لوله کوارتز رنگی با خلوص بالا برای صنعت نیمه‌هادی

فرآیند تولید لوله‌های کوارتز رنگی

لوله‌های کوارتز رنگی عمدتاً از سیلیس ذوب شده با خلوص بالا (SiO ₂ ) ساخته می‌شوند و رنگ آن‌ها از طریق افزودن دوپان‌های خاص اکسید فلزی در حین فرآیند تولید به دست می‌آید. این رنگ یک پوشش سطحی نیست، بلکه در سراسر ماده نفوذ کرده است. مراحل اصلی این فرآیند عبارتند از:

• آماده‌سازی مواد اولیه

ماده اولیه، بلورهای کوارتز طبیعی با خلوص بالا یا تتراکلرید سیلیکون سنتزی (SiCl ₄ ) است. اکسیدهای فلزی مورد نظر به عنوان رنگ‌دهنده به صورت پودر دقیق آماده می‌شوند.

دوپان‌های متداول شامل:

• اکسید کبالت (Co ₃ O ₄ ): برای لوله‌های آبی.
• اکسید کروم (Cr ₂ O ₃ ): برای لوله‌های سبز.
• اکسید منگنز (Mn ₂ O ₃ ): برای لوله‌های بنفش/آمتیستی.
• اکسید تیتانیوم (TiO ₂ ) و اکسید آهن (Fe ₂ O ₃ ): اغلب به صورت ترکیبی برای لوله‌های برنزی/نرنجی استفاده می‌شوند (که همچنین دارای قابلیت مسدود کردن فرابنفش هستند).
• طلا (Au) یا سلنیوم (Se): برای درجه‌های قرمز/صورتی.

• دوپه‌کردن و یکنواخت‌سازی

مقدار دقیق پودر رنگ‌دهنده به‌طور یکنواخت با مواد اولیه کوارتز خرد شده مخلوط می‌شود. این مرحله برای تضمین توزیع یکنواخت رنگ بسیار حیاتی است. در برخی فرآیندها، به‌ویژه برای کوارتز سنتتیک، دوپان‌ها می‌توانند به صورت گازی در حین رسوب بخار شیمیایی وارد شوند.

• ذوب و قالب‌گیری

مخلوط کوارتز دوپه‌شده به داخل کوره‌ای با دمای بالا فید می‌شود. دو روش اصلی ذوب وجود دارد:

• ذوب قوس الکتریکی: برای کریستال‌های طبیعی کوارتز استفاده می‌شود. مخلوط در یک بوته کربنی و در دمایی بالاتر از 2000 ذوب می‌شود °ج.
• رسوب بخار شیمیایی (CVD): برای کوارتز سنتتیک استفاده می‌شود. ترکیبات گازی (مانند SiCl ₄ و O ₂ ) همراه با مواد رنگی بخار شده به یک راکتور دمای بالا تزریق می‌شوند، جایی که این مواد ذوب شده و لایه‌به‌لایه روی یک ماندل مرکزگرا رسوب می‌کنند تا لوله تشکیل شود.

در حین یا پس از ذوب، کوارتز ویسکوز با فرآیندهایی مانند ریخته‌گری گریز از مرکز (چرخاندن قالب برای ایجاد لوله توخالی) یا کشش (کشیدن کوارتز مذاب روی یک ماندل) به شکل لوله درمی‌آید.

• نمک‌زدگی

لوله‌های تشکیل‌شده به آرامی در یک کوره بازپخت کنترل‌شده خنک می‌شوند. این کار تنش‌های حرارتی داخلی را کاهش می‌دهد، از ترک خوردن جلوگیری می‌کند و مراکز رنگی ایجاد‌شده توسط ناخالصی‌ها (دواندها) را پایدار می‌سازد.

• تمام‌سازی

پس از بازپخت، لوله‌ها به طول مورد نیاز برش داده می‌شوند و سر و ته آن‌ها ممکن است با شعله صیقل داده شود یا سنگ زده شود تا دقت ابعادی و پرداخت سطحی مورد نیاز حاصل شود. سپس به‌طور کامل تمیز می‌شوند.

کلیدی  ویژگی‌ها  از  این  فرآیند:

• دائمی  رنگ:  این  رنگ  is ذاتی  و  خواهد  نه  تدریجی  زیر  بالا  دماها  یا  UV  قرار گرفتن در معرض.
• دمای بالا  ثبات:  رنگارنگ  کوارتز  لوله‌ها  احتفاظ  این  عالی  گرمایی  خواص  از  خالص  کوارتز.
• وابسته به ناخالصی  ویژگی‌ها:  برخی از آنها در واقع خیلی عالی هستند. آنها در انواع رنگ‌ها و الگوها موجود هستند، بنابراین می‌توانید مورد علاقه خود را انتخاب کنید. یا شاید شانس بیافتد تا یکی با تصویر حیوان لطیف یا حتی شبیه کیفچه‌های کوچک پیدا کنید. دومین نکته این است که انتخاب یک  رنگ‌دهی  (مثلاً،  تیتانیوم/آهن  برای  کهربایی)  عمداً  افزودن  عملکرد  مثل  UV  جذب.

