中國(guó)粉體網(wǎng)訊 純凈的石英玻璃由單一的二氧化硅（SiO2）成分構(gòu)成，與石英晶體中Si-O呈規(guī)律的周期性排列不同，石英玻璃中的Si-O鍵呈短程有序、長(zhǎng)程無(wú)序的排列狀態(tài)，因此其各項(xiàng)物理性質(zhì)表現(xiàn)出各向同性。由于Si-O鍵的鍵能較強(qiáng)且較為穩(wěn)定，石英玻璃具有較高的軟化溫度和一系列優(yōu)異的性能。
石英玻璃的分類
根據(jù)制備方法的不同可以將其分為天然石英玻璃和合成石英玻璃，前者通過天然石英原料熔制而成，而后者以含硅化合物為原料通過化學(xué)合成制得。
根據(jù)外觀可以將其分為透明石英玻璃和不透明石英玻璃，兩者的區(qū)別在于石英玻璃中氣泡的含量不同，不透明石英玻璃中含有一定濃度的微氣泡，因此從外觀來(lái)看其為白色、混濁的非透明狀。透明石英玻璃中氣泡含量很少，通常用ppm（百萬(wàn)分之一質(zhì)量濃度）來(lái)表示，其外觀為透明狀。透明石英玻璃的制備條件遠(yuǎn)比不透明石英玻璃嚴(yán)苛，其應(yīng)用范圍也遠(yuǎn)大于后者。
石英股份半導(dǎo)體級(jí)石英板
按照光譜特征可以將其分為紫外石英玻璃、紅外石英玻璃、可見光譜石英玻璃及寬光譜石英玻璃等。
國(guó)際學(xué)術(shù)和工業(yè)領(lǐng)域通用的石英玻璃分類方法為按照其制備工藝進(jìn)行分類。根據(jù)制備工藝和性質(zhì)的不同，通常可以將透明石英玻璃分為以下四類：
I類：以天然石英為原料，在真空或惰性氣體環(huán)境下通過電熔方法制得的透明石英玻璃。此種石英玻璃的羥基含量一般低于5 ppm，但是含有較高的金屬雜質(zhì)，如Al（30~200 ppm）、Na（4~10 ppm）等。
II類：以天然石英為原料，通過燃燒器火焰熔制得到的透明石英玻璃。由于燃燒過程一般有水生成，此類石英玻璃的羥基含量一般高于I類石英玻璃，約為250~400 ppm。
III類：以四氯化硅（SiCl4）為原料，在氫氧火焰中通過水解反應(yīng)制得的合成石英玻璃。此類石英玻璃幾乎不含金屬雜質(zhì)，但是羥基含量高達(dá)1000 ppm，Cl元素含量高達(dá)100 ppm。
IV類：以SiCl4為原料，在等離子火焰中熱解制得的合成石英玻璃。由于避免了水解反應(yīng)，此類石英玻璃的羥基可低至0.4 ppm，但是Cl元素含量略有提高，約為200 ppm。
石英玻璃的性能及應(yīng)用
光學(xué)性能
石英玻璃具有一系列優(yōu)異的光學(xué)性能。與普通玻璃相比，高純石英玻璃具有從遠(yuǎn)紫外（160 nm）到遠(yuǎn)紅外（5μm）極寬光譜內(nèi)的良好透過性，這是一般光學(xué)玻璃所不具備的。優(yōu)異的光譜透過性和光學(xué)均勻性使得石英玻璃廣泛應(yīng)用于半導(dǎo)體光刻和精密光學(xué)器件領(lǐng)域。
此外，石英玻璃具有良好的耐輻照性能，III型、IV型石英玻璃在高強(qiáng)度的宇宙射線、原子射線輻照下也不會(huì)發(fā)生變色。耐輻照石英玻璃已經(jīng)廣泛用作“神舟”系列宇宙飛船的窗口材料，“天宮”系列空間實(shí)驗(yàn)室關(guān)鍵部件的防護(hù)罩等。
機(jī)械性能
