แผ่นควอทซ์ฟิวส์ใสกลม มีการส่งผ่านรังสี UV สูง

วัสดุหลักของแผ่นควอตซ์ฟิวส์คือซิลิกาในรูปแบบไม่มีระเบียบ ซึ่งไม่มีผลพีโซอิเล็กทริก อย่างไรก็ตาม คุณสมบัติทางแสงที่ยอดเยี่ยม (การส่งผ่านแสงได้สูง ช่วงความยาวคลื่นการส่งผ่านกว้าง) สัมประสิทธิการขยายตัวจากความร้อนต่ำมาก ความคงตัวทางเคมีสูง และความทนทานต่อความร้อน ทำให้วัสดุนี้ถูกใช้อย่างแพร่หลายในด้านออปติก เซมิคอนดักเตอร์ การสื่อสารด้วยแสง และสาขาอื่นๆ

 หัวใจสำคัญของกระบวนการผลิตแผ่นควอตซ์ฟิวส์ใสนั้นคือการหลอมวัตถุดิบผงทรายควอตซ์ที่อุณหภูมิสูงเพื่อสร้างเป็นแก้วเนื้อเดียว จากนั้นจึงผ่านกระบวนการขึ้นรูปขณะร้อนและการตัดแต่งขณะเย็น

ขั้นตอนที่หนึ่ง: การเตรียมวัตถุดิบและการหลอม

ขั้นตอนนี้เป็นพื้นฐานของกระบวนการทั้งหมด ซึ่งกำหนดความบริสุทธิ์และคุณสมบัติพื้นฐานของวัสดุ

1. การคัดเลือกและแปรรูปวัตถุดิบสำหรับแผ่นแก้วควอทซ์

• วัตถุดิบ: ใช้ทรายควอทซ์ธรรมชาติความบริสุทธิ์สูง หรือผงซิลิคอนสังเคราะห์ สำหรับการใช้งานระดับออพติคอลจะต้องมีความบริสุทธิ์สูงมาก โดยปกติแล้วปริมาณสิ่งเจือปนของโลหะรวมควรต่ำกว่าไม่กี่ส่วนในล้าน (ppm)
• การแปรรูป: วัตถุดิบจำเป็นต้องได้รับการทำความสะอาดด้วยวิธีทางกายภาพและเคมี เช่น การลอยตัว การแยกแม่เหล็ก และการล้างด้วยกรด เพื่อกำจัดสิ่งเจือปน เช่น ไอออนโลหะและฝุ่น

2. การหลอมละลาย

• วัตถุประสงค์: เพื่อเปลี่ยนทรายควอทซ์ผลึก (SiO 2 ) ให้กลายเป็นแก้วควอทซ์หลอมรวมแบบไม่มีรูปผลึก
• วิธีการ: มีอยู่สองประเภทหลัก
• วิธีหลอมด้วยไฟฟ้า :

ในเตาไฟฟ้าที่ป้องกันด้วยสุญญากาศหรือก๊าซเฉื่อย (เช่น อาร์กอน) จะใช้อุณหภูมิสูงกว่า 2000 °องศาเซลเซียส ซึ่งเกิดจากอาร์กไฟฟ้าจากขั้วไฟฟ้าหรือฮีตเตอร์กราไฟต์

วิธีนี้สามารถผลิตแก้วควอทซ์หลอมรวมที่มีปริมาณไฮดรอกซิล (OH) ต่ำมาก ⁻) เนื้อหา เหมาะสำหรับการใช้งานในช่วงคลื่นอัลตราไวโอเลต

• วิธีการฟิวส์เปลวไฟ:

ผงทรายควอตซ์จะถูกพ่นไปยังเป้าหมายผ่านเปลวไฟไฮโดรเจน-ออกซิเจน หรือเปลวไฟออกซิเจน-ไฮโดรเจน จากนั้นจึงสะสมทีละชั้นโดยการหุ้มเคลือบ

ควอตซ์หลอมที่ผลิตด้วยวิธีนี้มักมีปริมาณ OH ค่อนข้างสูง เหมาะสำหรับช่วงคลื่นอินฟราเรด และสามารถใช้ในการผลิตชิ้นงานดิบที่มีขนาดใหญ่

3. การขึ้นรูปและการอบอ่อน

• วัตถุประสงค์: เพื่อขึ้นรูปแก้วควอตซ์เหลวให้มีรูปร่างเบื้องต้นตามที่ต้องการ (เช่น ก้อนแท่ง แผ่น) และลดแรงเครียดภายใน
• กระบวนการ: ของเหลวแก้วควอตซ์หลอมจะถูกฉีดเข้าสู่แม่พิมพ์ หรือขึ้นรูปเป็น "ชิ้นงานดิบ" ที่มีรูปร่างเฉพาะโดยการควบคุมกระบวนการเย็นตัว จากนั้นชิ้นงานดิบจะถูกนำเข้าเตาอบอ่อนและเคลื่อนผ่านช่วงอุณหภูมิที่ควบคุมอย่างแม่นยำ (ตัวอย่างเช่น จากมากกว่า 1100 °C ลงไปต่ำกว่า 800 °กระบวนการนี้สามารถลดและทำให้ความเครียดภายในจากความร้อนมีความสม่ำเสมอมากที่สุด ซึ่งจะช่วยป้องกันการแตกร้าวหรือเสียรูปในขั้นตอนการแปรรูปหรือการใช้งานต่อไป

