Технология кварцевого стекла

Июль 25, 2022

Главная
Химия
Технология кварцевого стекла

Содержание

2. Кварцевое стекло Содержание SiO2 – (96,5 – 99,99…) % Примеси: газовые пузыри, мошка – снижают общее
3. Структура кварцевого стекла Кварцевое стекло - неорганический полимер каркасного типа из тетраэдров SiO4 c ионно-ковалентными связями.
4. Тетраэдры SiO4 образуют 4-, 5-, 6-членные кольцевые группировки. Угол Si – O – Si изменяется в
5. Примесные дефекты структуры Изоморфное замещение: Si4+ → Ti4+ ; Si4+ → Ge4+ Неизоморфное внедрение с разрывом
6. Ведущие физико-химические свойства кварцевого стекла Огнеупорность, рабочая температура до 1400 – 1500 ОС (кратковременный нагрев); до
7. Кварцевое стекло Непрозрачное SiO2 – более 96,5% Газовые пузыри (диаметр 0,03 – 0,3 мм) Примеси Al2O3,
8. Номенклатура кварцевого оптического стекла
9. Спектры пропускания стекол разных типов
10. Спектры пропускания кварцевого оптического стекла разных марок КУ-1 КВ КИ КУВИ
11. Спектральные кривые пропускания прозрачных кварцевых стекол 1 – КВ; 2 – КУ; 3 - КУВИ толщина
12. Зарубежные аналоги: Марка КУ-1 • Spectrasil (Англия) • Suprasil (Германия) • Corning 7940; Dunnasil (США) •
13. Основные свойства прозрачного и непрозрачного кварцевого стекла
14. Физико-химические свойства прозрачного особо чистого кварцевого стекла КС-4В Плотность (20 ОС) - 2200 кг/м3 Температура размягчения
15. Природные сырьевые материалы: горный хрусталь, дымчатый горный хрусталь (раухтопаз), молочно-белый кварц
16. Методы получения кварцевого стекла
17. Электрическая индукционная вакууматмосферная тигельная печь для плавки кварцевого стекла и вытяжки труб 1 – индуктор; 2
18. Газовая печь для наплавления прозрачного кварцевого стекла 1 – смотровое окно; 2 – огнеупорный муфель; 3
19. Методы получения высокочистого кварцевого стекла для заготовок световодов MCVD – Модифицированное химическое парофазное осаждение OVD –
21. Скачать презентацию

Слайд 2

Кварцевое стекло
Содержание SiO2 – (96,5 – 99,99…) %
Примеси:
газовые пузыри, мошка

– снижают общее светопропускание
оксиды металлов – дают полосы поглощения на разных длинах волн
гидроксильные группы ОН- – дают полосу поглощения в ИК-области

Слайд 3

Структура кварцевого стекла
Кварцевое стекло - неорганический полимер каркасного типа из тетраэдров

SiO4 c ионно-ковалентными связями.

Слайд 4

Тетраэдры SiO4 образуют 4-, 5-, 6-членные кольцевые группировки.
Угол Si –

O – Si изменяется в пределах 120 – 180 град; среднее значение = 144 град.

Структура кварцевого стекла

Кварц

Кварцевое стекло

Слайд 5

Примесные дефекты структуры
Изоморфное замещение: Si4+ → Ti4+ ; Si4+ → Ge4+
Неизоморфное

внедрение с разрывом связи: Si – O – Si → Si – O – R+
Гидроксильные группы

Собственные дефекты сетки

Кислородные вакансии – O – Si – Si – O –
Свободные радикалы [SiO3] –

Реликты кварца и кристобалита

Соединения Si низшей степени окисления

Слайд 6

Ведущие физико-химические свойства кварцевого стекла
Огнеупорность, рабочая температура до 1400 – 1500

ОС (кратковременный нагрев); до 1000 – 1100 ОС (длительный нагрев)
Термостойкость: ТКЛР – (5,2 – 5,5)⋅10-7 1/град
Электросопротивление: ρ = 1014 – 1018 Ом⋅м (20ОС); Пробивное напряжение – более 40 кВ/мм (20ОС) Диэлектрические потери – tg δ = 1⋅10-4
Химическая стойкость : 1 гидролитический класс

Слайд 7

Кварцевое стекло
Непрозрачное
SiO2 – более 96,5%
Газовые пузыри (диаметр 0,03 – 0,3

