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石英知識

石英玻璃基礎知識

1. 什麼是石英玻璃

石英玻璃是二氧化矽(SiO2)單一分構成的特種玻璃。由于其具有不其他材料不能取代的一系列特殊性能,使其成為近代科學技術和現代工業不可或缺的重要材料。

2. 石英玻璃原材料

石英玻璃是用天然石英粉料高溫熔制而成,或使用含矽的化合物火焰水解工藝制成。

天然石英粉料天然水晶或純的矽石加工而成。美國尤尼明(Unimin)公司擁有高品位的礦源和先進的石英玻璃原料提純技術,其生産的石英玻璃原料成為世界上石英玻璃的标準原料,成為世界上高純天然石英粉料的代表。

合成石英玻璃是使用無機或有機含矽的液體化合物(如四氯化矽)經火焰水解合成工藝制成。

3. 石英玻璃制備工藝及不同工藝原料生産出的産品特性

石英玻璃的品質主要取決于它的純度,除石英玻璃原料純度影響石英玻璃的品質外,石英玻璃的生産工藝是影響石英玻璃的品質的重要因素。

石英玻璃的生産工藝主要有電熔工藝(真空電熔工藝、二步法熔制工藝、連熔工藝)、氣煉工藝、高頻等離子熔制工藝、合成石英玻璃工藝。

3.1 電熔工藝

電熔工藝是以電為動力,通過電阻、電弧、中頻感應、高頻等離子等方式加熱,熔融石英粉料制得石英玻璃。用電熔工藝生産的石英玻璃特點是羟基含量低。

3.1.1真空電熔工藝

真空電熔工藝是将石英粉料放在石墨坩埚内,采用真空電熔爐加熱,在真空條件下熔融生成石英玻璃。這是目前生産光學用紅外石英玻璃管的主要方法。

真空電熔工藝生産的石英玻璃羟基含量較低,但存在着氣泡和結石等平方等主要缺陷。

3.1.2二步法熔制工藝

将已熔制好的石英玻璃砣二次加熱整型,加工成所需要的石英管、石英棒、石英闆等,該工藝稱為二步法。二步法熔制工藝特點是工藝生産靈活,産品種類多,産品質量容易控制。但産品能耗大、成本高。

二步法熔制工藝分為有接觸法和無接觸法。

有接觸兩步法就是通過成型器,在牽引力作用下拉制成所需尺寸的石英玻璃。該工藝特點是操作簡單、尺寸容易控制,但缺點是石英玻璃産品表面容易劃傷。

無接觸兩步法就是石英砣在熔爐的加熱區域内熔化後,通過牽引使石英柱體縮小,調節牽引速度,拉制成所需尺寸的石英玻璃管棒材。石英砣在加熱時不接觸任何物體,成型時無需模具,産品表面質量好。

3.1.3連熔工藝

連熔工藝指采用機械自動投料,石英粉料從上爐口進料,在爐内熔化後,在下料口處連續拉出石英玻璃。連熔工藝一般使用鎢加熱器,钼材料的坩埚,因此需要氣體保護。國外采用He氣作為保護氣體,生産的産品外觀好且羟基含量低。但國内由于He氣價格太高,通常采用H2作為保護氣體,所以國内連熔工藝生産的産品羟基含量高,外觀相對差一些。

連熔工藝機械自動化程度高,生産周期長,有生産成本低的優點。适合大批用量的電光源照明和電加熱行業。

3.2氣煉工藝

     氣煉工藝是指以氫氣和氧氣作為能源來加熱石英玻璃原料來生産石英玻璃的工藝方法。

3.2.1 氣煉一步法

石英粉料在氣煉車床專用設備上,用氫氧火焰燃燒熔化後直接熔制造成石英管或石英坩埚。該工藝生産的産品尺寸誤差較大,表面有不光滑的波紋狀,目前該工藝已基本淘汰。

3.2.2立式氣煉制砣

立式氣煉制砣就是石英玻璃靶托置于熔爐内,氫氧燃燒器将石英粉料加熱熔化後沉積在靶托上,形成一定尺寸的石英砣。

該工藝可以生産石英砣毛坯,然後再加工成各種石英管道、儀器、法蘭等。該工藝生産的石英砣羟基含量高。

3.3 高頻等離子熔制工藝

高頻等離子熔制工藝是從法國引進的高品質石英玻璃的生産工藝。該工藝是用等離子體作熱源,石英粉料在等離子火焰下均勻熔化、沉積在旋轉且勻速平移的基礎管上,一層一層沉積,使基礎管的外徑逐漸增大,最終形成一定尺寸規格的石英砣坯。

高頻等離子熔制工藝生産的是石英砣毛坯,石英砣毛坯經過機械冷加工加工成達到一定的精确尺寸後,可以通過二步法工藝拉制成石英玻璃管棒材。

該工藝生産的産品純度高、羟基含量低,是高品質石英玻璃産品,産品用于光纖行業、激光行業、半導體和太陽能行業。

3.4合成石英玻璃工藝

合成石英玻璃以化工原料SiCl4為原料,經水解合成SiO2。合成石英玻璃工藝生産的産品特點純度高,金屬雜質元素總量<1×10-6,由于工藝複雜,成本較高,尚不能普遍使用。合成石英玻璃主要應用于光通信用石

英玻璃和遠紫外光學石英玻璃。

4. 高品質石英玻璃

光纖行業、半導體行業以及激光光源行業對材料的要求非常嚴格,需用高品質的石英玻璃産品。高品質的石英玻璃具有高純度、低羟基、高精度幾何尺寸、外觀質量好等特點。

高品質石英玻璃需要高品質的石英砂原料和先進的生産技術來保障,久智光電子材料科技有限公司(簡稱久智科技)集這兩方面的優勢于一體。久智科技具有幾十年豐富的石英玻璃生産經驗,是國内同行業技術力量強、管理規範的企業,也是國内唯一可以生産光纖襯、套管的企業。

     久智科技以美國尤尼明公司的高純石英砂為原料(雜質元素總含量≤20ppm),采用高頻等離子制砣——中頻無接觸拉管二步法工藝生産石英玻璃産品,該二步法工藝集高頻等離子工藝和無接觸工藝優勢于一體,生産的産品具有純度高、低羟基、尺寸精度高、外觀質量優異等特點,同時該二步法工藝生産靈活的優勢,産品質量達到國際同類産品先進水平,國内領先水平。

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