第一節(jié) 產(chǎn)品技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

熔融石英，從制備方法上，可分為有天然石英砂為原料的2000℃左右的高溫熔融法以及由SiCl4為原料的化學合成法。根據(jù)制備方法的不同，玻璃中除SiO2的成分以外，還以Si-OH的形式存在的水。熔融石英又可分為有水型和無水型，國際上通常將熔融石英分為Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ，Ⅳ類。下表列出了各類熔融石英的制備方法，主要特性。

熔融石英的分類、制備方法、特性

第二節(jié) 產(chǎn)品工藝特點或流程

1、天然石英砂的高溫熔融

第Ⅰ，Ⅱ類熔融石英是以天然石英砂為原料，通過高溫熔融來制作的。第Ⅰ類是通過電爐高溫熔融，而第Ⅱ類是通過氫氧火焰高溫熔融的。

第Ⅰ，Ⅱ類熔融石英制備的示意圖

（a）為Ⅰ類熔融石英制備，（b）為Ⅱ類熔融石英制備

第Ⅰ類熔融石英，是熔融石英中耐熱變形性最好的。利用這一特性，可作為半導體硅片的熱處理用的托架材以及爐管材的材料。

第Ⅱ類熔融石英，由于通過氫氧火焰加熱，因此熔融石英中不可避免的含有一定量的水。Si-OH的含量為100-300ppm。因為Si-OH的存在，第Ⅱ類的熔融石英耐高溫變形性比第Ⅰ類熔融石英差。

由于所使用的原料是天然石英砂，第Ⅰ、Ⅱ類熔融石英中不僅含有一定量的金屬雜質(zhì)，而且玻璃結(jié)構(gòu)中還殘留著石英粒子的痕跡，從而有光散亂。他們不適用于要求高純及低光散亂的光通信用的光纖、半導體產(chǎn)業(yè)用的掩?；搴妥贤夤鈱W材料。適合這些用途的熔融石英是合成熔融石英。

2、SiCl4的高溫氫氧火焰中的加水分解——直接合成熔融石英法

第Ⅲ類熔融石英也叫直接發(fā)合成熔融石英，所使用的原料是SiCl4氣體。原料SiCl4氣體和氫氣及氧氣，通過燃燒管被導入反應(yīng)室中。SiCl4遇水產(chǎn)生分解：

SiCl4+2H2O-->SiO2+4HCL

生成的的SiO2微粒堆積在一起，并在高溫下直接被融化成玻璃。

直接法合成熔融石英的制備方法

這樣得到熔融石英含有很高的水分（Si-OH，500-1000ppm），并含有溶解在玻璃結(jié)構(gòu)中的H2（1017-1019molecule/cm3）。

由于-OH的存在，玻璃的耐熱變形性變差，而且在紅外區(qū)域有很強的吸收。因此，第Ⅲ類熔融石英不適合應(yīng)用于半導體的熱處理用器材以及光纖。但是，正因為-OH的存在，這類玻璃不僅紫外光區(qū)域的透過率高，而且能耐長時間的紫外激光照射。作為半導體產(chǎn)業(yè)上的KrF，ArF準分子激光光刻系統(tǒng)用的光學透鏡、掩模片的基板，第Ⅲ類熔融石英成了半導體產(chǎn)業(yè)上不可缺少的關(guān)鍵材料。

3、先堆積成棒，后加熱燒結(jié)法-間接法合成熔融石英

所用的原料也是SiCl4氣體。但是，與直接發(fā)不同的是，該法不讓生成的SiO2微粒直接被高溫燒結(jié)呈透明的玻璃，而是先讓SiO2微粒堆積成棒。所得的棒是多孔質(zhì)而且不同名的。然后，將SiO2微粒多孔質(zhì)棒加熱少結(jié)成透明的玻璃棒。

