سرامیک کوارتز: مواد سیلیسی با خلوص بالا که پایداری حرارتی و ابعادی فوق العاده را در یاتاقان های سرامیکی با فناوری های پیشرفته ایجاد می کند

1. ترکیب بندی اساسی و ویژگی های معماری سرامیک کوارتز

1.1 خلوص شیمیایی و تغییر کریستالی به آمورف

(سرامیک کوارتز)

پرسلن های کوارتز, به همین ترتیب سیلیس ادغام شده یا کوارتز یکپارچه نامیده می شود, دسته ای از محصولات با عملکرد بالا و نه طبیعی هستند که از دی اکسید سیلیکون ناشی می شوند (SiO TWO) در فوق العاده خالص آن, غیر کریستالی (بی شکل) مهربان.

بر خلاف سرامیک های معمولی که بر چارچوب های پلی کریستالی متکی هستند, چینی های کوارتز به دلیل عدم وجود محدودیت کامل دانه در نتیجه براق بودنشان متمایز می شوند., شبکه همسانگرد چهار وجهی SiO4 به هم پیوسته در یک شبکه دلخواه سه بعدی.

این چارچوب آمورف از طریق ذوب در دمای بالا بلورهای کوارتز طبیعی یا پیش سازهای سیلیس مصنوعی به دست می آید., با خنک شدن سریع برای متوقف کردن تشکیل به آن چسبیده است.

محصول حاصل معمولاً شامل بیش از حد است 99.9% SiO2, با آلاینده های کمیاب مانند فولادهای قلیایی (که ⁺, K⁺), آلومینیوم, و آهن سطوح قطعات در میلیون را برای محافظت از شفافیت نوری حفظ کرد, مقاومت الکتریکی, و راندمان حرارتی.

فقدان نظم دوربرد، اقدامات ناهمسانگرد را حذف می کند, ساخت سرامیک کوارتز از نظر ابعادی ثابت و از نظر مکانیکی در تمام دستورالعمل ها سازگار است– یک مزیت حیاتی در کاربردهای دقت.

1.2 رفتار حرارتی و مقاومت در برابر شوک حرارتی

یکی از مشخص ترین عملکردهای سرامیک کوارتز ضریب انبساط حرارتی بسیار پایین آنهاست. (CTE), به طور معمول در اطراف 0.55 × 10 ⁻6/ K بین 20 درجه سانتی گراد و 300 درجه سانتیگراد.

این رشد نزدیک به صفر از Si انعطاف پذیر ناشی می شود– O– زوایای پیوند Si در شبکه آمورف, که می تواند تحت تنش حرارتی بدون آسیب تنظیم شود, اجازه می دهد تا محصول در برابر تنظیمات سریع سطح دما مقاومت کند که مطمئناً چینی ها یا فولادهای سنتی را ترک می کند.

سرامیک های کوارتز می توانند شوک های حرارتی را بیش از حد تحمل کنند 1000 درجه سانتیگراد, مانند غوطه ور شدن مستقیم در آب پس از گرم شدن تا سطح دمای گرم, بدون شکستگی یا پوسته شدن.

این ساختمان آنها را در تنظیماتی از جمله چرخه های مکرر گرمایش و سرمایش مهم می کند, مانند سیستم های گرمایش پردازش نیمه هادی, عناصر هوافضا, و سیستم های نور با شدت بالا.

علاوه بر این, سرامیک کوارتز صداقت معماری را تا سطوح دمایی تقریباً حفظ می کند 1100 درجه سانتیگراد در محلول پیوسته, با نزدیک شدن به مقاومت موقت در معرض قرار گرفتن مستقیم 1600 درجه سانتی گراد در محیط های بی اثر.

( سرامیک کوارتز)

مقاومت در برابر شوک حرارتی گذشته, آنها سطوح دمای نرم شدن بالایی را نشان می دهند (~ 1600 درجه سانتیگراد )و مقاومت فوق العاده در برابر شیب زدایی– هر چند قرار گرفتن در معرض مستقیم طولانی مدت بیش از 1200 درجه سانتیگراد می تواند تشکیل سطح را مستقیماً به کریستوبالیت آغاز کند, که ممکن است استحکام مکانیکی را به دلیل تنظیم کمیت در طول جابجایی فاز به خطر بیندازد.

2. نوری, برقی, و کیفیت های شیمیایی تجهیزات سیلیس ذوب شده

2.1 شفافیت پهن باند و کاربردهای فوتونیک

سرامیک های کوارتز به دلیل انتقال نوری برجسته خود در یک آرایه بزرگ شبح وار مشهور هستند., طولانی شدن از اشعه ماوراء بنفش عمیق (UV) در ~ 180 nm به مادون قرمز نزدیک (و) در ~ 2500 نانومتر.

این باز بودن به دلیل عدم وجود ناخالصی ها و همگن بودن شبکه آمورف امکان پذیر است, که انتشار و جذب نور را به حداقل می رساند.

سیلیس ادغام شده مصنوعی با خلوص بالا, تولید شده از طریق هیدرولیز شعله کلریدهای سیلیکون, همچنین به انتقال اشعه ماوراء بنفش بالاتری می رسد و در کاربردهای مهمی مانند اپتیک لیزر اگزایمر استفاده می شود, لنزهای فوتولیتوگرافی, و تلسکوپ های فضایی.

