Herstellungsverfahren von Quarz-Flanschen:
- Rohstoffauswahl: Als Ausgangsmaterial werden hochreine natürliche Quarzkristalle oder synthetischer Siliziumdioxid-Sand verwendet. Der Siliziumdioxid-Gehalt liegt typischerweise über 99,9 %, um hervorragende Eigenschaften sicherzustellen.
- Schmelzen: Das Rohmaterial wird in einem Vakuum- oder Schutzgasofen (häufig ein elektrisches Widerstands- oder Induktionsofen) auf eine extrem hohe Temperatur (über 1700 °C) erhitzt, um es zu einer viskosen, blasenfreien geschmolzenen Quarzmasse zu verflüssigen.
- Formgebung: Die geschmolzene Quarzmasse wird anschließend mit einer der folgenden Methoden zu Flanschen geformt:
- Gießen: Einfüllen in präzise Graphit- oder Keramikformen.
- Zentrifugalgießen: Drehen der Form, um hohlzylindrische Formen zu erzeugen, die anschließend maschinell bearbeitet werden.
- Heißpressen/Veredelung: Das Erhitzen des Quarzrohlings unter Druck zur Verdichtung und nahezu endformnahen Gestaltung.
- Spannungsarmglühen: Die geformten Flansche durchlaufen einen kontrollierten, langsamen Abkühlprozess in einem Glühofen. Dadurch werden innere thermische Spannungen abgebaut, Rissbildung vermieden und strukturelle Stabilität sichergestellt.
- Präzisionsbearbeitung: Die geglühten Rohlinge werden sorgfältig mit diamantbeschichteten Werkzeugen bearbeitet. Dies umfasst Schleifen, Schneiden, Bohren und Polieren, um die endgültigen Maße, Oberflächenqualität (häufig optische Güte), Ebenheit und exakte Dichtflächen (z. B. Ra < 0,4 μ m) beschränkt.
- Reinigung und Qualitätsprüfung: Umfassende Reinigung (z. B. Ultraschall-, Säuberung) entfernt Verunreinigungen. Jeder Flansch wird auf Maße, optische Fehler (Blasen, Einschlüsse) und optische Eigenschaften geprüft. Fortschrittliche Methoden wie Laserinterferometrie überprüfen Ebenheit und Parallelität.
Vorteile von Quarz-Flanschen:
- Hervorragende thermische Stabilität: Sehr geringer Wärmeausdehnungskoeffizient (~5,5 × 10 ⁻⁷ /K) machen sie äußerst beständig gegen thermische Schocks. Sie können schnellen Temperaturwechseln von 1000 °C bis Raumtemperatur standhalten, ohne zu reißen.
- Hohe Temperaturbeständigkeit: Kann kontinuierlich bei Temperaturen bis zu 1100 °C betrieben werden und kurzfristig bis zu 1300 °C, wobei die strukturelle Integrität erhalten bleibt, wo Metalle weich werden oder wandern würden.
- Hervorragende chemische Reinheit und Inertheit: Hergestellt aus hochreinem SiO 2 - , sind sie nicht porös und äußerst resistent gegenüber Korrosion durch die meisten Säuren, Halogene und aggressive Chemikalien (mit Ausnahme von Flusssäure und heißer Phosphorsäure). Dies verhindert Kontaminationen in empfindlichen Prozessen.
- Ausgezeichnete optische Eigenschaften: Hohe Transparenz über ein breites Spektrum von UV bis nahem Infrarot. Dadurch ist die visuelle Prozessüberwachung, UV-Durchlässigkeit und der Einsatz in Laseranwendungen möglich.
- Hervorragende elektrische Isolierung: Hohe Dielektrizitätsfestigkeit und geringe elektrische Leitfähigkeit auch bei erhöhten Temperaturen, wodurch sie ideal für Halbleiter- und Vakuumanwendungen sind.
