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Vetro di quarzo fuso con vari tipi di puro quarzo naturale
Caratteristica costruttiva del vetro al quarzo
Il vetro al quarzo puro è composto da un singolo componente di silice (SiO₂) e i legami Si-O nel vetro al quarzo sono disposti in uno stato ordinato a corto raggio e disordinato a lungo raggio. A causa dell'energia di legame forte e stabile del Si- O bond, il vetro al quarzo ha un'elevata temperatura di rammollimento, eccellente trasmittanza spettrale, coefficiente di espansione termica e conduttività molto basso, stabilità chimica molto elevata, resistenza alle radiazioni e caratteristiche di lunga durata in condizioni estreme.
Proprietà ottica
Il vetro al quarzo ha una gamma di eccellenti proprietà ottiche. Rispetto al vetro normale, il vetro al quarzo ad elevata purezza ha una buona trasmittanza in uno spettro estremamente ampio dal lontano ultravioletto (160 nm) al lontano infrarosso (5μm), che non è disponibile nel vetro ottico generale. L'eccellente trasmittanza spettrale e l'uniformità ottica rendono il vetro al quarzo ampiamente utilizzato nella litografia a semiconduttore e nei dispositivi ottici di precisione. Inoltre, il vetro al quarzo ha una buona resistenza alle radiazioni, il vetro al quarzo resistente alle radiazioni è stato ampiamente utilizzato come materiale per finestre per veicoli spaziali, coperture protettive per componenti chiave del laboratorio spaziale.
Proprietà meccanica
Il vetro al quarzo è simile al vetro normale, è un materiale fragile e duro. Come per il vetro normale, i parametri di resistenza del vetro al quarzo sono influenzati da molti fattori, tra cui lo stato superficiale, la geometria e il metodo di prova. La resistenza alla compressione del vetro al quarzo trasparente è generalmente 490~1960MPa, la resistenza alla trazione è 50~70MPa, la resistenza alla flessione è 66~108MPa e la resistenza alla torsione è di circa 30MPa.
Proprietà elettriche
Il vetro al quarzo è un ottimo materiale isolante elettrico. Rispetto al vetro normale, il vetro al quarzo ha una resistività maggiore e la resistività del vetro al quarzo a temperatura ambiente arriva fino a 1,8×1019Ω∙cm. Inoltre, il vetro al quarzo ha una tensione di rottura più elevata (circa 20 volte quella del vetro normale) e una perdita dielettrica inferiore. La resistività del vetro al quarzo diminuiva leggermente con l'aumento della temperatura e la resistività del vetro al quarzo opaco era inferiore a quella del vetro al quarzo. vetro al quarzo trasparente.
Proprietà termica
Poiché il vetro al quarzo è quasi tutto un forte legame Si-O, la sua temperatura di rammollimento è molto elevata e la temperatura di lavoro a lungo termine può raggiungere 1000 ℃. Inoltre, il coefficiente di dilatazione termica del vetro al quarzo è il più basso tra i comuni vetri industriali e il suo coefficiente di espansione lineare può raggiungere 5×10-7/℃. Il vetro al quarzo appositamente trattato può persino raggiungere un'espansione pari a zero. Il vetro al quarzo ha anche un'ottima resistenza agli shock termici, anche se subisce ripetutamente una grande differenza di temperatura in un breve periodo di tempo, non si romperà. Queste eccellenti proprietà termiche rendono il vetro al quarzo insostituibile ad alte temperature e in ambienti di lavoro estremi.
Il vetro al quarzo ad alta purezza può essere utilizzato nella produzione di chip nell'industria dei semiconduttori, materiali ausiliari per la produzione di fibre ottiche, finestre di osservazione per forni industriali ad alta temperatura, sorgenti di luce elettrica ad alta potenza e la superficie dello Space Shuttle come strato di isolamento termico Il coefficiente di dilatazione termica estremamente basso consente inoltre l'utilizzo del vetro al quarzo in strumenti di precisione e materiali per lenti per grandi telescopi astronomici.
