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石英玻璃性能
石(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)英(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)玻(bo)(bo)(bo)璃(li)(li)(li)(li)(li)是一(yi)(yi)種(zhong)只含(han)二氧化硅(gui)單(dan)(dan)一(yi)(yi)成份的(de)特種(zhong)玻(bo)(bo)(bo)璃(li)(li)(li)(li)(li)。由于種(zhong)類(lei)、工(gong)藝(yi)、原料的(de)不(bu)同，國(guo)外常常叫做(zuo)硅(gui)酸玻(bo)(bo)(bo)璃(li)(li)(li)(li)(li)、石(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)英(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)玻(bo)(bo)(bo)璃(li)(li)(li)(li)(li)、熔(rong)融(rong)(rong)石(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)英(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)、熔(rong)凝石(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)英(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)、合(he)成熔(rong)融(rong)(rong)石(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)英(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)，以及沒有明(ming)(ming)確概念的(de)透明(ming)(ming)、半透明(ming)(ming)、不(bu)透明(ming)(ming)石(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)英(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)等。我國(guo)統(tong)稱(cheng)石(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)英(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)玻(bo)(bo)(bo)璃(li)(li)(li)(li)(li)（石(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)英(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)玻(bo)(bo)(bo)璃(li)(li)(li)(li)(li)片、石(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)英(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)玻(bo)(bo)(bo)璃(li)(li)(li)(li)(li)管、石(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)英(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)玻(bo)(bo)(bo)璃(li)(li)(li)(li)(li)儀器），多按工(gong)藝(yi)方法(fa)、用(yong)途(tu)及外觀來分類(lei)，如(ru)電(dian)熔(rong)透明(ming)(ming)石(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)英(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)玻(bo)(bo)(bo)璃(li)(li)(li)(li)(li)、連熔(rong)石(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)英(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)玻(bo)(bo)(bo)璃(li)(li)(li)(li)(li)、氣煉(lian)透明(ming)(ming)石(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)英(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)玻(bo)(bo)(bo)璃(li)(li)(li)(li)(li)、合(he)成石(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)英(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