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石英玻璃性能
石(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)英(ying)(ying)(ying)玻(bo)(bo)(bo)璃(li)(li)是(shi)一(yi)(yi)種(zhong)(zhong)(zhong)只含(han)二(er)氧化硅單一(yi)(yi)成份(fen)的(de)特種(zhong)(zhong)(zhong)玻(bo)(bo)(bo)璃(li)(li)。由于種(zhong)(zhong)(zhong)類、工(gong)藝、原(yuan)料的(de)不同，國(guo)外常常叫做硅酸玻(bo)(bo)(bo)璃(li)(li)、石(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)英(ying)(ying)(ying)玻(bo)(bo)(bo)璃(li)(li)、熔(rong)融石(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)英(ying)(ying)(ying)、熔(rong)凝石(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)英(ying)(ying)(ying)、合(he)成熔(rong)融石(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)英(ying)(ying)(ying)，以(yi)及沒有明(ming)(ming)確概念的(de)透(tou)(tou)明(ming)(ming)、半透(tou)(tou)明(ming)(ming)、不透(tou)(tou)明(ming)(ming)石(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)英(ying)(ying)(ying)等。我(wo)國(guo)統稱石(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)英(ying)(ying)(ying)玻(bo)(bo)(bo)璃(li)(li)（石(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)英(ying)(ying)(ying)玻(bo)(bo)(bo)璃(li)(li)片、石(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)英(ying)(ying)(ying)玻(bo)(bo)(bo)璃(li)(li)管、石(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)英(ying)(ying)(ying)玻(bo)(bo)(bo)璃(li)(li)儀器），多按(an)工(gong)藝方法、用(yong)途及外觀來(lai)分類，如電(dian)熔(rong)透(tou)(tou)明(ming)(ming)石(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)英(ying)(ying)(ying)玻(bo)(bo)(bo)璃(li)(li)、連熔(rong)石(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)英(ying)(ying)(ying)玻(bo)(bo)(bo)璃(li)(li)、氣煉透(tou)(tou)明(ming)(ming)石(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)英(ying)(ying)(ying)玻(bo)(bo)(bo)璃(li)(li)、合(he)成石(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)英(ying)(ying)(ying)玻(bo)(bo)(bo)璃(li)(li)、不透(tou)(tou)明(ming)(ming)石(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)英(ying)(ying)(ying)玻(bo)(bo)(bo)璃(li)(li)、光學石(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)英(ying)(ying)(ying)玻(bo)(bo)(bo)璃(li)(li)、半導體用(yong)石(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)英(ying)(ying)(ying)玻(bo)(bo)(bo)璃(li)(li)、電(dian)光源用(yong)石(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)英(ying)(ying)(ying)玻(bo)(bo)(bo)璃(li)(li)等。