1. Oversigt over kvartsglas
1.1 Definition og dannelse
Kvartsglas, også kendt som smeltet kvartsglas, er et specielt højrenhedsglas af uorganisk materiale med fremragende fysiske og kemiske egenskaber. Det fremstilles ved hjælp af højrenset kvartskrystal eller syntetisk kiselsand som råmateriale som basis og bearbejdes gennem ultra-højtemperatur-smeltning, rensning, formning og præcisionsglødgning.
I modsætning til almindeligt glas anvender kvartsglas smelteteknologi ved ultra-høj temperatur på 2000–2300 °C til at smelte kiselsand-råmaterialer fuldstændigt og eliminere interne krystallinske strukturer, hvilket danner en homogen amorfe glastilstand. Efter streng afkøling og spændingsløsning opnår materialet stabile strukturelle egenskaber. Højtkvalitets kvartsglas-råmaterialer og færdigprodukter fremstilles og bearbejdes primært i industrielle regioner som Kina, USA, Tyskland og Japan og anvendes inden for verdens førende industri- og præcisionsfremstilling.
1.2 Klassificering og kvalitetsstandarder
Ud fra produktionsprocesser og råmaterialetyper opdeles kvartsglas primært i to kategorier: naturligt smeltet kvartsglas og syntetisk smeltet kvartsglas .
Naturligt smeltet kvartsglas fremstilles direkte ved smeltning af højren kvartssand og har stabil ydeevne samt omkostningsfordele for almindelige industrielle anvendelser. Syntetisk smeltet kvartsglas fremstilles via gasfasehydrolyse af højrene siliciumforbindelser og har ekstremt lav forurening samt fremragende optisk ydeevne.
High-end optisk kvalitet, halvlederkvalitet og medicinsk kvalitet kvartsglas gennemgår flertrinsrensning og højpræcisionsglødningsbehandling og overholder SEMI-halvlederstandarder, FDA- og EU-industrielle sikkerhedsspecifikationer med ekstrem renhed, ekstrem temperaturbestandighed og fremragende optisk stabilitet er kvartsglas et uerstatteligt avanceret nyt materiale med hurtigt udvidende high-end-anvendelsesscenarier.
2. Kerneegenskaber for kvartsglas
2.1 Fysiske strukturegenskaber
Den fysiske overlegenhed af kvartsglas stammer fra dets ensartede amorfe kiseldioxidnetværksstruktur , med ekstremt lav koefficient for termisk udvidelse som dens kernefysiske egenskab.
Det har udmærket strukturel kompakthed og dimensionsstabilitet , med en termisk udligningskoefficient så lav som 5,0×10⁻⁷/°C, hvilket kun udgør 1/20 af almindeligt borosilikatglas. Det kan tåle drastiske skift mellem kold og varm temperatur uden at revne eller deformere sig. Materialet har høj hårdhed, høj planhed og fremragende lysgennemladning , hvilket understøtter ultra-præcist bearbejdning for at opfylde kravene til komponenter med mikronpræcision og endda nanopræcision.
De eneste fysiske begrænsninger er den høje hårdhed, der gør skæring og bearbejdning besværlig, samt den lave sprødhed, som dog effektivt kan optimeres ved præcisions-slibning og speciel temperering.
2.2 Kemiske egenskaber
Den primære kemiske bestanddel af højtkvalitets kvartsglas er amorf SiO₂ (99,95 %–99,9999 %) , med spormængder af urenheder såsom Al₂O₃, Fe₂O₃ og metalioner strengt kontrolleret på ppb-niveau for højkvalitetsgrader.
Den indeholder ekstremt stærk kemisk inaktivitet , der modstår korrosion fra næsten alle syrer, baser og organiske opløsningsmidler under normale og højtemperaturforhold, hvor kun fluorhydridsyre og varm, koncentreret fosforsyre kan forårsage korrosion. Samtidig er kvartsglas ikke-toksisk, uskadeligt og ikke-udfældende , hvilket sikrer en sikker og forureningfri anvendelse inden for halvleder-, medicinsk-, kemisk- og fødevareindustrien.
2.3 Termisk ydeevne
Kvartsglas har fremragende ekstrem temperaturbestandighed med en sømpepunkt på 1730 ℃ og en langvarig kontinuerlig brugstemperatur på 1200 ℃ . Det besidder fremragende højtemperatur-termisk stabilitet og ekstremt lav termisk ledningsevne og opretholder stabile fysiske og optiske egenskaber uden deformation, bobler eller krystallisation under langvarige højtemperaturdriftsforhold.
Dens overlegne modstandsdygtighed over for termiske chok gør den til en pålidelig isolationsmateriale til højtemperaturvarme, termisk stabilisering og beskyttelse mod forbrændinger anvendes bredt i ekstreme industrielle højtemperaturscenarier.
3. Fordele ved kvartsglas
3.1 Yderst bred spektral lystransmissionspræstation
Høj lystransmission over hele spektret er den kernekompetitive fordel ved kvartsglas. I modsætning til almindeligt optisk glas opnår det en stabil høj transmission, der dækker dybt ultraviolet, synligt lys og midt-infrarøde bånd .
