石英析晶
石英坩埚使用中的常见问题(析晶)
石英坩埚使用中的常见问题(析晶)1.1 产生析晶的原因1.1.1 石英坩埚受到沾污，在所有队石英坩埚的沾污中，碱金属离子钾（K）钠（Na）锂（Li）和碱土金属离子钙（Ca）镁（Mg）这些离子的存在是石英坩埚产生析晶的主要因素。
1.1.2 在操作过程中，因操作方法不当也会产生析晶如在放置石英坩埚和装填硅料的过程中，带入的汗水，口水，油污，尘埃等。
1.1.3 新的石墨坩埚未经彻底煅烧或受到沾污就投入使用是造成石英坩埚外层析晶的主要原因。
1.1.4 用于拉晶的原料纯度低，所含杂质太多或清洗工艺存在问题。
1.1.5 熔料时温度过高，也将加重析晶的程度。
1.1.6 石英坩埚的生产，清洗，包装过程中受到沾污。
1.2 析晶对拉晶的影响1.2.1 石英坩埚内壁发生析晶时有可能破坏坩埚内壁原有的涂层，这将导致涂层下面的气泡层和熔硅发生反应，造成部分颗粒状氧化硅进入熔硅内，使得正在生长中的晶体结构发生变异而无法正常长晶。
1.2.2 析晶将减薄石英坩埚原有的厚度，降低了坩埚的强度容易引起石英坩埚的变形。
1.3 防止减少析晶的方法1.3.1 石英坩埚的生产厂商要保证其生产的坩埚从用料到生产的各个环节都符合质量要求。
1.3.2 在单晶生产的整个过程中应严格按照工艺规程认真操作。
1.3.3 拉晶所用的原料纯度一定要符合生产要求，如果原料本身所含杂质较多，在溶料过程中也会造成析晶。
尤其是碱金属离子的存在，将会降低析晶温度200～300℃.1.3.4 原料的清洗一定要符合工艺要求，进过酸或碱处理的原料如果未将酸碱残液冲洗彻底，易造成析晶。
1.3.5 新的石墨器件，如石墨坩埚因含有一定的灰粉和其它杂质，在投入使用前须经过彻底的高温煅烧才能使用。
1.3.6 熔料时应选用合适的熔料温度以减少析晶或降低析晶的程度。
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坩埚知识
一：石英坩埚的历史和现状1.早期石英坩埚早期的石英坩埚是全部透明的，最早期的石英坩埚是全部的透明的结构，这种透明的结构却容易引起导致不均匀的热传输条件，增加晶棒生长的困难度。
所以这种坩埚基本被淘汰使用。
2.现代的石英坩埚现代拉单晶的石英坩埚一般是采用电弧法生产，半透明状，是拉制大直径单晶硅，发展大规模集成电路必不可少的基础材料。
现代的石英坩埚则存在二种结构，外侧是一层具有高气泡密度的区域，称为气泡复合层，内侧则是一层3~5mm的透明层，称之为气泡空乏层。
气泡复合层的目的是在与均匀的辐射有加热器所提供的辐射热源。
气泡空乏层的目的在于降低与溶液接触区域的气泡密度，而改善单晶生长的成功率及晶棒品质。
二：国内石英坩埚的情况分析国内石英坩埚厂家有：锦州圣戈班、荆州菲利华、扬州华尔、宁波宝斯达、余姚通达、杭州大和等。
锦州圣戈班、荆州菲利华、扬州华尔,他们的工艺采用真空熔融法，外几家采用的是涂层法，即在坩埚内壁用精细石英砂喷涂到坩埚表面大约1~2mm左右。
涂的不均匀，这就会造成在单晶生长过程中内壁脱落导致单晶生长失败。
宁波宝斯达有一种涂钡锅，可应用到太阳能单晶用坩埚上。
涂钡工艺也可用人工进行，但是人工涂钡的缺点在于在涂钡的同时引进多余的杂质且人工喷涂不均匀，使得在开始拉晶的时候由于杂质过多或者单晶生长过程中内壁脱落，造成放肩时断线，需提杂后才能进行继续拉晶。
注：涂钡工艺的原理：这是因为钡在硅中的平衡偏析系数非常小，使得他在硅晶棒中的浓度小于2.5x10（-9）/cm3，因而不会影响到晶棒的品质。
通常的做法是将石英坩埚壁涂上一层含有结晶水的氢氧化钡（Ba(OH)2.8H2O）（饱和的氢氧化钡水溶液）。
这层氢氧化钡会与空气中的二氧化碳反应形成碳酸钡。
而当这种石英坩埚在单晶炉上被加热时，碳酸钡会分解形成氧化钡，随着氧化钡与石英坩埚反应形成硅酸钡（BaSiO3）。
由于硅酸钡的存在，使得石英坩埚壁上形成一层致密微小的方石英结晶。
石英坩埚知识整理总结
石英坩埚知识整理总结［图片］一：石英坩埚的历史和现状1.早期石英坩埚早期的石英坩埚是全部透明的，最早期的石英坩埚是全部的透明的结构，这种透明的结构却容易引起导致不均匀的热传输条件，增加晶棒生长的困难度。
所以这种坩埚基本被淘汰使用。
2.现代的石英坩埚现代拉单晶的石英坩埚一般是采用电弧法生产，半透明状，是拉制大直径单晶硅，发展大规模集成电路必不可少的基础材料现代的石英坩埚则存在二种结构，外侧是一层具有高气泡密度的区域，称为气泡复合层，内侧则是一层3~5mm的透明层，称之为气泡空乏层。
气泡复合层的目的是在与均匀的辐射有加热器所提供的辐射热源。
气泡空乏层的目的在于降低与溶液接触区域的气泡密度，而改善单晶生长的成功率及晶棒品质。
二：国内石英坩埚的情况分析国内石英坩埚厂家有：锦州圣戈班、荆州菲利华、扬州华尔、宁波宝斯达、余姚通达、杭州大和等。
锦州圣戈班、荆州菲利华、扬州华尔，他们的工艺采用真空熔融法，夕卜几家采用的是涂层法，即在坩埚内壁用精细石英砂喷涂到坩埚表面大约广2mm左右。
涂的不均匀，这就会造成在单晶生长过程中内壁脱落导致单晶生长失败。
宁波宝斯达有一种涂钡锅，可应用到太阳能单晶用坩埚上。
涂钡工艺也可用人工进行，但是人工涂钡的缺点在于在涂钡的同时引进多余的杂质且人工喷涂不均匀，使得在开始拉晶的时候由于杂质过多或者单晶生长过程中内壁脱落，造成放肩时断线，需提杂后才能进行继续拉晶。
注：涂钡工艺的原理：这是因为钡在硅中的平衡偏析系数非常小，使得他在硅晶棒中的浓度小2.于5x10 (-9)/cm3,因而不会影响到晶棒的品质通常的做法是将石英坩埚壁涂上一层含有结晶水的氢氧化钡(3a(OH)2.8H2O (饱和的氢氧化钡水溶液)。
这层氢氧化钡会与空气中的二氧化碳反应形成碳酸钡。
而当这种石英坩埚在单晶炉上被加热时碳酸钡会分解形成氧化钡随着氧化钡与石英坩埚反应形成硅酸钡B6SiO3）。
由于硅酸钡的存在，使得石英坩埚壁上形成一层致密微小的方石英结晶这种微小的方石英结晶很难被溶液渗入而剥落即使剥落也很快被溶液溶解掉，，因此可以大幅度的改善石英坩埚的使用寿命及长晶良率。
石英坩埚使用中常见问题和解决方法
石英坩埚使用中常见问题和解决方法一、引言在Cz法单晶的制备中，石英坩埚作为熔硅的载体有着其不可替代的作用。
了解石英坩埚的特性和掌握正确的方法对所有从事单晶制备的每一位从业人员来说都是非常重要的。
二、石英坩埚的特性（热学性能和结晶性能）1.热学性能：热学性能主要体现在以下几个方面（1）它的形变点为1075℃（2）它的软化点为1730℃2.结晶性能（1）石英坩埚在高温下具有趋向变成二氧化硅的晶体（方石英）。
这个过程称为再结晶，也称为“失透”，通常也称为“析晶”。
（2）析晶通常发生在石英坩埚的表层，按照中国石英玻璃行业标准规定，半导体工业用石英玻璃在1400℃±5℃下保温6小时，其析晶层的平均厚度应为﹤100µm。
三、石英坩埚使用中的常见问题1.析晶1.1产生析晶的原因1.1.1石英坩埚受到沾污，在所有对石英坩埚的沾污中，碱金属离子钾（K）、钠（Na）、锂（Li）和碱土金属离子钙（Ca）、镁（Mg）这些离子的存在是石英坩埚产生析晶的主要因素。
