1. Kvartzstikla pārskats
1.1 Definīcija un veidošanās
Kvartzstikls, ko sauc arī par kausētu silīcija stiklu, ir īpašs augstas tīrības neorganisks stikla materiāls ar izcilām vispārējām fizikālajām un ķīmiskajām īpašībām. To ražo, izmantojot augstas tīrības kvartskristālus vai sintētiskus silīcija izejmateriālus kā pamatu, kas apstrādāti ar ārkārtīgi augstas temperatūras kausēšanu, skaidrošanu, formēšanu un precīzu atkausēšanu.
Atšķirībā no parastā stikla kvartzstikls izmanto 2000–2300 °C ārkārtīgi augstas temperatūras kausēšanas tehnoloģiju pilnīgai silīcija izejmateriālu kausēšanai un iekšējo kristālisko struktūru novēršanai, veidojot vienmērīgu amorfā stikla stāvokli. Pēc stingras dzesēšanas un sasprieguma novēršanas apstrādes materiāls iegūst stabili struktūras īpašības. Augstas kvalitātes kvartzstikla izejmateriālus un gatavos izstrādājumus galvenokārt ražo un apstrādā rūpnieciskajos reģionos, tostarp Ķīnā, ASV, Vācijā un Japānā, nodrošinot augstas klases rūpniecību un precīzās ražošanas jomu visā pasaulē.
1.2 Klasifikācija un kvalitātes standarti
Balstoties uz ražošanas procesiem un izejvielu veidiem, kvartzstikls galvenokārt iedalās divās kategorijās: dabiskais kvarca stikls un sintētiskais kvarca stikls .
Dabiskais kvarca stikls tiek izkausēts tieši no augstas tīrības dabiskā kvarca smiltīm, tādējādi nodrošinot stabili darbību un izmaksu priekšrocības parastajām rūpnieciskajām lietojumprogrammām. Sintētiskais kvarca stikls tiek ražots, veicot gāzveida hidrolīzi augstas tīrības silīcija savienojumiem, tādējādi sasniedzot ārkārtīgi zemu neīstumu saturu un pārākas optiskās īpašības.
Augstas klasēs optiskās klases, pusvadītāju klases un medicīniskās klases kvartzstikls tiek pakļauts vairāku posmu attīrīšanai un augstas precizitātes atkausēšanas apstrādei, lai atbilstu SEMI pusvadītāju standartiem, FDA un ES rūpnieciskās drošības specifikācijām . Ar ārkārtīgi augstu tīrību, izcilu temperatūras izturību un lielisku optisko stabilitāti kvartzstikls ir neatņemams jauns augstākās klases materiāls, kura augstākās klases lietojumprogrammu joma strauji paplašinās.
2. Kvartzstikla galvenās īpašības
2.1 Fiziskās struktūras īpašības
Kvarca stikla fiziskā pārsvara cēlonis ir tā vienmērīgā amorfā silīcija dioksīda tīkla struktūra , ar ultrazema termiskās izplešanās koeficients kā tā galvena fiziskā īpašība.
Tā piedāvā lieliska strukturālā blīvuma un izmēru stabilitāte , kur termiskās izplešanās koeficients ir tik zems kā 5,0×10⁻⁷/°C, kas ir tikai 1/20 no parastā borosilikāta stikla. Tas var izturēt straujas temperatūras svārstības no aukstuma līdz karstumam, nesaplīstot vai neizkropļojoties. Materiālam piemīt augsta cietība, augsta glumums un lieliska gaismas caurlaidība , kas ļauj ļoti precīzi apstrādāt materiālu, lai atbilstu mikronu līmeņa un pat nanometru līmeņa precizitātes komponentu prasībām.
Vienīgie fiziskie ierobežojumi ir augstā cietība, kas rada grūtības griešanā un apstrādē, kā arī zema izturība pret triecieniem, ko var efektīvi optimizēt, izmantojot precīzu slīpēšanu un speciālu temperēšanas apstrādi.
