石英知识 久智光电子材料科技有限公司
石英知识

石英玻璃基础知识

1. 什么是石英玻璃

石英玻璃是二氧化硅(SiO2)单一分构成的特种玻璃。由于其具有不其他材料不能取代的一系列特殊性能,使其成为近代科学技术和现代工业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温熔制而成,或使用含硅的化合物火焰水解工艺制成。

天然石英粉料天然水晶或纯的硅石加工而成。美国尤尼明(Unimin)公司拥有高品位的矿源和先进的石英玻璃原料提纯技术,其生产的石英玻璃原料成为世界上石英玻璃的标准原料,成为世界上高纯天然石英粉料的代表。

合成石英玻璃是使用无机或有机含硅的液体化合物(如四氯化硅)经火焰水解合成工艺制成。

3. 石英玻璃制备工艺及不同工艺原料生产出的产品特性

石英玻璃的品质主要取决于它的纯度,除石英玻璃原料纯度影响石英玻璃的品质外,石英玻璃的生产工艺是影响石英玻璃的品质的重要因素。

石英玻璃的生产工艺主要有电熔工艺(真空电熔工艺、二步法熔制工艺、连熔工艺)、气炼工艺、高频等离子熔制工艺、合成石英玻璃工艺。

3.1 电熔工艺

电熔工艺是以电为动力,通过电阻、电弧、中频感应、高频等离子等方式加热,熔融石英粉料制得石英玻璃。用电熔工艺生产的石英玻璃特点是羟基含量低。

3.1.1真空电熔工艺

真空电熔工艺是将石英粉料放在石墨坩埚内,采用真空电熔炉加热,在真空条件下熔融生成石英玻璃。这是目前生产光学用红外石英玻璃管的主要方法。

真空电熔工艺生产的石英玻璃羟基含量较低,但存在着气泡和结石等平方等主要缺陷。

3.1.2二步法熔制工艺

将已熔制好的石英玻璃砣二次加热整型,加工成所需要的石英管、石英棒、石英板等,该工艺称为二步法。二步法熔制工艺特点是工艺生产灵活,产品种类多,产品质量容易控制。但产品能耗大、成本高。

二步法熔制工艺分为有接触法和无接触法。

有接触两步法就是通过成型器,在牵引力作用下拉制成所需尺寸的石英玻璃。该工艺特点是操作简单、尺寸容易控制,但缺点是石英玻璃产品表面容易划伤。

无接触两步法就是石英砣在熔炉的加热区域内熔化后,通过牵引使石英柱体缩小,调节牵引速度,拉制成所需尺寸的石英玻璃管棒材。石英砣在加热时不接触任何物体,成型时无需模具,产品表面质量好。

3.1.3连熔工艺

连熔工艺指采用机械自动投料,石英粉料从上炉口进料,在炉内熔化后,在下料口处连续拉出石英玻璃。连熔工艺一般使用钨加热器,钼材料的坩埚,因此需要气体保护。国外采用He气作为保护气体,生产的产品外观好且羟基含量低。但国内由于He气价格太高,通常采用H2作为保护气体,所以国内连熔工艺生产的产品羟基含量高,外观相对差一些。

连熔工艺机械自动化程度高,生产周期长,有生产成本低的优点。适合大批用量的电光源照明和电加热行业。

3.2气炼工艺

     气炼工艺是指以氢气和氧气作为能源来加热石英玻璃原料来生产石英玻璃的工艺方法。

3.2.1 气炼一步法

石英粉料在气炼车床专用设备上,用氢氧火焰燃烧熔化后直接熔制造成石英管或石英坩埚。该工艺生产的产品尺寸误差较大,表面有不光滑的波纹状,目前该工艺已基本淘汰。

3.2.2立式气炼制砣

立式气炼制砣就是石英玻璃靶托置于熔炉内,氢氧燃烧器将石英粉料加热熔化后沉积在靶托上,形成一定尺寸的石英砣。

该工艺可以生产石英砣毛坯,然后再加工成各种石英管道、仪器、法兰等。该工艺生产的石英砣羟基含量高。

3.3 高频等离子熔制工艺

高频等离子熔制工艺是从法国引进的高品质石英玻璃的生产工艺。该工艺是用等离子体作热源,石英粉料在等离子火焰下均匀熔化、沉积在旋转且匀速平移的基础管上,一层一层沉积,使基础管的外径逐渐增大,最终形成一定尺寸规格的石英砣坯。

高频等离子熔制工艺生产的是石英砣毛坯,石英砣毛坯经过机械冷加工加工成达到一定的精确尺寸后,可以通过二步法工艺拉制成石英玻璃管棒材。

该工艺生产的产品纯度高、羟基含量低,是高品质石英玻璃产品,产品用于光纤行业、激光行业、半导体和太阳能行业。

3.4合成石英玻璃工艺

合成石英玻璃以化工原料SiCl4为原料,经水解合成SiO2。合成石英玻璃工艺生产的产品特点纯度高,金属杂质元素总量<1×10-6,由于工艺复杂,成本较高,尚不能普遍使用。合成石英玻璃主要应用于光通信用石

英玻璃和远紫外光学石英玻璃。

4. 高品质石英玻璃

光纤行业、半导体行业以及激光光源行业对材料的要求非常严格,需用高品质的石英玻璃产品。高品质的石英玻璃具有高纯度、低羟基、高精度几何尺寸、外观质量好等特点。

高品质石英玻璃需要高品质的石英砂原料和先进的生产技术来保障,久智光电子材料科技有限公司(简称久智科技)集这两方面的优势于一体。久智科技具有几十年丰富的石英玻璃生产经验,是国内同行业技术力量强、管理规范的企业,也是国内唯一可以生产光纤衬、套管的企业。

     久智科技以美国尤尼明公司的高纯石英砂为原料(杂质元素总含量≤20ppm),采用高频等离子制砣——中频无接触拉管二步法工艺生产石英玻璃产品,该二步法工艺集高频等离子工艺和无接触工艺优势于一体,生产的产品具有纯度高、低羟基、尺寸精度高、外观质量优异等特点,同时该二步法工艺生产灵活的优势,产品质量达到国际同类产品先进水平,国内领先水平。

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