石英玻璃課件

合成石英錠光學(xué)石英玻璃簡述

石英玻璃是由純凈的天然水晶、石英石（包括脈石英、石英砂）或人工合成原料經(jīng)熔化而制得。自然界中的石英，從地殼表面往下十六公里，幾乎有65％，普通形狀為細(xì)小的無規(guī)則顆粒。水晶是無色透明結(jié)晶完整的石英，是β－石英的變體。一、結(jié)構(gòu)非晶態(tài)SiO2呈四面體排列。三個(gè)基本的原子間距分別為：Si-O1.62?，O-O2.65?，Si-Si3.12?；Si-O-Si鍵角分布中最大值為1440±10％。

石英玻璃方石英二、性能1.純度：a.透明石英玻璃：氣煉石英玻璃：SiO299.97％以上；

SiCl4直接氣煉石英玻璃：SiO299.9999％以上；高純石英玻璃：SiO299.999％以上。b.不透明石英玻璃：SiO299.5％以上。2.電學(xué)性質(zhì)：石英玻璃是一種優(yōu)良的絕緣材料，在高溫下仍能保持很高的介電強(qiáng)度和電阻，而且?guī)缀鯖]有損耗，（OH）－和雜質(zhì)將使介電強(qiáng)度降低，tanδ增加。石英玻璃的介電強(qiáng)度和介電損耗(50Hz)

電性能溫度（℃）透明石英玻璃不透明石英玻璃介電損耗tanδ200.00030.001介電強(qiáng)度20032253.熱學(xué)性質(zhì)：a.耐溫性：石英玻璃的耐高溫性能，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過任何一種玻璃。

T熔＝1713℃，T軟＝1580℃±10℃，T退火＝1140℃±10℃。短時(shí)間可在1450℃高溫下使用，?？稍?000℃以上、不透明則在

900℃使用。b.熱膨脹系數(shù)：石英玻璃的膨脹系數(shù)極小，α～5×10－7℃－1，為平板玻璃的1/14，其原因是石英玻璃的結(jié)構(gòu)類似于方石英相（立方），沒有低溫變體的鋸齒形特征，同時(shí)Si－O鍵較強(qiáng)。石英玻璃的膨脹系數(shù)溫度（℃）10020030040050060070080010001200α×10－75.105.586.276.356.126.005.715.625.565.42

石英玻璃的膨脹系數(shù)曲線

c.比熱和導(dǎo)熱系數(shù)：石英玻璃的比熱和導(dǎo)熱系數(shù)隨溫度的升高而增大。石英玻璃不同溫度的比熱石英玻璃的導(dǎo)熱系數(shù)λ溫度（℃）平均比熱溫度（℃）導(dǎo)熱系數(shù)

1000.185透明石英玻璃不透明石英玻璃

2000.200200.003310.002974000.2332000.003940.003866000.2544000.004470.004538000.2606000.004840.0050310000.2648000.005140.0053412000.27010000.005470.0055012000.005810.005694.機(jī)械性質(zhì)

石英玻璃由單組元硅氧四面體組成網(wǎng)絡(luò)骨架，硅氧鍵鍵強(qiáng)很大，結(jié)構(gòu)緊密，機(jī)械強(qiáng)度很高，為普通玻璃的2～3倍；網(wǎng)絡(luò)中沒有間隙離子填充，故密度小。原料純度（雜質(zhì)）、種類、產(chǎn)品氣泡、羥基（OH-）含量、熔化不均勻等影響強(qiáng)度。透明石英玻璃密度：D＝2.20～2.21g/cm3；不透明石英玻璃密度：D′＝2.02～2.18g/cm3；P抗張～60MPa；P抗彎～110MPa；P抗壓～640MPa；維氏硬度：700Kp/mm2；莫氏硬度：6級(jí)；泊松比：0.17

石英玻璃的楊氏模量曲線

5.光學(xué)性質(zhì)a.石英玻璃在紫外（吸收限低于160nm）到近紅外區(qū)域內(nèi)有較高的透過率；Si－O振動(dòng)的諧振波長為4.45μm（4450nm），截止長波透射；若有（OH－）存在，則波長在2.73μm

（2730nm）和1.38μm

（1380nm）處有吸收帶；（OH－）與Si－O振動(dòng)相互作用的吸收帶為2.22μm（2220nm）。b.石英玻璃受到Χ射線和γ射線時(shí)，產(chǎn)生如下吸收峰：2150

?吸收峰：由石英玻璃本質(zhì)造成的；2950?吸收峰：由金屬雜質(zhì)鋁（Al）、鍺（Ge）引起的；5500?吸收峰：由缺氧造成的；電熔透明石英玻璃用Co60照射易變黑。三、制備方法1.電熔法：石英原料在真空（5×10－2mmHg）或低壓惰性（N2）介質(zhì)中電熔。2.氣煉法：采用氫氧焰或其它碳?xì)浠铮ㄒ胰玻┛扇細(xì)怏w產(chǎn)生高熱來熔化物料。3.SiCl4蒸汽水解法：將四氯化硅蒸汽由氫氣攜帶通入氫氧噴燈火焰中，生成二氧化硅及氯化氫，氯化氫氣體隨煙氣逸出，而二氧化硅則沉積。4.高頻感應(yīng)等離子炬熔融法：由高頻電磁場的感應(yīng)耦合作用而產(chǎn)生等離子體燈炬，內(nèi)核溫度高達(dá)15000K，熔化物料。5.凝膠法：將多孔（50～80?

）凝膠成形后在250℃下真空處理，排出H2O，通過熱處理排除有機(jī)物，1000℃下加熱消除氣孔，形成石英玻璃。

石英燈頭

四、石英玻璃的用途1.半導(dǎo)體材料及器件的坩堝；2.新型光源：激光脈沖氙燈、紫外殺菌燈、碘鎢燈、聚光燈等的燈管；3.光學(xué)精密儀器用的棱鏡、透鏡、比色皿、天文反射鏡、紅外觀察窗、超聲延遲線玻璃；4.在化學(xué)工業(yè)中，制備鉑、銠等稀有金屬的容器和生產(chǎn)SiCl4的蒸發(fā)皿。五、石英玻璃新品種1.高純石英玻璃：SiO2六個(gè)九～七個(gè)九，光譜儀、分光光度計(jì)、熒光計(jì)零件；2.石英纖維和石英棉：宇宙飛船防熱罩、太陽能電池遮蓋材料、光通訊用光導(dǎo)纖維；3.低膨脹石英玻璃：（加入鈦等）原子鐘腔體，宇宙飛行器窺窗；4.吸收紫外線石英玻璃：（加入Cr、V、Ni、Co、Mn、Cu）殺菌（醫(yī)、食）石英玻璃、日光（坑道采光）石英玻璃；5.熒光石英玻璃：分析蛋白質(zhì)的化學(xué)組成，食品、藥物、塑料等的檢測；6.石英陶瓷：石英玻璃廢料經(jīng)粉碎、成型、燒