1. ภาพรวมของแก้วควอตซ์
1.1 นิยามและการก่อตัว
แก้วควอตซ์ หรือที่เรียกกันอีกอย่างว่า แก้วซิลิกาหลอมรวม เป็นวัสดุแก้วอนินทรีย์ชนิดพิเศษที่มีความบริสุทธิ์สูงมาก และมีคุณสมบัติทางกายภาพและเคมีโดยรวมที่โดดเด่น ผลิตขึ้นโดยใช้ ผลึกควอตซ์ความบริสุทธิ์สูง หรือวัตถุดิบซิลิกาสังเคราะห์ เป็นวัตถุดิบหลัก ผ่านกระบวนการหลอมที่อุณหภูมิสูงพิเศษ การทำให้ใสปราศจากฟองอากาศ การขึ้นรูป และการอบช้าแบบแม่นยำ
ต่างจากแก้วทั่วไป แก้วควอตซ์ใช้เทคโนโลยีการหลอมที่ อุณหภูมิสูงพิเศษระหว่าง 2,000–2,300 องศาเซลเซียส เพื่อหลอมวัตถุดิบซิลิกาให้ละลายอย่างสมบูรณ์ และกำจัดโครงสร้างผลึกภายในออกทั้งหมด จนเกิดเป็นสถานะแก้วที่ไม่มีรูปผลึก (amorphous) อย่างสม่ำเสมอ หลังจากผ่านกระบวนการควบคุมอุณหภูมิอย่างเข้มงวดและการผ่อนคลายแรงเครียดแล้ว วัสดุจะมีคุณสมบัติเชิงโครงสร้างที่มีเสถียรภาพ วัตถุดิบและผลิตภัณฑ์สำเร็จรูปคุณภาพสูงของแก้วควอตซ์ส่วนใหญ่ผลิตและแปรรูปในเขตอุตสาหกรรมหลัก เช่น จีน สหรัฐอเมริกา เยอรมนี และญี่ปุ่น เพื่อรองรับภาคอุตสาหกรรมขั้นสูงและงานการผลิตที่ต้องการความแม่นยำสูงทั่วโลก
1.2 การจัดจำแนกประเภทและมาตรฐานระดับคุณภาพ
ขึ้นอยู่กับกระบวนการผลิตและชนิดของวัตถุดิบ แก้วควอตซ์แบ่งออกเป็นสองประเภทหลัก ได้แก่ แก้วควอตซ์หลอมรวมจากธรรมชาติ และ แก้วควอตซ์หลอมรวมสังเคราะห์ .
แก้วควอตซ์หลอมรวมจากธรรมชาติผลิตโดยการหลอมทรายควอตซ์บริสุทธิ์สูงโดยตรง จึงมีสมรรถนะที่เสถียรและข้อได้เปรียบด้านต้นทุนสำหรับการใช้งานอุตสาหกรรมทั่วไป ส่วนแก้วควอตซ์หลอมรวมสังเคราะห์ผลิตจากการไฮโดรไลซิสในเฟสก๊าซของสารประกอบซิลิคอนบริสุทธิ์สูง ทำให้มีปริมาณสิ่งเจือปนต่ำมากและสมรรถนะทางแสงเหนือกว่า
สินค้าระดับสูง เกรดเพื่อการใช้งานด้านแสง ระดับเซมิคอนดักเตอร์ และระดับการแพทย์ แก้วควอตซ์ผ่านกระบวนการกำจัดสิ่งเจือปนหลายขั้นตอนและการอบช้าด้วยความแม่นยำสูง ซึ่งสอดคล้องตาม มาตรฐานเซมิคอนดักเตอร์ SEMI ข้อกำหนดด้านความปลอดภัยอุตสาหกรรมขององค์การอาหารและยาสหรัฐอเมริกา (FDA) และสหภาพยุโรป ด้วยความบริสุทธิ์สูงพิเศษ ทนต่ออุณหภูมิสุดขั้ว และมีเสถียรภาพทางแสงที่โดดเด่น แก้วควอตซ์จึงเป็นวัสดุใหม่ขั้นสูงที่ไม่สามารถแทนที่ได้ และมีการขยายขอบเขตการใช้งานขั้นสูงอย่างรวดเร็ว
2. คุณสมบัติหลักของแก้วควอตซ์
2.1 คุณลักษณะโครงสร้างทางกายภาพ
ความเหนือกว่าทางกายภาพของกระจกควอตซ์เกิดจาก โครงสร้างเครือข่ายซิลิกาแบบไม่มีผลึกที่สม่ำเสมอ , กับ สัมประสิทธิ์การขยายตัวเชิงความร้อนต่ำมากเป็นพิเศษ ซึ่งเป็นคุณลักษณะทางกายภาพหลักของมัน
