1. Podstawowy skład i cechy architektoniczne ceramiki kwarcowej
1.1 Czystość chemiczna i zmiana krystaliczna w amorficzną
(Ceramika kwarcowa)
Porcelana kwarcowa, zwany także krzemionką stopioną lub kwarcem zintegrowanym, to klasa wysokowydajnych, nienaturalnych produktów powstałych na bazie dwutlenku krzemu (SiO DWA) w swojej ultraczystej formie, niekrystaliczny (amorficzny) Uprzejmy.
W przeciwieństwie do konwencjonalnej ceramiki, która opiera się na strukturach polikrystalicznych, Porcelanę kwarcową wyróżnia całkowity brak granic ziaren wynikający z połysku, izotropowa sieć czworościanów SiO ₄ połączonych w trójwymiarową dowolną sieć.
Tę amorficzną strukturę uzyskuje się poprzez topienie w wysokiej temperaturze naturalnych kryształów kwarcu lub syntetycznych prekursorów krzemionki, przylegane przez szybkie chłodzenie, aby zatrzymać tworzenie.
Powstały produkt zawiera zazwyczaj over 99.9% SiO₂, ze śladowymi substancjami zanieczyszczającymi, takimi jak stal alkaliczna (To ⁺, K ⁺), aluminium, i żelazo utrzymywały poziom części na milion, aby chronić przejrzystość optyczną, oporność elektryczna, i efektywność cieplna.
Brak porządku dalekiego zasięgu eliminuje działania anizotropowe, dzięki czemu ceramika kwarcowa jest stabilna wymiarowo i mechanicznie spójna we wszystkich instrukcjach– istotna zaleta w zastosowaniach związanych z dokładnością.
1.2 Zachowanie termiczne i odporność na szok termiczny
Jedną z najbardziej charakterystycznych funkcji ceramiki kwarcowej jest jej wyjątkowo niski współczynnik rozszerzalności cieplnej (CTE), normalnie w okolicy 0.55 × 10 ⁻⁶/ K pomiędzy 20 ° C i 300 °C.
Ten niemal zerowy wzrost wynika z elastycznego Si– O– Kąty wiązania Si w sieci amorficznej, które mogą regulować się pod wpływem naprężeń termicznych bez uszkodzeń, pozwalając produktowi wytrzymać szybkie zmiany poziomu temperatury, które z pewnością spowodowałyby pęknięcie tradycyjnej porcelany lub stali.
Ceramika kwarcowa może wytrzymać szoki termiczne 1000 °C, takie jak bezpośrednie zanurzenie w wodzie po ogrzaniu do podwyższonej temperatury, bez pękania i odpryskiwania.
Budynek ten sprawia, że są one ważne w ustawieniach obejmujących powtarzające się cykle ogrzewania i schładzania, takie jak systemy grzewcze do przetwarzania półprzewodników, elementy lotnicze, i systemy oświetlenia o dużej intensywności.
Ponadto, Ceramika kwarcowa zachowuje uczciwość architektoniczną do poziomu temperatur z grubsza 1100 °C w roztworze ciągłym, ze zbliżającym się tymczasowym oporem na bezpośrednie narażenie 1600 °C w atmosferze obojętnej.
( Ceramika kwarcowa)
Wcześniejsza odporność na szok termiczny, wykazują wysoki poziom temperatury mięknienia (~ 1600 °C )i wyjątkową odporność na dewitryfikację– chociaż długoterminowe bezpośrednie narażenie ponad 1200 ° C może rozpocząć tworzenie się powierzchni bezpośrednio w krystobalicie, co może obniżyć wytrzymałość mechaniczną w wyniku regulacji ilości podczas przesunięć fazowych.
2. Optyczny, Elektryczny, i właściwości chemiczne sprzętu z topioną krzemionką
2.1 Przejrzystość łączy szerokopasmowych i zastosowania fotoniczne
Ceramika kwarcowa słynie z wyjątkowej transmisji optycznej w dużym, upiornym układzie, przedłużające się od głębokiego ultrafioletu (UV) w ~ 180 nm do bliskiej podczerwieni (I) w ~ 2500 nm.
Na tę otwartość pozwala brak zanieczyszczeń i jednorodność sieci amorficznej, co minimalizuje rozprzestrzenianie się i absorpcję światła.
Syntetyczna scalona krzemionka o wysokiej czystości, powstający w wyniku hydrolizy płomieniowej chlorków krzemu, osiąga również wyższą transmisję UV i jest wykorzystywany w ważnych zastosowaniach, takich jak optyka lasera ekscymerowego, soczewki fotolitograficzne, i teleskopy kosmiczne.
