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Verre de quartz fondu avec divers types de quartz naturel pur
Caractéristique de construction du verre de quartz
Le verre de quartz pur est composé d'un seul composant de silice (SiO₂), et les liaisons Si-O dans le verre de quartz sont disposées dans un état ordonné à courte portée et désordonné à longue portée. En raison de l'énergie de liaison forte et stable du Si- O bond, le verre de quartz a une température de ramollissement élevée, une excellente transmission spectrale, un très faible coefficient de dilatation thermique et de conductivité, une très haute stabilité chimique, une résistance aux radiations et une longue durée de vie dans des conditions extrêmes.
Propriété optique
Le verre de quartz possède une gamme d’excellentes propriétés optiques. Comparé au verre ordinaire, le verre de quartz de haute pureté a une bonne transmission dans un spectre extrêmement large allant de l'ultraviolet lointain (160 nm) à l'infrarouge lointain (5 μm), ce qui n'est pas disponible dans le verre optique général. L'excellente transmission spectrale et l'uniformité optique rendent le verre de quartz largement utilisé dans la lithographie à semi-conducteurs et les dispositifs optiques de précision. De plus, le verre de quartz a une bonne résistance aux radiations, le verre de quartz résistant aux radiations a été largement utilisé comme matériau de fenêtre pour les engins spatiaux, couvercles de protection pour éléments clés du laboratoire spatial.
Propriété mécanique
Le verre de quartz est similaire au verre ordinaire, c'est un matériau cassant et dur. comme pour le verre ordinaire, les paramètres de résistance du verre de quartz sont affectés par de nombreux facteurs, notamment l'état de surface, la géométrie et la méthode de test. La résistance à la compression du verre de quartz transparent est généralement de 490 à 1 960 MPa, la résistance à la traction est de 50 à 70 MPa, la résistance à la flexion est de 66 à 108 MPa et la résistance à la torsion est d'environ 30 MPa.
Propriétés électriques
Le verre de quartz est un excellent matériau isolant électrique. Comparé au verre ordinaire, le verre de quartz a une résistivité plus élevée et la résistivité du verre de quartz à température ambiante atteint 1,8 × 1019Ω∙cm. De plus, le verre de quartz a une tension de claquage plus élevée (environ 20 fois celle du verre ordinaire) et une perte diélectrique plus faible. La résistivité du verre de quartz a légèrement diminué avec l'augmentation de la température et la résistivité du verre de quartz opaque était inférieure à celle du verre de quartz. verre de quartz transparent.
Propriété thermique
Étant donné que le verre de quartz est presque entièrement constitué d'une forte liaison Si-O, sa température de ramollissement est très élevée et la température de travail à long terme peut atteindre 1 000 ℃. De plus, le coefficient de dilatation thermique du verre de quartz est le plus bas parmi les verres industriels courants. , et son coefficient de dilatation linéaire peut atteindre 5×10-7/℃. Le verre de quartz spécialement traité peut même atteindre une expansion nulle. Le verre de quartz a également une très bonne résistance aux chocs thermiques. Même s'il subit à plusieurs reprises une grande différence de température sur une courte période de temps, il ne se fissurera pas. Ces excellentes propriétés thermiques rendent le verre de quartz irremplaçable dans les environnements de travail à haute température et extrêmes.
Le verre de quartz de haute pureté peut être utilisé dans la fabrication de puces dans l'industrie des semi-conducteurs, des matériaux auxiliaires pour la fabrication de fibres optiques, des fenêtres d'observation pour les fours industriels à haute température, des sources de lumière électrique de haute puissance et la surface de la navette spatiale comme couche d'isolation thermique. Le coefficient de dilatation thermique extrêmement faible permet également d'utiliser le verre de quartz dans les instruments de précision et les matériaux de lentilles des grands télescopes astronomiques.