1.1.2在操作过程中，因操作方法不当也会产生析晶如在防止石英坩埚和装填硅料的过程中，带入的汗水，口水，油污，尘埃等。
1.1.3新的石墨坩埚未经彻底煅烧或受到沾污就投入使用是造成石英坩埚外层析晶的主要原因。
1.1.4用于拉晶的原料纯度低，所含杂质太多或清洗工艺存在问题(如酸碱残留)。
1.1.5熔料时温度过高，也将加重析晶的程度。
1.1.6石英坩埚的生产，清洗，包装过程中受到沾污。
1.2析晶对拉晶的影响1.2.1石英坩埚内壁发生析晶时有可能破坏坩埚内壁原有的涂层，这将导致涂层下面的气泡层和熔硅发生反应，造成部分颗粒状氧化硅进入熔硅内，使得正在生长中的晶体结构发生变异而无法正常长晶。
1.2.2析晶将减薄石英坩埚原有的厚度，降低了坩埚的强度容易引起石英坩埚的变形。
1.3防止减少析晶的方法1.3.1石英坩埚的生产厂商要保证其生产的坩埚从用料到生产的各个环节都符合质量要求。
石英玻璃析晶性能试验圆法石英玻璃的性质
石英玻璃析晶性能试验圆法石英玻璃的性质原尺度折用于测定通明石英玻璃管及其造品的析晶机能。
1试验原理。
石英玻璃正在高温下幼时间利用时，会发生欠亨明的圆石英晶体，即产生所谓的析晶隐象。
起头时为孤站的皂色析晶点，随着时间的耽误，析点增加并幼大，连成一片，并主概况向内部延幼，石英玻璃仪器使石英玻璃彻底失透，此圆式就是将试样连结正在高温下，恒温一按时间，测定玻璃概况失透层的厚度。
石英玻璃析晶性能试验圆法石英玻璃的性质，2试样的造备2．1中径25mm以下的石英玻璃管，切与幼度15mm整管试样三段。
2．2中径25mm以t的石英玻璃管出与弦幼25mm，幼度l5mm的试样二块。
2．3切与石英玻璃坩埚弧度部门战石英玻璃器皿的利用部位25mmX15mm的试样三块。
以上试样均为原壁厚，概况不大加工石英玻璃管，试样暗语处用金刚砂（W10）磨仄，不克不及有崩口。
3试验设施3．1电热干燥箱一台。
石英玻璃的性子3．2站式高温二硅化钼电炉一台。
3．2．1电炉必需拥有双层炉膛，内炉膛为高杂三氧化二铝资料造成。
炉内样品台上置有石英垫。
3．2．2电炉温度要有P．l．D．主动节造，精度为±1，24小时内不变度为±2．5℃．炉温仄均，梯度≤±10℃。
3．2．3各厂每年要迎样到筑材钻研院查对丈质成因，石英玻璃片以到达校验设施之目标。
3．3丈质显微镜一台：丈质精度为5μ，置大倍数为100。
4试验步调4．1试祥于10％浓度的化学杂氢氟酸溶液中浸泡15总钟，与出用自来水冲刷15总钟，然后再用去离子水冲刷二次（每次1总钟）。
把洗脏的试样用夹子（非金属资料）与出置正在垫有洁脏纱布的干燥培育皿中（沙布战培育皿均用去离子水洗脏、烘干）烘干。
正在整个操作历程中不得用手间接触摸试样，以防沾污。
4．2将处置浊洁的试样置入已恒温1400℃的高温炉中，正在1400℃下恒温6小时（恒温时期电炉温度颠簸不得大于±5℃）。
然后应即翻开炉门用洁脏的坩埚钳将试样与出。
石英玻璃管析晶
关于石英玻璃析晶现象解释
石英玻璃析晶是指石英玻璃在高温状态下使用，因表面存在较多金属离子，特别是碱金属离子而诱发，使石英玻璃表面从玻璃态转变为晶态的现象。
当温度低于大约300℃以下时，石英玻璃表面形成的晶态与石英玻璃的膨胀系数差距增大，造成新形成的析晶点（方石英）出现较多的裂纹。
冷却到常温状态下，即可发现这些粘附在石英玻璃上的白色斑块。
如果生产物料中含有磷酸、磷酸盐、碳酸盐或含氟物质等，高温下也可腐蚀石英玻璃，但不属于析晶。
验证方法：在生产中，验证或检验石英玻璃管是否析晶，可用一支或几支石英管在与实际生产相同的条件下，不接触生产物料，进行高温使用。
可以说所有的重金属都会使石英坩埚变成这样
可以说所有的重金属都会使石英坩埚变成这样１、化学中的重金属定义：重金属指比重大于5的金属（一般指密度大于4.5克每立方厘米的金属）。
重金属指的是原子量大于55的金属。
如铁的原子量为56，大于55，故也是重金属。
重金属约有45种，一般都是属于过渡元素。
如铜、铅、锌、铁、钴、镍、锰、镉、汞、钨、钼、金、银等。
2、陶瓷化学中的石英与重金属所谓坩埚被腐蚀，其实不是化学反应，它只是个物理过程。
其主要方式有以下几种：a、析晶石英坩埚是用高纯二氧化硅制作的，二氧化硅以无定型态存在（就象玻璃、水）。
析晶就是无定型态结晶了，变成了石英晶体（方石英），这个过程称为再结晶，也称为“失透”，通常称为“析晶”。
在高温状态下碱金属（K、Na、Li、Ca等）能促进石英的结晶，析晶一般为白色（不透明），但不会形成上图的黑点。
当析晶严重时，容易脱落而影响拉晶，少量的析晶反而增加了坩埚表面的稳定性，有利于拉晶，有效减少氧含量。
比如涂层坩埚涂的钡涂层就是一种可控的析晶。
严重析晶可能的原因：1 石英坩埚受到沾污，在所有的石英坩埚的沾污中，碱金属离子钾（K）钠（Na）锂（Li）和碱土金属离子钙（Ca）镁（Mg）这些离子的存在是石英坩埚产生析晶的主要因素。
2 在操作过程中，因操作方法不当也会产生析晶如在防止石英坩埚和装填硅料的过程中，带入的汗水、口水、油污、尘埃等。
3 新的石墨坩埚未经彻底煅烧或受到沾污就投入使用是造成石英坩埚外层析晶的主要原因。
4 用于拉晶的原料纯度低，所含杂质太多或清洗工艺存在问题。
5 熔料时温度过高，也将加重析晶的程度。
6 石英坩埚的生产，清洗，包装过程中受到沾污。
解决途径：1 石英坩埚的生产厂商要保证其生产的坩埚从用料到生产的各个环节都符合质量要求。
（外部原因）2 在单晶生产的整个过程中应严格按照工艺规程认真操作。
3 新的石墨器件，如石墨坩埚含有一定的灰粉和其它杂质，在投入使用前须经过彻底的高温煅烧才能使用。
（客观原因）4 熔料时应选用合适的熔料温度以减少析晶或降低析晶的程度。
石英析晶
浮法玻璃中夹杂物缺陷分析曲爱清姜英娜澄清剂对消除玻璃液气泡的机理研究杜燕军路有昌石英玻璃失透性2011-10-22失透（又叫析晶性）是石英玻璃的一个固有缺陷，从热力学观点看，石英玻璃的内能高于结晶态方石英，属热力学上不稳定的亚稳态，当温度高于1000℃时，SiO2分子振动加速，经一段较长时间的重新排列、定向便形成结晶。
失透性是以晶核成长速度来表示的，不透明石英玻璃在1520℃、透明石英玻璃在1620℃析晶速度分别达到最大值。
析晶主要出现在表面，其次是内部缺陷处，原因是这些地方容易沾污，引起杂质离子的局部集聚，特别是碱离子（如K、Na、Li、Ca、Mg等）进入网络后引起粘度降低，促使失透加速。
由于石英玻璃的热膨胀系数和比重同析晶产物β-方石英相近，所以在高温下连续使用时，尽管析晶区不断扩大，但体积变化并不明显，仍可满意地继续使用，此时尚可减轻玻璃的塑性变形，使耐火度提高。
当析晶产物冷却到800℃时，则出现细小的龟裂网络。
继续冷却到200-275℃时，则出现方石英从高温型到低温型（即β-方石英→a-方石英）的结构变化，并伴随着发生体积聚变，如果析晶层很深，则石英玻璃亦随之破裂。
由于析晶常常出现在有杂质的地方，所以高温使用前的表面状态及周围耐火材料、气氛十分重要。
有关使用石英玻璃时注意事项后面还要介绍。
