中國粉體網(wǎng)訊 石英玻璃成分為二氧化硅，具有透過率高、光學(xué)均勻性優(yōu)異、熱膨脹系數(shù)低、耐熱性好、化學(xué)穩(wěn)定性高、電絕緣性能和耐激光損傷性能好等一系列優(yōu)異的性能，是現(xiàn)代信息產(chǎn)業(yè)、光學(xué)、光伏、半導(dǎo)體等國家戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)和航空航天等國防領(lǐng)域發(fā)展中不可或缺的重要基礎(chǔ)性材料。
石英玻璃制備方法可以分為兩大類，第一類是以天然石英晶體或硅石為原料進(jìn)行熔制得到，稱為天然石英玻璃，主要有電熔法，氣煉法，等離子體熔制法；第二類是以含硅化合物（包括鹵化硅，氫化硅及有機(jī)硅等）為原料通過化學(xué)反應(yīng)合成得到，稱為合成石英玻璃，常見的方法有化學(xué)氣相沉積法（CVD）、等離子體化學(xué)氣相沉積法（PCVD）和間接合成法。
電熔法
電熔法是通過電加熱將坩堝內(nèi)的粉末狀石英原料進(jìn)行熔化，隨后經(jīng)過快速冷卻的玻璃化過程形成石英玻璃，主要有電阻、電弧和中頻感應(yīng)等加熱方式。
采用電熔法制備的石英玻璃，其品質(zhì)主要取決于原料的純度。石英原料中的金屬雜質(zhì)通常很難去除，因此電熔石英玻璃中的金屬雜質(zhì)一般含量較高且難以控制。通過烘干可以有效去除石英粉料中的水分，因此采用電熔法可以制備出羥基含量較低的石英玻璃。
氣煉法
氣煉法是利用氫氧焰將天然石英熔化，然后在石英玻璃靶面上逐漸堆積而成。氣煉法生產(chǎn)的熔融石英玻璃主要用于電光源、半導(dǎo)體工業(yè)、球形氙燈(用于火車頭前照燈)等。早期較大口徑的透明石英玻璃管和坩堝是用高純石英砂在專用設(shè)備上利用氫氧焰直接熔制�，F(xiàn)在常用氣煉法制備石英砣，再將石英砣進(jìn)行冷或熱加工制成需要的石英玻璃制品。
氣煉法工藝設(shè)備簡單，綜合能耗低，制備的熔融石英玻璃氣泡少，但是產(chǎn)品尺寸誤差較大，易形成不光滑的波紋狀表面。另外，采用氫氧焰制備時，氫氣分子或者是氫氣與氧氣燃燒時生成的水會分別與二氧化硅反應(yīng)生成羥基，導(dǎo)致產(chǎn)品中羥基含量偏高。
等離子體熔制法
等離子體熔制法是采用等離子體為熱源，高純石英砂為原料，直接熔融制備得到石英玻璃。該方法熔制過程中不會引入外界雜質(zhì)，因而采用等離子熔制法制備的石英玻璃純度高、羥基含量低。缺點(diǎn)是不能制備大尺寸產(chǎn)品，制備的產(chǎn)品表面有不同程度的凹凸，需進(jìn)行機(jī)械加工及清洗，以達(dá)到所需的尺寸精度及表面光潔度。另外，該工藝成本高，難以實(shí)現(xiàn)大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)。
氣相沉積法（CVD）
高純SiCl4經(jīng)汽化后在H2-O2火焰中發(fā)生高溫水解反應(yīng)，并逐步沉積至沉積基底上制備得到的石英玻璃。采用CVD法制備石英玻璃從本質(zhì)上避免了金屬雜質(zhì)的引入。此方法制備的石英玻璃具備大尺寸、高均勻、高閾值和高光譜透過等特性，是光學(xué)領(lǐng)域關(guān)鍵材料。
等離子體化學(xué)氣相沉積法（PCVD）
高純SiCl4經(jīng)汽化后在無氫的等離子焰中高溫氧化、熔制成超高純合成石英玻璃。其金屬雜質(zhì)含量和羥基含量低（小于1ppm），可實(shí)現(xiàn)寬光譜高透過（190-3200nm）。
間接合成法
高純SiCl4原料經(jīng)汽化后在~1000℃的氫氧火焰中反應(yīng)并沉積形成SiO2疏松體，經(jīng)脫羥和玻璃化燒結(jié)制備的高純低羥基石英玻璃。其金屬雜質(zhì)含量和羥基含量低（小于1ppm），可實(shí)現(xiàn)寬光譜高透過（190-3200nm）。
石英玻璃堪稱玻璃材料的“皇冠”，它是多個戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)的“咽喉”材料，對于相關(guān)產(chǎn)業(yè)鏈供應(yīng)鏈安全穩(wěn)定具有重要意義，因此加強(qiáng)對石英玻璃產(chǎn)業(yè)戰(zhàn)略意義的認(rèn)知，提升其核心技術(shù)工藝至關(guān)重要。2024年11月21-22日，由中國粉體網(wǎng)主辦的“2024（第八屆）全國石英大會暨展覽會”將在江蘇徐州召開，屆時，中國建筑材料科學(xué)研究總院石英與特種玻璃研究院的王玉芬教授將作《高純石英材料制備技術(shù)與應(yīng)用》的報(bào)告，詳細(xì)介紹石英玻璃材料的戰(zhàn)略應(yīng)用及工藝技術(shù)。
參考來源：
王玉芬.石英材料的制備及其在高端技術(shù)領(lǐng)域的應(yīng)用
譚琦等.熔融石英玻璃制備工藝研究進(jìn)展
馬千里.高純石英玻璃制備過程的研究和工藝優(yōu)化
（中國粉體網(wǎng)編輯整理/初末）
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