2.2 Ķīmiskās īpašības
Augstas kvalitātes kvarca stikla galvenais ķīmiskais komponents ir amorfais SiO₂ (99,95 %–99,9999 %) , kur traču neīstumi, piemēram, Al₂O₃, Fe₂O₃ un metālu joni, ir stingri kontrolēti ppb līmenī augstas kvalitātes šķirnēm.
Tas ir aprīkots ar ķīmiski ļoti inerts , kas pretojas korozijai gandrīz visos skābju, sārmu un organisko šķīdinātāju iedarbības apstākļos normālos un augstas temperatūras apstākļos; vienīgi fluorūdeņražskābe un karsta koncentrētā fosforskābe var izraisīt koroziju. Turklāt kvartzstikls ir nevainīgs, nekaitīgs un neizdalās , nodrošinot drošu un piesārņojuma brīvu izmantošanu pusvadītāju, medicīnas, ķīmiskās un pārtikas apstrādes nozarēs.
2.3 Termiskās īpašības
Kvartzstiklam ir izcilas ārkārtīgas temperatūras izturības īpašības ar mīkstināšanas temperatūru 1730 °C un ilgstošu nepārtrauktu ekspluatācijas temperatūru 1200 °C . Tam ir lieliska augstas temperatūras termiskā stabilitāte un ārkārtīgi zema termiskā vadītspēja, saglabājot stabili fizikālo un optisko īpašību bez deformācijas, burbuļošanas vai kristalizācijas ilgstošas augstas temperatūras darba apstākļos.
Tā augstā termiskās trieciena izturība padara to uzticamu augstas temperatūras siltumizolācija, termiskā stabilizācija un aizsardzība pret apdegumiem plaši izmanto ekstrēmos rūpnieciskos augstas temperatūras scenārijos.
3. Kvartzstikla priekšrocības
3.1 Ļoti plaša spektra gaismas caurlaidības veiktspēja
Pilnspektroga augsta gaismas caurlaidība ir kvartzstikla galvenā konkurētspējas priekšrocība. Atšķirībā no parastā optiskā stikla tas nodrošina stabili augstu caurlaidību visā spektrā, kas aptver dziļo ultravioletās, redzamās un vidējās infrasarkanās gaismas joslu .
Tas spēj efektīvi pārvadīt speciālas ultravioletās un infrasarkanās gaismas avotus bez spektrālas izkropļošanas, nodrošinot optisko sistēmu augstu precizitāti un stabilitāti. Tā vispārējā optiskā veiktspēja ir daudz labāka nekā parastā stikla un polimēru optiskajiem materiāliem, atbilstot precīzās optikas un fotoelektronikas nozarēm paredzētajām stingrajām prasībām.
3.2 Ļoti stabila ķīmiskā un augstas tīrības veiktspēja
Iegūstot priekšrocības no ļoti augsta ķīmiskā neaktīvitate un ļoti zems piemaisījumu saturs kvartzstikls neizraisīs ķīmiskas reakcijas vai metālu jonu izgulšanos augstas temperatūras un agresīvās vides apstākļos. Tam nav nepieciešama korozijas aizsardzības pārklājuma vai palīgdarbības pasākumu piemērošana, un tas neradīs sekundāro piesārņojumu precīzajiem instrumentiem, ķīmiskajām šķīdumiem un pusvadītāju plāksnēm, atbilstot ārkārtīgi augstas tīrības rūpnieciskās ražošanas standartiem.
3.3 Augstas temperatūras izturība un termiskās trieciena izturība
Kvartzstikla īpašības ārkārtīgi augsta temperatūras izturība un straujas temperatūras izmaiņu izturība tas neizkropļosies vai nesabojās ilgstošas darbības augstā temperatūrā un momentānas aukstās un karstās temperatūras maiņas apstākļos. Tas efektīvi uzlabo rūpniecisko iekārtu un optisko ierīču augstas temperatūras stabilitāti un kalpošanas laiku, nodrošinot augstas uzticamības materiāla veiktspēju ekstrēmos darba apstākļos.
