熔融石英

熔融石英是玻璃组成的二氧化硅在无定形（非结晶的）形式。它与传统玻璃的区别在于不含其他成分，通常将其添加到玻璃中以降低熔融温度。因此，熔融石英具有较高的工作和熔融温度。尽管术语熔融石英和熔融石英可互换使用，但是熔融石英的光学和热学性质由于其纯度优于熔融石英和其他类型的玻璃。由于这些原因，它可用于半导体等场合制造和实验室设备。它比其他玻璃具有更好的紫外线透射性，因此可用于制造紫外线光谱的镜片和光学器件。低的热膨胀系数熔凝石英的使得用于精密反射镜衬底的有用材料。

熔融石英是通过熔融（熔化）由石英晶体组成的高纯硅砂制成的。商用石英玻璃有四种基本类型：

• I型是通过在真空或惰性气氛中感应熔化天然石英制成的。
• II型是通过将石英晶体粉末在高温火焰中熔化而制成的。
• 通过在氢气-氧气火焰中燃烧SiCl ₄来生产III型。
• IV型是通过在无水蒸气的等离子火焰中燃烧SiCl ₄制成的。

石英仅包含硅和氧，尽管商用石英玻璃通常包含杂质。最主要的杂质是铝和钛。

使用电加热炉（电熔）或燃气/氧气燃料炉（火焰熔）在约1650°C（3000°F）的温度下进行熔化。熔融二氧化硅可由几乎任何富含硅的化学前体制成，通常使用连续过程，该过程涉及将挥发性硅化合物火焰氧化为二氧化硅，然后将所得粉尘进行热熔（尽管使用了其他方法）。这产生了具有超高纯度的透明玻璃，并改善了在深紫外线中的光学透射率。一种常见的方法是将四氯化硅添加到氢氧火焰中。

熔融石英通常是透明的。但是，如果允许将小气泡滞留在其中，则该材料可能会变得半透明。含水量（因此熔融石英和熔融二氧化硅的红外透射率）由制造过程确定。由于碳氢化合物和氧气为炉子加油，火焰熔化的材料始终具有较高的水含量，从而在材料内形成羟基[OH]。IR级材料的[OH]含量通常低于10 ppm。

熔融石英的大多数应用都利用其宽的透明度范围，该范围从UV延伸到近IR。熔融石英是用于电信的光纤的关键原材料。

由于其强度和高熔点（与普通玻璃相比），熔融石英用作卤素灯和高强度放电灯的外壳，卤素灯和高强度放电灯必须在较高的外壳温度下工作才能实现高亮度和长寿命的组合。带有硅胶套的真空管可以通过白炽阳极进行辐射冷却。

由于其强度，熔融石英被用于深层潜水器皿，如浮球和底盘镜。熔融石英还用于形成载人航天器的窗户，包括航天飞机和国际空间站。

强度、热稳定性和UV透明性的结合使其成为用于光刻的投影掩模的极佳基材。

它的紫外线透明性也可用于半导体行业。一个EPROM，或可擦除可编程只读存储器，是一种类型的存储器的芯片时，其电源被切断保持它的数据，但它可以通过暴露于强紫外光擦除。通过位于包装顶部的透明熔融石英窗口可以识别EPROM，通过该窗口可以看到硅芯片，并且可以在擦除过程中将其暴露在紫外线下。

由于热稳定性和成分的原因，它被用于5D光学数据存储和半导体制造炉中。

熔融石英具有用于制造xxx面反射镜（如望远镜中使用的反射镜）的几乎理想的性能。该材料的行为可预测，并允许光学制造商在表面上进行非常平滑的抛光，并通过较少的测试迭代即可生成所需的图形。在某些情况下，高纯度紫外线等级的熔融石英已被用于制造特殊用途镜头的多个单个未镀膜的镜头元件，包括Zeiss 105 mm f / 4.3 UV Sonnar（以前为哈苏相机制造的镜头，和尼康UV-Nikkor 105 mm f / 4.5（目前出售作为尼康PF10545MF-UV）镜头。这些透镜用于紫外线摄影，因为石英玻璃的消光率比用更常见的fl石或冠玻璃配方制成的透镜低。

可以对熔融石英进行金属化和蚀刻，以用作高精度微波电路的基板，其热稳定性使其成为窄带滤波器和类似要求苛刻应用的理想选择。介电常数比氧化铝低，可以实现更高的阻抗走线或更薄的基板。

熔融石英也是用于现代玻璃乐器（例如玻璃竖琴和大提琴）的材料，也用于历史玻璃口琴的新版本。在这里，熔融石英具有卓越的强度和结构，比起历史上使用的铅晶体，它具有更大的动态范围和更清晰的声音。

熔融二氧化硅作为工业原料，用于制造各种耐火形状，例如坩埚、塔盘、护罩和辊，用于许多高温热处理，包括炼钢、熔模铸造和玻璃制造。由熔融石英制成的耐火材料具有出色的耐热冲击性，并且对大多数元素和化合物（包括几乎所有的酸）具有化学惰性，无论浓度如何，除了氢氟酸（即使在相当低的浓度下也具有很高的反应性）。半透明的熔融石英管通常用于在房间加热器，工业炉和其他类似应用中包裹电气元件。

由于其在常温下的机械阻尼低，因此可用于高Q谐振器，特别是半球形谐振器陀螺仪的酒杯谐振器。

当标准硼硅酸盐玻璃不能承受高温或需要高紫外线透过率时，化学实验室有时会使用石英玻璃器皿。生产成本高得多，限制了其使用；它通常是直接暴露在热中的单个基本元素，例如炉中的管子或烧瓶。

极低的热膨胀系数，约为5.5⋅10 ^-7 / K（20 ... 320°C），说明其具有出色的承受较大的快速温度变化而不会破裂的能力（请参阅热冲击）。

熔融石英在强烈的紫外线照射下容易发生磷光和“日光化”（紫色变色），这在闪光灯中经常看到。“ UV级”合成熔融石英（以各种商品名出售，包括“ HPFS”，“ Spectrosil”和“ Suprasil”）具有非常低的金属杂质含量，使其对紫外线更透明。厚度为1 cm的光学元件在170 nm波长处的透射率约为50％，而在160 nm处的透射率仅为百分之几。但是，其红外透射率受到2.2μm和2.7μm的强吸水率的限制。

电熔的“红外级”熔融石英（商品名“ Infrasil”、“ Vitreosil IR”等）具有更多的金属杂质，将其紫外线透射波长限制在250 nm左右，但水含量低得多，可实现高达3.6μm波长的出色红外传输。所有等级的透明熔融石英/熔融石英具有几乎相同的机械性能。