人們習慣于用(yong)“石(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)英(ying)(ying)(ying)”這(zhe)樣一(yi)(yi)個簡單的(de)詞匯來(lai)命名這(zhe)種(zhong)(zhong)(zhong)材料，這(zhe)是(shi)絕對(dui)不妥(tuo)的(de)，因為(wei)“石(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)英(ying)(ying)(ying)”是(shi)二(er)氧化硅結(jie)晶態的(de)一(yi)(yi)種(zhong)(zhong)(zhong)通稱，它與(yu)玻(bo)(bo)(bo)璃(li)(li)態二(er)氧化硅在理(li)化性質上是(shi)有區別(bie)的(de)。
1.純度
純度(du)是石英玻(bo)璃的(de)(de)重要(yao)指標，對理化性(xing)能(neng)和使用性(xing)能(neng)影(ying)響甚大，如失透(tou)性(xing)、高溫強度(du)、軟(ruan)化點、光(guang)的(de)(de)傳(chuan)導(dao)(dao)(dao)、熱(re)穩定性(xing)、化學穩定性(xing)、耐輻射性(xing)、熒光(guang)特(te)性(xing)等(deng)；此(ci)外，用于(yu)半(ban)(ban)(ban)(ban)(ban)導(dao)(dao)(dao)體(ti)工(gong)業(ye)的(de)(de)石英玻(bo)璃，對純度(du)的(de)(de)要(yao)求更為(wei)苛刻，微(wei)量的(de)(de)雜(za)質(zhi)(zhi)將給半(ban)(ban)(ban)(ban)(ban)導(dao)(dao)(dao)體(ti)材(cai)(cai)料(liao)的(de)(de)電性(xing)能(neng)和壽命以(yi)及集成度(du)帶來(lai)嚴重的(de)(de)影(ying)響。由于(yu)半(ban)(ban)(ban)(ban)(ban)導(dao)(dao)(dao)體(ti)材(cai)(cai)料(liao)的(de)(de)純度(du)要(yao)求控制(zhi)(zhi)在ppb數(shu)量級(ji)以(yi)下，因(yin)此(ci)石英玻(bo)璃則應控制(zhi)(zhi)在PPm數(shu)量級(ji)以(yi)適(shi)應半(ban)(ban)(ban)(ban)(ban)導(dao)(dao)(dao)體(ti)工(gong)業(ye)的(de)(de)需(xu)要(yao)。B的(de)(de)分凝系數(shu)近于(yu)1,難除(chu)掉，是有害(hai)的(de)(de)雜(za)質(zhi)(zhi)之一，Cu、Fe、Ti等(deng)影(ying)響半(ban)(ban)(ban)(ban)(ban)導(dao)(dao)(dao)體(ti)的(de)(de)少子壽命，K、Na、Li是單晶(jing)材(cai)(cai)料(liao)產生微(wei)缺(que)陷的(de)(de)有害(hai)雜(za)質(zhi)(zhi)。本公司為(wei)半(ban)(ban)(ban)(ban)(ban)導(dao)(dao)(dao)體(ti)工(gong)業(ye)服(fu)務已有40余年的(de)(de)歷(li)史(shi)，并始終致力于(yu)去除(chu)上述有害(hai)雜(za)質(zhi)(zhi)的(de)(de)研(yan)制(zhi)(zhi)工(gong)作。
2.失透性
失(shi)透(tou)(tou)（又(you)叫(jiao)析(xi)晶(jing)性(xing)）是石英(ying)(ying)玻(bo)(bo)璃(li)(li)的(de)一(yi)個固(gu)有(you)缺(que)陷，從熱力學觀點看，石英(ying)(ying)玻(bo)(bo)璃(li)(li)的(de)內(nei)能(neng)高于結晶(jing)態方石英(ying)(ying)，屬(shu)熱力學上不(bu)穩(wen)定的(de)亞穩(wen)態，當溫(wen)度高于1000℃時(shi)，SiO2 分(fen)(fen)子(zi)振動加速，經一(yi)段(duan)較長(chang)時(shi)間的(de)重(zhong)新(xin)排列、定向便形成結晶(jing)。失(shi)透(tou)(tou)性(xing)是以晶(jing)核成長(chang)速度來表示的(de)，不(bu)透(tou)(tou)明石英(ying)(ying)玻(bo)(bo)璃(li)(li)在(zai)1520℃、透(tou)(tou)明石英(ying)(ying)玻(bo)(bo)璃(li)(li)在(zai)1620℃析(xi)晶(jing)速度分(fen)(fen)別達(da)到大值。
