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Quarzglas, geschmolzen mit verschiedenen Arten von reinem Naturquarz
Konstruktionsmerkmal von Quarzglas
Reines Quarzglas besteht aus einer einzigen Siliziumoxidkomponente (SiO₂), und die Si-O-Bindungen im Quarzglas sind in einem kurzreichweitig geordneten und fernreichweitig ungeordneten Zustand angeordnet. Aufgrund der starken und stabilen Bindungsenergie des Si- O-Bindung, Quarzglas hat eine hohe Erweichungstemperatur, eine ausgezeichnete spektrale Durchlässigkeit, einen sehr niedrigen Wärmeausdehnungskoeffizienten und eine sehr niedrige Leitfähigkeit, eine sehr hohe chemische Stabilität, Strahlungsbeständigkeit und eine lange Lebensdauer unter extremen Bedingungen.
Optische Eigenschaft
Quarzglas verfügt über eine Reihe hervorragender optischer Eigenschaften. Im Vergleich zu gewöhnlichem Glas weist hochreines Quarzglas eine gute Durchlässigkeit in einem extrem breiten Spektrum vom fernen Ultraviolett (160 nm) bis zum fernen Infrarot (5 μm) auf, die bei allgemeinem optischen Glas nicht verfügbar ist. Aufgrund der hervorragenden spektralen Durchlässigkeit und optischen Gleichmäßigkeit wird Quarzglas häufig in der Halbleiterlithographie und in optischen Präzisionsgeräten eingesetzt. Darüber hinaus weist Quarzglas eine gute Strahlungsbeständigkeit auf. Das strahlungsbeständige Quarzglas wird häufig als Fenstermaterial für Raumfahrzeuge und als Schutzabdeckungen verwendet Schlüsselkomponenten des Weltraumlabors.
Mechanisches Eigentum
Quarzglas ähnelt gewöhnlichem Glas, es handelt sich um ein sprödes und hartes Material. Wie bei gewöhnlichem Glas werden die Festigkeitsparameter von Quarzglas von vielen Faktoren beeinflusst, darunter Oberflächenzustand, Geometrie und Prüfmethode. Die Druckfestigkeit von transparentem Quarzglas beträgt im Allgemeinen 490 bis 1960 MPa, die Zugfestigkeit beträgt 50 bis 70 MPa, die Biegefestigkeit beträgt 66 bis 108 MPa und die Torsionsfestigkeit beträgt etwa 30 MPa.
Elektrische Eigenschaften
Quarzglas ist ein hervorragendes elektrisches Isoliermaterial. Im Vergleich zu gewöhnlichem Glas weist Quarzglas einen höheren spezifischen Widerstand auf, und der spezifische Widerstand von Quarzglas beträgt bei Raumtemperatur bis zu 1,8×1019Ω∙cm. Darüber hinaus hat Quarzglas eine höhere Durchbruchspannung (etwa das 20-fache von gewöhnlichem Glas) und einen geringeren dielektrischen Verlust. Der spezifische Widerstand von Quarzglas nahm mit zunehmender Temperatur leicht ab, und der spezifische Widerstand von undurchsichtigem Quarzglas war niedriger als der von transparentes Quarzglas.
Thermische Eigenschaft
Da Quarzglas fast ausschließlich aus einer starken Si-O-Bindung besteht, ist seine Erweichungstemperatur sehr hoch und die Langzeitarbeitstemperatur kann 1000 °C erreichen. Darüber hinaus ist der Wärmeausdehnungskoeffizient von Quarzglas der niedrigste unter herkömmlichen Industriegläsern und sein linearer Ausdehnungskoeffizient kann 5×10-7/℃ erreichen. Durch speziell behandeltes Quarzglas kann sogar eine Nullausdehnung erreicht werden. Quarzglas verfügt außerdem über eine sehr gute Temperaturwechselbeständigkeit. Selbst wenn es in kurzer Zeit wiederholt großen Temperaturunterschieden ausgesetzt ist, kommt es nicht zu Rissen. Diese hervorragenden thermischen Eigenschaften machen Quarzglas bei hohen Temperaturen und extremen Arbeitsumgebungen unersetzlich.
Hochreines Quarzglas kann bei der Chipherstellung in der Halbleiterindustrie, als Hilfsmaterial für die Herstellung optischer Fasern, als Beobachtungsfenster für industrielle Hochtemperaturöfen, als leistungsstarke elektrische Lichtquelle und als Wärmedämmschicht auf der Oberfläche des Space Shuttles eingesetzt werden .Der extrem niedrige Wärmeausdehnungskoeffizient ermöglicht auch den Einsatz von Quarzglas in Präzisionsinstrumenten und Linsenmaterialien für große astronomische Teleskope.
