Що таке плавлений кремнезем

Плавлений кремнезем, також відомий як плавлений кварц, є синтетикою, аморфна форма діоксиду кремнію (SiO2). Його отримують шляхом плавлення високочистого кремнеземного піску або кристалів кварцу при надзвичайно високих температурах. Цей матеріал відомий своїми винятковими оптичними та тепловими властивостями, що робить його ідеальним для різноманітних високопродуктивних програм.

Діоксид кремнію (SiO2) - хімічна сполука, що складається з одного атома кремнію та двох атомів кисню. Він зазвичай зустрічається в природі як кварц, і в різних живих організмах. Діоксид кремнію має високий рівень чистоти з мінімальними домішками, що робить його важливим матеріалом у різних галузях.

 

Хімічний склад діоксиду кремнію

Кремнієвий діоксид (SiO2):

• Формула: SiO2
• Молекулярна вага: 60.08 G/моль
• Склад: 1 Частина кремнію (І), 2 частини кисень (О)
• Зовнішність: Прозорий до напівпрозорого твердого
• Чистота: Висока чистота з мінімальними домішками

 

Ключові характеристики

• Висока точка плавлення: ~ 1710 ° C (3110° F)
• Твердість: Твердість MOHS 7
• Хімічна стабільність: Хімічно інерт за більшості умов
• Електричні властивості: Ізолятор у чистому вигляді, але може бути модифікований як напівпровідний

 

Заявки

• Виробництво скла: Первинний інгредієнт у виробництві скла.
• Напівпровідникова промисловість: Використовується у виробництві електронних компонентів завдяки його ізоляційним властивостям.
• Будівництво: Використовується як сировина в бетоні та цементі.
• Їжа та фармацевтичні речовини: Використовується як антиплимковий агент у харчових та фармацевтичних препаратах.

 

Міркування чистоти

Діоксид кремнію високої чистоти має вирішальне значення для застосувань в електроніці та оптиці, Там, де домішки можуть суттєво вплинути на продуктивність. Процес вдосконалення SIO2 передбачає видалення забруднень, таких як метали, органічні сполуки, та інші несиконові елементи.

 

Властивості:

На основі описаних вами властивостей, Це звучить так, ніби ви маєте на увазі матеріал з унікальним поєднанням характеристик. Ось приклад матеріалу, який відповідає цим властивостям:

Злитий кремнезем (Кремнієвий діоксид, SiO2)

Властивості:

• Прозорість:
  • Демонструє відмінну оптичну прозорість, особливо в ультрафіолеті (УФ) діапазон: Злитий кремнезем відомий своєю винятковою прозорістю у УФ -спектрі, що робить його ідеальним для таких додатків, як УФ -оптика та фотолітографія.
• Термічна стабільність:
  • Витримує високі температури до 1000 ° С або більше без значної деформації або кристалізації: Злитий кремнезем має дуже високу точку плавлення (~ 1650 ° C) і підтримує свою структуру та стабільність при підвищеній температурі, що має вирішальне значення для високотемпературних застосувань.
• Низьке теплове розширення:
  • Володіє низьким коефіцієнтом теплового розширення, що робить його придатним для застосувань, що потребують розмірної стабільності в широкому діапазоні температури: Однією з видатних особливостей плавленого кремнезему є його надзвичайно низький коефіцієнт теплового розширення, що забезпечує розмірну стабільність у різних температурах.
• Електричний ізолятор:
  • Демонструє високі властивості електричної ізоляції, що робить його корисним в електричній та напівпровідниковій галузі: Злитий кремнезем - відмінний електричний ізолятор, широко використовується в напівпровідниковій галузі для субстратів та ізоляції.
• Хімічна інертність:
  • Стійкий до більшості кислот, бази, та інші корозійні речовини: Злитий кремнезем хімічно інертний, опір атаці з більшості хімічних речовин, за винятком гідрофторної кислоти, що робить його придатним для використання в різких хімічних умовах.
• Механічна міцність:
  • Демонструє високу механічну міцність, дозволяючи йому витримати механічне напруження та тиск: В той час як сплавлений кремнезем - це не найскладніший матеріал, він пропонує значну механічну міцність і твердість, Зробити його міцним за різних умов.

