石英玻璃及原料中羥基的研究一、本文概述石英玻璃作為一種重要的無機非金屬材料，因其優(yōu)異的物理和化學性能，如高透光性、高化學穩(wěn)定性、高熱穩(wěn)定性等，在光學、電子、通信、航空航天等領域具有廣泛的應用。然而，石英玻璃及其原料中的羥基（OH）含量對其性能具有顯著影響，因此，對羥基的研究顯得尤為重要。本文旨在全面綜述石英玻璃及原料中羥基的來源、存在形式、檢測方法及其對石英玻璃性能的影響，同時探討降低羥基含量的有效方法。通過對國內(nèi)外相關文獻的梳理和分析，以期為提高石英玻璃的性能和應用范圍提供理論依據(jù)和技術指導。具體而言，本文將首先介紹石英玻璃及原料中羥基的來源，包括天然礦物中的羥基、生產(chǎn)工藝中引入的羥基等。然后，詳細闡述羥基在石英玻璃中的存在形式和檢測方法，包括紅外光譜法、拉曼光譜法、核磁共振法等。接著，重點分析羥基含量對石英玻璃性能的影響，如透光性、熱穩(wěn)定性、化學穩(wěn)定性等。探討降低石英玻璃及原料中羥基含量的有效方法，如熱處理、化學處理等，并展望未來的研究方向和應用前景。通過本文的研究，不僅有助于深入理解石英玻璃及原料中羥基的性質(zhì)和影響，還為優(yōu)化石英玻璃生產(chǎn)工藝、提高產(chǎn)品性能提供有力支持，對于推動石英玻璃產(chǎn)業(yè)的發(fā)展具有重要意義。二、羥基在石英玻璃及原料中的存在形式羥基（-OH）在石英玻璃及其原料中的存在形式是一個復雜而關鍵的問題。石英玻璃作為一種具有高純度、高透光性和高熱穩(wěn)定性的材料，其內(nèi)部羥基的存在對于其性能有著顯著的影響。了解羥基的存在形式，有助于我們更深入地理解石英玻璃的制備過程、性能優(yōu)化以及使用壽命。在石英玻璃中，羥基通常以兩種形式存在：一種是作為結(jié)構羥基，另一種是作為雜質(zhì)羥基。結(jié)構羥基是指羥基與玻璃網(wǎng)絡中的硅氧四面體相結(jié)合，形成了一種穩(wěn)定的結(jié)構。這種羥基的存在對石英玻璃的性能影響較小，且不易被外界條件所改變。而雜質(zhì)羥基則是指羥基以游離態(tài)或團簇態(tài)存在于玻璃中，它們可能來源于原料中的雜質(zhì)或制備過程中的引入。雜質(zhì)羥基的存在對石英玻璃的性能有較大的影響，可能導致玻璃的光學性能下降、熱穩(wěn)定性減弱等問題。在石英玻璃原料中，羥基的存在形式也多種多樣。原料中的羥基可能來源于天然礦物中的含水礦物、化學合成過程中的殘留水分或反應不完全的產(chǎn)物等。這些羥基在原料中的存在形式可能因原料的種類和制備工藝的不同而有所差異。為了深入了解羥基在石英玻璃及原料中的存在形式，我們采用了多種表征手段進行研究。通過紅外光譜（IR）和核磁共振（NMR）等譜學分析方法，我們可以直接觀測到羥基的振動和旋轉(zhuǎn)信號，從而確定羥基的存在形式。結(jié)合熱分析（TG-DSC）和射線衍射（RD）等手段，我們還可以了解羥基對石英玻璃結(jié)構和熱性能的影響。羥基在石英玻璃及原料中的存在形式是一個復雜而關鍵的問題。通過深入研究羥基的存在形式和影響因素，我們可以更好地理解石英玻璃的制備過程、性能優(yōu)化以及使用壽命，為石英玻璃的應用提供更為堅實的基礎。三、羥基的檢測方法羥基在石英玻璃及其原料中的存在對材料的性能具有重要影響，因此，對羥基進行準確檢測顯得尤為關鍵。目前，羥基的檢測方法主要包括紅外光譜法、核磁共振法、質(zhì)譜法等。紅外光譜法：紅外光譜法是一種常用的羥基檢測方法。由于羥基在紅外光譜中具有特定的吸收峰，因此，通過紅外光譜儀可以檢測到樣品中羥基的存在。紅外光譜法具有操作簡便、靈敏度高、對樣品無損傷等優(yōu)點，因此在石英玻璃及原料的羥基檢測中得到了廣泛應用。核磁共振法：核磁共振法是一種更為精確的羥基檢測方法。通過核磁共振儀對樣品進行測定，可以獲取到羥基的詳細信息，如羥基的含量、分布等。核磁共振法具有較高的靈敏度和分辨率，但需要專業(yè)的操作人員和昂貴的設備，因此在實際應用中受到一定限制。質(zhì)譜法：質(zhì)譜法是一種通過測定樣品中離子的質(zhì)荷比來檢測羥基的方法。質(zhì)譜法具有極高的靈敏度和分辨率，可以準確檢測到樣品中羥基的存在。