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  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。它具有優良的耐高溫性能,其熔點與白金(鉑)的熔點相近。熱膨脹率極小,在0―1000℃之間的平均華麗熱膨脹系數α=5、4×10-7,相當於陶瓷的1/6,相當於普通玻璃的1/20,石英玻璃中摻入一定量的鈦,可以制成膨脹系數接近零的超低膨脹石英玻璃。石英玻璃具有極佳的光譜特性,不僅可以透過可見光,而且可以透過紅外線、紫外線。石英玻璃是良好的耐酸材料,相當耐酸陶瓷的30倍,相當於不鏽鋼(鎳鉻合金)的150倍。石英玻璃是極好的電絕緣材料,它的電阻值相當普通玻璃的1萬倍。石英玻璃屬脆性材料,耐壓強度很好,但抗張強度要小一些,石英玻璃不耐氫氟酸,高溫條件下(1000℃以上)會轉變成方陶瓷石英,這是它的二個缺點。石英玻璃可以制成高純材料,合成石英玻璃金屬離子總量僅為1ppm。石英玻璃的可貴之處在於它的綜合性能好。例如:它耐高溫而且膨脹系數小,把它燒紅了投入水中不炸裂;它耐高溫而且透明,是透明的耐火材料;它耐高溫、透光性好、密閉性好,是新型電光源的最佳材料;它耐高溫、高純是制造集成電路的最佳材料??????等等。下面比較詳細的介紹它的性能參數:

  2、1、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。

  1、 照明石英玻璃 美國GE產品Al<14ppm,Ca+Mg總量<0、5ppm,Fe<0、2ppm,K+Na+Li總量<2ppm,Ti<1ppm,Zr<0、8ppm,羥基含量分為二種,<1ppm和<5ppm。中國照明用石英玻璃按行業標准:Al、Ca、Mg、Ti、Fe五種元素,優等品<50ppm,一等品<70ppm,合格品<1000ppm,羥基含量優等品<3ppm,一等品<5ppm,合格品<10ppm。根據最新信息,脫羥與原料純度有關,Fe含量要求<0、3ppm,羥基才有可能脫到<1ppm,另外與堿金屬含量也有關,堿金屬含量高容易脫羥,但降低了抗析晶性,影響燈的使用壽命。

  2、 半導體工業用石英玻璃 美國GE普通產品其純度與照明產品相同,羥基<10ppm,可以比照明用石英高1倍,還有一種244LD牌號管,其Al含量只有8ppm, Li≦0、001ppm, K<0、2ppm,Na≦0、1ppm,堿金屬總量<0、3ppm,Zr≦0、3ppm,Ti≦1、4ppm,Ca≦0、6ppm,Mg<0、1ppm,B<0、1ppm,Cu<0、01ppm,P<0、2ppm,提高純度可以提高使用溫度。中國半導體工業用石英玻璃的行業標准為:Al、Fe、Ca、Mg、Ti、Na、K、Li、Cu、Co、Ni、Mn、B等13個元素總量<50ppm,其中Fe≦3ppm,Cu≦0、8ppm,Na≦2ppm,K≦2ppm,Li≦2ppm,B≦0、3ppm石英,羥基<220ppm。從上面的情況對比可以看出中國石英玻璃在純度上還是很落後的,需要石英舟從各個方面做工作。

  石英玻璃熱學性能

  1、 耐溫性 石英玻璃既然是一種玻璃,其結構無序排列,所以它沒有固定的熔點,因為石英玻璃高溫粘度很大,即使達到軟化點1713℃粘度仍有108泊,與20℃的瀝青一樣硬,在1850―1900℃時,粘度為104―105泊,石英玻璃直到汽化(2100℃)也不會變成很稀的液體。根據美國標准,應變點粘度為1014、5泊,退火點1013泊,軟化點108泊。石英玻璃的形變點為1075℃,退火點1180℃,軟化點1730℃,熱加工溫度範圍:粘度105―8泊,1700―1850℃。石英玻璃的最高連續使用溫度:1100℃,短時間可在1450℃下使用。

  2、 熱穩定性 石英玻璃的熱膨脹系數極小,這就導致它有極高的熱穩定性,能承受劇烈的溫度變化而不炸裂(又叫急冷急熱性好)石英管,石英玻璃薄片加熱到1500℃,急速投入20℃水中也不炸裂。中國產品行業標准規定,將石英玻璃管加熱到1100℃保溫15分鐘, 立即投入20±5℃水中急冷, 不得出現裂紋、缺口和大於3mm崩落。透明石英玻璃的平均熱膨脹系數0―100℃為5、1×10-7,0―200℃為5、8×10-7,0―300℃為5、9×10-7,0―600℃為5、4×10-7,0―900℃為4、8×10-7。

  3、 石英玻璃在高溫時的揮發量 揮發量與表面積有關,1800℃時SiO2的蒸汽壓0、1mmHg,2000℃為0、4mmHg,2500℃為10mmHg。 石英玻璃加熱到2000℃左右SiO2會分解或升華,SiO2→SiO+1/2 O2,所以當用火焰1900―2000℃加工時,一個煙霧帶會在受熱很強區域外形成,石英管煙霧SiO與空氣中的O2再化合成SiO2凝聚在石英管表面,連熔爐的爐口也有此種煙霧。

  4、比熱和導熱系數 石英玻璃的平均比熱0―100℃為772焦耳/kg、k0,0―500℃為964焦耳/kg、k0,0―900℃為1052焦耳/kg、k0,石英玻璃的熱導率20℃為1、38W/kg、m,200℃為1、55W/kg、m,400℃為1、84 W/kg、m,950℃為2、68 W/kg、m。

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