Propriétés chimiques
Le verre de quartz présente une très bonne stabilité chimique. Contrairement aux autres verres commerciaux, le verre de quartz est chimiquement stable à l’eau. Il peut donc être utilisé dans les distillateurs d’eau qui nécessitent une eau d’une très grande pureté. Le verre de quartz a une excellente résistance aux acides et au sel. Il peut donc être utilisé dans les distillateurs d'eau qui nécessitent une eau d'une très grande pureté. Le verre de quartz a une excellente résistance aux acides et au sel. À l'exception de l'acide fluorhydrique, de l'acide phosphorique et des solutions salines basiques, il ne réagit pas avec la plupart des acides et des solutions salines. Comparé aux solutions acides et salines, le verre de quartz a une faible résistance aux alcalis et réagit avec les solutions alcalines à haute température. De plus, le verre de quartz et la plupart des oxydes, des métaux, des non-métaux et des gaz ne réagissent pas à des températures normales. La pureté extrêmement élevée et la bonne stabilité chimique rendent le verre de quartz adapté à une utilisation dans des environnements aux conditions de production élevées dans la fabrication de semi-conducteurs.
Autres propriétés
Perméabilité : La structure du verre de quartz est très détendue et, même à haute température, elle permet aux ions de certains gaz de se diffuser à travers le réseau. La diffusion des ions sodium est la plus rapide. Cette performance du verre de quartz est particulièrement importante pour les utilisateurs, par exemple lorsque le verre de quartz est utilisé comme récipient à haute température ou tube de diffusion dans l'industrie des semi-conducteurs, en raison de la grande pureté du matériau semi-conducteur, du matériau réfractaire en contact avec le quartz. le verre utilisé comme revêtement de four doit être prétraité par haute température et nettoyage, éliminant les impuretés alcalines de potassium et de sodium, puis peut être mis dans du verre de quartz pour être utilisé.
Application du verre de quartz
En tant que matériau important, le verre de quartz est largement utilisé dans les communications optiques, l'aérospatiale, les sources de lumière électrique, les semi-conducteurs et les nouvelles technologies optiques.
1. Domaine de la communication optique : le verre de quartz est un matériau auxiliaire pour la production de tiges préfabriquées en fibre optique et le tréfilage de fibre optique, servant principalement le marché de l'interconnexion des stations de base, et l'arrivée de l'ère 5G a entraîné une énorme demande du marché pour la fibre optique.
2. Nouvel aspect lumineux : lampe au mercure haute pression, lampe au xénon, lampe à l'iodure de tungstène, lampe à l'iodure de thallium, lampe infrarouge et lampe germicide.
3. Aspect semi-conducteur : Le verre de quartz est un matériau indispensable dans le processus de production de matériaux et de dispositifs semi-conducteurs, tels que le germanium cultivé, le creuset de monocristal de silicium, le tube de noyau de four et la cloche... etc.
4. Dans le domaine des nouvelles technologies : avec ses excellentes performances en matière de son, de lumière et d'électricité, ligne à retard ultrasonique sur radar, radiogoniométrie de suivi infrarouge, prisme, objectif de photographie infrarouge, communication, spectrographe, spectrophotomètre, fenêtre réfléchissante du grand télescope astronomique , fenêtre de fonctionnement à haute température, Réacteurs, installations radioactives ; Fusées, Cônes de missiles, tuyères et radômes, Pièces d'isolation radio pour satellites artificiels ; thermobalance, dispositif d'adsorption sous vide, coulée de précision...etc.
Le verre de quartz est également utilisé dans l'industrie chimique, la métallurgie, l'électricité, la recherche scientifique et d'autres aspects. Dans l'industrie chimique, peut effectuer une combustion de gaz résistant aux acides à haute température, des dispositifs de refroidissement et de ventilation ; Périphérique de stockage; Préparation d'eau distillée, d'acide chlorhydrique, d'acide nitrique, d'acide sulfurique, etc., et d'autres expériences physiques et chimiques. En fonctionnement à haute température, il peut être utilisé comme tube central de four électrique et radiateur de combustion de gaz. En optique, le verre de quartz et la laine de verre de quartz peuvent être utilisés comme tuyères de fusée, bouclier thermique pour engins spatiaux et fenêtre d'observation. En un mot, avec le développement de la science et de la technologie modernes, le verre de quartz a été plus largement utilisé dans divers domaines.
