1. Thành phần cơ bản và các thuộc tính kiến trúc của gốm sứ thạch anh
1.1 Độ tinh khiết hóa học và sự thay đổi từ tinh thể sang vô định hình
(Gốm sứ thạch anh)
Đồ sứ thạch anh, còn được gọi là silica hợp nhất hoặc thạch anh tích hợp, là một loại sản phẩm không tự nhiên có hiệu suất cao có nguồn gốc từ silicon dioxide (SiO HAI) trong sự siêu tinh khiết của nó, không kết tinh (vô định hình) loại.
Không giống như gốm sứ thông thường dựa vào khung đa tinh thể, Đồ sứ thạch anh được phân biệt bởi sự vắng mặt hoàn toàn của giới hạn hạt do độ bóng của chúng, mạng đẳng hướng của tứ diện SiO ₄ liền kề trong mạng ba chiều tùy ý.
Khung vô định hình này đạt được thông qua sự nóng chảy ở nhiệt độ cao của tinh thể thạch anh tự nhiên hoặc tiền chất silica tổng hợp., được tuân thủ bằng cách làm lạnh nhanh để ngăn chặn sự hình thành.
Sản phẩm thu được thường bao gồm hơn 99.9% SiO ₂, với các chất gây ô nhiễm dạng vết như thép kiềm (Đó ⁺, K ⁺), nhôm, và sắt duy trì mức phần triệu để bảo vệ độ rõ quang học, điện trở suất, và hiệu suất nhiệt.
Việc thiếu trật tự tầm xa sẽ loại bỏ các hành động dị hướng, làm cho gốm thạch anh có kích thước ổn định và nhất quán về mặt cơ học theo mọi hướng– một lợi thế quan trọng trong các ứng dụng chính xác.
1.2 Hành vi nhiệt và khả năng chống sốc nhiệt
Trong số các chức năng đặc biệt nhất của gốm thạch anh là hệ số giãn nở nhiệt đặc biệt thấp của chúng. (CTE), bình thường xung quanh 0.55 × 10 ⁻⁶/ K giữa 20 ° C và 300 ° C.
Sự tăng trưởng gần như bằng 0 này phát sinh từ Si linh hoạt– ồ– Góc liên kết Si trong mạng vô định hình, có thể điều chỉnh dưới áp suất nhiệt mà không làm hỏng, cho phép sản phẩm chịu được sự điều chỉnh nhiệt độ nhanh chắc chắn sẽ làm nứt đồ sứ hoặc thép truyền thống.
Gốm thạch anh có thể chịu được những cú sốc nhiệt vượt quá 1000 ° C, chẳng hạn như ngâm thẳng trong nước sau khi làm ấm đến mức nhiệt độ nóng, không bị gãy hoặc nứt vỡ.
Tòa nhà này làm cho chúng trở nên quan trọng trong các cài đặt bao gồm các chu kỳ làm nóng và làm mát lặp đi lặp lại, chẳng hạn như hệ thống gia nhiệt xử lý chất bán dẫn, yếu tố hàng không vũ trụ, và hệ thống đèn cường độ cao.
Ngoài ra, gốm thạch anh giữ cho kiến trúc trung thực ở mức nhiệt độ khoảng 1100 ° C trong dung dịch liên tục, với khả năng chống tiếp xúc trực tiếp tạm thời đang đến gần 1600 ° C trong môi trường trơ.
( Gốm sứ thạch anh)
Khả năng chống sốc nhiệt trong quá khứ, chúng thể hiện mức nhiệt độ làm mềm cao (~ 1600 ° C )và khả năng chống phá hủy vượt trội– mặc dù tiếp xúc trực tiếp lâu dài trên 1200 ° C có thể bắt đầu hình thành bề mặt ngay thành cristobalite, có thể làm giảm độ bền cơ học do điều chỉnh số lượng trong suốt quá trình dịch pha.
2. Quang học, Điện, và chất lượng hóa học của thiết bị silic nung chảy
2.1 Ứng dụng quang tử và độ trong suốt băng thông rộng
Gốm thạch anh nổi tiếng với khả năng truyền quang vượt trội xuyên suốt một mảng ma quái lớn, kéo dài từ tia cực tím sâu (tia cực tím) tại ~ 180 nm đến cận hồng ngoại (VÀ) tại ~ 2500 bước sóng.
Tính mở này được cho phép do thiếu tạp chất và tính đồng nhất của mạng vô định hình, giúp giảm thiểu sự lan truyền và hấp thụ ánh sáng.
Silica hợp nhất tổng hợp có độ tinh khiết cao, được tạo ra thông qua quá trình thủy phân ngọn lửa của silicon clorua, đạt được mức truyền tia UV cao hơn và được sử dụng trong các ứng dụng quan trọng như quang học laser excimer, ống kính quang khắc, và kính viễn vọng trong không gian.