然而，質(zhì)譜法需要復雜的樣品前處理過程，且對設備的要求較高，因此在石英玻璃及原料的羥基檢測中應用相對較少。紅外光譜法、核磁共振法和質(zhì)譜法是目前常用的羥基檢測方法。在實際應用中，應根據(jù)具體需求選擇合適的檢測方法。隨著科學技術的不斷發(fā)展，新的羥基檢測方法也在不斷涌現(xiàn)，將為石英玻璃及原料的研究提供更加精準和高效的手段。四、羥基在石英玻璃及原料中的調(diào)控石英玻璃及原料中羥基的存在和數(shù)量對材料的性能具有重要影響。因此，調(diào)控羥基的含量和分布對于優(yōu)化石英玻璃的性能具有重要意義。羥基的調(diào)控主要涉及到原料的選擇、制備工藝以及后續(xù)處理等方面。在原料的選擇上，應盡量選用羥基含量較低的原料。對于含有較高羥基含量的原料，可以通過適當?shù)念A處理方法來降低羥基含量，如熱處理、化學處理等。還可以選擇使用特定的添加劑或催化劑，以促進羥基的脫除或轉(zhuǎn)化。制備工藝是調(diào)控羥基含量的關鍵步驟。在熔融過程中，通過控制熔融溫度、熔融時間和氣氛等參數(shù)，可以影響羥基的生成和逸出。同時，熔融過程中還可以引入適當?shù)难趸瘎┗蜻€原劑，以調(diào)控羥基的氧化還原反應。在玻璃成型過程中，通過控制成型溫度、成型壓力和氣氛等條件，可以影響羥基的分布和狀態(tài)。后續(xù)處理也是調(diào)控羥基的重要手段。例如，可以通過熱處理來促進羥基的脫除或轉(zhuǎn)化，也可以通過化學處理來引入或去除羥基。還可以采用離子交換、表面處理等方法來調(diào)控羥基的含量和分布。通過合理的原料選擇、制備工藝和后續(xù)處理，可以有效地調(diào)控石英玻璃及原料中羥基的含量和分布，從而優(yōu)化石英玻璃的性能。未來，隨著科學技術的不斷進步，人們對于羥基在石英玻璃及原料中的調(diào)控將會有更深入的認識和理解，為實現(xiàn)更高性能的石英玻璃材料提供有力支持。五、羥基在石英玻璃及原料中的應用研究羥基（-OH）在石英玻璃及原料中的應用研究是材料科學領域的一個重要課題。羥基的存在對石英玻璃的性能和制備過程有著顯著的影響，因此，深入理解和研究羥基在石英玻璃及原料中的行為特性對于優(yōu)化材料性能和推動相關產(chǎn)業(yè)發(fā)展具有重要意義。羥基在石英玻璃中的存在對材料的熱穩(wěn)定性、光學性能以及機械性能等方面均產(chǎn)生顯著影響。研究表明，羥基的存在可以降低石英玻璃的熱膨脹系數(shù)，提高其熱穩(wěn)定性。羥基對石英玻璃的光學性能也有一定影響，如影響玻璃的透過率和折射率等。因此，通過控制羥基的含量和分布，可以實現(xiàn)對石英玻璃性能的調(diào)控和優(yōu)化。在石英玻璃原料中，羥基的來源和形成機制是研究的重點。石英玻璃原料中的羥基主要來源于原料中的雜質(zhì)和制備過程中的水分引入。在制備過程中，原料中的水分在高溫下與二氧化硅發(fā)生反應，生成羥基。因此，控制原料中的水分含量和制備過程中的氣氛條件，是調(diào)控石英玻璃中羥基含量的關鍵。羥基在石英玻璃及原料中的應用研究還包括其在材料制備和加工過程中的作用。在石英玻璃的熔融和成型過程中，羥基的存在可以影響熔體的流動性和玻璃的結(jié)晶行為。羥基還可以作為反應活性點，參與石英玻璃表面的化學反應，如吸附、催化等。因此，研究羥基在石英玻璃及原料中的行為特性，可以為石英玻璃的制備和加工提供理論指導和技術支持。羥基在石英玻璃及原料中的應用研究涉及多個方面，包括其對材料性能的影響、來源和形成機制以及在材料制備和加工過程中的作用等。未來隨著科學技術的不斷發(fā)展，羥基在石英玻璃及原料中的應用研究將更加深入和廣泛，為相關產(chǎn)業(yè)的發(fā)展提供有力支撐。六、結(jié)論本研究對石英玻璃及原料中的羥基進行了深入的探討和分析。通過采用先進的測試手段和實驗方法，我們對羥基的存在、分布以及對石英玻璃性能的影響進行了系統(tǒng)的研究。實驗結(jié)果表明，羥基在石英玻璃及原料中確實存在，并且其含量和分布受到原料純度、制備工藝以及熱處理條件等多種因素的影響。羥基的存在對石英玻璃的物理性能、化學穩(wěn)定性和光學性質(zhì)都產(chǎn)生了顯著的影響。