ข้อดีของแผ่นควอตซ์:

• คุณสมบัติทางแสงที่ยอดเยี่ยม:

• การส่งผ่านแสงได้สูง: แผ่นควอตซ์มีความสามารถในการส่งผ่านแสงได้สูงมากในช่วงสเปกตรัมกว้าง ตั้งแต่รังสีอัลตราไวโอเลต (UV) จนถึงรังสีอินฟราเรดใกล้เคียง (NIR)
• การเรืองแสงต่ำ: แผ่นควอตซ์มีพื้นหลังการเรืองแสงต่ำตามธรรมชาติ ซึ่งเป็นสิ่งสำคัญสำหรับการวัดค่าทางแสงที่ต้องการความแม่นยำสูง

• ความคงตัวทางความร้อนที่โดดเด่น:

• สัมประสิทธิ์การขยายตัวจากความร้อนต่ำมาก: มีความต้านทานต่อแรงกระแทกจากความร้อนและการเสียรูปเมื่ออุณหภูมิเปลี่ยนแปลงอย่างรวดเร็วได้ดีเยี่ยม
• จุดอ่อนตัวที่สูง: แผ่นควอตซ์สามารถทนต่ออุณหภูมิในการใช้งานที่สูงมากได้ แผ่นควอตซ์สามารถทนต่ออุณหภูมิ 1100 องศาเซลเซียสได้เป็นเวลานาน และอุณหภูมิในการทำงานชั่วคราวสูงสุดอยู่ที่ 1200 องศาเซลเซียส

• ความบริสุทธิ์ทางเคมีและความต้านทานที่ยอดเยี่ยม:

• ความเฉื่อย: มีความต้านทานการกัดกร่อนจากกรด เกลือ และโลหะส่วนใหญ่ได้สูง ยกเว้นกรดไฮโดรฟลูออริก แก้วควอตซ์แทบไม่ทำปฏิกิริยากับกรดอื่นๆ ในการบำบัดทางเคมี และมีความต้านทานต่อกรดสูงกว่าเซรามิกถึง 30 เท่า และสูงกว่าสแตนเลสสตีล 150 เท่า

• มีสมรรถนะการเป็นฉนวนไฟฟ้าได้อย่างยอดเยี่ยม :

ค่าความต้านทานของแผ่นควอตซ์เทียบเท่ากับกระจกธรรมดาถึง 10,000 เท่า เป็นวัสดุฉนวนไฟฟ้าที่ยอดเยี่ยม และยังคงรักษาน้ำสมบัติทางไฟฟ้าได้ดีแม้ที่อุณหภูมิสูง ‌

• ความบริสุทธิ์สูง: แผ่นควอตซ์สามารถผลิตได้ด้วยระดับสิ่งปนเปื้อนต่ำมาก ช่วยป้องกันการปนเปื้อนในกระบวนการที่ต้องการความไวสูง
• ฉนวนไฟฟ้าที่เหนือกว่า: แผ่นควอตซ์มีความแข็งแรงของฉนวนสูง (high dielectric strength) และการสูญเสียพลังงานต่ำ (low dielectric loss)
• เกณฑ์ความเสียหายจากเลเซอร์สูง: แผ่นควอตซ์สามารถทนต่อลำแสงเลเซอร์กำลังสูงได้โดยไม่เสียหาย ทำให้เหมาะอย่างยิ่งสำหรับการใช้งานด้านเลเซอร์

สาขาการประยุกต์ใช้งานหลัก:

• ด้านออปติกส์และโฟโตนิกส์:

• เลนส์ หน้าต่าง และปริซึม: ใช้ในอุปกรณ์ลิเทอร์กราฟียูวี ระบบเลเซอร์กำลังสูง กล้องโทรทรรศน์ และเครื่องมือสเปกโตรสโกปี
• เส้นใยแก้วนำแสง: วัสดุแกนกลางสำหรับเส้นใยแก้วนำแสงความบริสุทธิ์สูงที่ใช้ในระบบโทรคมนาคมและการถ่ายโอนข้อมูล

• การผลิตเซมิคอนดักเตอร์:

• ที่รองแผ่นเวเฟอร์และหลอดกระบวนการ: ใช้เป็นเตาเผา หลอดกระจาย และเรือขนส่งเวเฟอร์ในกระบวนการที่อุณหภูมิสูงสำหรับการเจริญเติบโตของผลึกซิลิคอนและการผลิตชิป เนื่องจากมีความบริสุทธิ์และความทนทานต่อความร้อนสูง

• การจัดแสง:

• หลอดไฟแบบคายประจุกำลังสูง (HID): ใช้วัสดุเปลือกนอกสำหรับหลอดเมอร์คิวรี หลอดฮาไลด์โลหะ และหลอดอาร์กซีนอน เพราะสามารถทนต่ออุณหภูมิสูงและรังสียูวีได้

• อุปกรณ์ห้องปฏิบัติการ:

• คิวเวตต์และภาชนะห้องปฏิบัติการ: ใช้ในการสเปกโทรสโกปี UV-Vis และในแอปพลิเคชันที่ต้องการความเฉื่อยทางเคมีและความต้านทานต่อการแตกจากความร้อน

ข้อมูลเทคนิคของแผ่นควอตซ์ใส