1. Prehľad kremenného skla
1.1 Definícia a vznik
Kremenné sklo, známe tiež ako fúzované kremenné sklo, je špeciálny anorganický sklenený materiál vysoké čistoty s vynikajúcimi komplexnými fyzikálnymi a chemickými vlastnosťami. Vyrába sa z vysokočistých kremenných kryštálov alebo syntetických kremenných surovín ako základného materiálu prostredníctvom ultra-vysokoteplotného roztavenia, odplyňovania, formovania a presného žiarového voľného napäťového úpravovania.
Na rozdiel od bežného skla kremenné sklo využíva ultra-vysokoteplotnú technológiu roztavenia pri teplote 2000–2300 ℃ na úplné roztavenie kremenných surovín a odstránenie vnútorných kryštalických štruktúr, čím vznikne rovnorodý amorfný sklenený stav. Po prísnom ochladení a úprave na odstránenie napätí získa materiál stabilné štrukturálne vlastnosti. Vysokokvalitné suroviny a hotové výrobky z kremenného skla sa vyrábajú a spracovávajú predovšetkým v priemyselných oblastiach vrátane Číny, Spojených štátov, Nemecka a Japonska a slúžia vysokotechnologickým priemyselným a presným výrobným odvetviam po celom svete.
1.2 Klasifikácia a stupne kvality
Na základe výrobných procesov a typov surovín sa kremenné sklo hlavne delí na dve kategórie: prirodzené topené kremenné sklo a syntetické topené kremenné sklo .
Prirodzené topené kremenné sklo sa priamo taví z vysokej čistoty prírodného kremenného piesku a vyznačuje sa stabilným výkonom a výhodami z hľadiska nákladov pre bežné priemyselné aplikácie. Syntetické topené kremenné sklo sa vyrába plynovou hydrolyzou vysokej čistoty kremíkových zlúčenín, má extrémne nízky obsah nečistôt a vynikajúce optické vlastnosti.
Vysoko kvalitné optická trieda, polovodičová trieda a lekárska trieda kremenné sklo prechádza viacstupňovou čistiacou úpravou a vysokopresnou žiarovou úpravou, pričom spĺňa požiadavky Polovodičových noriem SEMI, FDA a európskych priemyselných bezpečnostných špecifikácií vyznačuje sa extrémne vysokou čistotou, výbornou odolnosťou voči extrémnym teplotám a vynikajúcou optickou stabilitou, čo robí kremenné sklo nezastupiteľným pokročilým novým materiálom s rýchlo sa rozširujúcimi aplikáciami v oblasti high-end technológií.
2. Základné vlastnosti kremenného skla
2.1 Fyzikálne štruktúrne vlastnosti
Fyzikálna superiorita kremenného skla vyplýva z jeho rovnomernej amorfnej siete kremičitanov , s ultra nízkeho koeficientu teplotnej rozťažnosti ako jeho základnej fyzikálnej vlastnosti.
Má vynikajúcej štrukturálnej kompaktnosti a rozmernovej stability , pričom jeho koeficient teplotnej rozťažnosti je tak nízky ako 5,0×10⁻⁷/℃, čo predstavuje len 1/20 hodnoty bežného borosilikátového skla. Dokáže odolať prudkým striedavým teplotným zmenám bez prasknutia alebo deformácie. Materiál sa vyznačuje vysokou tvrdosťou, vysokou rovnosťou a vynikajúcou priepustnosťou pre svetlo , čo umožňuje ultra-presné spracovanie a spĺňa požiadavky na súčiastky s presnosťou v mikrometrovom a dokonca nanometrovom meradle.
Jedinými fyzikálnymi obmedzeniami sú vysoká tvrdosť, ktorá spôsobuje ťažkosti pri rezaní a spracovaní, a nízka húževnatosť, ktoré sa dajú efektívne optimalizovať presným brúsením a špeciálnym tepelným spracovaním.
2.2 Chemické vlastnosti
Hlavnou chemickou zložkou kvalitného kremenného skla je amorfný SiO₂ (99,95 % – 99,9999 %) , pričom stopové nečistoty, ako napríklad Al₂O₃, Fe₂O₃ a kovové ióny, sú prísne kontrolované na úrovni ppb pre vysokokvalitné triedy.
Má extrémne silnú chemickú neaktívnosť , odolný voči korózii takmer všetkých kyselín, zásad a organických rozpúšťadiel za normálnych aj vysokých teplôt; koróziu spôsobuje len kyselina fluoroobvodová a horúca koncentrovaná kyselina fosforečná. Medzitým je kremenné sklo neškodné, nezvyšuje riziko kontaminácie a nesráža sa , čo zabezpečuje bezpečné a bezkontaminované použitie v polovodičovom, lekárskom, chemickom a potravinárskom priemysle.
2.3 Tepelné vlastnosti
Kremenné sklo má vynikajúcu odolnosť voči extrémnym teplotám s teplotou mäknutia 1730 ℃ a dlhodobou nepretržitou prevádzkovou teplotou 1200 ℃ . Vyznačuje sa vynikajúcou tepelnou stabilitou pri vysokých teplotách a ultranízkou tepelnou vodivosťou, pričom udržiava stabilné fyzikálne a optické vlastnosti bez deformácií, puzdier alebo kryštalizácie pri dlhodobej prevádzke za vysokých teplôt.
Jeho vynikajúca odolnosť voči tepelným šokom ho robí spoľahlivým izolačný materiál odolný voči vysokým teplotám, zabezpečujúci tepelnú stabilizáciu a ochranu pred popáleninami široko sa používa v extrémnych priemyselných prostrediach s vysokou teplotou.
