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 石英玻璃 ,硬度大可達莫氏七級，具有耐高溫、膨脹系數低、耐熱震性、化學穩定性和電絕緣性能良好，並能透過紫外線和紅外線。除氫氟酸、熱磷酸外，對一般酸有較好的耐酸性。按透明度分為透明和不透明兩大類。按純度分為高純、普通和摻雜三類。用水晶，矽石，矽化物為原料，經高溫熔化或化學氣相沉積而成。熔制方法有電熔法、氣煉法等。

　石英玻璃的形成是由於其熔體高溫黏度很高引起的結果。用於制作半導體、電光源器、半導通信裝置、激光器，光學機器，實驗室機器、電學設備、醫療設備和耐高溫耐腐蝕的化學機器、化工、電子、冶金、建材以及國防等工業，應用十分廣泛。

石英玻璃是一種隻含二氧化矽單一成份的特種玻璃。由於種類、工藝、原料的不同，國外常常叫做矽酸玻璃、石英玻璃、熔融石英、熔凝石英、合成熔融石英，以及沒有明確概念的透明、半透明、不透明石英等。我國統稱石英玻璃，多按工藝方法、用途及外觀來分類，如電熔透明石英玻璃、連熔石英玻璃、氣煉透明石英玻璃、合成石英玻璃、不透明石英玻璃、光學石英玻璃、半導體用石英玻璃、電光源用石英玻璃等。人們習慣於用“石英”這樣一個簡單的詞匯來命名這種材料，這是絕對不妥的，因為“石英”是二氧化矽結晶態的一種通稱，它與玻璃態二氧化矽在理化性質上是有區別的。

化學性質

　　石英玻璃具有極低的熱膨脹系數，高的耐溫性，極好的化學穩定性，優良的電絕緣性，低而穩定的超聲延遲性能，最佳的透紫外光譜性能以及透可見光及近紅外光譜性能，並有著高於普通玻璃的機械性能。因此它是近代尖端技術中空間技術、原子能工業、國防裝備、自動化系統，以及半導體、冶金、化工、電光源、通訊、輕工、建材等工業中不可缺少的優良材料之一。 　　石英玻璃是用天然結晶石英（水晶或純的矽石），或合成矽烷經高溫熔制而成

。熔融後的產品具有極好的加工性能，在其高的粘度范圍內，可以將管和棒進行有如普通玻璃細工一樣的熱加工，還可以用金剛石或碳化矽制成的磨具進行高速機械加工，從而制成各種復雜形狀的機器和特種制品。石英玻璃的性能主要取決於它的純度，其次是工藝過程或熱工制度。微量雜質的存在將給石英玻璃的使用性能帶來重大的影響；同時由於工藝過程或熱工制度的稍有疏忽，將給外觀質量帶來多種多樣的缺陷，產生大量的廢次產品。

純度

概述

　　純度是石英玻璃的重要指標，對理化性能和使用性能影響甚大，如失透性、高溫 強度、軟化點、光的傳導、熱穩定性、化學穩定性、耐輻射性、熒光特性等；此外，用於半導體工業的石英玻璃，對純度的要求更為苛刻，微量的雜質將給半導體材料的電性能和壽命以及集成度帶來嚴重的影響。由於半導體材料的純度要求控制在ppb數量級以下，因此石英玻璃則應控制在PPm數量級以適應半導體工業的需要。B的分凝系數近於1,最難除掉，是最有害的雜質之一，Cu、Fe、Ti等影響半導體的少子壽命，K、Na、Li是單晶材料產生微缺陷的有害雜質。本公司為半導體工業服務已有40餘年的歷史，並始終致力於去除上述有害雜質的研制工作。

