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石英玻璃为什么被誉为“玻璃之王”
添加日期:2022-05-10    阅读:2449次

石英玻璃是由二氧化硅单一组分构成的特种工业技术玻璃,具有普通玻璃无可比拟的一系列优异性质,被新材料领域专家誉为“玻璃之王”,是现代信息产业、光学、光伏、半导体等国家战略性新兴产业和航空航天等国防领域的重要基础性材料。

1石英玻璃的结构特点

纯净的石英玻璃由单一的二氧化硅(SiO2)成分构成,石英玻璃中的Si-O键呈短程有序、长程无序的排列状态,由于Si-O键的键能较强且较为稳定,因此石英玻璃具有较高的软化温度、极佳的光谱透过性、极低的热膨胀系数和电导率、极高的化学稳定性、耐辐照性以及在极端条件下较长的工作寿命等特点。

2石英玻璃的性质和应用

1)光学性能

石英玻璃具有一系列优异的光学性能。与普通玻璃相比,高纯石英玻璃具有从远紫外(160nm)到远红外(5μm)极宽光谱内的良好透过性,这是一般光学玻璃所不具备的。优异的光谱透过性和光学均匀性使得石英玻璃广泛应用于半导体光刻和精密光学器件领域。

此外,石英玻璃具有良好的耐辐照性能,耐辐照石英玻璃已经广泛用作“神舟”系列宇宙飞船的窗口材料,“天宫”系列空间实验室关键部件的防护罩等。

2)机械性能

石英玻璃和普通玻璃类似,属于脆硬材料。与普通玻璃相同,石英玻璃的强度参数受很多因素影响,包括表面状态、几何形状和测试方法等。透明石英玻璃的抗压强度一般为490~1960MPa,抗拉强度为50~70MPa,抗弯强度为66~108MPa,抗扭强度约为30MPa

3)电学性能

石英玻璃是优良的电绝缘材料。与普通玻璃相比,石英玻璃有着较高的电阻率,常温下石英玻璃的电阻率高达1.8×1019Ω∙cm。此外,石英玻璃有着较高的击穿电压(约为普通玻璃的20倍)以及较低的介电损耗。石英玻璃的电阻率随着温度升高略有下降,不透明石英玻璃的电阻率低于透明石英玻璃。

4)热学性能

由于石英玻璃内部几乎全部为较强的Si-O键作用,它的软化温度非常高,长期工作温度可达1000℃。另外石英玻璃的热膨胀系数是常见工业玻璃之中最低的,其线膨胀系数可达5×10-7/℃,经过特殊处理的石英玻璃甚至可以达到零膨胀。石英玻璃还具有非常好的抗热振性,即在短时间内反复经历极大的温差也不会开裂。这些优良的热学特性使得石英玻璃在高温和极端工作环境中有着其他玻璃不可替代的地位。

高纯的石英玻璃可以应用在半导体行业的芯片制造、光纤制造的辅材、工业高温炉的观察窗、大功率电光源以及航天飞机表面充当隔热层等。极低的热膨胀系数还使得石英玻璃可以应用于精密仪器、大型天文望远镜的镜头材料等。

5)化学性能

石英玻璃的化学稳定性非常好。不同于其他的商业玻璃,石英玻璃对水有着极高的化学稳定性,因此可以应用在对水的纯度要求极高的水蒸馏器中。石英玻璃具有优良的耐酸性和耐盐性,除氢氟酸、磷酸和碱性盐溶液外,与大多数酸和盐溶液都不发生反应。与酸和盐溶液相比,石英玻璃的耐碱性较差,在高温下会与碱溶液反应。除此之外,石英玻璃和大多数氧化物、金属、非金属以及气体等在常规温度下都不反应。极高的纯度和良好的化学稳定性使得石英玻璃可以应用在半导体制造业等对生产条件要求较高的环境中。

来源:中国粉体网

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