مزايا شفاه الكوارتز:

• استقرار حراري استثنائي: معامل تمدد حراري منخفض جدًا (~5.5 × 10 ⁻⁷ /K) يجعلها مقاومة للغاية للصدمات الحرارية. يمكنها تحمل التسخين والتبريد السريع من 1000 °مئوية إلى درجة حرارة الغرفة دون أن تتشقق.
• المقاومة العالية لدرجات الحرارة: يمكنها العمل باستمرار عند درجات حرارة تصل إلى 1100 °مئوية ولحظياً تصل إلى 1300 °مئوية، مع الحفاظ على السلامة الهيكلية في حين تلين المعادن أو تشوه.
• النقاء الكيميائي المتميز والخامل: مصنوعة من ثاني أكسيد السيليكون عالي النقاء SiO 2 ، وهي غير مسامية ومقاومة للغاية للتآكل الناتج عن معظم الأحماض، والهالوجينات، والمواد الكيميائية العدوانية (باستثناء حمض الهيدروفلوريك وحمض الفوسفوريك الساخن). وهذا يمنع التلوث في العمليات الحساسة.
• خصائص بصرية ممتازة: شفافية عالية عبر طيف واسع من الأشعة فوق البنفسجية إلى الأشعة تحت الحمراء القريبة. مما يسمح بمراقبة العملية بصريًا، ونقل الأشعة فوق البنفسجية، والاستخدام في تطبيقات الليزر.
• عزل كهربائي متفوق: قوة عازلة عالية وتوصيل كهربائي منخفض حتى عند درجات الحرارة المرتفعة، مما يجعلها مثالية لتطبيقات أشباه الموصلات والفراغ.
• قوة ميكانيكية وصلابة عالية: رغم هشاشته، يتمتع الكوارتز المصهور بمقاومة ضغط عالية ويحافظ على شكله  تحت الأحمال عند درجات حرارة عالية، على عكس العديد من البوليمرات.  على عكس العديد من البوليمرات.
• التوافق مع الفراغ فائق الارتفاع: نفاذية غازية منخفضة للغاية ومعدلات تبخر خارجية ضئيلة. عند تسخينها بشكل صحيح، تسهم في تحقيق بيئة فراغ فائق الارتفاع (UHV) والحفاظ عليها.
• عمر خدمة طويل واستقرار أبعادي: يقاوم التعرية ولا يتأثر بالتدهور أو الشيخوخة في الظروف النموذجية، ويحافظ على الأبعاد الدقيقة مع مرور الوقت بفضل استقراره.
• أساسي  التطبيقات: تصنيع أشباه الموصلات (غرف النقش، الانتشار، CVD/LPCVD)، الألياف البصرية، البصريات الدقيقة، أنظمة الليزر، المعدات المخبرية والتحليلية، زجاج الرؤية العالي الحرارة، والإضاءة الخاصة (مصابيح التفريغ عالية الشدة).

المجالات والاستخدامات الرئيسية لأقراص الكوارتز

تُعد شفاه الكوارتز مكونات حيوية في الصناعات المتطورة نظرًا لمزيجها الفريد من الخصائص. وتتمثل تطبيقاتها الرئيسية واستخداماتها المحددة فيما يلي:

• تصنيع أشباه الموصلات والإلكترونيات الدقيقة

• الاستخدام: كفتحات عرض، وبطانات الحجرة، ومداخل الغاز، ومنافذ التشخيص في معدات معالجة الرقائق.
• المعدات الأساسية: أجهزة التآكل بالبلازما، و reactors للترسيب الكيميائي من البخار (CVD) والترسيب الكيميائي من البخار عند ضغط منخفض (LPCVD)، وأفران الانتشار، وأجهزة زرع الأيونات.
• السبب: تمنع درجة نقاوتها التلوث في رقائق السيليكون، كما أن شفافيتها تسمح بمراقبة العملية أثناء سيرها.

• الصناعات البصرية والفوتونية

• الاستخدام: كنوافذ نهائية، وأغلفة أنابيب الليزر، ومكونات التثبيت.
• التطبيقات الرئيسية: أنظمة الليزر عالية الطاقة، وأنظمة البصريات فوق البنفسجية وتحت الحمراء، وخلايا أجهزة قياس الطيف الضوئي، ومرايا التلسكوبات الفلكية (للركائز ذات التمدد الحراري المنخفض).
• السبب: انتقالها الاستثنائي من الأشعة فوق البنفسجية إلى تحت الحمراء، وتشوهها الحراري الضئيل تحت ضوء عالي الشدة.

• المعالجة الكيميائية عالية النقاء/منخفضة الضغط

• الاستخدام: كأغشية داخلية للمفاعلات، وزجاج عرض للسوائل المسببة للتآكل، ومكونات توصيل في المصانع التجريبية.
• العمليات الرئيسية: التعامل مع الأحماض فائقة النقاء، والغازات الهالوجينية، والكيماويات الخاصة ذات درجات الحرارة العالية.
• السبب: الكيمياء الخاملة المتفوقة تضمن نقاء المنتج وتحميه من التآكل الناتج عن جميع الأحماض ما عدا حمض الهيدروفلوريك وحمض الفوسفوريك الساخن.

• إضاءة متقدمة

• الاستخدام: كغلاف (المبة خارجية) لمصابيح التفريغ عالية الشدة.
• المنتجات الرئيسية: مصابيح بخار الزئبق، ومصابيح قوس الزينون، ومصابيح التعقيم بالأشعة فوق البنفسجية.
• السبب: يتحمل درجات حرارة تشغيل مرتفعة للغاية (>1000 °مئوية) وينقل الضوء فوق البنفسجي بكفاءة.

• الأبحاث العلمية وأجهزة التحليل

• الاستخدام: كنوافذ لغرف الفراغ، وحوامل العينات في الأفران، ومكونات في مطياف الكتلة.
• البيئات الرئيسية: أنظمة الفراغ العالي جدًا (UHV)، المجاهر الإلكترونية، وغرف محاكاة الفضاء.
• السبب: تبخر منخفض للغاية واستقرار أبعادي عالي تحت ظروف الفراغ والتغيرات الحرارية.

• العمليات الصناعية المتخصصة

• الاستخدام: كنوافذ واقية في الأفران ذات درجات الحرارة العالية (مثل أفران نمو البلورات بنظام تشوخارلسكي) ومكونات التدفق في تصنيع سدادات الألياف البصرية.
• السبب: يحافظ على الوضوح والسلامة الهيكلية أثناء التشغيل المستمر بدرجات حرارة عالية، مما يسمح بالتحكم البصري في العملية.

  المواصفات الفنية

  محتوى الخواص	مؤشر الخواص
  الكثافة	2.2×103kg/سم²
  القوة	580KHN100
  قوة الشد	4.9×107Pa(N/ ㎡)
  قوة الضغط	>1.1×109Pa
  معامل التمدد الحراري	5.5×10-7سم/سم℃
  التوصيل الحراري	1.4 واط/متر·درجة مئوية
  الحرارة النوعية	670 جول/كجم·درجة مئوية
  نقطة التليين	1680℃
  نقطة التهدئة	1215℃