與直接法相比，間接法的最大優(yōu)點是能控制玻璃中的-OH的含量。間接法適用于制備不含水的熔融石英。由于-OH在紅外區(qū)域上有強烈的吸收，作為光纖基材的熔融石英光纖預制棒，不能含有水，也就是要求-OH的含量在1ppm以下。

OVD法及VAD法制備熔融石英的示意圖

VAD法是有日本 研究 開發(fā)的一種制作光纖預制棒的方法。主要工藝是：1)通過燃燒管將原料氣化的SiCl4和O2以及H2導入反應(yīng)室中。2）SiCl4和水反應(yīng)生成SiO2。3）生成的SiO2微粒在垂直引上同時旋轉(zhuǎn)的石英玻璃管的頭部堆積而成實心的SiO2微粒多孔質(zhì)棒。4）經(jīng)過Cl2的除水以及在氦氣氛中進行1500℃左右的高溫燒結(jié)而制成透明的熔融石英。

4、等離子體法合成熔融石英

等離子體法是合成不含-OH的熔融石英的方法之一，得到的熔融石英也叫第Ⅳ類熔融石英。這種方法也是直接合成熔融石英的方法之一。和第Ⅲ類的制備方法不同，它不使用氫氧火火焰，而是用Ar+O2的誘導等離子體，讓原料SiCl4和O2反應(yīng)生成SiO2微粒，并在等離子體的高溫下直接融化成透明的熔融石英。

等離子體法合成熔融石英的示意圖

第三節(jié) 國內(nèi)外技術(shù)未來發(fā)展趨勢 分析

目前熔融石英的應(yīng)用越來越廣泛，為了使熔融石英能在電子、航天領(lǐng)域得到更好的發(fā)展，提高熔融石英的純度將是未來熔融石英生產(chǎn)過程中的重點，目前各種物理及化學辦法對熔融石英提純的精度還有待進一步加強。因此在今后的進一步 研究 中，通過提純工藝的創(chuàng)新和多種新型技術(shù)的應(yīng)用來使得提純過程中熔融石英的精度可以有效的控制和檢測。

大量實驗及生產(chǎn)數(shù)據(jù)表明，精鑄制殼面層改用高純?nèi)廴谑⒎郏ㄉ埃哂腥缦聝?yōu)點：

1）性價比高

高純?nèi)廴谑⒎郏ㄉ埃﹥r格比鋯粉（砂）低，密度又僅為鋯粉（砂）的1/2，同樣的殼模表面積，熔融石英粉（砂）的用量省50%，大大降低了制殼成本，以面層撒砂改用熔融石英砂，漿料面層以鋯粉中摻入10～15%熔融石英粉，漿料二層改用熔融石英粉為例估算，至少可減少鑄件制殼成本1000～1500元/t。

2）脫殼性能優(yōu)良

高純?nèi)廴谑⒎郏ㄉ埃┨娲喎郏ㄉ埃┧频脷つ?，其脫殼性能明顯改善，更有利于堿煮、堿爆等化學清理，可降低清殼成本，提高效率，特別對精密鑄件、深孔件、薄壁件清殼效果尤為顯著。

3）透氣性好，充型容易

高純?nèi)廴谑⒎郏ㄉ埃┨娲喎郏ㄉ埃┧菩蜌ぃ笟庑阅苊黠@優(yōu)于一般型殼，對小巧薄壁鑄件經(jīng)常出現(xiàn)的澆不足及鑄件的縮松、縮孔、氣孔有明顯的改善作用。

4）熱膨脹率低

高純?nèi)廴谑⒎郏ㄉ埃┨娲喎郏ㄉ埃┧菩蜌?，熱膨脹系?shù)大大低于一般型殼，有利于防止脫蠟及焙燒過程中型殼的開裂和變形，對鑄件尺寸公差要求嚴格的產(chǎn)品，更適合采用。

上一篇：人工耳蝸植入體國內(nèi)市場綜述
下一篇：LED節(jié)能燈管行業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈分析（LED節(jié)能燈管項目市場投資可行性研究報告-節(jié)選）