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石英玻璃品种、用途及工艺方法

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石英玻璃品种、用途及工艺方法

发布日期:2015-08-19 15:40 来源:http://www.hongweishiying.com 点击:

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   石英玻璃有透明和不透明石英玻璃两种,透明和不秀明石英玻璃是工业和科研使用的最有经济价值的材料。其制造(采用熔炼方法)所用的原料为水晶或高纯、超高纯石英砂(透明石英玻璃)和白色石英砂(不透明石英玻璃)。这两种原料都存在于自然界,它的成份为最纯的SiO2所组成。 

    石英玻璃和水晶具有相同的化学成份,但在结构上大不相同。一个是玻璃态,另一个是晶态。水晶经不起高温热冲击,它遇高温就会破裂并转化成其它晶体变态,而石英玻璃经得起极高温的冲击。制造透明石英玻璃和不透明石英玻璃要求在高温下进行,因为结晶SiO2在1713℃以上才能熔化。 
    石英玻璃概述 
    石英玻璃在国外已有160多年历史,1839年法国人首先用氢氧燃烧火焰熔化石英制造石英玻璃,1902年英国人用石墨棒通电获得高温(称为单棒电熔炉)制造石英玻璃,二十世纪40年代发明了电熔连熔炉,50年代随着半导体技术和新型电光源的发展(急需大量石英玻璃),石英玻璃才迅速发展起来。因为石英玻璃的生产技术难度大,直到目前能够大量生产石英玻璃的国家仅有美国、德国、法国、日本、英国、中国等少数国家。我国石英玻璃研究始于1957年,在中华人民共和国成立之前是空白。1956年国家制定12年科技发展规划,要求发展国防急需的57项重点研究任务,解决二弹一星用的新型高性能材料,为研究原子弹、导弹、人造卫星做好物质准备。石英玻璃是第26项和第40项任务书中指定要研究的内容,任务是下达给当时的国家建筑材料综合研究所。我国石英玻璃的发展大体可分为5个阶段:1957—1961年为开创阶段,以研究工艺制造方法为主;1962—1966年为形成产业阶段,在此期间完成很多军工任务,民品产量和质量也有很大提高,已初步形成产业;1978—1988年为改革创新时期,高新技术用石英玻璃,如:大规模集成电路用高纯耐高温石英玻璃管、高纯涂层坩埚、电弧法坩埚、光通信用石英玻璃、激光用石英玻璃等都是这一时期研究并大量生产的;1989—2000年为引进国外先进技术、技术创新、增加品种和产量等大发展时期,最为突出的是东海县发展成为电光源用石英玻璃生产基地,年产石英玻璃达6000吨(其中优质品2000余吨),质量极大的提高,成本几倍的下降,技术装备显著的改进。 
     40余年来,石英玻璃的发展速度比较快,以生产透明石英玻璃管为例:1975年产量172吨,31个工厂需要用60多台电阻炉生产,管子质量很差(相当于现在的废品管),现在2台连熔炉就可以年生产近200吨,到2000年,透明石英玻璃管的年产量达7000吨(其中优质产品达3500吨),25年增长了近40倍。 
    石英玻璃的性能 
    石英玻璃被人们称为“玻璃王”,因为它具有一系列特殊的物理、化学性能。
    石英玻璃的化学成份 
    石英玻璃的化学成份是SiO2单一组份,通常也称为纯度。 
    照明石英玻璃     
    半导体工业用石英玻璃    
    石英玻璃热学性能 
    1. 耐温性     
    2. 热稳定性     
    3. 石英玻璃在高温时的挥发量     
    4.比热和导热系数      
    5. 石英玻璃的结晶性能(也称析晶性能或失透性能)     
    6. 石英玻璃的高温变色性     
 
