什麼是融合的二氧化矽

融合二氧化矽, 也稱為熔融石英, 是合成的, 二氧化矽的無定形形式 (二氧化矽). 它是通過在極高溫度下融化高純二氧化矽砂或石英晶體產生的. 該材料以其異常的光學和熱特性而聞名, 使其非常適合各種高性能應用.

二氧化矽 (二氧化矽) 是由一個矽原子和兩個氧原子組成的化合物. 它在自然界中通常是石英和各種生物體. 二氧化矽具有很高的純度水平，而雜質最小, 使其成為各個行業的重要材料.

 

二氧化矽的化學成分

二氧化矽 (二氧化矽):

• 公式: 二氧化矽
• 分子量: 60.08 g/mol
• 作品: 1 一部分矽 (和), 2 零件氧 (o)
• 外貌: 透明至半透明固體
• 純度: 高純度，最小的雜質

 

關鍵特徵

• 高熔點: 〜1710°C (3110°f)
• 硬度: 莫斯的硬度 7
• 化學穩定性: 在大多數情況下化學惰性
• 電性能: 純正的絕緣體, 但可以修改為半導體

 

申請

• 玻璃製造: 玻璃生產的主要成分.
• 半導體行業: 由於其絕緣性能，用於電子組件的製造.
• 建造: 用作混凝土和水泥中的原材料.
• 食物和藥物: 用作食品和藥品中的抗癌劑.

 

純度考慮

高純度二氧化矽對於電子和光學的應用至關重要, 雜質可以顯著影響性能的地方. 精煉SIO2的過程涉及去除污染物，例如金屬, 有機化合物, 和其他非矽元素.

 

特性:

根據您描述的屬性, 聽起來您指的是具有獨特特徵組合的材料. 這是適合這些屬性的材料的示例:

融合二氧化矽 (二氧化矽, 二氧化矽)

特性:

• 透明度:
  • 表現出極好的光學透明度, 特別是在紫外線中 (紫外線) 範圍: 融合二氧化矽以其在紫外線光譜中的特殊透明度而聞名, 非常適合諸如UV光學和光刻之類的應用.
• 熱穩定性:
  • 承受高達1000°C或更多的高溫，而沒有明顯的變形或結晶: 融合二氧化矽的熔點很高 (〜1650°C) 並在高溫下保持其結構和穩定性, 這對於高溫應用至關重要.
• 低熱膨脹:
  • 具有低的熱膨脹係數, 使其適用於需要尺寸穩定性在寬溫度範圍內的應用: 融合二氧化矽的傑出特徵之一是其極低的熱膨脹係數, 這確保了各種溫度的尺寸穩定性.
• 電絕緣體:
  • 展示高電絕緣特性, 使其在電氣和半導體行業中有用: 融合二氧化矽是一種極好的電絕緣體, 在半導體行業中廣泛用於基材和絕緣.
• 化學惰性:
  • 對大多數酸的抗性, 基地, 和其他腐蝕性物質: 融合二氧化矽是化學惰性的, 除氫氟酸以外的大多數化學物質的攻擊, 使其適合在惡劣的化學環境中使用.
• 機械強度:
  • 表現出高機械強度, 允許它承受機械應力和壓力: 雖然融合二氧化矽不是最艱難的材料, 它提供了相當大的機械強度和硬度, 在各種條件下使其耐用.

申請:

• 光學和光子學: 由於其在紫外線範圍內的透明度很高, 融合二氧化矽用於鏡頭, 鏡子, 和光學儀器的窗戶.
• 半導體: 它的電絕緣特性使其適用於半導體製造和微電器設備的底物.
• 航空航天和防禦: 融合二氧化矽的熱穩定性和低熱膨脹使其非常適合在高溫環境中精確組件.
• 化學處理: 它的化學惰性使其可用於暴露於侵略性化學物質的環境中.

 

申請:

1. 光學:

• 用法:
  • 鏡片: 融合二氧化矽鏡頭在紫外線中使用, 可見的, 以及IR應用，由於其出色的清晰度和在廣泛光譜範圍內的最小光吸收.
  • 視窗: 透明的融合二氧化矽窗口用於光學儀器中，以允許光線通過而不會失真.
  • 鏡子: 用作高精度光學系統中鏡子的底物, 包括望遠鏡和激光系統.

2. 半導體行業:

• 用法:
  • 半導體組件: 融合二氧化矽被用作底物材料，並且由於其出色的電絕緣特性而在半導體設備的生產中使用.
  • 熱穩定性: 它在半導體製造過程中承受高溫而沒有變形的高溫的能力至關重要, 例如化學蒸氣沉積 (CVD) 和血漿蝕刻.

3. 激光技術:

• 用法:
  • 激光獲得媒體: 融合二氧化矽用於固態激光器作為激光活性離子的宿主材料.
  • 光纖: 高純度融合二氧化矽是光纖的主要材料, 這對於激光通信和傳輸至關重要.
  • 激光窗口: 由於其高光學透明度和熱電阻，用於高功率激光系統.

4. 化工:

• 用法:
  • 坩堝: 融合的二氧化矽坩堝用於熔化並保持高反應性或純物質，因為它們的化學惰性.
  • 反應容器: 在需要耐腐蝕和高溫的化學反應堆中使用.

