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南京石英玻璃廠解析石英玻璃的生產操作

發布時間:2020/9/25

南京石英玻璃廠解析石英玻璃的生產操作

石英玻璃是在工業和研究領域中應用很廣泛的材料之一。石英玻璃包含一些其它材料所不具備的特殊性能,這使其在高科技應用中被廣泛采用。

變色龍精密玻璃公司給大家盤點關于熔融石英玻璃的性能

如果熔融石英得到正確的處理并且一些通用的設計規則得以采用,那么您會驚訝地發現其具有防震性。

涉及天體(如星系、恒星、行星、衛星、小行星和彗星)和宇宙進程(如超新星、爆炸、伽瑪射線爆發和宇宙微波背景輻射)的觀測和研究。 科學家使用地球上的設備和衛星搭載的設備進行研究。

很為人熟知的天文研究用工具是望遠鏡。 根據其工作的波長范圍不同,其采用反射式光學器件(反光鏡)或透射式光學器件(透鏡/分束器)。 望遠鏡中的一些關鍵元件由熔融石英制成。 尤其是當望遠鏡在可見光到近紅外的波段工作時。

望遠鏡越大,分辨率越佳。 因此,甚至建造了望遠鏡陣列。 這意味著各個相距數米或數千米的望遠鏡可以協同工作以生成高分辨率的圖像。 在這種情況下,同步圖像生成非常重要。 這一般通過采用光纖通信來實現。


激光器在材料加工中的應用包括切割、焊接和打標。 材料對特定能量的吸收程度取決于材料的波長相關性吸收系數。 激光的波長可根據應處于待加工材料高吸收范圍的原則來選擇。

為了將光從激光源輸送到期望工作點,需要創建一條光路。 該光路包括光導纖維、透鏡、棱鏡、反光鏡、窗口或這些光學元件的組合。 所采用的材料取決于激光的波長。 例如,對于工作在紅外(IR)光譜范圍內10.6 μm的CO2 激光器,硒化鋅是合適的透射光學器件材料選擇。

非純熔融石英玻璃(又名光學玻璃)可以在從400nm至2,000nm的可見光譜范圍內使用。 對于高功率激光應用,光學玻璃的吸收系數就太高了。 光吸收導致局部生熱,這進而會導致光學元件變形或損毀。 在這種情況下以及對于紫外光(UV)和深紫外光(DUV)的應用而言,熔融石英因其低吸收、更高溫度穩定性和高抗破壞性的特性而成為合適的材料選擇。 根據激光波長,為了獲得優秀的結果,必須選擇正確的熔融石英等級。

很高能量和高功率的激光器可導致形成所需激光加工焦點用的光學元件產生缺陷。 在所使用的材料中,某些等級的熔融石英具有很低的激光誘導損傷,這大大增加了激光光學器件的可靠性和壽命。

在加工過程中,加工所產生煙霧和碎屑可從加工平面散發出來并可能損壞激光光學器件。 許多激光加工光學器件采用AR(抗反射)涂層窗口作為蓋板或窗口片。 這些盤片屬于消耗件,它們的性能還影響著整個系統的性能和壽命。

一眼看去,熔融石英似乎品質上沒什么區別,但其中存在可以影響性能的多種差異。 這些差異可能涉及某些波長范圍的透過率、對氣泡或雜質的耐受性、對波前畸變的低耐受性,這些只是其中的幾個例子。 按照慣例,每種等級的價格各不相同。 技術上優秀的解決方案可能并不具有價格競爭力。 因此,尋找很適合特定應用的材料要根據經驗來進行選擇。 在變色龍玻璃,我們積累了大量的經驗,您可以借鑒這些經驗做出正確的選擇。

為何材料的形狀非常重要:

許多生產光學元件的公司在內部擁有所有工具,可將任意形狀材料加工成其它任何形狀。 他們可以切割、掏孔、機加工、研磨和拋光。 要搞出一套生產工藝的可能性幾乎是無限的。 為了支持快速的生產運轉,我們已經開發出一種直接成型供應的材料等級;通常以棒狀件的形式供應。 我們認為,這削減了光學拋光加工的時間和成本,因此客戶可盡快加工完成產品。 盡管如此,我們也可提供如下形狀的原材料:

粗成型的圓形或矩形棒料

切割、研磨或拋光而成的坯料

通過C&C機床加工而成的任意不尋;蛱厥庑螤

石英玻璃

電熔

在石英玻璃制造領域中,電熔是很普遍采用的熔融工藝?刹捎脙煞N方式的電熔:

連續電熔:

在這種連續熔融的工藝中,石英砂被倒入一個由難熔金屬坩堝之垂直熔化器的頂部,而熔化器由各種電加熱元件包圍。熔化器內部保持中性或弱還原氣氛以防止二氧化硅與難熔金屬發生反應。熔化的材料從坩堝底部的孔流出,并被成型為具有各種尺寸的棒材、管材、板材或其它產品。

分批投料式電熔:

