شیشه کوارتز ذوب شده: خواص، کاربردها و راهنمای خرید

یک پنجره لیزر پمپ در یک مجموعه فوتونیک به تازگی پس از 200000 چرخه حرارتی از کار افتاده است. گزارش شکست به مهاجرت سدیم و دگرگونی در پنجره بوروسیلیکات اشاره دارد. هنگامی که شیشه معمولی در سیستم های نوری با اشعه ماوراء بنفش عمیق یا دمای بالا استفاده می شود، این یک مشکل تکراری است. شیشه کوارتز ذوب شده به این ترتیب شکست نمی خورد. این در اصل سیلیس خالص (SiO2) به شکل آمورف است و شبکه سیلیسی پیوسته آن ضریب انبساط حرارتی تقریباً شش برابر کمتر از شیشه بوروسیلیکات می دهد. نور را از اشعه ماوراء بنفش عمیق از طریق مادون قرمز میانی منتقل می کند و در برابر حملات شیمیایی که شیشه استاندارد را تخریب می کند، مقاومت می کند. به همین دلیل است که پردازش نیمه هادی، فوتولیتوگرافی، طیف سنجی، و سیستم های مشاهده در دمای بالا شیشه کوارتز ذوب شده را به عنوان راه حل استاندارد مشخص می کنند. این راهنما توضیح می دهد که شیشه کوارتز ذوب شده چیست، چگونه با سایر خانواده های شیشه مقایسه می شود، و قبل از تعیین آن برای سیستم خود چه چیزی را باید بررسی کنید.

شیشه کوارتز ذوب شده چیست؟

شیشه کوارتز ذوب شده یک شیشه غیر کریستالی است که از دی اکسید سیلیکون تقریبا خالص ساخته شده است. در یک شیشه فلوت استاندارد، اصلاح کننده های شبکه مانند سدیم، پتاسیم و کلسیم شبکه سیلیسی را شکسته و ساختارهای پیوند ضعیف تری ایجاد می کنند. در شیشه کوارتز ذوب شده، شبکه یک چارچوب SiO2 پیوسته باقی می ماند. این چارچوب دلیل فیزیکی نقطه نرمی بالای مواد، انبساط حرارتی کم، انتقال عمیق UV و مقاومت شیمیایی مواد است.

مسیر تولید نیز بر خواص نهایی تأثیر می گذارد. کوارتز ذوب شده معمولاً از کریستال کوارتز طبیعی شروع می شود که در حدود 2000 درجه سانتیگراد خرد و ذوب می شود. سیلیس ذوب شده از یک پیش ماده مصنوعی مانند تتراکلرید سیلیکون شروع می شود که در شعله یا پلاسما هیدرولیز می شود. هر دو محصول SiO2 آمورف هستند، اما سیلیس ذوب شده مصنوعی خلوص بالاتر و محتوای هیدروکسیل کنترل شده بیشتری دارد. برای بسیاری از کاربردهای پنجره نوری، بستر و فیلتر، شیشه کوارتز ذوب شده از یک پردازنده با تجربه، انتقال مورد نیاز و پایداری حرارتی را با هزینه کمتری نسبت به سیلیس ذوب شده مصنوعی ارائه می‌کند.

در شرکت Nantong Xiangyang Optical Element Co., Ltd.، شیشه اپتیکال کوارتز بی رنگ یکی از محصولات شیشه نوری بی رنگ است که ما پردازش و عرضه می کنیم. این در قالب های ورق، صفحه و شکل برای فیلترهای نوری، پنجره ها، منشورها و بسترها موجود است.

Colorless Quartz Optical Glass for High Temperature Optical Systems

شیشه نوری کوارتز بی رنگ برای سیستم های نوری با دمای بالا این شیشه کوارتز ذوب شده شفافیت عالی، انحراف رنگی کم و ضریب عبور بالا را ارائه می دهد، مناسب برای ابزار دقیق، سیستم های لیزری و لنزهای نوری که به پایداری حرارتی نیاز دارند. مشاهده محصول →

کوارتز ذوب شده در مقابل سیلیس ذوب شده در مقابل شیشه استاندارد

جدول مقایسه سریعترین راه برای قرار دادن شیشه کوارتز ذوب شده در دسته مناسب است. متغیرهای کلیدی عبارتند از خلوص، انتقال UV، پایداری حرارتی، دوام شیمیایی و هزینه نسبی.

