Kaca Kuarsa
Kaca kuarsa dicairkan dengan berbagai jenis kuarsa alami murni
Fitur Konstruksi Kaca Kuarsa
Kaca kuarsa murni tersusun dari satu komponen silika (SiO₂), dan ikatan Si-O dalam kaca kuarsa tersusun dalam keadaan teratur jarak pendek dan tidak teratur jarak jauh. Berkat energi ikatan Si-O yang kuat dan stabil, kaca kuarsa memiliki suhu pelunakan yang tinggi, transmitansi spektral yang sangat baik, koefisien ekspansi termal dan konduktivitas yang sangat rendah, stabilitas kimia yang sangat tinggi, ketahanan terhadap radiasi, dan fitur masa pakai yang panjang dalam kondisi ekstrem.
Properti optik
Kaca kuarsa memiliki berbagai sifat optik yang sangat baik. Dibandingkan dengan kaca biasa, kaca kuarsa dengan kemurnian tinggi memiliki transmitansi yang baik dalam spektrum yang sangat luas dari ultraviolet jauh (160nm) hingga inframerah jauh (5μm), yang tidak tersedia dalam kaca optik umum. Transmitansi spektral dan keseragaman optik yang sangat baik membuat kaca kuarsa banyak digunakan dalam litografi semikonduktor dan perangkat optik presisi. Selain itu, kaca kuarsa memiliki ketahanan radiasi yang baik, kaca kuarsa dengan ketahanan radiasi telah banyak digunakan sebagai bahan jendela untuk pesawat ruang angkasa, penutup pelindung untuk komponen utama laboratorium ruang angkasa.
Properti mekanis
Kaca kuarsa mirip dengan kaca biasa, keduanya merupakan material yang keras dan getas. Sama seperti kaca biasa, parameter kekuatan kaca kuarsa dipengaruhi oleh banyak faktor. Termasuk kondisi permukaan, geometri, dan metode pengujian. Kekuatan tekan kaca kuarsa transparan umumnya 490~1960MPa, kekuatan tarik 50~70MPa, kekuatan tekuk 66~108MPa, dan kekuatan puntir sekitar 30MPa.
Sifat listrik
Kaca kuarsa merupakan bahan isolasi listrik yang sangat baik. Dibandingkan dengan kaca biasa, kaca kuarsa memiliki resistivitas yang lebih tinggi, dan resistivitas kaca kuarsa pada suhu ruangan mencapai 1,8×1019Ω∙cm. Selain itu, kaca kuarsa memiliki tegangan tembus yang lebih tinggi (sekitar 20 kali lipat dari kaca biasa) dan rugi dielektrik yang lebih rendah. Resistivitas kaca kuarsa sedikit menurun seiring dengan peningkatan suhu, dan resistivitas kaca kuarsa buram lebih rendah daripada resistivitas kaca kuarsa transparan.
Properti termal
Karena kaca kuarsa hampir seluruhnya memiliki ikatan Si-O yang kuat, suhu pelunakannya sangat tinggi, dan suhu kerja jangka panjang dapat mencapai 1000℃. Selain itu, koefisien ekspansi termal kaca kuarsa adalah yang terendah di antara kaca industri umum, dan koefisien ekspansi liniernya dapat mencapai 5×10-7/℃. Kaca kuarsa yang diolah secara khusus bahkan dapat mencapai ekspansi nol. Kaca kuarsa juga memiliki ketahanan guncangan termal yang sangat baik, Bahkan jika berulang kali mengalami perbedaan suhu yang besar dalam waktu singkat, kaca kuarsa tidak akan retak. Sifat termal yang sangat baik ini membuat kaca kuarsa tidak tergantikan dalam suhu tinggi dan lingkungan kerja yang ekstrem.
Kaca kuarsa dengan kemurnian tinggi dapat digunakan dalam pembuatan chip di industri semikonduktor, bahan pembantu untuk pembuatan serat optik, jendela observasi untuk tungku suhu tinggi industri, sumber cahaya listrik berdaya tinggi, dan permukaan pesawat ulang-alik sebagai lapisan isolasi termal. Koefisien ekspansi termal yang sangat rendah juga memungkinkan kaca kuarsa digunakan dalam instrumen presisi dan bahan lensa untuk teleskop astronomi besar.