این  فرآیند  نتایج  در  مقاوم،  عملکرد بالا  رنگارنگ  کوارتز  لوله‌ها  استفاده شده  روشنایی  (مثلاً،  هالوژن  لامپ‌ها،  UV  لامپ‌ها)،  آزمایشگاه  تجهیزات،  نیمه هادی  ابزارها،  و  تزئینی  کاربردها.

برتری

لوله‌های کوارتز رنگی مزایای اساسی سیلیس خالص ذوب شده را حفظ می‌کنند و با افزودن عملکردهای تخصصی از طریق عوامل رنگی یکپارچه‌شده، قابلیت‌های بیشتری ارائه می‌دهند. مزایای اصلی آن‌ها شامل موارد زیر است:

• انتقال/فیلتراسیون انتخابی نور: این هسته اصلی مزیت است. رنگ‌های مختلف نور را در طول موج‌های خاصی جذب یا انتقال می‌دهند.

• مثال: لوله‌های کاهی/قهوه‌ای، نور فرابنفش (UV) و نور آبی با طول موج کوتاه را مسدود می‌کنند، در حالی که نور مرئی را عبور می‌دهند. لوله‌های بنفش تیره «شیشه وود» نور فرابنفش با طول موج بلند UV-A را عبور می‌دهند اما نور مرئی را مسدود می‌کنند.

• دوام و پایداری بهبودیافته: رنگ به صورت پوشش سطحی نیست، بلکه در ماتریس کوارتز ذوب شده است. این ویژگی باعث می‌شود:

• غیر قابل‌روزنه: مقاوم در برابر رنگ‌پریدگی ناشی از تابش شدید UV، نور مرئی یا حرارت.
• ضدلغزش: رنگ نمی‌تواند با خراشیدن از بین برود.
• بی‌اثر از نظر شیمیایی: دارای مقاومت شیمیایی عالی در برابر اکثر اسیدها و حلال‌ها.

• عملکرد حرارتی بالا: همان‌طور که در کوارتز شفاف دیده می‌شود، لوله‌های رنگی نیز این ویژگی را دارند:

• مقاومت بسیار بالا در برابر حرارت: تحمل دمای تا 1000-1100 °ج.
• انبساط حرارتی کم: مقاومت عالی در برابر ضربه حرارتی.
• خلوص بالا: از آلوده شدن در فرآیندهای حساس جلوگیری می‌کند.

• نشانه‌گذاری بصری و ایمنی: رنگ شناسایی بصری فوری از نوع منبع نور، طول موج یا فرآیند را فراهم می‌کند و ایمنی و وضوح عملیاتی را افزایش می‌دهد.

کاربردهای اصلی

بر اساس مزایای عملکردی خود، لوله‌های کوارتز رنگی در صنایع متعددی حیاتی هستند:

• نورپردازی

• لامپ‌های هالوژن و رشته‌ای: لوله‌های قهوه‌ای یا قرمز برای استفاده در لامپ‌های گرمایشی، دام‌های جلب حشرات و چراغ‌های ایمن تاریکخانه به کار می‌روند.
• لامپ‌های فرابنفش (UV):

• نور آبی مادون بنفش (BLB): لوله‌های بنفش تیره که در سرگرمی، بازرسی فلورسانس و تشخیص جعل استفاده می‌شوند.
• ضدمیکروبی: فرمولاسیون‌های خاصی که انتقال بهینه UV-C (254 نانومتر) را برای ضدعفونی فراهم می‌کنند.

• نمایشگرهای تخصصی و روشنایی تزئینی: برای فیلترهای رنگی در پایه‌های نوری با دمای بالا.

• تولید نیمه‌هادی‌ها و فتوولتائیک

• کوره‌های انتشار و اکسیداسیون: به عنوان لوله‌های فرآیند استفاده می‌شوند. رنگ گاهی اوقات نوع لوله یا دوپینگ را نشان می‌دهد.
• خراب کردن با نور فرابنفش و فوتولیتوگرافی: لوله‌هایی که طول موج‌های خاص فرابنفش را برای خراب کردن پلیمرها یا بیرون کشیدن فتو رزیست منتقل می‌کنند.

• تجهیزات آزمایشگاهی و علمی

• طیف‌سنجی ماوراء بنفش-مرئی: به عنوان سلول‌های نمونه یا فیلترها.
• واکنش‌دهنده‌های فوتوشیمیایی: لوله‌هایی که طول موج‌های مشخص اکتینیک را برای ایجاد واکنش‌های شیمیایی عبور می‌دهند.
• بسترهای محیطی: به عنوان پنجره‌های دید با فیلتراسیون طیفی خاص.

• فرآیندهای صنعتی و پزشکی

• تصفیه آب و هوا: لوله‌های عبوردهنده ماوراء بنفش در سیستم‌های ضدعفونی.
• دستگاه‌های پزشکی: در لامپ‌های فوتوتراپی برای درمان زردی (نور آبی) یا بیماری‌های پوستی (نور ماوراء بنفش) استفاده می‌شوند.
• فرآوری مواد غذایی و نوشیدنی: برای سیستم‌های تیمار یا بازرسی با اشعه ماوراء بنفش.

• تزئینی و معماری

• تجهیزات روشنایی باکیفیت: برای عناصر رنگی دائمی و مقاوم در برابر حرارت.
• نصب‌های هنری: با بهره‌گیری از دوام و خواص نوری ماده.

مشخصات فنی