浮法玻璃的缺陷种类2011-10-24 7.1 分类按形成部位浮法玻璃的缺陷科分成六大类：（1）原料缺陷（2）熔化缺陷（3）耐火材料缺陷（4）成型缺陷（5）退火缺陷（6）冷玻璃加工和储存缺陷按在玻璃中的位置分成三大类：（1）玻璃板中的缺陷这是一种由熔化或配合料引起的缺陷，通常以固体夹杂物（结石）和气体夹杂物（气泡）的形式出现。
（2）玻璃板表面的缺陷结石——这是一种碹顶滴落物（液滴、粉尘）所造成的缺陷；上表面气泡——这种缺陷往往是闸板部位形成的闸板泡，一般泡径较大。
（3）玻璃板下表面的缺陷7.2 原料及熔化过程产生的缺陷及处理7.2.1 夹杂物1、未熔石英颗粒大多在玻璃板的上表面，呈白色小粒状或多个颗粒的聚合体。
石英的晶型转变
石英的晶型转变引言石英是一种常见的硅酸盐矿物，具有多种晶型。
晶型转变是指石英晶体在特定条件下由一种晶型转变为另一种晶型的过程。
本文将探讨石英晶型转变的机制、条件和应用。
石英的晶型石英的基本结构石英的化学式为SiO2，其晶体结构为正交晶系。
每个石英晶体分子构成了一个六角形晶胞，其中SiO4四面体是其基本结构单元。
α石英α石英是石英的稳定晶型，在自然界中最常见。
其晶体结构呈现紧密堆积的四面体结构，具有六方晶系特征。
α石英是一种透明无色或淡黄、浅紫色的矿物。
β石英β石英是石英的高温相，结构与α石英有所不同。
它具有三方晶系的特征，晶体结构较松散。
β石英呈现出一种不透明的白色或浅棕色，常见于高温高压的地质环境中。
石英晶型转变的机制石英晶型转变通常发生在高温或高压条件下。
下面探讨两种常见的石英晶型转变机制：α-β石英转变α-β石英转变是指α石英在高温下转变为β石英的过程。
该转变是可逆的，即β-α石英转变也可能发生。
以下是α-β石英转变的机制：1.压力释放机制：高温下，石英晶体内部压力减小，导致原子结构重新排列，形成β石英的晶型。
2.扭曲机制：高温下，由于原子热振动增强，石英晶体扭曲变形，产生β石英的晶型。
β-α石英转变β-α石英转变是指β石英在低温下转变为α石英的过程。
该转变在大气压力下发生。
以下是β-α石英转变的机制：1.形态分解机制：在低温下，β石英晶体内部压力增大，形成石英晶体的特殊形态，同时原子结构重新排列，形成α石英的晶型。
2.析晶机制：低温下，β石英晶体产生裂缝和断裂，最终析晶为α石英的晶型。
石英晶型转变的条件石英晶型转变的条件包括温度、压力和时间。
温度石英晶型转变的温度范围与晶型有关。
α-β石英转变温度约为573°C，而β-α石英转变温度约为870°C。
压力石英晶型转变的压力范围也与晶型有关。
α-β石英转变通常在高压条件下发生，而β-α石英转变在大气压力下发生。
时间石英晶型转变所需的时间取决于温度和压力。
石英坩埚中方石英的析晶与抑制简析
石英坩埚中方石英的析晶与抑制简析石英坩埚中方石英的析晶与抑制简析沈益顺10 前言熔融石英陶瓷具有高温荷重软化温度高、热膨胀系数小，热稳定性好、耐化学侵蚀性好等优良性能，广泛应用于太阳能、航天飞行器、半导体、电子通讯和光学器、器件等领域。
太阳能多晶硅铸锭用熔融石英坩埚就是其重要的应用领域之一，它是多晶硅铸锭生产中的必需品，用来装载、熔化硅料。
但熔融石英为热力学不稳定的高能态玻璃态物质，长时间在1200℃以上容易析晶产生方石英。
由于方石英的热膨胀系数不匹配和体积变化效应而在材料内部产生孔隙和应力，使得坩埚力学性能严重下降；再者，方石英本身的热学性能和电学性能差，因此，方石英的析出会使石英坩埚的综合性能下降，容易导致坩埚开裂损坏。
因此，在石英坩埚制备过程中必须保持石英的玻璃态，避免方石英析出。
1.石英坩埚中方石英析晶原理高纯石英坩埚的烧结机理主要为固相烧结，物料的传输是通过扩散（表面扩散和体扩散）进行的，即物质中原子或空位沿物质的表面、界面或体内进行。
烧结初期以表面扩散为主，随温度升高，体扩散饿活跃起来。
对非晶态石英颗粒而言，表面扩散的结果是在颗粒间形成“颈”部，不改变颗粒的非晶态，也不引起收缩；而体扩散则不同，它可以消除颗粒内部的结构缺陷和导致结构质点的有序化，即从非晶态转变晶体。
所以，在温度低于1200℃的石英陶瓷的烧结基本仍保持非晶态的结构组成，而在1200℃或略高一点的温度下方石英析出即将开始。
2.石英坩埚中方石英析晶影响因素分析2.1 颗粒表面形态的影响固相烧结的推动力是界面（粒子自由表面和相邻粒子接触面）自由能或化学势的差。
因此，不同形态的石英，由于表面状态和结构不同对方石英的析晶行为存在不同的影响。
温武广等人系统研究了石英块体、石英粉体和石英纤维的等温析晶行为及其动力学，结果表明：经相同热处理，石英块体、石英粉体和石英纤维在每个处理温度点的析晶都遵循以下规律：石英块体、石英粉体和石英纤维的析晶量依次增强、析晶能力依次变强。
石英玻璃化学性能
石英玻璃化学性能石英玻璃具有高度的化学稳定性，除氢氟酸和热磷酸外，不仅在常温下，而且在高温下也耐各种酸、王水、中性盐、硫和碳的侵蚀，化学稳定性比镍铬合金和陶瓷大150倍，是最好的耐酸材料。
石英玻璃属酸性物质，在耐碱性与乃耐碱性盐方面比较差，能与此类型试剂生成可溶性硅酸盐，故不适用于制造强碱性反应的仪器。
在800o C以下，除P b O以外，石英玻璃实际上不受金属氧化物侵蚀；800o C以上与ZnO、R2O(R表示碱金属)起反应；900o C以上与BaO、MgO、Fe2O3起反应。
1000o C以上与AI2O3、CaO起反应。
熔融金属对石英玻璃的侵蚀性是不同的，对Ag、Au、Cd、Hg、Pt、Mo、Sn、W、Zn 耐侵蚀，与Ca在600o C 以上起反应，与Al、Le、Mg在800o C以上起反应，而与Li在250o C以上即起反应。
硅对石英玻璃有侵蚀，而碳在1800o C以上与石英玻璃起反应，在850o C以下，石英玻璃与Na2CO3不起反应，900o C以下，石英玻璃与Na2So4起反应，而在800o C时硝酸钠、无水硼砂、氯化钙强烈侵蚀石英玻璃。
在常温下，石英玻璃对水是稳定的，即使在高温高压下，水对石英玻璃的侵蚀也是很小，在100个大气压和310o C下与水作用3小时，石英玻璃的失重仅为1.13克/米2。
石英光学玻璃性能石英玻璃的光学性能有其独特之处，它可以透过远紫外光谱，是所有透紫外材料最优者，可透过可见光和近红外光谱，用户可以根据需要，从185-3500μm 波段范围内任意选择所需品种。
折射率石英玻璃的折射率很小，透明石英玻璃的折射率ND=1.45845，光学石英玻璃在20o C 之标准值ND=1.4586±4×10-4。
在紫外部分（214.4纳米-280.3纳米）的折射率为1.5341-1.4942；在可见光部分（404.6纳米-766.5纳米）为1.4698-1.45413；在红外部分（863.0纳米-36501纳米）为1.45251-1.47454，随波长增加而折射率下降。
石英棒中心析晶
石英棒中心析晶
石英棒中心析晶是指石英棒在高温下熔融并逐渐冷却时，在中心部位形成晶体的一种现象。
石英棒是一种非金属材料，具有高透明度、高硬度、高耐腐蚀性等特点，常用于制造光学元件、半导体器件、陶瓷制品等。
在石英棒中心析晶过程中，熔融状态的二氧化硅会逐渐冷却，并在中心部位形成二氧化硅晶体。
这些晶体通常呈现出六方形态，并沿着中心向外生长。
随着时间的推移，这些晶体可能会逐渐长大并最终形成一个完整的石英棒晶体。