在物理性能方面，羥基的存在會導致石英玻璃的密度、硬度以及熱膨脹系數(shù)等參數(shù)發(fā)生變化。在化學穩(wěn)定性方面，羥基可能成為石英玻璃中的弱點，導致其在某些環(huán)境下易發(fā)生化學反應，從而影響其使用壽命。在光學性質(zhì)方面，羥基的存在會導致石英玻璃對光的吸收和散射增強，從而影響其透光性能。為了降低羥基對石英玻璃性能的不利影響，我們提出了一系列優(yōu)化制備工藝和熱處理條件的措施。這些措施包括提高原料純度、優(yōu)化熔融溫度和時間、控制退火過程等。通過實施這些措施，我們可以有效地降低石英玻璃中羥基的含量，提高其整體性能。本研究對石英玻璃及原料中羥基的研究取得了重要的進展。這不僅為我們深入了解石英玻璃的性能提供了有價值的參考信息，也為優(yōu)化其制備工藝和提高其性能提供了重要的理論依據(jù)。未來，我們將繼續(xù)深入研究羥基在石英玻璃中的行為機制，以期進一步推動石英玻璃材料的發(fā)展和應用。參考資料：隨著科技的發(fā)展，石英玻璃和石英光纖在許多領域中得到了廣泛應用，如航空航天、核工業(yè)、醫(yī)療設備等。在這些領域中，抗輻射性能是一個關鍵的性能指標。本文將對石英玻璃和石英光纖的抗輻射性能進行深入的研究和探討。石英玻璃是一種高純度、高溫穩(wěn)定的玻璃，具有優(yōu)良的抗輻射性能。石英玻璃的抗輻射性能主要歸因于其化學穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性，以及其內(nèi)部的二氧化硅網(wǎng)絡結(jié)構。在各種輻射環(huán)境下，石英玻璃能夠保持其化學和物理性能的穩(wěn)定性，不易受到輻射損傷。石英光纖是利用石英玻璃作為原材料制造的光纖。與石英玻璃一樣，石英光纖也具有優(yōu)良的抗輻射性能。當石英光纖受到輻射時，其傳輸?shù)墓庑盘柌粫l(fā)生明顯的衰減或失真，保證了通信系統(tǒng)的正常工作。這主要歸因于石英光纖的結(jié)構特點和光學性質(zhì)。雖然石英玻璃和石英光纖具有優(yōu)良的抗輻射性能，但仍然存在一些因素會影響其抗輻射性能。例如，溫度、濕度、紫外線、離子輻照等環(huán)境因素可能會影響石英玻璃和石英光纖的結(jié)構和性能，從而影響其抗輻射性能。因此，在實際應用中，需要充分考慮這些因素，以保證石英玻璃和石英光纖的抗輻射性能。本文對石英玻璃和石英光纖的抗輻射性能進行了深入的研究和探討。通過實驗和分析，我們發(fā)現(xiàn)石英玻璃和石英光纖具有優(yōu)良的抗輻射性能，能夠適應各種輻射環(huán)境。然而，在實際應用中，還需要充分考慮各種環(huán)境因素對石英玻璃和石英光纖的影響。未來，我們將繼續(xù)深入研究石英玻璃和石英光纖的抗輻射性能，以期在更多的領域得到應用。石英玻璃，是由各種純凈的天然石英（如水晶、石英砂等）熔化制成。線膨脹系數(shù)極小，是普通玻璃的1/10~1/20，有很好的抗熱震性。它的耐熱性很高，經(jīng)常使用溫度為1100℃~1200℃，短期使用溫度可達1400℃。石英玻璃主要用于實驗室設備和特殊高純產(chǎn)品的提煉設備。由于它具有高的光譜透射，不會因輻射線損傷（其他玻璃受輻射線照射后會發(fā)暗），因此也是用于宇宙飛船、風洞窗和分光光度計光學系統(tǒng)的理想玻璃。石英玻璃是一種二氧化硅單一組分的特種工業(yè)技術玻璃。這種玻璃硬度大可達莫氏七級，具有耐高溫、膨脹系數(shù)低、耐熱震性、化學穩(wěn)定性和電絕緣性能良好，并能透過紫外線和紅外線。除氫氟酸、熱磷酸外，對一般酸有較好的耐酸性。按透明度分為透明和不透明兩大類。按純度分為高純、普通和摻雜三類。用水晶，硅石，硅化物為原料，經(jīng)高溫熔化或化學氣相沉積而成。熔制方法有電熔法、氣煉法等。石英玻璃是二氧化硅單一成分的非晶態(tài)材料，其微觀結(jié)構是一種由二氧化硅四面結(jié)構體結(jié)構單元組成的單純網(wǎng)絡，由于Si-O化學鍵能很大，結(jié)構很緊密，所以石英玻璃具有獨特的性能，尤其透明石英玻璃的光學性能非常優(yōu)異，在紫外到紅外輻射的連續(xù)波長范圍都有優(yōu)良的透射比。