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Hohe mechanische Festigkeit und Steifigkeit: Obwohl spröde, weist geschmolzenes Quarzglas eine hohe Druckfestigkeit auf und behält seine Form unter Belastung bei hohen Temperaturen bei, im Gegensatz zu vielen Polymeren. quartz hat hohe Druckfestigkeit und behält seine Form unter Belastung bei hohen Temperaturen bei, im Gegensatz zu vielen Polymeren.
- Kompatibilität mit Ultrahochvakuum: Extrem geringe Gasdurchlässigkeit und Ausgasraten. Bei ordnungsgemäßer Temperbehandlung tragen sie zur Erreichung und Aufrechterhaltung von Ultrahochvakuum (UHV)-Umgebungen bei.
- Lange Nutzungsdauer und Dimensionsstabilität: Widerstandsfähig gegen Witterungseinflüsse, altert unter normalen Bedingungen nicht und behält aufgrund seiner Stabilität langfristig präzise Abmessungen bei.
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Primär Anwendungen: Halbleiterfertigung (Ätzen, Diffusion, CVD/LPCVD-Kammern), Glasfaseroptik, Präzisionsoptik, Lasersysteme, Labor- und Analysengeräte, Hochtemperatur-Sichtscheiben und Spezialbeleuchtung (Hochdruckentladungslampen).
Hauptanwendungsbereiche und Verwendungen von Quarz-Flanschen
Quarzflansche sind aufgrund ihrer einzigartigen Eigenschaftskombination kritische Komponenten in anspruchsvollen Industrien. Ihre Hauptanwendungen und spezifischen Verwendungen sind wie folgt:
- Halbleiter- und Mikroelektronikfertigung
- Verwendung: Als Sichtfenster, Kammerauskleidungen, Gaszuführungen und Diagnoseanschlüsse in Wafer-Bearbeitungsanlagen.
- Schlüsselanlagen: Plasmaätzgeräte, CVD- (Chemical Vapor Deposition) und LPCVD-Reaktoren (Low-Pressure CVD), Diffusionsöfen und Ionenimplantierer.
- Grund: Ihre Reinheit verhindert eine Kontamination der Siliziumwafer, und ihre Transparenz ermöglicht die in-situ Prozessüberwachung.
- Optik- und Photonikindustrie
- Verwendung: Als Endfenster, Laserrohrgehäuse und Haltekomponenten.
- Hauptanwendungen: Hochleistungslasersysteme, UV- und IR-Optiksysteme, Spektrophotometerküvetten und astronomische Teleskopspiegel (für Substrate mit geringer Wärmeausdehnung).
- Grund: Hervorragende Transmission von UV bis IR und minimale thermische Verzerrung unter intensivem Licht.
- Chemische Hochreinigungs-/Niederdruckprozesse
- Verwendung: Als Reaktorauskleidungen, Sichtscheiben für aggressive Flüssigkeiten und Verbindungskomponenten in Pilotanlagen.
- Wesentliche Prozesse: Handhabung von ultrareinen Säuren, Halogengasen und hochtemperaturbeständigen Spezialchemikalien.
- Grund: Hervorragende chemische Inertheit gewährleistet Produktreinheit und widersteht dem Angriff aller Säuren mit Ausnahme von Flusssäure und heißer Phosphorsäure.
- Verwendung: Als Kolben (äußere Birne) für Hochdruckentladungslampen.
- Schlüsselprodukte: Quecksilberdampflampen, Xenon-Hochdrucklampen und UV-Desinfektionslampen.
- Grund: Hält extrem hohen Betriebstemperaturen (>1000 °C) stand und überträgt UV-Licht effizient.
- Wissenschaftliche Forschung und Analytik
- Verwendung: Als Fenster für Vakuumkammern, Probenträger in Öfen und Komponenten in Massenspektrometern.
- Schlüsselanwendungen: Ultrahochvakuum-(UHV-)Systeme, Elektronenmikroskope und Weltraumsimulationskammern.
- Grund: Extrem geringe Ausgasung und hohe Dimensionsstabilität unter Vakuum und thermischem Wechsel.
- Spezialisierte industrielle Prozesse
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