石英玻璃品種、用途及工藝方法

發(fā)布日期：2015-08-19 15:40 來源：http://jgehuv.cn 點擊：

石英玻璃有透明和不透明石英玻璃兩種，透明和不秀明石英玻璃是工業(yè)和科研使用的最有經濟價值的材料。其制造（采用熔煉方法）所用的原料為水晶或高純、超高純石英砂（透明石英玻璃）和白色石英砂（不透明石英玻璃）。這兩種原料都存在于自然界，它的成份為最純的SiO2所組成。
石英玻璃和水晶具有相同的化學成份，但在結構上大不相同。一個是玻璃態(tài)，另一個是晶態(tài)。水晶經不起高溫熱沖擊，它遇高溫就會破裂并轉化成其它晶體變態(tài)，而石英玻璃經得起極高溫的沖擊。制造透明石英玻璃和不透明石英玻璃要求在高溫下進行，因為結晶SiO2在1713℃以上才能熔化。
石英玻璃概述
石英玻璃在國外已有160多年歷史，1839年法國人首先用氫氧燃燒火焰熔化石英制造石英玻璃，1902年英國人用石墨棒通電獲得高溫（稱為單棒電熔爐）制造石英玻璃，二十世紀40年代發(fā)明了電熔連熔爐，50年代隨著半導體技術和新型電光源的發(fā)展（急需大量石英玻璃），石英玻璃才迅速發(fā)展起來。因為石英玻璃的生產技術難度大，直到目前能夠大量生產石英玻璃的國家僅有美國、德國、法國、日本、英國、中國等少數(shù)國家。我國石英玻璃研究始于1957年，在中華人民共和國成立之前是空白。1956年國家制定12年科技發(fā)展規(guī)劃，要求發(fā)展國防急需的57項重點研究任務，解決二彈一星用的新型高性能材料，為研究原子彈、導彈、人造衛(wèi)星做好物質準備。石英玻璃是第26項和第40項任務書中指定要研究的內容，任務是下達給當時的國家建筑材料綜合研究所。我國石英玻璃的發(fā)展大體可分為5個階段：1957—1961年為開創(chuàng)階段，以研究工藝制造方法為主；1962—1966年為形成產業(yè)階段，在此期間完成很多軍工任務，民品產量和質量也有很大提高，已初步形成產業(yè)；1978—1988年為改革創(chuàng)新時期，高新技術用石英玻璃，如：大規(guī)模集成電路用高純耐高溫石英玻璃管、高純涂層坩堝、電弧法坩堝、光通信用石英玻璃、激光用石英玻璃等都是這一時期研究并大量生產的；1989—2000年為引進國外先進技術、技術創(chuàng)新、增加品種和產量等大發(fā)展時期，最為突出的是東?？h發(fā)展成為電光源用石英玻璃生產基地，年產石英玻璃達6000噸（其中優(yōu)質品2000余噸），質量極大的提高，成本幾倍的下降，技術裝備顯著的改進。
40余年來，石英玻璃的發(fā)展速度比較快，以生產透明石英玻璃管為例：1975年產量172噸，31個工廠需要用60多臺電阻爐生產，管子質量很差（相當于現(xiàn)在的廢品管），現(xiàn)在2臺連熔爐就可以年生產近200噸，到2000年，透明石英玻璃管的年產量達7000噸（其中優(yōu)質產品達3500噸），25年增長了近40倍。
石英玻璃的性能
石英玻璃被人們稱為“玻璃王”，因為它具有一系列特殊的物理、化學性能。
石英玻璃的化學成份
石英玻璃的化學成份是SiO2單一組份，通常也稱為純度。
照明石英玻璃
半導體工業(yè)用石英玻璃
石英玻璃熱學性能
1. 耐溫性
2. 熱穩(wěn)定性
3. 石英玻璃在高溫時的揮發(fā)量
4．比熱和導熱系數(shù)
5. 石英玻璃的結晶性能（也稱析晶性能或失透性能）
6. 石英玻璃的高溫變色性

