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石英玻璃制备方法及发展状况
发布时间:2021年06月16日    点击次数:    作者:石英仪器
  石英玻璃是由二氧化硅(SiO2)单一组分构成的特种工业技术玻璃。由于其具有耐温、耐酸(氢氟酸和热磷酸除外)、低膨胀和极佳的光谱透过性等特殊的理化性能,已成为现代科学技术的重要材料,广泛应用于半导体工业、光通讯、电光源等高新技术领域。
  石英玻璃的发展历程
  (1)国外
  1839年,法国Gandin用氢氧焰熔化石英得到一块不透明的石英玻璃,从此石英玻璃问世。
  1902年英国人利用电熔炉制造石英玻璃。
  1914年德国人采用真空加压的方法制备石英玻璃。
  1966年,美国Corning公司提出SiCl4与氧反应制备无羟基石英玻璃工艺。
  1994年法国人提出一种等离子火焰装置,替代氢氧焰加热,避免生产过程中产生羟基,随后德国贺利氏改进利用这种生产工艺制得高品质石英玻璃并实现产业化。
  (2)国内
  1957年,我国开始发展石英玻璃行业,起初主要服务于军工和航天事业,改革开放后国家开始注重研发高新技术用石英玻璃,石英玻璃行业在这一时期也取得了不小的进步,但是产品质量相对较低。
  90年代至今,国家引进先进技术,加强自主创新,这一阶段我国人员结合国外先进的石英玻璃生产技术,从原料到生产工艺都取得了很大的进步,制备的石英产品质量也不断提高,中低端石英制品达到产业化,并满足国内需求,但是在突破制备高端石英制品的技术上我们还需要不断的努力。
  石英玻璃生产工艺
  目前生产石英的工艺方法主要有电熔法、气炼法、等离子体沉积法等方法。
  国内外石英玻璃工业发展现状
  (1)国内发展概况
  半导体技术用石英玻璃
  ①硅单晶制造用石英玻璃。电弧法坩埚生产技术是科技攻关与引进先进技术相结合而发展成熟的先进制造技术,2004年国内石英坩埚产量14万只,实现销售收入近亿元。现国内共有10家生产企业,拥有电弧法生产设备26套,产品规格8——18英寸,主要为太阳能用硅材料生产服务。
  ②半导体工业用石英材料。这类产品是加工石英玻璃仪器、石英玻璃器皿的基础材料,过去大部分依赖从国外进口,近几年国内石英行业通过加大研发力度,整合资源优势,在石英材料制造技术上有了很大的突破,现国内制造设备已达到30台,采用二步法拉制高质量高精度的石英棒及大直径石英玻璃管,广泛应用于光纤、半导体、石英加工等领域。
  ③集成电路用石英玻璃器件。石英玻璃扩散管和各种高纯石英制品是集成电路生产的关键性消耗材料,现全国共有十多家企业生产各类石英玻璃仪器、器皿,2004年销售额约为3亿元。近几年,国内生产石英玻璃仪器、器皿的加工技术进步很快,已接近国际先进水平。
  光纤通讯、激光技术和国防工业用石英材料及石英纤维制品
  石英玻璃沉积管是光导纤维的结构材料,占光纤组分的90%以上,它的质量直接影响光纤传输性能和强度。2004年我国生产光纤石英套管达20t,光纤用辅助石英把管及把棒产量约为120t,工业产值近6000万元。激光技术及国防工业用光学石英、石英纤维产量约5——8万t,产值达3000万元。
  光源、家电用石英玻璃
  电光源是消耗石英玻璃最大的领域,在高效节能光源迅速发展的今天,卤素灯正在国内外推广应用,因此石英管的需求数量惊人。目前,国内已拥有100多台连熔炉,2004年产量达到1.8万t,其中透明管为1.5万t,乳白管为0.35万t,销售收入近4.1亿元。生产的杀菌灯管、低羟基管、无臭氧石英管、石英卤素加热灯管产品质量达到GE公司214A型水平,已在国际市场上占据主导供应地位。
  硅微粉
  ①球形硅微粉。球形硅微粉主要应用于集成电路的封装,其长期依赖进口供应。现国内企业已自主开发成功高频等离子法制备球形硅微粉,并建成50t/a的中试生产线,于2005年3月投入生产运行。
  ②角形硅微粉。目前国内市场的角形硅微粉包括两大类:结晶硅微粉和熔融硅微粉。其中以结晶硅微粉为主导产品,大多数生产厂家生产规模小,品种单一,产品一般在600目以下,全国大约有500家企业,年产总量在30万t左右。生产出来的产品主要用于玻璃、陶瓷、冶金等领域,也用于硅橡胶、油漆、涂料、封装二极管、三极管和电工及电子元件的塑封料。
  (2)国外发展概况
  微电子工业用超纯石英玻璃制品
  德国劳氏公司已可生产40英寸超大直径的石英坩埚产品,纯度(13种杂质元素的总含量)可达2×10-6(2ppm),生产的大规格石英管直径可达500mm以上,纯度在10-6(10ppm)以下,基本无波纹。
  光纤用光波导级石英包层管
  美国和德国生产的纯度较高,二氧化硅含量大于5个9,OH含量≤1×10-6(1ppm)。
  航天技术用宇航级光学石英玻璃、激光技术用超纯合成石英玻璃
  国外可做到直径750mm以上,杂质含量≤0.1×10-6(0.1ppm),满足光学级3个一类要求。
  高纯石英玻璃原料长期由美国尤尼明公司垄断供应,其ICTA—8的杂质含量可控制在8×10-6(8ppm)以下。
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