حد آسیب لیزر بالای مواد– مقاومت در برابر شکست تحت تابش لیزر پالسی شدید– آن را برای سیستم های لیزر پرانرژی مورد استفاده در تحقیقات ترکیبی و ماشینکاری تجاری عالی می کند.

علاوه بر این, اتوفلورسانس کم و مقاومت در برابر تشعشع، قابلیت اطمینان در ابزار دقیق بالینی را تضمین می کند, متشکل از طیف سنج ها, سیستم های درمان UV, و ابزارهای ردیابی هسته ای.

2.2 عملکرد دی الکتریک و بی اثری شیمیایی

از دیدگاه الکتریکی, پرسلن های کوارتز عایق های استثنایی با مقاومت کمیت بیش از حد هستند 10 18 Ω · سانتی متر در سطح دمای فضا و ثابت دی الکتریک تقریباً 3.8 در 1 مگاهرتز.

کاهش مماس از دست دادن دی الکتریک آنها (tan δ < 0.0001) makes certain very little power dissipation in high-frequency and high-voltage applications, making them ideal for microwave home windows, radar domes, and insulating substrates in electronic assemblies.

این ساختمان ها در یک آرایه دمایی گسترده ایمن می مانند, بر خلاف پلیمرهای متعدد یا چینی های استاندارد که تحت استرس حرارتی و اضطراب از نظر الکتریکی ضعیف می شوند.

از نظر شیمیایی, چینی های کوارتز بی اثری قابل توجهی نسبت به اکثر اسیدها نشان می دهند, متشکل از هیدروکلریک, نیتریک, و اسیدهای سولفوریک, به دلیل پایداری سی– ای پیوند.

با این وجود, آنها در برابر حمله اسید هیدروفلوئوریک آسیب پذیر هستند (HF) و آنتی اسیدهای جامد مانند هیدروکسید سدیم داغ, که به Si آسیب می رساند– O– شبکه سی.

این واکنش‌پذیری قابل تشخیص در روش‌های ریزساخت که در آن اچ کنترل‌شده سیلیس یکپارچه مورد نیاز است استفاده می‌شود..

در محیط های تجاری تهاجمی– مانند حمل و نقل شیمیایی, نیمکت های مرطوب نیمه هادی, و جابجایی مایع با خلوص بالا– سرامیک کوارتز به عنوان آستر عمل می کند, عینک دید, و اجزای راکتور که در آن آلودگی باید کاهش یابد.

3. فرآیندهای تولید و مهندسی هندسی عناصر سرامیکی کوارتز

3.1 راهبردهای ذوب و شکل گیری

تولید سرامیک کوارتز شامل چندین روش ذوب تخصصی است, هر کدام برای خلوص و تقاضاهای کاربردی خاص طراحی شده است.

ذوب قوس الکتریکی از شن و ماسه کوارتز با خلوص بالا استفاده می کند که در یک بوته مسی با آب خنک شده تحت خلاء یا گاز بی اثر ذوب شده است., ایجاد لوله ها یا لوله های بزرگ با خواص حرارتی و مکانیکی عالی مسکونی یا تجاری.

مخلوط شعله, یا سنتز احتراق, مستلزم سوزاندن تتراکلرید سیلیکون است (SiCl 4) در آتش هیدروژن-اکسیژن, انتقال قطعات ریز سیلیس که به یک پیش‌فرم شفاف متخلخل می‌شوند– این رویکرد بالاترین کیفیت نوری بالا را تولید می کند و برای سیلیس ادغام شده مصنوعی استفاده می شود.

ذوب پلاسما از مسیر متفاوتی استفاده می کند, ارائه سطوح دمای فوق العاده بالا و پردازش بدون آلودگی برای کاربردهای خاص هوافضا و حفاظت.

وقتی ذوب شد, سرامیک کوارتز را می توان از طریق ریخته گری دقیق شکل داد, در حال توسعه گریز از مرکز (برای لوله ها), یا ماشینکاری CNC فضاهای از پیش پخته شده.

به دلیل شکنندگی آنها, ماشینکاری نیاز به ابزارهای الماس و کنترل دقیق برای جلوگیری از ریزترک دارد.

3.2 دقت ساخت و تکمیل مساحت سطح

قطعات سرامیکی کوارتز اغلب به شکل هندسی پیچیده مانند بوته ها ساخته می شوند., لوله ها, میله ها, پنجره ها, و عایق های سفارشی برای نیمه هادی ها, خورشیدی, و بخش های لیزری.

دقت ابعاد بسیار مهم است, به ویژه در تولید نیمه هادی که در آن گیرنده های کوارتز و ظروف زنگ نیاز به حفظ قرارگیری دقیق و هماهنگی حرارتی دارند..

تکمیل سطح یک وظیفه اساسی در بهره وری ایفا می کند; سطوح صیقلی شده، پراکندگی نور را در اجزای نوری کاهش می‌دهد و مکان‌های هسته‌زایی را برای آب‌زدایی در کاربردهای با دمای بالا کاهش می‌دهد..