在分批投料電熔方式中,大量的原料石英砂被投入到具有難熔金屬內襯的真空腔室中,此腔室也包含加熱元件。盡管此方式在歷史上曾被用來生產大型單件材料,但其也可被用來生產小得多的近凈成型材料。

純度主要取決于原料的精煉程度和所使用的工藝。變色龍玻璃只采用很高純度的石英砂加上嚴格的質量管控來制造其產品。

焰熔

從歷史上看,生產石英玻璃的第一種方式是通過石英晶體在火焰上的小規模熔煉而制成。在100多年前,變色龍玻璃化學家Richard Küch首次開始在氫氧(H2/O2)焰上熔煉石英石晶體。從那以后,變色龍玻璃一直都在采用此工藝來生產工業規模的石英玻璃。

如今,氣熔石英玻璃都采用連續工藝進行大規模生產,經過高度提純的石英砂經由高溫火焰供料并沉積在罐(帶有難熔內襯材料)中溶體的表面之上。粘性熔體通過此罐底部的模具慢慢取出,并根據模具確定的形狀凝固。通過這種方法,生產具有所需剖面形狀(圓形、矩形或空心)的透明石英玻璃錠成為可能,石英錠按照所需尺寸間隔切斷并移走以便進一步加工。合成熔融石英

在該工藝中,含硅前驅物(例如,四氯化硅;STC)在含氧氣氛中燃燒而形成二氧化硅納米顆粒(也被稱為煙塵)。因為前驅物是特意生產并提純的,所以獲得的納米顆粒具有格外高的純度而所產出的熔融石英具有非常低金屬雜質含量。

因為生產工藝涉及到化學物質的氣相(含硅前驅物),所以該方法稱為化學氣相沉積(CVD)。目前存在兩個工藝系列:一個工藝系列是將所沉積的納米顆粒直接熔煉成熔融石英層;而另一個工藝系列是先將這些煙塵積聚,再在二次加工步驟中將其凝聚成透明熔融石英(此工藝稱為玻璃化)

航空航天領域中的許多應用需要采用高端材料,它們應當能承受惡劣的環境、耐受沖擊、可輕量化,并且使用壽命長。

許多飛機和飛船都配備了大量的傳感器,它們利用光學器件來探測、跟蹤或識別無數的情況。 總體而言,許多應用是地面實驗室配置的更小遠程變體,這些應用包括遙感技術。對于更長的距離而言,光通過利用光譜儀來分析, 該光可能需要漫射以實現均勻化的照度或去除任何角度依賴性。 許多材料可以充當散光器;這些材料包括塑料、磨砂玻璃或不透明玻璃。

傳感器可能需要一個允許紫外到近紅外輻射通過的簡單可透射窗口 ,或需要某些光學元件(例如透鏡或棱鏡)。 在此,對于一個具體的波段,了解何種熔融石英等級提供何種透光性能非常重要。 然而,不僅透過率絕對值非常重要,而根據 氣泡或雜質的不同尺寸和密度來預計透過率變化可能也會引起大家的興趣。 判斷光學元件的有效通光口徑中是否存在任何散光性缺陷或遮蔽非常重要。

關于傳輸性能的更多信息

因為傳感器處于空氣(太空)中,所以技術人員要在飛行期間進行維護非常困難或不切實際。 因此,采用至少可維持飛行期間工作條件的材料至關重要。 對于太空應用,這可能會是數年或超過十年。 尤其是在太空中,材料必須能夠承受大量的離子化輻射而其性能不會老化或退化。 對于選擇很合適的材料而言,了解多高強度的光和輻射可破壞熔融石英是非常有價值的。



一步法熔融石英生產

化學氣相沉積(CVD)

對于光纖芯棒的生產,具有確定折射率之熔融石英的沉積是在熔融石英管之內完成的;瘜W物質可借助載氣被帶入到管中。生成松散體的反應由熱源來觸發。目前可采用不同的熱源,而它們也讓CVD工藝的風格有所不同。熱源可以是焰式(MCVD)、爐式(FCVD)或者是等離子體式(PCVD)。所有未反應完的氣體均在尾氣處理系統中進行處理。

關于光導纖維生產的更多信息

關于熔融石英管的更多信息

等離子外部體沉積(POD)

對于此工藝,等離子體熱源被用來“灼燒”化學前驅物并在旋轉靶材上沉積薄玻璃層。靶材可以是一個管件或一個實心棒,其并不一定是圓形。由于等離子體的高溫性,此工藝是用來生產摻氟熔融石英的很合適工藝。在二氧化硅中可獲得的很大氟含量是沉積溫度的一個函數。目前很大氟含量還存在局限性,這是因為氟還會將熔融石英刻蝕掉。氣體中的氟含量越高,沉積速率越慢。

外部離子沉積通常被用來生產高摻氟二氧化硅,其擁有比非摻雜二氧化硅更低折射率。折射率上的差異是光導纖維所需要的 ?色@得的產品為高摻氟的管或棒,但變色龍玻璃同樣提供此服務。

原標題:南京石英玻璃廠解析石英玻璃的生產操作


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