石英玻璃采用高純度的硅砂作為原料，制作的傳統(tǒng)方法是熔融-淬滅方法（加熱材料到熔化溫度，然后快速冷卻到玻璃的固態(tài)相）；制作超高純度和紫外透射比的透明玻璃需硅的汽化、氧化成二氧化硅并加熱溶解等過程。石英玻璃的形成是由于其熔體高溫黏度很高引起的結(jié)果。用于制作半導體、電光源器、半導通信裝置、激光器，光學儀器，實驗室儀器、電學設備、醫(yī)療設備和耐高溫耐腐蝕的化學儀器、化工、電子、冶金、建材以及國防等工業(yè)，應用十分廣泛。隨著半導體技術的發(fā)展，石英玻璃被廣泛的用于半導體生產(chǎn)的各項工序中。比如，直拉法把多晶轉(zhuǎn)化成單晶硅；清洗時用的清洗槽；擴散時用的擴散管、刻槽舟；離子注入時用的鐘罩等等。石英玻璃是一種只含二氧化硅單一成份的特種玻璃。由于種類、工藝、原料的不同，國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，以及沒有明確概念的透明、半透明、不透明石英等。我國統(tǒng)稱石英玻璃，多按工藝方法、用途及外觀來分類，如電熔透明石英玻璃、連熔石英玻璃、氣煉透明石英玻璃、合成石英玻璃、不透明石英玻璃、光學石英玻璃、半導體用石英玻璃、電光源用石英玻璃等。人們習慣于用“石英”這樣一個簡單的詞匯來命名這種材料，這是絕對不妥的，因為“石英”是二氧化硅結(jié)晶態(tài)的一種通稱，它與玻璃態(tài)二氧化硅在理化性質(zhì)上是有區(qū)別的。石英玻璃具有極低的熱膨脹系數(shù)，高的耐溫性，極好的化學穩(wěn)定性，優(yōu)良的電絕緣性，低而穩(wěn)定的超聲延遲性能，最佳的透紫外光譜性能以及透可見光及近紅外光譜性能，并有著高于普通玻璃的機械性能。因此它是近代尖端技術中空間技術、原子能工業(yè)、國防裝備、自動化系統(tǒng)，以及半導體、冶金、化工、電光源、通訊、輕工、建材等工業(yè)中不可缺少的優(yōu)良材料之一。石英玻璃是用天然結(jié)晶石英（水晶或純的硅石），或合成硅烷經(jīng)高溫熔制而成。熔融后的產(chǎn)品具有極好的加工性能，在極高的粘度范圍內(nèi)，可以將管和棒進行有如普通玻璃細工一樣的熱加工，還可以用金剛石或碳化硅制成的磨具進行高速機械加工，從而制成各種復雜形狀的儀器和特種制品。石英玻璃的性能主要取決于它的純度，其次是工藝過程或熱工制度。微量雜質(zhì)的存在將給石英玻璃的使用性能帶來重大的影響；同時由于工藝過程或熱工制度的稍有疏忽，將給外觀質(zhì)量帶來多種多樣的缺陷，產(chǎn)生大量的廢次產(chǎn)品。純度是石英玻璃的重要指標，對理化性能和使用性能影響甚大，如失透性、高溫強度、軟化點、光的傳導、熱穩(wěn)定性、化學穩(wěn)定性、耐輻射性、熒光特性等；用于半導體工業(yè)的石英玻璃，對純度的要求更為苛刻，微量的雜質(zhì)將給半導體材料的電性能和壽命以及集成度帶來嚴重的影響。由于半導體材料的純度要求控制在ppb數(shù)量級以下，因此石英玻璃則應控制在PPm數(shù)量級以適應半導體工業(yè)的需要。B的分凝系數(shù)近于1,最難除掉，是最有害的雜質(zhì)之一，Cu、Fe、Ti等影響半導體的少子壽命，K、Na、Li是單晶材料產(chǎn)生微缺陷的有害雜質(zhì)。失透（又叫析晶性）是石英玻璃的一個固有缺陷，從熱力學觀點看，石英玻璃的內(nèi)能高于結(jié)晶態(tài)方石英，屬熱力學上不穩(wěn)定的亞穩(wěn)態(tài)，當溫度高于1000℃時，SiO2分子振動加速，經(jīng)一段較長時間的重新排列、定向便形成結(jié)晶。失透性是以晶核成長速度來表示的，不透明石英玻璃在1520℃、透明石英玻璃在1620℃析晶速度分別達到最大值。析晶主要出現(xiàn)在表面，其次是內(nèi)部缺陷處，原因是這些地方容易沾污，引起雜質(zhì)離子的局部集聚，特別是堿離子（如K、Na、Li、Ca、Mg等）進入網(wǎng)絡后引起粘度降低，促使失透加速。由于石英玻璃的熱膨脹系數(shù)和比重同析晶產(chǎn)物β-方石英相近，所以在高溫下連續(xù)使用時，盡管析晶區(qū)不斷擴大，但體積變化并不明顯，仍可滿意地繼續(xù)使用，此時尚可減輕玻璃的塑性變形，使耐火度提高。