Kolme erittäin puhtaan kvartsilasin valmistusmenetelmää

Luonnollinen piidioksidilasi

Ensimmäinen luokka sisältää luonnon sulattamisen kvartsi kiteitä tai piidioksidia luonnon kvartsilasin tuottamiseksi, joka voidaan jakaa edelleen menetelmiin, kuten ‌sähköinen sulatus‌, ‌kaasun poltto‌ ja ‌plasmasulatus‌ lämmönlähteiden ja prosessien perusteella.

Sähköisessä sulatusmenetelmässä jauhemaiset kvartsiraaka-aineet sulatetaan upokkaassa sähkölämmityksellä (mukaan lukien vastuslämmitys ja sähkömagneettinen induktiolämmitys), minkä jälkeen suoritetaan nopea jäähdytyslasitusprosessi kvartsilasin muodostamiseksi14. Sulamisen aikana kvartsikiderakenne läpikäy faasimuutoksia β-kvartsista α-kvartsiksi ja sitten α-kristobaliitiksi (mihin liittyy amorfisen faasin muodostuminen), kunnes lämpötila saavuttaa noin 1723 °C, jolloin kvartsisula alkaa muodostua.

Korkean puhtauden kvartsihiekka

Kvartsijauheen sulatusprosessi suoritetaan yleensä korkeassa tyhjiössä (0.1–10 Pa) prosessissa vapautuvan kaasun poistamiseksi ja kvartsilasin kuplapitoisuuden vähentämiseksi. Sähkösulatusmenetelmällä valmistetun kvartsilasin laatu riippuu pääasiassa raaka-aineiden puhtaudesta. Kvartsiraaka-aineiden metalliepäpuhtauksia on yleensä vaikea poistaa, joten sulatetun kvartsilasin metalliepäpuhtaudet ovat yleensä korkeita ja niitä on vaikea hallita. Kvartsijauheen kosteus voidaan poistaa tehokkaasti kuivaamalla, joten sähköisellä sulatusmenetelmällä voidaan valmistaa kvartsilasia, jolla on alhainen hydroksyylipitoisuus.

Synteettinen kvartsilasi

Toinen luokka sisältää syntetisoinnin kvartsilasi kemiallisten reaktioiden kautta käyttäen piitä sisältäviä yhdisteitä (esim. halosilaaneja, hydrosilaaneja ja organopiitä) raaka-aineina, joita kutsutaan synteettisiksi kvartsilasiksi. Reaktioperiaatteiden perusteella tämä kategoria jaetaan edelleen kolmeen menetelmään.

1) ‌Plasmakemiallinen höyrypinnoitus (PCVD)‌: Piitä sisältävät yhdisteet hapettuvat lämpökäsittelyssä vedettömässä ympäristössä, jolloin muodostuu SiO₂:ta.

2) Liekkihydrolyysipinnoitus (FHD): Piitä sisältävät yhdisteet hydrolyysitään (usein hapettumisen mukana) vety-happiliekissä.

3) Sooli-geelimenetelmä: Piitä sisältävät yhdisteet hydrolyysiytyvät vesipitoisessa väliaineessa.

Näistä ‌FHD‌ on laajimmin käytetty ja kypsä teollinen teknologia, joka kattaa ‌suoran synteesin‌ ja ‌epäsuoran synteesin‌.

● ‌Suora synteesi‌: Korkean lämpötilan hydrolyysi tuottaa sulaa SiO₂-hiukkasta, joka kerrostetaan suoraan substraatille ja jäähdytetään kvartsilasiksi.

● ‌Epäsuora synteesi‌: Matalan lämpötilan hydrolyysi tuottaa noen kaltaisia ​​SiO₂-hiukkasia, jotka muodostavat huokoisen SiO₂-kappaleen. Tämä huokoinen kappale dehydratoituu, seostetaan, sintrataan ja jäähdytetään, jolloin saadaan kvartsilasia.

Teollisissa sovelluksissa yleisesti käytetty suora synteesimenetelmä on kemiallinen höyrypinnoitus (CVD). Epäsuoriin synteesimenetelmiin kuuluvat CVD:hen perustuvat muunnetut lähestymistavat, kuten kaksivaiheinen CVD, höyryfaasiaksiaalipinnoitus (VAD) ja ulkopuolinen höyrypinnoitus (OVD).

Nämä menetelmät eroavat toisistaan ​​valmistusprosessien ja lopputuotteiden suhteen. Esimerkiksi CVD- ja kaksivaiheista CVD-menetelmiä käytetään pääasiassa suurten kvartsilasiharkkojen valmistukseen, kun taas VAD- ja OVD-menetelmiä käytetään pääasiassa kvartsilasioptisten kuituaihioiden valmistukseen. Näistä eroista huolimatta kaikki nämä tekniikat perustuvat pohjimmiltaan liekkihydrolyysipinnoituksen (FHD) periaatteisiin.

Kvartsilasiharkko

Optinen kuituaihio

Lämpömuokkausmenetelmä

Käytännön teollisissa sovelluksissa kvartsilasituotteiden muotovaatimukset ovat kriittisiä. Esimerkiksi erittäin puhtaita kvartsilasiputkia ja -tankoja käytetään laajalti puolijohdeteollisuudessa. Tämän seurauksena tuotteen uudelleenmuokkaamisella (reformoinnilla) on merkittävä merkitys kvartsilasin valmistuksessa. Tällä hetkellä terminen reformointimenetelmä on ensisijainen teollinen lähestymistapa kvartsilasin modifiointiin. kvartsilasi tuotteita. Tämä tarkoittaa kvartsilasin kuumentamista pehmenemispisteeseensä ja sen muodon muuttamista käytännön tarpeiden mukaan.

Synteettinen kvartsilasiputki

Lämpötilan noustessa kvartsilasi Esimuotti pehmenee, jolloin vetolaite voi vetää sitä alaspäin kvartsilasisauvojen tai -putkien muodostamiseksi. Säätämällä uunin lämpötilaa ja vetonopeutta voidaan valmistaa eri halkaisijoita omaavia sauvoja tai putkia. Sähkömagneettisen induktiokuumennusuunin kelajärjestely ja uunin rakenne vaikuttavat merkittävästi uunin sisäiseen lämpötilajakaumakenttään. Käytännön tuotannossa tämän lämpötilakentän tarkka hallinta on välttämätöntä kvartsilasituotteiden laadun varmistamiseksi.

Kvartsilasitangot ja kvartsilasiputket

(Kuvassa näkyvät osat: 1-kvartsilasisäie; 2-lämmityselementti; 3-kvartsilasisauva; 4-kvartsilasisäieputki; 5-induktiokäämi; 6-kvartsilasiputki; 7-traktori)