Заявки:

• Оптика та фотоніка: Завдяки високій прозорості в діапазоні УФ, Злитий кремнезем використовується в лінзах, дзеркала, та вікна для оптичних інструментів.
• Напівпровідники: Його електричні ізоляційні властивості роблять його придатним для використання у виробництві напівпровідників та як субстрати для мікроелектронних пристроїв.
• Аерокосмічна та оборона: Теплова стійкість та низьке теплове розширення плавленого кремнезему роблять його ідеальним для точних компонентів у високотемпературних середовищах.
• Хімічна обробка: Його хімічна інертність дозволяє використовувати його в середовищі з впливом агресивних хімічних речовин.

 

Заявки:

1. Оптика:

• Використання:
  • Лінзи: Злиті кремнеземні лінзи використовуються в УФ, видимий, і ІЧ -застосування через їх виняткову чіткість та мінімальне поглинання світла в широкому спектральному діапазоні.
  • Вікна: Прозорі злиті кремнезелі використовуються в оптичних інструментах, щоб дозволити проходження світла без спотворень.
  • Дзеркала: Використовується як підкладки для дзеркал у високоточних оптичних системах, включаючи телескопи та лазерні системи.

2. Напівпровідникова промисловість:

• Використання:
  • Напівпровідникові компоненти: Злитий кремнезем використовується як матеріал підкладки та у виробництві напівпровідникових пристроїв завдяки чудовим електричним ізоляційним властивостям.
  • Термічна стабільність: Його здатність витримувати високі температури без деформації має вирішальне значення для виробничих процесів напівпровідників, наприклад, хімічне осадження пари (CVD) і плазматичне травлення.

3. Лазерна технологія:

• Використання:
  • Лазерні засоби медіа: Злитий кремнезем використовується в твердотільних лазерах як господарський матеріал для лазерно-активних іонів.
  • Оптичні волокна: Злитий діоксид кремнію з високою чистотою є основним матеріалом для оптичних волокон, які є важливими для лазерного спілкування та передачі.
  • Лазерні вікна: Використовується в системах високої потужності за рахунок високої оптичної прозорості та теплового опору.

4. Хімічна промисловість:

• Використання:
  • Розбивання: Злиті кремнезему використовуються для плавлення та утримання високореактивних або чистих речовин через їх хімічну інертність.
  • Реакційні судна: Використовується в хімічних реакторах, де потрібна стійкість до корозії та високих температур.

5. Точна інженерія:

• Використання:
  • Точні інструменти: Злитий кремнезем використовується в інструментах, що потребують високої стабільності та стійкості до теплового шоку, наприклад, інтерферометри та високоточні вимірювальні пристрої.
  • Компоненти обладнання: Компоненти, виготовлені з плавленого кремнезему, використовуються в додатках, де точні вимірювання та стабільність є критичними.

6. Сонячна промисловість:

• Використання:
  • Сонячні клітини: Злитий кремнезем використовується в інкапсуляції та захисті сонячних батарей через його прозорість до сонячного випромінювання та здатності пережити екологічні напруги.
  • Сонячні панелі: Він використовується у виробництві сонячних батарей, сприяючи їх ефективності та довговічності, захищаючи клітини від термічної та хімічної деградації.

 

Процес виробництва з плавленого кремнезему:

1. Підготовка сировини:

• Відбір:
  • Як основна сировина вибирається високоосьовистою кремнезему або натуральним кварцовим кристалами.
  • Ці матеріали обрані для їх високого вмісту кремнезему та мінімальних домішок, щоб забезпечити бажані властивості кінцевого продукту.

2. Плавлення:

• Нагрівання:
  • Сировина піддається температурі, що перевищує 1700 ° C, Зазвичай з використанням одного з наступних методів:
    • Електрична дуга нагрівання: Електрична дугова піч генерує високі температури, необхідні для розплаву кремнезему.
    • Опалення опору: В печі опору, Електричний опір використовується для отримання тепла для плавлення кремнезему.
  • Очищення:
    • Під час процесу плавлення, Будь -які решта домішок зазвичай видаляються, Забезпечення високої чистоти розплавленого кремнезему.

3. Формування:

• Техніка:
  • Розплавлений кремнезем формується у потрібні форми через різні методики, включаючи:
    • Кастинг: Наливання розплавленого кремнезему в форми, щоб створити конкретні форми та розміри.
    • Натискання: Чинне тиск на розплавлений кремнезем у формах для досягнення точних розмірів та форм.
    • Ліплення: Використання форм для формування складних форм і структур із розплавленого кремнезему.

