1. Přehled křemičitého skla
1.1 Definice a vznik
Křemičité sklo, také známé jako fúzní křemenné sklo, je speciální anorganický skleněný materiál vysoké čistoty s vynikajícími komplexními fyzikálními a chemickými vlastnostmi. Vyrábí se z vysoce čistého křemenného krystalu nebo syntetických křemenných surovin jako základní suroviny prostřednictvím tavení za ultra-vysokých teplot, odplynění, tváření a přesného žíhání.
Na rozdíl od běžného skla používá křemičité sklo technologii tavení za ultra-vysokých teplot 2000–2300 °C k úplnému roztavení křemenných surovin a odstranění vnitřních krystalických struktur, čímž vznikne homogenní amorfní skleněný stav. Po přísném ochlazení a odstraňování napětí získá materiál stabilní strukturální vlastnosti. Vysoce kvalitní suroviny a hotové výrobky z křemičitého skla se vyrábějí a zpracovávají hlavně v průmyslových oblastech Číny, Spojených států, Německa a Japonska a slouží vysokoúrovňovým průmyslovým a precizním výrobním odvětvím po celém světě.
1.2 Klasifikace a třídy kvality
Na základě výrobních procesů a typů surovin je křemenné sklo hlavně rozděleno do dvou kategorií: přirozené slinuté křemenné sklo a syntetické slinuté křemenné sklo .
Přirozené slinuté křemenné sklo se vyrábí přímým tavením vysoce čistého přirozeného křemičitého písku a vyznačuje se stabilním výkonem a cenovými výhodami pro běžné průmyslové aplikace. Syntetické slinuté křemenné sklo se vyrábí plynnou fází hydrolyzou vysoce čistých křemíkových sloučenin, má extrémně nízký obsah nečistot a vynikající optické vlastnosti.
Vysoko kvalitní optická třída, polovodičová třída a lékařská třída křemenné sklo prochází vícestupňovou čistící úpravou a vysokopřesným žíháním, čímž splňuje požadavky Polovodičových standardů SEMI, FDA a evropských průmyslových bezpečnostních specifikací díky extrémně vysoké čistotě, výjimečné odolnosti vůči teplotám a vynikající optické stabilitě je křemenné sklo nezbytným pokročilým novým materiálem s rychle se rozšiřujícími aplikacemi na vysoké úrovni.
2. Klíčové vlastnosti křemenného skla
2.1 Fyzikální strukturální vlastnosti
Fyzická převaha křemenného skla vyplývá z jeho stejnorodé amorfní sítě křemenného oxidu , s ultra-nízký koeficient teplotní roztažnosti jako z jeho základní fyzikální vlastnosti.
Mají vynikající strukturální kompaktnosti a rozměrové stability , přičemž koeficient teplotní roztažnosti je tak nízký jako 5,0×10⁻⁷/℃, což je pouze 1/20 koeficientu běžného borosilikátového skla. Sklo odolává prudkým střídáním teploty bez praskání nebo deformace. Materiál se vyznačuje vysokou tvrdostí, vysokou plošností a vynikající průsvitností pro světlo , což umožňuje ultra-precizní opracování za účelem splnění požadavků na součásti s přesností v mikrometrové a dokonce i nanometrové třídě.
Jedinými fyzikálními omezeními jsou vysoká tvrdost, která ztěžuje řezání a opracování, a nízká houževnatost, kterou lze efektivně optimalizovat pomocí přesného broušení a speciálního tepelného zpracování.
2.2 Chemické vlastnosti
Hlavní chemickou složkou kvalitního křemenného skla je amorfní SiO₂ (99,95 % – 99,9999 %) , s stopovými nečistotami, jako je Al₂O₃, Fe₂O₃ a kovové ionty, které jsou přísně kontrolovány na úrovni ppb pro vysoce kvalitní třídy.
Je vybaven mimořádně silnou chemickou neaktivitu , odolné vůči korozi z téměř všech kyselin, zásad a organických rozpouštědel za normálních i vysokoteplotních podmínek, přičemž jedině kyselina fluorovodíková a horká koncentrovaná kyselina fosforečná jsou schopny způsobit korozi. Mezitím je křemičitanové sklo ne toxické, neškodné a nevytvářející usazeniny , což zajišťuje bezpečné a ekologicky čisté použití v polovodičovém, lékařském, chemickém a potravinářském průmyslu.
2.3 Tepelní vlastnosti
Křemičitanové sklo má vynikající odolnost vůči extrémním teplotám s teplotou měknutí 1730 ℃ a dlouhodobou nepřetržitou provozní teplotou 1200 ℃ . Vyniká vynikající tepelnou stabilitou při vysokých teplotách a ultra-nízkou tepelnou vodivostí a udržuje stabilní fyzikální a optické vlastnosti bez deformace, pěnění nebo krystalizace za dlouhodobých vysokoteplotních provozních podmínek.
Jeho vynikající odolnost vůči tepelným šokům jej činí spolehlivým tepelně izolační materiál pro vysoké teploty, tepelná stabilizace a ochrana před popáleninami široce používaný v extrémních průmyslových aplikacích za vysokých teplot.