)玻(bo)(bo)(bo)璃(li)(li)(li)(li)(li)、不(bu)透明(ming)(ming)石(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)英(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)玻(bo)(bo)(bo)璃(li)(li)(li)(li)(li)、光學石(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)英(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)玻(bo)(bo)(bo)璃(li)(li)(li)(li)(li)、半導(dao)體用(yong)石(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)英(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)玻(bo)(bo)(bo)璃(li)(li)(li)(li)(li)、電(dian)光源用(yong)石(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)英(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)玻(bo)(bo)(bo)璃(li)(li)(li)(li)(li)等。人們習(xi)慣(guan)于用(yong)“石(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)英(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)”這樣一(yi)(yi)個(ge)簡單(dan)(dan)的(de)詞匯來命名(ming)這種(zhong)材料，這是絕(jue)對(dui)不(bu)妥的(de)，因(yin)為(wei)“石(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)英(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)”是二氧化硅(gui)結晶態的(de)一(yi)(yi)種(zhong)通(tong)稱(cheng)，它(ta)與玻(bo)(bo)(bo)璃(li)(li)(li)(li)(li)態二氧化硅(gui)在理化性(xing)質(zhi)上(shang)是有區別的(de)。
1.純度
純度(du)是(shi)石英(ying)玻(bo)璃的(de)(de)(de)重(zhong)(zhong)要指標，對理(li)化性(xing)(xing)(xing)能(neng)(neng)(neng)和使用性(xing)(xing)(xing)能(neng)(neng)(neng)影(ying)響甚大(da)，如失透性(xing)(xing)(xing)、高溫強度(du)、軟(ruan)化點、光的(de)(de)(de)傳(chuan)導(dao)、熱穩定性(xing)(xing)(xing)、化學(xue)穩定性(xing)(xing)(xing)、耐輻射(she)性(xing)(xing)(xing)、熒光特性(xing)(xing)(xing)等；此(ci)外(wai)，用于半導(dao)體(ti)工業(ye)(ye)的(de)(de)(de)石英(ying)玻(bo)璃，對純度(du)的(de)(de)(de)要求更為苛(ke)刻，微(wei)量的(de)(de)(de)雜質(zhi)將給半導(dao)體(ti)材料的(de)(de)(de)電性(xing)(xing)(xing)能(neng)(neng)(neng)和壽命以(yi)及(ji)集成度(du)帶來(lai)嚴重(zhong)(zhong)的(de)(de)(de)影(ying)響。由于半導(dao)體(ti)材料的(de)(de)(de)純度(du)要求控(kong)制(zhi)在ppb數(shu)量級以(yi)下，因此(ci)石英(ying)玻(bo)璃則應控(kong)制(zhi)在PPm數(shu)量級以(yi)適應半導(dao)體(ti)工業(ye)(ye)的(de)(de)(de)需要。B的(de)(de)(de)分凝系數(shu)近于1,難除掉，是(shi)有害的(de)(de)(de)雜質(zhi)之一(yi)，Cu、Fe、Ti等影(ying)響半導(dao)體(ti)的(de)(de)(de)少子(zi)壽命，K、Na、Li是(shi)單(dan)晶材料產生微(wei)缺陷(xian)的(de)(de)(de)有害雜質(zhi)。本公司為半導(dao)體(ti)工業(ye)(ye)服務已有40余年的(de)(de)(de)歷史，并始終(zhong)致力于去除上述有害雜質(zhi)的(de)(de)(de)研制(zhi)工作。
2.失透性
失(shi)透（又叫析晶性）是石(shi)英(ying)玻(bo)璃(li)的一(yi)個固有缺(que)陷，從(cong)熱力學觀點看，石(shi)英(ying)玻(bo)璃(li)的內能高于結晶態方石(shi)英(ying)，屬熱力學上不穩定的亞(ya)穩態，當溫(wen)度高于1000℃時(shi)，SiO2 分子振動加速(su)，經(jing)一(yi)段較長時(shi)間的重(zhong)新排(pai)列、定向便(bian)形成結晶。失(shi)透性是以晶核成長速(su)度來表示的，不透明石(shi)英(ying)玻(bo)璃(li)在1520℃、透明石(shi)英(ying)玻(bo)璃(li)在1620℃析晶速(su)度分別達到大值。