石英棒中心析晶现象通常会在实验室或工业生产中出现，其中一些高品质的石英棒可以被用作高精度光学元件或特殊用途的半导体材料。
石英析晶范文范文
石英析晶范文范文石英是一种常见的矿物，它具有晶体结构，是一种可见的透明或半透明的晶体。
石英晶体在地质学、化学、电子学等领域具有重要的应用价值。
本文将就石英晶体的结构与性质、应用领域以及制备方法进行探讨。
首先，石英晶体的结构与性质。
石英晶体属于硅酸盐矿物，其化学式为SiO2、石英的晶体结构是由硅(Si)、氧(O)两种元素组成，在空间上呈现出六角柱形的结构。
石英晶体的晶格结构非常稳定，能够抵抗高温和高压的侵蚀。
由于其特殊的结构和稳定性，石英具有很高的硬度、透明度和耐腐蚀性。
此外，石英晶体还具有优异的光学特性，如偏光性。
这些性质使得石英晶体成为一种重要的材料，应用领域广泛。
其次，石英晶体的应用领域。
石英晶体在地质学、化学、电子学等领域有着广泛的应用。
在地质学领域，石英晶体能够帮助科学家研究地质活动、地球演化以及岩石成因等问题。
在化学领域，石英晶体能够作为催化剂或者反应容器，用于加速化学反应的进行。
在电子学领域，石英晶体广泛应用于电子设备中，如传感器、振荡器、滤波器等。
此外，石英晶体还被用于制作光学器件，如光学透镜、光纤等。
石英晶体在现代科技中发挥着重要的作用，对社会发展起到了至关重要的推动作用。
最后，石英晶体的制备方法。
石英晶体主要通过两种方法进行制备：自然生成和人工合成。
自然生成的石英晶体通常通过矿石的采集和加工获得。
人工合成的石英晶体是通过化学合成的方法得到的。
通常采用热溶液法或水热法来制备人工石英晶体。
热溶液法是将硅酸盐和水溶液一起进行加热，然后冷却结晶获得石英晶体。
水热法则是在高温高压的条件下将硅酸溶液与氢氧化钠溶液进行反应，然后冷却生成石英晶体。
这些制备方法能够得到高纯度、均匀性好的石英晶体，满足不同领域的需求。
总之，石英晶体作为一种重要的矿物，具有独特的结构与性质。
其广泛的应用领域和制备方法使得石英晶体在科技领域中起到了重要的作用。
随着科技的不断发展，石英晶体的应用前景必将更加广阔。
石英玻璃——精选推荐
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。
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。
注凝石英陶瓷材料生产过程中碱土金属引起的析晶问题分析
石英陶瓷材料是结合了熔融石英和陶瓷材料的双重优点，具有机械强度高、热膨胀系数低、导热性差、耐温度冲击好、介电系数小和化学性能稳定的特点，可以作为耐火材料、石英坩埚、石英辊棒和透波陶瓷天线罩材料使用[1,2]。
它的发展始于上世纪60年代，由美国Georgia理工学院首先发明[3]。
石英陶瓷材料以非晶态熔融石英为原料，经干磨制粉或者湿法球磨破碎的方法制得小粒径的石英颗粒，并进一步通过坯体成型、干燥、烧结及加工等工序制得石英制品。
石英陶瓷的制备方法，一般以湿法为主，目前较为普遍的是注浆成型和注凝成型两种成型工艺[4-6]。
注浆成型一般以多孔石膏为依托，通过料浆颗粒沉降和石膏吸水的作用，形成一定厚度的坯体，制品以大尺寸、壁厚较厚的结构件为主，包括玻璃冶炼行业用石英辊棒、金属冶炼用闸板砖等。
注浆成型工艺因成型周期较长和颗粒沉降的差异，造成产品均一性差，易在局部出现缺陷而影响材料整体的使用。
注凝成型工艺为在料浆中加入有机单体，加热固化凝胶成型。
成型时间较短，材料均匀性相对注浆成型要好，在异形石英陶瓷材料的成型方面有非常好的优势，在制备包括多晶硅冶炼用石英坩埚、天线罩等产品领域优势明显[7,8]。
作为石英陶瓷的重要特点之一，熔融态石英的保持是石英陶瓷材料生产制备过程中的重要控制点。
熔融态石英一旦转化为鳞石英晶相或者方石英等晶相，其组成颗粒体积会发生较大变化，形成内应力，而导致材料强度下降，甚至材料出现裂纹或破碎。
本文以注凝石英陶瓷生产过程中石英材料析晶现象为分析目标，对发生的各种析晶现象进行了分析和分类。
重点对碱土金属造成石英材料析晶的问题进行了考查，测试分析了其对石英材料强度和晶相的影响。
并针对此析晶问题，提出了解决方案。
石英陶瓷材料的析晶一般是指在石英制品烧成后，材料出现一定量的鳞石英和方石英等晶态石英析出现象。
石英陶瓷的升温烧制过程中，熔融态石英向高温晶相石英的转化过程较为缓慢，材料一般不会出现破坏的现象。
纳米氧化镱对熔融石英析晶动力学机制的影响
第50卷第1期2021年1月人㊀工㊀晶㊀体㊀学㊀报JOURNAL OF SYNTHETIC CRYSTALS Vol.50㊀No.1January,2021纳米氧化镱对熔融石英析晶动力学机制的影响谷莹蕾1,2,闫亚汐1,卜景龙2,马㊀超3,王志发2(1.华北理工大学轻工学院,唐山㊀064000;2.华北理工大学材料科学与工程学院,河北省无机非金属材料重点实验室,唐山㊀063210;3.唐山时创高温材料股份有限公司,唐山㊀064000)摘要:本文研究引入纳米氧化镱对熔融石英析晶机制及动力学过程的影响㊂通过X 射线衍射仪(XRD)测试结果分析了纳米氧化镱的引入对熔融石英陶瓷析晶率的影响,采用动力学方法分析了纳米氧化镱的引入对熔融石英陶瓷析晶机制的影响,同时探讨了其等温析晶动力学过程㊂研究表明,熔融石英陶瓷的晶粒向二维兼有一维及三维的方式生长,引入纳米氧化镱的熔融石英陶瓷的晶粒则向二维兼有三维的方式生长;试样B 和试样Y 的析晶活化能E 分别为874kJ /mol 和1188kJ /mol㊂在熔融石英陶瓷中引入纳米氧化镱能够大幅度减少SiO 2玻璃脱玻为方石英的 活性成核点 ,增加玻璃表面结构稳定性,提高析晶活化能,大大降低熔融石英的析晶率㊂关键词:熔融石英;纳米氧化镱;析晶;动力学;活化能中图分类号:TQ174.1㊀㊀文献标志码:A ㊀㊀文章编号:1000-985X (2021)01-0144-07Effect of Nano-Yb 2O 3on Crystallization Kinetics Mechanism of Fused QuartzGU Yinglei 1,2,YAN Yaxi 1,BU Jinglong 2,MA Chao 3,WANG Zhifa 2(1.Qinggong College,North China University of Science and Technology,Tangshan 064000,China;2.Hebei Provincial Key Laboratory of Inorganic Nonmetallic Materials,College of Materials Science and Engineering,North China University of Science and Technology,Tangshan 063210,China;3.Tangshan Strong Refractories Co.,Ltd.,Tangshan 064000,China)Abstract :The effect of nano-Yb 2O 3on the crystallization mechanism and kinetics of