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南京石英玻璃厂解析石英玻璃的生产操作

发布时间:2020/9/25

南京石英玻璃厂解析石英玻璃的生产操作

石英玻璃是在工业和研究领域中应用最广泛的材料之一。石英玻璃包含一些其它材料所不具备的特殊性能,这使其在高科技应用中被广泛采用。

变色龙精密玻璃公司给大家盘点关于熔融石英玻璃的性能

如果熔融石英得到正确的处理并且一些通用的设计规则得以采用,那么您会惊讶地发现其具有防震性。

涉及天体(如星系、恒星、行星、卫星、小行星和彗星)和宇宙进程(如超新星、爆炸、伽玛射线爆发和宇宙微波背景辐射)的观测和研究。 科学家使用地球上的设备和卫星搭载的设备进行研究。

最为人熟知的天文研究用工具是望远镜。 根据其工作的波长范围不同,其采用反射式光学器件(反光镜)或透射式光学器件(透镜/分束器)。 望远镜中的一些关键元件由熔融石英制成。 尤其是当望远镜在可见光到近红外的波段工作时。

望远镜越大,分辨率越佳。 因此,甚至建造了望远镜阵列。 这意味着各个相距数米或数千米的望远镜可以协同工作以生成高分辨率的图像。 在这种情况下,同步图像生成非常重要。 这一般通过采用光纤通信来实现。


激光器在材料加工中的应用包括切割、焊接和打标。 材料对特定能量的吸收程度取决于材料的波长相关性吸收系数。 激光的波长可根据应处于待加工材料高吸收范围的原则来选择。

为了将光从激光源输送到期望工作点,需要创建一条光路。 该光路包括光导纤维、透镜、棱镜、反光镜、窗口或这些光学元件的组合。 所采用的材料取决于激光的波长。 例如,对于工作在红外(IR)光谱范围内10.6 μm的CO2 激光器,硒化锌是合适的透射光学器件材料选择。

非纯熔融石英玻璃(又名光学玻璃)可以在从400nm至2,000nm的可见光谱范围内使用。 对于高功率激光应用,光学玻璃的吸收系数就太高了。 光吸收导致局部生热,这进而会导致光学元件变形或损毁。 在这种情况下以及对于紫外光(UV)和深紫外光(DUV)的应用而言,熔融石英因其低吸收、更高温度稳定性和高抗破坏性的特性而成为合适的材料选择。 根据激光波长,为了获得最佳的结果,必须选择正确的熔融石英等级。

极高能量和高功率的激光器可导致形成所需激光加工焦点用的光学元件产生缺陷。 在所使用的材料中,某些等级的熔融石英具有最低的激光诱导损伤,这大大增加了激光光学器件的可靠性和寿命。

在加工过程中,加工所产生烟雾和碎屑可从加工平面散发出来并可能损坏激光光学器件。 许多激光加工光学器件采用AR(抗反射)涂层窗口作为盖板或窗口片。 这些盘片属于消耗件,它们的性能还影响着整个系统的性能和寿命。

一眼看去,熔融石英似乎品质上没什么区别,但其中存在可以影响性能的多种差异。 这些差异可能涉及某些波长范围的透过率、对气泡或杂质的耐受性、对波前畸变的低耐受性,这些只是其中的几个例子。 按照惯例,每种等级的价格各不相同。 技术上最佳的解决方案可能并不具有价格竞争力。 因此,寻找最适合特定应用的材料要根据经验来进行选择。 在变色龙玻璃,我们积累了大量的经验,您可以借鉴这些经验做出正确的选择。

为何材料的形状非常重要:

许多生产光学元件的公司在内部拥有所有工具,可将任意形状材料加工成其它任何形状。 他们可以切割、掏孔、机加工、研磨和抛光。 要搞出一套生产工艺的可能性几乎是无限的。 为了支持快速的生产运转,我们已经开发出一种直接成型供应的材料等级;通常以棒状件的形式供应。 我们认为,这削减了光学抛光加工的时间和成本,因此客户可尽快加工完成产品。 尽管如此,我们也可提供如下形状的原材料:

粗成型的圆形或矩形棒料

切割、研磨或抛光而成的坯料

通过C&C机床加工而成的任意不寻常或特殊形状

石英玻璃

电熔

在石英玻璃制造领域中,电熔是最普遍采用的熔融工艺。可采用两种方式的电熔:

连续电熔:

在这种连续熔融的工艺中,石英砂被倒入一个由难熔金属坩埚之垂直熔化器的顶部,而熔化器由各种电加热元件包围。熔化器内部保持中性或弱还原气氛以防止二氧化硅与难熔金属发生反应。熔化的材料从坩埚底部的孔流出,并被成型为具有各种尺寸的棒材、管材、板材或其它产品。

分批投料式电熔:

