دیسک گرد شفاف کوارتز ذوب شده با انتقال بالای UV

ماده اصلی تشکیل‌دهنده دیسک کوارتز فیوز شده، سیلیس بی‌شکل است که دارای اثر پیزوالکتریک نیست. با این حال، خواص نوری عالی آن (ضریب عبور نور بالا، محدوده وسیع عبور نور)، ضریب انبساط حرارتی بسیار پایین، پایداری شیمیایی بالا و مقاومت در برابر حرارت، استفاده گسترده‌ای از آن را در زمینه‌های نوری، نیمهرساناها، ارتباطات نوری و سایر حوزه‌ها فراهم کرده است.

 هسته فرآیند تولید دیسک شفاف کوارتز فیوز شده، ذوب مواد اولیه شن کوارتز در دمای بالا جهت ایجاد بدنه شیشه‌ای همگن و پس از آن انجام فرآیندهای شکل‌دهی گرم و سرد است.

مرحله اول: آماده‌سازی مواد اولیه و ذوب

این مرحله پایه و اساس کل فرآیند است و خلوص و خواص اولیه ماده را تعیین می‌کند.

1. انتخاب و پردازش مواد اولیه صفحه شیشه کوارتز

• مواد اولیه: از ماسه کوارتز طبیعی با خلوص بالا یا پودر سیلیسیون سنتزی استفاده می‌شود. برای کاربردهای نوری، نیاز به خلوص بسیار بالا وجود دارد و معمولاً مجموع ناخالصی‌های فلزی باید کمتر از چند جزء در میلیون (ppm) باشد.
• پردازش: مواد اولیه باید از طریق روش‌های فیزیکی و شیمیایی مانند شناورسازی، جداسازی مغناطیسی و شست‌و‌شو با اسید، تصفیه شوند تا ناخالصی‌هایی مانند یون‌های فلزی و گرد و غبار حذف شوند.

۲. ذوب

• هدف: تبدیل ماسه کوارتز بلوری (SiO ₂ ) به شیشه کوارتز ذوب‌شده بی‌شکل
• روش‌ها: عمدتاً دو نوع وجود دارد
• روش ذوب الکتریکی :

در یک کوره الکتریکی که تحت خلأ یا گاز بی‌اثر (مانند آرگون) محافظت می‌شود، دمایی بالاتر از 2000 °C توسط قوسی که توسط الکترودها یا گرمکن گرافیتی ایجاد می‌شود، فراهم می‌آید.

این روش می‌تواند شیشه کوارتز ذوب‌شده با هیدروکسیل (OH) بسیار پایین تولید کند ⁻) محتوا، که برای کاربردهای در نوار فرابنفش مناسب است

• روش ادغام شعله‌ای:

پودر شن کوارتز از طریق شعله هیدروژن-اکسیژن یا شعله اکسیژن-هیدروژن به سمت هدف پاشیده شده و سپس لایه‌لایه از طریق روکش دهی رسوب می‌کند.

شیشه فیوزشده کوارتز تولید شده با این روش معمولاً حاوی مقدار نسبتاً زیادی OH است، برای نوار مادون قرمز مناسب است و می‌تواند برای تولید بلانک‌های بزرگ‌مقیاس استفاده شود.

3. شکل‌دهی و عملیات حرارتی آنیلینگ

• هدف: شکل دادن به شیشه مذاب کوارتز به فرم اولیه مورد نیاز (مانند بلوک، میله، صفحه) و حذف تنش‌های داخلی.
• فرآیند: مایع شیشه کوارتز مذاب به داخل قالب تزریق می‌شود یا یک «بلانک» با شکل مشخصی از طریق کنترل فرآیند سرد کردن تشکیل می‌شود. در ادامه، بلانک به کوره آنیلینگ منتقل شده و به آرامی از یک محدوده دمایی دقیقاً کنترل‌شده عبور می‌کند (به عنوان مثال، از بالای 1100 °C به زیر 800 °این فرآیند می‌تواند تنش حرارتی داخلی را تا حد زیادی به حداقل رسانده و همگن کند و از ترک خوردن یا تغییر شکل در حین پردازش یا استفاده بعدی جلوگیری کند.