詳細

ng style="font-weight: bold;">表1 石英玻璃的化學純度ng>　　名稱 單位 ×10-4 % 　　Al Fe Ca Mg Ti Cu Mn Ni Pb Sn Cr B K Na Li OH 　　電熔石英玻璃 　　32 2.0 1.5 1.5 2.08 0.2 0.27 0.2 0.2 ＜0.3 ＜0.3 0.2 2.12 5.31 ＜0.3 5 　　氣煉石英玻璃 　　16 0.92 1.5 0.4 1.0 0.01 0.05 ＜0.3 ＜0.3 ＜0.3 ＜0.3 0.2 1.49 1.67 ＜0.3 400 　　電弧石英玻璃 　　10.4 0.3 0.6 0.3 1.35 0.05 ＜0.05 ＜0.3 ＜0.03 ＜0.03 ＜0.03 ＜0.1 0.7 1.0 1.0 27 　　合成高純石英玻璃 　　0.37 0.31 0.27 0.04 0.03 0.03 0.01 ＜0.03 ＜0.03 ＜0.03 ＜0.03 0.02 0.5 0.5 ＜0.03 1200 　　紅外光學石英玻璃 　　35 1.45 2.68 1.32 1.06 0.22 0.07 ＜0.03 ＜0.03 ＜0.03 ＜0.03 0.3 2.2 3 ＜0.3 5 　　紫外光學石英玻璃 　　3.9 0.4 3.5 1.2 0.45 0.1 0.02 0.06 0.04 0.02 0.03 0.1 0.5 1.5 0.05 1200 　　不透明石英玻璃 　　56 7.4 15.3 1.57 1.5 0.2 0.1

失透性　　失透（又叫析晶性）是石英玻璃的一個固有缺陷，從熱力學觀點看，石英玻璃 的內能高於結晶態方石英，屬熱力學上不穩定的亞穩態，當溫度高於1000℃時，SiO2 分子振動加速，經一段較長時間的重新排列、定向便形成結晶。失透性是以晶核成長速度來表示的，不透明石英玻璃在1520℃、透明石英玻璃在1620℃析晶速度分別達到最大值。 　　析晶主要出現在表麵，其次是內部缺陷處，原因是這些地方容易沾污，引起雜質離子的局部集聚，特別是堿離子（如K、Na、Li、Ca、Mg等）進入網絡後引起粘度降低，促使失透加速。 　　由於石英玻璃的熱膨脹系數和比重同析晶產物β-方石英相近，所以在高溫下連續使用時，盡管析晶區不斷擴大，但體積變化並不明顯，仍可滿意地繼續使用，此時尚可減輕玻璃的塑性變形，使耐火度提高。當析晶產物冷卻到800℃時，則出現細小的龜裂網絡。繼續冷卻到200-275℃時，則出現方石英從高溫型到低溫型（即β-方石英→a-方石英）的結構變化，並伴隨著發生體積聚變，如果析晶層很深，則石英玻璃亦隨之破裂。由於析晶常常出現在有雜質的地方，所以高溫使用前的表麵狀態及周圍耐火材料、氣氛十分重要。有關使用石英玻璃時註意事項後麵還要介紹。

化學性能　　石英玻璃屬酸性材料，除氫氟酸和熱磷酸外，對其它任何酸均表現為惰性，是最好的耐酸材料。在常溫下堿和鹽對石英玻璃的腐蝕程度也是極微的，因此不排除在這些試劑中使用石英玻璃。 　　透明石英玻璃比不透明石英玻璃具有更好的化學穩定性，這是因為後者由於氣泡的存在暴露在腐蝕液中的表麵積增加所致。 　　ng style="font-weight: bold;">表2 各種溶液侵蝕石英玻璃的重量損耗ng>　　溶液名稱 濃度（比重） 溫度（℃） 浸蝕時間（小時 ） 重量損耗（克/米2 ） 　　透明石英玻璃 不透明石英玻璃 　　鹽酸 1.19 60 24 0.034 0.16 　　硝酸 1.40 115 24 0.11 0.15 　　硫酸 1.84 205 24 0.06 0.13 　　氫氟酸 38% 室溫（22℃） 2 259.39 379.80 　　磷酸 200 15 微量 　　300 15 58.00 　　氫氧化鈉 1% 101 2 0.80 5.15 　　氫氧化鉀 1% 98 2 0.68 4.63 　　氫氧化銨 25% 65 2 0.09 0.33 　　氯化鈉 10% 102 2 0.14 0.34 　　碳酸鈉 10% 102 2 1.20 4.99

