domov
Materiali
Kvarčno steklo, stopljeno z različnimi vrstami čistega naravnega kremena
Konstrukcijska značilnost kremenčevega stekla
Čisto kremenčevo steklo je sestavljeno iz ene same komponente silicijevega dioksida (SiO₂), vezi Si-O v kremenčevem steklu pa so razporejene v kratkoročno urejeno in dolgo dosegljivo neurejeno stanje. Zaradi močne in stabilne energije vezi Si- O vez, kremenčevo steklo ima visoko temperaturo mehčanja, odlično spektralno prepustnost, zelo nizek koeficient toplotne razteznosti in prevodnosti, zelo visoko kemično stabilnost, odpornost na sevanje in dolgo življenjsko dobo v ekstremnih pogojih.
Optična lastnost
Kvarčno steklo ima vrsto odličnih optičnih lastnosti. V primerjavi z običajnim steklom ima kremenčevo steklo visoke čistosti dobro prepustnost v izredno širokem spektru od daljnega ultravijoličnega (160 nm) do daljnega infrardečega (5 μm), kar ni na voljo pri splošnem optičnem steklu. Zaradi odlične spektralne prepustnosti in optične enakomernosti se kvarčno steklo pogosto uporablja v polprevodniški litografiji in preciznih optičnih napravah. Poleg tega ima kremenčevo steklo dobro odpornost proti sevanju, kremenčevo steklo, odporno na sevanje, se pogosto uporablja kot material za okna za vesoljska plovila, zaščitne pokrove za ključne komponente vesoljskega laboratorija.
Mehanska lastnost
Kvarčno steklo je podobno navadnemu steklu, so krhki in trd material. Enako kot pri navadnem steklu tudi na parametre trdnosti kremenčevega stekla vpliva veliko dejavnikov. Vključno s stanjem površine, geometrijo in preskusno metodo. Tlačna trdnost prozornega kremenčevega stekla je na splošno 490 ~ 1960 MPa, natezna trdnost je 50 ~ 70 MPa, upogibna trdnost je 66 ~ 108 MPa, torzijska trdnost pa približno 30 MPa.
Električne lastnosti
Kvarčno steklo je odličen elektroizolacijski material. V primerjavi z običajnim steklom ima kremenčevo steklo višjo upornost, upornost kremenčevega stekla pri sobni temperaturi pa znaša kar 1,8×1019Ω∙cm. Poleg tega ima kremenčevo steklo višjo prebojno napetost (približno 20-krat večjo od navadnega stekla) in manjšo dielektrično izgubo. Upornost kremenčevega stekla se je nekoliko zmanjšala s povišanjem temperature, upornost motnega kremenčevega stekla pa je bila nižja od upornosti kremenčevega stekla prozorno kvarčno steklo.
Toplotna lastnost
Ker je kremenčevo steklo skoraj vsa močna vez Si-O, je njegova temperatura mehčanja zelo visoka, dolgotrajna delovna temperatura pa lahko doseže 1000 ℃. Poleg tega je koeficient toplotnega raztezanja kremenčevega stekla najnižji med običajnim industrijskim steklom , njegov koeficient linearne ekspanzije pa lahko doseže 5×10-7/℃. Posebej obdelano kremenčevo steklo lahko doseže celo ničelno raztezanje. Kvarčno steklo ima tudi zelo dobro odpornost na toplotne udarce, tudi če se večkrat pojavi velika temperaturna razlika v kratkem času, ne bo počilo. Zaradi teh odličnih toplotnih lastnosti je kremenčevo steklo nenadomestljivo pri visokih temperaturah in ekstremnih delovnih okoljih.
Kremenčevo steklo visoke čistosti se lahko uporablja pri proizvodnji čipov v industriji polprevodnikov, pomožnih materialih za proizvodnjo optičnih vlaken, opazovalnih oknih za industrijske visokotemperaturne peči, močnih električnih svetlobnih virih in površini raketoplana kot toplotno izolacijska plast .Izredno nizek koeficient toplotnega raztezanja omogoča tudi uporabo kremenčevega stekla v natančnih instrumentih in materialih za leče za velike astronomske teleskope.