3. Výhody kremenného skla
3.1 Výkon prenosu svetla v ultraširokom spektre
Vysoká priepustnosť pre celé spektrum svetla je základnou konkurenčnou výhodou kremenného skla. Na rozdiel od bežného optického skla dosahuje stabilnú vysokú priepustnosť v rozsahu hĺbky ultrafialového, viditeľného a stredného infračerveného žiarenia .
Môže efektívne prenášať špeciálne ultrafialové a infračervené svetelné zdroje bez spektrálnej deformácie, čím zabezpečuje vysokú presnosť a stabilitu optických systémov. Jeho komplexné optické vlastnosti sú výrazne lepšie než u bežného skla a polymérnych optických materiálov a spĺňajú prísne požiadavky precíznej optiky a fotoelektrického priemyslu.
3.2 Ultra-stabilné chemické vlastnosti a vysoká čistota
Vďaka ultra vysoká chemická neaktívnosť a ultra nízky obsah nečistôt kvapcové sklo sa v prostredí s vysokou teplotou a korozívnym prostredím nezúčastňuje chemických reakcií ani nevytvára usadeniny kovových iónov. Nepotrebuje ochranný protikorózny povlak ani ďalšie opatrenia na ochranu a nevyvoláva sekundárne znečistenie presných prístrojov, chemických roztokov a polovodičových platník, čím spĺňa štandardy priemyselnej výroby s ultra vysokou čistotou.
3.3 Odolnosť voči vysokým teplotám a odolnosť voči tepelným šokom
Vlastnosti kvapcového skla extrémna odolnosť voči vysokým teplotám a odolnosť voči rýchlym zmenám teploty nedeformuje sa ani nepoškodí sa pri dlhodobej prevádzke za vysokých teplôt ani pri okamžitej striedavej expozícii studenému a horúcnemu prostrediu. Efektívne zvyšuje tepelnú stabilitu a životnosť priemyselných zariadení a optických prístrojov a umožňuje dosiahnuť vysokú spoľahlivosť materiálových vlastností v extrémnych prevádzkových podmienkach.
3.4 Trvanlivé a vysoko cenovo výhodné
Ako vysoce výkonný anorganický funkčný materiál má kvapcové sklo mimoordinárne dlhú životnosť, nulové starnutie a nulové zhoršovanie vlastností , bez potreby častej výmeny a údržby. Aj keď je technológia spracovania pokročilá, celkové dlhodobé náklady na používanie sú výrazne nižšie ako u špeciálnych zliatin a polymérnych materiálov vrcholnej kvality.
Vyznačuje sa ekologickou bezpečnosťou, nevyžaruje žiadne žiarenie a je recyklovateľný, čo dokonale vyhovuje požiadavkám presného priemyselného výrobného procesu vrcholnej kvality a udržateľného zeleného rozvoja.
4. Odvetvové aplikácie kremenného skla
4.1 Polovodičový a optoelektronický priemysel
Ako kľúčový vysokopurý pomocný materiál pre polovodiče sa kremenné sklo široko používa v difúznych peciach pre kremenné dosky, leptacích komorách a optických komponentoch pre litografiu . Jeho extrémne vysoká čistota a stabilné optické vlastnosti účinne zabránia kontaminácii kremenných dosiek a optickým odchýlkam, čím podporuje výrobu čipov s vysokou presnosťou.
4.2 Chemický a laboratórny priemysel
Vďaka vynikajúcej odolnosti voči korózii a vysokým teplotám sa vyrába z neho kremenné tégliky, reakčné nádoby, kondenzačné trubice a experimentálne prístroje vhodné pre chemické reakcie pri vysokých teplotách, čistenie roztokov a presné laboratórne testovanie.
4.3 Optický a osvetľovací priemysel
Vďaka vynikajúcej priepustnosti pre ultrafialové a infračervené žiarenie sa kremenné sklo používa na Trubice UV lampy, infračervené vyhrievacie šošovky, presné optické šošovky a okná laserových zariadení . Je nevyhnutným základným materiálom pre sterilizačné lampy v medicíne, priemyselné vyhrievacie zariadenia a zariadenia pre optické komunikácie.
4.4 Vysokoteplotná priemyselná výroba
Po spracovaní na kremenné trubice, kremenné dosky a špeciálne tvarované konštrukčné diely sa používa na izoláciu priemyselných pecí, pozorovacie okná pri vysokých teplotách a tepelne odolné konštrukčné príslušenstvo. Efektívne zvyšuje bezpečnosť pri vysokých teplotách a prevádzkovú stabilitu priemyselných výrobných liniek.
4.5 Zdravotnícky a ochranársky priemysel
Vysočiasto čisté kvapcové sklo pre lekárske účely je netoxické a sterilné, široko sa používa v lekárskej UV dezinfekčnej technike, nádobách na biologické reakcie a zariadeniach na sterilizáciu vody . Jeho stabilný a bezpečný výkon spĺňa prísne lekárske a environmentálne hygienické normy.
Technické údaje priehľadnej kremičitej sklenenej rúrky
| Vlastnosť Obsah |
Jednotka |
Vlastnosť Index |
| SIO2 čistota |
% |
99.95 |
| Hustota |
k g/cm³ |
2.2×103 |
| Pevnosť |
KHN 100 |
570 |
| Medza pevnosti v ťahu |
Pa(N/ ㎡) |
4.8×107 |
| Sťažovacia pevnosť |
Pa |
>1.1×109 |
| Súčiniteľ tepelného rozťažnosti |
cm/cm℃ |
5.5×10-7 |
| Tepelná vodivosť |
W/m℃ |
1.4 |
| Konkrétna teplotná kapacita |
J/kg℃ |
660 |
| Teplota mäknutia |
℃ |
1630 |
| Nepretržitá maximálna prevádzková teplota |
℃ |
1100 |
EN
