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Vidrio de cuarzo fundido con varios tipos de cuarzo natural puro.
Característica de construcción del vidrio de cuarzo
El vidrio de cuarzo puro está compuesto de un solo componente de sílice (SiO₂), y los enlaces Si-O en el vidrio de cuarzo están dispuestos en un estado desordenado de corto alcance y de largo alcance. Debido a la energía de enlace fuerte y estable del Si- O bond, el vidrio de cuarzo tiene una alta temperatura de reblandecimiento, excelente transmitancia espectral, coeficiente muy bajo de expansión térmica y conductividad, muy alta estabilidad química, resistencia a la radiación y características de larga vida útil en condiciones extremas.
Propiedad óptica
El vidrio de cuarzo tiene una gama de excelentes propiedades ópticas. En comparación con el vidrio ordinario, el vidrio de cuarzo de alta pureza tiene una buena transmitancia en un espectro extremadamente amplio desde el ultravioleta lejano (160 nm) hasta el infrarrojo lejano (5 μm), que no está disponible en el vidrio óptico general. La excelente transmitancia espectral y la uniformidad óptica hacen que el vidrio de cuarzo sea ampliamente utilizado en litografía de semiconductores y dispositivos ópticos de precisión. Además, el vidrio de cuarzo tiene buena resistencia a la radiación, el vidrio de cuarzo resistente a la radiación se ha utilizado ampliamente como material de ventana para naves espaciales, cubiertas protectoras para Componentes clave del laboratorio espacial.
Propiedad mecanica
El vidrio de cuarzo es similar al vidrio ordinario, es un material quebradizo y duro. Al igual que el vidrio ordinario, los parámetros de resistencia del vidrio de cuarzo se ven afectados por muchos factores, incluido el estado de la superficie, la geometría y el método de prueba. La resistencia a la compresión del vidrio de cuarzo transparente es generalmente de 490~1960MPa, la resistencia a la tracción es de 50~70MPa, la resistencia a la flexión es de 66~108MPa y la resistencia a la torsión es de aproximadamente 30MPa.
Propiedades electricas
El vidrio de cuarzo es un excelente material aislante eléctrico. En comparación con el vidrio ordinario, el vidrio de cuarzo tiene una resistividad más alta y la resistividad del vidrio de cuarzo a temperatura ambiente llega a 1,8 × 1019Ω∙cm. Además, el vidrio de cuarzo tiene un voltaje de ruptura más alto (aproximadamente 20 veces mayor que el del vidrio ordinario) y una menor pérdida dieléctrica. La resistividad del vidrio de cuarzo disminuyó ligeramente con el aumento de la temperatura, y la resistividad del vidrio de cuarzo opaco fue menor que la del vidrio de cuarzo. vidrio de cuarzo transparente.
Propiedad térmica
Debido a que el vidrio de cuarzo tiene casi todo el fuerte enlace Si-O, su temperatura de ablandamiento es muy alta y la temperatura de trabajo a largo plazo puede alcanzar los 1000 ℃. Además, el coeficiente de expansión térmica del vidrio de cuarzo es el más bajo entre los vidrios industriales comunes. , y su coeficiente de expansión lineal puede alcanzar 5×10-7/℃. El vidrio de cuarzo especialmente tratado puede incluso alcanzar una expansión cero. El vidrio de cuarzo también tiene muy buena resistencia al choque térmico. Incluso si experimenta repetidamente una gran diferencia de temperatura en un corto período de tiempo, no se agrietará. Estas excelentes propiedades térmicas hacen que el vidrio de cuarzo sea insustituible en entornos de trabajo extremos y con altas temperaturas.
El vidrio de cuarzo de alta pureza se puede utilizar en la fabricación de chips en la industria de semiconductores, materiales auxiliares para la fabricación de fibra óptica, ventanas de observación para hornos industriales de alta temperatura, fuentes de luz eléctrica de alta potencia y la superficie del transbordador espacial como capa de aislamiento térmico. El coeficiente de expansión térmica extremadamente bajo también permite utilizar vidrio de cuarzo en instrumentos de precisión y materiales de lentes para grandes telescopios astronómicos.
