)石英玻璃
石英玻璃
二氧化硅单一组分的玻璃。这种玻璃硬度大可达莫氏七级，具有耐高温、膨胀系数低、耐热震性、化学稳定性和电绝缘性能良好，并能透过紫外线和红外线。除氢氟酸、热磷酸外，对一般酸有较好的耐酸性。按透明度分为透明和不透明两大类。按纯度分为高纯、普通和掺杂三类。用水晶，硅石，硅化物为原料，经高温
透明石英玻璃高纯石英玻璃可制光导纤维随着半导体技术的发展，石英玻璃被广泛的用于半导体生产的各项工序中。比如，直拉法把多晶转化成单晶硅；清洗时用的清洗槽；扩散时用的扩散管、刻槽舟；离子注入时用的钟罩等等。
石英玻璃是一种只含二氧化硅单一成份的特种玻璃。由于种类、工艺、原料的不同，国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，以及没有明确概念的透明、半透明、不透明石英等。国内统称石英玻璃。人们习惯于用“石英”这样一个简单的词汇来命名这种材料，这是绝对不妥的，因为“石英”是二氧化硅结晶态的一种通称，它与玻璃态二氧化硅在理化性质上是有区别的。
石英玻璃具有极低的热膨胀系数，高的耐温性，极好的化学稳定性，优良的电绝缘性，低而稳定的超声延迟性能，最佳的透紫外光谱性能以及透可见光及近红外光谱性能，并有着高于普通玻璃的机械性能。因此它是近代尖端技术中空间技术、原子能工业、国防装备、自动化系统，以及半导体、冶金、化工、电光源、通讯、轻工、建材等工业中不可缺少的优良材料之一。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。石英玻璃的性能主要取决于它的纯度，其次是工艺过程或热工制度。微量杂质的存在将给石英玻璃的使用性能带来重大的影响；同时由于工艺过程或热工制度的稍有疏忽，将给外观质量带来多种多样的缺陷，产生大量的废次产品。
连熔石英玻璃
石英石英玻璃的化学纯度
名称单位×10-4%
AlFeCaMgTiCuMnNiPbSnCrBKNaLiOH
电熔石英玻璃
322.01.51.52.080.20.270.20.2＜0.3＜0.30.22.125.31＜0.35
气炼石英玻璃
160.921.50.41.00.010.05＜0.3＜0.3＜0.3＜0.30.21.491.67＜0.3400
电弧石英玻璃
10.40.30.60.31.350.05＜0.05＜0.3＜0.03＜0.03＜0.03＜0.10.71.01.027
合成高纯石英玻璃
0.370.310.270.040.030.030.01＜0.03＜0.03＜0.03＜0.030.020.50.5＜0.031200
红外光学石英玻璃
351.452.681.321.060.220.07＜0.03＜0.03＜0.03＜0.030.32.23＜0.35
紫外光学石英玻璃
3.90.43.51.20.450.10.020.060.040.020.030.10.51.50.051200
不透明石英玻璃
567.415.31.571.50.20.1
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。
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。
合成石英玻璃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。
各种溶液侵蚀石英玻璃的重量损耗
溶液名称浓度（比重）温度（℃）浸蚀时间（小时）重量损耗（克/米2）
透明石英玻璃不透明石英玻璃
盐酸1.1960240.0340.16
硝酸1.40115240.110.15
硫酸1.84205240.060.13
氢氟酸38%室温（22℃）2259.39379.80
磷酸20015微量
3001558.00
氢氧化钠1%10120.805.15
氢氧化钾1%9820.684.63
氢氧化铵25%6520.090.33
氯化钠10%10220.140.34
碳酸钠10%10221.204.99
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。石英玻璃的这一性能对于使用者尤为重要，例如，半导体工业用石英玻璃作为高温容器或扩散管时，由于半导体材料要求很高的纯度，所以要求与石英玻璃接触的作为炉衬的耐火材料必须预先经过高温和清洁处理，除掉钾、钠等碱性杂质，然后才能放入石英玻璃内使用。各种离子在石英玻璃中的扩散系数。
离子在石英玻璃中的扩散系数
透明石英玻璃合成石英玻璃
Na+2×10-45×10-5
Ca2+2×10-8
Al3+＜10-12＜10-12
Ag+10-510-7
注：
1、在1100℃下的扩散系数
2、单位：厘米2/秒
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。石英玻璃的透气常数及用石英玻璃作容器连续抽真空所的最高真空度，石英玻璃容器连续抽真空所获得的最高真空度（实验条件）
种类真空度（毫米汞柱）及温度（℃）
20900
透明石英玻璃3.7×10-67.0×10-6
不透明石英玻璃1×10-57.4×10-6
石英玻璃的透气常数K
气体透气常数K
200℃400℃600℃700℃800℃900℃1000℃
氦1.396.1516.421.928.536.245.4