在分批投料电熔方式中,大量的原料石英砂被投入到具有难熔金属内衬的真空腔室中,此腔室也包含加热元件。尽管此方式在历史上曾被用来生产大型单件材料,但其也可被用来生产小得多的近净成型材料。

纯度主要取决于原料的精炼程度和所使用的工艺。变色龙玻璃只采用极高纯度的石英砂加上严格的质量管控来制造其产品。

焰熔

从历史上看,生产石英玻璃的第一种方式是通过石英晶体在火焰上的小规模熔炼而制成。在100多年前,变色龙玻璃化学家Richard Küch首次开始在氢氧(H2/O2)焰上熔炼石英石晶体。从那以后,变色龙玻璃一直都在采用此工艺来生产工业规模的石英玻璃。

如今,气熔石英玻璃都采用连续工艺进行大规模生产,经过高度提纯的石英砂经由高温火焰供料并沉积在罐(带有难熔内衬材料)中溶体的表面之上。粘性熔体通过此罐底部的模具慢慢取出,并根据模具确定的形状凝固。通过这种方法,生产具有所需剖面形状(圆形、矩形或空心)的透明石英玻璃锭成为可能,石英锭按照所需尺寸间隔切断并移走以便进一步加工。合成熔融石英

在该工艺中,含硅前驱物(例如,四氯化硅;STC)在含氧气氛中燃烧而形成二氧化硅纳米颗粒(也被称为烟尘)。因为前驱物是特意生产并提纯的,所以获得的纳米颗粒具有格外高的纯度而所产出的熔融石英具有非常低金属杂质含量。

因为生产工艺涉及到化学物质的气相(含硅前驱物),所以该方法称为化学气相沉积(CVD)。目前存在两个工艺系列:一个工艺系列是将所沉积的纳米颗粒直接熔炼成熔融石英层;而另一个工艺系列是先将这些烟尘积聚,再在二次加工步骤中将其凝聚成透明熔融石英(此工艺称为玻璃化)

航空航天领域中的许多应用需要采用高端材料,它们应当能承受恶劣的环境、耐受冲击、可轻量化,并且使用寿命长。

许多飞机和飞船都配备了大量的传感器,它们利用光学器件来探测、跟踪或识别无数的情况。 总体而言,许多应用是地面实验室配置的更小远程变体,这些应用包括遥感技术。对于更长的距离而言,光通过利用光谱仪来分析, 该光可能需要漫射以实现均匀化的照度或去除任何角度依赖性。 许多材料可以充当散光器;这些材料包括塑料、磨砂玻璃或不透明玻璃。

传感器可能需要一个允许紫外到近红外辐射通过的简单可透射窗口 ,或需要某些光学元件(例如透镜或棱镜)。 在此,对于一个具体的波段,了解何种熔融石英等级提供何种透光性能非常重要。 然而,不仅透过率绝对值非常重要,而根据 气泡或杂质的不同尺寸和密度来预计透过率变化可能也会引起大家的兴趣。 判断光学元件的有效通光口径中是否存在任何散光性缺陷或遮蔽非常重要。

关于传输性能的更多信息

因为传感器处于空气(太空)中,所以技术人员要在飞行期间进行维护非常困难或不切实际。 因此,采用至少可维持飞行期间工作条件的材料至关重要。 对于太空应用,这可能会是数年或超过十年。 尤其是在太空中,材料必须能够承受大量的离子化辐射而其性能不会老化或退化。 对于选择最合适的材料而言,了解多高强度的光和辐射可破坏熔融石英是非常有价值的。



一步法熔融石英生产

化学气相沉积(CVD)

对于光纤芯棒的生产,具有确定折射率之熔融石英的沉积是在熔融石英管之内完成的。化学物质可借助载气被带入到管中。生成松散体的反应由热源来触发。目前可采用不同的热源,而它们也让CVD工艺的风格有所不同。热源可以是焰式(MCVD)、炉式(FCVD)或者是等离子体式(PCVD)。所有未反应完的气体均在尾气处理系统中进行处理。

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等离子外部体沉积(POD)

对于此工艺,等离子体热源被用来“灼烧”化学前驱物并在旋转靶材上沉积薄玻璃层。靶材可以是一个管件或一个实心棒,其并不一定是圆形。由于等离子体的高温性,此工艺是用来生产掺氟熔融石英的最合适工艺。在二氧化硅中可获得的最大氟含量是沉积温度的一个函数。目前最大氟含量还存在局限性,这是因为氟还会将熔融石英刻蚀掉。气体中的氟含量越高,沉积速率越慢。

外部离子沉积通常被用来生产高掺氟二氧化硅,其拥有比非掺杂二氧化硅更低折射率。折射率上的差异是光导纤维所需要的 。可获得的产品为高掺氟的管或棒,但变色龙玻璃同样提供此服务。

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