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從透明度來看，可分為透明石英玻璃和不透明石英玻璃兩大類；從純度來看，分為高純度、普通、摻假三類。 在加工上，石英玻璃是以晶體、二氧化矽、矽化物為原料，採用高溫熔化或化學氣相沉積法，以電熔法和氣煉法等熔化方法生產的。
- 概觀
- 基本介紹
- 基本概述
- 純度
- 失透性
- 化學性能
- 透氣性
- 電學性能
- 光學性能
- 熱學性能
石英玻璃是由各種純淨的天然石英(如水晶、石英砂等)熔化製成。線膨脹係數極小，是普通玻璃的1/10-1/20,有很好的抗熱震性。它的耐熱性很高，經常使用溫度為1100~ 1200攝氏度，短期使用溫度可達1400攝氏度。石英玻璃主要用於實驗室設備和特殊高純產品的提煉設備。由於它具有高的光譜透射，不會因輻射線損傷(其他玻璃受輻射線照射後會發暗)，因此也是用於宇宙飛船、風洞窗和分光光度計光學系統的理想玻璃。
二氧化矽單一組分的特種工業技術玻璃。這種玻璃硬度大可達莫氏七級，具有耐高溫、膨脹係數低、耐熱震性、化學穩定性和電絕緣性能良好，並能透過紫外線和紅外線。除氫氟酸、熱磷酸外，對一般酸有較好的耐酸性。按透明度分為透明和不透明兩大類。按純度分為高純、普通和摻雜三類。用水晶，矽石，矽化物為原料，經高溫熔化或化學氣相沉積而成。熔制方法有電熔法、氣煉法等。
•中文名：石英玻璃
•外文名：quartz glass；silica glass等
•類別：無機化合物
•化學式：SiO2
•分子量：60.084
•顏色：分為透明和不透明兩大類
簡介
石英玻璃是二氧化矽單一成分的非晶態材料，其微觀結構是一種由二氧化矽四面結構體結構單元組成的單純網路，由於Si-O化學鍵能很大，結構很緊密，所以石英玻璃具有獨特的性能，尤其透明石英玻璃的光學性能非常優異，在紫外到紅外輻射的連續波長範圍都有優良的透射比。 石英玻璃採用高純度的矽砂作為原料，製作的傳統方法是熔融-淬滅方法（加熱材料到熔化溫度，然後快速冷卻到玻璃的固態相）；製作超高純度和紫外透射比的透明玻璃需矽的汽化、氧化成二氧化矽並加熱溶解等過程。
形成用途
石英玻璃的形成是由於其熔體高溫黏度很高引起的結果。用於製作半導體、電光源器、半導通信裝置、雷射器，光學儀器，實驗室儀器、電學設備、醫療設備和耐高溫耐腐蝕的化學儀器、化工、電子、冶金、建材以及國防等工業，套用十分廣泛。 高純石英玻璃可制光導纖維。 隨著半導體技術的發展，石英玻璃被廣泛的用於半導體生產的各項工序中。比如，直拉法把多晶轉化成單晶矽；清洗時用的清洗槽；擴散時用的擴散管、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矽單一成份的特種玻璃。由於種類、工藝、原料的不同，國外常常叫做矽酸玻璃、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、光學石英玻璃、半導體用石英玻璃、電光源用石英玻璃等。人們習慣於用“石英”這樣一個簡單的辭彙來命名這種材料，這是絕對不妥的，因為“石英”是二氧化矽結晶態的一種通稱，它與玻璃態二氧化矽在理化性質上是有區別的。
概述
純度是石英玻璃的重要指標，對理化性能和使用性能影響甚大，如失透性、高溫強度、軟化點、光的傳導、熱穩定性、化學穩定性、耐輻射性、螢光特性等；此外，用於半導體工業的石英玻璃，對純度的要求更為苛刻，微量的雜質將給半導體材料的電性能和壽命以及集成度帶來嚴重的影響。由於半導體材料的純度要求控制在ppb數量級以下，因此石英玻璃則應控制在PPm數量級以適應半導體工業的需要。B的分凝係數近於1,最難除掉，是最有害的雜質之一，Cu、Fe、Ti等影響半導體的少子壽命，K、Na、Li是單晶材料產生微缺陷的有害雜質。
詳細
表1 石英玻璃的化學純度 單位 ×
失透（又叫析晶性）是石英玻璃的一個固有缺陷，從熱力學觀點看，石英玻璃的內能高於結晶態方石英，屬熱力學上不穩定的亞穩態，當溫度高於1000℃時，SiO2 分子振動加速，經一段較長時間的重新排列、定向便形成結晶。失透性是以晶核成長速度來表示的，不透明石英玻璃在1520℃、透明石英玻璃在1620℃析晶速度分別達到最大值。
析晶主要出現在表面，其次是內部缺陷處，原因是這些地方容易沾污，引起雜質離子的局部集聚，特別是鹼離子（如K、Na、Li、Ca、Mg等）進入網路後引起粘度降低，促使失透加速。
石英玻璃屬酸性材料，除氫氟酸和熱磷酸外，對其它任何酸均表現為惰性，是最好的耐酸材料。在常溫下鹼和鹽對石英玻璃的腐蝕程度也是極微的，因此不排除在這些試劑中使用石英玻璃。
透明石英玻璃比不透明石英玻璃具有更好的化學穩定性，這是因為後者由於氣泡的存在暴露在腐蝕液中的表面積增加所致。
石英玻璃不吸濕，不風化。石英玻璃對所有鹼和鹼土化合物都非常敏感，這些化合物極輕微的痕量也會促使石英玻璃在高溫下產生析晶。
表2 各種溶液侵蝕石英玻璃的重量損耗