مزایای دیسک کوارتز:

• خواص نوری استثنایی:

• تراگسیل بالا: دیسک کوارتز تراگسیل بسیار بالایی در محدوده طیف گسترده‌ای از فرابنفش عمیق (UV) تا نزدیک مادون قرمز (NIR) ارائه می‌دهد.
• فلورسانس پایین: دیسک کوارتز به طور ذاتی دارای فلورسانس پس‌زمینه کمی است که برای اندازه‌گیری‌های نوری حساس ضروری است.

• پایداری حرارتی عالی:

• ضریب انبساط حرارتی بسیار پایین: مقاومت بالایی در برابر صدمات حرارتی و تغییر شکل در شرایط تغییرات سریع دما دارد.
• نقطه نرم‌شدن بالا: دیسک کوارتز می‌تواند دماهای بسیار بالایی را تحمل کند. صفحه کوارتز می‌تواند به مدت طولانی تا دمای 1100 درجه را تحمل کند و دمای کاری کوتاه‌مدت آن 1200 درجه است.

• خالصی و مقاومت شیمیایی عالی:

• بی‌تأثری: مقاومت بسیار بالایی در برابر خوردگی توسط اکثر اسیدها، نمک‌ها و فلزات دارد. به جز اسید هیدروفلوریک، شیشه کوارتز تقریباً با سایر اسیدها برای پردازش شیمیایی واکنش نمی‌دهد و مقاومت اسیدی آن ۳۰ برابر سرامیک و ۱۵۰ برابر فولاد ضدزنگ است.

• عملکرد عایق برقی عالی :

مقدار مقاومت صفحه کوارتز معادل ۱۰٬۰۰۰ برابر شیشه معمولی است. این ماده یک عایق الکتریکی عالی است و حتی در دماهای بالا نیز خواص الکتریکی خوبی را حفظ می‌کند. ‌

• خلوص بالا: صفحه کوارتز را می‌توان با سطح بسیار پایینی از ناخالصی‌ها تولید کرد که از آلودگی در فرآیندهای حساس جلوگیری می‌کند.
• عایق‌بندی الکتریکی برتر: صفحه کوارتز دارای استحکام دی‌الکتریک بالا و اتلاف دی‌الکتریک پایین است.
• آستانه بالای آسیب لیزری: صفحه کوارتز می‌تواند بدون آسیب دیدن، پرتوهای لیزر با توان بالا را تحمل کند و بنابراین برای کاربردهای لیزری ایده‌آل است.

زمینه‌های کاربرد اصلی:

• اپتیک و فوتونیک:

• عدسی‌ها، پنجره‌ها و منشورها: در تجهیزات لیتوگرافی ماورای بنفش، سیستم‌های لیزری با توان بالا، تلسکوپ‌ها و ابزارهای طیف‌سنجی استفاده می‌شوند.
• فیبرهای نوری: ماده اصلی فیبرهای نوری با خلوص بالا که در مخابرات و انتقال داده به کار می‌روند.

• ساخت نیمه هادی:

• حامل‌های ویفر و لوله‌های فرآیند: به عنوان بوته، لوله‌های انتشار و قایق ویفر در فرآیندهای دمای بالا برای رشد بلورهای سیلیکون و ساخت تراشه‌ها به دلیل خلوص و پایداری حرارتی آن استفاده می‌شوند.

• نورپردازی:

• لامپ‌های تخلیه با شدت بالا (HID): به عنوان ماده حباب در لامپ‌های جیوه‌ای، هالید فلزی و قوس زنون استفاده می‌شوند، زیرا قادر به تحمل دماهای بالا و تابش ماورای بنفش هستند.

• تجهیزات آزمایشگاهی:

• کووت و وسایل آزمایشگاهی: در طیف‌سنجی ماورای بنفش-مرئی و کاربردهایی که نیازمند بی‌اثری شیمیایی و مقاومت در برابر ضربه حرارتی هستند، استفاده می‌شوند.

داده‌های فنی دیسک کوارتز شفاف