שלוש שיטות הכנה של זכוכית קוורץ טוהר גבוהה

זכוכית סיליקה טבעית

הקטגוריה הראשונה כוללת התכה של חומרים טבעיים קְוָרץ גבישים או סיליקה לייצור זכוכית קוורץ טבעית, אשר ניתן לחלק עוד יותר לשיטות כגון "התכה חשמלית", "בעירת גז" והתכת פלזמה" המבוססות על מקורות חום ותהליכים.

בשיטת ההיתוך החשמלי, חומרי גלם קוורץ אבקתיים בכור היתוך מותכים באמצעות חימום חשמלי (כולל חימום התנגדות וחימום אינדוקציה אלקטרומגנטי), ולאחר מכן מתבצע תהליך ויטריפיקציה מהיר ליצירת זכוכית קוורץ. במהלך ההיתוך, מבנה גביש הקוורץ עובר מעברי פאזה מ-β-קוורץ ל-α-קוורץ, ואז ל-α-קריסטובליט (מלווה ביצירת פאזה אמורפית), עד להגעה לטמפרטורה של כ-14 מעלות צלזיוס, שם מתחילה להיווצר התכת הקוורץ.

חול קוורץ טוהר גבוה

תהליך ההיתוך של אבקת קוורץ מתבצע בדרך כלל בסביבת ואקום גבוהה (0.1~10 פאסל) כדי להסיר את הגז המשתחרר בתהליך ולהפחית את תכולת הבועות בזכוכית הקוורץ. איכות זכוכית הקוורץ המוכנה בשיטת ההיתוך החשמלית תלויה בעיקר בטוהר חומרי הגלם. זיהומי מתכת בחומרי גלם של קוורץ בדרך כלל קשים להסרה, ולכן זיהומי המתכת בזכוכית קוורץ מותכת הם בדרך כלל גבוהים וקשים לשליטה. ניתן להסיר ביעילות את הלחות באבקת הקוורץ על ידי ייבוש, כך שניתן להכין זכוכית קוורץ עם תכולת הידרוקסיל נמוכה בשיטת ההיתוך החשמלית.

זכוכית קוורץ סינטטית

הקטגוריה השנייה כוללת סינתזה זכוכית קוורץ באמצעות תגובות כימיות תוך שימוש בתרכובות המכילות סיליקון (למשל, הלוסילנים, הידרוסילנים ואורגנוסיליקונים) כחומרי גלם, המכונים "זכוכית קוורץ סינתטית". בהתבסס על עקרונות התגובה, קטגוריה זו מחולקת עוד לשלוש שיטות.

1) שקיעת אדים כימית בפלזמה (PCVD): תרכובות המכילות סיליקון עוברות חמצון תרמי בסביבה נטולת מים ליצירת SiO₂.

2) שקיעת הידרוליזה בלהבה (FHD): תרכובות המכילות סיליקון עוברות הידרוליזה (לעתים קרובות מלווה בחמצון) בלהבת מימן-חמצן.

3) שיטת סול-ג'ל: תרכובות המכילות סיליקון עוברות הידרוליזה בתווך מימי.

מבין אלה, FHD היא הטכנולוגיה התעשייתית הנפוצה והבוגרת ביותר, הכוללת סינתזה ישירה וסינתזה עקיפה.

● סינתזה ישירה: הידרוליזה בטמפרטורה גבוהה מייצרת חלקיקי SiO₂ מותכים, אשר מופקדים ישירות על גבי מצע ומקוררים ליצירת זכוכית קוורץ.

● סינתזה עקיפה: הידרוליזה בטמפרטורה נמוכה יוצרת חלקיקי SiO₂ דמויי פיח, היוצרים גוף SiO₂ נקבובי. גוף נקבובי זה עובר התייבשות, סימום, סינטור וקירור ליצירת זכוכית קוורץ.

ביישומים תעשייתיים, שיטת הסינתזה הישירה הנפוצה היא שקיעת אדים כימית (CVD). שיטות סינתזה עקיפות כוללות גישות שונה המבוססות על CVD, כגון CVD דו-שלבי, שקיעת אדים צירית (VAD) ושקיעת אדים חיצונית (OVD).

שיטות אלו נבדלות בתהליכי ההכנה ובמוצרים הסופיים. לדוגמה, CVD ו-CVD דו-שלבי משמשות בעיקר לייצור מטילי זכוכית קוורץ גדולים, בעוד ש-VAD ו-OVD משמשות בעיקר לייצור תבניות מקדמות של סיבים אופטיים מזכוכית קוורץ. למרות הבדלים אלו, כל הטכניקות הללו מבוססות ביסודן על עקרונות של שקיעת הידרוליזה בלהבה (FHD).

מטיל זכוכית קוורץ

סיב אופטי מקדים

שיטת שינוי תרמי

ביישומים תעשייתיים מעשיים, דרישות הצורה של מוצרי זכוכית קוורץ הן קריטיות. לדוגמה, צינורות זכוכית קוורץ וטהר גבוה ומוטות זכוכית קוורץ נמצאים בשימוש נרחב בתעשיית המוליכים למחצה. כתוצאה מכך, לעיצוב מחדש של המוצר (רפורמינג) יש חשיבות משמעותית בייצור זכוכית קוורץ. כיום, שיטת הרפורמינג התרמי היא הגישה התעשייתית העיקרית לשינוי... זכוכית קוורץ מוצרים. זה כרוך בחימום זכוכית הקוורץ עד לנקודת הריכוך שלה ולאחר מכן שינוי צורתה בהתאם לצרכים המעשיים.

שפופרת זכוכית קוורץ סינתטית

ככל שהטמפרטורה עולה, ה זכוכית קוורץ החומר הפרפורמי מתרכך, ומאפשר לו להימשך כלפי מטה על ידי מכשיר משיכה ליצירת מוטות או צינורות מזכוכית קוורץ. על ידי התאמת טמפרטורת הכבשן ומהירות המשיכה, ניתן לייצר מוטות או צינורות בקטרים ​​משתנים. סידור הסלילים ומבנה הכבשן של תנור החימום האינדוקטיבי האלקטרומגנטי משפיעים באופן משמעותי על שדה פיזור הטמפרטורה בתוך הכבשן. בייצור מעשי, שליטה קפדנית בשדה טמפרטורה זה חיונית כדי להבטיח את איכות מוצרי זכוכית הקוורץ.

מוטות זכוכית קוורץ וצינורות זכוכית קוורץ

(החלקים בתמונה: 1 מוט אם מזכוכית קוורץ; 2 גוף חימום; 3 מוט זכוכית קוורץ; 4 צינור אם מזכוכית קוורץ; 5 סליל אינדוקציה; 6 צינור זכוכית קוורץ; 7 טרקטור)