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石英玻璃的结构特点及制作方法
发布时间:2023年10月19日    点击次数:    作者:石英仪器
  石英玻璃大家不是很了解。石英玻璃有哪些特点呢?石英玻璃如何制作呢?
  1.石英玻璃的结构特点
  纯净的石英玻璃由单一的二氧化硅(SiO2)成分构成,石英玻璃中的Si-O键呈短程有序、长程无序的排列状态,由于Si-O键的键能较强且较为稳定,因此石英玻璃具有较高的软化温度、极佳的光谱透过性、极低的热膨胀系数和电导率、极高的化学稳定性、耐辐照性以及在极端条件下较长的工作寿命等特点。
  2.石英玻璃制备方法
  石英玻璃的制备方法可以分为两大类。第一类是以天然石英晶体或硅石为原料进行熔制得到,称为天然石英玻璃。根据热源和工艺的不同可以将第一类方法细分为电熔法,气炼法,等离子体熔制法等。第二类是以含硅化合物(包括卤化硅,氢化硅及有机硅等)为原料通过化学反应合成得到,称为合成石英玻璃,根据反应原理的不同可以将第二类方法分为:等离子体化学气相沉积法(PCVD)、火焰水解沉积法(FHD)、溶胶-凝胶法。
  1.电熔法
  在电熔法中,首先通过电加热(电阻加热或电磁感应加热)将坩埚内的粉末状石英原料进行熔化,随后经过快速冷却的玻璃化过程形成石英玻璃。
  采用电熔法制备的石英玻璃,其品质主要取决于原料的纯度。石英原料中的金属杂质通常很难去除,因此电熔石英玻璃中的金属杂质一般含量较高且难以控制。通过烘干可以有效去除石英粉料中的水分,因此采用电熔法可以制备出羟基含量较低的石英玻璃。
  2.两步CVD法
  两步CVD法,即“两步法”气相沉积法,该方法可分为两步,第一步是在较低的温度下进行水解反应,此时生成的SiO2颗粒呈烟灰状,SiO2颗粒沉积在基板上首先得到SiO2疏松体,该疏松体是一种多孔结构的无定形SiO2。第二步将制得的SiO2疏松体转移到高温加热炉内进行脱羟,然后经过烧结和冷却过程最终制得石英玻璃。
  采用两步化学气相沉积(CVD)法制备高纯石英玻璃锭是国内近年来着力发展的新技术,其优势在于可以生产出低羟基或羟基含量可控的石英玻璃,从本质上避免了金属杂质的引入,因此具有广阔的发展前景。但是两步CVD法目前仍面临着一系列技术挑战,主要表现在制备工艺不成熟、对制备过程中的关键科学问题认识不足等,限制了其成为工业中制备石英玻璃的主流技术。此外,石英玻璃制备工业还存在着玻璃气泡缺陷以及产品热改型过程难以控制等难题,造成石英玻璃的质量无法得到有效保障。

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