Proprietà chimiche
Il vetro al quarzo ha un'ottima stabilità chimica. A differenza di altri vetri commerciali, il vetro al quarzo è chimicamente stabile all'acqua, pertanto può essere utilizzato nei distillatori d'acqua che richiedono una purezza dell'acqua molto elevata. Il vetro al quarzo ha un'eccellente resistenza agli acidi e al sale, pertanto può essere utilizzato nei distillatori d'acqua che richiedono una purezza dell'acqua molto elevata. Il vetro al quarzo ha un'eccellente resistenza agli acidi e ai sali. Ad eccezione dell'acido fluoridrico, dell'acido fosforico e delle soluzioni saline basiche, non reagisce con la maggior parte degli acidi e delle soluzioni saline. Rispetto alle soluzioni acide e saline, il vetro al quarzo ha scarsa resistenza alcalina e reagisce con soluzioni alcaline ad alte temperature. Inoltre, il vetro al quarzo e la maggior parte degli ossidi, dei metalli, dei non metalli e dei gas non reagiscono a temperature normali. La purezza estremamente elevata e la buona stabilità chimica rendono il vetro al quarzo adatto all'uso in ambienti con condizioni di produzione elevate nella produzione di semiconduttori.
Altre proprietà
Permeabilità: La struttura del vetro al quarzo è molto rilassata e, anche a temperature elevate, consente agli ioni di alcuni gas di diffondersi attraverso la rete. La diffusione degli ioni di sodio è la più rapida. Questa prestazione del vetro al quarzo è particolarmente importante per gli utenti, ad esempio, quando il vetro al quarzo viene utilizzato come contenitore per alte temperature o tubo di diffusione nell'industria dei semiconduttori, a causa dell'elevata purezza del materiale semiconduttore, il materiale refrattario a contatto con il quarzo il vetro come rivestimento del forno deve essere pretrattato mediante alta temperatura e pulizia, rimuovendo le impurità alcaline di potassio e sodio, e quindi può essere messo nel vetro al quarzo per l'uso.
Applicazione del vetro al quarzo
Essendo un materiale importante, il vetro al quarzo è ampiamente utilizzato nelle comunicazioni ottiche, nell'aerospaziale, nelle sorgenti di luce elettrica, nei semiconduttori e nelle nuove tecnologie ottiche.
1. Campo della comunicazione ottica: il vetro al quarzo è un materiale ausiliario per la produzione di aste prefabbricate in fibra ottica e trafilatura di fibra ottica, che serve principalmente il mercato dell'interconnessione delle stazioni base, e l'arrivo dell'era 5G ha portato un'enorme domanda di mercato per la fibra ottica.
2. Nuovo aspetto luminoso: lampada al mercurio ad alta pressione, lampada allo xeno, lampada allo ioduro di tungsteno, lampada allo ioduro di tallio, lampada a infrarossi e lampada germicida.
3. Aspetto semiconduttore: il vetro al quarzo è un materiale indispensabile nel processo di produzione di materiali e dispositivi semiconduttori, come il germanio cresciuto, il crogiolo di silicio monocristallo, il tubo centrale del forno e la campana di vetro... ecc.
4. Nel campo della nuova tecnologia: con le sue eccellenti prestazioni di suono, luce ed elettricità, linea di ritardo ultrasonica sul radar, rilevamento della direzione a infrarossi, prisma, lente per fotografia a infrarossi, comunicazione, spettrografo, spettrofotometro, finestra riflettente di un grande telescopio astronomico , finestra operativa ad alta temperatura, Reattori, impianti radioattivi; Razzi, Ogive di missili, ugelli e radome, Parti isolanti radio per satelliti artificiali; termobilancia, dispositivo di assorbimento del vuoto, fusione di precisione... ecc.
Il vetro al quarzo viene utilizzato anche nell'industria chimica, metallurgica, elettrica, nella ricerca scientifica e in altri aspetti. Nell'industria chimica, è possibile eseguire la combustione di gas resistente agli acidi ad alta temperatura, dispositivi di raffreddamento e ventilazione; Dispositivo di archiviazione; Preparazione di acqua distillata, acido cloridrico, acido nitrico, acido solforico, ecc. E altri esperimenti fisici e chimici. Nel funzionamento ad alta temperatura, può essere utilizzato come tubo centrale del forno elettrico e radiatore a combustione del gas. Nell'ottica, il vetro al quarzo e la lana di vetro al quarzo possono essere utilizzati come ugelli per razzi, scudo termico per veicoli spaziali e finestra di osservazione, in una parola, con lo sviluppo della scienza e della tecnologia moderne, il vetro al quarzo è stato più ampiamente utilizzato in vari campi.