石英玻璃和普通玻璃類似，屬于脆硬材料。透明石英玻璃的密度約為2200~2210kg/m3，并且隨溫度變化很小。室溫下透明石英玻璃的楊氏模量在7000~7400MPa之間，泊松比在0.15~0.17之間。
與普通玻璃相同，石英玻璃的強(qiáng)度參數(shù)受很多因素影響，包括表面狀態(tài)、幾何形狀和測(cè)試方法等。透明石英玻璃的抗壓強(qiáng)度一般為490~1960 MPa，抗拉強(qiáng)度為50~70 MPa，抗彎強(qiáng)度為66~108 MPa，抗扭強(qiáng)度約為30 MPa。不透明石英玻璃的各項(xiàng)強(qiáng)度參數(shù)都低于透明石英玻璃。透明石英玻璃的莫氏硬度在5.5~6.5之間，維氏硬度約為6963 MPa，高于普通的工業(yè)玻璃。
電學(xué)性能
石英玻璃是優(yōu)良的電絕緣材料。與普通玻璃相比，石英玻璃有著較高的電阻率，常溫下石英玻璃的電阻率高達(dá)1.8×1019Ω∙cm。此外，石英玻璃有著較高的擊穿電壓（約為普通玻璃的20倍）以及較低的介電損耗。石英玻璃的電阻率隨著溫度升高略有下降，不透明石英玻璃的電阻率低于透明石英玻璃。
熱學(xué)性能
由于石英玻璃內(nèi)部幾乎全部為較強(qiáng)的Si-O鍵作用，它的軟化溫度非常高，長(zhǎng)期工作溫度可達(dá)1000℃。另外石英玻璃的熱膨脹系數(shù)是常見工業(yè)玻璃之中最低的，其線膨脹系數(shù)可達(dá)5×10-7/℃，經(jīng)過特殊處理的石英玻璃甚至可以達(dá)到零膨脹。石英玻璃還具有非常好的抗熱振性，即在短時(shí)間內(nèi)反復(fù)經(jīng)歷極大的溫差也不會(huì)開裂。
這些優(yōu)良的熱學(xué)特性使得石英玻璃在高溫和極端工作環(huán)境中有著其他玻璃不可替代的地位。高純的石英玻璃可以應(yīng)用在半導(dǎo)體行業(yè)的芯片制造、光纖制造的輔材、工業(yè)高溫爐的觀察窗、大功率電光源以及航天飛機(jī)表面充當(dāng)隔熱層等。極低的熱膨脹系數(shù)還使得石英玻璃可以應(yīng)用于精密儀器、大型天文望遠(yuǎn)鏡的鏡頭材料等。
化學(xué)性能
石英玻璃的化學(xué)穩(wěn)定性非常好。不同于其他的商業(yè)玻璃，石英玻璃對(duì)水有著極高的化學(xué)穩(wěn)定性，因此可以應(yīng)用在對(duì)水的純度要求極高的水蒸餾器中。石英玻璃具有優(yōu)良的耐酸性和耐鹽性，除氫氟酸、磷酸和堿性鹽溶液外，與大多數(shù)酸和鹽溶液都不發(fā)生反應(yīng)。與酸和鹽溶液相比，石英玻璃的耐堿性較差，在高溫下會(huì)與堿溶液反應(yīng)。
除此之外，石英玻璃和大多數(shù)氧化物、金屬、非金屬以及氣體等在常規(guī)溫度下都不反應(yīng)。極高的純度和良好的化學(xué)穩(wěn)定性使得石英玻璃可以應(yīng)用在半導(dǎo)體制造業(yè)等對(duì)生產(chǎn)條件要求較高的環(huán)境中。
資料來(lái)源：
馬千里：高純石英玻璃制備過程的研究和工藝優(yōu)化，華中科技大學(xué)
（中國(guó)粉體網(wǎng)編輯整理/平安）
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