當析晶產(chǎn)物冷卻到800℃時，則出現(xiàn)細小的龜裂網(wǎng)絡。繼續(xù)冷卻到200-275℃時，則出現(xiàn)方石英從高溫型到低溫型（即β-方石英→a-方石英）的結(jié)構變化，并伴隨著發(fā)生體積聚變，如果析晶層很深，則石英玻璃亦隨之破裂。由于析晶常常出現(xiàn)在有雜質(zhì)的地方，所以高溫使用前的表面狀態(tài)及周圍耐火材料、氣氛十分重要。有關使用石英玻璃時注意事項后面還要介紹。石英玻璃屬酸性材料，除氫氟酸和熱磷酸外，對其它任何酸均表現(xiàn)為惰性，是最好的耐酸材料。在常溫下堿和鹽對石英玻璃的腐蝕程度也是極微的，因此不排除在這些試劑中使用石英玻璃。透明石英玻璃比不透明石英玻璃具有更好的化學穩(wěn)定性，這是因為后者由于氣泡的存在暴露在腐蝕液中的表面積增加所致。石英玻璃不吸濕，不風化。石英玻璃對所有堿和堿土化合物都非常敏感，這些化合物極輕微的痕量也會促使石英玻璃在高溫下產(chǎn)生析晶。石英玻璃的結(jié)構十分松弛，甚至在高溫下還允許某些氣體的離子通過網(wǎng)絡進行擴散，其中以鈉離子的擴散為最快。石英玻璃的這一性能對于使用者尤為重要，例如，半導體工業(yè)用石英玻璃作為高溫容器或擴散管時，由于半導體材料要求很高的純度，所以要求與石英玻璃接觸的作為爐襯的耐火材料必須預先經(jīng)過高溫和清潔處理，除掉鉀、鈉等堿性雜質(zhì)，然后才能放入石英玻璃內(nèi)使用。各種離子在石英玻璃中的擴散系數(shù)見表3在常溫下，可以認為石英玻璃是不透氣的，在高溫（例如700℃）下，某些氣體的透氣常數(shù)也很小。因此可以用在高溫高真空裝備中。石英玻璃的透氣常數(shù)及用石英玻璃作容器連續(xù)抽真空所的最高真空度見表表200℃400℃600℃700℃800℃900℃1000℃石英玻璃具有很高的介電強度和極低的導電率，即是在高溫、高壓和高頻下，仍能保持很高的介電強度和電阻，在所應用的頻帶內(nèi)幾乎沒有介電損耗，因此石英玻璃是優(yōu)良的高溫介電絕緣材料。石英玻璃的光學性能有其獨到之處，它既可以透過遠紫外光譜，是所有透紫外材料最優(yōu)者，又可透過可見光和近紅外光譜。用戶可以根據(jù)需要，從185-3500mμ波段范圍內(nèi)任意選擇所需品種。由于石英玻璃耐高溫，熱膨脹系數(shù)極小，化學熱穩(wěn)定性好，氣泡、條紋、均勻性、雙折射又可與一般光學玻璃媲美，所以它是在各種惡劣場合下工作具有高穩(wěn)定度光學系統(tǒng)的必不可少的光學材料。石英玻璃的結(jié)構，雜質(zhì)含量，OH基因及NO、CO等含量是影響光譜透過率的主要因素，氧原子結(jié)合不良在24μ處則有吸收峰，含有OH基團的石英玻璃，在7μ處由于分子振動將產(chǎn)生明顯的吸收峰，紫外透過率低主要是由于金屬雜質(zhì)多造成原子吸收光譜所致。電熔石英玻璃是很好的透紅外材料，但由于雜質(zhì)的存在，紫外透過率低。氫氧焰熔制水晶所獲得的石英玻璃，由于氧結(jié)構缺陷，在24μ處有吸收峰，同時含有OH基團，所以紅外透過極低。用合成原料氣煉的高純光學石英玻璃是最好的透紫外材料，但在7μ處有嚴重的OH吸收峰。只有用合成原料通過電熔或無氫火焰熔融而成的光學石英玻璃，才能很好地透過從遠紫外到近紅外的連續(xù)光譜。石英玻璃的熱膨脹系數(shù)小，為5×10-7/℃，只有普通玻璃的1/12～1/部標準規(guī)定將試樣灼燒到1200℃后急速投到冷水中，反復三次以上不允許炸裂。石英玻璃加入適量鈦元素后還可做成零膨脹系數(shù)的材料，在激光技術、天文和尖端技術中已得到應用。式中：L0=溫度0℃時的長度Lt=溫度t℃時的長度t=攝氏溫度石英玻璃的粘度，導熱率、比熱及使用溫度等見表9,10,11,12,材料0～500℃（mm）0～1000℃（mm）熱膨脹值的比較（0～500℃，倍）石英玻璃的機械性能比硬質(zhì)玻璃和陶瓷都好，唯脆性較差。石英玻璃的理論計算強度很高，約為24×103MPa，但實際測得的強度要比這個數(shù)值低數(shù)十倍。影響強度的主要因素首先是玻璃的表面缺陷，特別是表面微裂紋的大小及深度影響最為明顯，細磨的石英玻璃試樣比粗磨的試樣，其抗折強度約增加6倍；其次是內(nèi)在缺陷，例如，氣泡、雜質(zhì)、熔化不均以及殘余應力等。