1. Kvarcinio stiklo apžvalga
1.1 Apibrėžimas ir susidarymas
Kvarcinis stiklas, taip pat vadinamas lydytu kvarco stiklu, yra specialus aukštos grynumo neorganinis stiklo medžiagų tipas, pasižymintis puikiomis bendromis fizinėmis ir cheminėmis savybėmis. Jis gamiamas naudojant aukštos grynumo kvarco kristalus arba sintetinį silicio dioksido žaliavos kaip pagrindą, per ultraaukštos temperatūros lydymą, išvalymą, formavimą ir tikslų atleidimą nuo įtempimų procesus.
Skirtingai nuo įprasto stiklo, kvarcinis stiklas naudoja 2000–2300 ℃ ultraaukštos temperatūros lydymo technologiją visiškai sušildyti silicio dioksido žaliavas ir pašalinti vidines kristalinės struktūros, kad susidarytų vienoda amorfinė stiklo būseną. Po griežto aušinimo ir įtempimų pašalinimo apdorojimo medžiaga įgyja stabilias struktūrines savybes. Aukštos kokybės kvarcinio stiklo žaliavos ir galutiniai gaminiai daugiausia gaminami ir apdorojami pramonės regionuose, įskaitant Kiniją, Jungtines Valstijas, Vokietiją ir Japoniją, aptarnaudami aukšto lygio pramonę ir tikslų gamybą visame pasaulyje.
1.2 Klasifikacija ir kokybės standartai
Remiantis gamybos procesais ir žaliavų tipais, kvarcinis stiklas pagrindiniu būdu skirstomas į dvi kategorijas: natūralusis lydytasis kvarcinis stiklas ir dirbtinis lydytasis kvarcinis stiklas .
Natūralusis lydytasis kvarcinis stiklas gaunamas tiesiogiai lydant aukštos grynumo natūralųjį kvarcinį smėlį, todėl jis pasižymi stabiliais eksploatavimo parametrais ir kainos pranašumu įprastoms pramoninėms aplikacijoms. Dirbtinis lydytasis kvarcinis stiklas gaminamas dujų fazėje hidrolizuojant aukštos grynumo silicio junginius, todėl jis turi itin žemą priemaišų kiekį ir puikią optinę savybę.
Aukštos klasės optinės kokybės, puslaidininkių kokybės ir medicininės kokybės kvarcinis stiklas yra daugialypės valymo ir aukštos tikslumo atvirimo procedūros metu apdorojamas bei atitinka SEMI puslaidininkių standartus, JAV maisto ir vaistų administracijos (FDA) bei Europos Sąjungos pramonės saugos specifikacijas . Dėl itin aukšto grynumo, ekstremalių temperatūrų atsparumo ir puikių optinių stabilumo savybių kvarcinis stiklas yra nepakeičiamas pažangus naujas medžiagų tipas, kurio aukštos kokybės taikymo sritys sparčiai plečiasi.
2. Kvarcinio stiklo pagrindinės savybės
2.1 Fizinės struktūros charakteristikos
Kvarco stiklo fizinis pranašumas kyla iš jo vienodai amorfinės silicio dioksido tinklo struktūros , su itin žemas šiluminio plėtimosi koeficientas kaip pagrindinės fizinės savybės.
Jis turi puiki struktūrinė tankumo ir matmenų stabilumo , kurio šiluminio plėtimosi koeficientas yra tik 5,0×10⁻⁷/℃, t. y. 1/20 įprasto borosilikatinio stiklo. Jis gali atlaikyti stačius šaltos ir karštos temperatūros kaitos ciklus be įtrūkimų ar deformacijų. Medžiaga pasižymi auštu kietumu, aukštu plokštumu ir puikiu šviesos pralaidumu , leidžiančiu ultra tikslų apdorojimą, kad būtų tenkinamos mikroninio ir net nanometrinio tikslumo detalių reikalavimai.
Vieninteliai fiziniai apribojimai yra didelis kietumas, dėl kurio sunku pjauti ir apdoroti, bei žemas stiprumas, kurie gali būti efektyviai optimizuoti naudojant tikslų šlifavimą ir specialų temperavimą.
