أنبوب/قضيب الكوارتز

لوح زجاج الكوارتز هي مواد صناعية خاصة تُصنع من ثاني أكسيد السيليكون عالي النقاء (نقاء ≥99.99%) من خلال عمليات الصهر والقطع والطحن. يتميز لوح زجاج الكوارتز بصلابة مقدارها 7 على مقياس موس، ومقاومة للحرارة العالية (درجة حرارة الخدمة طويلة الأمد تصل إلى 1100 درجة مئوية)، وتمدّد حراري منخفض، واستقرار حراري عالٍ، وعزل كهربائي ممتاز. وفي الظروف العادية، يكون لوح زجاج الكوارتز شفافًا وعديم اللون، مع نفاذية للضوء المرئي تزيد عن 85%.

وبحسب الأداء الطيفي، تنقسم صفائح الزجاج الكوارتزي إلى ثلاثة أنواع: JGS1 (الأشعة فوق البنفسجية البعيدة)، وJGS2 (الأشعة فوق البنفسجية)، وJGS3 (الأشعة تحت الحمراء)، والتي تتوافق مع خصائص النفاذية الضوئية العالية في نطاقات الأشعة فوق البنفسجية من 185 إلى 250 نانومتر ومن 200 إلى 250 نانومتر ومنطقة الأشعة تحت الحمراء. ويتأثر الأداء البصري لهذا الزجاج بالانعكاس والتشتت ومحتوى الشوائب الهيدروكسيلية. وباستخدام عمليات تلميع أحادية أو مزدوجة، يمكن تحقيق خشونة سطحية أقل من 5A. وتُستخدم صفيحة الزجاج الكوارتزي على نطاق واسع في مجالات أشباه الموصلات وأنظمة الليزر والأدوات البصرية الدقيقة والمعدات الطبية، وهي مادة أساسية للمكونات الرئيسية في البيئات ذات درجات الحرارة المرتفعة والبيئات المسببة للتآكل.

تتميز خصائص الكوارتز الزجاجي البصرية بميزات فريدة. يمكن للكوارتز الزجاجي أن يُمرّر الأشعة فوق البنفسجية البعيدة، وهو الأفضل من بين جميع المواد التي تُمرّر الأشعة فوق البنفسجية، كما يمكنه أيضًا نقل الضوء المرئي والأشعة تحت الحمراء القريبة. نظرًا لمقاومته العالية للحرارة ومعامل التمدد الحراري الصغير للغاية والاستقرار الكيميائي الجيد، وبسبب كون فقاعاته وخطوطه والاتساق فيه ينافس تلك الموجودة في الزجاج البصري العادي، فإن الزجاج الكوارتزي يُعد مادة بصرية لا غنى عنها تمتلك معاملًا بصريًا مستقرًا عاليًا للاستخدام في مختلف الظروف القاسية.

يمكن تصنيفه إلى ثلاث فئات وفقًا لأدائه البصري:

1. زجاج الكوارتز البصري فوق البنفسجي البعيد JGS1

شفاف في الأطياف فوق البنفسجية والمرئية؛ لا يوجد حزام امتصاص في نطاق الطول الموجي 185-250 نانومتر. يوجد حزام امتصاص قوي ضمن نطاق الطول الموجي 2600-2800 نانومتر. غير منبعث للضوء، إشعاع مستقر.

2. لوحة زجاج كوارتز بصري فوق بنفسجيّ JGS2

شفّاف في نطاقات الأشعة فوق البنفسجية والضوء المرئي؛ لا يوجد حزام امتصاص في نطاق الطول الموجي 200-250 نانومتر. يوجد حزام امتصاص قوي ضمن نطاق الطول الموجي 2600-2800 نانومتر. غير منبعث للضوء، إشعاع ضوئي مستقر.

3. لوحة زجاج كوارتز بصري تحت حمراء JGS3

شفّاف في نطاقات الضوء المرئي والأشعة تحت الحمراء؛ لا يوجد حزام امتصاص واضح في نطاق 2600-2800 نانومتر.

بالمقارنة مع الزجاج السيليكاتي العادي، تمتلك لوحة الزجاج الكوارزي الشفافة أداءً ممتازًا في النفاذية عبر كامل نطاق الأطوال الموجية. نفاذية الطيف في المنطقة تحت الحمراء أعلى من الزجاج العادي. في المنطقة المرئية، تبقى نفاذية الزجاج الكوارزي مرتفعة نسبيًا. في المنطقة الطيفية فوق البنفسجية، وخصوصًا في المنطقة فوق البنفسجية ذات الموجة القصيرة، تكون النفاذية الطيفية أفضل بكثير من الزجاجات الأخرى.

يتأثر التصريح الطيفي بثلاثة عوامل: الانعكاس والتفرق والامتصاص. يبلغ انعكاس الزجاج الكوارتزي عمومًا 8%، مع انعكاس أكبر في المنطقة فوق البنفسجية وانعكاس أصغر في المنطقة تحت الحمراء. وبالتالي، لا يتجاوز التصريح للزجاج الكوارتزي عمومًا 92%. يكون تفرق الزجاج الكوارتزي صغيرًا نسبيًا ويمكن تجاهله عمومًا. يتعلق الامتصاص الطيفي ارتباطًا وثيقًا بمحتوى الشوائب وعملية إنتاج الزجاج الكوارتزي. يدل مستوى التصريح في الحزمة دون 200 نانومتر على كمية الشوائب المعدنية. يشير امتصاص 240 نانومتر إلى كمية الهياكل اللاهوائية. يسبب وجود أيونات المعادن الانتقالية الامتصاص في الحزمة المرئية. يمثل امتصاص 2730 نانومتر قمة امتصاص مجموعات الهيدروكسيل، ويمكن استخدامه لحساب محتوى مجموعات الهيدروكسيل.

