熔融石英砂具有熱穩定性好、純度高、化學性質穩定、顆粒分布均勻、熱膨脹率接近0等優點,被廣泛應用于電子、電器、軍事、航天航空、光通訊、電光源、化學工程、冶金、儀器儀表、光學鏡頭、防腐材料和耐火材料等領域。
熔融石英在高技術領域得到廣泛使用:高純耐高溫石英玻璃管、高純石英坩堝、光通訊用石英玻璃和激光用石英玻璃等都得到了快速發展。
(1)電光源行業
電光源將電能轉化為光能,在日常照明、工農業生產、國防和科研等方面被廣泛應用。常見的低強度的節能燈、殺菌燈以及高強度的
萊燈、鈉燈、金屬鹵化物燈、紅外線燈、
都是熔融石英電光源產品,殺菌燈被廣泛應用于飲食行業和醫療衛生行業。
(2)光纖行業
熔融石英材料不僅是光纖預制棒的重要基礎材料,而且光纖生產的全過程也離不開熔融石英制品,好的原材料是生產質量穩定的光纖產品的保障。高純熔融石英基管作為MCVD、PCVD及其衍生工藝技術中的重要原材料,尺寸和純度都有嚴格要求,比如說新層的沉積基管,要求為光導級。目前,雖然我國的部分光纖用石英玻璃制品已達到一定水平,但是仍缺乏如高純度、高精度的石英玻璃基管、外套管等尖端產品。
(3)航空航天行業
熔融石英具有熱膨脹系數低、優良的耐輻照性能,因此,在航空航天業中被廣泛應用。美國康寧公司研制的代號7971熔融石英在0~200℃范圍平均線性熱膨脹系數為零,熱穩定性好,密度低、剛度好、磨光性能好,用此熔融石英可制作直徑3.96m鏡坯用于大型天文望遠鏡。濾紫外線耐輻照熔融石英可以過濾紫外線保護內部傳感器,熔融石英作為結構件在太空飛船和航天飛機上被廣泛應用。
(4)電子信息、半導體行業
隨著我國電子信息、半導體、集成電路行業的迅速發展,熔融石英制造業迅速崛起。如在對單晶硅片進行摻雜、擴散、氧化、退火等關鍵工序中使用的熔融石英擴散管;硅片外延工序使用的石英鐘罩;硅片酸洗和超聲波清洗工序使用的支架;控制單晶硅工序中使用的石英坩堝等。
(5)雷達行業
超聲信號在熔融石英中的傳播速度比金屬小,延遲溫度系數低,可作為超聲延遲玻璃應用在雷達上。超聲波經大型多邊形熔融石英多次反射可以延遲1微秒以上,通過被反射的雷達信號測定移動目標的方位,具有實際應用價值。
(6)化工行業
熔融石英具有耐酸、耐高溫、化學純度高等特性,是生產化工設備的理想材料,實驗室精餾水制取采用的就是石英玻璃精餾塔。
(7)冶煉行業
熔融石英在冶煉行業中是必不可少的材料。熔融石英可抵御300℃的溫差,常用于生產工業窯爐的高溫觀察窗,還可作為熔模鑄造的型殼。
(8)精密儀器行業
熔融石英化學穩定性好、熱膨脹系數低,可用來制造精密儀器,如干涉儀、波長表、陀螺儀、重力儀等高精儀器。
生產工藝流程:
生產熔融石英砂有兩種不同的方法。一種是以高純度石英或其他含有二氧化硅的礦物為原料,利用各種熱源熔凝而成。這種被稱為天然熔融石英。另一種被稱為合成熔融石英,其采用氣態含硅化學物質(如 SiCl4),在氧氣的作用下燃燒形成二氧化硅。
天然熔融石英常用生產工藝:將精選的優質硅石原料(SiO2含量>99%),如脈石英等破碎成小顆粒,在石墨棒加熱爐(用優質鋼板卷制成一定容積的圓柱形爐體)內熔融,直接冷卻后破碎、磁選、除雜、篩分分級。
生產熔融石英有兩大難點:一是熔化溫度高、黏度大,氣泡很難排除;二是熔融石英要獲得優良性能必須提高純度,雜質總量小于萬分之一。
SiO2熔融溫度高,容易與其他物質反應生成硅酸鹽,因此選擇保溫效果好且不與熔融石英反應和選擇設計研究不影響熔融石英質量的耐火材料是主要技術難題。目前,我國熔融石英生產所采用的保溫方式主要是自保溫,即用部分不熔融的石英保溫、隔熱,以避免耐火材料污染熔融石英。自保溫工藝在實際生產中保溫效果較差,經常出現爐殼發紅等現象。自保溫工藝不僅能源浪費多,熔融石英出品率低,品質也不易保證。
在熔融石英熔制設備方面,我國大部分企業仍在沿用單碳棒電阻加熱的初級生產設備,在控制上仍是恒功率加熱,熔制過程中的能耗較高。
另外,熔融石英行業是一個高能耗產業,對電能需求大,能源消耗占熔融石英生產成本的50%以上。隨著電力能源供需矛盾日益加劇,熔融石英生產企業的生產成本不斷增加,導致利潤空間減少,行業發展受阻。提高產品品質,降低能耗,成為提高企業經濟效益的重要途徑。