Круглый прозрачный диск из плавленого кварца с высокой пропускной способностью ультрафиолетового излучения

Основным материалом кварцевого диска является аморфный диоксид кремния, который не обладает пьезоэлектрическим эффектом. Однако его отличные оптические свойства (высокая светопропускная способность, широкая полоса пропускания света), чрезвычайно низкий коэффициент теплового расширения, высокая химическая стабильность и термостойкость обеспечивают широкое применение в оптике, полупроводниках, оптической связи и других областях.

 Суть производственного процесса прозрачного плавленого кварцевого диска заключается в расплавлении сырья — кварцевого песка — при высоких температурах с образованием однородного стеклообразного тела, за которым следуют горячая формовка и холодная обработка.

Этап первый: Подготовка сырья и плавление

Это основа всего процесса, определяющая чистоту и базовые свойства материала.

1. Отбор и обработка сырья для кварцевой стеклянной пластины

• Сырьё: используется высокочистый природный кварцевый песок или синтетический порошок кремния. Для оптических применений требуется чрезвычайно высокая чистота, при этом общее содержание металлических примесей обычно должно быть менее нескольких миллионных долей (ppm).
• Обработка: сырьё необходимо очищать физическими и химическими методами, такими как флотация, магнитная сепарация и кислотная промывка, чтобы удалить примеси, такие как ионы металлов и пыль.

2. Плавление

• Цель: преобразование кристаллического кварцевого песка (SiO 2. ) в аморфное плавленое кварцевое стекло.
• Методы: в основном два типа
• Метод электроплавления :

В электрической печи, защищённой вакуумом или инертным газом (например, аргоном), температура свыше 2000 °°C достигается за счёт дуги, создаваемой электродами, или графитового нагревателя.

Этот метод позволяет производить плавленое кварцевое стекло с крайне низким содержанием гидроксильных групп (OH ⁻) содержимое, которое подходит для применения в ультрафиолетовом диапазоне

• Метод пламенного синтеза:

Порошок кварцевого песка распыляется на мишень при помощи водородно-кислородного пламени или кислородно-водородного пламени, а затем постепенно осаждается путем наращивания слоями.

Плавленый кварц, полученный этим методом, обычно содержит относительно высокое содержание ОН, подходит для инфракрасного диапазона и может использоваться для производства заготовок больших размеров.

3. Формование и отжиг

• Цель: Придание расплавленному кварцевому стеклу требуемой первоначальной формы (например, блока, стержня, пластины) и устранение внутренних напряжений.
• Процесс: Расплавленную жидкость кварцевого стекла заливают в форму или формируют «заготовку» определённой формы путём контроля процесса охлаждения. После этого заготовку помещают в печь для отжига и медленно пропускают через точно контролируемый температурный диапазон (например, от выше 1100 °°C до ниже 800 °C). Этот процесс может в максимальной степени минимизировать и выровнять внутренние термические напряжения, предотвращая растрескивание или деформацию при последующей обработке или использовании.

Преимущества кварцевого диска:

• Исключительные оптические свойства:

• Высокая прозрачность: Кварцевый диск обеспечивает очень высокую прозрачность в широком спектральном диапазоне — от глубокого ультрафиолета (UV) до ближнего инфракрасного излучения (NIR).
• Низкая флуоресценция: Кварцевый диск обладает естественно низкой фоновой флуоресценцией, что критически важно для чувствительных оптических измерений.

• Выдающаяся тепловая стабильность:

• Крайне низкий коэффициент теплового расширения: Высокая устойчивость к термоудару и деформации при резких изменениях температуры.
• Высокая температура размягчения: Кварцевый диск способен выдерживать очень высокие рабочие температуры. Кварцевая пластина может длительное время работать при температуре 1100 °C, а кратковременно — при 1200 °C.

• Высокая химическая чистота и стойкость:

• Инертность: Высокая устойчивость к коррозии большинством кислот, солей и металлов. Помимо плавиковой кислоты, кварцевое стекло практически не реагирует с другими кислотами при химической обработке, а его кислотостойкость в 30 раз выше, чем у керамики, и в 150 раз выше, чем у нержавеющей стали.

• Отличные диэлектрические свойства :

Сопротивление кварцевого диска эквивалентно 10 000 сопротивлений обычного стекла. Это отличный электроизоляционный материал, сохраняющий хорошие электрические свойства даже при высоких температурах. ‌

• Высокая чистота: Кварцевые диски могут производиться с крайне низким содержанием примесей, предотвращая загрязнение в чувствительных процессах.
• Превосходная электрическая изоляция: Кварцевый диск обладает высокой диэлектрической прочностью и низкими диэлектрическими потерями.
• Высокий порог повреждения лазером: Кварцевый диск может выдерживать мощные лазерные лучи без повреждений, что делает его идеальным для лазерных применений.

Основные области применения:

• Оптика и фотоника:

• Линзы, окна и призмы: Используются в УФ-литографическом оборудовании, системах мощных лазеров, телескопах и спектроскопических приборах.
• Оптические волокна: Основной материал для высокочистых оптических волокон, применяемых в телекоммуникациях и передаче данных.

• Производство полупроводников:

• Носители для пластин и процессорные трубки: Используются в качестве тиглей, диффузионных трубок и лодок для кремниевых пластин в высокотемпературных процессах выращивания кремниевых кристаллов и производства микросхем благодаря своей чистоте и термостойкости.

• Освещение:

• Лампы высокой интенсивности (HID): Применяются в качестве материала колбы для ртутных, металлогалогенных и ксеноновых дуговых ламп, поскольку способны выдерживать высокие температуры и УФ-излучение.

• Лабораторное оборудование:

• Кюветы и лабораторная посуда: Используются в УФ-видимой спектроскопии и в приложениях, требующих химической инертности и устойчивости к термоударам.

Технические данные прозрачного кварцевого диска