析(xi)晶主要出現在(zai)表面(mian)，其次(ci)是(shi)(shi)內部(bu)缺(que)陷(xian)處，原因是(shi)(shi)這些地(di)方(fang)容易沾污(wu)，引起雜(za)質離(li)子(zi)的局部(bu)集(ji)聚，特別是(shi)(shi)堿離(li)子(zi)（如K、Na、Li、Ca、Mg等(deng)）進入網絡后引起粘(zhan)度降低，促使失(shi)透加(jia)速。
由于(yu)石英(ying)玻璃(li)的(de)熱膨脹(zhang)系數和(he)比重(zhong)同析(xi)晶(jing)產物β-方石英(ying)相近，所以在高(gao)溫(wen)下連(lian)續使用(yong)時(shi)(shi)，盡管析(xi)晶(jing)區不斷擴大，但體(ti)(ti)積變(bian)(bian)化并(bing)不明顯，仍可滿意(yi)地繼續使用(yong)，此時(shi)(shi)尚可減輕玻璃(li)的(de)塑性(xing)變(bian)(bian)形，使耐火度提(ti)高(gao)。當(dang)析(xi)晶(jing)產物冷(leng)卻(que)到(dao)(dao)800℃時(shi)(shi)，則(ze)出現(xian)細小的(de)龜裂(lie)網絡(luo)。繼續冷(leng)卻(que)到(dao)(dao)200-275℃時(shi)(shi)，則(ze)出現(xian)方石英(ying)從高(gao)溫(wen)型到(dao)(dao)低(di)溫(wen)型（即β-方石英(ying)→a-方石英(ying)）的(de)結(jie)構變(bian)(bian)化，并(bing)伴(ban)隨(sui)著發生體(ti)(ti)積聚變(bian)(bian)，如果析(xi)晶(jing)層很深，則(ze)石英(ying)玻璃(li)亦隨(sui)之(zhi)破裂(lie)。由于(yu)析(xi)晶(jing)常(chang)常(chang)出現(xian)在有雜(za)質的(de)地方，所以高(gao)溫(wen)使用(yong)前的(de)表面狀態及周圍耐火材(cai)料、氣氛十分重(zhong)要。有關使用(yong)石英(ying)玻璃(li)時(shi)(shi)注意(yi)事項后面還要介紹(shao)。
3.化學性能
石(shi)英玻(bo)璃屬酸(suan)性材料(liao)，除氫氟(fu)酸(suan)和(he)熱磷酸(suan)外(wai)，對(dui)其它任何酸(suan)均表(biao)現為惰性，是好(hao)的(de)耐酸(suan)材料(liao)。在(zai)常溫下堿和(he)鹽對(dui)石(shi)英玻(bo)璃的(de)腐蝕程度也(ye)是微小的(de)，因此不排(pai)除在(zai)這些(xie)試劑中使(shi)用石(shi)英玻(bo)璃。
透(tou)明(ming)石英(ying)玻(bo)璃(li)比不透(tou)明(ming)石英(ying)玻(bo)璃(li)具(ju)有更好的(de)化學穩定性，這是因為后者(zhe)由于氣泡的(de)存在暴露(lu)在腐蝕液中的(de)表面積增加所致。
4.離子擴散(san)及(ji)透氣性(xing)
石(shi)英玻(bo)璃(li)的(de)(de)結構十分松(song)弛，甚至在高(gao)(gao)溫下還允許某些氣體的(de)(de)離(li)子通(tong)過(guo)網絡進行(xing)擴散(san)，其中以鈉離(li)子的(de)(de)擴散(san)快。石(shi)英玻(bo)璃(li)的(de)(de)這(zhe)一(yi)性能對于(yu)使(shi)用者尤為重要，例如，半導(dao)體工業用石(shi)英玻(bo)璃(li)作為高(gao)(gao)溫容器或擴散(san)管時，由于(yu)半導(dao)體材料(liao)要求很高(gao)(gao)的(de)(de)純度，所以要求與石(shi)英玻(bo)璃(li)接觸的(de)(de)作為爐襯(chen)的(de)(de)耐火(huo)材料(liao)必須預先經過(guo)高(gao)(gao)溫和清潔處理，除(chu)掉鉀(jia)、鈉等堿性雜質，然后(hou)才(cai)能放入石(shi)英玻(bo)璃(li)內使(shi)用。
5.電學性能
石英玻璃具有(you)很高(gao)(gao)的(de)介電強(qiang)度和(he)低的(de)導電率(lv)，即是(shi)在高(gao)(gao)溫、高(gao)(gao)壓(ya)和(he)高(gao)(gao)頻下，仍能保持很高(gao)(gao)的(de)介電強(qiang)度和(he)電阻，在所應用的(de)頻帶內幾乎沒有(you)介電損耗，因此石英玻璃是(shi)優(you)良的(de)高(gao)(gao)溫介電絕緣材料。
6.光學性能