4. Відпал:

• Охолодження:
  • Сформований кремнезем поступово охолоджується контрольованим чином, щоб полегшити внутрішні напруги, які, можливо, розвивалися під час формування.
  • Відпалу печі:
    • Сформовані шматочки кремнезему розміщують у відпалених печах, де температура повільно знижується протягом тривалого періоду.
  • Поліпшення властивостей:
    • Цей процес повільного охолодження посилює механічні властивості злитого кремнезему, Поліпшення його сили та довговічності.

 

Резюме:

Процес виробництва плавленого кремнезему передбачає ретельний вибір сировини з високою чистотою, точні методи плавлення та формування, і контрольований відпал для отримання матеріалу з винятковим оптичним, термічний, електричний, і механічні властивості. Цей процес забезпечує високу якість та надійність злитого кремнезему для його різних передових програм в оптиці, напівпровідникове виробництво, Лазерна технологія, хімічна промисловість, точна інженерія, і сонячна промисловість.

 

Варіанти злитого кремнезему:

1. Злитий кремнезем:

• Опис:
  • Прозорий кремнеземний скло, що виробляється шляхом плавлення та затвердіння чистого кремнезему (SiO2).
• Властивості:
  • Висока оптична ясність та прозорість через УФ, видимий, і ІЧ -довжини хвилі.
  • Відмінна термічна стійкість та низьке теплове розширення.
  • Висока хімічна інертність та властивості електричної ізоляції.
• Заявки:
  • Використовується в оптиці високоточній, УФ та ІЧ -вікна, лінзи, дзеркала, і напівпровідникове виробництво.

2. Кварцовий склянок:

• Опис:
  • Відноситься до кремнезему з високим вмістом кварцу, як правило, більше, ніж 99.9% SiO2.
• Властивості:
  • Подібно до злитого кремнезему, але часто з ще більш високим рівнем чистоти, що призводить до дещо різних оптичних та теплових властивостей.
  • Виняткова стійкість до теплового удару та високих температур.
  • Висока хімічна чистота, що робить його ідеальним для лабораторних та промислових застосувань.
• Заявки:
  • Використовується в хімічній обробці високої чистоти, Лабораторне обладнання з високою температурою, та спеціалізовані оптичні компоненти.

3. Легований злитий кремнезем:

• Опис:
  • Злитий кремнезем, який був модифікований із специфічними допанантами, щоб змінити його оптичний, термічний, або механічні властивості для спеціалізованих застосувань.
• Властивості:
  • Оптичний допінг: Допанти, такі як фтор або борон.
  • Термічний допінг: Такі добавки, як титан або алюміній, можуть підвищити теплову стійкість та зменшити теплове розширення.
  • Механічний допінг: Включення таких елементів, як церій, може підвищити радіаційну стійкість або механічну міцність.
• Заявки:
  • Використовується в індивідуальних оптичних волокнах, Лазерні компоненти, радіаційні матеріали, та точні інженерні програми, де потрібні індивідуальні властивості.

 

Вплив на навколишнє середовище та майбутні тенденції плавленого кремнезему:

Вплив на навколишнє середовище:

• Екологічно доброякісні:
  • Злитий кремнезем вважається екологічно доброякісним, оскільки він не вивільняє шкідливі хімічні речовини чи забруднювачі під час його виробництва, використання, або утилізація. Його інертна природа означає, що вона не реагує на екологічні компоненти, Зробити це безпечним для різних програм.
• Обмежені ініціативи переробки:
  • Переробка злитого кремнезему обмежена через суворі вимоги до чистоти для багатьох її застосувань. Високі витрати, пов'язані з очищенням та переробкою вживаного плавленого кремнезему, часто перевищують переваги, що призводить до мінімальних зусиль для переробки.

Майбутні тенденції:

• Посилені властивості:
  • Дослідження та розробки: Триває r&D зусилля спрямовані на подальше підвищення оптичної прозорості, механічна міцність, і теплову стабільність злитого кремнезему. Очікується, що інновації в методах матеріалознавства та інженерії створюють чудові сплавлені варіанти кремнезему для високопродуктивних застосувань.
• Нові програми:
  • Квантова технологія: Злитий кремнезем досліджує для використання в квантових обчислювальних та комунікаційних системах, де його висока чистота та виняткові оптичні властивості можуть полегшити маніпуляцію та передачу квантової інформації.
  • Фотоелектричні: Постійні просування в сонячних технологіях сприяють використанню плавленого кремнезему у фотоелектричних клітинах та панелях, Використання своєї прозорості та термічної стійкості для підвищення ефективності та довговічності систем сонячної енергії.