Základný materiál kremenného disku je amorfný kremík, ktorý nemá piezoelektrický efekt. Jeho vynikajúce optické vlastnosti (vysoká priepustnosť svetla, široké spektrum priepustnosti), extrémne nízky koeficient tepelnej rozťažnosti, vysoká chemická stabilita a odolnosť voči teplu však spôsobujú jeho široké použitie v oblasti optiky, polovodičov, optických komunikácií a iných oblastiach.
Základom výrobného procesu priehľadného kremenného disku je roztavenie surovín z kremenného piesku pri vysokých teplotách za vzniku homogénneho sklovitého telesa, ktoré je následne spracované horúcim tvarovaním a studenou úpravou.
Fáza jedna: Príprava surovín a tavba
Toto je základ celého procesu, ktorý určuje čistotu a základné vlastnosti materiálu.
1. Výber a spracovanie surovín pre dosku z kremeňového skla
- Suroviny: Používa sa vysokočistý prírodný kremeňový piesok alebo syntetický prášok kremíka. Pre optické aplikácie je vyžadovaná extrémne vysoká čistota, pričom celkový obsah kovových nečistôt sa zvyčajne musí pohybovať pod niekoľkými milióntinami (ppm).
- Spracovanie: Suroviny je potrebné očistiť pomocou fyzikálnych a chemických metód, ako je flotácia, magnetická separácia a kyselinačenie, aby sa odstránili nečistoty ako kovové ióny a prach.
2. Tavenie
- Cieľ: Prevedenie kryštalického kremeňového piesku (SiO ₂ ) na amorfné zosilnené kremeňové sklo.
- Metódy: Existujú hlavne dva typy
-
Elektrická tavba :
V elektrickej peci chránenej vo vákuu alebo inertnom plyne (napr. argóne) sa pomocou oblúku medzi elektródami alebo grafitového ohrievača dosiahne teplota vyššia ako 2000 °°C.
Táto metóda môže produkovať zosilnené kremeňové sklo s extrémne nízkym obsahom hydroxylových skupín (OH ⁻) obsah, ktorý je vhodný pre aplikácie v ultrafialovom pásme
Prach z kremeľového piesku sa striekne na cieľ cez vodíkovo-kyslíkový plameň alebo kyslíkovo-vodíkový plameň a následne sa usadzuje vrstva po vrstve obalom.
Roztavený kremeň vyrobený touto metódou zvyčajne obsahuje relatívne vysoký obsah OH, je vhodný pre infračervené pásmo a môže byť použitý na výrobu veľkých polotovarov.
3. Tvarovanie a žíhanie
- Cieľ: Priformovať roztavené kremenné sklo do požadovaného počiatočného tvaru (napr. blok, tyč, doska) a odstrániť vnútorné napätie.
- Postup: Rôtoplyn kremenného skla sa vlieva do formy alebo sa tvorí „polotovar“ určitého tvaru riadením procesu chladenia. Následne sa polotovar umiestni do žíhacej pece a pomaly prechádza presne kontrolovaným teplotným rozsahom (napr. od vyššie ako 1100 °°C na nižšie ako 800 °Tento proces môže čo najviac minimalizovať a vyrovnať vnútorné tepelné napätie, čím sa zabráni praskaniu alebo deformácii počas následného spracovania alebo používania.
Výhody kremeňového kotúča:
- Vynikajúce optické vlastnosti:
- Vysoká priepustnosť: Kremeňový kotúč ponúka veľmi vysokú priepustnosť v širokom spektrálnom rozsahu, od hlbokého ultrafialového (UV) po blízke infračervené (NIR).
- Nízka fluorescencia: Kremeňový kotúč má zvlášť nízku pozadie fluorescence, čo je kritické pre citlivé optické merania.
- Vynikajúca tepelná stabilita:
- Vysoko nízky koeficient tepelnej rozťažnosti: Veľmi odolný voči tepelnému šoku a deformácii pri rýchlych zmenách teploty.
- Vysoký bod zmäkčovania: Kremeňový kotúč odolá veľmi vysokým prevádzkovým teplotám. Kremeňová doska odolá 1100 °C po dlhšiu dobu a krátkodobá pracovná teplota je 1200 °C.
- Vynikajúca chemická čistota a odolnosť:
- Inertnosť: Veľmi odolný voči korózii väčšinou kyselín, solí a kovov. Okrem fluórovodíkovej kyseliny kvartové sklo takmer nereaguje s inými kyselinami pri chemickom spracovaní, a jeho odolnosť voči kyselinám je 30-násobná oproti keramike a 150-násobná oproti nehrdzavejúcej ocele.
-
Vynikajúce elektrické izolačné vlastnosti :
Odporová hodnota kvartovej platne je ekvivalentná 10 000-násobku bežného skla. Je to vynikajúci elektrický izolačný materiál a udržiava dobré elektrické vlastnosti aj pri vysokých teplotách.
- Vysoká čistota: Kvartové platne možno vyrábať s extrémne nízkymi hladinami nečistôt, čím sa zabráni kontaminácii pri citlivých procesoch.
- Vynikajúca elektrická izolácia: Kvartová platňa má vysokú dielektrickú pevnosť a nízke dielektrické straty.
- Vysoký prah poškodenia laserom: Kvartová platňa vydrží silné laserové lúče bez poškodenia, čo ju robí ideálnou pre laserové aplikácie.
Hlavné oblasti použitia:
- Šošovky, okná a hranoly: Používané v zariadeniach pre UV litografiu, systémoch vysokovýkonných laserov, teleskopoch a spektroskopických prístrojoch.
- Optické vlákna: Základný materiál pre optické vlákna vysoké čistoty používané v telekomunikáciách a prenose dát.
- Nosníky pre wafera a procesné trubice: Používané ako tigle, difúzne trubice a nosníky pre wafer v procesoch pri vysokých teplotách na rast kryštálov kremíka a výrobu čipov vďaka svojej čistote a tepelnej stabilita.
- Výbojky s vysokým tlakom (HID): Používané ako obalový materiál pre ortuťové, halogénové a xenónové oblúkové lampy, pretože odolávajú vysokým teplotám a UV žiareniu.
- Kvety a laboratórna sklovinu: Používané pre UV-Vis spektroskopiu a v aplikáciách vyžadujúcich chemickú inertnosť a odolnosť voči tepelnému šoku.
Technické údaje priehľadného kremeňového kotúča
EN