析晶主(zhu)要出現在表面，其次是內部缺(que)陷處，原因是這些地方容易(yi)沾污(wu)，引(yin)(yin)起雜質離子(zi)的局部集(ji)聚，特別是堿離子(zi)（如(ru)K、Na、Li、Ca、Mg等）進入網絡后(hou)引(yin)(yin)起粘度降低，促(cu)使失透(tou)加速。
由于石(shi)(shi)英(ying)(ying)(ying)玻(bo)(bo)璃(li)的熱膨脹(zhang)系數(shu)和比重同(tong)析(xi)(xi)晶(jing)產物(wu)β-方(fang)(fang)石(shi)(shi)英(ying)(ying)(ying)相近，所以在高溫(wen)下(xia)連續(xu)(xu)使(shi)(shi)(shi)用(yong)時，盡管析(xi)(xi)晶(jing)區(qu)不(bu)斷(duan)擴大，但體積變化(hua)(hua)并(bing)不(bu)明顯，仍可滿(man)意地繼(ji)續(xu)(xu)使(shi)(shi)(shi)用(yong)，此時尚可減輕玻(bo)(bo)璃(li)的塑性變形，使(shi)(shi)(shi)耐(nai)火度提(ti)高。當析(xi)(xi)晶(jing)產物(wu)冷卻到800℃時，則出(chu)現細小(xiao)的龜裂網絡。繼(ji)續(xu)(xu)冷卻到200-275℃時，則出(chu)現方(fang)(fang)石(shi)(shi)英(ying)(ying)(ying)從高溫(wen)型到低溫(wen)型（即β-方(fang)(fang)石(shi)(shi)英(ying)(ying)(ying)→a-方(fang)(fang)石(shi)(shi)英(ying)(ying)(ying)）的結構變化(hua)(hua)，并(bing)伴隨(sui)著(zhu)發生體積聚(ju)變，如果析(xi)(xi)晶(jing)層很深，則石(shi)(shi)英(ying)(ying)(ying)玻(bo)(bo)璃(li)亦(yi)隨(sui)之破裂。由于析(xi)(xi)晶(jing)常常出(chu)現在有雜質的地方(fang)(fang)，所以高溫(wen)使(shi)(shi)(shi)用(yong)前的表面(mian)狀態及(ji)周圍(wei)耐(nai)火材料、氣氛十分重要(yao)。有關使(shi)(shi)(shi)用(yong)石(shi)(shi)英(ying)(ying)(ying)玻(bo)(bo)璃(li)時注意事項后(hou)面(mian)還要(yao)介(jie)紹(shao)。
3.化學性能
石英玻璃屬酸(suan)性材料，除(chu)氫氟(fu)酸(suan)和熱磷(lin)酸(suan)外，對其它(ta)任何酸(suan)均表現為惰性，是好(hao)的耐酸(suan)材料。在(zai)常溫(wen)下堿(jian)和鹽對石英玻璃的腐(fu)蝕程度也是微小(xiao)的，因此不排除(chu)在(zai)這些試劑中使用石英玻璃。
透(tou)明(ming)石(shi)英玻璃比不透(tou)明(ming)石(shi)英玻璃具(ju)有(you)更好的化學穩定性，這是因為后者由(you)于氣(qi)泡(pao)的存在(zai)暴(bao)露在(zai)腐(fu)蝕(shi)液(ye)中的表面積增加所致。
4.離(li)子(zi)擴散及透氣性
石英玻璃(li)(li)的(de)結(jie)構十(shi)分松弛，甚至在(zai)高溫下還允許某些氣體的(de)離子(zi)通(tong)過(guo)網絡進行擴散，其(qi)中以(yi)鈉離子(zi)的(de)擴散快。石英玻璃(li)(li)的(de)這一性(xing)(xing)能(neng)對(dui)于使(shi)用者尤為重要，例如，半(ban)導體工業(ye)用石英玻璃(li)(li)作為高溫容器或擴散管時，由(you)于半(ban)導體材(cai)料要求很高的(de)純度，所(suo)以(yi)要求與石英玻璃(li)(li)接(jie)觸的(de)作為爐襯(chen)的(de)耐火材(cai)料必須(xu)預先經過(guo)高溫和清(qing)潔處理(li)，除掉鉀、鈉等堿性(xing)(xing)雜質(zhi)，然后才能(neng)放入石英玻璃(li)(li)內使(shi)用。
5.電學性能
石英(ying)玻璃(li)具有很高的(de)介(jie)電(dian)(dian)強(qiang)度(du)和低的(de)導電(dian)(dian)率，即是在高溫(wen)、高壓和高頻下(xia)，仍能保持很高的(de)介(jie)電(dian)(dian)強(qiang)度(du)和電(dian)(dian)阻，在所應用(yong)的(de)頻帶內幾(ji)乎沒有介(jie)電(dian)(dian)損耗，因(yin)此(ci)石英(ying)玻璃(li)是優(you)良的(de)高溫(wen)介(jie)電(dian)(dian)絕(jue)緣材料。
6.光學性能