มีค่าความยืดตัวภายใต้แรงดึงได้ถึง ความหนาแน่นเชิงโครงสร้างสูงและความเสถียรของขนาดที่ยอดเยี่ยม , มีสัมประสิทธิ์การขยายตัวจากความร้อนต่ำเพียง 5.0×10⁻⁷/°C ซึ่งเท่ากับเพียง 1/20 ของกระจกโบโรซิลิเกตทั่วไป วัสดุชนิดนี้สามารถทนต่อการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิอย่างรุนแรงระหว่างความเย็นจัดกับความร้อนจัดได้โดยไม่แตกร้าวหรือบิดเบี้ยว วัสดุนี้มีคุณสมบัติ ความแข็งสูง ความเรียบสูง และการส่งผ่านแสงที่ดีเยี่ยม , รองรับกระบวนการขึ้นรูปแบบความแม่นยำสูงเพื่อให้บรรลุข้อกำหนดของชิ้นส่วนที่มีความแม่นยำระดับไมโครเมตร หรือแม้แต่ระดับนาโนเมตร
ข้อจำกัดทางกายภาพเพียงประการเดียวคือความแข็งสูงซึ่งทำให้การตัดและการขึ้นรูปทำได้ยาก และความเหนียวต่ำ ซึ่งสามารถปรับปรุงให้ดีขึ้นได้อย่างมีประสิทธิภาพผ่านกระบวนการขัดแบบความแม่นยำสูงและการอบร้อนพิเศษ
2.2 สมบัติทางเคมี
องค์ประกอบทางเคมีหลักของกระจกควอตซ์คุณภาพสูงคือ siO₂ แบบไม่มีผลึก (99.95%–99.9999%) , พร้อมด้วยสิ่งเจือปนในปริมาณน้อยมาก เช่น Al₂O₃, Fe₂O₃ และไอออนของโลหะ ซึ่งควบคุมอย่างเข้มงวดให้อยู่ในระดับพีพีบี (ppb) สำหรับเกรดคุณภาพสูง
มีคุณสมบัติ มีความเฉื่อยทางเคมีสูงมาก , ทนต่อการกัดกร่อนจากกรดเกือบทั้งหมด ด่าง และตัวทำละลายอินทรีย์ภายใต้สภาวะปกติและอุณหภูมิสูง โดยมีเพียงกรดไฮโดรฟลูออริกและกรดฟอสฟอริกเข้มข้นร้อนเท่านั้นที่สามารถกัดกร่อนได้ ขณะเดียวกัน แก้วควอตซ์นั้น ไม่มีพิษ ไม่เป็นอันตราย และไม่ก่อให้เกิดการตกตะกอน , จึงมั่นใจได้ถึงการใช้งานอย่างปลอดภัยและไม่ก่อให้เกิดมลพิษในสาขาอุตสาหกรรมเซมิคอนดักเตอร์ การแพทย์ เคมีภัณฑ์ และการแปรรูปอาหาร
2.3 สมบัติทางความร้อน
แก้วควอตซ์มีความต้านทานต่ออุณหภูมิสุดขีดอย่างโดดเด่น ด้วยจุดอ่อนตัวที่ 1730 องศาเซลเซียส และเป็น อุณหภูมิในการใช้งานต่อเนื่องระยะยาวที่ 1200 องศาเซลเซียส . มีความเสถียรทางความร้อนที่ยอดเยี่ยมในสภาวะอุณหภูมิสูง และมีการนำความร้อนต่ำเป็นพิเศษ จึงรักษาคุณสมบัติทางกายภาพและแสงได้อย่างคงที่โดยไม่เกิดการเปลี่ยนรูป ฟองอากาศ หรือการตกผลึกภายใต้สภาวะการทำงานที่มีอุณหภูมิสูงเป็นเวลานาน
ความต้านทานต่อการช็อกจากความร้อนที่เหนือกว่าทำให้เป็นวัสดุที่เชื่อถือได้ วัสดุที่มีคุณสมบัติในการกันความร้อนที่อุณหภูมิสูง คงเสถียรภาพทางความร้อน และป้องกันการลวก ใช้งานอย่างแพร่หลายในสถานการณ์อุตสาหกรรมที่มีอุณหภูมิสูงขั้นสุด
3. ข้อได้เปรียบของกระจกควอตซ์
3.1 ประสิทธิภาพการส่งผ่านแสงในช่วงสเปกตรัมกว้างพิเศษ
การส่งผ่านแสงสูงแบบเต็มสเปกตรัม เป็นข้อได้เปรียบในการแข่งขันหลักของกระจกควอตซ์ ซึ่งแตกต่างจากแก้วออปติคัลทั่วไป ที่สามารถให้การส่งผ่านแสงสูงอย่างเสถียรครอบคลุม ช่วงรังสีอัลตราไวโอเลตเชิงลึก แสงที่มองเห็น ไปจนถึงช่วงรังสีอินฟราเรดกลาง .
