Круглий прозорий диск із сплавленого кварцу з високою передачею УФ-випромінювання

Основним матеріалом плавленого кварцових дисків є аморфний діоксид кремнію, який не має п'єзоелектричного ефекту. Однак його чудові оптичні властивості (висока світлопроникність, широкий діапазон пропускання світла), надзвичайно низький коефіцієнт теплового розширення, висока хімічна стійкість та термостійкість забезпечили йому широке застосування в оптиці, напівпровідниках, оптичному зв'язку та інших галузях.

 Основою технологічного процесу виготовлення прозорих дисків з плавленого кварцу є розплавлення сировини — кварцевого піску — при високих температурах з утворенням однорідного склоподібного тіла, після чого слідує гаряче формування та холодна обробка.

Етап перший: підготовка сировини та плавлення

Це основа всього процесу, яка визначає чистоту та базові властивості матеріалу.

1. Відбір та обробка сировини для кварцового скляного листа

• Сировина: використовується високочистий природний кварцовий пісок або синтетичний порошок кремнію. Для оптичних матеріалів потрібна надзвичайно висока чистота, загальний вміст металевих домішок зазвичай має бути меншим за кілька частин на мільйон (ppm).
• Обробка: сировину необхідно очищати фізичними та хімічними методами, такими як флотація, магнітна сепарація та кислотне промивання, щоб видалити домішки у вигляді іонів металів та пилу.

2. Плавлення

• Мета: перетворення кристалічного кварцового піску (SiO ₂ ) на аморфне плавлене кварцове скло.
• Методи: існують дві основні групи
• Електроплавильний метод :

У електричній печі, яка працює у вакуумі або в середовищі інертного газу (наприклад, аргону), температура понад 2000 °°C досягається за допомогою дуги, створеної електродами, або графітового нагрівача.

Цей метод дозволяє отримувати плавлене кварцове скло з надзвичайно низьким вмістом гідроксильних (OH ⁻) вміст, який підходить для застосування в ультрафіолетовому діапазоні

• Метод пламеневого сплавлення:

Порошок кварцового піску розпилюється на мішень за допомогою воднево-кисневого полум'я або киснево-водневого полум'я, а потім послідовно наноситься шляхом оболонки.

Кварцове скло, отримане цим методом, зазвичай містить відносно високий вміст ОН, підходить для інфрачервоного діапазону і може використовуватися для виготовлення заготовок великих розмірів.

3. Формування та відпал

• Мета: Надання розплавленому кварцовому склу необхідної початкової форми (наприклад, блоку, стрижня, пластини) та усунення внутрішніх напружень.
• Процес: Рідке розплавлене кварцове скло вливається у форму або заготовка певної форми формується шляхом контролю процесу охолодження. Потім заготовку поміщують у піч для відпалу та повільно пропускають через точно контрольований температурний діапазон (наприклад, від понад 1100 °°C до нижче 800 °Цей процес може максимально зменшити та урівняти внутрішній термічний стрес, запобігаючи тріщинам або деформації під час подальшої обробки чи експлуатації.

Переваги кварцового диска:

• Виняткові оптичні властивості:

• Висока прозорість: Кварцовий диск має дуже високу прозорість у широкому спектральному діапазоні — від глибокого ультрафіолету (УФ) до ближнього інфрачервоного (ІЧ).
• Низька флуоресценція: Кварцовий диск має природно низький рівень фонової флуоресценції, що критично важливо для чутливих оптичних вимірювань.

• Виняткова термічна стабільність:

• Надзвичайно низький коефіцієнт теплового розширення: Висока стійкість до термічного удару та деформації при різких змінах температури.
• Висока температура розм'якшення: Кварцовий диск витримує дуже високі робочі температури. Кварцова плита може довгий час витримувати температуру 1100 °C, а короткочасно — до 1200 °C.

• Виняткова хімічна чистота та стійкість:

• Інертність: Високий опір корозії більшістю кислот, солей і металів. Крім плавикової кислоти, кварцове скло майже не реагує з іншими кислотами під час хімічної обробки, а його стійкість до кислот у 30 разів вища, ніж у кераміки, та в 150 разів вища, ніж у нержавіючої сталі.

• Виняткові діелектричні властивості :

Опір кварцового диска еквівалентний 10 000 разів більший, ніж у звичайного скла. Це чудовий електричний ізоляційний матеріал, який зберігає гарні електричні властивості навіть при високих температурах. ‌

• Висока чистота: Кварцовий диск може бути виготовлений із надзвичайно низьким рівнем домішок, що запобігає забрудненню в чутливих процесах.
• Виняткове електричне ізоляційне покриття: Кварцовий диск має високу діелектричну міцність і низькі діелектричні втрати.
• Високий поріг пошкодження лазером: Кварцовий диск може витримувати потужні лазерні промені без пошкодження, що робить його ідеальним для лазерних застосувань.

Основні галузі застосування:

• Оптика та фотоніка:

• Лінзи, вікна та призми: Використовуються у УФ-літографійному обладнанні, потужних лазерних системах, телескопах та спектроскопічних інструментах.
• Оптичні волокна: Основний матеріал для високочистих оптичних волокон, що використовуються у телекомунікаціях та передачі даних.

• Виробництво напівпровідників:

• Носії пласти н і процесуальні трубки: Використовуються як тиглі, дифузійні трубки та судини для пластин у високотемпературних процесах вирощування кристалів кремнію та виготовлення мікросхем завдяки високій чистоті та термічній стабільності.

• Освітлення:

• Лампи високого тиску (HID): Використовуються як матеріал колби для ртутних, металогалогенних та ксенонових дугових ламп, оскільки здатні витримувати високі температури та УФ-випромінювання.

• Лабораторне обладнання:

• Кювети та лабораторний посуд: Використовуються для УФ-видимої спектроскопії та в застосуваннях, де потрібна хімічна інертність і стійкість до теплового удару.

Технічні дані прозорого кварцовго диска