لوحات الزجاج الكوارتزي هي زجاجات تقنية صناعية خاصة مصنوعة من ثاني أكسيد السيليكون وتُعتبر مادة خام أساسية ممتازة للغاية. تمتلك لوحات الزجاج الكوارتزي سلسلة من الخصائص الفيزيائية والكيميائية الممتازة، مثل:

1. مقاومة للحرارة العالية. درجة حرارة انصهار لوحات الزجاج الكوارتزي تبلغ حوالي 1730 درجة مئوية. يمكن استخدامها لفترة طويلة عند درجة حرارة 1100 درجة مئوية، ويمكن أن تصل درجة الحرارة القصوى قصيرة المدى إلى 1450 درجة مئوية.

2. مقاومة للتآكل. باستثناء حمض الهيدروفلوريك، فإن لوحات الزجاج الكوارتزي تكاد لا تتفاعل كيميائيًا مع مواد حمضية أخرى. مقاومتها للحمض تبلغ 30 مرة من السيراميك و150 مرة من الفولاذ المقاوم للصدأ. خاصة عند درجات الحرارة العالية، تتميز استقرارها الكيميائي بمستوى لا يضاهيه أي مادة هندسية أخرى.

3. استقرار حراري جيد. تمتلك لوحة الزجاج الكوارتزي معامل تمدد حراري ضئيل للغاية، ويمكنها تحمل التغيرات المفاجئة في درجة الحرارة. حتى عند تسخينها إلى حوالي 1100 درجة مئوية ثم وضعها فورًا في ماء بدرجة حرارة الغرفة، فإنها لن تتشقق.

4. أداء جيد في نقل الضوء. تمتلك لوحات الزجاج الكوارتزي أداءً ممتازًا في نقل الضوء عبر نطاق الطيف بالكامل من الأشعة فوق البنفسجية إلى الأشعة تحت الحمراء. بلغت نسبة نفاذية الضوء المرئي أكثر من 93٪، وخاصة في المنطقة الطيفية فوق البنفسجية، حيث يمكن أن تصل نسبة النفاذية القصوى إلى أكثر من 80٪.
 
المعالجة الإضافية للوحة الزجاج الكوارتزي:
تلميع الوجهين، تلميع أحد الوجهين وطحن الوجه الآخر، تلميع الستة أوجه، الحفر بالليزر، تفريز الحواف، تلميع الحافة بالنار، الرملي، التخديد، طلاء ذهبي، طلاء ألمنيوم إلخ.

في مجال أنظمة التصلب بالأشعة فوق البنفسجية، يُعد دمج ألواح الكوارتز خيارًا محوريًا. توفر هذه الألواح مجموعة متنوعة من الفوائد التي تُحسّن بشكل كبير من كفاءة ونوعية وطول عمر عملية التصلب. من تصفية الإشعاع تحت الأحمر الضار إلى ضمان نقل الأشعة فوق البنفسجية بشكل مثالي، تلعب ألواح الكوارتز دورًا حيويًا في مختلف الصناعات التي تكون الدقة والجودة فيها من الأولويات القصوى.

تتمثل إحدى الوظائف الأساسية لألواح الكوارتز في أنظمة التصلب بالأشعة فوق البنفسجية في قدرتها على تصفية الإشعاع تحت الأحمر (IR) والسماح بمرور الإشعاع فوق البنفسجي. تُعد هذه الخاصية ضرورية للحفاظ على تحكم فعّال بدرجة الحرارة داخل النظام. ومن خلال منع تراكم الحرارة الزائدة، تحمي ألواح الكوارتز من التلف المحتمل لكل من المادة المُعالَجة ومكونات النظام فوق البنفسجي نفسه. تُعد هذه الميزة مفيدة بشكل خاص في التطبيقات التي تكون فيها الحفاظ على درجة حرارة محددة أمرًا بالغ الأهمية، مثل في معالجة الأسطح منخفضة الكثافة أو الخفيفة الوزن.

تطبيق لوحة الزجاج الكوارتزي:
إن تشكيل لوحة الزجاج الكوارتزي هو نتيجة لامتلاك مادتها المنصهرة لزوجة عالية جداً عند درجات الحرارة المرتفعة. تُستخدم لوحة الزجاج الكوارتزي بشكل واسع في إنتاج أشباه الموصلات، ومصادر الإضاءة الكهربائية، وأجهزة الاتصالات شبه الموصلة، والليزر، والأجهزة البصرية، والأجهزة المختبرية، والمعدات الكهربائية، والمعدات الطبية، وأجهزة مقاومة للحرارة والتأكل الكيميائي، وكذلك في الصناعات الكيميائية والإلكترونية والметالurgية ومواد البناء والصناعات الدفاعية الوطنية.