สามารถส่งผ่านแหล่งกำเนิดแสงอัลตราไวโอเลตและอินฟราเรดพิเศษได้อย่างมีประสิทธิภาพโดยไม่เกิดการบิดเบือนของสเปกตรัม จึงรับประกันความแม่นยำสูงและความเสถียรสูงของระบบออปติคัล ประสิทธิภาพด้านออปติคัลโดยรวมของวัสดุชนิดนี้เหนือกว่ากระจกทั่วไปและวัสดุออปติคัลประเภทพอลิเมอร์อย่างมาก จึงตอบสนองความต้องการที่เข้มงวดของอุตสาหกรรมออปติคัลขั้นสูงและอุตสาหกรรมโฟโตอิเล็กทรอนิกส์
3.2 ความเสถียรทางเคมีสูงพิเศษและคุณสมบัติความบริสุทธิ์สูงพิเศษ
เนื่องจาก มีความเฉื่อยทางเคมีสูงมากและมีปริมาณสิ่งเจือปนต่ำมาก แก้วควอตซ์จะไม่เกิดปฏิกิริยาเคมีหรือตกตะกอนไอออนโลหะในสภาวะที่มีอุณหภูมิสูงและมีฤทธิ์กัดกร่อน มันไม่จำเป็นต้องใช้สารเคลือบป้องกันการกัดกร่อนหรือมาตรการป้องกันเสริมใดๆ และจะไม่ก่อให้เกิดมลพิษรองต่อเครื่องมือความแม่นยำ สารละลายเคมี และเวเฟอร์เซมิคอนดักเตอร์ จึงสอดคล้องตามมาตรฐานการผลิตอุตสาหกรรมที่มีความบริสุทธิ์สูงพิเศษ
3.3 ความต้านทานต่ออุณหภูมิสูงและความต้านทานต่อการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิอย่างรวดเร็ว
คุณสมบัติของแก้วควอตซ์ ความต้านทานต่ออุณหภูมิสูงขั้นสุดและทนต่อการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิอย่างรวดเร็ว มันจะไม่บิดเบี้ยวหรือเสียหายภายใต้การใช้งานที่มีอุณหภูมิสูงเป็นเวลานาน หรือเมื่อมีการสลับระหว่างความเย็นกับความร้อนอย่างฉับพลัน ซึ่งช่วยปรับปรุงความมั่นคงที่อุณหภูมิสูงและอายุการใช้งานของอุปกรณ์อุตสาหกรรมและอุปกรณ์ออปติกได้อย่างมีประสิทธิภาพ ทำให้สามารถแสดงสมรรถนะของวัสดุที่มีความน่าเชื่อถือสูงในสภาพแวดล้อมการทำงานที่รุนแรง
3.4 ทนทานและมีประสิทธิภาพในการใช้งานสูง
ในฐานะวัสดุฟังก์ชันอนินทรีย์ประสิทธิภาพสูง แก้วควอตซ์มี อายุการใช้งานยาวนานพิเศษ ไม่มีการเสื่อมสภาพจากอายุ และไม่มีการเสื่อมคุณภาพ โดยไม่จำเป็นต้องเปลี่ยนหรือบำรุงรักษาบ่อยครั้ง แม้เทคโนโลยีการผลิตจะซับซ้อน แต่ต้นทุนรวมในการใช้งานระยะยาวต่ำกว่าวัสดุโลหะผสมพิเศษและพอลิเมอร์ระดับสูงอย่างมาก
มีคุณสมบัติเป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม ไม่มีรังสี และสามารถนำกลับมาใช้ใหม่ได้ จึงสอดคล้องกับข้อกำหนดด้านการผลิตอุตสาหกรรมขั้นสูงที่เน้นความแม่นยำและการพัฒนาสีเขียวอย่างยั่งยืน
4. การประยุกต์ใช้กระจกควอตซ์เฉพาะอุตสาหกรรม
4.1 อุตสาหกรรมเซมิคอนดักเตอร์และออปโตอิเล็กทรอนิกส์