編輯本段離子擴散及透氣性

　　石英玻璃的結構十分松弛，甚至在高溫下還允許某些氣體的離子通過網絡進行擴散，其中以鈉離子的擴散為最快。石英玻璃的這一性能對於使用者尤為重要，例如，半導體工業用石英玻璃作為高溫容器或擴散管時，由於半導體材料要求很高的純度，所以要求與石英玻璃接觸的作為爐襯的耐火材料必須預先經過高溫和清潔處理，除掉鉀、鈉等堿性雜質，然後才能放入石英玻璃內使用。各種離子在石英玻璃中的擴散系數見表3 　　ng style="font-weight: bold;">表3 各種離子在石英玻璃中的擴散系數ng>　　透明石英玻璃 合成石英玻璃 　　Na+ 2×10-4 5×10-5 　　Ca2+ 2×10-8 　　Al3+ ＜10-12 ＜10-12 　　Ag+ 10-5 10-7 　　註： 　　1.在1100℃下的擴散系數 　　2.單位：厘米2/秒 　　在常溫下，可以認為石英玻璃是不透氣的，在高溫（例如700℃）下，某些氣體的透氣常數也很小。因此可以用在高溫高真空裝備中。石英玻璃的透氣常數及用石英玻璃作容器連續抽真空所的最高真空度見表4、表5. 　　ng style="font-weight: bold;">表4 石英玻璃容器連續抽真空所獲得的最高真空度（實驗條件）ng>　　種類 真空度（毫米汞柱）及溫度（℃） 　　20 900 　　透明石英玻璃 3.7×10-6 7.0×10-6 　　不透明石英玻璃 1×10-5 7.4×10-6 　　ng style="font-weight: bold;">表5 石英玻璃的透氣常數Kng>　　氣體 透氣常數K 　　200℃ 400℃ 600℃ 700℃ 800℃ 900℃ 1000℃ 　　氦 1.39 6.15 16.4 21.9 28.5 36.2 45.4 　　氫 0.022 0.37 1.43 2.52 4.25 6.40 10.00 　　氘（重氫） 17 　　氖 2.8 4.2 　　氬 ＜10-15 　　氧 ＜10-15 　　氮 ＜10-15 　　單位：×10-10厘米3.毫米/秒.厘米2乇（在標準壓力下）

編輯本段電學性能

ng style="font-weight: bold;">表6 石英玻璃的電性能ng>　　性能名稱 電性能指標及種類 　　透明石英玻璃 不透明石英玻璃 　　耐擊穿電壓（仟伏/毫米） 室溫 ＞30 ＞16 　　500℃ 11 7.6 　　介電常數（106赫） ε＝3.7 　　ε＝3.5 　　介電損耗tgδ(50周/秒) 0.0003 0.001 　　電阻（歐姆.厘米） 20℃ 1×1019 1×1015 　　500℃ 3×108 1×107 　　1000℃ 1×106 3×104 　　石英玻璃具有很高的介電強度和極低的導電率，即是在高溫、高壓和高頻下，仍能保持很高的介電強度和電阻，在所應用的頻帶內幾乎沒有介電損耗，因此石英玻璃是優良的高溫介電絕緣材料。