Sifat kimia
Kaca kuarsa memiliki stabilitas kimia yang sangat baik. Tidak seperti kaca komersial lainnya, kaca kuarsa secara kimia stabil terhadap air, Oleh karena itu, dapat digunakan dalam penyuling air yang membutuhkan kemurnian air yang sangat tinggi. Kaca kuarsa memiliki ketahanan asam dan garam yang sangat baik, Oleh karena itu, dapat digunakan dalam penyuling air yang membutuhkan kemurnian air yang sangat tinggi. Kaca kuarsa memiliki ketahanan asam dan garam yang sangat baik, Kecuali asam hidrofluorat, asam fosfat dan larutan garam basa, ia tidak bereaksi dengan sebagian besar asam dan larutan garam. Dibandingkan dengan larutan asam dan garam, kaca kuarsa memiliki ketahanan alkali yang buruk dan bereaksi dengan larutan alkali pada suhu tinggi. Selain itu, kaca kuarsa dan sebagian besar oksida, Logam, nonlogam, dan gas tidak bereaksi pada suhu normal. Kemurnian yang sangat tinggi dan stabilitas kimia yang baik membuat kaca kuarsa cocok untuk digunakan di lingkungan dengan kondisi produksi tinggi dalam pembuatan semikonduktor.
Properti lainnya
Permeabilitas: Struktur kaca kuarsa sangat longgar, dan bahkan pada suhu tinggi, ia memungkinkan ion gas tertentu berdifusi melalui jaringan. Difusi ion natrium adalah yang tercepat. Kinerja kaca kuarsa ini sangat penting bagi pengguna, misalnya, ketika kaca kuarsa digunakan sebagai wadah suhu tinggi atau tabung difusi dalam industri semikonduktor, karena kemurnian tinggi bahan semikonduktor, bahan tahan api yang bersentuhan dengan kaca kuarsa sebagai lapisan tungku harus diproses terlebih dahulu dengan suhu tinggi dan pembersihan, menghilangkan kotoran alkali kalium dan natrium, dan kemudian dapat dimasukkan ke dalam kaca kuarsa untuk digunakan.
Aplikasi Kaca Kuarsa
Sebagai material penting, kaca kuarsa banyak digunakan dalam komunikasi optik, kedirgantaraan, sumber cahaya listrik, semikonduktor, teknologi optik baru.
1. Bidang komunikasi optik: kaca kuarsa merupakan bahan pembantu untuk produksi batang prefabrikasi serat optik dan penarikan serat optik, terutama melayani pasar interkoneksi stasiun pangkalan, dan kedatangan era 5G telah membawa permintaan pasar yang besar untuk serat optik.
2. Aspek cahaya baru: lampu merkuri bertekanan tinggi, lampu xenon, lampu tungsten iodida, lampu talium iodida, lampu inframerah dan lampu kuman.
3. Aspek semikonduktor: Kaca kuarsa merupakan bahan yang sangat diperlukan dalam proses produksi bahan dan perangkat semikonduktor, seperti germanium yang tumbuh, wadah kristal tunggal silikon, tabung inti tungku dan toples lonceng...dll.
4. Di bidang teknologi baru: dengan kinerja yang luar biasa dalam hal suara, cahaya, dan listrik, jalur tunda ultrasonik pada radar, penentu arah pelacakan inframerah, prisma, lensa fotografi inframerah, komunikasi, spektrograf, spektrofotometer, jendela pemantul teleskop astronomi besar, jendela operasi suhu tinggi, reaktor, instalasi radioaktif; roket, kerucut hidung rudal, nosel dan radome, bagian isolasi radio untuk satelit buatan; keseimbangan termal, perangkat penyerapan vakum, pengecoran presisi, dan lain-lain.
Kaca kuarsa juga digunakan dalam industri kimia, metalurgi, listrik, penelitian ilmiah, dan aspek lainnya. Dalam industri kimia, dapat melakukan pembakaran gas tahan asam suhu tinggi, perangkat pendingin dan ventilasi; perangkat penyimpanan; persiapan air suling, asam klorida, asam nitrat, asam sulfat, dll., dan eksperimen fisik dan kimia lainnya. Dalam operasi suhu tinggi, dapat digunakan sebagai tabung inti tungku listrik dan radiator pembakaran gas. Dalam optik, kaca kuarsa dan wol kaca kuarsa dapat digunakan sebagai nosel roket, pelindung panas pesawat ruang angkasa, dan jendela observasi, singkatnya, dengan perkembangan ilmu pengetahuan dan teknologi modern, kaca kuarsa telah lebih banyak digunakan di berbagai bidang.