fused quartz were studied.The effect of nano-Yb 2O 3on crystallization ratio of fused quartz ceramics was studied by means of XRD,and the effect of nano-Yb 2O 3on the crystallization mechanism of fused quartz ceramics was studied by kinetic method,meanwhile,the isothermal crystallization kinetics of two kinds of fused quartz ceramics were discussed.The results show that the grain growth mode of fused quartz ceramics is two-dimensional growth accompanied by one-dimensional and three-dimensional growth,while the grain growth mode of fused quartz ceramics with nano-Yb 2O 3is two-dimensional accompanied by three-dimensional growth.The activation energy E of samples B and samples Y are 874kJ /mol and 1188kJ /mol,respectively.With the introduction of nano-Yb 2O 3in fused quartz ceramics,the "active nucleation point"of SiO 2glass for cristobalite reduce greatly,the stability of the glass surface structure increases,the crystallization activation energy increases,and the crystallization ratio of fused quartz reduces greatly.Key words :fused quartz;nano-Yb 2O 3;crystallization;kinetic;activation energy㊀㊀收稿日期:2020-10-01㊀㊀基金项目:国家自然科学基金(51072046)㊀㊀作者简介:谷莹蕾(1986 ),女,河北省人,讲师㊂E-mail:490557762@0㊀引㊀㊀言熔融石英陶瓷具有热膨胀系数小㊁导热率低㊁电绝缘性好㊁热震稳定性优异㊁耐玻璃及金属液侵蚀等特点,广泛应用于冶金㊁电力㊁航天等领域[1]㊂然而熔融石英在高温使用下易析晶为方石英,同时伴随较大的体积效应,使得其热膨胀系数升高㊁强度降低,造成开裂,大大降低了材料的使用安全性㊂因此,对熔融石英的析晶行为研究变得极为重要㊂国内外学者针对熔融石英陶瓷析晶行为和析晶动力学进行了探讨[2-4],发现引入传统氧化物和非氧化物作为添加剂可以在一定程度上改善熔融石英的析晶情况[5-6],但有关添加剂对熔融石英陶瓷晶化抑制机㊀第1期谷莹蕾等:纳米氧化镱对熔融石英析晶动力学机制的影响145㊀理的研究报道较少[7-8]㊂一些学者发现在某些硅酸盐玻璃体系中引入稀土氧化物可以改善某些玻璃的析晶情况,对玻璃的网络结构进行补充,提高析晶活化能[9-10]㊂在实验室前期工作中发现,添加少量纳米氧化物可以有效改善熔融石英陶瓷析晶情况[11-12]㊂本文在前期研究基础上,对含纳米氧化镱的熔融石英陶瓷材料的析晶动力学和析晶机理进行初步探讨,为熔融石英晶化抑制剂的选择和安全可靠性熔融石英陶瓷材料的应用研究提供理论基础㊂1㊀实㊀㊀验1.1㊀样品制备本实验所采用的主要原料为微细熔融石英粉,其物相为非晶态的SiO2,纯度为99.5%,颗粒粒径d50为30μm㊂用于熔融石英析晶抑制的添加剂为纳米氧化镱,其纯度为99.9%,颗粒粒径d50为40nm㊂试样以熔融石英细粉为主要原料,引入3%的纳米氧化镱(质量比)为添加剂,试样采用模压方法成型,成型及干燥后的熔融石英陶瓷试样放入设定温度的电炉中进行高温处理(1300ħ㊁1350ħ㊁1400ħ和1450ħ)㊂含纳米氧化镱的试样标记为Y,不含纳米氧化镱的空白试样标记为B㊂1.2㊀性能测试使用D/MAX2500PC型X射线衍射仪对试样的物相组成进行测试分析;试样的析晶率f通过式(1)进行计算:f=A1A0ˑ100%(1)其中:A1是实验试样的物相衍射峰面积,A0是标准样的物相衍射峰面积㊂2㊀结果与讨论2.1㊀不同温度析晶处理后试样的析晶率图1㊁图2分别为熔融石英陶瓷空白试样和添加纳米氧化镱试样在不同烧成温度和保温时间的XRD图谱㊂不同熔融石英试样的析晶率f可以根据图1㊁图2的物相衍射峰及式(1)计算求得㊂图3㊁图4给出了两种熔融石英陶瓷析晶量随烧成温度和保温时间变化的曲线㊂从图1(a)可以看出,熔融石英陶瓷空白试样在1300ħ烧成后保温0.5~1.5h条件下,XRD图谱中没有明显的析晶现象;至保温3h时试样B出现了析晶现象㊂由图1(b)~(d)可以发现,保温0.5h的熔融石英陶瓷试样B中,在1350ħ烧成温度时可看到明显的析晶现象,当温度升至1400ħ㊁1450ħ时析晶现象更加明显,表明随烧成温度的提高,熔融石英析晶的程度在不断增大㊂由图2(a)~(d)可见,含纳米氧化镱试样Y中的主要物相为方石英,图2(c)及图2(d)中出现微弱的焦硅酸镱(Yb2Si2O7)衍射峰,表明氧化镱与熔融石英中的SiO2在1400ħ以上烧成后发生化学反应,形成第二相Yb2Si2O7㊂方石英衍射峰随烧成温度升高及保温时间延长也在不断增强,但相对于同等条件下的熔融石英陶瓷试样B有较大幅度的降低,表明引入纳米氧化镱能够有效地影响熔融石英的析晶行为㊂由图3㊁图4可见,随烧成温度升高或保温时间延长,空白试样B和含纳米氧化镱试样Y的析晶率f逐渐增大,但两种试样的析晶率f变化曲线存在较大差异㊂若以保温时间0.5h㊁熔融石英析晶率f值5%为熔融石英的起始析晶温度标志,由图3㊁图4可直观看出,空白试样B的熔融石英起始析晶温度为1350ħ,引入纳米氧化镱的试样Y的熔融石英起始析晶温度为1400ħ㊂若以保温时间3.0h㊁熔融石英析晶率f值50%为熔融石英的显著析晶温度标志,由图3㊁图4可直观看出,空白试样B的熔融石英显著析晶温度为1350ħ,引入纳米氧化镱的试样Y的熔融石英显著析晶温度为1400ħ㊂结果表明,在熔融石英陶瓷材料中引入纳米氧化镱可明显提高熔融石英的析晶温度㊂2.2㊀熔融石英高温析晶动力学分析由图3㊁图4给出的试样B和试样Y在不同温度及不同保温时间t的析晶率f,采用Avrami方程(式2)及其对数式(式3)[13-15],对不同热处理条件的试样B及试样Y进行熔融石英析晶过程动力学分析㊂f=1-exp(-kt n)(2)146㊀研究论文人工晶体学报㊀㊀㊀㊀㊀㊀第50卷lnln(1-f)-1=ln