Tres mètodes de preparació de vidre de quars d'alta puresa

Vidre de sílice natural

La primera categoria implica la fusió natural quars cristalls o sílice per produir vidre de quars natural, que es pot subdividir en mètodes com ara la fusió elèctrica, la combustió de gasos i la fusió per plasma basats en fonts i processos de calor.

En el mètode de fusió elèctrica, les matèries primeres de quars en pols en un gresol es fonen mitjançant escalfament elèctric (inclòs l'escalfament per resistència i l'escalfament per inducció electromagnètica), seguit d'un procés de vitrificació de refredament ràpid per formar vidre de quars14. Durant la fusió, l'estructura del cristall de quars experimenta transicions de fase de β-quars a α-quars, després a α-cristobalita (acompanyades de la formació d'una fase amorfa), fins a arribar aproximadament als 1723 °C, on comença a formar-se el quars fos.

Sorra de quars d'alta puresa

El procés de fusió de la pols de quars se sol dur a terme en un ambient d'alt buit (0.1~10 Pa) per eliminar el gas alliberat en el procés i reduir el contingut de bombolles al vidre de quars. La qualitat del vidre de quars preparat pel mètode de fusió elèctrica depèn principalment de la puresa de les matèries primeres. Les impureses metàl·liques de les matèries primeres de quars solen ser difícils d'eliminar, de manera que les impureses metàl·liques del vidre de quars fusionat són generalment altes i difícils de controlar. La humitat de la pols de quars es pot eliminar eficaçment mitjançant l'assecat, de manera que el vidre de quars amb un baix contingut d'hidroxil es pot preparar mitjançant el mètode de fusió elèctrica.

Vidre de quars sintètic

La segona categoria implica la síntesi vidre de quars mitjançant reaccions químiques utilitzant compostos que contenen silici (per exemple, halosilans, hidrosilans i organosilicons) com a matèries primeres, denominats vidre de quars sintètic. Segons els principis de reacció, aquesta categoria es divideix al seu torn en tres mètodes.

1) Deposició química de vapor per plasma (PCVD): Els compostos que contenen silici se sotmeten a oxidació tèrmica en un ambient anhidre per generar SiO₂.

2) Deposició per hidròlisi de flama (FHD): Els compostos que contenen silici experimenten hidròlisi (sovint acompanyada d'oxidació) en una flama d'hidrogen-oxigen.

3)‌Mètode Sol-Gel‌: Els compostos que contenen silici experimenten hidròlisi en un medi aquós.

Entre aquestes, la FHD és la tecnologia industrial més àmpliament adoptada i madura, i engloba la síntesi directa i la síntesi indirecta.

● ‌Síntesi directa‌: la hidròlisi a alta temperatura produeix partícules de SiO₂ foses, que es dipositen directament sobre un substrat i es refreden per formar vidre de quars.

● ‌Síntesi indirecta‌: La hidròlisi a baixa temperatura genera partícules de SiO₂ semblants al sutge, formant un cos porós de SiO₂. Aquest cos porós experimenta deshidratació, dopatge, sinterització i refredament per produir vidre de quars.

En aplicacions industrials, el mètode de síntesi directa més utilitzat és la deposició química de vapor (CVD). Els mètodes de síntesi indirecta inclouen enfocaments modificats basats en la CVD, com ara la CVD en dos passos, la deposició axial en fase de vapor (VAD) i la deposició de vapor exterior (OVD).

Aquests mètodes difereixen en els processos de preparació i els productes finals. Per exemple, la ‌CVD‌ i la ‌CVD de dos passos‌ s'utilitzen principalment per produir lingots de vidre de quars de grans mida, mentre que el ‌VAD‌ i l'OVD‌ s'utilitzen principalment per fabricar ‌preformes de fibra òptica de vidre de quars‌. Malgrat aquestes distincions, totes aquestes tècniques es basen fonamentalment en els principis de la ‌Deposició per hidròlisi de flama (FHD).

lingot de vidre de quars

Preforma de fibra òptica

Mètode de modificació tèrmica

En aplicacions industrials pràctiques, els requisits de forma dels productes de vidre de quars són crítics. Per exemple, els tubs de vidre de quars d'alta puresa i les barres de vidre de quars s'utilitzen àmpliament a la indústria dels semiconductors. Com a resultat, la remodelació del producte (reformat) té una importància significativa en la fabricació de vidre de quars. Actualment, el mètode de reformat tèrmic és el principal enfocament industrial per a la modificació vidre de quars productes. Això implica escalfar el vidre de quars fins al seu punt d'estovament i després modificar-ne la forma segons les necessitats pràctiques.

Tub de vidre de quars sintètic

A mesura que augmenta la temperatura, la vidre de quars La preforma s'estova, permetent que sigui estirada cap avall per un dispositiu d'arrossegament per formar barres o tubs de vidre de quars. Ajustant la temperatura del forn i la velocitat d'estirament, es poden produir barres o tubs amb diferents diàmetres. La disposició de la bobina i l'estructura del forn d'escalfament per inducció electromagnètica influeixen significativament en el camp de distribució de la temperatura dins del forn. En la producció pràctica, un control estricte d'aquest camp de temperatura és essencial per garantir la qualitat dels productes de vidre de quars.

Barres de vidre de quars i tubs de vidre de quars

(Peces de la imatge: 1-vareta mare de vidre de quars; 2-element calefactor; 3-vareta de vidre de quars; 4-tub mare de vidre de quars; 5-bobina d'inducció; 6-tub de vidre de quars; 7-tractor)