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石英玻璃


发布日期:(2018-7-8)   点击次数:156

英玻璃

基本信息

· 中文名称

石英玻璃

· 外文名称

quartz glass;silica glass等

· 类别

无机化合物

· 化学式

SiO2

· 分子量

60.084

基本简介


石英玻璃是一种只含二氧化硅单一成份的特种玻璃。国外常常叫做硅酸玻璃、石英玻璃、熔融石英、熔凝石英、合成熔融石英,以及没有明确概念的透明、半透明、不透明石英等。我国统称石英玻璃,多按工艺方法、用途及外观来分类,如电熔透明石英玻璃、连熔石英玻璃、气炼透明石英玻璃、合成石英玻璃、不透明石英玻璃、光学石英玻璃、半导体用石英玻璃、电光源用石英玻璃等。人们习惯于用“石英”这样一个简单的词汇来命名这种材料,这是绝对不妥的,因为“石英”是二氧化硅结晶态的一种通称,它与玻璃态二氧化硅在理化性质上是有区别的。

化学性质


   石英玻璃具有极低的热膨胀系数,高的耐温性,极好的化学稳定性,优良的电绝缘性,低而稳定的超声延迟性能,最佳的透紫外光谱性能以及透可见光及近红外光谱性能,并有着高于普通玻璃的机械性能。因此它是近代尖端技术中空间技术、原子能工业、国防装备、自动化系统,以及半导体、冶金、化工、电光源、通讯、轻工、建材等工业中不可缺少的优良材料之一。

石英玻璃是用天然结晶石英(水晶或纯的硅石),或合成硅烷经高温熔制而成熔融后的产品具有极好的加工性能,在极高的粘度范围内,可以将管和棒进行有如普通玻璃细工一样的热加工,还可以用金刚石或碳化硅制成的磨具进行高速机械加工,从而制成各种复杂形状的仪器和特种制品。石英玻璃的性能主要取决于它的纯度,其次是工艺过程或热工制度。微量杂质的存在将给石英玻璃的使用性能带来重大的影响;同时由于工艺过程或热工制度的稍有疏忽,将给外观质量带来多种多样的缺陷,产生大量的废次产品。

石英玻璃属酸性材料,除氢氟酸和热磷酸外,对其它任何酸均表现为惰性,是最好的耐酸材料。在常温下碱和对石英玻璃的腐蚀程度也是极微的,因此不排除在这些试剂中使用石英玻璃。透明石英玻璃比不透明石英玻璃具有更好的化学稳定性,这是因为后者由于气泡的存在暴露在腐蚀液中的表面积增加所致。

电学性能

石英玻璃具有很高的介电强度和极低的导电率,即是在高温、高压和高频下,仍能保持很高的介电强度和电阻,在所应用的频带内几乎没有介电损耗,因此石英玻璃是优良的高温介电绝缘材料

光学性能

石英玻璃的光学性能有其独到之处,它既可以透过远紫外光谱,是所有透紫外材料最优者,又可透过可见光和近红外光谱。用户可以根据需要,从185-3500mμ波段范围内任意选择所需品种。由于石英玻璃耐高温,热膨胀系数极小,化学热稳定性好,气泡、条纹、均匀性、双折射又可与一般光学玻璃媲美,所以它是在各种恶劣场合下工作具有高稳定度光学系统的必不可少的光学材料。

石英玻璃的光谱特性曲线

电熔石英玻璃是很好的透红外材料,但由于杂质的存在,紫外透过率低。氢氧焰熔制水晶所获得的石英玻璃,由于氧结构缺陷,在0.24μ处有吸收峰,同时含有OH基团,所以红外透过极低。用合成原料气炼的高纯光学石英玻璃是最好的透紫外材料,但在2.7μ处有严重的OH吸收峰。只有用合成原料通过电熔或无氢火焰熔融而成的光学石英玻璃,才能很好地透过从远紫外到近红外的连续光谱。

热学性能

石英玻璃的热膨胀系数小,为5.5×10-7/℃,只有普通玻璃的1/12~1/20.部标准规定将试样灼烧到1200℃后急速投到冷水中,反复三次以上不允许炸裂。石英玻璃加入适量钛元素后还可做成零膨胀系数的材料,在激光技术、天文和尖端技术中已得到应用。

械性能

石英玻璃的机械性能比硬质玻璃和陶瓷都好,唯脆性较差。石英玻璃的理论计算强度很高,约为24×103MPa,但实际测得的强度要比这个数值低数十倍。影响强度的主要因素首先是玻璃的表面缺陷,特别是表面微裂纹的大小及深度影响最为明显,细磨的石英玻璃试样比粗磨的试样,其抗折强度约增加0.6倍;其次是内在缺陷,例如,气泡、杂质、熔化不均以及残余应力等。

石英玻璃的强度随着温度的升高而增加,接近退火温度时达到最大值。

石英玻璃的剪切模量、杨氏模量、阻尼泊松比、破坏模量一般均随着温度的升高而增加,硬度则随着温度的升高而降低。

使用须知

1.石英玻璃制品是贵重的材料,使用时必须轻拿轻放,十分小心;

2.各种石英玻璃都有一个最高使用温度,使用时不应超过此温度,否则会析晶或软化变形;

3.需高温使用的石英玻璃,使用前必须擦拭干净。可以用10%的氢氟酸或洗液浸泡,然后用高纯水清洗或酒精处理。操作时应戴细线手套,不允许用手直接触及石英玻璃;

4.高温下允许连续使用石英玻璃制品,这对延长石英玻璃的寿命和提高耐温性能是有好处的。反之,高温下间歇使用石英玻璃制品,其使用次数是有限的;

5.石英玻璃材质虽具有极高的热稳定性,可以经受剧烈的温差骤变。但实际使用时,由于残余应变和产品形状不同,热稳定性有一定的差别,使用时应加以注意;

6.石英玻璃系酸性材料,高温使用时严格避免同碱性物质(如水玻璃、石棉、钾钠的化合物等)接触,否则将大大降低其抗结晶性能。

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