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石英玻璃是如何生产的
发布时间:2023年12月28日    点击次数:    作者:石英仪器
  石英玻璃有很多种,多种多样的石英玻璃,石英玻璃是如何生成的呢?一起了解下?
  洗涤和烘干
  天然石英中存在的污垢、水分和污染物在加工的早期阶段会被去除,这可能会影响要生产的石英玻璃的质量和性能。这仅适用于开采的石英。
  粉碎
  此步骤的目的是将原始石英减小到适合要使用的熔合方法和机器的尺寸。天然石英经过一系列粉碎步骤,如粉碎和研磨(球磨或辊磨)。石英本质上非常脆,这使得粉碎非常容易。然后,分析颗粒尺寸并分离出较大的颗粒。
  融合
  在这个阶段,热能被用来打破强大的硅氧键。随着温度的升高,更多的键被破坏,导致石英的粘性降低。在成型和冷却至最终形式后,SiO2 分子的有序晶体结构转变为玻璃质、无定形结构和亚稳态石英。
  根据所需的纯度水平和最终用途,天然石英可以通过以下融合方法均质化和形成:
  电聚变
  该方法生产工业上已知的 I 型石英玻璃。如果要获得高纯度和低羟基 (OH) 含量(> 1 ppm – 30 ppm),则使用电熔法。这种方法生产的低OH含量的石英玻璃具有较高的红外透射率,但玻璃表面存在美观的气泡和拉线。原料为天然石英颗粒,可分为以下生产方式:
  连续模式:石英砂被连续送入包含电加热装置的难熔金属坩埚柱的顶部。坩埚的内腔保持干燥且真空密封的气氛,以防止熔化的石英与耐火材料发生反应。通过热坩埚柱后,熔化的石英被收集在位于柱底部的孔口中,在该孔口中将其成型并切割成板、管和棒。这种方法适用于大批量制造。
  批量或 Boule 模式:将大量石英放置在一个内衬耐火材料的真空室中,该真空室还包含一个电加热装置。石英熔化后,粘性熔体被收集并成型为最终形式。这种方法用于制造具有更复杂形状和细节的石英玻璃。
  在该方法中,天然石英或合成前体可以是起始材料。天然石英通过具有高温氢/氧 (H2/O2) 火焰的腔室,直到原材料熔化。如果使用四氯化硅 (SiCl4),一种气态合成前体,它会与 H2/O2 火焰发生反应。粘性熔体沉积在衬有耐火材料的真空室中,由容器底部的模具缓慢收集,并成型为最终形状。由于与 H2/O2 火焰直接接触,该方法生产的石英玻璃的 OH 含量为 150-200 ppm,来自天然石英,而合成二氧化硅的 OH 含量高达 1000 ppm。
  通过火焰熔融由水晶石英制成的玻璃属于 II 型,而由合成前驱体制成的玻璃属于 III 型。III 型合成石英玻璃是化学反应的产物。四氯化硅的燃烧产生合成石英并留下对环境有毒的副产物、氯和盐酸。
  等离子聚变
  该过程类似于火焰融合,使用无水蒸气的等离子火焰作为热源。等离子熔融石英玻璃纯度高,OH含量低,气泡含量少,无拉丝。
  天然石英或合成前体可能是该方法的起始材料。合成前体在等离子火焰中燃烧产生的石英玻璃被称为 IV 型。
  电弧聚变
  石英砂在电弧炉中熔化。将得到的玻璃锭压碎成型;成型的零件被干燥和烧结。这种方法生产的石英玻璃是白色不透明的,一般不属于任何类型的石英玻璃。然而,就纯度水平而言,它可与透明石英相媲美。
  成型和精加工工艺
  制造商可以像加工任何其他种类的玻璃一样加工石英玻璃。
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