طبق بتري كوارتز شفاف مخصص مقاوم للحرارة

عملية التصنيع وتدفق العمل لطبق بتري من الكوارتز الشفاف

تتضمن هذه الطريقة تشكيل أنبوب كوارتز مسبق الصنع بشكل ثانٍ إلى شكل بوتقة باستخدام ضغط الغاز وقوالب.

المرحلة 1: مرحلة الإعداد

1. إعداد المواد الخام
· المادة: أنابيب كوارتز شفافة عالية النقاء وخالية من العيوب. يتم إنتاج هذا الأنبوب عادةً من خلال عملية انصهار كهربائي أو باللهب، ويحدد جودته أداء البوتقة النهائي.
· إعداد القالب: يستخدم قالب دقيق عاليًا مقاومًا للحرارة مصنوع من الجرافيت أو سبيكة حرارية. ويحدد تجويف القالب الشكل الخارجي للبوتقة (مثل: كروي، أسطواني، أشكال مخصصة).


2. المعالجة المسبقة لأنبوب الكوارتز
· القطع: يُقطع أنبوب الكوارتز إلى الطول المطلوب.
· التنظيف: يتم تنظيف الأنبوب باستخدام تنظيف عالي النقاء (مثل الماء الفائق النقاء، أو التآكل الحمضي، أو التنظيف بالموجات فوق الصوتية) لإزالة جميع الشوائب من الجدران الداخلية والخارجية.
· إغلاق أحد الطرفين: يتم تسخين أحد طرفي الأنبوب باستخدام شعلة هيدروجين-أكسجين حتى ينصهر ويُغلق تلقائيًا، مشكّلًا قبة نصف كروية ناعمة تصبح قاعدة القصدير.

المرحلة 2: مرحلة التشكيل الحراري - العملية الأساسية

هذه هي الخطوة الأكثر أهمية، وتُنفَّذ على مخرطة نفخ زجاج متخصصة أو ماكينة تشكيل آلية.

1. التسخين والتليين
· يتم تركيب الأنبوب الكوارتيزي المعالج مسبقًا (مع إدخال الطرف المغلق أولًا) على المخرطة ووضعه داخل القالب المسخّن مسبقًا.
· يتم تدوير المنطقة المستهدفة (التي ستكون جسم القصدير لاحقًا) وتسخينها بالتساوي باستخدام لهب هيدروجين-أكسجين أو شعلة بلازما. والدوران ضروري لتحقيق تسخين متجانس.
· يتم تسخين الكوارتز حتى نقطة تليينه (حوالي 1650–1800°م)، حيث يصبح مرنًا ولكن ليس منصهرًا تمامًا.

2. الضغط بالغاز والتشكيل
· بينما يكون الكوارتز لينًا، يتم إدخال غاز خامل عالي النقاء (مثل النيتروجين، الأرجون) إلى الأنبوب من خلال الطرف المفتوح، مع التحكم الدقيق في ضغطه.
· يدفع الضغط الداخلي للغاز جدار الكوارتز اللين للتمدد بشكل موحد نحو الخارج حتى يتبع تمامًا شكل السطح الداخلي للقالب.
· يُحدد القالب الشكل الخارجي النهائي، في حين يضمن ضغط الغاز الدقة الأبعادية ونهاية سطحية ناعمة.

3. التلدين والتبريد
· بعد التشكيل، يتم تلدين طبق بتري المصنوع من الكوارتز فورًا أثناء بقائه داخل القالب أو بالقرب منه. ويُستخدم لهب واسع ولين لتخفيف الإجهادات الحرارية الناتجة عن التسخين والتبريد السريع.
· ثم يُبرد طبق بتري المصنوع من الكوارتز تحت ظروف مضبوطة حتى درجة حرارة الغرفة قبل إزالته من القالب.

