ท่อกระจกควอทซ์สีขาวขุ่นทนอุณหภูมิสูง แบบกำหนดเอง

กระบวนการผลิตและลำดับงานการผลิตหลอดแก้วควอตซ์

หลอดควอตซ์ผลิตขึ้นเป็นส่วนใหญ่จากควอตซ์หลอม (ซิลิกอนไดออกไซด์ที่ไม่มีรูปผลึก) วิธีการทางอุตสาหกรรมที่ทันสมัยและพบมากที่สุดสำหรับการผลิตหลอดควอตซ์ความยาวต่อเนื่องคือ กระบวนการหลอมและการดึงอย่างต่อเนื่อง

ลำดับงานทั้งหมดสามารถแบ่งออกเป็นสองขั้นตอนหลัก:

ขั้นตอนที่ 1: การหลอมอย่างต่อเนื่องและการดึงหลอด (กระบวนการหลัก)

นี่คือขั้นตอนสำคัญที่วัตถุดิบถูกเปลี่ยนให้กลายเป็นหลอดควอตซ์อย่างต่อเนื่อง

• การเตรียมวัตถุดิบ

• วัสดุ: ทรายควอตซ์ธรรมชาติบริสุทธิ์สูง หรือเม็ดควอตซ์สังเคราะห์ (จากกระบวนการฟิวชั่นเปลวไฟ) ระดับความบริสุทธิ์จะถูกเลือกตามการใช้งานสุดท้าย (เช่น ด้านออปติก เซมิคอนดักเตอร์)
• การแปรรูป: วัตถุดิบจะผ่านการทำความสะอาดอย่างเข้มงวด การชะล้างด้วยกรด และการอบแห้ง เพื่อกำจัดไอออนโลหะ ฝุ่น และความชื้น

• การป้อนวัสดุและการหลอมอย่างต่อเนื่อง

• วัสดุควอตซ์ที่ผ่านการกำจัดสิ่งเจือปนแล้วจะถูกป้อนอย่างต่อเนื่องเข้าไปในเตาหลอมแนวตั้งพิเศษแบบต่อเนื่อง
• ห้องเตาโดยทั่วไปทำจากโลหะทนไฟ (เช่น โมลิบดีนัม) หรือกราไฟต์ และจะถูกเก็บรักษาไว้ภายใต้บรรยากาศป้องกัน (เช่น ฮีเลียม ไนโตรเจน) เพื่อป้องกันการเกิดออกซิเดชันและการปนเปื้อน
• อุณหภูมิสูง (ประมาณ 2000 °องศาเซลเซียส) จะถูกสร้างขึ้นผ่านขั้วไฟฟ้าที่ทำจากกราไฟต์หรือทังสเตน ทำให้วัสดุดิบหลอมละลายในส่วนด้านบนของเตาจนกลายเป็นลาวามวลควอตซ์ที่มีความสม่ำเสมอและปราศจากฟอง

• การขึ้นรูปและการดึงเป็นท่อ

• ควอตซ์ที่อยู่ในสถานะหลอมเหลวไหลลงมาที่ด้านล่างของเตาและผ่านแม่พิมพ์ขึ้นรูปที่มีความแม่นยำหรือแกนกลาง
• แม่พิมพ์นี้จะกำหนดขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางภายนอกและความหนาของผนังท่อขั้นสุดท้าย โดยทั่วไปเป็นแม่พิมพ์กราไฟต์ที่ทนต่ออุณหภูมิสูงแบบวงกลมซ้อนกัน
• ด้วยการควบคุมอุณหภูมิของมวลหลอม อัตราความหนืด ความเร็วในการดึง และแรงดันก๊าซภายในอย่างแม่นยำ กระจกควอตซ์ที่นิ่มตัวแล้วจะถูก "ดึง" ขึ้นหรือลงเป็นท่อต่อเนื่องที่มีมิติคงที่

• การปรับปรุง

• ท่อกระจกควอตซ์ที่เพิ่งสร้างใหม่มีความเครียดทางความร้อนภายในอยู่มากเนื่องจากการเย็นตัวที่ไม่สม่ำเสมอ ทำให้มีความเปราะบางอย่างยิ่ง
• หลอดที่ผ่านการดึงแล้วจะถูกส่งผ่านเตาอบอีลิมิเนชันแบบต่อเนื่อง (เลอร์) โดยทันที เตาอบนี้ให้โซนการเย็นตัวที่ช้าและควบคุมได้อย่างแม่นยำ ทำให้หลอดสามารถเย็นตัวลงอย่างค่อยเป็นค่อยไปในช่วงอุณหภูมิวิกฤต (เช่น 1100 °เซลเซียส ถึง 800 °เซลเซียส)
• จุดประสงค์: เพื่อลดแรงเครียดภายในอย่างถาวร ซึ่งจะช่วยทำให้คุณสมบัติทางกลของหลอดควอตซ์มีความเสถียร และป้องกันไม่ให้เกิดการแตกร้าวระหว่างการจัดการหรือการใช้งานในขั้นตอนต่อไป

• การตัดและการตรวจสอบเบื้องต้น

• ตัดหลอดต่อเนื่องเป็นความยาวมาตรฐาน
• ทำการตรวจสอบเบื้องต้นเพื่อหาข้อบกพร่องที่มองเห็นได้ เช่น ฟองอากาศ สิ่งเจือปน รอยขีดข่วน และตรวจสอบความคลาดเคลื่อนของขนาด (เส้นผ่านศูนย์กลางภายนอกและความหนาของผนัง)

