[科普中國]-石英玻璃

基本概述簡介

石英玻璃是二氧化硅單一成分的非晶態(tài)材料，其微觀結(jié)構(gòu)是一種由二氧化硅四面結(jié)構(gòu)體結(jié)構(gòu)單元組成的單純網(wǎng)絡(luò)，由于Si-O化學(xué)鍵能很大，結(jié)構(gòu)很緊密，所以石英玻璃具有獨(dú)特的性能，尤其透明石英玻璃的光學(xué)性能非常優(yōu)異，在紫外到紅外輻射的連續(xù)波長范圍都有優(yōu)良的透射比。

石英玻璃采用高純度的硅砂作為原料，制作的傳統(tǒng)方法是熔融-淬滅方法（加熱材料到熔化溫度，然后快速冷卻到玻璃的固態(tài)相）；制作超高純度和紫外透射比的透明玻璃需硅的汽化、氧化成二氧化硅并加熱溶解等過程。

形成用途石英玻璃的形成是由于其熔體高溫黏度很高引起的結(jié)果。用于制作半導(dǎo)體、電光源器、半導(dǎo)通信裝置、激光器，光學(xué)儀器，實(shí)驗(yàn)室儀器、電學(xué)設(shè)備、醫(yī)療設(shè)備和耐高溫耐腐蝕的化學(xué)儀器、化工、電子、冶金、建材以及國防等工業(yè)，應(yīng)用十分廣泛。

高純石英玻璃可制光導(dǎo)纖維。

隨著半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展，石英玻璃被廣泛的用于半導(dǎo)體生產(chǎn)的各項(xiàng)工序中。比如，直拉法把多晶轉(zhuǎn)化成單晶硅；清洗時用的清洗槽；擴(kuò)散時用的擴(kuò)散管、刻槽舟；離子注入時用的鐘罩等等。

定義石英玻璃是一種只含二氧化硅單一成份的特種玻璃。由于種類、工藝、原料的不同，國外常常叫做硅酸玻璃、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(tǒng)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(xué)石英玻璃、半導(dǎo)體用石英玻璃、電光源用石英玻璃等。人們習(xí)慣于用“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?yàn)椤笆ⅰ笔嵌趸杞Y(jié)晶態(tài)的一種通稱，它與玻璃態(tài)二氧化硅在理化性質(zhì)上是有區(qū)別的。

化學(xué)性質(zhì)石英玻璃具有極低的熱膨脹系數(shù)，高的耐溫性，極好的化學(xué)穩(wěn)定性，優(yōu)良的電絕緣性，低而穩(wěn)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，并有著高于普通玻璃的機(jī)械性能。因此它是近代尖端技術(shù)中空間技術(shù)、原子能工業(yè)、國防裝備、自動化系統(tǒng)，以及半導(dǎo)體、冶金、化工、電光源、通訊、輕工、建材等工業(yè)中不可缺少的優(yōu)良材料之一。

石英玻璃是用天然結(jié)晶石英（水晶或純的硅石），或合成硅烷經(jīng)高溫熔制而成

。熔融后的產(chǎn)品具有極好的加工性能，在極高的粘度范圍內(nèi)，可以將管和棒進(jìn)行有如普通玻璃細(xì)工一樣的熱加工，還可以用金剛石或碳化硅制成的磨具進(jìn)行高速機(jī)械加工，從而制成各種復(fù)雜形狀的儀器和特種制品。石英玻璃的性能主要取決于它的純度，其次是工藝過程或熱工制度。微量雜質(zhì)的存在將給石英玻璃的使用性能帶來重大的影響；同時由于工藝過程或熱工制度的稍有疏忽，將給外觀質(zhì)量帶來多種多樣的缺陷，產(chǎn)生大量的廢次產(chǎn)品。

純度概述純度是石英玻璃的重要指標(biāo)，對理化性能和使用性能影響甚大，如失透性、高溫強(qiáng)度、軟化點(diǎn)、光的傳導(dǎo)、熱穩(wěn)定性、化學(xué)穩(wěn)定性、耐輻射性、熒光特性等；此外，用于半導(dǎo)體工業(yè)的石英玻璃，對純度的要求更為苛刻，微量的雜質(zhì)將給半導(dǎo)體材料的電性能和壽命以及集成度帶來嚴(yán)重的影響。由于半導(dǎo)體材料的純度要求控制在ppb數(shù)量級以下，因此石英玻璃則應(yīng)控制在PPm數(shù)量級以適應(yīng)半導(dǎo)體工業(yè)的需要。B的分凝系數(shù)近于1,最難除掉，是最有害的雜質(zhì)之一，Cu、Fe、Ti等影響半導(dǎo)體的少子壽命，K、Na、Li是單晶材料產(chǎn)生微缺陷的有害雜質(zhì)。

詳細(xì)表1 石英玻璃的化學(xué)純度 單位 ×

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