Aree di applicazione del vetro al quarzo
Con eccellenti proprietà fisiche e chimiche, il vetro al quarzo è ampiamente utilizzato in ambienti ad alta temperatura, pulito, resistente alla corrosione, trasmissione della luce, filtraggio e altri specifici processi di produzione di prodotti ad alta tecnologia, è un materiale importante e indispensabile nei campi dei semiconduttori, aerospaziali e delle comunicazioni ottiche.
Campo dei semiconduttori
I prodotti in vetro al quarzo a semiconduttore rappresentano il 68% del mercato dei prodotti in vetro al quarzo e il campo dei semiconduttori è il più vasto campo di applicazione nel mercato downstream del vetro al quarzo. I materiali e i prodotti in vetro di quarzo sono ampiamente utilizzati nel processo di produzione di chip semiconduttori e sono necessari per trasportare dispositivi e materiali di consumo per cavità per i processi di incisione, diffusione e ossidazione dei semiconduttori.
Campo della comunicazione ottica
Le aste di quarzo sono la principale materia prima per la produzione di fibre ottiche. Oltre il 95% delle barre di fibra prefabbricate sono suddivise in vetro al quarzo di elevata purezza e molti materiali di vetro al quarzo vengono consumati nel processo di produzione di barre di fibra e trafilatura, come aste di supporto e tazze di quarzo.
Ottica archiviata
Il materiale in vetro di quarzo sintetico viene utilizzato come materiale per lenti, prismi, display TFT-LCD HD e maschera di luce IC nel campo ottico di fascia alta.
I prodotti in vetro al quarzo sono materiali di consumo e materie prime chiave in vari campi, limitando la produzione di prodotti nell'industria a valle e al momento non esistono prodotti alternativi, quindi la domanda di vetro al quarzo è a lungo termine. Nelle industrie a valle, in particolare nello sviluppo accelerato delle industrie dei semiconduttori e del fotovoltaico, la prosperità dell’industria del vetro al quarzo continuerà ad aumentare.
| Quarzo fuso a fiamma | Quarzo fuso elettrico | Quarzo opaco | Quarzo sintetico | ||
| Proprietà meccaniche | Densità（g/cm3) | 2.2 | 2.2 | 1.95-2.15 | 2.2 |
| Modulo di Young（Gpa） | 74 | 74 | 74 | 74 | |
| Rapporto di Poisson | 0,17 | 0,17 | 0,17 | ||
| Resistenza alla flessione sp(MPa) | 65-95 | 65-95 | 42-68 | 65-95 | |
| Resistenza alla compressione(MPa) | 1100 | 1100 | 1100 | ||
| Resistenza alla trazione(MPa) | 50 | 50 | 50 | ||
| Torsionale St sempre th(MPa) | 30 | 30 | 30 | ||
| Durezza di Mohs(MPa) | 6-7 | 6-7 | 6-7 | ||
| Diametro della bolla(pm) | 100 | ||||
| Proprietà elettriche | Costante dielettrica（10GHz） | 3.74 | 3.74 | 3.74 | 3.74 |
| Fattore di perdita (10GHz) | 0,0002 | 0,0002 | 0,0002 | 0,0002 | |
| Dielec trie St reng th(V/m) | 3,7X107 | 3,7X107 | 3,7X107 | 3,7X107 | |
| Resistività（20°C）（Q・cm) | >1X1016 | >1X1016 | >1X1016 | >1X1016 | |
| Resistività（1000℃）（Q •cm） | >1X106 | >1X106 | >1X106 | >1X106 | |
| Proprietà termali | Punto di rammollimento (C) | 1670 | 1710 | 1670 | 1600 |
| Punto di ricottura (C) | 1150 | 1215 | 1150 | 1100 | |
| Punto di San Pioggia(C) | 1070 | 1150 | 1070 | 1000 | |
| Conduttività termica(W/M・K) | 1.38 | 1.38 | 1.24 | 1.38 | |
| Calore specifico（20℃）（J/KG・K) | 749 | 749 | 749 | 790 | |
| Coefficiente di espansione（X10-7/K) | UN:25C~200C6.4 | UN:25C~100C5.7 | UN:25C~200C6.4 | UN:25C~200C6.4 | |