мм)
Примеси Al2O3, Fe2O3, CaO, MgO

Прозрачное
SiO2 – 99,99%
Примеси – 0,01% и менее

Спеченое кварцевое стекло
(кварцевая керамика, керсил)

Слайд 8

Номенклатура кварцевого оптического стекла

Слайд 9

Спектры пропускания стекол разных типов

Слайд 10

Спектры пропускания кварцевого оптического стекла разных марок
КУ-1
КВ
КИ
КУВИ

Слайд 11

Спектральные кривые пропускания прозрачных кварцевых стекол
1 – КВ;
2 – КУ;

3 - КУВИ

толщина образцов 10 мм

Слайд 12

Зарубежные аналоги:
Марка КУ-1
• Spectrasil (Англия) • Suprasil (Германия) • Corning

7940; Dunnasil (США)
• Tetrasil (Франция)
• 4040 (Япония)
Марка КВ Vitreosil (Англия)

Слайд 13

Основные свойства прозрачного и непрозрачного кварцевого стекла

Слайд 14

Физико-химические свойства прозрачного особо чистого кварцевого стекла КС-4В
Плотность (20 ОС)

- 2200 кг/м3
Температура размягчения (Литтлтона) – 1750 ОС
Температура отжига - 1250 ОС
Температура длительной эксплуатации - 1000 ОС
ТКЛР (20-1000 ОС) - 5,5⋅10-7 град-1
Линейное удлинение изделия длиной 1 м (от 20 до 1000 ОС) - 0,54 мм
Двулучепреломление (в изделиях) - не более 10 нм/см
Удельное электрическое сопротивление (при 350 ОС) - 7⋅107 ом⋅см
Диэлектрическая постоянная (20-1200 ОС) - 3,86
Микротвёрдость - 9,4 ГПа
Модуль упругости - 70,6 ГПа

Слайд 15

Природные сырьевые материалы: горный хрусталь, дымчатый горный хрусталь (раухтопаз), молочно-белый кварц

Слайд 16

Методы получения кварцевого стекла

Слайд 17

Электрическая индукционная вакууматмосферная тигельная печь для плавки кварцевого стекла и вытяжки

труб

1 – индуктор; 2 – кварцевый корпус; 3 – графитовый тигель; 4 – нижний диск; 5 – заглушка; 6 – изоляционное кольцо; 7 – тепловая изоляция; 8 – графитовая втулка; 9 – вакуумная прокладка; 10 - сильфон

Температура – 1750 оС

Вакуум (начало плавки) – 0,01-1 Па

Вакуум (конец плавки) – 10 2 – 10 3 Па

В вакуумно-компрессионной печи по окончании плавки – подача азота

Время плавки – 3-5 час

Масса блока – 15-40 кг

Слайд 18

Газовая печь для наплавления прозрачного кварцевого стекла
1 – смотровое окно; 2

– огнеупорный муфель; 3 – свод; 4 – газовая горелка; 5 – бункер с питателем шихты; 6 – выхлоп отходящих газов; 7 – механизм подъема и опускания подложки; 8 – механизм вращения подложки; 9 – блок кварцевого стекла; 10 – металлическая подложка; 11 – слой кристобалита

Температура – 2100 – 2200 ОС

Вязкость расплава – 10 4 Па⋅с

Время плавления частиц крупки – доли секунды

Слайд 19

Методы получения высокочистого кварцевого стекла для заготовок световодов
MCVD – Модифицированное

химическое парофазное осаждение

OVD – Внешнее парофазное осаждение

Опорная трубка: кварцевое стекло диаметр ‒ (30 ‒ 40) мм; длина – 1000 мм

Технология кварцевого стекла

Содержание

Кварцевое стеклоСодержание SiO2 – (96,5 – 99,99…) %Примеси: газовые пузыри, мошка

Структура кварцевого стеклаКварцевое стекло - неорганический полимер каркасного типа из тетраэдров

Тетраэдры SiO4 образуют 4-, 5-, 6-членные кольцевые группировки. Угол Si –

Примесные дефекты структурыИзоморфное замещение: Si4+ → Ti4+ ; Si4+ → Ge4+Неизоморфное

Ведущие физико-химические свойства кварцевого стеклаОгнеупорность, рабочая температура до 1400 – 1500

Кварцевое стеклоНепрозрачноеSiO2 – более 96,5% Газовые пузыри (диаметр 0,03 – 0,3