k+n ln t(3)其中:f是析晶率,%;k是与成核生长和析晶活化能有关的常数,s-1;t是保温时间,s;n是与析晶机理有关的常数,它反映了晶化过程的成核和长大机制㊂k值与析晶相变反应过程的温度㊁析晶活化能的关系如式(4)所示㊂[16-17]图1㊀不同烧成温度和保温时间条件下试样B的XRD图谱Fig.1㊀XRD patterns of samples B sintered at different temperatures and holding time图2㊀不同烧成温度和保温时间条件下试样Y的XRD图谱Fig.2㊀XRD patterns of samples Y sintered at different temperatures and holding time㊀第1期谷莹蕾等:纳米氧化镱对熔融石英析晶动力学机制的影响147㊀图3㊀不同温度烧成后试样B 的f -t 关系Fig.3㊀Relation of f -t for samples B sintered at differenttemperatures 图4㊀不同温度烧成后试样Y 的f-t 关系Fig.4㊀Relation of f-t for samples Y sintered at different temperaturesk =νexp(-E /RT )(4)其中:ν是频率因子;E 是析晶活化能;T 是热力学温度;R 是气体常数㊂由试样B 和试样Y 在不同保温时间t 的析晶率f ,按式(3)计算出lnln(1-f )-1及ln t ,试样B 与试样Y的lnln(1-f )-1-ln t 的拟合直线分别如图5㊁图6所示㊂由拟合直线及式(3)可分别确定出不同温度烧成后试样的直线斜率n 值和直线截距ln k 值,计算结果列于表1㊂随试样烧成温度的升高,试样B 的ln k 值波动于-12.72~-6.95,试样Y 的ln k 值波动于-15.66~-7.53,表明纳米氧化镱的引入明显降低了熔融石英的析晶速度㊂图5㊀不同温度烧成后试样B 的lnln(1-f )-1-ln t 的拟合曲线Fig.5㊀Fitting curves of lnln(1-f )-1-ln t for samples B sintered at differenttemperatures 图6㊀不同温度烧成后试样Y 的lnln(1-f )-1-ln t 的拟合曲线Fig.6㊀Fitting curves of lnln(1-f )-1-ln t for samples Y sintered at different temperatures㊀㊀对公式(4)取自然对数后结果如式(5)所示,将表1中试样B 及试样Y 的ln k 值代入式(5),对试样B 和试样Y 分别作ln k 与1/T 的拟合直线,如图7㊁图8所示㊂ln k =ln ν-E /RT (5)应用图7㊁图8的ln k -1/T 直线及式(5),可计算确定出直线斜率-E /R 值,由E /R 值进而计算出试样B 和试样Y 的析晶活化能E ,其值分别为874kJ /mol 和1188kJ /mol㊂从动力学角度分析,熔融石英析晶转化为方石英的过程中,晶格质点重排需要克服一定的势垒(即析晶活化能E ),因此熔融石英陶瓷析晶的难易程度可以用析晶活化能E 来判断㊂通过上述计算可知,含有纳米氧化镱的试样Y 的析晶活化能要大于熔融石英陶瓷试样B 的析晶活化能,表明在熔融石英陶瓷中引入纳米氧化镱可以提高熔融石英的析晶活化能,降低熔融石英的析晶率㊂148㊀研究论文人工晶体学报㊀㊀㊀㊀㊀㊀第50卷表1㊀不同温度烧成后试样B与试样Y的n值和ln k值Table1㊀The n values and ln k values of samples B and Y sintered at different temperatures Samples type Temperatures/ħn ln k1300 1.04-12.72Samples B1350 1.19-11.231400 1.06-9.1214500.89-6.951300 1.21-15.66Samples Y1350 1.26-14.151400 1.16-11.981450 1.08-7.53图7㊀试样B的ln k-1/T拟合曲线Fig.7㊀Fitting curve of ln k-1/T for samples B图8㊀试样Y的ln k-1/T拟合曲线Fig.8㊀Fitting curve of ln k-1/T for samples Y2.3㊀熔融石英高温析晶机理分析Avrami指数n是一个非常重要的动力学参数,它可以用来表征晶化转变过程中的形核和长大机制以及析晶机理㊂表2[18]列出了应用Avrami方程对玻璃态物质进行析晶机理分析的n值㊂由图5㊁图6及式(3)计算出不同温度烧后试样B的n值波动于0.89~1.19,试样Y的n值波动于1.08~1.26,表明随着烧成温度升高,试样B与试样Y中熔融石英的析晶机理发生了改变㊂表2㊀不同析晶机理对应的n值[18]Table2㊀The n values of different crystallization mechanisms[18]Nucleation type Grain growth mode Phase control interface Diffusion controlOne dimensional growth10.5Heterogeneous nucleation Volume mechanism Two dimensional growth21Three dimensional growth3 1.5Surface mechanism Two dimensional growth~21One dimensional growth2 1.5Homogeneous nucleation Volume mechanism Two dimensional growth32Three dimensional growth4 2.5Surface mechanism Two dimensional growth3~2㊀㊀本实验的熔融石英陶瓷试样是由玻璃态熔融石英微细颗粒制备的烧结体,熔融石英是由硅氧四面体[SiO4]顶点无序连接的三维网络结构的玻璃体,熔融石英颗粒的析晶行为或析晶机理与其物相成分㊁粒径及颗粒表面缺陷㊁添加剂纳米氧化镱与熔融石英颗粒的相互作用等因素有关㊂因加工过程中的机械粉磨作用,熔融石英颗粒表面层结构形成了很多缺陷大㊁能态高的Si-O断键,这些断键在高温时极易形成SiO2玻璃脱玻为方石英的 活性成核点 [12]㊂因此在1300ħ以上高温时,熔融石英微细颗粒的表面层结构获得足够热能后,这些 活性成核点 随即发生SiO2玻璃脱玻为方石英的析晶成核,随时间延长或温度升高,析晶成核逐步向内部扩散进行㊂本实验不同温度烧成后试样B的n值接近于1,表㊀第1期谷莹蕾等:纳米氧化镱对熔融石英析晶动力学机制的影响149㊀明熔融石英颗粒的析晶成核属于非均匀成核类型㊂本实验各温度烧成后试样B的n值为0.89~1.19,将其与表2中析晶过程控制类别的n值比较,试样B 