مقایسه شیشه های کوارتز ذوب شده، سیلیس ذوب شده، بوروسیلیکات و لیوان سودا آهک
مواد	خلوص SiO2	قطع UV	CTE (×10 ^-6 /K)	دمای سرویس مداوم	هزینه نسبی
شیشه کوارتز ذوب شده	≥ 99.9٪	~ 185 نانومتر	0.55	1100 درجه سانتی گراد	متوسط
سیلیس ذوب شده	≥ 99.99٪	~ 170 نانومتر	0.50	1200 درجه سانتیگراد	بالا
بوروسیلیکات	80%	~ 300 نانومتر	3.30	450 درجه سانتی گراد	کم
لیوان سودا-آهک	~70%	~ 350 نانومتر	9.00	250 درجه سانتی گراد	خیلی کم

نکته کاربردی این است که شیشه بوروسیلیکات برای ظروف شیشه‌ای آزمایشگاهی و پنجره‌های عمومی مفید است و شیشه سودا-آهک برای لعاب‌های روزمره مناسب است. اما اگر سیستم شما به انتقال کار تا 185 نانومتر یا عملکرد مداوم بالای 450 درجه سانتیگراد نیاز دارد، هیچ کدام از مواد کافی نیستند. پل های شیشه ای کوارتز ذوب شده که با هزینه قابل قبول و عملکرد نوری اثبات شده فاصله دارند.

خواص کلیدی شیشه کوارتز ذوب شده

مهندسان نوری ابتدا دو ویژگی را بررسی می کنند: انبساط حرارتی و انتقال طیفی. نمودار میله ای زیر نشان می دهد که چگونه ضریب انبساط حرارتی (CTE) شیشه کوارتز ذوب شده با جایگزین های رایج مقایسه می شود.

^-6 /K) کوارتز ذوب شده 0.55 بوروسیلیکات 3.30 سودا-آهک 9.00

شیشه کوارتز ذوب شده دارای CTE تقریباً 0.55 × 10 است ^-6 / ک. این تقریباً شش برابر کمتر از شیشه بوروسیلیکات و شانزده برابر کمتر از شیشه سودا-آهک است. به طور عملی، یک پنجره کوارتز ذوب شده 100 میلی متری با حرارت 100 کلوین، حدود 0.005 میلی متر تغییر ابعاد می دهد، در حالی که یک پنجره سودا آهکی نزدیک به 0.09 میلی متر رشد می کند. هنگامی که اجزاء باید تحت گرمایش مداوم تراز خود را حفظ کنند، این تفاوت تعیین می کند که آیا سیستم در تحمل باقی می ماند یا خیر.

فاکتور عملکرد بعدی انتقال طیفی است. نمودار زیر منحنی‌های انتقال کوارتز ذوب شده، بوروسیلیکات و شیشه سودا-آهک را در محدوده 200-2000 نانومتر مقایسه می‌کند.

همین ماده همچنین انتقال پیوسته از 185 نانومتر به مادون قرمز میانی را با جذب ناچیز در محدوده 200-2000 نانومتر فراهم می کند. به دلیل این شفافیت پهنای باند، طیف‌سنجی، سیستم‌های لیزری و فوتولیتوگرافی از کوارتز ذوب شده به عنوان پنجره، منشور و مواد زیرلایه استفاده می‌کنند. در یک محیط اکسید کننده، می تواند به طور مداوم در دمای 1100 درجه سانتیگراد کار کند و گشت و گذارهای کوتاه تا 1300 درجه سانتیگراد با پشتیبانی مناسب امکان پذیر است.

شیشه کوارتز ذوب شده چگونه تولید می شود؟

مسیر تولید به ذوب کوارتز طبیعی و رسوب مصنوعی تقسیم می شود. برای کوارتز ذوب شده، فرآیند با کریستال کوارتز طبیعی تمیز شده شروع می شود، خرد شده تا اندازه کنترل شده، سپس در یک کوره پیوسته در حدود 2000 درجه سانتیگراد ذوب می شود. مذاب از یک نازل پلاتین یا سرامیک جریان می یابد و به آرامی خنک می شود تا از دگرگونی جلوگیری شود. ساختار ایزومتریک زیر شکل صفحه ای را نشان می دهد که اکثر اجزای نوری از آن استفاده می کنند.