Kemijske lastnosti
Kvarčno steklo ima zelo dobro kemično stabilnost. Za razliko od drugega komercialnega stekla je kremenčevo steklo kemično stabilno na vodo, zato se lahko uporablja v destilatorjih vode, ki zahtevajo zelo visoko čistost vode. Kremenčevo steklo ima odlično odpornost na kislino in sol, zato se lahko uporablja v destilatorjih vode, ki zahtevajo zelo visoko čistost vode. Kremenčevo steklo ima odlično odpornost na kisline in soli. Razen fluorovodikove kisline, fosforne kisline in bazičnih raztopin soli ne reagira z večino kislin in raztopin soli. V primerjavi s kislinskimi in solnimi raztopinami ima kremenčevo steklo slabo alkalno odpornost in reagira z alkalnimi raztopinami pri visokih temperaturah. Poleg tega kremenčevo steklo in večina oksidov, kovin, nekovin in plinov ne reagirajo pri normalnih temperaturah. Zaradi izjemno visoke čistosti in dobre kemične stabilnosti je kremenčevo steklo primerno za uporabo v okoljih z visokimi proizvodnimi pogoji v proizvodnji polprevodnikov.
Druge lastnosti
Prepustnost: Struktura kremenčevega stekla je zelo ohlapna in tudi pri visokih temperaturah omogoča difuzijo ionov določenih plinov skozi mrežo. Najhitrejša je difuzija natrijevih ionov. Ta zmogljivost kremenčevega stekla je še posebej pomembna za uporabnike, na primer, ko se kremenčevo steklo uporablja kot visokotemperaturna posoda ali difuzijska cev v industriji polprevodnikov, zaradi visoke čistosti polprevodniškega materiala, ognjevarnega materiala v stiku s kremenom steklo kot oblogo peči je treba predhodno obdelati z visoko temperaturo in čiščenjem, odstraniti alkalne nečistoče kalija in natrija, nato pa ga je mogoče dati v kremenčevo steklo za uporabo.
Uporaba kremenčevega stekla
Kot pomemben material se kremenčevo steklo pogosto uporablja v optičnih komunikacijah, vesoljski industriji, električnih virih svetlobe, polprevodnikih in novi optični tehnologiji.
1. Področje optične komunikacije: kremenčevo steklo je pomožni material za proizvodnjo montažnih palic iz optičnih vlaken in vlečenje optičnih vlaken, ki služi predvsem trgu medsebojnega povezovanja baznih postaj, prihod dobe 5G pa je prinesel veliko tržno povpraševanje po optičnih vlaknih.
2. Nov vidik svetlobe: visokotlačna živosrebrna žarnica, ksenonska svetilka, žarnica z volframovim jodidom, žarnica s talijevim jodidom, infrardeča žarnica in razkužilna svetilka.
3. Polprevodniški vidik: kremenčevo steklo je nepogrešljiv material v proizvodnem procesu polprevodniških materialov in naprav, kot so gojeni germanij, lonček silicijevega monokristala, jedrna cev peči in zvončasti kozarec ... itd.
4. Na področju nove tehnologije: z odlično zmogljivostjo zvoka, svetlobe in elektrike, ultrazvočno zakasnilno linijo na radarju, infrardečim sledenjem smeri, prizmom, objektivom infrardeče fotografije, komunikacijo, spektrografom, spektrofotometrom, odbojnim oknom velikega astronomskega teleskopa , visokotemperaturno delovno okno, reaktorji, radioaktivne naprave; Rakete, Nosni stožec projektilov, šobe in kupole, Radijski izolacijski deli za umetne satelite; termotehtnica, naprava za vakuumsko adsorpcijo, natančno litje ... itd.
Kvarčno steklo se uporablja tudi v kemični industriji, metalurgiji, elektrotehniki, znanstvenih raziskavah in drugih vidikih. V kemični industriji lahko izvaja visokotemperaturno zgorevanje plina, odpornega na kisline, hladilne in prezračevalne naprave; Shranjevalna naprava; Priprava destilirane vode, klorovodikove kisline, dušikove kisline, žveplove kisline itd. in drugih fizikalnih in kemijskih poskusov. Pri visokotemperaturnem delovanju se lahko uporablja kot jedrna cev električne peči in radiator za zgorevanje plina. V optiki se lahko kremenčevo steklo in kremenčeva steklena volna uporabljata kot raketne šobe, toplotni ščit vesoljskih plovil in opazovalno okno, z eno besedo, z razvojem sodobne znanosti in tehnologije se kremenčevo steklo vse bolj uporablja na različnih področjih.