2.2 Cheminės savybės
Aukštos kokybės kvarco stiklo pagrindinė cheminė sudėtis yra amorfinis SiO₂ (99,95 %–99,9999 %) , su pėdsaku nešvarumų, tokių kaip Al₂O₃, Fe₂O₃ ir metalo jonai, griežtai kontroliuojamų ppb lygyje aukštos kokybės rūšims.
Jame yra ypač stipri cheminė inertiškumas , atsparus korozijai beveik visose rūgštyse, šarmuose ir organiniuose tirpikliuose esant įprastoms ir aukštoms temperatūroms; tik fluoro vandenilis ir karštas koncentruotas fosforo rūgštis gali sukelti koroziją. Be to, kvarcinis stiklas yra netoksiškas, nekenksmingas ir nesudėlioja nuosėdų , užtikrindamas saugų ir nekeliantį teršalų naudojimą puslaidininkių, medicinos, chemijos ir maisto perdirbimo srityse.
2.3 Šiluminės savybės
Kvarcinis stiklas turi išsklitančią ekstremalių temperatūrų atsparumą su minkštėjimo tašku 1730 ℃ ir ilgalaikiu nuolatiniu darbo temperatūros diapazonu iki 1200 ℃ . Jis pasižymi puikiu aukštų temperatūrų terminiu stabilumu ir itin žemu šilumos laidumu, išlaikydamas stabilias fizinio ir optinio pobūdžio savybes be deformacijos, burbuliukų ar kristalinės struktūros susidarymo ilgalaikiuose aukštų temperatūrų darbo režimuose.
Jo aukštas šiluminio smūgio atsparumas daro jį patikimu aukštos temperatūros šilumos izoliacija, šiluminė stabilizacija ir apsauga nuo nudegimų medžiaga plėtai naudojama ekstremaliuose pramoniniuose aukštos temperatūros scenarijuose.
3. Kvarcinio stiklo pranašumai
3.1 Ultraplatus spektras šviesos pralaidumo savybės
Viso spektro aukštas šviesos pralaidumas yra kvarcinio stiklo pagrindinis konkurencinis pranašumas. Skirtingai nuo įprasto optinio stiklo, jis užtikrina stabilų aukštą pralaidumą visame gilesniame ultravioletiniame, matomajame ir viduriniame infraraudonųjų spindulių diapazone .
Jis gali efektyviai perduoti specialiuosius ultravioletinius ir infraraudonuosius šviesos šaltinius be spektrinės iškraipymos, užtikrindamas optinių sistemų didelę tikslumą ir stabilumą. Jo visapusiškos optinės savybės yra žymiai geresnės nei įprasto stiklo ir polimerinių optinių medžiagų, todėl atitinka tikslaus optinio įrangos ir fotoelektronikos pramonės griežčiausius reikalavimus.
3.2 Ultra-stabilios cheminės ir aukštos grynumo savybės
Naudojantis ultraaukšta cheminė inertškumas ir ultražemas priemaišų kiekis , kvarcinis stiklas neįvykdo cheminių reakcijų ir neišsklaido metalo jonų aukštoje temperatūroje bei agresyviose aplinkose. Jam nereikia korozijos atsparios dangos ar papildomų apsaugos priemonių, o tai nekelia antrinės taršos tiksliesioms prietaisams, cheminiams tirpalams ir puslaidininkių plokštėms, atitinkant ultraaukštos grynumo pramoninės gamybos standartus.
3.3 Aukštos temperatūros atsparumas ir šiluminio smūgio atsparumas
Kvarcinio stiklo savybės ypač aukštas temperatūros atsparumas ir greitų temperatūros pokyčių atsparumas . Jis nesideformuoja ir nesugenda ilgalaikės aukštos temperatūros veikos ar staigaus šalto ir karšto kaitavimo ciklų metu. Tai efektyviai pagerina pramonės įrangos ir optinių prietaisų aukštos temperatūros stabilumą bei naudojimo trukmę, užtikrindama patikimą medžiagos veikimą ekstremaliose darbo sąlygose.