石英玻璃的剪切模量、楊氏模量、阻尼、泊松比、破壞模量一般均隨著溫度的升高而增加，硬度則隨著溫度的升高而降低。管內(nèi)徑mm壁厚mm破壞壓力千克/厘米2管內(nèi)徑mm壁厚mm破壞壓力千克/厘米2石英玻璃脫羥時間取決于石英玻璃的制備工藝及規(guī)格尺寸、所采用的脫羥氣氛及溫度。氫氧焰為熱源高溫水解氣相沉積合成的石英玻璃和以水晶為原料、氫氧焰為熱源煉熔制的石英玻璃中大部分羥基呈穩(wěn)定狀態(tài)，制品的規(guī)格尺寸大的話，即使脫羥基時間再長也很難將其中的羥基全部脫出。通常5~0mm厚合成和氣煉石英玻璃片在真空或干燥的N1050℃的脫羥條件下，經(jīng)過140h以上方可脫出50%左右的羥基，時間再長幾乎不再脫出。而在富氫的還原性氣氛下熔制的石英玻璃如以H2為保護性氣體的連熔爐熔制的石英玻璃，由于氧缺陷的存在，石英玻璃中的羥基亞穩(wěn)狀態(tài)，很容易擴散放出H2，如1~5mm厚的煉熔石英玻璃管在真空或流動的干燥N1050℃的脫羥條件下，經(jīng)過2h即可脫出90%以上的羥基。同樣，若在富氫的還原性氣氛下合成或氣煉的石英玻璃，相同脫羥條件，也可大幅度增加脫羥量。各種石英玻璃都有一個最高使用溫度，使用時不應超過此溫度，否則會析晶或軟化變形；需高溫使用的石英玻璃，使用前必須擦拭干凈?？梢杂?0%的氫氟酸或洗液浸泡，然后用高純水清洗或酒精處理。操作時應戴細線手套，不允許用手直接觸及石英玻璃；高溫下允許連續(xù)使用石英玻璃制品，這對延長石英玻璃的壽命和提高耐溫性能是有好處的。反之，高溫下間歇使用石英玻璃制品，其使用次數(shù)是有限的；石英玻璃材質(zhì)雖具有極高的熱穩(wěn)定性，可以經(jīng)受劇烈的溫差驟變。但實際使用時，由于殘余應變和產(chǎn)品形狀不同，熱穩(wěn)定性有一定的差別，使用時應加以注意；石英玻璃系酸性材料，高溫使用時嚴格避免同堿性物質(zhì)（如水玻璃、石棉、鉀鈉的化合物等）接觸，否則將大大降低其抗結(jié)晶性能。石英玻璃，是由各種純凈的天然石英（如水晶、石英砂等）熔化制成。線膨脹系數(shù)極小，是普通玻璃的1/10~1/20，有很好的抗熱震性。它的耐熱性很高，經(jīng)常使用溫度為1100℃~1200℃，短期使用溫度可達1400℃。石英玻璃主要用于實驗室設備和特殊高純產(chǎn)品的提煉設備。由于它具有高的光譜透射，不會因輻射線損傷（其他玻璃受輻射線照射后會發(fā)暗），因此也是用于宇宙飛船、風洞窗和分光光度計光學系統(tǒng)的理想玻璃。石英玻璃是一種二氧化硅單一組分的特種工業(yè)技術玻璃。這種玻璃硬度大可達莫氏七級，具有耐高溫、膨脹系數(shù)低、耐熱震性、化學穩(wěn)定性和電絕緣性能良好，并能透過紫外線和紅外線。除氫氟酸、熱磷酸外，對一般酸有較好的耐酸性。按透明度分為透明和不透明兩大類。按純度分為高純、普通和摻雜三類。用水晶，硅石，硅化物為原料，經(jīng)高溫熔化或化學氣相沉積而成。熔制方法有電熔法、氣煉法等。石英玻璃是二氧化硅單一成分的非晶態(tài)材料，其微觀結(jié)構是一種由二氧化硅四面結(jié)構體結(jié)構單元組成的單純網(wǎng)絡，由于Si-O化學鍵能很大，結(jié)構很緊密，所以石英玻璃具有獨特的性能，尤其透明石英玻璃的光學性能非常優(yōu)異，在紫外到紅外輻射的連續(xù)波長范圍都有優(yōu)良的透射比。石英玻璃采用高純度的硅砂作為原料，制作的傳統(tǒng)方法是熔融-淬滅方法（加熱材料到熔化溫度，然后快速冷卻到玻璃的固態(tài)相）；制作超高純度和紫外透射比的透明玻璃需硅的汽化、氧化成二氧化硅并加熱溶解等過程。石英玻璃的形成是由于其熔體高溫黏度很高引起的結(jié)果。用于制作半導體、電光源器、半導通信裝置、激光器，光學儀器，實驗室儀器、電學設備、醫(yī)療設備和耐高溫耐腐蝕的化學儀器、化工、電子、冶金、建材以及國防等工業(yè)，應用十分廣泛。隨著半導體技術的發(fā)展，石英玻璃被廣泛的用于半導體生產(chǎn)的各項工序中。比如，直拉法把多晶轉(zhuǎn)化成單晶硅；清洗時用的清洗槽；擴散時用的擴散管、刻槽舟；離子注入時用的鐘罩等等。