陶瓷基础知识讲义.ppt

三、石英玻璃概况 石英玻璃是玻璃态二氧化硅（SiO2）的总称。又称熔石英，人称“玻璃王” 。由各种天然石英（水晶、脉石英）和硅化物（四氯化硅、硅烷）熔制而成。按原料和制备工艺不同分为透明石英玻璃和不透明石英玻璃。 透明石英玻璃的SiO2含量为99.5％～99.999％，属于高纯材料，具有优良的透光性、耐蚀性和耐热性，其软化温度为1650℃，热稳定性为1100℃，折射率（Nd）1.4585。常用的透明石英玻璃有?：①?电熔石英玻璃?。羟基含量≤5／100万，金属杂质离子含量为20／100万～50／100万，具有良好的红外透过性，但光学均匀性较差。用于红外光学和强光源领域。②气炼石英玻璃。羟基含量为150／100万～300／100万，金属杂质离子含量为20／100万左右。主要用于制备半导体。?③人造石英玻璃。羟基含量为900／100万～1200／100万，金属杂质离子含量＜5／100万。由于其在160～1000纳米波区的透过率＞90％，并耐各科射线辐照，故多用于制作高均匀性光学部件、远紫外光学和耐射线辐照的航天光学部件 。 溶解在石英玻璃中的水称为羟基。羟基是石英玻璃中的主要杂质，影响羟基含量的主要因数是原料，工艺和加工方法。随着羟基含量增加，石英玻璃的粘度，密度，折射率减小，红外吸收，膨胀系数增加。 四、石英玻璃主要性能 石英玻璃是由二氧化硅单一组分组成的玻璃。这种玻璃硬度大可达莫氏七级，膨胀系数低，耐高温，化学稳定性、电绝缘性都比较好，除氢氟酸、热磷酸外，对一般酸有较好的耐酸性。透明的石英玻璃有良好的透紫外线性能和光学性能。用于制造光学仪器、电学设备、医疗设备和耐高温耐腐蚀的化学仪器。高纯石英玻璃可制光导纤维。　。 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，在其高的粘度范围内，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。 一、纯度 纯度是石英玻璃的重要指标，对理化性能和使用性能影响甚大，如失透性、高温强度、软化点、光的传导、热稳定性、化学稳定性、耐辐射性、荧光特性等； 失透（又叫析晶性）是石英玻璃的一个固有缺陷，从热力学观点看，石英玻璃的内能高于结晶态方石英，属热力学上不稳定的亚稳态，当温度高于1000℃时，SiO2 分子振动加速，经一段较长时间的重新排列、定向便形成结晶。失透性是以晶核成长速度来表示的，不透明石英玻璃在1520℃、透明石英玻璃在1620℃析晶速度分别达到最大值。 析晶主要出现在表面，其次是内部缺陷处，原因是这些地方容易沾污，引起杂质离子的局部集聚，特别是碱离子（如K、Na、Li、Ca、Mg等）进入网络后引起粘度降低，促使失透加速。 二、失透性 由于石英玻璃的热膨胀系数和比重同析晶产物β-方石英相近，所以在高温下连续使用时，尽管析晶区不断扩大，但体积变化并不明显，仍可满意地继续使用，此时尚可减轻玻璃的塑性变形，使耐火度提高。当析晶产物冷却到800℃时，则出现细小的龟裂网络。继续冷却到200-275℃时，则出现方石英从高温型到低温型（即β-方石英→a-方石英）的结构变化，并伴随着发生体积聚变，如果析晶层很深，则石英玻璃亦随之破裂。由于析晶常常出现在有杂质的地方，所以高温使用前的表面状态及周围耐火材料、气氛十分重要。 在常温下，大多数的酸、金属、氯及溴与石英都不起反应，碱溶液若温度及浓度增加则略起反应。在温度超过150℃时磷酸会侵蚀石英。独氢氟酸可以随时侵蚀石英。 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。在常温下碱和盐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 。 三、化学性能 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。 四、离子扩散及透气性 　石英玻璃的结构十分松弛，甚至在高温下还允许某些气体的离子通过网络进行扩散，其中以钠离子的扩散为最快。 在常温下，可以认为石英玻璃是不透气的，在高温（例如700℃）下，某些气体的透气常数也很小。因此可以用在高温高真空装备中。 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。其电阻值为0.7 x 10 ohm-cm(350℃)、比电阻为10 ohm / cm(20℃)、介电常数为3.75(20℃ 1Mhz)、介电耗损小于0.0004 (20℃,1Mhz)。?因此石英玻璃是优良的高温介电绝缘材料。 　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