החומר הבסיסי של דיסק קוורץ מאוחד הוא סיליקה אמורפית, אשר איננה מציגה אפקט חשמלי-מכני. עם זאת, התכונות האופטיות המצוינות שלה (העברה גבוהה של אור, פס תמסורת רחב), מקדם ההתפשטות התרמית הנמוך ביותר, יציבות כימית גבוהה ועמידות בחום, הופכות אותה לשימוש נרחב בתחומי האופטיקה, הסמי-מוליכים, התקשורות האופטיות ועוד.
הלב של תהליך הייצור של דיסק קרניט שקופה הוא נמס חול קוורץ בטמפרטורות גבוהות ליצירת גוף זכוכית אחיד, ולאחר מכן עיבוד حراري ועיבוד קור.
שלב ראשון: הכנת חומר сыр وनסיסה
זהו היסוד של כל התהליך, וקובע את הנקיון והתכונות הבסיסיות של החומר.
1. בדיל זכוכית קوارץ - בחירת חומרי גלם ועיבוד
- חומרי גלם: נעשה שימוש בחול קوارץ טבעי עם טיהור גבוה או אבקת סיליקון סינתטית. ליישומים באיכות אופטית נדרשת ניקיון גבוה במיוחד, ותוכן הפסולת של מתכות כללי צריך להיות פחות ממספר פירוט למיליון (ppm).
- עיבוד: חומרי הגלם צריכים לעבור טיהור באמצעות שיטות פיזיקליות וכימיות כמו ציפה, הפרדה מגנטית ושטיפת חומצה כדי להסיר זיהומים כגון יוני מתכת ואבק.
2. התหลl
- מטרה: המרת חול קوارץ קריסטליני (SiO ₂ ) לזכוכית קوارץ מאגמתית לא-קריסטלינית.
- שיטות: יש שתי שיטות עיקריות
-
שיטת ההמסה החשמלית :
ב תנור חשמלי המוגן על ידי ואקום או גז אינרט (כגון ארגון), טמפרטורה העולה על 2000 °C בעזרת קשת הנוצרת בין אלקטרודות או מחמם גרפיט.
שיטה זו יכולה לייצר זכוכית מאגמתית עם תוכן крайне נמוך של הידרוקסיל (OH ⁻) תוכן, המתאים לשימוש ביישומים בפס הקטן-אולטרה
אבקת חול קוורץ מוזרקת ליעד באמצעות להט מימן-חמצן או חמצן-מימן, ואז משקעים שכבה אחר שכבה על ידי כיסוי.
הקוורץ המותך המיוצר בשיטה זו מכיל בדרך כלל אחוז יחסית גבוה של OH, מתאים לפס האינפרא-אדום, וניתן להשתמש בו לייצור בלוקים גדולים.
3. צבירה ואנילינג
- מטרה: עיצוב זכוכית הקוורץ המומס לצורה הראשונית הנדרשת (כגון גוש, מוט, לוח) והסרת מתח פנימי.
- תהליך: נוזל זכוכית הקוורץ המומס מוזרק לתבנית או שמייצר "בלוק" של צורה מסוימת על ידי בקרת תהליך הקירור. לאחר מכן, הבלוק נשלח לכבש האנילינג ועובר באיטיות דרך טווח טמפרטורה מבוקר בדיוק (לדוגמה, ממעל 1100 °C עד מתחת ל-800 °תהליך זה יכול למזער ולהומג'ן את המתח החום הפנימי במידה הגדולה ביותר, ולמנוע נטישות או עיוותים במהלך עיבוד או שימוש בהמשך.
יתרונות של דיסק קוורץ:
- תכונות אופטיות יוצאות דופן:
- העברה גבוהה: לדיסק קוורץ יש העברה גבוהה מאוד על פני טווח ספקטרלי רחב, מהאולטרה-סגול העמוק (UV) עד האינפרא-אדום הקרוב (NIR).
- פלואורסצנציה נמוכה: לדיסק קוורץ יש פלואורסצנציה בסיסית נמוכה, מה שחשוב למדידות אופטיות רגישות.
- מקדם התפשטות תרמית נמוך במיוחד: עמיד מאוד בפני הלמות תרמיות ועיוותים עקב שינויי טמפרטורה מהירים.
- נקודת ריכוך גבוהה: דיסק קוורץ יכול לשאת טמפרטורות עבודה גבוהות מאוד. לוח קוורץ יכול לעמוד בטמפרטורה של 1100 מעלות לזמן ארוך, והטמפרטורה המаксימלית לזמן קצר היא 1200 מעלות.
- נקיון כימי ועמידות כימית מצוינים:
- เฉยชา: עמיד מאוד בפני קורוזיה על ידי רוב חומצות, מלחים ומתכות. פרט לחומצה פלואורידרית, זכוכית קוורץ כמעט לא מגיבה עם שאר החומצות בטיפול כימי, ועמידותה לחומציות גבוהה פי 30 מזו של קרמיקה עמידה לחומצה ופי 150 מזו של נירוסטה.
-
ביצועי בידוד חשמלי מצוינים :
ערכו של התנגדות דיסק קוורץ שווה ערך ל-10,000 פעמים מזה של זכוכית רגילה. זהו חומר מבודד חשמלי מעולה ושומר על תכונות חשמליות טובות גם בטמפרטורות גבוהות.
- נקיון גבוה: ניתן לייצר דיסקי קוורץ ברמות זיהום נמוכות במיוחד, ובכך למנוע זיהום בתהליכים רגישים.
- בידוד חשמלי מתקדם: לדיסק קוורץ יש עוצמת דיאלקטרית גבוהה ואיבוד דיאלקטרי נמוך.
- סף נזק לייזר גבוה: דיסק קוורץ יכול לסבול קרני לייזר בעלות עוצמה גבוהה מבלי להיפגע, מה שהופך אותו אידיאלי לשימוש ביישומי לייזר.
שדות יישום עיקריים:
- עדשות, חלונות ומכסרים: משמשים בציוד ליתוגרפיית UV, מערכות לייזר בעוצמה גבוהה, טלסקופים וכלי ספקטרוסקופיה.
- סיבים אופטיים: החומר המרכזי לסיבים אופטיים בעלי ניקיון גבוה המשמשים בטלקומוניקציה ובשידור נתונים.
- נשאי פרוסות סיליקון וצינורות תהליך: משמשים ככורי היתוך, צינורות דיפוזיה וסירות פרוסות סיליקון בתהליכים בטמפרטורה גבוהה לגידול גבישי סיליקון וייצור שבבים בשל טוהרם ויציבותם התרמית.
- נורות פריקה בעוצמה גבוהה (HID): משמשות כחומר מעטפת לנורות כסיליקון, מתכות הליד וקשת קסנון, מאחר שהיא עמידה בטמפרטורות גבוהות ובעירור UV.
- תאי מדידה וכלים למעבדה: משמשים בספקטרוסקופיה UV-Vis ובאפליקציות הדורשות חוסר פעילות כימית ועמידות בפני זעזוע תרמי.
נתוני טכניקה של דיסק קוורץ שקופה
EN