3. Výhody křemenného skla
3.1 Výkonnost přenosu světla v ultraširokém spektru
Vysoká průsvitnost ve full-spektru je klíčovou konkurenční výhodou křemenného skla. Na rozdíl od běžného optického skla dosahuje stabilní vysoké průsvitnosti v celém spektru dálného ultrafialového záření, viditelného světla a středního infračerveného záření .
Efektivně přenáší speciální ultrafialové a infračervené zdroje světla bez spektrálního zkreslení, čímž zajišťuje vysokou přesnost a stabilitu optických systémů. Jeho komplexní optické vlastnosti jsou výrazně lepší než u běžného skla a polymerních optických materiálů a splňují náročné požadavky precizní optiky a fotoelektrického průmyslu.
3.2 Ultra-stabilní chemické a vysoce čisté vlastnosti
Díky ultra-vysoká chemická neaktivita a ultra-nízký obsah nečistot křemičitý křišťál nevyvolává chemické reakce ani neuvolňuje ionty kovů v prostředích s vysokou teplotou a korozí. Nepotřebuje ochranný protikorozní nátěr ani doplňková ochranná opatření a nezpůsobuje sekundární znečištění přesných přístrojů, chemických roztoků a polovodičových destiček, což odpovídá průmyslovým normám ultra-vysoké čistoty.
3.3 Odolnost vůči vysokým teplotám a tepelným šokům
Vlastnosti křemičitého křišťálu mimořádnou odolnost vůči vysokým teplotám a odolnost vůči rychlým změnám teploty nedeformuje se ani nepoškodí při dlouhodobém provozu za vysokých teplot ani při okamžitých střídavých změnách chladu a tepla. Efektivně zvyšuje tepelnou stabilitu a životnost průmyslového zařízení i optických zařízení a umožňuje dosažení vysoce spolehlivých materiálových vlastností v extrémních provozních podmínkách.
3.4 Trvanlivost a vysoký poměr výkonu k ceně
Jako vysoce výkonný anorganický funkční materiál má křemičitý křišťál mimořádně dlouhou životnost, nulové stárnutí a nulové zhoršování vlastností , přičemž není nutná častá výměna ani údržba. Ačkoli je technologie zpracování složitá, celkové dlouhodobé náklady na jeho používání jsou výrazně nižší než u speciálních slitin a vysoce kvalitních polymerů.
Vyznačuje se ekologickou bezpečností, nevyzařuje žádné záření a je recyklovatelný, což dokonale vyhovuje požadavkům průmyslového vysokopřesného výrobního procesu i udržitelného zeleného rozvoje.
4. Odvětvové aplikace křemičitanového skla
4.1 Polovodičový a optoelektronický průmysl
Jako klíčový vysoce čistý pomocný materiál pro polovodiče se křemičitanové sklo široce používá v pecích pro difúzi waferů, leptacích komorách a optických součástkách pro litografii . Jeho extrémně vysoká čistota a stabilní optické vlastnosti efektivně zabrání kontaminaci waferů a optickému zkreslení, čímž podporuje výrobu vysokopřesných čipů.
4.2 Chemický a laboratorní průmysl
Díky vynikající odolnosti vůči korozi a vysokým teplotám se z něj vyrábí křemenné tavicí kelímky, reakční nádoby, kondenzační trubice a experimentální přístroje vhodné pro chemické reakce za vysokých teplot, čištění roztoků a přesné laboratorní testování.
4.3 Optický a osvětlovací průmysl
Díky vynikající propustnosti pro ultrafialové a infračervené záření se křemenné sklo používá pro Trubice UV lamp, infračervené ohřívací čočky, přesné optické čočky a okna laserových zařízení je to nezbytní základní materiál pro lékařské dezinfekční lampy, průmyslová ohřívací zařízení a optická komunikační zařízení.
4.4 Vysokoteplotní průmyslová výroba
Po zpracování na křemenné trubky, křemenné desky a tvarově speciální konstrukční díly se používá pro tepelnou izolaci průmyslových pecí, pozorovací okna pro vysoké teploty a tepelně odolné konstrukční příslušenství. Účinně zvyšuje bezpečnost a provozní stabilitu průmyslových výrobních linek za vysokých teplot.
4.5 Lékařský a environmentální průmysl
Vysoce čisté kvartové sklo pro lékařské účely je netoxické a sterilní a široce se používá v lékařských zařízeních pro UV dezinfekci, nádobách pro biologické reakce a zařízeních pro sterilizaci vody . Jeho stabilní a bezpečný provoz splňuje přísné lékařské a environmentální hygienické normy.
Technická data průhledné křemenné skleněné trubky
| Vlastnosti |
Jednotka |
Index vlastností |
| SIO2 čistota |
% |
99.95 |
| Hustota |
k g/cm³ |
2.2×103 |
| Pevnost |
KHN 100 |
570 |
| Pevnost v tahu |
Pa(N/ ㎡) |
4.8×107 |
| Síla stlačení |
Pa |
>1.1×109 |
| Koeficient tepelné roztažnosti |
cm/cm℃ |
5.5×10-7 |
| Tepelná vodivost |
W/m℃ |
1.4 |
| Specifické teplo |
J/kg℃ |
660 |
| Teplota měknutí |
℃ |
1630 |
| Nejvyšší dovolená provozní teplota v provozu |
℃ |
1100 |
EN