的n值处于表2中0.5~1.5范围内㊂熔融石英颗粒成分是纯度高达99.5%的SiO2,物相基本为单相SiO2玻璃相,其结构与普通的锂铝硅酸盐微晶玻璃的多组分玻璃结构有较大的不同㊂因此熔融石英析晶成核后的晶粒生长不属于相界面控制,而属于扩散控制㊂将试样B的n值与表2中晶粒生长方式的n值类属进行比较,发现试样B中熔融石英析晶成核后的晶粒生长方式以二维生长的表面机制为主,同时伴随有一定程度的一维及三维生长方式㊂此种情况可分析为,试样B的熔融石英颗粒表面层在1450ħ高温获得足够热能后,表面层大多数的 活性成核点 随即快速发生SiO2玻璃脱玻为方石英的析晶成核㊂成核后的晶粒生长是沿熔融石英颗粒表面进行的二维生长,当晶粒二维生长的空间 饱和 后,晶粒开始进行垂直于颗粒表面的一维生长,并伴随三维生长方式㊂2.4㊀纳米氧化镱对熔融石英析晶机理的影响含有纳米氧化镱的试样Y的n值波动于1.08~1.26,略高于试样B的n值,与表2中n值类属比较,试样Y中熔融石英颗粒同样为不均匀成核类型,成核后晶粒的长大为表面机制或体积机制,主要受扩散控制㊂但试样Y的n值略高于试样B的n值,处于表2的1~1.5范围内,与试样B的n值的差异主要表现在1450ħ时熔融石英成核后的晶粒生长方式不同,即试样Y中熔融石英成核后晶粒生长向着二维方向生长(伴随三维方向),没有一维方向㊂重稀土氧化物氧化镱中的镱离子具有较高的电荷和场强,对试样Y中的玻璃网络结构起到了很强的 积聚 作用[19-23],使得玻璃网络结构的稳定性大大提高㊂另一方面,由于熔融石英颗粒表层存在非桥氧离子,高温时非桥氧离子被镱离子吸引,或与部分Yb离子结合形成Yb2Si2O7,使得熔融石英颗粒表面层的 活性成核点 大大减少,玻璃网络结构的稳定性得到了提高,熔融石英的析晶率降低,熔融石英的析晶活化能得到了提高[19]㊂这与试样Y和试样B的熔融石英析晶率f的差异情况(见图3㊁图4)基本一致,也与试样B 和试样Y析晶活化能E的差异情况具有较好的一致性㊂因此,1450ħ时试样Y的熔融石英颗粒表面层的析晶成核少,成核后的晶粒在沿颗粒表面层的二维方向上有较多的生长空间,所以试样Y的熔融石英析晶的晶粒生长为二维生长并伴随三维生长方式㊂综上,在熔融石英陶瓷材料中引入纳米氧化镱,具有减少 活性成核点 ㊁稳定熔融石英玻璃表面结构㊁提高析晶活化能的作用㊂试样Y与试样B在熔融石英析晶机理方面的差异,表现为成核后晶粒生长方式的不同㊂3㊀结㊀㊀论(1)在熔融石英陶瓷材料中引入纳米氧化镱可明显提高熔融石英的析晶温度,表明纳米氧化镱的引入对熔融石英析晶过程产生了一定的影响㊂(2)动力学研究表明,引入纳米氧化镱会对熔融石英陶瓷析晶后的晶粒生长方式产生影响㊂熔融石英陶瓷空白试样的晶粒生长主要为二维生长兼有一维及三维的生长方式,而含纳米氧化镱的熔融石英陶瓷试样的晶粒生长则为二维兼有三维的生长方式;二者的析晶活化能分别为874kJ/mol和1188kJ/mol㊂(3)在熔融石英陶瓷中引入纳米氧化镱能够大幅度减少SiO2玻璃脱玻为方石英的 活性成核点 ,增加玻璃表面结构稳定性,提高析晶活化能,大大降低熔融石英的析晶率㊂参考文献[1]㊀陈肇友.熔融石英陶瓷[J].耐火材料,1973,7(3):11-28.CHEN Z Y.Fused silica ceramics[J].Refractories,1973,7(3):11-28.[2]㊀WAGSTAFF F E.Crystallization and melting kinetics of cristobalite[J].Journal of the American Ceramic Society,1969,52(12):650-654.[3]㊀GARIBINA N V,PAVLOVSKII V K,SEMENOV A D.The effect of Al and Ca impurities on the properties of quartz ceramics[J].Glass andCeramics,1998,55(5/6):161-163.[4]㊀温广武,雷廷权,周㊀玉.不同形态石英玻璃的析晶动力学研究[J].材料科学与工艺,2001,9(1):1-5.WEN G W,LEI T Q,ZHOU Y.Crystallization 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石英材料特性.
石英材料特性本公司採用之半導體級石英玻璃係屬高純度、高穩定性、耐高溫、耐酸鹼、耐熱震、耐高壓的玻璃，其物理、化學特性節要概述如下。
【化學特性】本公司採用GE214/124之石英玻璃純度均為99.995重量百分比以上，其主要不純物含量為: Na 0.7ppm、Li 0.6ppm、Ca 0.4ppm、K 0.6ppm、Al 14ppm、OH 5ppm。
在常溫下，大多數的酸、金屬、氯及溴與石英都不起反應，鹼溶液若溫度及濃度增加則略起反應。
在溫度超過150℃時磷酸會侵蝕石英。
獨氫氟酸可以隨時侵蝕石英。
300℃以上則鹼性氧化物、碳酸鹽、硫酸鹽等會起反應。
總之，石英是非常穩定的材料。
【機械特性】石英的機械特性與一般玻璃極為相似，抗壓強度高於11 x 109pa，但表面裂縫會急劇降低其原有強度。
光滑的石英板拉伸強度超過4.8 x 107pa(7000psi)，實際應用上，一般設計壓力為0.68 x 107pa(1000psi)。
【熱氣特性】石英最顯著的特性是熱澎漲係數最小為5.5 x 10-7mm℃(20℃~320℃之間)，是銅的1/34，而耐熱震的能力可將石英薄片加溫至1500℃後浸入水中，而不會龜裂。
石英玻璃的應變點約1120℃、退火點約1215℃，軟化點約1680℃、熔點約在2200℃以上。
【電氣特性】透明石的電絕緣性及微波傳導在溫度及頻率大幅變化下仍然保持穩定，其電阻值為0.7 x 109ohm-cm(350℃)、比電阻為1018ohm / cm(20℃)、介電常數為3.75(20℃1Mhz)、介電耗損小於0.0004 (20℃,1Mhz)。
【光學特性】透明石英從紫外線到紅外線間都有很好的穿透率，若加入一些過渡元素則會改變部份紫外線的吸收，而氫氧根會影響紅外線的吸收。
一般石英在250mm~2.5 μm 間有85~92%的穿透率，折射係數為1.4586隨波長而略變。
石英器皿最好仍用原有送貨的保護包裝來儲存，以免碰傷並防灰塵及水氣。
石英玻璃析晶性能试验方法
石英玻璃析晶性能试验方法石英玻璃析晶性能试验方法GBn 156-82本标准适用于测定透明石英玻璃管及其制品的析晶性能。
1试验原理。
石英玻璃在高温下长时间使用时，会产生不透明的方石英品体，即发生所谓的析晶现象。
开始时为孤立的白色析晶点，随着时间的延长，析点增多并长大，连成一片，并从表面向内部延伸，使石英玻璃完全失透，此方法就是将试样保持在高温下，恒温一定时间，测定玻璃表面失透层的厚度。
2试样的制备2．1外径25mm以下的石英玻璃管，切取长度15mm整管试样三段。
2．2外径25mm以t的石英玻璃管出取弦长25mm，长度l5mm的试样二块。
2．3切取石英玻璃坩埚弧度部分和石英玻璃器皿的使用部位25mmX15mm的试样三块。