حکاکی با محلول های HF بافر می تواند ظاهر سطحی تنظیم شده ایجاد کند یا پس از ماشین کاری از شر لایه های آسیب دیده خلاص شود..

برای جاروبرقی فوق العاده بالا (UHV) سیستم ها, چینی های کوارتز تمیز و پخته می شوند تا از گازهای جذب شده در سطح خلاص شوند, تضمین خروج گاز حاشیه ای و سازگاری با روش های ظریف مانند پرتو مولکولی نور اپیتاکسی (MBE).

4. کاربردهای صنعتی و علمی سرامیک کوارتز

4.1 نقش در تولید نیمه هادی و فتوولتائیک

سرامیک های کوارتز مواد اساسی در ساخت مدارهای داخلی و سلول های خورشیدی هستند, جایی که آنها به عنوان لوله کوره کار می کنند, کشتی های آبی ویفری (گیرنده ها), و اتاق های انتشار.

توانایی آنها در مقاومت در برابر گرما در اکسیداسیون, پایین آوردن, یا جوهای بی اثر– همراه با کاهش آلودگی فلزی– خلوص فرآیند و بازده خاصی را ایجاد می کند.

در سراسر رسوب بخار شیمیایی (CVD) یا اکسیداسیون حرارتی, عناصر کوارتز ثبات ابعادی را حفظ کرده و در برابر تاب خوردگی مقاومت می کنند, محافظت در برابر آسیب ویفر و عدم تعادل.

در تولید خورشیدی, بوته های کوارتز برای انبساط شمش ​​های سیلیکونی تک کریستالی از طریق فرآیند Czochralski استفاده می شوند., جایی که خلوص مستقیم آنها بر کیفیت بالای الکتریکی آخرین سلول های خورشیدی تأثیر می گذارد.

4.2 استفاده در Lights, هوافضا, و ابزار تحلیلی

در ترشحات با شدت بالا (HID) لامپ ها و سیستم های استریلیزاسیون UV, پاکت های سرامیکی کوارتز از قوس های پلاسما در سطوح دمایی فراتر تشکیل شده است 1000 درجه سانتیگراد در حالی که UV و نور قابل توجه را به طور موثر منتقل می کند.

مقاومت در برابر شوک حرارتی آنها در برابر خرابی در طول چرخه های اشتعال سریع نور و بسته شدن محافظت می کند.

در هوافضا, سرامیک کوارتز در پنجره های رادار استفاده می شود, املاک واحد سنجش, و سیستم های دفاع حرارتی به دلیل کاهش ثابت دی الکتریکشان, نسبت استحکام به چگالی بالا, و امنیت تحت بارگذاری هوا گرمایی.

در شیمی تجزیه و تحقیقات علمی زندگی, رگه های سیلیسی ادغام شده در کروماتوگرافی گازی ضروری هستند (GC) و الکتروفورز مویرگی (CE), جایی که بی اثر بودن سطح سطح جذب نمونه را متوقف می کند و جداسازی دقیق را تضمین می کند.

علاوه بر این, میکروبالانس کریستال کوارتز (QCM ها), که به خصوصیات مسکونی پیزوالکتریک کوارتز کریستالی بستگی دارد (متمایز از سیلیس ادغام شده), استفاده از چینی های کوارتز به عنوان محفظه های محافظ و کمک های محافظ در کاربردهای سنجش جرم در زمان واقعی.

در نتیجه, سرامیک های کوارتز یک راه متقاطع بی نظیر با انعطاف پذیری حرارتی شدید هستند, باز بودن نوری, و خلوص شیمیایی.

چارچوب آمورف آنها و محتوای وب SiO2 بالا، کارایی را در اتمسفرهایی که مواد استاندارد کار نمی کنند را ممکن می کند., از دل فابرهای نیمه هادی تا کنار منطقه.

با پیشرفت تکنولوژی به سمت سطوح دمایی بالاتر, دقت بهتر, و رویه های تمیزتر, پرسلن های کوارتز به عنوان یک عامل مهم برای پیشرفت در علم و بازار به کار خود ادامه خواهند داد.

توزیع کننده

Advanced Ceramics در اکتبر تاسیس شد 17, 2012, یک شرکت با فناوری بالا متعهد به تحقیق و توسعه است, تولید, پردازش, فروش و خدمات فنی مواد و محصولات نسبی سرامیک. محصولات ما شامل اما نه محدود به محصولات سرامیک کاربید بور است, محصولات سرامیکی نیترید بور, محصولات سرامیکی سیلیکون کاربید, محصولات سرامیکی سیلیکون نیترید, محصولات سرامیکی زیرکونیوم دی اکسید, و غیره. اگر علاقه مند هستید, لطفا با ما تماس بگیرید([email protected])
برچسب ها: سرامیک کوارتز, ظرف سرامیکی, لوله کشی سرامیکی

همه مقالات و تصاویر از اینترنت هستند. اگر هر گونه مشکل کپی رایت وجود دارد, لطفا به موقع برای حذف با ما تماس بگیرید.

از ما پرس و جو کنید