Три методи за подготовка на кварцно стакло со висока чистота

Природно силициумско стакло

Првата категорија вклучува топење на природни кварц кристали или силициум диоксид за производство на природно кварцно стакло, кое може понатаму да се подели на методи како што се електрично топење, согорување на гас и топење со плазма врз основа на извори и процеси на топлина.

Во ‌методот на електрично топење‌, прашкастите кварцни суровини во сад за готвење се топат преку електрично загревање (вклучувајќи отпорно загревање и електромагнетно индуктивно загревање), проследено со процес на брзо ладење и витрификација за да се формира кварцно стакло14. За време на топењето, кристалната структура на кварцот претрпува фазни транзиции од β-кварц во α-кварц, потоа во α-кристобалит (придружено со формирање на аморфна фаза), сè додека не се достигне приближно 1723°C, каде што почнува да се формира кварцниот растоп.

Кварцен песок со висока чистота

Процесот на топење на кварцниот прав обично се изведува во средина со висок вакуум (0.1~10 Pa) за да се отстрани гасот ослободен во процесот и да се намали содржината на меурчиња во кварцното стакло. Квалитетот на кварцното стакло подготвено со методот на електрично топење главно зависи од чистотата на суровините. Металните нечистотии во кварцните суровини обично се тешки за отстранување, па затоа металните нечистотии во стопеното кварцно стакло се генерално високи и тешки за контрола. Влажноста во кварцниот прав може ефикасно да се отстрани со сушење, па затоа кварцното стакло со ниска содржина на хидроксил може да се подготви со методот на електрично топење.

Синтетичко кварцно стакло

Втората категорија вклучува синтетизирање кварцно стакло преку хемиски реакции со употреба на соединенија што содржат силициум (на пр., халосилани, хидросилани и органосилициуми) како суровини, наречени ‌синтетичко кварцно стакло‌. Врз основа на принципите на реакција, оваа категорија е понатаму поделена на три методи.

1) ‌Плазматско хемиско таложење на пареа (PCVD): Соединенијата што содржат силициум подлежат на термичка оксидација во безводна средина за да генерираат SiO₂.

2) ‌Таложење со хидролиза на пламен (FHD)‌: Соединенијата што содржат силициум се подложени на хидролиза (често придружена со оксидација) во пламен на водород-кислород.

3) Метод со сол-гел: Соединенијата што содржат силициум се подложени на хидролиза во водена средина.

Меѓу нив, ‌FHD‌ е најшироко прифатената и најзрела индустриска технологија, опфаќајќи ‌директна синтеза‌ и ‌индиректна синтеза‌.

● ‌Директна синтеза‌: Хидролизата на висока температура произведува стопени честички SiO₂, кои се директно таложат на подлогата и се ладат за да формираат кварцно стакло.

● ‌Индиректна синтеза‌: Хидролизата на ниска температура генерира честички SiO₂ слични на саѓи, формирајќи порозно тело SiO₂. Ова порозно тело се подложува на дехидрација, допирање, синтерување и ладење за да се добие кварцно стакло.

Во индустриските апликации, најчесто користениот ‌метод на директна синтеза‌ е ‌хемиско таложење со пареа (CVD). ‌Методите на индиректна синтеза‌ вклучуваат модифицирани пристапи базирани на CVD, како што се ‌двостепено CVD‌, ‌аксијално таложење во пареа-фаза (VAD)‌ и ‌надворешно таложење со пареа (OVD)‌.

Овие методи се разликуваат во процесите на подготовка и финалните производи. На пример, ‌CVD‌ и ‌двостепената CVD‌ првенствено се користат за производство на големи ‌инготи‌ од кварцно стакло, додека ‌VAD‌ и ‌OVD‌ главно се користат за производство на ‌преформи‌ од оптички влакна од кварцно стакло. И покрај овие разлики, сите овие техники се фундаментално вкоренети во принципите на ‌таложење со хидролиза на пламен (FHD)‌.

Кварцно стакло

Преформа на оптички влакна

Метод на термичка модификација

Во практичните индустриски апликации, ‌барањата за облик‌ на производите од кварцно стакло се критични. На пример, цевките од кварцно стакло со висока чистота и ‌прачките од кварцно стакло се широко користени во ‌полупроводничката индустрија‌. Како резултат на тоа, ‌преобликувањето‌ на производот (реформирањето) има значајно значење во производството на кварцно стакло. Во моментов, ‌методот на термичко реформирање‌ е примарен индустриски пристап за модифицирање кварцно стакло производи. Ова вклучува загревање на кварцното стакло до точката на омекнување, а потоа менување на неговата форма според практичните потреби.

Синтетичка кварцна стаклена цевка

Како што температурата се зголемува, кварцно стакло Преформата омекнува, дозволувајќи му да се влече надолу со уред за влечење за да се формираат шипки или цевки од кварцно стакло. Со прилагодување на температурата на печката и брзината на влечење, може да се произведат шипки или цевки со различни дијаметри. Распоредот на намотките и структурата на печката на електромагнетната индукциска печка за греење значително влијаат на полето за распределба на температурата во печката. Во практичното производство, строгата контрола на ова температурно поле е од суштинско значење за да се обезбеди квалитетот на производите од кварцно стакло.

Кварцни стаклени прачки и кварцни стаклени цевки

(Делови на сликата: 1-кварцна стаклена матична прачка; 2-греен елемент; 3-кварцна стаклена прачка; 4-кварцна стаклена матична цевка; 5-индукциска намотка; 6-кварцна стаклена цевка; 7-трактор)