Giới hạn thiệt hại laser cao của vật liệu– chống lại sự phá vỡ dưới bức xạ laser xung cực mạnh– làm cho nó trở nên hoàn hảo cho các hệ thống laser năng lượng cao được sử dụng trong nghiên cứu kết hợp và gia công thương mại.
Ngoài ra, khả năng tự phát huỳnh quang và khả năng chống bức xạ thấp đảm bảo độ tin cậy trong thiết bị lâm sàng, bao gồm quang phổ kế, Hệ thống xử lý tia cực tím, và các công cụ theo dõi hạt nhân.
2.2 Hiệu suất điện môi và độ trơ hóa học
Từ góc độ điện, sứ thạch anh là chất cách điện đặc biệt có điện trở suất vượt quá 10 ¹⁸ Ω · cm ở mức nhiệt độ không gian và hằng số điện môi xấp xỉ 3.8 Tại 1 MHz.
Tiếp tuyến tổn thất điện môi giảm của họ (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.
Những tòa nhà này vẫn an toàn trong một phạm vi nhiệt độ rộng, không giống như nhiều loại polyme hoặc đồ sứ tiêu chuẩn làm suy yếu điện khi bị căng thẳng và lo lắng về nhiệt.
Về mặt hóa học, sứ thạch anh thể hiện tính trơ ấn tượng đối với phần lớn axit, bao gồm hydrochloric, chất nitric, và axit sunfuric, do tính ổn định của Si– Hỡi trái phiếu.
Tuy nhiên, chúng dễ bị tấn công bởi axit flohydric (HF) và các thuốc kháng axit rắn như natri hydroxit nóng, làm hỏng Si– ồ– Mạng Si.
Khả năng phản ứng rõ rệt này được sử dụng trong các quy trình chế tạo vi mô trong đó yêu cầu khắc silica tích hợp có kiểm soát.
Trong môi trường thương mại tích cực– chẳng hạn như xử lý hóa chất, băng ghế ướt bán dẫn, và xử lý chất lỏng có độ tinh khiết cao– gốm thạch anh có chức năng như lớp lót, xem kính, và các thành phần lò phản ứng nơi ô nhiễm cần được giảm bớt.
3. Quy trình sản xuất và kỹ thuật hình học của các nguyên tố gốm thạch anh
3.1 Chiến lược tan băng và hình thành
Việc sản xuất gốm thạch anh bao gồm nhiều phương pháp nấu chảy chuyên dụng, mỗi loại được điều chỉnh theo nhu cầu ứng dụng và độ tinh khiết cụ thể.
Nấu chảy hồ quang điện sử dụng cát thạch anh có độ tinh khiết cao được làm tan trong nồi nấu bằng đồng làm mát bằng nước trong chân không hoặc khí trơ, tạo ra các bó hoặc ống lớn có đặc tính dân dụng hoặc thương mại về nhiệt và cơ khí tuyệt vời.
Hỗn hợp ngọn lửa, hoặc tổng hợp quá trình đốt cháy, đòi hỏi phải đốt silicon tetraclorua (SiCl ₄) trong ngọn lửa hydro-oxy, chuyển các mảnh silica mịn thiêu kết thành dạng phôi trong suốt– Phương pháp này tạo ra chất lượng quang học cao nhất và được sử dụng cho silica tổng hợp.
Quá trình nấu chảy plasma sử dụng một quy trình khác, mang lại mức nhiệt độ cực cao và xử lý không nhiễm bẩn cho các ứng dụng bảo vệ và hàng không vũ trụ cụ thể.
Khi tan chảy, gốm thạch anh có thể được định hình bằng cách đúc chính xác, phát triển ly tâm (cho ống), hoặc gia công CNC các không gian thiêu kết trước.
Do tính giòn của chúng, gia công đòi hỏi các công cụ kim cương và kiểm soát cẩn thận để ngăn chặn các vết nứt vi mô.
3.2 Độ chính xác trong sản xuất và hoàn thiện diện tích bề mặt
Các thành phần gốm thạch anh thường được chế tạo thành các dạng hình học phức tạp như nồi nấu kim loại, ống, que, các cửa sổ, và chất cách điện tùy chỉnh cho chất bán dẫn, mặt trời, và lĩnh vực laser.
Độ chính xác về kích thước là rất quan trọng, đặc biệt là trong sản xuất chất bán dẫn, nơi các bộ phận nhạy cảm thạch anh và hộp đựng chuông cần duy trì vị trí chính xác và sự hài hòa nhiệt.
Hoàn thiện bề mặt đóng vai trò thiết yếu trong hiệu quả; diện tích bề mặt được đánh bóng làm giảm sự tán xạ ánh sáng trong các thành phần quang học và giảm bớt các vị trí tạo mầm gây ra hiện tượng thủy tinh hóa trong các ứng dụng nhiệt độ cao.
Khắc bằng giải pháp đệm HF có thể tạo ra diện tích bề mặt được điều chỉnh hoặc loại bỏ các lớp bị hư hỏng sau khi gia công.