پس از ذوب شدن و خنک شدن آهسته، شیشه از طریق برش، آسیاب خشن و صیقل دادن ریز می گذرد. برای اجزای نوری، کیفیت سطح نهایی معمولاً به 40/20 حفاری خراش یا بهتر می رسد، با مسطح بودن تا کسری از طول موج کنترل می شود. بازرسی انکسار مضاعف، محتوای حباب و انتقال را در طول موج هایی که مشتری قطعه را اجرا می کند، پوشش می دهد.

در مسیر مصنوعی، تتراکلرید سیلیکون در شعله یا پلاسما با دمای بالا هیدرولیز می شود تا SiO2 را مستقیماً رسوب کند. سیلیس ذوب شده به دست آمده دارای ناخالصی فلزی کمتری است و می تواند برای محتوای OH خاص مهندسی شود، که زمانی اهمیت دارد که برنامه به انتقال بالا نزدیک به 2.7 میکرومتر نیاز دارد. با این حال، هزینه پردازش به طور قابل توجهی بالاتر از کوارتز ذوب شده است، بنابراین انتخاب به باند طیفی و بودجه مورد نیاز بستگی دارد.

شیشه کوارتز ذوب شده در کجا استفاده می شود؟

شیشه کوارتز ذوب شده از مواد خام به محصولات نهایی با ارزش بالا در چندین بخش فناوری منتقل می شود.

پردازش نیمه هادی: پنجره های کوارتز، دریچه های دید و اجزای کوره، چرخه حرارتی مکرر و گازهای خورنده را کنترل می کنند.
فتولیتوگرافی UV: بسترهای ماسک و پنجره های عدسی نیاز به انتقال عمیق UV با حداقل جذب دارند.
طیف‌سنجی: کووت‌ها و سلول‌های نمونه برای نتایج تحلیلی دقیق به شفافیت طیفی گسترده نیاز دارند.
سیستم های لیزری: تقسیم کننده پرتو و پنجره های محافظ از مواد به عنوان یک رسانه نوری قابل اعتماد استفاده می کنند.
عینک های دید با دمای بالا: درگاه های مشاهده کوره نیاز به مقاومت در برابر شوک حرارتی و حمله اکسیداتیو دارند.
اپتیک دقیق: منشورها، آینه ها و بسترهای فیلتر از اعوجاج حرارتی کم و ضریب شکست یکنواخت بهره می برند.

برای شرکت هایی که برای این کاربردها به شیشه کوارتز ذوب شده نیاز دارند، انتخاب پردازنده ای با تجربه نوری واقعی بیشتر از مقایسه قیمت های اولیه اهمیت دارد. ما تاسیسات تولید در Nantong Xiangyang شیشه‌های نوری کوارتز بی‌رنگ و سایر انواع شیشه‌های نوری بی‌رنگ را برای طراحی‌های مشتریان برای مشتریان داخلی و صادراتی پردازش می‌کند.

نحوه انتخاب شیشه کوارتز ذوب شده با کیفیت

چک لیست خرید کوتاه در عمل مفیدتر از برگه مشخصات طولانی است. پنج نکته زیر تصمیماتی را پوشش می دهد که بر عملکرد واقعی سیستم تأثیر می گذارد.

الزامات انتقال را با محتوای OH مطابقت دهید. برای کاربردهای اشعه ماوراء بنفش، کوارتز ذوب شده کم OH انتقال بهتری در عمق UV می دهد. برای استفاده متوسط IR، محتوای OH بالا می تواند جذب را نزدیک به 2.7 میکرومتر کاهش دهد.
مشخصات حرارتی را تایید کنید. دمای سرویس مداوم و پیک کوتاه مدت را با تامین کننده بررسی کنید، زیرا دمای نرم شدن به خلوص و روش شکل دهی بستگی دارد.
کیفیت و صافی سطح را بررسی کنید. برای پنجره های نوری، خراش 40/20 نقطه شروع رایج است. اگر قطعه وارد حفره لیزری شود، صافی محکم تر و خطای جبهه موج کمتر را درخواست کنید.
خلوص و تحمل حباب را تأیید کنید. وجود حباب ها و ناخالصی های فلزی به طور مستقیم بر پراکندگی و جذب در سیستم های نیازمند تأثیر می گذارد.
در مورد سفارشی سازی بپرسید. اندازه‌های غیر استاندارد، منشورهای شکل‌دار، سوراخ‌ها و شکاف‌های نصب همگی زمانی کاربردی هستند که تامین‌کننده بتواند شیشه را در خانه پردازش کند.

