1. Översikt över kvartsglas
1.1 Definition och bildning
Kvartsglas, även känt som smält kiseldioxidglas, är ett speciellt högpuritets-organiskt glasmaterial med utmärkta fysiska och kemiska egenskaper. Det tillverkas genom att högpuritetskvartskristaller eller syntetisk kiseldioxidråmaterial används som grundmaterial och genomgår processer som ultra-högtemperatursmältning, avlägsnande av bubblor, formning och precisionstempning.
Till skillnad från vanligt glas använder kvartsglas smältteknik vid ultra-hög temperatur (2000–2300 °C) för att fullständigt smälta kiseldioxidråmaterialen och eliminera interna kristallstrukturer, vilket ger ett enhetligt amorft glastillfälle. Efter strikt kylnings- och spänningsavlastningsbehandling erhåller materialet stabila strukturella egenskaper. Hövkvalitativa kvartsglasråmaterial och färdiga produkter tillverkas och bearbetas främst i industrizoner i Kina, USA, Tyskland och Japan, och används inom högteknologiska industriella områden och precisionsframställning världen över.
1.2 Klassificering och kvalitetsstandarder
Baserat på tillverkningsprocesser och råmaterialtyper delas kvartsglas främst in i två kategorier: naturligt smält kvartsglas och syntetiskt smält kvartsglas .
Naturligt smält kvartsglas smälts direkt från högpur kvartssand och har stabil prestanda samt kostnadsfördelar för konventionella industriella applikationer. Syntetiskt smält kvartsglas framställs genom gasfas-hydrolys av högpura kiselföreningar och har extremt låg halt av orenheter samt överlägsen optisk prestanda.
Höga optiskt grad, halvledargrad och medicinsk grad kvartsglas genomgår flerstegspurifiering och högprecisionstempning, i enlighet med SEMI:s halvledarstandarder, FDA:s och EU:s industriella säkerhetskrav . Med sin extremt höga renhet, exceptionella temperaturmotstånd och utmärkta optiska stabilitet är kvartsglas ett oumbärligt avancerat nytt material med snabbt expanderande högpresterande applikationsområden.
2. Kärnegenskaper hos kvartsglas
2.1 Fysiska strukturegenskaper
Den fysiska överlägsenheten hos kvartsglas härrör från dess enhetsstruktur av amorf kiseldioxid , med extremt låg termisk expansionskoefficient som dess grundläggande fysikaliska egenskap.
Det har utmärkt strukturell kompakthet och dimensionsstabilitet , med en termisk expansionskoefficient så låg som 5,0×10⁻⁷/°C, vilket motsvarar endast 1/20 av den vanliga borosilikatglaset. Det kan tåla kraftiga temperaturväxlingar mellan kallt och varmt utan att spricka eller deformeras. Materialet har hög hårdhet, hög planhet och utmärkt ljustransmission , vilket stödjer ultra-precisionsbearbetning för att uppfylla kraven på komponenter med mikronivåns och till och med nanonivåns precision.
De enda fysikaliska begränsningarna är den höga hårdheten, vilket leder till svår bearbetning och skärning, samt låg seghet, vilka båda kan effektivt optimeras genom precisionspolsning och särskild tempering.
2.2 Kemiska egenskaper
Den huvudsakliga kemiska komponenten i högkvalitativt kvartsglas är amorf SiO₂ (99,95–99,9999 %) , med spåravvikelser såsom Al₂O₃, Fe₂O₃ och metalljoner strikt reglerade på ppb-nivå för högkvalitativa grader.
Det har extremt stark kemisk tröghet , motstående korrosion från nästan alla syror, baser och organiska lösningsmedel vid normala och höga temperaturer, där endast vätefluorid- och varm koncentrerad fosforsyrlösning kan orsaka korrosion. Samtidigt är kvartsglas icke-toxiskt, ofarligt och icke-utfällande , vilket säkerställer säker och föroreningsfri användning inom halvledar-, medicinsk, kemisk och livsmedelsbearbetningsindustrin.
2.3 Termisk prestanda
Kvartsglas har en utmärkt motståndskraft mot extrema temperaturer med en mjukningspunkt på 1730 °C och en långsiktig kontinuerlig driftstemperatur på 1200 °C . Det har utmärkt högtemperaturtermisk stabilitet och extremt låg värmeledningsförmåga, och behåller stabila fysikaliska och optiska egenskaper utan deformation, bubblor eller kristallisering under långvarig drift vid höga temperaturer.
Dess överlägset god termiska chockbeständighet gör det till ett pålitligt högtemperaturisolering, termisk stabilisering och material mot förbränning används omfattande i extrema industriella högtemperaturscenarier.
3. Fördelar med kvartsglas
3.1 Ultra-bred spektral ljusgenomsläppande prestanda
Genomsläppande av hela spektrumet med hög ljustransmission är den centrala konkurrensfördelen för kvartsglas. Till skillnad från konventionellt optiskt glas uppnår det stabil hög genomsläppning som täcker djup ultraviolett, synligt ljus till mellaninfrarött område .
