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杂质会对石英玻璃制品带来哪些影响?
发布时间:2023年07月25日    点击次数:    作者:石英仪器
  石英玻璃综合性能高,同时还具有良好的热学性能、光学性能和电学性能,但对石英玻璃来讲,只需要微量的杂质就会大大减低其性能。因此,控制石英玻璃中杂质的含量,不仅有利于提高石英玻璃的纯度,同时还有利于提高石英玻璃的性能。而石英玻璃的纯度直接取决于原料和高纯石英砂的纯度,同时根据加工的条件、方法不同也会引入部分杂质。

  碱金属元素

  石英玻璃里面的碱(碱土)金属元素,能降低石英玻璃的机械强度、热学性能和光学性能。特别是在石英玻璃高温(>1000℃)应用中,碱(碱土)金属杂质能起到助熔作用,形成结晶核心,使石英玻璃出现析晶失透、变形等不良现象。

  Al、B元素

  微量Al的渗入即能降低石英玻璃高温黏度,也能增强玻璃析晶作用,降低石英玻璃的应用性能。因此应控制石英玻璃中Al含量,一般要求Al含量需低于20ppmw,半导体和石英坩埚中更是要求低于10ppmw;多晶硅拉制单晶硅时,B元素超标对单晶硅的电阻起到巨大的影响。

  过渡金属元素

  过渡金属元素Fe、Ni、Mn、Zn等取代Si,容易使石英玻璃产生色斑,光透率降低,还会破坏玻璃的绝缘性,对电器设备的稳定性造成较大影响。

  羟基

  在石英玻璃熔炼过程中,水与SiO2反应,生成羟基(-OH),羟基含量的多少与熔炼气氛密切相关。通常情况下,氢氧焰气炼石英玻璃羟基含量较大(150——400ppmw),而真空电熔石英玻璃羟基仅为1——10ppmw。
  羟基和碱金属一样能降低玻璃黏度,从而降低耐温性;影响热膨胀系数,降低热震性;羟基会吸收红外线,减少红外线透过率;它的存在,还会增大石英玻璃的析晶率,从而,制品的高温使用寿命降低。

  气液包裹体

  石英矿普遍存在的气液包裹体是形成石英玻璃气泡的主要因素,气泡能劣化石英玻璃光学性能和力学强度。石英熔体粘度高,是石英玻璃的优良特性,但熔炼石英玻璃时,这却成了缺点。石英玻璃熔炼时,原料中的气体包裹体形成气泡,熔体升温至1700℃,黏度仍高达105Pa·s,气泡不易浮出。虽然继续升温,可降低石英熔体黏度,但加热至1900℃后,石英汽化作用增快,大幅增加能耗并造成材料大量损失。
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