Propiedades químicas
El vidrio de cuarzo tiene muy buena estabilidad química. A diferencia de otros vidrios comerciales, el vidrio de cuarzo es químicamente estable al agua, por lo que puede usarse en destiladores de agua que requieren una pureza de agua muy alta. El vidrio de cuarzo tiene una excelente resistencia a los ácidos y las sales, por lo que se puede utilizar en destiladores de agua que requieren una pureza de agua muy alta. El vidrio de cuarzo tiene una excelente resistencia a los ácidos y las sales. Excepto el ácido fluorhídrico, el ácido fosfórico y las soluciones salinas básicas, no reacciona con la mayoría de los ácidos y las soluciones salinas. En comparación con las soluciones ácidas y salinas, el vidrio de cuarzo tiene poca resistencia a los álcalis y reacciona con soluciones alcalinas a altas temperaturas. Además, el vidrio de cuarzo y la mayoría de los óxidos, metales, no metales y gases no reaccionan a temperaturas normales. La pureza extremadamente alta y la buena estabilidad química hacen que el vidrio de cuarzo sea adecuado para su uso en entornos con altas condiciones de producción en la fabricación de semiconductores.
Otras propiedades
Permeabilidad: La estructura del vidrio de cuarzo es muy relajada, e incluso a altas temperaturas permite que los iones de ciertos gases se difundan a través de la red. La difusión de los iones de sodio es la más rápida. Este rendimiento del vidrio de cuarzo es particularmente importante para los usuarios, por ejemplo, cuando el vidrio de cuarzo se utiliza como recipiente de alta temperatura o tubo de difusión en la industria de semiconductores, debido a la alta pureza del material semiconductor, el material refractario en contacto con el cuarzo. El vidrio como revestimiento de horno debe procesarse previamente mediante alta temperatura y limpieza, eliminando las impurezas alcalinas de potasio y sodio, y luego puede colocarse en vidrio de cuarzo para su uso.
Aplicación de vidrio de cuarzo
Como material importante, el vidrio de cuarzo se usa ampliamente en comunicaciones ópticas, aeroespacial, fuentes de luz eléctrica, semiconductores y nuevas tecnologías ópticas.
1. Campo de la comunicación óptica: el vidrio de cuarzo es un material auxiliar para la producción de varillas prefabricadas de fibra óptica y trefilado de fibra óptica, que sirve principalmente al mercado de interconexión de estaciones base, y la llegada de la era 5G ha traído una enorme demanda de fibra óptica en el mercado.
2. Nuevo aspecto luminoso: lámpara de mercurio de alta presión, lámpara de xenón, lámpara de yoduro de tungsteno, lámpara de yoduro de talio, lámpara de infrarrojos y lámpara germicida.
3. Aspecto semiconductor: El vidrio de cuarzo es un material indispensable en el proceso de producción de materiales y dispositivos semiconductores, como el germanio cultivado, el crisol de monocristal de silicio, el tubo central del horno y la campana de cristal, etc.
4. En el campo de las nuevas tecnologías: con su excelente rendimiento de sonido, luz y electricidad, línea de retardo ultrasónico en radar, radiogoniometría de seguimiento infrarrojo, prisma, lente de fotografía infrarroja, comunicación, espectrógrafo, espectrofotómetro, ventana reflectante de gran telescopio astronómico. , ventana de operación a alta temperatura, Reactores, instalaciones radiactivas; Cohetes, Conos de nariz de misiles, toberas y radomos, Piezas de aislamiento radioeléctrico para satélites artificiales; Termobalanza, dispositivo de adsorción al vacío, fundición de precisión...etc.
El vidrio de cuarzo también se utiliza en la industria química, metalurgia, electricidad, investigación científica y otros aspectos. En la industria química, se pueden realizar dispositivos de combustión, refrigeración y ventilación de gases resistentes a los ácidos a altas temperaturas; Dispositivo de almacenamiento; Preparación de agua destilada, ácido clorhídrico, ácido nítrico, ácido sulfúrico, etc., y otros experimentos físicos y químicos. En funcionamiento a alta temperatura, se puede utilizar como tubo central de horno eléctrico y radiador de combustión de gas. En óptica, el vidrio de cuarzo y la lana de vidrio de cuarzo se pueden utilizar como boquillas de cohetes, escudos térmicos de naves espaciales y ventanas de observación; en una palabra, con el desarrollo de la ciencia y la tecnología modernas, el vidrio de cuarzo se ha utilizado más ampliamente en diversos campos.