3.4 Ilgaamžiškumas ir aukšta kainos–naudingumo santykis
Kaip aukštos kokybės neorganinė funkcionalioji medžiaga, kvarcinis stiklas turi ypač ilgą naudojimo trukmę, nulinį senėjimą ir nulinį blogėjimą , be reikalingos dažnos keitimo ir priežiūros. Nors apdorojimo technologija yra sudėtinga, ilgalaikės visuminės naudojimo sąnaudos yra žymiai mažesnės nei specialių lydinių ir aukštos kokybės polimerinių medžiagų.
Ji pasižymi aplinkai draugiškumu, neapspinduliuojama ir perdirbama, puikiai atitikdama aukštos kokybės pramoninio tikslaus gamybos ir tvarios žaliosios plėtros reikalavimus.
4. Kvartzo stiklo taikymas konkrečiose pramonės šakose
4.1 Puslaidininkių ir optoelektronikos pramonė
Kaip pagrindinė aukštos grynumo puslaidininkių pagalbinė medžiaga, kvartzo stiklas plačiai naudojamas plokštelės difuzijos krosnyse, įdrėžimo kamerose ir litografijos optinėse komponentuose . Jo itin aukštas grynumas ir stabilios optinės savybės veiksmingai neleidžia plokštelėms užterštis ir išsivengti optinės nuokrypos, taip remiant aukštos tikslumo mikroschemų gamybą.
4.2 Chemijos ir laboratorinės pramonės šaka
Dėl stiprios korozinės atsparumo ir aukštos temperatūros atsparumo jis gaminamas iš kvartzo krosnės, reakcijos indai, kondensatoriaus vamzdžiai ir eksperimentiniai prietaisai tinkami aukštos temperatūros cheminėms reakcijoms, tirpalo valymui ir tiksliesiems laboratoriniams tyrimams.
4.3 Optikos ir apšvietimo pramonė
Turėdama puikią ultravioletinės ir infraraudonosios spinduliuotės pralaidumą, kvartzo stiklas naudojamas UV lempų vamzdeliams, infraraudonosios šilumos šildymo lęšiams, tiksliesiems optiniams lęšiams ir lazerinių įrenginių langams . Tai būtinas pagrindinis medžiagų komponentas medicininiams dezinfekcinėms lemputėms, pramoninėms šildymo sistemoms ir optinio ryšio įrenginiams.
4.4 Aukštos temperatūros pramoninė gamyba
Perdirbta į kvartzo vamzdžius, kvartzo plokštes ir specialios formos konstrukcines dalis, ji naudojama pramoninėse krosnyse kaip izoliacinė medžiaga, aukštos temperatūros stebėjimo langams ir karščiui atsparioms konstrukciniams priedams. Tai efektyviai padidina pramoninės gamybos linijų saugą aukštose temperatūrose ir eksploatacijos stabilumą.
4.5 Medicinos ir aplinkos apsaugos pramonė
Aukštos kokybės medicininės paskirties kvarco stiklas yra netoksiškas ir sterilus, plačiai naudojamas medicininėse UV dezinfekcijos įranguose, biologinėse reakcijų indų ir vandens valymo bei dezinfekcijos įranguose . Jo stabilus ir saugus veikimas atitinka griežtus medicinos ir aplinkos apsaugos higienos standartus.
Techniniai duomenys apie skaidrą kvarcinį stiklo vamzdelį
| Savybių turinys |
Vienetas |
Savybių indeksas |
| SIO2 grynumas |
% |
99.95 |
| Tankis |
k g/cm³ |
2.2×103 |
| Stiprumas |
KHN 100 |
570 |
| Tempimo stipris |
Pa(N/ ㎡) |
4.8×107 |
| Sužlendinimo jėga |
Pa |
>1.1×109 |
| Šiluminio plėtimosi koeficientas |
cm/cm℃ |
5.5×10-7 |
| Šilumos laidumas |
W/m℃ |
1.4 |
| Svorinė talpa |
J/kg℃ |
660 |
| Minkštinimo temperatūra |
℃ |
1630 |
| Nuolatinė maksimali darbo temperatūra |
℃ |
1100 |
EN