Domaines d'application du verre de quartz
Avec d'excellentes propriétés physiques et chimiques, le verre de quartz est largement utilisé dans les environnements de processus de production de produits de haute technologie, propres, à haute température, de résistance à la corrosion, de transmission de la lumière, de filtrage et autres, est un matériau important indispensable dans les domaines des semi-conducteurs, de l'aérospatiale et de la communication optique.
Domaine des semi-conducteurs
Les produits en verre de quartz semi-conducteur représentent 68 % du marché des produits en verre de quartz, et le domaine des semi-conducteurs est le plus grand domaine d'application du marché en aval du verre de quartz. Les matériaux et produits en verre de quartz sont largement utilisés dans le processus de fabrication de puces semi-conductrices et sont nécessaires pour transporter des dispositifs et des consommables de cavité pour les processus de gravure, de diffusion et d'oxydation des semi-conducteurs.
Domaine de la communication optique
Les tiges de quartz sont la principale matière première pour la fabrication de fibres optiques. Plus de 95 % des barres de fibres préfabriquées sont divisées en verre de quartz de haute pureté, et de nombreux matériaux en verre de quartz sont consommés dans le processus de production de fabrication de barres de fibres et de tréfilage, tels que les tiges de maintien et les coupelles en quartz.
Optique déposée
Le verre de quartz synthétique est utilisé comme lentille, prisme, écran TFT-LCD HD et matériau de substrat de masque lumineux IC dans le domaine optique haut de gamme.
Les produits en verre de quartz sont des consommables et des matières premières clés dans divers domaines, limitant la production de produits dans l'industrie en aval, et il n'existe actuellement aucun produit alternatif, de sorte que la demande de verre de quartz est à long terme. Dans les industries en aval, en particulier le développement accéléré des industries des semi-conducteurs et du photovoltaïque, la prospérité de l'industrie du verre de quartz continuera d'augmenter.
| Quartz fondu à la flamme | Quartz fondu électrique | Quartz Opaque | Quartz synthétique | ||
| Propriétés mécaniques | Densité (g/cm)3) | 2.2 | 2.2 | 1.95-2.15 | 2.2 |
| Module d'Young(Gpa) | 74 | 74 | 74 | 74 | |
| Coefficient de Poisson | 0,17 | 0,17 | 0,17 | ||
| Résistance à la flexion(MPa) | 65-95 | 65-95 | 42-68 | 65-95 | |
| Résistance à la compression(MPa) | 1100 | 1100 | 1100 | ||
| Résistance à la traction(MPa) | 50 | 50 | 50 | ||
| Torsion St toujours th(MPa) | 30 | 30 | 30 | ||
| Dureté de Mohs(MPa) | 6-7 | 6-7 | 6-7 | ||
| Diamètre de la bulle(pm) | 100 | ||||
| Propriétés électriques | Constante diélectrique (10 GHz) | 3,74 | 3,74 | 3,74 | 3,74 |
| Facteur de perte (10 GHz) | 0,0002 | 0,0002 | 0,0002 | 0,0002 | |
| Dielec trie Résistance(V/m) | 3,7X107 | 3,7X107 | 3,7X107 | 3,7X107 | |
| Résistivité（20°C）（Q・cm) | >1X1016 | >1X1016 | >1X1016 | >1X1016 | |
| Résistivité（1000℃）（Q •cm） | >1X106 | >1X106 | >1X106 | >1X106 | |
| Propriétés thermiques | Point de ramollissement (C) | 1670 | 1710 | 1670 | 1600 |
| Point de recuit (C) | 1150 | 1215 | 1150 | 1100 | |
| Point de pluie(C) | 1070 | 1150 | 1070 | 1000 | |
| Conductivité thermique(F/M・K) | 1,38 | 1,38 | 1.24 | 1,38 | |
| Chaleur spécifique (20 ℃) (J/KG)・K） | 749 | 749 | 749 | 790 | |
| Coefficient d'expansion (X10)-7/K） | un:25C~200C6.4 | un:25C~100C5.7 | un:25C~200C6.4 | un:25C~200C6.4 | |