Področja uporabe kremenčevega stekla
Z odličnimi fizikalnimi in kemijskimi lastnostmi se kremenčevo steklo pogosto uporablja pri visokih temperaturah, čistosti, odpornosti proti koroziji, prepustnosti svetlobe, filtriranju in drugih specifičnih visokotehnoloških proizvodnih okoljih, je nepogrešljiv pomemben material v polprevodniških, vesoljskih in optičnih komunikacijskih področjih.
Polprevodniško polje
Izdelki iz polprevodniškega kremenčevega stekla predstavljajo 68 % trga izdelkov iz kremenčevega stekla, področje polprevodnikov pa je največje področje uporabe na trgu kremenčevega stekla v prodajni verigi. Materiali in izdelki iz kremenčevega stekla se pogosto uporabljajo v procesu izdelave polprevodniških čipov in so potrebni za prenos naprav in potrošnega materiala za votline za procese jedkanja, difuzije in oksidacije polprevodnikov.
Optično komunikacijsko polje
Kvarčne palice so glavna surovina za proizvodnjo optičnih vlaken. Več kot 95 % montažnih palic iz vlaken je razdeljenih na kremenčevo steklo visoke čistosti, veliko materialov iz kremenčevega stekla pa se porabi v proizvodnem procesu izdelave palic iz vlaken in vlečenja žice, kot so držalne palice in kremenčeve skodelice.
Optika vložena
Material iz sintetičnega kremenčevega stekla se uporablja kot leča, prizma, zaslon TFT-LCD HD in podlaga za svetlobno masko IC v vrhunskem optičnem polju.
Izdelki iz kremenčevega stekla so ključni potrošni material in surovine na različnih področjih, ki omejujejo proizvodnjo izdelkov v industriji na koncu proizvodne verige, in trenutno ni alternativnega izdelka, zato je povpraševanje po kremenčevem steklu dolgoročno. V panogah na koncu proizvodne verige, zlasti zaradi pospešenega razvoja industrije polprevodnikov in fotovoltaike, se bo blaginja industrije kremenčevega stekla še naprej povečevala.
| Plamensko taljen kremen | Električni taljeni kvarc | Neprozoren kremen | Sintetični kremen | ||
| Mehanske lastnosti | Gostota（g/cm3) | 2.2 | 2.2 | 1,95-2,15 | 2.2 |
| Youngov modul（Gpa） | 74 | 74 | 74 | 74 | |
| Poissonovo razmerje | 0,17 | 0,17 | 0,17 | ||
| Upogibanje St reng th(MPa) | 65-95 | 65-95 | 42-68 | 65-95 | |
| St reng th(MPa) | 1100 | 1100 | 1100 | ||
| Natezno trdnost(MPa) | 50 | 50 | 50 | ||
| Torzijska St vedno th(MPa) | 30 | 30 | 30 | ||
| Mohsova trdota(MPa) | 6-7 | 6-7 | 6-7 | ||
| Premer mehurčkov(popoldne) | 100 | ||||
| Električne lastnosti | Dielektrična konstanta（10GHz） | 3.74 | 3.74 | 3.74 | 3.74 |
| Faktor izgube（10GHz） | 0,0002 | 0,0002 | 0,0002 | 0,0002 | |
| Dielec trie St reng th(V/m) | 3,7X107 | 3,7X107 | 3,7X107 | 3,7X107 | |
| Upornost（20 °C）（Q・cm) | >1X1016 | >1X1016 | >1X1016 | >1X1016 | |
| Upornost（1000℃）（Q •cm） | >1X106 | >1X106 | >1X106 | >1X106 | |
| Toplotne lastnosti | Točka mehčanja（C） | 1670 | 1710 | 1670 | 1600 |
| Točka žarjenja（C） | 1150 | 1215 | 1150 | 1100 | |
| St rain Point(C) | 1070 | 1150 | 1070 | 1000 | |
| Toplotna prevodnost(W/M・K) | 1.38 | 1.38 | 1.24 | 1.38 | |
| Specifična toplota（20℃）（J/KG・K) | 749 | 749 | 749 | 790 | |
| Raztezni koeficient（X10-7/K) | a:25C~200C6.4 | a:25C~100C5.7 | a:25C~200C6.4 | a:25C~200C6.4 | |