Bidang Aplikasi Kaca Kuarsa
Dengan sifat fisik dan kimia yang sangat baik, kaca kuarsa banyak digunakan dalam suhu tinggi, bersih, tahan korosi, transmisi cahaya, penyaringan dan lingkungan proses produksi produk berteknologi tinggi spesifik lainnya, merupakan material penting yang tak tergantikan dalam bidang semikonduktor, kedirgantaraan, dan komunikasi optik.
Bidang semikonduktor
Produk kaca kuarsa semikonduktor mencakup 68% dari pasar produk kaca kuarsa, dan bidang semikonduktor merupakan bidang aplikasi terbesar di pasar hilir kaca kuarsa. Material dan produk kaca kuarsa banyak digunakan dalam proses pembuatan chip semikonduktor, dan dibutuhkan untuk membawa perangkat dan bahan habis pakai rongga untuk proses etsa semikonduktor, difusi, dan oksidasi.
Bidang komunikasi optik
Batang kuarsa merupakan bahan baku utama untuk pembuatan serat optik. Lebih dari 95% batang serat prafabrikasi dibagi menjadi kaca kuarsa dengan kemurnian tinggi, dan banyak bahan kaca kuarsa dikonsumsi dalam proses produksi pembuatan batang serat dan penarikan kawat, seperti batang penahan dan cangkir kuarsa.
Optik diajukan
Bahan kaca kuarsa sintetis digunakan sebagai lensa, prisma, layar TFT-LCD HD dan bahan substrat topeng cahaya IC di bidang optik kelas atas.
Produk kaca kuarsa merupakan bahan habis pakai dan bahan baku utama di berbagai bidang, sehingga membatasi produksi produk di industri hilir, dan saat ini tidak ada produk alternatif, sehingga permintaan kaca kuarsa bersifat jangka panjang. Di industri hilir, terutama percepatan pengembangan industri semikonduktor dan fotovoltaik, kemakmuran industri kaca kuarsa akan terus meningkat.
| Kuarsa yang menyatu dengan api | Kuarsa Fused Listrik | Kuarsa Buram | Kuarsa Sintetis | ||
| Sifat Mekanik | Kepadatan (g/cm3) | 2.2 | 2.2 | 1.95-2.15 | 2.2 |
| Modulus Young(IPK) | 74 | 74 | 74 | 74 | |
| Rasio Poisson | 0.17 | 0.17 | 0.17 | ||
| Kekuatan Pembengkokan(MPa) | 65-95 | 65-95 | 42-68 | 65-95 | |
| Kekuatan Kompresif(MPa) | tahun 1100 | tahun 1100 | tahun 1100 | ||
| Kekuatan Tarik(MPa) | 50 | 50 | 50 | ||
| Kekuatan Torsi(MPa) | 30 | 30 | 30 | ||
| Kekerasan Mohs(MPa) | 6-7 | 6-7 | 6-7 | ||
| Diameter Gelembung(pm) | 100 | ||||
| Sifat Listrik | Konstanta Dielektrik (10GHz) | 3.74 | 3.74 | 3.74 | 3.74 |
| Faktor Kehilangan (10GHz) | 0,0002 | 0,0002 | 0,0002 | 0,0002 | |
| Dielektrik Trie Streng th(V/m) | 3,7X107 | 3,7X107 | 3,7X107 | 3,7X107 | |
| Resistivitas (20°C) (Q・(cm) | >Ukuran 1X1016 | >Ukuran 1X1016 | >Ukuran 1X1016 | >Ukuran 1X1016 | |
| Resistivitas（1000℃）（Q •cm） | >Ukuran 1X106 | >Ukuran 1X106 | >Ukuran 1X106 | >Ukuran 1X106 | |
| Sifat Termal | Titik pelunakan (C) | tahun 1670 | tahun 1710 | tahun 1670 | tahun 1600 |
| Titik anil (C) | tahun 1150 | tahun 1215 | tahun 1150 | tahun 1100 | |
| Titik Hujan(C) | tahun 1070 | tahun 1150 | tahun 1070 | 1000 | |
| Konduktivitas Termal(W/M・Bahasa Inggris: K) | 1.38 | 1.38 | 1.24 | 1.38 | |
| Panas Spesifik (20℃) (J/KG)・K) | 749 | 749 | 749 | 790 | |
| Koefisien Ekspansi (X10)-7/K) | A: Bahasa Indonesia:25C~200C6.4 | A: Bahasa Indonesia:25C~100C5.7 | A: Bahasa Indonesia:25C~200C6.4 | A: Bahasa Indonesia:25C~200C6.4 | |