Wysoki limit uszkodzeń laserowych materiału– odporny na rozkład pod wpływem ekstremalnego pulsacyjnego promieniowania laserowego– sprawia, że idealnie nadaje się do wysokoenergetycznych systemów laserowych stosowanych w połączeniu badań i obróbki komercyjnej.
Dodatkowo, jego niska autofluorescencja i odporność na promieniowanie gwarantują niezawodność w instrumentarium klinicznym, składający się ze spektrometrów, Systemy obróbki UV, i narzędzia do śledzenia broni jądrowej.
2.2 Wydajność dielektryczna i obojętność chemiczna
Z perspektywy elektrycznej, Porcelana kwarcowa jest wyjątkowym izolatorem o ponadprzeciętnej rezystywności ilościowej 10 ¹⁸ Ω · centymetry na poziomie temperatury pokojowej i stała dielektryczna około 3.8 Na 1 MHz.
Ich zmniejszona tangens strat dielektrycznych (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.
Budynki te pozostają bezpieczne w szerokim zakresie temperatur, w przeciwieństwie do licznych polimerów lub standardowej porcelany, które osłabiają się elektrycznie pod wpływem stresu termicznego i niepokoju.
Chemicznie, Porcelana kwarcowa wykazuje imponującą obojętność na większość kwasów, składający się z kwasu solnego, azotowy, i kwasy siarkowe, ze względu na stabilność Si– O więź.
Niemniej jednak, są podatne na atak kwasu fluorowodorowego (HF) i stałe środki zobojętniające kwas, takie jak gorący wodorotlenek sodu, które uszkadzają Si– O– Sieć Si.
Ta wyraźna reaktywność jest wykorzystywana w procedurach mikrofabrykacji, gdzie wymagane jest kontrolowane trawienie zintegrowanej krzemionki.
W agresywnym środowisku komercyjnym– takich jak obsługa chemikaliów, półprzewodnikowe mokre ławki, i obsługa cieczy o wysokiej czystości– Ceramika kwarcowa pełni funkcję okładzin, okulary do oglądania, oraz elementy reaktora, w przypadku których należy zmniejszyć zanieczyszczenie.
3. Procesy produkcyjne i inżynieria geometryczna kwarcowych elementów ceramicznych
3.1 Strategie rozmrażania i formowania
Produkcja ceramiki kwarcowej obejmuje wiele specjalistycznych metod topienia, każdy dostosowany do konkretnych wymagań w zakresie czystości i zastosowania.
Do topienia łukiem elektrycznym wykorzystuje się piasek kwarcowy o wysokiej czystości rozmrażany w chłodzonym wodą tyglu miedzianym w próżni lub w gazie obojętnym, tworząc duże kule lub tuby o doskonałych właściwościach termicznych i mechanicznych w budynkach mieszkalnych lub komercyjnych.
Mieszanka płomieni, lub syntezę spalania, wiąże się ze spalaniem czterochlorku krzemu (SiCl₄) w ogniu wodorowo-tlenowym, przeniesienie drobnych fragmentów krzemionki, które spiekają się do przezroczystej preformy– podejście to zapewnia najwyższą jakość optyczną i jest stosowane w przypadku syntetycznej krzemionki stopionej.
Topienie plazmowe przebiega inaczej, zapewniający bardzo wysokie poziomy temperatur i wolne od zanieczyszczeń przetwarzanie dla specyficznych niszowych zastosowań lotniczych i ochronnych.
Kiedy się stopi, Ceramikę kwarcową można kształtować za pomocą precyzyjnego odlewania, rozwijanie odśrodkowe (do rurek), lub obróbka CNC przestrzeni wstępnie spiekanych.
Ze względu na ich kruchość, obróbka wymaga narzędzi diamentowych i starannej kontroli, aby zapobiec mikropęknięciom.
3.2 Dokładność produkcji i uzupełnianie powierzchni
Komponenty z ceramiki kwarcowej są często przekształcane w skomplikowane geometrie, takie jak tygle, rurki, pręty, okna, i niestandardowe izolatory do półprzewodników, słoneczny, i sektory laserowe.
Dokładność wymiarowa ma kluczowe znaczenie, szczególnie w produkcji półprzewodników, gdzie susceptory kwarcowe i pojemniki dzwonowe muszą zachować precyzyjne umiejscowienie i harmonię termiczną.
Wykończenie powierzchni odgrywa kluczową rolę w wydajności; polerowane powierzchnie zmniejszają rozpraszanie światła w elementach optycznych i zmniejszają miejsca zarodkowania przy dewitryfikacji w zastosowaniach wysokotemperaturowych.