Áreas de aplicación del vidrio de cuarzo
Con excelentes propiedades físicas y químicas, el vidrio de cuarzo se usa ampliamente en entornos de procesos de producción de productos de alta tecnología, limpieza, resistencia a la corrosión, transmisión de luz y otros entornos específicos de alta tecnología. Es un material importante e indispensable en los campos de semiconductores, aeroespaciales y de comunicaciones ópticas.
campo semiconductor
Los productos semiconductores de vidrio de cuarzo representan el 68% del mercado de productos de vidrio de cuarzo, y el campo de los semiconductores es el campo de aplicación más grande en el mercado transformador del vidrio de cuarzo. Los materiales y productos de vidrio de cuarzo se utilizan ampliamente en el proceso de fabricación de chips semiconductores y son necesarios para transportar dispositivos y consumibles de cavidades para procesos de grabado, difusión y oxidación de semiconductores.
Campo de comunicación óptica
Las varillas de cuarzo son la principal materia prima para la fabricación de fibra óptica. Más del 95% de las barras de fibra prefabricadas se dividen en vidrio de cuarzo de alta pureza, y una gran cantidad de materiales de vidrio de cuarzo se consumen en el proceso de producción de barras de fibra y trefilado, como varillas de sujeción y copas de cuarzo.
Óptica archivada
El material de vidrio de cuarzo sintético se utiliza como material de sustrato para lentes, prismas, pantallas TFT-LCD HD y máscaras de luz IC en el campo óptico de alta gama.
Los productos de vidrio de cuarzo son consumibles y materias primas clave en diversos campos, lo que restringe la producción de productos en la industria transformadora, y actualmente no existe ningún producto alternativo, por lo que la demanda de vidrio de cuarzo es a largo plazo. En las industrias transformadoras, especialmente en el desarrollo acelerado de las industrias fotovoltaica y de semiconductores, la prosperidad de la industria del vidrio de cuarzo seguirá aumentando.
| Cuarzo fundido a la llama | Cuarzo fundido eléctrico | Opaque Quartz | Cuarzo Sintético | ||
| Propiedades mecánicas | Densidad（g/cm3) | 2.2 | 2.2 | 1,95-2,15 | 2.2 |
| El módulo de Young(Gpa) | 74 | 74 | 74 | 74 | |
| El coeficiente de Poisson | 0,17 | 0,17 | 0,17 | ||
| Resistencia a la flexión(MPa) | 65-95 | 65-95 | 42-68 | 65-95 | |
| Fuerza compresiva(MPa) | 1100 | 1100 | 1100 | ||
| Resistencia a la tracción(MPa) | 50 | 50 | 50 | ||
| St torsional siempre th(MPa) | 30 | 30 | 30 | ||
| Dureza de Mohs(MPa) | 6-7 | 6-7 | 6-7 | ||
| Diámetro de burbuja(pm) | 100 | ||||
| Propiedades electricas | Constante dieléctrica (10 GHz) | 3.74 | 3.74 | 3.74 | 3.74 |
| Factor de pérdida (10 GHz) | 0.0002 | 0.0002 | 0.0002 | 0.0002 | |
| Fuerza dielectr a(V/m) | 3.7X107 | 3.7X107 | 3.7X107 | 3.7X107 | |
| Resistividad（20°C）（Q・cm) | >1X10dieciséis | >1X10dieciséis | >1X10dieciséis | >1X10dieciséis | |
| Resistividad（1000℃）（Q·cm） | >1X106 | >1X106 | >1X106 | >1X106 | |
| Propiedades termales | Punto de reblandecimiento (C) | 1670 | 1710 | 1670 | 1600 |
| Punto de recocido (C) | 1150 | 1215 | 1150 | 1100 | |
| Punto de lluvia(C) | 1070 | 1150 | 1070 | 1000 | |
| Conductividad térmica(W/M・k) | 1.38 | 1.38 | 1.24 | 1.38 | |
| Calor específico（20℃）（J/KG・K） | 749 | 749 | 749 | 790 | |
| Coeficiente de expansión（X10-7/K） | a:25C~200C6.4 | a:25C~100C5.7 | a:25C~200C6.4 | a:25C~200C6.4 | |