5. 精密工程:

• 用法:
  • 精密儀器: 融合二氧化矽用於需要高維穩定性和阻力熱衝擊的儀器, 例如乾涉儀和高精度測量設備.
  • 設備組件: 由熔融二氧化矽製成的組件用於精確測量和穩定性至關重要的應用.

6. 太陽能行業:

• 用法:
  • 太陽能電池: 熔融二氧化矽用於太陽能電池的封裝和保護，因為其太陽輻射的透明度和耐力的環境應力的能力.
  • 太陽能電池板: 它用於太陽能電池板的生產, 通過保護細胞免受熱和化學降解來促進其效率和壽命.

 

融合二氧化矽的製造過程:

1. 原材料準備:

• 選擇:
  • 選擇高純二氧化矽砂或天然石英晶體作為主要原材料.
  • 這些材料是用於高二氧化矽含量和最小雜質的，以確保最終產品的所需特性.

2. 融化:

• 加熱:
  • 原材料的溫度超過1700°C, 通常使用以下方法之一:
    • 電弧加熱: 電弧爐會產生融化二氧化矽所需的高溫.
    • 電阻加熱: 在電阻爐中, 電阻用於產生熱量以熔化二氧化矽.
  • 純化:
    • 在熔化過程中, 任何剩餘的雜質通常被清除, 確保熔融二氧化矽的高純度.

3. 成型:

• 技術:
  • 通過各種技術將熔融二氧化矽形成到所需形式, 包括:
    • 鑄件: 將熔融二氧化矽倒入模具中以創建特定的形狀和尺寸.
    • 緊迫: 在模具中向熔融二氧化矽施加壓力，以實現精確的尺寸和形狀.
    • 成型: 利用模具從熔融二氧化矽形成複雜的形狀和結構.

4. 退火:

• 冷卻:
  • 形狀的二氧化矽以受控方式逐漸冷卻，以減輕在成型過程中可能開發的內部應力.
  • 退火烤箱:
    • 形成的二氧化矽塊放在退火烤箱中, 溫度在長時間緩慢降低.
  • 屬性的改善:
    • 這種緩慢的冷卻過程增強了融合二氧化矽的機械性能, 提高其強度和耐用性.

 

概括:

融合二氧化矽的製造過程涉及仔細選擇高純度原材料, 精確的熔化和形成技術, 並受控退火以生產具有特殊光學的材料, 熱的, 電氣, 和機械性能. 此過程確保了融合二氧化矽在光學方面的高級應用的高質量和可靠性, 半導體製造, 激光技術, 化學工業, 精密工程, 和太陽能行業.

 

融合二氧化矽的變體:

1. 融合的二氧化矽玻璃:

• 描述:
  • 通過熔化和凝固純二氧化矽產生的透明二氧化矽玻璃 (二氧化矽).
• 特性:
  • 紫外線的高光學清晰度和透明度, 可見的, 和紅外波長.
  • 出色的熱穩定性和低熱膨脹.
  • 高化學惰性和電絕緣特性.
• 申請:
  • 用於高精度光學元件, 紫外線和紅外窗口, 鏡片, 鏡子, 和半導體製造.

2. 石英玻璃:

• 描述:
  • 指的是具有高石英含量的二氧化矽玻璃, 通常大於 99.9% 二氧化矽.
• 特性:
  • 類似於熔融二氧化矽，但通常具有更高的純度水平, 導致光學和熱性能略有不同.
  • 對熱衝擊和高溫的特殊阻力.
  • 高化學純度, 非常適合實驗室和工業應用.
• 申請:
  • 在高純度化學處理中使用, 高溫實驗室設備, 和專門的光學組件.

3. 摻雜的融合二氧化矽:

• 描述:
  • 與特定摻雜劑修飾以更改其光學的融合二氧化矽, 熱的, 或專門應用的機械性能.
• 特性:
  • 光學摻雜: 可以添加摻雜劑（例如氟或硼）來改變折射率或增強紫外線傳播.
  • 熱摻雜: 鈦或鋁等添加劑可以改善熱穩定性並減少熱膨脹.
  • 機械摻雜: 融合元素等元素可以增強輻射阻力或機械強度.
• 申請:
  • 用於定制的光纖, 激光組件, 抗輻射材料, 以及需要量身定制特性的精確工程應用.

 

融合二氧化矽的環境影響和未來趨勢:

環境影響:

• 環境良性:
  • 融合二氧化矽被認為是環境良性的, 因為它在生產過程中不會釋放有害化學物質或污染物, 使用, 或處置. 它的惰性性質意味著它不會與環境組件反應, 為各種應用程序安全.
• 有限的回收計劃:
  • 由於對其許多應用的嚴格純度要求，融合二氧化矽的回收受到限制. 與二手融合二氧化矽的淨化和重新處理相關的高成本通常超過了好處, 導致最少的回收工作.

未來趨勢:

• 增強的特性:
  • 研發: 正在進行的r&D努力旨在進一步提高光學透明度, 機械強度, 和融合二氧化矽的熱穩定性. 預計材料科學和工程技術的創新將為高性能應用產生優質的融合二氧化矽變體.
• 新興申請:
  • 量子技術: 正在探索融合二氧化矽以用於量子計算和通信系統, 在其高純度和特殊特性可以促進量子信息的操縱和傳輸的地方.
  • 光伏: 太陽能技術的持續進步正在推動融合二氧化矽在光伏電池和麵板中的使用, 利用其透明度和熱穩定性來提高太陽能係統的效率和耐用性.