Grawerowanie za pomocą buforowanych roztworów HF może uzyskać regulowany wygląd powierzchni lub pozbyć się uszkodzonych warstw po obróbce.
Do ultrawysokiego odkurzacza (UHV) systemy, Porcelana kwarcowa jest czyszczona i wypalana w celu pozbycia się gazów zaadsorbowanych na powierzchni, gwarantując marginalne odgazowanie i kompatybilność z delikatnymi procedurami, takimi jak epitaksja wiązką molekularną światła (MBE).
4. Przemysłowe i naukowe zastosowania ceramiki kwarcowej
4.1 Rola w produkcji półprzewodników i fotowoltaiki
Ceramika kwarcowa jest podstawowym materiałem do budowy obwodów wbudowanych i ogniw słonecznych, gdzie pracują jako rury piecowe, jednostki pływające waflowe (susceptory), i komory dyfuzyjne.
Ich zdolność do wytrzymywania ciepła podczas utleniania, opuszczenie, lub atmosfery obojętne– w połączeniu ze zmniejszonym zanieczyszczeniem metalami– zapewnia pewną czystość procesu i wydajność.
Podczas chemicznego osadzania z fazy gazowej (CVD) lub utlenianie termiczne, elementy kwarcowe zachowują stabilność wymiarową i są odporne na wypaczenia, chroniące przed uszkodzeniem i niewyważeniem płytek.
W produkcji energii słonecznej, tygle kwarcowe służą do spieniania wlewków krzemu monokrystalicznego metodą Czochralskiego, gdzie ich czystość bezpośrednio wpływa na najwyższą jakość elektryczną ostatnich ogniw słonecznych.
4.2 Zastosowanie w światłach, Lotnictwo, i oprzyrządowanie analityczne
W wyładowaniu o dużej intensywności (UKRYŁ) lampy i systemy sterylizacji UV, powłoki ceramiczne kwarcowe składają się z łuków plazmowych w wyższych temperaturach 1000 ° C, skutecznie przepuszczając promieniowanie UV i światło zauważalne.
Ich odporność na szok termiczny chroni przed awarią podczas szybkich cykli zapłonu i zamykania światła.
W lotnictwie, W oknach radarów wykorzystuje się ceramikę kwarcową, jednostki wykrywające nieruchomości, oraz systemy obrony termicznej ze względu na ich zmniejszoną stałą dielektryczną, wysoki stosunek wytrzymałości do gęstości, i bezpieczeństwo w warunkach obciążenia aerotermicznego.
W chemii analitycznej i badaniach life science, żyły z połączonej krzemionki są niezbędne w chromatografii gazowej (GC) i elektroforezy kapilarnej (CE), gdzie obojętność powierzchni zatrzymuje adsorpcję próbki i gwarantuje dokładną separację.
Ponadto, mikrowagi kwarcowe (QCM), które zależą od piezoelektrycznych właściwości mieszkalnych krystalicznego kwarcu (odróżniający się od stopionej krzemionki), wykorzystują porcelanę kwarcową jako obudowy ochronne i elementy ekranujące w zastosowaniach związanych z wykrywaniem masy w czasie rzeczywistym.
Podsumowując, Ceramika kwarcowa to jedyne w swoim rodzaju rozwiązanie o dużej odporności termicznej, otwartość optyczna, i czystość chemiczna.
Ich amorficzna struktura i wysoka zawartość SiO2 umożliwiają wydajność w atmosferach, w których standardowe materiały przestają działać, od serca fabryk półprzewodników do boku obszaru.
W miarę postępu technologicznego w kierunku wyższych poziomów temperatur, lepsza precyzja, i czystsze procedury, porcelana kwarcowa będzie w dalszym ciągu odgrywać kluczową rolę w postępie nauki i rynku.
Dystrybutor
Firma Advanced Ceramics założona w październiku 17, 2012, jest przedsiębiorstwem high-tech zaangażowanym w badania i rozwój, produkcja, przetwarzanie, sprzedaż i usługi techniczne materiałów i produktów ceramicznych. Nasze produkty obejmują między innymi produkty ceramiczne z węglika boru, Produkty ceramiczne z azotku boru, Produkty ceramiczne z węglika krzemu, Produkty ceramiczne z azotku krzemu, Produkty ceramiczne z dwutlenku cyrkonu, itp. Jeśli jesteś zainteresowany, prosimy o kontakt z nami.([email protected])
Tagi: Ceramika kwarcowa, naczynie ceramiczne, rurociągi ceramiczne
Wszystkie artykuły i zdjęcia pochodzą z Internetu. Jeśli są jakieś problemy z prawami autorskimi, skontaktuj się z nami na czas, aby usunąć.
Zapytaj nas