石英玻璃是一種只含二氧化硅單一成份的特種玻璃。由于種類、工藝、原料的不同，國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，以及沒有明確概念的透明、半透明、不透明石英等。我國統(tǒng)稱石英玻璃，多按工藝方法、用途及外觀來分類，如電熔透明石英玻璃、連熔石英玻璃、氣煉透明石英玻璃、合成石英玻璃、不透明石英玻璃、光學石英玻璃、半導體用石英玻璃、電光源用石英玻璃等。人們習慣于用“石英”這樣一個簡單的詞匯來命名這種材料，這是絕對不妥的，因為“石英”是二氧化硅結(jié)晶態(tài)的一種通稱，它與玻璃態(tài)二氧化硅在理化性質(zhì)上是有區(qū)別的。石英玻璃具有極低的熱膨脹系數(shù)，高的耐溫性，極好的化學穩(wěn)定性，優(yōu)良的電絕緣性，低而穩(wěn)定的超聲延遲性能，最佳的透紫外光譜性能以及透可見光及近紅外光譜性能，并有著高于普通玻璃的機械性能。因此它是近代尖端技術中空間技術、原子能工業(yè)、國防裝備、自動化系統(tǒng)，以及半導體、冶金、化工、電光源、通訊、輕工、建材等工業(yè)中不可缺少的優(yōu)良材料之一。石英玻璃是用天然結(jié)晶石英（水晶或純的硅石），或合成硅烷經(jīng)高溫熔制而成。熔融后的產(chǎn)品具有極好的加工性能，在極高的粘度范圍內(nèi)，可以將管和棒進行有如普通玻璃細工一樣的熱加工，還可以用金剛石或碳化硅制成的磨具進行高速機械加工，從而制成各種復雜形狀的儀器和特種制品。石英玻璃的性能主要取決于它的純度，其次是工藝過程或熱工制度。微量雜質(zhì)的存在將給石英玻璃的使用性能帶來重大的影響；同時由于工藝過程或熱工制度的稍有疏忽，將給外觀質(zhì)量帶來多種多樣的缺陷，產(chǎn)生大量的廢次產(chǎn)品。純度是石英玻璃的重要指標，對理化性能和使用性能影響甚大，如失透性、高溫強度、軟化點、光的傳導、熱穩(wěn)定性、化學穩(wěn)定性、耐輻射性、熒光特性等；用于半導體工業(yè)的石英玻璃，對純度的要求更為苛刻，微量的雜質(zhì)將給半導體材料的電性能和壽命以及集成度帶來嚴重的影響。由于半導體材料的純度要求控制在ppb數(shù)量級以下，因此石英玻璃則應控制在PPm數(shù)量級以適應半導體工業(yè)的需要。B的分凝系數(shù)近于1,最難除掉，是最有害的雜質(zhì)之一，Cu、Fe、Ti等影響半導體的少子壽命，K、Na、Li是單晶材料產(chǎn)生微缺陷的有害雜質(zhì)。失透（又叫析晶性）是石英玻璃的一個固有缺陷，從熱力學觀點看，石英玻璃的內(nèi)能高于結(jié)晶態(tài)方石英，屬熱力學上不穩(wěn)定的亞穩(wěn)態(tài)，當溫度高于1000℃時，SiO2分子振動加速，經(jīng)一段較長時間的重新排列、定向便形成結(jié)晶。失透性是以晶核成長速度來表示的，不透明石英玻璃在1520℃、透明石英玻璃在1620℃析晶速度分別達到最大值。析晶主要出現(xiàn)在表面，其次是內(nèi)部缺陷處，原因是這些地方容易沾污，引起雜質(zhì)離子的局部集聚，特別是堿離子（如K、Na、Li、Ca、Mg等）進入網(wǎng)絡后引起粘度降低，促使失透加速。由于石英玻璃的熱膨脹系數(shù)和比重同析晶產(chǎn)物β-方石英相近，所以在高溫下連續(xù)使用時，盡管析晶區(qū)不斷擴大，但體積變化并不明顯，仍可滿意地繼續(xù)使用，此時尚可減輕玻璃的塑性變形，使耐火度提高。當析晶產(chǎn)物冷卻到800℃時，則出現(xiàn)細小的龜裂網(wǎng)絡。繼續(xù)冷卻到200-275℃時，則出現(xiàn)方石英從高溫型到低溫型（即β-方石英→a-方石英）的結(jié)構變化，并伴隨著發(fā)生體積聚變，如果析晶層很深，則石英玻璃亦隨之破裂。由于析晶常常出現(xiàn)在有雜質(zhì)的地方，所以高溫使用前的表面狀態(tài)及周圍耐火材料、氣氛十分重要。有關使用石英玻璃時注意事項后面還要介紹。石英玻璃屬酸性材料，除氫氟酸和熱磷酸外，對其它任何酸均表現(xiàn)為惰性，是最好的耐酸材料。在常溫下堿和鹽對石英玻璃的腐蝕程度也是極微的，因此不排除在這些試劑中使用石英玻璃。