Кръгъл прозрачен диск от фузирания кварц с висока UV пропускливост

Основният материал на фузирания кварцов диск е аморфна силика, която няма пиезолектричен ефект. Въпреки това, отличните му оптични свойства (висока светлинна прозрачност, широк диапазон на светлинна пропускливост), изключително нисък коефициент на топлинно разширение, висока химическа стабилност и устойчивост на топлина го правят широко използван в оптиката, полупроводниците, оптичните комуникации и други области.

 Същността на производствения процес на прозрачен фузиран кварцов диск е топенето на суровини от кварцен пясък при високи температури, за да се получи хомогенно стъклено тяло, последвано от горещо формоване и студена обработка.

Етап един: Подготовка и топене на суровините

Това е основата на целия процес, която определя чистотата и основните свойства на материала.

1. Кварцова стъклена плоча Избор и обработка на суровини

• Суровини: Използва се високочист естествен кварцов пясък или синтетичен прах от силиций. За приложения с оптичен клас се изисква изключително висока чистота, като общото съдържание на метални примеси обикновено трябва да бъде по-малко от няколко части на милион (ppm).
• Обработка: Суровините трябва да бъдат очистени чрез физически и химически методи, като флотация, магнитна сепарация и киселинно промиване, за да се премахнат примеси като метални йони и прах.

2. Топене

• Цел: Преобразуване на кристалния кварцов пясък (SiO ₂ ) в аморфно стопено кварцово стъкло.
• Методи: Основно има два вида
• Електрически топен метод :

В електрическа пещ, защитена с вакуум или инертен газ (като аргон), се осигурява температура над 2000 °°C, предоставена от дъга, генерирана от електроди или графитов нагревател.

Този метод може да произведе стопено кварцово стъкло с изключително ниско съдържание на хидроксилни (OH ⁻) съдържание, което е подходящо за приложения в ултравиолетовата област

• Метод чрез пламъчно стопяване:

Пясък от кварц се разпрашва към целта чрез водородно-кислороден пламък или кислородно-водороден пламък, след което се нанася слой по слой чрез обвиване.

Сплавеният кварц, произведен по този метод, обикновено съдържа сравнително високо съдържание на ОН, подходящ е за инфрачервената област и може да се използва за производство на заготовки с големи размери.

3. Формоване и отпускане

• Цел: Да се придаде на разтопения кварцови стъкло необходимата първоначална форма (например блок, прът, плоча) и да се отстрани вътрешното напрежение.
• Процес: Течното разтопено кварцево стъкло се излива във формата или се формира „заготовка“ с определена форма чрез контролиране на процеса на охлаждане. След това заготовката се поставя в пещ за отпускане и бавно преминава през точно регулиран температурен диапазон (например от над 1100 °°C до под 800 °C). Този процес може да минимизира и хомогенизира вътрешното топлинно напрежение до най-голяма степен, предотвратявайки пукнатини или деформации по време на последваща обработка или употреба.

Предимства на кварцовия диск:

• Изключителни оптични свойства:

• Висока прозрачност: Кварцовият диск осигурява много висока прозрачност в широк спектрален диапазон – от дълбок ултравиолет (UV) до близко инфрачервено (NIR).
• Ниска флуоресценция: Кварцовият диск има вродено ниско фоново флуоресциране, което е от съществено значение за чувствителни оптични измервания.

• Забележителна топлинна стабилност:

• Екстремно нисък коефициент на топлинно разширение: Висока устойчивост на топлинен удар и деформация при бързи промени на температурата.
• Висока точка на омекване: Кварцовият диск издържа на много високи работни температури. Кварцовата плоча може да издържи 1100 градуса за дълго време, а краткосрочната работна температура е 1200 градуса.

• Отлична химическа чистота и устойчивост:

• Инертност: Високо устойчив на корозия от повечето киселини, соли и метали. Освен спрямо флуороводородната киселина, кварцовото стъкло почти не реагира с други киселини при химическа обработка, а неговата киселинна устойчивост е 30 пъти по-голяма от тази на керамиката и 150 пъти по-голяма от тази на неръждаемата стомана.

• Отлична електрическа изолация :

Съпротивлението на кварцовия диск е еквивалентно на 10 000 пъти това на обикновеното стъкло. Това е отличен изолационен материал и запазва добри електрически свойства дори при високи температури. ‌

• Висока чистота: Кварцовите дискове могат да се произвеждат с изключително ниско съдържание на примеси, което предотвратява замърсяване при чувствителни процеси.
• Превъзходна електрическа изолация: Кварцовият диск притежава висока диелектрична якост и ниски диелектрични загуби.
• Висок праг за лазерно повредяване: Кварцовият диск може да издържа мощни лазерни лъчи без да бъде повреден, което го прави идеален за лазерни приложения.

Основни области на приложение:

• Оптика и фотоника:

• Лещи, прозорци и призми: Използват се в UV литографско оборудване, системи с високомощни лазери, телескопи и спектроскопски инструменти.
• Оптични влакна: Основен материал за оптични влакна с висока чистота, използвани в телекомуникациите и предаването на данни.

• Производство на полупроводници:

• Носители за пластинки и процесни тръби: Използват се като тигли, дифузионни тръби и носители за пластинки при високотемпературни процеси за отглеждане на силициеви кристали и производство на чипове поради високата си чистота и топлинна стабилност.

• Осветление:

• Лампи с високо налягане (HID): Използват се като материал за обвивки на ртутни, металохалидни и ксенонови дъгови лампи, тъй като издържат на високи температури и UV лъчение.

• Лабораторно оборудване:

• Кювети и лабораторни съдове: Използват се за UV-Vis спектроскопия и в приложения, изискващи химическа инертност и устойчивост на топлинен удар.

Технически данни за прозрачен кварцов диск