Chemische Eigenschaften
Quarzglas weist eine sehr gute chemische Stabilität auf. Im Gegensatz zu anderem handelsüblichen Glas ist Quarzglas gegenüber Wasser chemisch stabil und kann daher in Wasserdestilliergeräten verwendet werden, die eine sehr hohe Reinheit des Wassers erfordern. Quarzglas weist eine ausgezeichnete Säure- und Salzbeständigkeit auf und kann daher in Wasserdestilliergeräten verwendet werden, die eine sehr hohe Reinheit des Wassers erfordern. Quarzglas weist eine ausgezeichnete Säure- und Salzbeständigkeit auf. Mit Ausnahme von Flusssäure, Phosphorsäure und basischen Salzlösungen reagiert es nicht mit den meisten Säuren und Salzlösungen. Im Vergleich zu Säure- und Salzlösungen weist Quarzglas eine geringe Alkalibeständigkeit auf und reagiert bei hohen Temperaturen mit Alkalilösungen. Darüber hinaus reagieren Quarzglas und die meisten Oxide, Metalle, Nichtmetalle und Gase bei normalen Temperaturen nicht. Aufgrund der extrem hohen Reinheit und guten chemischen Stabilität eignet sich Quarzglas für den Einsatz in Umgebungen mit hohen Produktionsbedingungen in der Halbleiterfertigung.
Andere Eigenschaften
Durchlässigkeit: Die Struktur von Quarzglas ist sehr entspannt und ermöglicht selbst bei hohen Temperaturen die Diffusion von Ionen bestimmter Gase durch das Netzwerk. Am schnellsten ist die Diffusion von Natriumionen. Diese Leistung von Quarzglas ist für Anwender besonders wichtig, beispielsweise wenn Quarzglas als Hochtemperaturbehälter oder Diffusionsrohr in der Halbleiterindustrie verwendet wird, aufgrund der hohen Reinheit des Halbleitermaterials, des feuerfesten Materials im Kontakt mit Quarz Glas als Ofenauskleidung muss durch hohe Temperatur und Reinigung vorbehandelt werden, um alkalische Verunreinigungen von Kalium und Natrium zu entfernen, und kann dann zur Verwendung in Quarzglas gegeben werden.
Anwendung von Quarzglas
Als wichtiges Material wird Quarzglas häufig in der optischen Kommunikation, Luft- und Raumfahrt, elektrischen Lichtquellen, Halbleitern und optischen neuen Technologien verwendet.
1. Bereich der optischen Kommunikation: Quarzglas ist ein Hilfsmaterial für die Herstellung von vorgefertigten Stäben aus optischen Fasern und das Ziehen von optischen Fasern und dient hauptsächlich dem Markt für Basisstationsverbindungen. Die Ankunft der 5G-Ära hat zu einer enormen Marktnachfrage nach optischen Fasern geführt.
2. Neuer Lichtaspekt: Hochdruck-Quecksilberlampe, Xenonlampe, Wolframiodidlampe, Thalliumiodidlampe, Infrarotlampe und keimtötende Lampe.
3. Halbleiteraspekt: Quarzglas ist ein unverzichtbares Material im Produktionsprozess von Halbleitermaterialien und -geräten, wie z. B. gewachsenes Germanium, Tiegel aus Silizium-Einkristall, Ofenkernrohr und Glocke usw.
4. Auf dem Gebiet der neuen Technologie: mit seiner hervorragenden Leistung von Ton, Licht und Elektrizität, Ultraschallverzögerungsleitung auf Radar, Infrarot-Peilung, Prisma, Linse für Infrarotfotografie, Kommunikation, Spektrograph, Spektrophotometer, reflektierendes Fenster eines großen astronomischen Teleskops , Hochtemperatur-Betriebsfenster, Reaktoren, radioaktive Anlagen; Raketen, Raketenspitzen, Düsen und Radome, Funkisolationsteile für künstliche Satelliten; Thermowaage, Vakuumadsorptionsgerät, Präzisionsguss usw.
Quarzglas wird auch in der chemischen Industrie, Metallurgie, Elektrotechnik, wissenschaftlichen Forschung und anderen Bereichen verwendet. In der chemischen Industrie können säurebeständige Hochtemperaturgasverbrennungs-, Kühl- und Lüftungsgeräte eingesetzt werden. Speichermedium; Vorbereitung von destilliertem Wasser, Salzsäure, Salpetersäure, Schwefelsäure usw. und anderen physikalischen und chemischen Experimenten. Im Hochtemperaturbetrieb kann es als Kernrohr für Elektroöfen und Gasverbrennungskühler verwendet werden. In der Optik können Quarzglas und Quarzglaswolle als Raketendüsen, Hitzeschild und Beobachtungsfenster von Raumfahrzeugen verwendet werden. Kurz gesagt, mit der Entwicklung moderner Wissenschaft und Technologie wurde Quarzglas in verschiedenen Bereichen immer häufiger eingesetzt.