المرحلة 3: المعالجة اللاحقة والتشطيب

1. القطع والفتح
· يُقطع الطرف المفتوح لطبق بتري المصنوع من الكوارتز إلى الارتفاع والمستوى المحددين بدقة باستخدام منشار ماسي أو قاطع ليزر.
· يتم بعد ذلك تلميع الحافة المقطوعة الحادة باللهب أو طحنها ميكانيكيًا حتى تصبح ناعمة ومستديرة لمنع التشقق وتركيز الإجهاد.

2. التنظيف عالي الكثافة والتفتيش
· التنظيف: يخضع طبق بتري من الكوارتز لعملية تنظيف متعددة الخطوات وعالية النقاء (التنظيف بالحمض، التنظيف بالموجات فوق الصوتية، الشطف بماء فائق النقاوة) لإزالة جميع الملوثات الناتجة عن المعالجة.
· الفحص:
· الفحص البُعدي: التحقق من القطر والارتفاع وسماكة الجدار.
· الفحص البصري: فحص وجود فقاعات أو خدوش أو حفر أو أي تشوهات على السطوح الداخلية والخارجية تحت إضاءة مضبوطة.

المرحلة 4: معالجة خاصة عالية الجودة - تلميع داخلي باللهب

بالنسبة لأحواض عالية الجودة تُستخدم في تطبيقات أشباه الموصلات أو التطبيقات الفوتوفولطية المتميزة، يتم تنفيذ خطوة إضافية حاسمة:
· تلميع داخلي باللهب
· الهدف: إنشاء طبقة شفافة كثيفة تمامًا وناعمة ولامعة مثل المرآة على السطح الداخلي لطبق بتري من الكوارتز الشفاف.
· الطريقة: يتم تدوير طبق بتري الكوارتز مع إدخال لهب هيدروجين-أكسجين أو مشعل بلازما ومسحه عبر السطح الداخلي بالكامل.
· الآثار:
· يغلق المسامات الدقيقة: يزيل طبق بتري الكوارتز الشفاف الشقوق الدقيقة والمسام الصغيرة.
· يقلل الخشونة: يُنتج طبق بتري الكوارتز الشفاف سطحاً ناعماً على المستوى الذري، مما يمنع التصاق المواد ويسهل التنظيف.
· يعزز مقاومة التزجاج: يحسّن بشكل كبير مقاومة طبق بتري الكوارتز الشفاف للتبلور عند درجات الحرارة العالية، وبالتالي يطيل عمر القصدير الخدمي.

مخطط تدفق العمل الموجز لطبق بتري الكوارتز الشفاف:
أنبوب كوارتز عالي النقاوة → القطع → التنظيف → إغلاق أحد الطرفين → التثبيت في القالب → التسخين الدوراني والتليين → التشكيل بضغط الغاز → التلدين → فك القالب → القطع/الفتح → تلميع الحواف → (تلميع السطح الداخلي باللهب) → تنظيف عالي الكثافة → الفحص النهائي → التعبئة في بيئة نظيفة

مزايا طبق بتري الكوارتز الشفاف:
· نقاء عالٍ: يستخدم طبق بتري الكوارتز الشفاف أنبوب كوارتز عالي النقاء، مما يقلل من التلوث.
· دقة عالية: تصنيع طبق بتري الكوارتز الشفاف بالقالب يضمن اتساقًا ممتازًا في الأبعاد.
· مرونة في الشكل: قادر على إنتاج هندسات معقدة ومخصصة.
· جودة سطحية متفوقة: تلميع اللهب لطبق بتري الكوارتز الشفاف يحقق تشطيبًا استثنائيًا للسطح الداخلي.

التطبيقات الرئيسية:
· صناعة أشباه الموصلات: لعمليات الانتشار عند درجات الحرارة العالية، والأكسدة، والنمو البلوري الطبقي.
· المختبرات وتطوير الأبحاث: لتركيب المواد، ونمو البلورات، والتفاعلات الكيميائية عند درجات الحرارة العالية.
· أبحاث الفوتوفولطية: لنمو السيليكون والمعالجة التجريبية.
· الإلكترونيات الضوئية: لتجليس الفوسفورات، والبلورات الليزرية، ومواد خاصة أخرى.

  
المعلمات الفنية