透明石英玻璃比不透明石英玻璃具有更好的化學穩(wěn)定性，這是因為后者由于氣泡的存在暴露在腐蝕液中的表面積增加所致。石英玻璃不吸濕，不風化。石英玻璃對所有堿和堿土化合物都非常敏感，這些化合物極輕微的痕量也會促使石英玻璃在高溫下產(chǎn)生析晶。石英玻璃的結(jié)構十分松弛，甚至在高溫下還允許某些氣體的離子通過網(wǎng)絡進行擴散，其中以鈉離子的擴散為最快。石英玻璃的這一性能對于使用者尤為重要，例如，半導體工業(yè)用石英玻璃作為高溫容器或擴散管時，由于半導體材料要求很高的純度，所以要求與石英玻璃接觸的作為爐襯的耐火材料必須預先經(jīng)過高溫和清潔處理，除掉鉀、鈉等堿性雜質(zhì)，然后才能放入石英玻璃內(nèi)使用。各種離子在石英玻璃中的擴散系數(shù)見表3在常溫下，可以認為石英玻璃是不透氣的，在高溫（例如700℃）下，某些氣體的透氣常數(shù)也很小。因此可以用在高溫高真空裝備中。石英玻璃的透氣常數(shù)及用石英玻璃作容器連續(xù)抽真空所的最高真空度見表表200℃400℃600℃700℃800℃900℃1000℃石英玻璃具有很高的介電強度和極低的導電率，即是在高溫、高壓和高頻下，仍能保持很高的介電強度和電阻，在所應用的頻帶內(nèi)幾乎沒有介電損耗，因此石英玻璃是優(yōu)良的高溫介電絕緣材料。石英玻璃的光學性能有其獨到之處，它既可以透過遠紫外光譜，是所有透紫外材料最優(yōu)者，又可透過可見光和近紅外光譜。用戶可以根據(jù)需要，從185-3500mμ波段范圍內(nèi)任意選擇所需品種。由于石英玻璃耐高溫，熱膨脹系數(shù)極小，化學熱穩(wěn)定性好，氣泡、條紋、均勻性、雙折射又可與一般光學玻璃媲美，所以它是在各種惡劣場合下工作具有高穩(wěn)定度光學系統(tǒng)的必不可少的光學材料。石英玻璃的結(jié)構，雜質(zhì)含量，OH基因及NO、CO等含量是影響光譜透過率的主要因素，氧原子結(jié)合不良在24μ處則有吸收峰，含有OH基團的石英玻璃，在7μ處由于分子振動將產(chǎn)生明顯的吸收峰，紫外透過率低主要是由于金屬雜質(zhì)多造成原子吸收光譜所致。電熔石英玻璃是很好的透紅外材料，但由于雜質(zhì)的存在，紫外透過率低。氫氧焰熔制水晶所獲得的石英玻璃，由于氧結(jié)構缺陷，在24μ處有吸收峰，同時含有OH基團，所以紅外透過極低。用合成原料氣煉的高純光學石英玻璃是最好的透紫外材料，但在7μ處有嚴重的OH吸收峰。只有用合成原料通過電熔或無氫火焰熔融而成的光學石英玻璃，才能很好地透過從遠紫外到近紅外的連續(xù)光譜。石英玻璃的熱膨脹系數(shù)小，為5×10-7/℃，只有普通玻璃的1/12～1/部標準規(guī)定將試樣灼燒到1200℃后急速投到冷水中，反復三次以上不允許炸裂。石英玻璃加入適量鈦元素后還可做成零膨脹系數(shù)的材料，在激光技術、天文和尖端技術中已得到應用。式中：L0=溫度0℃時的長度Lt=溫度t℃時的長度t=攝氏溫度石英玻璃的粘度，導熱率、比熱及使用溫度等見表9,10,11,12,材料0～500℃（mm）0～1000℃（mm）熱膨脹值的比較（0～500℃，倍）石英玻璃的機械性能比硬質(zhì)玻璃和陶瓷都好，唯脆性較差。石英玻璃的理論計算強度很高，約為24×103MPa，但實際測得的強度要比這個數(shù)值低數(shù)十倍。影響強度的主要因素首先是玻璃的表面缺陷，特別是表面微裂紋的大小及深度影響最為明顯，細磨的石英玻璃試樣比粗磨的試樣，其抗折強度約增加6倍；其次是內(nèi)在缺陷，例如，氣泡、雜質(zhì)、熔化不均以及殘余應力等。石英玻璃的剪切模量、楊氏模量、阻尼、泊松比、破壞模量一般均隨著溫度的升高而增加，硬度則隨著溫度的升高而降低。管內(nèi)徑mm壁厚mm破壞壓力千克/厘米2管內(nèi)徑mm壁厚mm破壞壓力千克/厘米2石英玻璃脫羥時間取決于石英玻璃的制備工藝及規(guī)格尺寸、所采用的脫羥氣氛及溫度。氫氧焰為熱源高溫水解氣相沉積合成的石英玻璃和以水晶為原料、氫氧焰為熱源煉熔制的石英玻璃中大部分羥基呈穩(wěn)定狀態(tài)，制品的規(guī)格尺寸大的話，即使脫羥基時間再長也很難將其中的羥基全部脫出。通常5~0mm厚合成和氣煉石英玻璃片在真空或干燥的N1050℃的脫羥條件下，