Det kan effektivt överföra särskilda ultravioletta och infraröda ljuskällor utan spektral förvrängning, vilket säkerställer hög precision och hög stabilitet i optiska system. Dess omfattande optiska prestanda är långt bättre än vanligt glas och polymeroptiska material, och uppfyller de stränga kraven inom precisionsoptik och fotoelektronikindustrin.
3.2 Ultra-stabil kemisk och högpure prestanda
Tack vare ultra-hög kemisk tröghet och ultra-låg halt av föroreningar kvartsglas ger inte upphov till kemiska reaktioner eller utfällning av metalljoner i högtemperatur- och korrosiva miljöer. Det kräver ingen korrosionsskyddande beläggning eller ytterligare skyddsåtgärder och orsakar inte sekundär förorening av precisionsinstrument, kemiska lösningar och halvledarväfors, vilket uppfyller industriella produktionsstandarder för extremt hög renhet.
3.3 Hög temperaturbeständighet och termisk chockbeständighet
Kvartsglas har egenskaperna extrem hög temperaturbeständighet och motstånd mot snabba temperaturförändringar det deformeras eller skadas inte vid långvarig drift vid hög temperatur eller vid omedelbar växling mellan kallt och varmt. Det förbättrar effektivt den höga temperaturstabiliteten och livslängden för industris utrustning och optiska enheter, vilket möjliggör materialprestanda med hög pålitlighet i extrema driftmiljöer.
3.4 Hållbart och hög kostnadsprestanda
Som ett högpresterande oorganiskt funktionsmaterial har kvartsglas en mycket lång livslängd, ingen åldring och ingen försämring , utan behov av ofta utbyte och underhåll. Trots den sofistikerade bearbetningstekniken är dess långsiktiga totala användningskostnad långt lägre än för speciallegeringar och högkvalitativa polymermaterial.
Det är miljövänligt, icke-radioaktivt och återvinningsbart, vilket perfekt uppfyller kraven inom högteknologisk industriell precisionsframställning och hållbar grön utveckling.
4. Branschspecifika tillämpningar av kvartsglas
4.1 Halvledar- och optoelektronikindustrin
Som ett kärnmaterial med hög renhet för halvledare används kvartsglas omfattande i diffusionsugnar för wafers,ätzkammare och optiska komponenter för litografi . Dess extremt höga renhet och stabila optiska egenskaper förhindrar effektivt kontaminering av wafers och optiska avvikelser, vilket stödjer tillverkning av högprecisionsskipskretsar.
4.2 Kemi- och laboratorieindustrin
Tack vare sin starka korrosionsbeständighet och höga temperaturbeständighet tillverkas det till kvartskrukor, reaktionskärl, kondensorrör och experimentella instrument lämpade för kemiska reaktioner vid höga temperaturer, rening av lösningar och precisionslaboratorietester.
4.3 Optik- och belysningsindustrin
Med utmärkt genomsläpp för ultraviolett och infrarött ljus används kvartsglas för UV-lampor, infraröda uppvärmningslinser, precisionsoptiska linser och fönster för laserutrustning det är det avgörande kärnmaterialet för medicinska desinfektionslampor, industriell uppvärmningsutrustning och optisk kommunikationsutrustning.
4.4 Högtemperaturindustritillverkning
Bearbetat till kvartsrör, kvartsplattor och formgivna konstruktionsdelar används det i isolering av industriella ugnar, observationsfönster för höga temperaturer och värmebeständiga konstruktionsdelar. Det förbättrar effektivt säkerheten vid höga temperaturer och driftstabiliteten för industriledningar.
4.5 Medicinsk industri och miljöskydd
Kvartsglas av hög renhet för medicinskt bruk är giftfritt och sterilt och används allmänt i medicinsk UV-desinfektionsutrustning, biologiska reaktionskärl och vattenreningssystem för sterilisering . Dess stabila och säkra prestanda uppfyller strikta medicinska och miljöskyddsanfordringar gällande hygien.
Tekniska data för klar kvartsglastub
| Egenskapsinnehåll |
Enhet |
Egenskapsindex |
| SIO2 renhet |
% |
99.95 |
| Densitet |
k g/cm3 |
2.2×103 |
| Styrka |
KHN 100 |
570 |
| Dragfastighet |
Pa(N/ ㎡) |
4.8×107 |
| Tryckhållfasthet |
Pa |
>1.1×109 |
| Koefficient för termisk utvidgning |
cm/cm℃ |
5.5×10-7 |
| Värmekonduktivitet |
W/m℃ |
1.4 |
| Specifik värme |
J/kg℃ |
660 |
| Glasomvandlingstemperatur |
℃ |
1630 |
| Kontinuerlig maximal drifttemperatur |
℃ |
1100 |
EN