Đối với máy hút bụi siêu cao (UHV) hệ thống, Đồ sứ thạch anh được làm sạch và nung để loại bỏ khí hấp phụ trên bề mặt, đảm bảo khả năng thoát khí cận biên và khả năng tương thích với các quy trình phức tạp như epitaxy chùm ánh sáng phân tử (MBE).
4. Ứng dụng công nghiệp và khoa học của gốm sứ thạch anh
4.1 Vai trò trong sản xuất chất bán dẫn và quang điện
Gốm thạch anh là vật liệu cơ bản trong việc xây dựng các mạch tích hợp và pin mặt trời, nơi họ làm việc như những ống lò, tàu thủy wafer (người nhạy cảm), và buồng khuếch tán.
Khả năng chống nóng của chúng trong quá trình oxy hóa, hạ thấp, hoặc khí quyển trơ– kết hợp với giảm ô nhiễm kim loại– làm cho quá trình nhất định có độ tinh khiết và năng suất.
Trong suốt quá trình lắng đọng hơi hóa học (CVD) hoặc oxy hóa nhiệt, các phần tử thạch anh duy trì sự ổn định kích thước và chống cong vênh, bảo vệ chống lại sự hư hỏng và mất cân bằng của wafer.
Trong sản xuất năng lượng mặt trời, nồi nấu kim loại thạch anh được sử dụng để mở rộng các thỏi silicon đơn tinh thể thông qua quá trình Czochralski, nơi độ tinh khiết của chúng ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng điện của pin mặt trời cuối cùng.
4.2 Cách sử dụng trong đèn, Hàng không vũ trụ, và thiết bị phân tích
Khi phóng điện cường độ cao (GIẤU) đèn và hệ thống khử trùng bằng tia cực tím, vỏ gốm thạch anh bao gồm các hồ quang plasma ở mức nhiệt độ vượt quá 1000 ° C trong khi truyền tia cực tím và ánh sáng đáng chú ý một cách hiệu quả.
Khả năng chống sốc nhiệt của chúng bảo vệ khỏi hư hỏng trong chu kỳ đóng và đánh lửa nhanh bằng ánh sáng.
Trong hàng không vũ trụ, gốm thạch anh được sử dụng trong các cửa sổ radar, đơn vị cảm biến bất động sản, và hệ thống bảo vệ nhiệt do hằng số điện môi giảm, tỷ lệ cường độ trên mật độ cao, và an ninh dưới tải nhiệt khí quyển.
Trong hóa phân tích và nghiên cứu khoa học đời sống, tĩnh mạch silica hợp nhất là cần thiết trong sắc ký khí (GC) và điện di mao mạch (CN), trong đó độ trơ của diện tích bề mặt ngăn chặn sự hấp phụ mẫu và đảm bảo sự phân tách chính xác.
Hơn nữa, cân vi lượng tinh thể thạch anh (QCM), phụ thuộc vào đặc tính dân cư áp điện của thạch anh tinh thể (khác biệt với silica hợp nhất), sử dụng sứ thạch anh làm vỏ bảo vệ và hỗ trợ che chắn trong các ứng dụng cảm biến khối thời gian thực.
Tóm lại, gốm thạch anh đại diện cho một phương pháp có một không hai về khả năng phục hồi nhiệt nghiêm trọng, độ mở quang học, và độ tinh khiết hóa học.
Cấu trúc vô định hình và hàm lượng hai màng SiO cao mang lại hiệu quả trong môi trường nơi các vật liệu tiêu chuẩn ngừng hoạt động, từ trung tâm của nhà máy bán dẫn đến khu vực bên cạnh.
Khi công nghệ tiến bộ tới mức nhiệt độ cao hơn, độ chính xác tốt hơn, và các thủ tục sạch hơn, Đồ sứ thạch anh sẽ tiếp tục đóng vai trò là động lực quan trọng cho sự tiến bộ trong khoa học và thị trường.
Nhà phân phối
Gốm sứ cao cấp thành lập vào tháng 10 17, 2012, là một doanh nghiệp công nghệ cao cam kết nghiên cứu và phát triển, sản xuất, xử lý, bán hàng và dịch vụ kỹ thuật về vật liệu và sản phẩm gốm sứ. Sản phẩm của chúng tôi bao gồm nhưng không giới hạn ở các sản phẩm gốm Boron Carbide, Sản phẩm gốm Boron Nitride, Sản phẩm gốm cacbua silic, Sản phẩm gốm sứ Silicon Nitride, Sản phẩm gốm sứ zirconium Dioxide, vân vân. Nếu bạn quan tâm, xin vui lòng liên hệ với chúng tôi.([email protected])
Thẻ: Gốm sứ thạch anh, đĩa gốm, ống gốm
Tất cả các bài viết và hình ảnh được lấy từ Internet. Nếu có vấn đề gì về bản quyền, vui lòng liên hệ với chúng tôi kịp thời để xóa.
Hỏi chúng tôi