3.4 Izturīgs un augsta cena–veiktspēja
Kā augstas veiktspējas neorganisks funkcionālais materiāls kvartzstikls ir ārkārtīgi ilgstošs, tam nav vecuma pazīmju un tas nezaudē savas īpašības , bez nepieciešamības bieži to aizvietot un apkopt. Lai gan apstrādes tehnoloģija ir sarežģīta, tās ilgtermiņa kopējās izmantošanas izmaksas ir daudz zemākas nekā īpašu sakausējumu un augstas klases polimēru materiālu.
Tas ir videi draudzīgs, neatdod radioaktīvo starojumu un ir pārstrādājams, ideāli atbilstot augstas precizitātes rūpnieciskās ražošanas un ilgtspējīgas zaļās attīstības prasībām.
4. Kvartzstikla pielietojums konkrētās nozarēs
4.1 Pusvadītāju un optoelektronikas industrija
Kā galvenais augstas tīrības palīgmateriāls pusvadītājiem kvartzstikls tiek plaši izmantots silīcija plāksnīšu difūzijas krāsnīs, traucējumu veidošanas kamerās un litogrāfijas optiskajos komponentos . Tā ārkārtīgi augstā tīrība un stabila optiskā veiktspēja efektīvi novērš silīcija plāksnīšu piesārņojumu un optisko novirzi, atbalstot augstas precizitātes mikroshēmu ražošanu.
4.2 Ķīmijas un laboratoriju industrija
Pateicoties spēcīgai korozijas izturībai un augstas temperatūras izturībai, tas tiek izgatavots kā kvartza kausiņi, reakciju trauki, kondensācijas caurules un eksperimentālie instrumenti , piemēroti augstas temperatūras ķīmiskām reakcijām, šķīdumu attīrīšanai un precīziem laboratorijas testiem.
4.3 Optikas un apgaismojuma rūpniecība
Ar izcilu ultravioletās un infrasarkanās starojuma caurlaidību kvartsa stikls tiek izmantots UV lampu caurulēs, infrasarkano staru sildīšanas lēnsās, precīzajās optiskajās lēnsās un lāzera ierīču logos . Tas ir būtisks kodolmateriāls medicīniskajām dezinfekcijas lampām, rūpnieciskajām sildīšanas iekārtām un optiskās sakaru ierīcēm.
4.4 Augstas temperatūras rūpnieciskā ražošana
Pārstrādāts kvartsa caurulēs, kvartsa plāksnēs un speciālas formas konstruktīvajos komponentos, tas tiek izmantots rūpniecisko krāsnīšu izolācijā, augstas temperatūras novērošanas logos un karstumizturīgajos konstruktīvajos piederumos. Tas efektīvi uzlabo rūpniecisko ražošanas līniju drošību augstās temperatūrās un darbības stabilitāti.
4.5 Medicīnas un vides aizsardzības nozare
Augstas tīrības medicīniskās kvalitātes kvartsa stikls ir netoksisks un sterils, to plaši izmanto medicīniskajā UV dezinfekcijas aprīkojumā, bioloģiskajos reakciju traukos un ūdens attīrīšanas sterilizācijas ierīcēs . Tā stabila un droša darbība atbilst stingrajiem medicīniskajiem un vides aizsardzības sanitāriem standartiem.
Tīra kvarca stikla caurules tehniskie dati
| Īpašību saturs |
Vienība |
Īpašību indekss |
| SIO2 tīrība |
% |
99.95 |
| Blīvums |
k g/cm³ |
2.2×103 |
| Spēks |
KHN 100 |
570 |
| Rāvējspēks |
Pa(N/ ㎡) |
4.8×107 |
| Saspiestības spēks |
Pa |
>1.1×109 |
| Termiskās izplešanās koeficients |
cm/cm℃ |
5.5×10-7 |
| Termisko vedlību |
W/m℃ |
1.4 |
| Īpašā siltums |
J/kg℃ |
660 |
| Mīkstināšanas temperatūra |
℃ |
1630 |
| Nepārtraukta maksimālā darba temperatūra |
℃ |
1100 |
EN