Det kan effektivt transmittere specielle ultraviolette og infrarøde lyskilder uden spektral forvrængning og sikrer dermed høj præcision og høj stabilitet i optiske systemer. Dets omfattende optiske præstation er langt bedre end almindeligt glas og polymeroptiske materialer og opfylder de strenge krav fra præcisionsoptik- og fotoelektronikindustrien.
3.2 Yderst stabil kemisk og højrenhedspræstation
Takket være yderst høj kemisk inaktivitet og yderst lav forurening kvartsglas vil ikke udvise kemiske reaktioner eller udfælde metalioner i højtemperatur- og korrosive miljøer. Det kræver ingen anticorrosionsbelægning eller supplerende beskyttelsesforanstaltninger og forårsager ikke sekundær forurening af præcisionsinstrumenter, kemiske opløsninger og halvlederwafer, hvilket opfylder standarderne for ultra-høj renhedsindustriel produktion.
3.3 Høj temperaturbestandighed og termisk stødbestandighed
Kvartsglas har følgende egenskaber ekstrem høj temperaturbestandighed og modstandsdygtighed over for hurtige temperaturændringer det deformeres eller beskadiges ikke under langvarig drift ved høj temperatur eller ved øjeblikkelig skift mellem kold og varm temperatur. Det forbedrer effektivt den højtemperaturmæssige stabilitet og levetiden for industrielle udstyr og optiske enheder og sikrer pålidelig materialepræstation i ekstreme arbejdsmiljøer.
3.4 Holdbart og med høj pris-ydelsesforhold
Som et højkvalitet uorganisk funktionsmateriale har kvartsglas en ekstremt lang levetid, ingen aldring og ingen forringelse , uden behov for hyppig udskiftning og vedligeholdelse. Selvom fremstillingsprocessen er sofistikeret, er de samlede langtidsløsningsomkostninger langt lavere end for speciallegeringer og high-end polymermaterialer.
Det er miljøvenligt, ikke-radioaktivt og genbrugeligt, hvilket perfekt opfylder kravene til præcisionsfremstilling inden for højteknologisk industri samt bæredygtig grøn udvikling.
4. Brugsområder for kvartsglas inden for specifikke industrier
4.1 Halvleder- og optoelektronikindustrien
Som et kerne-højrenheds hjælpeematerialer til halvledere anvendes kvartsglas bredt i diffusionsovne til wafer, ætsningskamre og optiske komponenter til lithografi . Dets ekstremt høje renhedsniveau og stabile optiske egenskaber undgår effektivt forurening af wafer og optisk afvigelse og understøtter fremstilling af mikrochips med høj præcision.
4.2 Kemisk og laboratorieindustrien
Takket være sin fremragende korrosionsbestandighed og temperaturbestandighed fremstilles det til kvartskrukker, reaktionskar, kondenserrør og eksperimentelle instrumenter , velegnet til kemiske reaktioner ved høj temperatur, rensning af opløsninger og præcise laboratorietests.
4.3 Optisk og belysningsindustri
Med fremragende transmittans i ultraviolet og infrarød stråling anvendes kvartsglas til UV-lamperør, infrarøde opvarmningslinser, præcisionsoptiske linser og vinduer til laserudstyr . Det er det væsentlige kerneudstyr for medicinske desinfektionslamper, industrielle opvarmningsanlæg og optiske kommunikationsudstyr.
4.4 Højtemperatur-industriel fremstilling
Bearbejdet til kvartsrør, kvartsplader og specialformede konstruktionsdele anvendes det i isolering af industriovne, observationsvinduer til høj temperatur samt varmebestandige konstruktionsdele. Det forbedrer effektivt sikkerheden ved høj temperatur og den operative stabilitet af industrielle produktionslinjer.
4.5 Medicinsk og miljøbeskyttelsesindustri
Højrent kvartsglas af medicinsk kvalitet er ikke-toksisk og steril og bruges bredt i medicinsk UV-desinfektionsudstyr, biologiske reaktionskar og vandrensningssystemer til sterilisering . Dets stabile og sikre ydeevne opfylder strenge medicinske og miljøbeskyttelsesmæssige hygiejnestandarder.
Tekniske data for klar kvartsglaskapillær
| Egenskabsindhold |
Enhed |
Egenskabsindeks |
| SIO2 renhed |
% |
99.95 |
| Tæthed |
k g/cm3 |
2.2×103 |
| Styrke |
KHN 100 |
570 |
| Trækfasthed |
Pa(N/ ㎡) |
4.8×107 |
| Kompressionsstyrke |
Pa |
>1.1×109 |
| Koefficient for termisk udvidelse |
cm/cm℃ |
5.5×10-7 |
| Termisk ledningsevne |
W/m℃ |
1.4 |
| Specifik varme |
J/kg℃ |
660 |
| Møjsomningspunkt |
℃ |
1630 |
| Kontinuerlig maksimal driftstemperatur |
℃ |
1100 |
EN