ขั้นตอนที่ 2: การแปรรูปขั้นที่สอง (การปรับแต่งตามการใช้งานปลายทาง)

หลอดกึ่งสำเร็จรูปจะผ่านกระบวนการตกแต่งต่างๆ ที่ออกแบบมาเฉพาะตามข้อกำหนดของลูกค้า

• การตัดและการกลึงปลาย

• การตัด: ท่อแก้วควอตซ์จะถูกตัดให้ได้ความยาวตามต้องการโดยใช้เครื่องตัดพิเศษสำหรับควอตซ์ (เช่น เลื่อยใบมีดเพชร หรือเครื่องตัดเลเซอร์) เพื่อให้ปลายตัดเรียบและตรง โดยไม่มีรอยแตกร้าวหรือสลาย
• การเจียรขอบ/ทำเป็นแนวเอียง: ปลายที่ถูกตัดจะถูกขัดให้เรียบและมนเพื่อป้องกันการรวมตัวของแรงดึง และเพื่อความปลอดภัยของผู้ปฏิบัติงาน

• การทำความสะอาด

• ใช้กระบวนการล้างอย่างละเอียดด้วยน้ำบริสุทธิ์สูง สารละลายกรด (เช่น ผสม HF/HNO 3 และตัวทำละลาย เพื่อกำจัดสิ่งปนเปื้อนทั้งหมดที่เกิดขึ้นระหว่างกระบวนการตัดและการจัดการ

• การอบความร้อน (การขัดผิวด้วยเปลวไฟ)

• จุดประสงค์: สำหรับการใช้งานที่ต้องการความบริสุทธิ์สูงและพื้นผิวด้านในเรียบ (เช่น ในอุตสาหกรรมชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์) ปลายท่อหรือพื้นผิวด้านในทั้งหมดอาจได้รับการขัดผิวด้วยเปลวไฟ
• วิธีการ: พื้นผิวท่อแก้วควอตซ์จะถูกให้ความร้อนชั่วขณะจนถึงจุดอ่อนตัว โดยใช้เปลวไฟไฮโดรเจน-ออกซิเจน หรืออาร์กพลาสมา แรงตึงผิวจะทำให้ชั้นที่หลอมละลายเรียบและผนึกสนิทอย่างสมบูรณ์ ช่วยกำจัดรอยแตกจุลภาค ลดความหยาบของพื้นผิว และขจัดสิ่งปนเปื้อนบนผิว
• ผลลัพธ์: หลอดแก้วควอตซ์ที่ผ่านกระบวนการขัดผิวด้วยไฟแสดงถึงความแข็งแรงเชิงกลที่สูงขึ้น และมีความต้านทานต่อการกลายเป็นผลึก (devitrification) ที่เพิ่มขึ้น

• การดัดและการปิดผนึก

• การดัดด้วยความร้อน: สำหรับรูปร่างพิเศษ จะมีการให้ความร้อนกับส่วนหนึ่งของหลอดแก้วควอตซ์จนนิ่ม จากนั้นจึงดัดโค้งตามแบบหรือแม่พิมพ์
• การปิดปลาย: ปลายของหลอดแก้วควอตซ์จะถูกรวมตัวและปิดด้วยเปลวไฟอุณหภูมิสูง เพื่อสร้างแอมพูล ปลอก หรือภาชนะปิดอื่นๆ จากควอตซ์

ข้อได้เปรียบของหลอดแก้วควอตซ์

• หลอดแก้วควอตซ์คือ ความต้านทานต่อการกัดกร่อน

นอกจากกรดไฮโดรฟลูออริกแล้ว แก้วควอตซ์แทบไม่ทำปฏิกิริยากับกรดอื่นๆ ที่ใช้ในการบำบัดทางเคมี โดยความต้านทานต่อกรดของมันสูงกว่าเซรามิกทนกรด 30 เท่า และสูงกว่าสแตนเลสสตีล 150 เท่า

• มีสมรรถนะการเป็นฉนวนไฟฟ้าได้อย่างยอดเยี่ยม

ค่าความต้านทานของหลอดแก้วควอตซ์เทียบเท่ากับกระจกธรรมดาถึง 10,000 เท่า จึงเป็นวัสดุฉนวนไฟฟ้าที่ยอดเยี่ยม และยังคงรักษาน้ำหนักคุณสมบัติทางไฟฟ้าที่ดีไว้ได้แม้ในอุณหภูมิสูง ‌

• ความต้านทานอุณหภูมิสูง

ความสามารถของหลอดแก้วควอตซ์ในการรักษาสมรรถนะและความมั่นคงของโครงสร้างในสภาวะแวดล้อมที่มีอุณหภูมิสูง

สาขาการประยุกต์ใช้งาน

หลอดแก้วควอตซ์ใช้เป็นหลักในแหล่งกำเนิดแสงไฟฟ้า อุปกรณ์ไฟฟ้า (อิเล็กทรอนิกส์) เซมิคอนดักเตอร์ การสื่อสารด้วยแสง อุตสาหกรรมทหาร เหล็กกล้า วัสดุก่อสร้าง อุตสาหกรรมเคมี เครื่องจักร พลังงานไฟฟ้า และการปกป้องสิ่งแวดล้อม

ข้อมูลทางเทคนิคของหลอดควอตซ์แบบทึบ