برای یک پنجره معمولی UV، تامین کننده باید داده های انتقال مستند را ارائه دهد. درخواست منحنی انتقال از 185 نانومتر تا 2500 نانومتر، مقایسه مستقیمی با نیاز سیستم شما به دست می‌دهد و شیشه‌ای که به درستی پردازش شده را از درجه مواد عمومی جدا می‌کند. برای نگاهی گسترده تر به نحوه استفاده از شیشه نوری بی رنگ در صنایع، به این راهنما مراجعه کنید کاربردهای شیشه نوری بی رنگ .

Ultra-White Colorless Optical Glass for Precision Imaging

شیشه نوری بی رنگ فوق العاده سفید برای تصویربرداری دقیق این شیشه فوق‌سفید با محتوای ناخالصی بسیار کم و شفافیت بالا، برای لنزهای دوربین، میکروسکوپ و سیستم‌های لیزری که در آن تصاویر واضح و دقیق ضروری است، ایده‌آل است. مشاهده محصول →

هنگامی که برنامه کمترین میزان جذب ممکن را در نوار مرئی می طلبد، شیشه نوری بی رنگ فوق سفید گزینه مناسبی است. سطح صیقلی و محتوای حباب کم را برای تصویربرداری دقیق و سیستم های روشنایی حفظ می کند.

سوالات متداول

Q1: شیشه کوارتز ذوب شده چیست؟

A1: شیشه کوارتز ذوب شده یک جامد آمورف است که از دی اکسید سیلیکون تقریبا خالص (SiO2) ساخته شده است. شبکه سیلیسی پیوسته آن به آن انبساط حرارتی کم، انتقال عمیق UV و مقاومت شیمیایی بالا می دهد.

Q2: کوارتز ذوب شده در مقابل سیلیس ذوب شده: تفاوت چیست؟

A2: کوارتز ذوب شده از کریستال کوارتز طبیعی شروع می شود، در حالی که سیلیس ذوب شده از یک پیش ساز سیلیکون مصنوعی شروع می شود. سیلیس ذوب شده خلوص بالاتر و محتوای OH کنترل شده بیشتری دارد، اما کوارتز ذوب شده راه حل مقرون به صرفه تری را برای بسیاری از کاربردها ارائه می دهد.

Q3: شیشه کوارتز ذوب شده چه دمایی را می تواند تحمل کند؟

A3: کوارتز ذوب شده می تواند به طور مداوم در 1100 درجه سانتیگراد کار کند و گشت و گذارهای کوتاه تا 1300 درجه سانتیگراد امکان پذیر است. این پایداری حرارتی بسیار بالاتر از شیشه بوروسیلیکات و سودا-آهک است.

Q4: آیا شیشه کوارتز ذوب شده نور UV را منتقل می کند؟

A4: بله. کوارتز ذوب شده با کیفیت خوب، نور ماوراء بنفش را از حدود 185 نانومتر ارسال می کند و آن را به ماده استاندارد برای فتولیتوگرافی و طیف سنجی UV تبدیل می کند.

Q5: شیشه کوارتز ذوب شده برای چه استفاده می شود؟

A5: کاربردهای رایج عبارتند از: پنجره های نیمه هادی، اپتیک UV، کووت های طیف سنجی، پنجره های محافظ لیزری و عینک های دید با دمای بالا.

Q6: شیشه کوارتز ذوب شده چقدر هزینه دارد؟

A6: قیمت کوارتز ذوب شده بیشتر از شیشه بوروسیلیکات یا سودآهک به دلیل ذوب و خلوص بالا است، اما به طور کلی مقرون به صرفه تر از سیلیس ذوب شده مصنوعی است. قیمت به اندازه، ضخامت، کیفیت سطح و کمیت بستگی دارد.