Aukšto UV sklidumo apvalus skaidrus susmeltos kvarco plokštelė

Lydyto kvarco disko pagrindinė medžiaga yra amorfinis silicis, kuris neturi piezoelektrinio efekto. Tačiau jo puikios optinės savybės (aukštas šviesos sklidumas, platus šviesos sklidumo diapazonas), labai mažas terminio plėtimosi koeficientas, didelė cheminė stabilumas ir karščiui atsparumas leidžia jį plačiai naudoti optikoje, puslaidininkų pramonėje, optinėje ryšių technikoje ir kitose srityse.

 Skaidraus lydyto kvarco disko gamybos proceso esmė – aukštoje temperatūroje ištirpinti kvarcinio smėlio žaliavas, kad susidarytų homogeniškas stiklo kūnas, o po to atlikti karštą formavimą ir šaltą apdirbimą.

Pirmasis etapas: žaliavų paruošimas ir lydymas

Tai yra viso proceso pamatas, nulemiantis medžiagos grynumą ir pagrindines savybes.

1. Kvarcinės stiklinės plokštės žaliavų parinkimas ir apdorojimas

• Žaliavos: naudojamas aukštos grynumo natūralus kvarcinis smėlis arba sintetinis silicio miltelis. Optinės kokybės taikymui reikalingas itin aukštas grynumas, o bendras metalų priemaišų kiekis paprastai turi būti mažesnis nei kelios milijonų dalys (ppm).
• Apdorojimas: žaliavos turi būti valomos fizikiniais ir cheminiais metodais, tokiiais kaip plūdėjimas, magnetinė separacija ir rūgščių skalavimas, siekiant pašalinti priemaišas, tokias kaip metalų jonai ir dulkės.

2. Smelimo procesas

• Tikslas: kristalinio kvarcinio smėlio (SiO 2 - 2 ) paversti amorfiniu lydytu kvarciniu stiklu.
• Metodai: pagrindiniai du tipai
• Elektrinio lydymo metodas :

Elektrinėje krosnyje, apsaugotoje vakuumu arba inertiniu dujų (pvz., argono) aplinkoje, elektrodų arba grafitinio šildytuvo sukurta arka sukuria temperatūrą, viršijančią 2000 °°C.

Šis metodas gali pagaminti lydytą kvarcą su itin žemu hidroksilo (OH) kiekiu ⁻) turinys, kuris tinka ultravioletinių bangų juostos taikymams

• Liepsnos lydymo metodas:

Kvarcinis smėlis purškiamas ant taikinio per vandenilio-degimo ar deguonies-vandenilio liepsną, o po to sluoksnis po sluoksnio nusėdinamas dengiant.

Šiuo metodu pagamintas lydytas kvarcas paprastai turi gana aukštą OH kiekį, tinka infraraudonajai spinduliuotei ir gali būti naudojamas gaminti didelio dydžio заготовкам.

3. Formavimas ir atleidimas nuo įtempių

• Tikslas: suteikti lydtam kvarciniam stiklui reikiamą pradinę formą (pvz., bloką, strypą, plokštę) ir pašalinti vidinius įtempimus.
• Procesas: lydytas kvarcinio stiklo skystis įpilamas į formą arba forma užtikrinant valdomą aušinimo procesą sukuriamas „pusfabrikatis“ tam tikros formos. Vėliau pusfabrikatis siunčiamas į atleidimo nuo įtempių krosnį ir lėtai praeina per tiksliai kontroliuojamą temperatūros diapazoną (pvz., nuo virš 1100 °C iki žemiau 800 °C). Šis procesas gali iki maksimumo sumažinti ir suvienodinti vidinį šiluminį įtempį, neleidžiant įtrūkimui ar deformacijai atsirasti vėlesnioje apdorojimo ar naudojimo metu.

Kvarco disko privalumai:

• Išskirtinės optinės savybės:

• Didelis sklidinumas: Kvarco diskas pasižymi labai aukštu sklidinumu per plačią spektrinę sritį – nuo giliai ultravioletinės (UV) iki artimos infraraudonosios (NIR) spinduliuotės.
• Žemas fluorescencinis fonas: Kvarco diskas turi savaiminį žemą foninę fluorescenciją, kas yra būtina jautriems optiniams matavimams.

• Puiki terminė stabilumas:

• Ypač žemas termokinio plėtimosi koeficientas: Labai atsparus terminiam smūgiui ir deformacijai staigiai kintant temperatūrai.
• Aukštas minkštėjimo taškas: Kvarco diskas gali išlaikyti labai aukštas darbo temperatūras. Kvarco plokštė gali ilgą laiką atlaikyti 1100 laipsnių temperatūrą, trumpalaikė darbo temperatūra – 1200 laipsnių.

• Puiki cheminė grynuma ir atsparumas:

• Inertiškumas: Labai atsparus daugumos rūgščių, druskų ir metalų korozijai. Be hidrofluorinės rūgšties, kvarcinis stiklas beveik nereaguoja su kitomis rūgštimis cheminio apdorojimo metu, o jo atsparumas rūgštims yra 30 kartų didesnis nei keramikos ir 150 kartų didesnis nei nerūdijančio plieno.

• Puikios elektroizoliacinės savybės :

Kvarcinio disko varža yra lygi 10 000 kartų didesnei už įprasto stiklo. Tai puikus elektroizoliacinis medžiaga, išlaikanti gerus elektrinius savybes net aukštoje temperatūroje. ‌

• Didelis grynumas: Kvarcinis diskas gali būti gaminamas su itin žemu priemaišų kiekiu, neleidžiant užteršimo jautriose technologijose.
• Puiki elektroizoliacija: Kvarcinis diskas turi aukštą dielektrinį stiprumą ir žemą dielektrines nuostolius.
• Aukštas lazerinio pažeidimo slenkstis: Kvarcinis diskas gali išlaikyti galingus lazerio spindulius nesibūdamas pažeistas, todėl yra idealus lazeriniams taikymams.

Pagrindinės taikymo sritys:

• Optika ir fotonika:

• Lęšai, langai ir prizmės: naudojami UV litografijos įrangoje, aukštos galios lazeriniuose sistemose, teleskopuose ir spektroskopinėse prietaisuose.
• Šviesolaidžiai: pagrindinis medžiaga grybiems šviesolaidžiams, naudojamiems telekomunikacijose ir duomenų perdavime.

• Puslaidininkių gamyba:

• Plokštelių nešėjai ir technologiniai vamzdžiai: naudojami kaip kriucioliai, difuziniai vamzdžiai ir plokštelių valtys aukštoje temperatūroje vykstančiuose procesuose silicio kristalams auginti ir mikroschemoms gaminti dėl jų grynumo ir terminio stabilumo.

• Šviesininkai:

• Aukštos intensyvumo išlydžio (HID) lempų: naudojamos kaip apvalkalų medžiaga gyvsidabrio, metalhalogenidinių ir ksenono lankinių lempų dėl gebėjimo atlaikyti aukštą temperatūrą ir UV spinduliuotę.

• Laboratorinė įranga:

• Kivetės ir laboratorinės indai: naudojamos UV-VIS spektroskopijoje ir taikymuose, reikalaujančiuose cheminės inertinės savybės bei atsparumo termokrachui.

Skaidraus kvarco disko techniniai duomenys