以上试样均为原壁厚，表面不大加工，试样切口处用金刚砂（W10）磨平，不能有崩口。
3试验设备3．1电热干燥箱一台。
3．2立式高温二硅化钼电炉一台。
3．2．1电炉必须具有双层炉膛，内炉膛为高纯三氧化二铝材料制成。
炉内样品台上放有石英垫。
3．2．2电炉温度要有P．l．D．自动控制，精度为±1，24小时内稳定度为±2．5℃．炉温均匀，梯度≤±10℃。
3．2．3各厂每年要送样到建材研究院核对测量结果，以达到校验设备之目的。
3．3 测量显微镜一台：测量精度为5μ，放大倍数为100。
4试验步骤4．1试祥于10％浓度的化学纯氢氟酸溶液中浸泡15分钟，取出用自来水冲洗15分钟，然后再用去离子水冲洗二次（每次1分钟）。
把洗净的试样用夹子（非金属材料）取出放在垫有清洁纱布的干燥培养皿中（沙布和培养皿均用去离子水洗净、烘干）烘干。
在整个操作过程中不得用手直接触摸试样，以防沾污。
4．2将处理干净的试样放入已恒温1400℃的高温炉中，在1400℃下恒温6小时（恒温期间电炉温度波动不得大于±5℃）。
然后立即打开炉门用清洁的坩埚钳将试样取出。
待稍冷后放入保护石蜡与松香混合溶液中（石蜡：松香＝4：1）。
石英玻璃的性能
石英玻璃的性能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。
照明石英玻璃半导体工业用石英玻璃石英玻璃热学性能耐温性热稳定性石英玻璃在高温时的挥发量比热和导热系数石英玻璃的结晶性能(也称析晶性能或失透性能)石英玻璃的高温变色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。
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。
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。
2.半导体工业(电子工业)用石英玻璃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。
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。
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。
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浮法玻璃中夹杂物缺陷分析
曲爱清姜英娜
澄清剂对消除玻璃液气泡的机理研究
杜燕军路有昌
石英玻璃失透性
2011-10-22失透（又叫析晶性）是石英玻璃的一个固有缺陷，从热力学观点看，石英玻璃的内能高于结晶态方石英，属热力学上不稳定的亚稳态，当温度高于1000℃时，SiO2分子振动加速，经一段较长时间的重新排列、定向便形成结晶。
失透性是以晶核成长速度来表示的，不透明石英玻璃在1520℃、透明石英玻璃在1620℃析晶速度分别达到最大值。
析晶主要出现在表面，其次是内部缺陷处，原因是这些地方容易沾污，引起杂质离子的局部集聚，特别是碱离子（如K、Na、Li、Ca、Mg等）进入网络后引起粘度降低，促使失透加速。
由于石英玻璃的热膨胀系数和比重同析晶产物β-方石英相近，所以在高温下连续使用时，尽管析晶区不断扩大，但体积变化并不明显，仍可满意地继续使用，此时尚可减轻玻璃的塑性变形，使耐火度提高。
当析晶产物冷却到800℃时，则出现细小的龟裂网络。
继续冷却到200-275℃时，则出现方石英从高温型到低温型（即β-方石英→a-方石英）的结构变化，并伴随着发生体积聚变，如果析晶层很深，则石英玻璃亦随之破裂。
由于析晶常常出现在有杂质的地方，所以高温使用前的表面状态及周围耐火材料、气氛十分重要。
有关使用石英玻璃时注意事项后面还要介绍。
浮法玻璃的缺陷种类
2011-10-24 7.1 分类
按形成部位浮法玻璃的缺陷科分成六大类：
（1）原料缺陷
（2）熔化缺陷
（3）耐火材料缺陷
（4）成型缺陷
（5）退火缺陷
（6）冷玻璃加工和储存缺陷
按在玻璃中的位置分成三大类：
（1）玻璃板中的缺陷
这是一种由熔化或配合料引起的缺陷，通常以固体夹杂物（结石）和气体夹杂物（气泡）的形式出现。
（2）玻璃板表面的缺陷
结石——这是一种碹顶滴落物（液滴、粉尘）所造成的缺陷；
上表面气泡——这种缺陷往往是闸板部位形成的闸板泡，一般泡径较大。
（3）玻璃板下表面的缺陷
7.2 原料及熔化过程产生的缺陷及处理
7.2.1 夹杂物
1、未熔石英颗粒
大多在玻璃板的上表面，呈白色小粒状或多个颗粒的聚合体。
结石周围有较宽的扩散层，在窑内停留时间长的结石，表面瓷化，周边与玻璃界限不很清晰。
未熔石颗粒及硅砂富集
可能产生原因：
a. 硅砂颗粒过大，形成的未熔石英；
b. 配合料调合不均匀，局部硅砂富集形成的；
c. 配合料输送及窑头料仓贮存过程中的分层；
d. 硅砂细粉过多形成的料蛋；
e. 助熔剂（Na2CO3、Na2SO4）过少；
f. 跑料或边部切料；
g. 熔化温度过低（主要是玻璃液温度）；
h. 碹顶硅质泥料掉入窑中进入玻璃液。
（若以上7种原因都被排除的话，
可认可这条原因）。
显微结构
结石中存在残余石英颗粒，周围可能伴随有羽状鳞石英晶体。
应采取的措施
a. 严格控制硅砂的上、下限粒度，在混合机正常运转（如混合机出故障，
可排除以下其它产生原因）情况下，通过配合料均匀度测定实验，给出
合理的调合参数，以保证配合料具有良好的均匀性。
b. 保证合理的配料参数及称量精度。
c. 加强熔化操作，保证在换火时，不切料，稳定料山及泡界线位置。
d. 加强前区熔化，调整热负荷，建立合理的温度曲线，提高玻璃液温度。
e. 冷修烤窑后及热修时，制定合理的操作方案，避免硅质泥料落入窑中
2、碹滴
(1) 外观
它是一些尺寸大小不等的不透明的或半透明的结石，颜色为白色、灰色、深色、浅黑色等。
结石中央呈原砖状，边部有溶解蚀变和析晶。
结石旁波及较大，常常还伴随有裂纹。
(2) 显微结构
呈方石英，鳞石英晶体，晶体粗大的鳞石英多呈矛头状双晶，单偏光下，呈浅黄色，突起较低，正交光下，有灰白、浅黄的干涉色。
方石英及磷石英显微结构
产生原因
熔化部碹顶硅砖的剥落物，产生部位从前区L型吊墙至熔化部后山墙都有。
产生部位不同，其化学组成及物相组成都有所不同。
a. 产生于前区L型吊墙。
（晶型排列不整齐）。
b. 产生于前区碹顶的中部。
（晶体排列整齐，呈玉黍状或团粒状）
c. 产生于前区碹顶边部（晶型排列如L型吊墙）。
d. 产生于热点后部碹顶（晶型排列整齐）这个部位是温度相对较低，碱
性组分、芒硝分解产物易在此处凝聚，侵蚀较严重。
e. 产生于熔化部后山墙（晶体中含有硫元素），呈钟乳石状的熔融凝聚物，
可能有残砖存在。
f. 重油含硫量过高，水分过大或助燃风量过大，对碹砖的冲击及侵蚀。
采取措施
a. 减少熔窑前区粉料的飞散及配合料组成的挥发。
b. 调整火焰角度，减少火焰对碹顶的上扬烧损。
c. 在不影响熔化的前题下，可考虑适当降低熔窑温度。
d. 在满足澄清的前题下，尽量减少澄清剂芒硝的用量。
e. 定期处理后山墙的挂帘子。
f. 提高重油质量，降低水份含量，稳定风量及窑压。