氢0.0220.371.432.524.256.4010.00
氘（重氢）17
氖2.84.2
氩＜10-15
氧＜10-15
氮＜10-15
单位：×10-10厘米3.毫米/秒.厘米2乇（在标准压力下）
| 水晶熔制 | 合成石英玻璃 | |
| Nd(He587.56nm) | 1.45857 | 1.45857 |
| Nf(H486.13nm) | 1.46324 | 1.46314 |
| Nc(H656.27nm) | 1.45645 | 1.45637 |
| γ=(Nd-1)/(Nf-Nc) Nf-Nc | 67.6 0.00678 | 67.7 0.00677 |
石英玻璃的电性能
性能名称电性能指标及种类
透明石英玻璃不透明石英玻璃
耐击穿电压（仟伏/毫米）室温＞30＞16
500℃117.6
介电常数（106赫）ε＝3.7
ε＝3.5
介电损耗tgδ(50周/秒)0.00030.001
电阻（欧姆.厘米）20℃1×10191×1015
500℃3×1081×107
1000℃1×1063×104
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，因此石英玻璃是优良的高温介电绝缘材料。
波长Wavelengthinnm1-ZS-23HS4ZKHS石英玻璃的结构，杂质含量，OH基因及NO、CO等含量是影响光谱透过率的主要因素，氧原子结合不良在0.24μ处则有吸收峰，含有OH基团的石英玻璃，在2.7μ处由于分子振动将产生明显的吸收峰，紫外透过率低主要是由于金属杂质多造成原子吸收光谱所致。
石英玻璃的光谱特性曲线
电熔石英玻璃是很好的透红外材料，但由于杂质的存在，紫外透过率低。氢氧焰熔制水晶所获得的石英玻璃，由于氧结构缺陷，在0.24μ处有吸收峰，同时含有OH基团，所以红外透过极低。用合成原料气炼的高纯光学石英玻璃是最好的透紫外材料，但在2.7μ处有严重的OH吸收峰。只有用合成原料通过电熔或无氢火焰熔融而成的光学石英玻璃，才能很好地透过从远紫外到近红外的连续光谱。
石英玻璃的热膨胀系数小，为5.5×10-7/℃，只有普通玻璃的1/12～1/20.部标准规定将试样灼烧到1200℃后急速投到冷水中，反复三次以上不允许炸裂。石英玻璃加入适量钛元素后还可做成零膨胀系数的材料，在激光技术、天文和尖端技术中已得到应用。
透明石英玻璃的膨胀系数是温度的函数：α0,t=1/L0×(Lt-L0)/t
式中：L0＝温度0℃时的长度Lt＝温度t℃时的长度t=摄氏温度
耐高温石英玻璃条1、石英玻璃制品是贵重的材料，使用时必须轻拿轻放，十分小心；
2、各种石英玻璃都有一个最高使用温度，使用时不应超过此温度，否则会析晶或软化变形；
3、需高温使用的石英玻璃，使用前必须擦拭干净。可以用10%的氢氟酸或洗液浸泡，然后用高纯水清洗或酒精处理。操作时应戴细线手套，不允许用手直接触及石英玻璃；
4、高温下允许连续使用石英玻璃制品，这对延长石英玻璃的寿命和提高耐温性能是有好处的。反之，高温下间歇使用石英玻璃制品，其使用次数是有限的；
5、石英玻璃材质虽具有极高的热稳定性，可以经受剧烈的温差骤变。但实际使用时，由于残余应变和产品形状不同，热稳定性有一定的差别，使用时应加以注意；
6、石英玻璃系酸性材料，高温使用时严格避免同碱性物质（如水玻璃、石棉、钾钠的化合物等）接触，否则将大大降低其抗结晶性能。
石英玻璃其二氧化硅含量比普通玻璃高得多，一般石英玻璃二氧化硅含量在99.999%。
石英玻璃具有优异的光学性能，不仅可见光透光度特别好，而且透紫外线，红外线。
石英玻璃是良好的耐酸材料，除氢氟酸和300度以上的热磷酸外，在高温下，它能耐硫酸，硝酸，盐酸，王水，中性盐类，碳和硫等侵蚀，其化学稳定性相当于耐酸陶瓷的30倍，相当于镍铬合金和陶瓷的150倍，它耐高温，耐热震，热膨胀系数特别小。
石英玻璃电学性能极佳，在常温下，它的电阻相当于普通玻璃的10倍，对全部频率的介电损失很微小，绝缘耐压强度大。
石英玻璃还具有耐宇宙放射线，和不透原子核裂变产物的性质。
石英玻璃主要用于电光源，半导体，光学新技术等方面。
新型光源方面：做高压水银灯、长弧氙灯、碘钨灯、碘化铊灯、红外线灯和杀菌灯等。
半导体方面：是半导体材料和器件生产过程中不可缺少的材料，如生长锗，硅单晶的坩埚、舟皿炉芯管和钟罩等。
在新技术领域中：用其声、光、电学的极佳性能、做雷达上的超声延迟线，红外跟踪测向，红外照像、通迅、摄谱仪、分光光度计的棱镜，透镜、大型天文望远镜的反射窗，高温作业窗、反应堆、放射性装置；火箭，导弹的鼻锥体，喷嘴和天线罩：人造卫星的无线电绝缘零件，辐射；热天秤，真空吸附装置，精密铸造等。
石英玻璃还用于：化工、冶金、电工、科研等方面。在化工方面：可做高温耐酸性气体的燃烧、冷却的和通风装置，酸性溶液的蒸发，冷却吸物收，贮存装置,蒸馏水,盐酸、硝酸、硫酸等的制备和其它物理化学实验用品。在高温业作方面：可做光学玻璃的，坩埚成萤光体客气，电炉炉芯管，气体燃烧辐射体，在光学方面：石英玻璃和石英玻璃棉可作火箭的喷咀，宇宙飞船防热罩和观察窗等，总之，随着现代科学技术的发展，石英玻璃在各个领域方面得到更加广泛的应用
1、http://www.jingchengqg.com/news/show3.asp?id=392
2、http://www.lygdxquartz.com/website/Product.asp