以上所述的石英玻璃性能是透明石英玻璃，其他品種石英玻璃（乳白石英玻璃、石英陶瓷、不透明石英玻璃、石英棉、石英纖維等等）都還有其各自的特殊性能。
3. 石英玻璃的主要品種和用途
石英玻璃的品種和用途是密切相關的，用戶根據石英玻璃的特性，要求制造他需要的石英玻璃，便產生了石英玻璃的品種，新的品種又提高了石英玻璃的性能和質量，促進了石英玻璃行業(yè)的發(fā)展。各行各業(yè)幾乎都用石英玻璃，但是因為石英玻璃制品工藝復雜，原料價格貴，造成石英玻璃價格也貴，限制了石英玻璃的大量使用。這里簡要介紹石英玻璃的主要品種和用途。
放電管類用石英玻璃
透明石英玻璃由于具有從紫外區(qū)到紅外區(qū)優(yōu)良的光透過性和耐熱性，所以廣泛使用于水銀燈、超高壓水銀燈、氙燈、紫外線燈、碘鎢燈、鹵素燈、氣體激光用燈、金屬鹵化物燈等電光源，它是中國石英玻璃的第一大用戶，外國是第二大用戶（第一大用戶是半導體技術），首要任務是提高質量，爭取多出口。
半導體工業(yè)（電子工業(yè)）用石英玻璃
紅外線加熱器類用石英玻璃
用不透明石英玻璃（乳白石英玻璃）制造紅外線加熱器、取暖器、晶體加熱器等，年消耗乳白石英玻璃管近千噸。主要用于電鍍液加熱、酸加熱、家庭取暖、鋼化玻璃的加熱等，工業(yè)上（自行車、汽車等）油漆烘烤的烘道，食品、造紙、紡織工業(yè)的烘道等。
3.4. 各種耐酸容器類石英玻璃
由于優(yōu)越的耐酸性和耐熱性，在化學工業(yè)領域得到廣泛利用。如合成鹽酸裝置；高溫酸性氣體的燃燒，冷卻和引導裝置；酸性溶液的蒸發(fā)、冷卻、吸收和貯藏裝置、蒸餾水、鹽酸、硫酸、硝酸類的制造裝置；氯化反應容器；蒸餾塔充填物，蒸汽加熱攪拌裝置；耐酸閥門；過濾板等。
3.5. 電絕緣用石英玻璃
石英玻璃因為有優(yōu)良的電絕緣性和耐熱性，用于科垂爾靜電集成器、高頻和各種電計器絕緣材料，發(fā)電廠鍋爐液位管，高壓絕緣管類等。
各種燒成用石英玻璃容器
由于石英玻璃是沒有污染的純燒成物，所以可作為熒光體物質的燒成容器和各種杯、盤使用等。
保護管類石英玻璃
石英玻璃廣泛用于一般溫度計的保護管類；另外，也可作浸沒高溫計保護管和制鋼的溫度測定不可缺少的材料。
冶金工業(yè)用石英玻璃
石英玻璃由于耐熱性特別優(yōu)良，可作平爐，高爐的氧、碳等分析用試樣采取管類；煉鋼連注連軋出鋼水口用石英玻璃；貴重金屬、黃金、白金冶煉用石英玻璃；有色金屬冶煉（鋁及合金、易熔金屬蒸發(fā)罐）等用石英玻璃。
爐芯管類石英玻璃
石英玻璃由于有優(yōu)良的電性能、耐熱性和氣密性，可作為電爐、氣體爐、高頻爐等的爐芯管和外管，也可用于空氣，各種氣體和真空爐。
各種理化儀器用石英玻璃
由于石英玻璃有很多優(yōu)良的特性，可用于膨脹儀、熱天平、電氣計測器、彈簧天平、地震儀等的零件，燒瓶、燒杯、蒸發(fā)皿、坩堝、舟、硫黃定量裝置、冷凝器等的分析用具，分光光度計用吸收容跑龍?zhí)椎雀鞣N理化實驗用品。
光學類石英玻璃
因為石英玻璃有很高的紫外線透過性、耐熱性和低膨脹性等可用于紋影照像用窗玻璃，耐熱用透鏡和窗玻璃，反射望遠鏡用反射鏡、棱鏡，氣體激光器用窗玻璃，光學標準用等。另外因為石英玻璃不含SiO2以外的成分，所以可作為光學玻璃熔融用坩堝和管使用。
光通訊及高新技術用石英玻璃
世界80%的信息業(yè)務由光纖傳輸，光纖產業(yè)的發(fā)展更具戰(zhàn)略意義，發(fā)展光纖離不開石英玻璃，因為光纖就是石英玻璃纖維，生產石英玻璃纖維需要石英玻璃預制棒和石英玻璃包皮管，由于此類石英玻璃純度要求特別高，德國賀利氏公司生產專用產品Heralux—WG級石英玻璃管，每公斤達3500元人民幣。我國生產光纖大量使用外國進口管。另外還有生物工程、光通信技術、原子能技術、激光技術、航空技術、航天技術等高技術領域均需要用石英玻璃。石英玻璃就好比做菜的味精，用量不算大，但非常廣泛，各行業(yè)均不能缺少它。石英玻璃屬于很重要的新材料，社會經濟效益很大。
4.石英玻璃的主要生產工藝
1、單棒電熔爐工藝
2、真空電阻爐及真空加壓爐工藝
3、電熔連熔爐工藝
4、氫氧氣煉工藝
5、電弧法工藝
6、氣擔沉積工藝
7、二步法工藝
8、摻雜工藝
9、石英玻璃的熱加工技術
10、等離子無接觸氣煉工藝