石英玻璃(li)(li)的光(guang)(guang)學性能(neng)有其獨到之處，它既可以透(tou)過遠紫(zi)外光(guang)(guang)譜，是所(suo)(suo)有透(tou)紫(zi)外材(cai)料(liao)優者，又可透(tou)過可見光(guang)(guang)和近紅外光(guang)(guang)譜。用戶可以根據(ju)需要，從185-3500mμ波段范圍(wei)內任意(yi)選(xuan)擇(ze)所(suo)(suo)需品種。由于石英玻璃(li)(li)耐高溫，熱(re)膨脹系(xi)數小，化學熱(re)穩定性好，氣泡(pao)、條紋、均勻性、雙折射又可與一般光(guang)(guang)學玻璃(li)(li)媲美(mei)，所(suo)(suo)以它是在各種惡劣(lie)場合下工作具有高穩定度光(guang)(guang)學系(xi)統的必不可少的光(guang)(guang)學材(cai)料(liao)。
石(shi)英玻璃的(de)結構，雜質(zhi)含量，OH基因及NO、CO等含量是影響(xiang)光譜透過率的(de)主要因素，氧原子(zi)結合(he)不(bu)良在0.24μ處則有吸收(shou)峰，含有OH基團的(de)石(shi)英玻璃，在2.7μ處由于(yu)分(fen)子(zi)振動將產生(sheng)明顯(xian)的(de)吸收(shou)峰，紫外(wai)透過率低(di)主要是由于(yu)金屬(shu)雜質(zhi)多造(zao)成原子(zi)吸收(shou)光譜所(suo)致。
電熔(rong)石(shi)(shi)英玻(bo)璃是很(hen)(hen)好的(de)(de)(de)(de)(de)透(tou)紅外材(cai)料(liao)，但由于雜質(zhi)的(de)(de)(de)(de)(de)存(cun)在(zai)，紫(zi)外透(tou)過(guo)率(lv)低。氫氧焰(yan)熔(rong)制水晶所獲(huo)得(de)的(de)(de)(de)(de)(de)石(shi)(shi)英玻(bo)璃，由于氧結構缺陷，在(zai)0.24μ處有(you)吸收峰，同時含有(you)OH基團，所以紅外透(tou)過(guo)低。用(yong)合成原料(liao)氣煉的(de)(de)(de)(de)(de)高純(chun)光(guang)學石(shi)(shi)英玻(bo)璃是好的(de)(de)(de)(de)(de)透(tou)紫(zi)外材(cai)料(liao)，但在(zai)2.7μ處有(you)嚴重的(de)(de)(de)(de)(de)OH吸收峰。只有(you)用(yong)合成原料(liao)通過(guo)電熔(rong)或無氫火焰(yan)熔(rong)融而(er)成的(de)(de)(de)(de)(de)光(guang)學石(shi)(shi)英玻(bo)璃，才能很(hen)(hen)好地(di)透(tou)過(guo)從遠(yuan)紫(zi)外到(dao)近紅外的(de)(de)(de)(de)(de)連續(xu)光(guang)譜。
7.熱學性能
石英玻璃的(de)熱膨(peng)脹(zhang)(zhang)系數小，為5.5×10-7/℃，只有普通玻璃的(de)1/12～1/20.部標準規定將試樣(yang)灼燒(shao)到(dao)(dao)1200℃后(hou)(hou)急速投到(dao)(dao)冷水中，反復三次以上不允許炸裂。石英玻璃加入(ru)適量鈦(tai)元素后(hou)(hou)還(huan)可做(zuo)成零(ling)膨(peng)脹(zhang)(zhang)系數的(de)材料，在激光技(ji)術(shu)、天(tian)文和(he)尖端技(ji)術(shu)中已得到(dao)(dao)應(ying)用。
8.機械性能
石(shi)英玻(bo)(bo)璃(li)(li)(li)的(de)(de)(de)機械(xie)性能(neng)比(bi)(bi)硬質玻(bo)(bo)璃(li)(li)(li)和陶瓷(ci)都好，唯脆性較差(cha)。石(shi)英玻(bo)(bo)璃(li)(li)(li)的(de)(de)(de)理論計(ji)算強(qiang)度(du)很高，約為24×103MPa，但實際測得的(de)(de)(de)強(qiang)度(du)要比(bi)(bi)這(zhe)個(ge)數值低數十倍(bei)。影(ying)(ying)響(xiang)強(qiang)度(du)的(de)(de)(de)主要因素首先是玻(bo)(bo)璃(li)(li)(li)的(de)(de)(de)表面缺陷(xian)，特別是表面微裂紋的(de)(de)(de)大(da)小及深度(du)影(ying)(ying)響(xiang)明顯，細磨的(de)(de)(de)石(shi)英玻(bo)(bo)璃(li)(li)(li)試樣(yang)比(bi)(bi)粗磨的(de)(de)(de)試樣(yang)，其抗折強(qiang)度(du)約增加0.6倍(bei)；其次(ci)是內(nei)在缺陷(xian)，例如，氣泡、雜質、熔(rong)化不均(jun)以及殘余應力等。
石(shi)英(ying)(ying)玻璃（石(shi)英(ying)(ying)玻璃片(pian)、石(shi)英(ying)(ying)玻璃管、石(shi)英(ying)(ying)玻璃儀器(qi)）的強度(du)(du)隨著溫(wen)度(du)(du)的升高而增加，接近退火溫(wen)度(du)(du)時達到(dao)大值。
石(shi)英玻璃的剪切模量、楊(yang)氏模量、阻尼、泊松比、破壞模量一般均隨著(zhu)溫度(du)的升高而增加(jia)，硬度(du)則隨著(zhu)溫度(du)的升高而降低(di)。