Anwendungsgebiete von Quarzglas
Mit hervorragenden physikalischen und chemischen Eigenschaften wird Quarzglas häufig in Umgebungen mit hohen Temperaturen, Sauberkeit, Korrosionsbeständigkeit, Lichtdurchlässigkeit, Filterung und anderen spezifischen High-Tech-Produktproduktionsprozessumgebungen eingesetzt und ist ein unverzichtbares wichtiges Material in den Bereichen Halbleiter, Luft- und Raumfahrt und optische Kommunikation.
Halbleiterbereich
Halbleiter-Quarzglasprodukte machen 68 % des Marktes für Quarzglasprodukte aus, und der Halbleiterbereich ist das größte Anwendungsfeld im nachgelagerten Quarzglasmarkt. Quarzglasmaterialien und -produkte werden häufig in Halbleiterchip-Herstellungsprozessen verwendet und werden zum Tragen von Geräten und Hohlraumverbrauchsmaterialien für Halbleiterätz-, Diffusions- und Oxidationsprozesse benötigt.
Bereich der optischen Kommunikation
Quarzstäbe sind der Hauptrohstoff für die Herstellung optischer Fasern. Mehr als 95 % der vorgefertigten Faserstäbe werden in hochreines Quarzglas unterteilt, und im Produktionsprozess der Herstellung von Faserstäben und des Drahtziehens werden viele Quarzglasmaterialien wie Haltestäbe und Quarzbecher verbraucht.
Optik eingereicht
Synthetisches Quarzglasmaterial wird als Linsen-, Prismen-, TFT-LCD-HD-Display- und IC-Lichtmasken-Substratmaterial im optischen High-End-Bereich verwendet.
Quarzglasprodukte sind wichtige Verbrauchs- und Rohstoffe in verschiedenen Bereichen und schränken die Produktion von Produkten in der nachgelagerten Industrie ein. Da es derzeit kein alternatives Produkt gibt, besteht eine langfristige Nachfrage nach Quarzglas. In den nachgelagerten Industrien, insbesondere der beschleunigten Entwicklung der Halbleiter- und Photovoltaikindustrie, wird der Wohlstand der Quarzglasindustrie weiter zunehmen.
| Flammengeschmolzener Quarz | Elektrischer Quarzglas | Undurchsichtiger Quarz | Synthetischer Quarz | ||
| Mechanische Eigenschaften | Dichte (g/cm).3) | 2.2 | 2.2 | 1,95-2,15 | 2.2 |
| Elastizitätsmodul(Gpa) | 74 | 74 | 74 | 74 | |
| Poissonzahl | 0,17 | 0,17 | 0,17 | ||
| Biegefestigkeit(MPa) | 65-95 | 65-95 | 42-68 | 65-95 | |
| Druckfestigkeit(MPa) | 1100 | 1100 | 1100 | ||
| Zugfestigkeit(MPa) | 50 | 50 | 50 | ||
| Torsion St immer th(MPa) | 30 | 30 | 30 | ||
| Mohs-Härte(MPa) | 6-7 | 6-7 | 6-7 | ||
| Blasendurchmesser(Uhr) | 100 | ||||
| Elektrische Eigenschaften | Dielektrizitätskonstante (10 GHz) | 3,74 | 3,74 | 3,74 | 3,74 |
| Verlustfaktor (10 GHz) | 0,0002 | 0,0002 | 0,0002 | 0,0002 | |
| Dielec trie St reng th(V/m) | 3,7X107 | 3,7X107 | 3,7X107 | 3,7X107 | |
| Spezifischer Widerstand (20 °C) (Q・cm) | >1X1016 | >1X1016 | >1X1016 | >1X1016 | |
| Spezifischer Widerstand (1000℃) (Q·cm) | >1X106 | >1X106 | >1X106 | >1X106 | |
| Thermische Eigenschaften | Erweichungspunkt (C) | 1670 | 1710 | 1670 | 1600 |
| Glühpunkt (C) | 1150 | 1215 | 1150 | 1100 | |
| St. Rain Point(C) | 1070 | 1150 | 1070 | 1000 | |
| Wärmeleitfähigkeit(W/M・K) | 1,38 | 1,38 | 1.24 | 1,38 | |
| Spezifische Wärme (20℃)(J/KG).・K） | 749 | 749 | 749 | 790 | |
| Ausdehnungskoeffizient (X10).-7/K） | A:25C~200C6.4 | A:25C~100C5.7 | A:25C~200C6.4 | A:25C~200C6.4 | |