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石英玻璃生产工艺复杂主要因为石英玻璃纯度高、熔化温度高、粘度大并要求高透明 度85%以上。为解决高温熔化问题采用氢氧气为热源温度可达2000℃利用电热可 以获得很高温度电热温度的高底取决于加热元件材质的耐温性用石墨、钨、钼材料作 为加热元件温度可达2100℃而钨、钼基本上不与SiO2反应采用电弧法可获得3200℃高 温所以用高纯石墨做电板放出电弧来制造石英玻璃坩埚。由于SiO2熔融时粘度大气泡、 气线不容易排除采用真空熔化高温加压溶解气泡、气线采用分层加料依靠表面张 力来排除气泡、气线。新技术等离子、激光可以获得高温也都用来熔化生产石英玻璃 其中等离子加热已投入生产。这里介绍几种常用的石英玻璃生产工艺。 1、单棒电熔炉工艺 以熔炼水晶为原料?30―60mm×1200―2000mm的石墨棒通电加热 熔化温度依靠表面功率来控制温度达到1900℃时将熔炼水晶熔化此时SiO2+C→SiC+CO ↑反应使石英玻璃与石墨棒分离并产生一定内压温度继续提高不会再起硅炭反应。该 工艺可以生产石英玻璃砖、各种不透明石英玻璃器皿石英玻璃筒、石英玻璃管、石英玻 璃坩埚等。 2、真空电阻炉及真空加压炉工艺 由真空常压炉经技改为真空加压炉炉子有大、中、小 三种最大的直径4米加热依靠一排石墨棒烤化炉内的熔炼水晶可以生产大块光学石 英玻璃现在军工用的红外光学石英玻璃全部用它生产中型的直径1m―1.5m用来生产 高捏红外光学石英玻璃用机械真空泵和罗茨泵抽真空可达10-4mm Hg加压用瓶装氮气 一般20―25kg/cm2做光学石英玻璃的原料都是经过特殊加工的一级熔炼水晶小型真空 加压炉?650mm高800mm生产石英管用J―550或H―8真空泵抽真空高温真空度10-1mm Hg, 用石墨坩埚为熔器。国外法国、日本、美国50―60年代用真空炉熔化石英坨再用 石英坨二次在电阻炉内拉管用这种方法可以生产大直径管?80―?200mm用于电子工业。 3、电熔连熔炉工艺 以水晶砂或高纯石英砂为原料钨、钼材料作为熔化溶器和通电加热 材料温度可达2100℃以上连续加热、连续加料、连续拉制石英玻璃管正常生产一般 为连续一年左右。国产连熔炉工艺有很多缺点自从东海县石英制品总厂引进国外全套技 术、工艺及设备经过消化吸收、技术创新促进了中国石英玻璃行业整体水平有了很大 提高照明用透明石英玻璃管已接近或达到国外先进水平OH-<3ppm并出口国外推 动了中国照明用石英玻璃产量、质量上了新的台阶。 4、氢氧气炼工艺 该工艺是先用电解制氢氧技术能生产大量氢氧气然后大量生产半导 体技术用石英玻璃产品其中有管子、坩埚石英玻璃成器器皿、光学石英玻璃等。该工 艺为无接触法生产所以纯度高。采用分层熔化排除气泡采用优质水晶做原料。 5、电弧法工艺 利用电弧的高温制造石英玻璃坩埚节能可以制造大规模产品该工艺 可以生产? 8"―? 16"石英坩埚也可以生产石英玻璃大钟罩用于多晶硅生产。 6、气担沉积工艺 采用化工原料SiCl4或SiHCl3为原料在氢氧焰或者等离子火焰中热分解、 水解SiCl4+H2+ O2→SiCl4+H2O→4HCl+ SiO2此时的SiO2是水解产物呈烟雾状沉积在 石英靶面上制成石英坨再冷加工成光学产品也可入电阻炉拉管拉棒。该产品纯度 高金属杂质总量1―5ppm。但羟基含量高达1200ppm作为光学产品用石英玻璃紫外线 透过率好耐辐射性能也特别好可用于航天技术精密光学仪器。 7、二步法工艺 该工艺是把气炼和电熔二个工艺综合起来也就是用真空电阻炉生产石英 坨再用石英坨电阻炉中二次拉管可拉制成?80―?150mm大直径石英玻璃管用于半导体 技术。 8、掺杂工艺 石英玻璃是SiO2单一成份才有那么多优良性能掺杂是为了吸收紫外线 有一些产品如激光灯、无臭氧灯等希望石英玻璃吸收某一波段紫外线同时还要保留石 英玻璃其它性能这就出现了掺杂工艺掺杂元素是特定的几种能吸收紫外线如Ti、 Ce、Eu等元素而且量都很少一般只掺几十至几百ppm1000ppm=1%所以一般掺杂量 为0.05%―0.2%。 9、石英玻璃的热加工技术 俗称玻璃灯工是玻璃仪器、器皿加工技术延用过来的。石英 玻璃仪器、器皿就是手艺性极高的玻璃灯工师傅用氢氧焰烧、吹、焊而成的。用的原材料 是石英玻璃管、石英玻璃棒、石英玻璃板。 10、等离子无接触气炼工艺 该工艺采用等离子打坨实际上是厚壁?150―?180mm内 径?70―?80mm而后经过冷加工打孔、磨外圆、抛光内圆再将厚壁管吊入中频炉 无接触加热、拉管石英玻璃与加热元件“石墨”不接触防止石英管污染等离子打坨 也是不接触的不与任何耐火材料接触因为全部生产在高温时都不与耐火材料接 触所以产品纯度极高。