    以上所述的石英玻璃性能是透明石英玻璃,其他品种石英玻璃(乳白石英玻璃、石英陶瓷、不透明石英玻璃、石英棉、石英纤维等等)都还有其各自的特殊性能。 
3. 石英玻璃的主要品种和用途 
    石英玻璃的品种和用途是密切相关的,用户根据石英玻璃的特性,要求制造他需要的石英玻璃,便产生了石英玻璃的品种,新的品种又提高了石英玻璃的性能和质量,促进了石英玻璃行业的发展。各行各业几乎都用石英玻璃,但是因为石英玻璃制品工艺复杂,原料价格贵,造成石英玻璃价格也贵,限制了石英玻璃的大量使用。这里简要介绍石英玻璃的主要品种和用途。 
    放电管类用石英玻璃 
    透明石英玻璃由于具有从紫外区到红外区优良的光透过性和耐热性,所以广泛使用于水银灯、超高压水银灯、氙灯、紫外线灯、碘钨灯、卤素灯、气体激光用灯、金属卤化物灯等电光源,它是中国石英玻璃的第一大用户,外国是第二大用户(第一大用户是半导体技术),首要任务是提高质量,争取多出口。 
    半导体工业(电子工业)用石英玻璃 
    红外线加热器类用石英玻璃 
    用不透明石英玻璃(乳白石英玻璃)制造红外线加热器、取暖器、晶体加热器等,年消耗乳白石英玻璃管近千吨。主要用于电镀液加热、酸加热、家庭取暖、钢化玻璃的加热等,工业上(自行车、汽车等)油漆烘烤的烘道,食品、造纸、纺织工业的烘道等。 
    3.4. 各种耐酸容器类石英玻璃 
    由于优越的耐酸性和耐热性,在化学工业领域得到广泛利用。如合成盐酸装置;高温酸性气体的燃烧,冷却和引导装置;酸性溶液的蒸发、冷却、吸收和贮藏装置、蒸馏水、盐酸、硫酸、硝酸类的制造装置;氯化反应容器;蒸馏塔充填物,蒸汽加热搅拌装置;耐酸阀门;过滤板等。  
3.5. 电绝缘用石英玻璃 
    石英玻璃因为有优良的电绝缘性和耐热性,用于科垂尔静电集成器、高频和各种电计器绝缘材料,发电厂锅炉液位管,高压绝缘管类等。 
    各种烧成用石英玻璃容器 
    由于石英玻璃是没有污染的纯烧成物,所以可作为荧光体物质的烧成容器和各种杯、盘使用等。 
    保护管类石英玻璃 
    石英玻璃广泛用于一般温度计的保护管类;另外,也可作浸没高温计保护管和制钢的温度测定不可缺少的材料。 
    冶金工业用石英玻璃 
    石英玻璃由于耐热性特别优良,可作平炉,高炉的氧、碳等分析用试样采取管类;炼钢连注连轧出钢水口用石英玻璃;贵重金属、黄金、白金冶炼用石英玻璃;有色金属冶炼(铝及合金、易熔金属蒸发罐)等用石英玻璃。 
    炉芯管类石英玻璃 
    石英玻璃由于有优良的电性能、耐热性和气密性,可作为电炉、气体炉、高频炉等的炉芯管和外管,也可用于空气,各种气体和真空炉。 
    各种理化仪器用石英玻璃 
    由于石英玻璃有很多优良的特性,可用于膨胀仪、热天平、电气计测器、弹簧天平、地震仪等的零件,烧瓶、烧杯、蒸发皿、坩埚、舟、硫黄定量装置、冷凝器等的分析用具,分光光度计用吸收容跑龙套等各种理化实验用品。 
    光学类石英玻璃 
    因为石英玻璃有很高的紫外线透过性、耐热性和低膨胀性等可用于纹影照像用窗玻璃,耐热用透镜和窗玻璃,反射望远镜用反射镜、棱镜,气体激光器用窗玻璃,光学标准用等。另外因为石英玻璃不含SiO2以外的成分,所以可作为光学玻璃熔融用坩埚和管使用。 
    光通讯及高新技术用石英玻璃 
    世界80%的信息业务由光纤传输,光纤产业的发展更具战略意义,发展光纤离不开石英玻璃,因为光纤就是石英玻璃纤维,生产石英玻璃纤维需要石英玻璃预制棒和石英玻璃包皮管,由于此类石英玻璃纯度要求特别高,德国贺利氏公司生产专用产品Heralux—WG级石英玻璃管,每公斤达3500元人民币。我国生产光纤大量使用外国进口管。另外还有生物工程、光通信技术、原子能技术、激光技术、航空技术、航天技术等高技术领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,但非常广泛,各行业均不能缺少它。石英玻璃属于很重要的新材料,社会经济效益很大。 
4.石英玻璃的主要生产工艺  
  1、单棒电熔炉工艺   
  2、真空电阻炉及真空加压炉工艺    
  3、电熔连熔炉工艺     
  4、氢氧气炼工艺    
  5、电弧法工艺     
  6、气担沉积工艺     
  7、二步法工艺     
  8、掺杂工艺     
  9、石英玻璃的热加工技术     
 10、等离子无接触气炼工艺 

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