ในฐานะวัสดุเสริมความบริสุทธิ์สูงหลักสำหรับอุตสาหกรรมเซมิคอนดักเตอร์ กระจกควอตซ์ถูกนำมาใช้อย่างแพร่หลายใน เตาอบกระจายเวฟเฟอร์ (wafer diffusion furnaces), ห้องกัดกร่อน (etching chambers), และองค์ประกอบทางแสงสำหรับระบบลิเทอร์โรกราฟี (lithography optical components) ความบริสุทธิ์สูงพิเศษและประสิทธิภาพเชิงแสงที่เสถียรของกระจกควอตซ์ช่วยป้องกันการปนเปื้อนของเวฟเฟอร์และข้อผิดพลาดของแสงได้อย่างมีประสิทธิภาพ สนับสนุนการผลิตชิปที่มีความแม่นยำสูง
4.2 อุตสาหกรรมเคมีและห้องปฏิบัติการ
ด้วยคุณสมบัติต้านทานการกัดกร่อนได้ดีเยี่ยมและทนต่ออุณหภูมิสูง จึงถูกนำมาผลิตเป็น ภาชนะหลอมควอตซ์ ภาชนะปฏิกิริยา ท่อกลั่น และเครื่องมือทดลอง เหมาะสำหรับการใช้งานในสถานการณ์ที่ต้องการปฏิกิริยาเคมีที่อุณหภูมิสูง การทำให้สารละลายบริสุทธิ์ และการทดสอบในห้องปฏิบัติการแบบแม่นยำ
4.3 อุตสาหกรรมแสงและอุปกรณ์ออปติก
ด้วยคุณสมบัติในการส่งผ่านรังสีอัลตราไวโอเลตและรังสีอินฟราเรดได้ดีเยี่ยม แก้วควอตซ์จึงถูกนำมาใช้ใน หลอดไฟ UV เลนส์ให้ความร้อนด้วยรังสีอินฟราเรด เลนส์ออปติกแบบแม่นยำ และหน้าต่างอุปกรณ์เลเซอร์ ซึ่งเป็นวัสดุหลักที่จำเป็นสำหรับโคมฆ่าเชื้อทางการแพทย์ อุปกรณ์ให้ความร้อนในอุตสาหกรรม และอุปกรณ์การสื่อสารด้วยแสง
4.4 การผลิตอุตสาหกรรมที่อุณหภูมิสูง
สามารถแปรรูปเป็นท่อควอตซ์ แผ่นควอตซ์ และชิ้นส่วนโครงสร้างรูปทรงพิเศษ นำไปใช้ในงานฉนวนเตาอุตสาหกรรม หน้าต่างสังเกตการณ์ที่ทนความร้อนสูง และอุปกรณ์เสริมโครงสร้างที่ทนความร้อน ช่วยยกระดับความปลอดภัยภายใต้อุณหภูมิสูงและความเสถียรในการดำเนินงานของสายการผลิตอุตสาหกรรมได้อย่างมีประสิทธิภาพ
4.5 อุตสาหกรรมการแพทย์และสิ่งแวดล้อม
แก้วควอตซ์เกรดการแพทย์ที่มีความบริสุทธิ์สูงไม่มีพิษและปลอดเชื้อ ใช้กันอย่างแพร่หลายใน อุปกรณ์ฆ่าเชื้อด้วยรังสีอัลตราไวโอเลตสำหรับการแพทย์ ภาชนะปฏิกิริยาทางชีวภาพ และอุปกรณ์ทำน้ำให้บริสุทธิ์ด้วยการฆ่าเชื้อ ประสิทธิภาพที่มีความเสถียรและปลอดภัยของวัสดุชนิดนี้สอดคล้องตามมาตรฐานด้านสุขอนามัยที่เข้มงวดสำหรับงานทางการแพทย์และสิ่งแวดล้อม
ข้อมูลทางเทคนิคของท่อกlass Quartz ใส
| คุณสมบัติ |
หน่วย |
ค่ามาตรฐาน |
| ความบริสุทธิ์ของ SIO2 |
% |
99.95 |
| ความหนาแน่น |
k g/cm³ |
2.2×103 |
| ความแข็งแรง |
KHN 100 |
570 |
| ความแข็งแรงดึง |
ปาสคาล (N/ ㎡) |
4.8×107 |
| ความแข็งแรงในการบีบอัด |
Pa |
>1.1×109 |
| สัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อน |
ซม./ซม.℃ |
5.5×10-7 |
| ความนำความร้อน |
วัตต์/เมตร·เคลวิน |
1.4 |
| ความร้อนเฉพาะ |
จูล/กิโลกรัม·เคลวิน |
660 |
| จุดละลาย |
℃ |
1630 |
| อุณหภูมิการทำงานสูงสุดที่ใช้งานต่อเนื่องได้ |
℃ |
1100 |
EN
