石英玻璃

光学石英玻璃

石英玻璃

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。

2．3．1.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。

2．3．2．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。略

2.1.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。

1.照明石英玻璃

2. 半导体工业用石英玻璃

2.2.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

石英玻璃的化学性能

略

2.4. 石英玻璃的电学性能

略

2.5. 石英玻璃的光学性能

略

2.6. 石英玻璃的机械性能

2.7. 石英玻璃的腐蚀性

2.8. 石英玻璃中的羟基扩散性

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。

3.1. 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。

3.2.半导体工业（电子工业）用石英玻璃

3.3. 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。

3.6. 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。

3.7. 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。

3.8.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。

3.9. 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。

3.10.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。

3.11. 光学类石英玻璃