石英玻璃的結構十分鬆弛，甚至在高溫下還允許某些氣體的離子通過網路進行擴散，其中以鈉離子的擴散為最快。石英玻璃的這一性能對於使用者尤為重要，例如，半導體工業用石英玻璃作為高溫容器或擴散管時，由於半導體材料要求很高的純度，所以要求與石英玻璃接觸的作為爐襯的耐火材料必須預先經過高溫和清潔處理，除掉鉀、鈉等鹼性雜質，然後才能放入石英玻璃內使用。各種離子在石英玻璃中的擴散係數見表3
表3 各種離子在石英玻璃中的擴散係數
透明石英玻璃 合成石英玻璃
Na+ 2×10-4 5×10-5
Ca2+ 2×10-8
Al3+ <10-12 <10-12
表6 石英玻璃的電性能
性能名稱 電性能指標及種類
透明石英玻璃 不透明石英玻璃
耐擊穿電壓（仟伏/毫米） 室溫 >30 >16
500℃ 11 7.6
介電常數（106赫） ε=3.7
石英玻璃的光學性能有其獨到之處，它既可以透過遠紫外光譜，是所有透紫外材料最優者，又可透過可見光和近紅外光譜。用戶可以根據需要，從185-3500mμ波段範圍內任意選擇所需品種。由於石英玻璃耐高溫，熱膨脹係數極小，化學熱穩定性好，氣泡、條紋、均勻性、雙折射又可與一般光學玻璃媲美，所以它是在各種惡劣場合下工作具有高穩定度光學系統的必不可少的光學材料。
石英玻璃的結構，雜質含量，OH基因及NO、CO等含量是影響光譜透過率的主要因素，氧原子結合不良在0.24μ處則有吸收峰，含有OH基團的石英玻璃，在2.7μ處由於分子振動將產生明顯的吸收峰，紫外透過率低主要是由於金屬雜質多造成原子吸收光譜所致。
石英玻璃的光譜特性曲線
電熔石英玻璃是很好的透紅外材料，但由於雜質的存在，紫外透過率低。氫氧焰熔制水晶所獲得的石英玻璃，由於氧結構缺陷，在0.24μ處有吸收峰，同時含有OH基團，所以紅外透過極低。用合成原料氣煉的高純光學石英玻璃是最好的透紫外材料，但在2.7μ處有嚴重的OH吸收峰。只有用合成原料通過電熔或無氫火焰熔融而成的光學石英玻璃，才能很好地透過從遠紫外到近紅外的連續光譜。
石英玻璃的折射率及光學常數見表7、表8.
表7 光學石英玻璃的折射率（之一）
基本資料
石英玻璃的熱膨脹係數小，為5.5×10-7/℃，只有普通玻璃的1/12～1/20.部標準規定將試樣灼燒到1200℃後急速投到冷水中，反覆三次以上不允許炸裂。石英玻璃加入適量鈦元素後還可做成零膨脹係數的材料，在雷射技術、天文和尖端技術中已得到套用。
詳細信息
透明石英玻璃的膨脹係數是溫度的函式： α0,t=1/L0 ×(Lt-L0)/t 式中：L0=溫度0℃時的長度 Lt=溫度t℃時的長度 t=攝氏溫度 石英玻璃的粘度，導熱率、比熱及使用溫度等見表9,10,11,12,13. 表9 石英玻璃的粘度（應變點、退火點、軟化點）與溫度的關係 粘度(lgη,泊) 水晶石英玻璃 合成石英玻璃 應變點 14.5 1075℃±25 1025℃±25 退火點 13.0 1140℃±25 1120℃±25 軟化點 7.6 1730℃±40 1600℃±40 加工範圍 5～8 1700～2100℃ 1600～2000℃ 表10 石英玻璃的導熱係數 溫度(℃) 導熱係數卡/厘米.秒.℃ 透明石英玻璃 不透明石英玻璃 20 0.00331 0.00297 100 0.00367 0.00345 200 0.00394 0.00386 300 - - 400 0.00447 0.00453 500 - - 600 0.00484 0.00503 700 - - 800 0.00514 0.00534 1000 0.00547 0.00550 1200 0.00581 0.00569 表11 石英玻璃的比熱 溫度(℃) 比熱（卡/克.℃） 透明石英玻璃 不透明石英玻璃 -250 0.007 - -100 0.112 - 0 0.168 - 20 0.213 0.205 100 - - 200 0.213 0.205 300 0.220 0.218 400 0.230 0.228 500 0.224 0.237 600 0.240 0.242 700 0.250 0.247 800 0.260 - 1000 0.273 - 1200 - - 表12 石英玻璃的使用溫度 使用狀況 最大連續工作溫度 最大短期工作溫度 水晶熔制石英玻璃 1100℃ 1300℃ 合成石英玻璃 950℃ 1200℃ 不透明石英玻璃 800℃ 1000℃ 表13 石英玻璃與其它材料熱膨脹值的比較（1米長試樣的膨脹值） 材料 0～500℃（mm） 0～1000℃（mm） 熱膨脹值的比較（0～500℃，倍） 石英玻璃 0.27 0.48 1 硬質玻璃 1.8 - 6.7 平板玻璃 5.0 - 18.3 高鋁磚 4.0 7.9 14.8 碳化矽材料 2.3 4.5 8.5 銅 9.0 - 31.5 炭素鋼 7.0 14.9 25.9
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