石英玻璃性质与加工工艺讲义

《石英玻璃加工》讲课提纲

一、石英玻璃的底子特性

1. 组分单一SiO2

定义：SiO2含99.5%以上的玻璃体称为石英玻璃；不透明石英玻璃SiO2含99.5％；气炼石英玻璃99.97％；电子级石英玻璃99.99%；高级石英玻璃99.999％以上；最高级99.9999%，Heraeus产品。

石英玻璃（quartz glasss，fused quartz）分玻璃；国际上也称硅玻璃Silica glass。

一般的讲：根据材料不一样，称法也不一样

天然石英晶体（水晶）fused quartz

天然石英矿石（硅石）fused silica

人工合成石英晶体Synthetic quartz

人工合成硅的卤化物Si Synthetic quartz

可以根据对方供应的图纸上的材料一拦说明，认出是何种石英玻璃。

2. 硬度高

莫氏硬度7。硬的物质肯定脆、易碎，所以加工肯定得留心，石英玻璃有了裂纹，就简略渗进未开裂之处，裂纹延伸、扩展。

3. 耐高温功用好，是石英玻璃另一个重要底子功用

能承受1300℃左右的高温，可以在1100～1200℃条件下长时辰作业；

抗高温形变：石英玻璃管在1200±10℃恒温24h；

其形变率：≯4%，Φ＜120mm

≯6%，Φ＞120mm

∵Si－O键强106千卡/摩尔

∴石英玻璃的耐高温功用远远逾越任何一种玻璃

石英玻璃的耐高温功用与其出产工艺不一样而各有差异。

电熔法优于气炼法，等离子优于电熔法，气炼法优于连熔法，其缘由是OH-含量不一样。

表征石英玻璃功用的三个首要温度点：

➢ 退火温度：这个温度下，15min内，内部应力底子释放空，对

应lgη＝13°，1140～1180℃。

➢ 软化点温度：在这个温度下，石英玻璃将在其自重情况下变形，对应lgη＝7°，1580～1650℃。

➢ 熔化温度：石英玻璃固体情况1713～1756℃。

理论上，石英玻璃能承受1000℃以上高温，短时辰运用1450℃，GE-214型1100℃长时辰运用，1300℃短时辰运用。

为了进一步前进石英玻璃耐高温功用，各公司竟相研制新产品；如我国Al2O3涂层管，SiC涂层管。

4. 热膨胀功用

热膨胀系数极低，仅为一般玻璃的1/4。α=5.10×10-7/℃（常温下）。

5. 热稳定性好

石英玻璃具有承受高温剧变的才干。

TC／T597-1995

石英玻璃在1100℃恒温15min，置于20±5℃水中急冷，不得出现裂纹、缺口。

大件制品在1100℃恒温 15min，置于空气中冷却，不炸裂、无缺口。

石英玻璃的热稳定性还取决于玻璃的热前史，还和它的物理功用如线胀系数、弹性抗张强度、导热性、热容量有关，还有内应力、制品表面微裂纹、形状标准、加热冷却条件等。

6. 粘度

石英玻璃的粘度与出产工艺、所用材料、含金属杂质、OH含量及其之不纯物相关。

石英玻璃粘度大：

∵成型操作规划很窄，温度高了，蒸腾量大；温度低了，粘度大，拉不动。

∴选择恰当的加工温度很首要。

7. 结晶性

结晶性：透明石英玻璃在特定的温度下分出晶体构成失透。

石英玻璃长时辰在高温下运用，由外至内延伸，扩展而坠落。

缘由：发作了α－方石英。

影响析晶的要素：温度、时辰、杂质（内因加外因）

透明石英玻璃析晶从1000℃初步，1200℃显着，1525℃最大值，时辰越长，析晶越严肃，α－方石英出产值越多，石英玻璃内部的杂质离子和表面玷污是析晶的内因，杂质越多，析晶越快越多。

一般，析晶总是从表面上或多或少的污染点初步，在向内部扩展，碱金属和碱土金属离子对析晶有极大影响，约可以降低析晶初步温度200～300℃。

发作析晶怎么办？

现已发作析晶的石英制品当冷却到275℃以下时会在析晶层发作裂纹。这些裂纹会向没有析晶的有些扩展、直到整个制品破碎。但若不降温到300℃以下，这些析晶仍然是透明的。

只要将析晶的石英制品总是保持在300℃以上运用，析晶层就不会发作损坏，制品就可以继续运用先恰当长的时辰。

析晶的运用：

石英玻璃析晶分出α－方石英，有其危害的一面，但研讨标明α－方石英的晶体结构有支撑作用，能增强石英玻璃抗高温形变功用。

∴Ae2O3涂层运用这一点，在石英管表面面均匀涂一层高能Ae2O3，使其在高温下人为构成一层析晶层，以前进其高温形变功用，使其在1300℃运用。

石英玻璃的其它功用，如：

光谱特性、高透过率、耐功用、机械功用、化学功用、耐酸不耐碱、电学功用等不展开讨论。

二、石英玻璃的加工工艺

石英玻璃的深加工是指将石英玻璃材料（管状、棒状、片状、块状）加工成用户需要的石英器件，在加工方法上分为冷加工和热加工两种方法：

1、石英玻璃的冷加工——首要是切（割）研（磨）抛（光）

三种：

切开砣，金刚砂锯片、金刚石锯片，首要用于切开石英管、石英片。

多刀切开机、线切开机，首要用于石英碇、石英块料。

激光切开机、内园切开机，首要用于切劝导行板材。

研磨平面磨盘、单轴、双轴抛光机，分粗磨：Hcp在10～20µm 光洁度▽2。

平面铣床、多功用铣床，细磨：Hcp在6.3µm

光洁度▽6。

钻床、车床、内园、外园磨床，粗磨：Hcp在6µm以下▽7。抛光多轴抛光机Hcp＜λ，即0.5µm以下。

说明：

①粗磨的目的是成型，使加工件具有肯定的几何形状。