編輯本段光學性能

　　石英玻璃的光學性能有其獨到之處，它既可以透過遠紫外光譜，是所有透紫外材料最優者，又可透過可見光和近紅外光譜。用戶可以根據需要，從185-3500mμ波段范圍內任意選擇所需品種。由於石英玻璃耐高溫，熱膨脹系數極小，化學熱穩定性好，氣泡、條紋、均勻性、雙折射又可與一般光學玻璃媲美，所以它是在各種惡劣場合下工作具有高穩定度光學系統的必不可少的光學材料。 　　石英玻璃的結構，雜質含量，OH基因及NO、CO等含量是影響光譜透過率的主要因素，氧原子結合不良在0.24μ處則有吸收峰，含有OH基團的石英玻璃，在2.7μ處由於分子振動將產生明顯的吸收峰，紫外透過率低主要是由於金屬雜質多造成原子吸收光譜所致。 　　石英玻璃的光譜特性曲線 　　電熔石英玻璃是很好的透紅外材料，但由於雜質的存在，紫外透過率低。氫氧焰熔制水晶所獲得的石英玻璃，由於氧結構缺陷，在0.24μ處有吸收峰，同時含有OH基團，所以紅外透過極低。用合成原料氣煉的高純光學石英玻璃是最好的透紫外材料，但在2.7μ處有嚴重的OH吸收峰。隻有用合成原料通過電熔或無氫火焰熔融而成的光學石英玻璃，才能很好地透過從遠紫外到近紅外的連續光譜。 　　ng style="font-weight: bold;">石英玻璃的折射率及光學常數見表7、表8.ng>ng style="font-weight: bold;">表7 光學石英玻璃的折射率（之一）ng>　　波長（毫微米） 水晶熔制石英玻璃 合成石英玻璃 　　185.41 1.57464 - 　　193.53 1.56071 - 　　202.54 1.54729 1.54717 　　206.20 1.54269 1.54266 　　213.85 - 1.53434 　　214.45 1.53385 - 　　226.50 1.52318 1.52299 　　232.94 1.51834 - 　　237.83 - 1.51473 　　248.20 - 1.50841 　　250.20 1.50762 - 　　257.62 1.50397 1.50351 　　265.36 - 1.49994 　　274.87 1.49634 - 　　280.35 - 1.49403 　　289.36 - 1.49098 　　298.06 1.48859 1.48837 　　307.59 - 1.48575 　　313.17 - 1.48433 　　328.36 1.48183 - 　　334.15 - 1.47976 　　340.36 1.47877 1.47860 　　346.69 1.47766 1.47748 　　361.17 1.47513 1.47503 　　365.48 - 1.47448 　　398.84 1.47028 - 　　404.65 - 1.46961 　　435.83 1.46679 1.46669 　　486.13 1.46324 1.46314 　　546.07 1.46021 1.46007 　　587.56 1.45857 1.45847 　　656.27 1.45646 1.45637 　　註：測量誤差：±3×10-5 　　ng style="font-weight: bold;">表7 光學石英玻璃的折射率（之二）ng>　　波長λ(微米) 折射率 波長λ(微米) 折射率 　　0.67 1.456066 1.30 1.446980 　　0.68 1.455818 1.40 1.445845 　　0.69 1.455579 1.50 1.444687 　　0.70 1.455347 1.60 1.443492 　　0.80 1.453371 1.70 1.442250 　　0.90 1.451808 1.80 1.440954 　　1.00 1.450473 1.90 1.439957 　　1.10 1.440261 2.00 1.438174 　　1.20 1.448110 2.10 1.436680 　　2.20 1.435111 2.90 1.421684 　　2.30 1.433462 3.00 1.41937 　　2.40 1.431730 3.10 1.41694 　　2.50 1.429911 3.20 1.41440 　　2.60 1.428001 3.30 1.41173 　　2.70 1.425995 3.40 1.40893 　　2.80 1.423891 3.50 1.40601 　　ng style="font-weight: bold;">表8 石英玻璃的光學常數ng>　　項目 指標及品種 　　水晶熔制石英玻璃 合成石英玻璃 　　Nd(He587.56mμ) 1.45857 1.4587 　　Nf(H486.13mμ) 1.46324 1.46314 　　Nc(H656.27mμ) 1.45646 1.45637 　　色散系數 V=(Nd-1)/(Nf-Nc) 67.6 67.7 　　中部色散: Nf-Nc 0.00678 0.00677

使用須知

　　1.石英玻璃制品是貴重的材料，使用時必須輕拿輕放，十分小心；

　　2.各種石英玻璃都有一個最高使用溫度，使用時不應超過此溫度，否則會析晶或軟化變形；

　　3.需高溫使用的石英玻璃，使用前必須擦拭乾凈。可以用10%的氫氟酸或洗液浸泡，然後用高純水清洗或酒精處理。操作時應戴細線手套，不允許用手直接觸及石英玻璃；

　　4.高溫下允許連續使用石英玻璃制品，這對延長石英玻璃的壽命和提高耐溫性能是有好處的。反之，高溫下間歇使用石英玻璃制品，其使用次數是有限的；

　　5.石英玻璃材質雖具有極高的熱穩定性，可以經受劇烈的溫差驟變。但實際使用時，由於殘餘應變和產品形狀不同，熱穩定性有一定的差別，使用時應加以註意；

　　6.石英玻璃系酸性材料，高溫使用時嚴格避免同堿性物質（如水玻璃、石棉、鉀鈉的化合物等）接觸，否則將大大降低其抗結晶性能。

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