Kulatá průhledná destička z fúzovaného křemene s vysokou propustností UV záření

Základní materiál fúzované křemenné destičky je amorfní křemičitan, který nemá piezoelektrický efekt. Jeho vynikající optické vlastnosti (vysoká prostupnost světla, široké spektrum propustnosti), extrémně nízký koeficient tepelné roztažnosti, vysoká chemická stabilita a odolnost vůči teplu však zajišťují široké uplatnění v oblastech optiky, polovodičů, optických komunikací a dalších oborech.

 Základem výrobního procesu průhledné fúzované křemenné destičky je roztavení surovin z křemenného písku za vysokých teplot za vzniku homogenního sklovitého tělesa, následovaného horkým tvářením a studeným zpracováním.

Fáze jedna: Příprava surovin a tavení

Toto je základ celého procesu, který určuje čistotu a základní vlastnosti materiálu.

1. Výběr a zpracování surovin pro destičku z křemenného skla

• Suroviny: Používá se vysokě čistý přírodní křemenný písek nebo syntetický prášek křemíku. Pro optické aplikace je vyžadována extrémně vysoká čistota, celkový obsah kovových nečistot obvykle musí být nižší než několik miliontin (ppm).
• Zpracování: Suroviny je třeba upravit pomocí fyzikálních a chemických metod, jako je flotace, magnetická separace a kyselinové mytí, aby se odstranily nečistoty, například kovové ionty a prach.

2. Tavení

• Cíl: Převést krystalický křemenný písek (SiO ₂ ) na amorfní tavené křemenné sklo.
• Metody: Existují hlavně dva typy
• Elektrické tavění :

Ve vakuem nebo ve vlastním plynu (např. argon) chráněné elektrické peci je teplota přes 2000 °°C dosažena obloukem mezi elektrodami nebo grafity.

Tato metoda může vyrobit tavené křemenné sklo s extrémně nízkým obsahem hydroxylových skupin (OH ⁻) obsah, který je vhodný pro aplikace v ultrafialovém pásmu

• Způsob plamenové fúze:

Prášek křemenného písku je pomocí vodíko-kyslíkového plamene nebo kyselíko-vodíkového plamene nanášen na cíl a následně se vrstva po vrstvě ukládá metodou obalování.

Tímto způsobem vyrobené tavené křemeno obvykle obsahuje relativně vysoký obsah OH, je vhodné pro infračervené pásmo a může být použito při výrobě velkých polotovarů.

3. Tváření a žíhání

• Cíl: Tvarování taveného křemičitého skla do požadované počáteční formy (např. blok, tyč, deska) a odstranění vnitřního pnutí.
• Postup: Tavenina křemičitého skla je vstřikována do formy, nebo je tvarován „polotovar“ o určitém tvaru řízeným ochlazovacím procesem. Následně je polotovar vložen do žíhací pece a pomalu prochází přes přesně regulovaný teplotní rozsah (např. od nad 1100 °C na pod 800 °C). Tento proces může minimalizovat a co nejvíce homogenizovat vnitřní tepelné napětí, čímž se zabrání praskání nebo deformaci během následného zpracování nebo použití.

Výhody křemenné destičky:

• Vynikající optické vlastnosti:

• Vysoká propustnost: Křemenná destička nabízí velmi vysokou propustnost v širokém spektrálním rozsahu, od hlubokého ultrafialového (UV) až po blízké infračervené (NIR) záření.
• Nízká fluorescence: Křemenná destička má přirozeně nízkou pozadí fluorescence, což je rozhodující pro citlivá optická měření.

• Vynikající tepelná stabilita:

• Velmi nízký koeficient tepelné roztažnosti: Vysoce odolná proti tepelnému šoku a deformaci při rychlých změnách teploty.
• Vysoký bod měknutí: Křemenná destička snese velmi vysoké provozní teploty. Křemenná deska odolá dlouhodobě teplotě 1100 °C a krátkodobě až 1200 °C.

• Vynikající chemická čistota a odolnost:

• Inertnost: Vysoce odolný vůči korozi většinou kyselin, solí a kovů. Kromě kyseliny fluorovodíkové téměř nereaguje křemenné sklo s jinými kyselinami při chemickém zpracování, jeho odolnost vůči kyselinám je 30krát vyšší než u keramiky a 150krát vyšší než u nerezové oceli.

• Vynikající elektrická izolační vlastnost :

Odpor křemenné destičky je ekvivalentní 10 000násobku běžného skla. Je to vynikající elektrický izolační materiál, který si zachovává dobré elektrické vlastnosti i za vysokých teplot. ‌

• Vysoká čistota: Křemenné destičky lze vyrábět s extrémně nízkou úrovní nečistot, čímž se zabrání kontaminaci citlivých procesů.
• Vynikající elektrická izolace: Křemenné destičky mají vysokou dielektrickou pevnost a nízké dielektrické ztráty.
• Vysoký práh poškození laserem: Křemenné destičky vydrží silné laserové paprsky bez poškození, což je činí ideálními pro laserové aplikace.

Hlavní obory použití:

• Optika a fotonika:

• Čočky, okénka a hranoly: Používají se v zařízeních pro UV litografii, systémech vysokovýkonných laserů, dalekohledech a spektroskopických přístrojích.
• Optická vlákna: Základní materiál pro optická vlákna vysoké čistoty používaná v telekomunikacích a přenosu dat.

• Výroba polovodičů:

• Nosiče waferů a procesní trubice: Používají se jako tigly, difuzní trubice a nosiče waferů při vysokoteplotních procesech pro pěstování křemíkových krystalů a výrobu čipů díky své čistotě a tepelné stabilitě.

• Osvětlení:

• Výbojky s vysokým světelným tokem (HID): Používají se jako materiál pro nádoby rtuťových, halogenidových a xenonových obloukových lamp, protože odolává vysokým teplotám a UV záření.

• Laboratorní vybavení:

• Kvety a laboratorní sklo: Používají se pro UV-Vis spektroskopii a v aplikacích vyžadujících chemickou inertnost a odolnost proti tepelnému šoku.

Technická data průhledného křemenného kotouče