石(shi)英玻璃(li)(li)的光(guang)學性能有其獨到之處，它(ta)既可(ke)(ke)(ke)以透過(guo)遠紫(zi)外(wai)光(guang)譜，是所有透紫(zi)外(wai)材料優者，又(you)可(ke)(ke)(ke)透過(guo)可(ke)(ke)(ke)見光(guang)和近紅外(wai)光(guang)譜。用戶可(ke)(ke)(ke)以根(gen)據需要(yao)，從185-3500mμ波段范圍內任意選擇(ze)所需品種。由于(yu)石(shi)英玻璃(li)(li)耐高溫，熱(re)膨脹系(xi)數小(xiao)，化學熱(re)穩定性好(hao)，氣泡、條(tiao)紋(wen)、均(jun)勻性、雙折射又(you)可(ke)(ke)(ke)與一般光(guang)學玻璃(li)(li)媲(pi)美(mei)，所以它(ta)是在各(ge)種惡劣場合下工(gong)作具(ju)有高穩定度光(guang)學系(xi)統的必不可(ke)(ke)(ke)少的光(guang)學材料。
石英玻璃(li)的(de)結構，雜質(zhi)(zhi)含(han)量，OH基因及NO、CO等含(han)量是影(ying)響光(guang)譜(pu)透過率的(de)主要(yao)因素，氧原(yuan)子結合(he)不(bu)良(liang)在0.24μ處則有吸收峰，含(han)有OH基團的(de)石英玻璃(li)，在2.7μ處由(you)于分子振動將產(chan)生明顯的(de)吸收峰，紫外透過率低(di)主要(yao)是由(you)于金屬雜質(zhi)(zhi)多造成原(yuan)子吸收光(guang)譜(pu)所致。
電熔(rong)石(shi)(shi)英(ying)(ying)玻璃(li)是很好(hao)的透(tou)紅(hong)外材料(liao)(liao)，但由(you)于(yu)雜質的存在，紫外透(tou)過(guo)率低。氫(qing)氧(yang)焰(yan)(yan)熔(rong)制(zhi)水晶所獲得的石(shi)(shi)英(ying)(ying)玻璃(li)，由(you)于(yu)氧(yang)結構缺陷，在0.24μ處(chu)有(you)吸收(shou)峰，同時含有(you)OH基團，所以(yi)紅(hong)外透(tou)過(guo)低。用合成(cheng)原料(liao)(liao)氣(qi)煉的高純光(guang)學石(shi)(shi)英(ying)(ying)玻璃(li)是好(hao)的透(tou)紫外材料(liao)(liao)，但在2.7μ處(chu)有(you)嚴重的OH吸收(shou)峰。只(zhi)有(you)用合成(cheng)原料(liao)(liao)通(tong)過(guo)電熔(rong)或無氫(qing)火焰(yan)(yan)熔(rong)融而成(cheng)的光(guang)學石(shi)(shi)英(ying)(ying)玻璃(li)，才(cai)能很好(hao)地透(tou)過(guo)從遠紫外到近紅(hong)外的連續光(guang)譜。
7.熱學性能
石英玻璃的熱(re)膨脹(zhang)系數小，為5.5×10-7/℃，只有(you)普通(tong)玻璃的1/12～1/20.部標(biao)準規(gui)定(ding)將試樣灼(zhuo)燒(shao)到(dao)1200℃后急速投(tou)到(dao)冷水中(zhong)，反復三次以上不允許炸(zha)裂。石英玻璃加入(ru)適(shi)量鈦元素(su)后還可做(zuo)成零膨脹(zhang)系數的材(cai)料，在(zai)激光技術、天文和(he)尖端技術中(zhong)已得到(dao)應用。
8.機械性能
石英玻(bo)璃的(de)(de)機械性能比硬(ying)質(zhi)玻(bo)璃和(he)陶瓷(ci)都好，唯脆性較差。石英玻(bo)璃的(de)(de)理論計算強度(du)很高，約為24×103MPa，但實際測(ce)得的(de)(de)強度(du)要比這(zhe)個數(shu)值低數(shu)十倍(bei)。影(ying)(ying)響強度(du)的(de)(de)主要因素首(shou)先(xian)是玻(bo)璃的(de)(de)表面缺陷(xian)，特別(bie)是表面微裂紋的(de)(de)大(da)小(xiao)及深(shen)度(du)影(ying)(ying)響明顯，細磨的(de)(de)石英玻(bo)璃試(shi)(shi)樣比粗磨的(de)(de)試(shi)(shi)樣，其(qi)抗折強度(du)約增加0.6倍(bei)；其(qi)次(ci)是內(nei)在缺陷(xian)，例(li)如(ru)，氣泡、雜(za)質(zhi)、熔化不均以及殘余應力等。
石英玻璃(li)（石英玻璃(li)片、石英玻璃(li)管、石英玻璃(li)儀器）的(de)強(qiang)度隨著溫(wen)度的(de)升高而增加，接(jie)近退火(huo)溫(wen)度時達到大值。
石英玻璃的剪切(qie)模(mo)量、楊氏(shi)模(mo)量、阻尼、泊松比、破壞(huai)模(mo)量一(yi)般均(jun)隨著(zhu)溫度的升高而(er)(er)增加，硬度則隨著(zhu)溫度的升高而(er)(er)降低。