Een snelle gids voor drie soorten kwartsglas: helder, melkkleurig en zwart kwarts

Wist u dat kwartsglas gewoonlijk in twee hoofdcategorieën wordt onderverdeeld naargelang het uiterlijk en de lichtdoorlatende eigenschappen:doorzichtig kwartsglasenglas van ondoorzichtig kwarts? Deze indeling wordt weerspiegeld in de industriële praktijk en in relevante normen, zoals JC/T 2205 2014 en GB/T 42800 2023.

Wat zijn de verschillen tussen helder kwarts, melkkwarts en zwart kwarts?

Hoewel alle drie de materialen behoren tot de amorfe silica familie,De verschillen in hun microscopische structuren en samenstellingen geven ze compleet verschillende mogelijkheden om licht en warmte te beheersen..

In eenvoudige bewoordingen:

• Glanzige kwartsHet fungeert als een optisch venster dat licht en stralingsenergie uitzendt.
• met een breedte van niet meer dan 15 mmHet werkt als thermische stralingsbarrière die reflecteert en isolaat.
• Zwarte kwartsdient als thermisch beheersmateriaal dat straling absorbeert en de temperatuur gelijkmatigheid verbetert.

1Uiterlijk en microstructuur: de rol van bubbels en dopanten

1.1 Helder kwarts

In sommige synthetische kwartsproducten van hoge zuiverheid kunnen de onzuiverheidsconcentraties het ppb-niveau bereiken.wat slechts een paar delen per miljard betekent.

De uitstekende optische homogeniteit en de extreem lage defectdichtheid vormen de basis voor het gebruik ervan in precisie-optica, halfgeleiderproductie en hoogzuivere laboratoriumapparatuur.

1.2 Melkige ondoorzichtige kwarts

Het melkachtige uiterlijk van ondoorzichtig kwarts wordt hoofdzakelijk veroorzaakt door een groot aantal gelijkmatig verdeelde bubbels van micrometergrootte in het materiaal.

Wanneer licht het kwarts binnendringt, wordt het sterk verspreid en weerspiegeld op de interfaces tussen de bubbels en de silica-matrix.Dit onderbreekt het directe transmissietraject en geeft het materiaal zijn karakteristieke melkwitte kleur., ondoorzichtig.

Melkkwarts wordt over het algemeen vervaardigd uit hoogzuiver kwartszand in combinatie met een gecontroleerde hoeveelheid schuimmiddel.

1.3 Zwart kwarts

Zwart kwarts heeft een diepzwart uiterlijk en is in wezen ondoorzichtig.

Het wordt gewoonlijk geproduceerd door met precisie kwartsgrondstoffen te dopen met componenten zoals elementair silicium of TiO2.Deze dopanten creëren een gespecialiseerde microstructuur met een hoge optische absorptie over geselecteerde golflengtebereiken, waardoor het materiaal valt licht kan absorberen in plaats van het door te geven of te reflecteren.

2Verschillen in optische en thermische prestaties

De drie soorten kwartsglas gedragen zich zeer verschillend in optische en thermische omgevingen.en mechanismen voor thermisch beheer.

2.1 Lichtdoorstraling en optische absorptie

Duidelijk kwarts:
Het is daarom geschikt voor toepassingen die optische waarneming, lichttransmissie,of overdracht van stralingsenergie.

melkkwarts:
Milky quartz is een sterk lichtverspreidende stof, waarvan het vermogen om licht te verspreiden voornamelijk afhangt van de grootte van de bel, de dichtheid van de bel en de dikte van het materiaal.

Zwart kwarts:
Zwart kwarts is in wezen niet-transmitterend en heeft een hoge optische absorptie.Sommige zwarte kwartsproducten met een dikte van 3 mm kunnen meer dan 95% van de straling van het ultraviolette tot het middengolf-infrarood bereik absorberen.

2.2 Mechanismen voor thermisch beheer

Duidelijk kwarts:
Het is geschikt voor toepassingen waarbij zowel licht als stralingswarmte door het materiaal moeten gaan.

melkkwarts:
Milky quartz vermindert de stralingswarmteoverdracht door infraroodstraling te verspreiden en te reflecteren door zijn interne microbubbels.warmtebeschermers, en stralingsbarrières.

Zwart kwarts:
Zwart kwarts heeft een thermische geleidbaarheid van ongeveer 1,65 W/m·K, wat laag blijft in vergelijking met metalen en veel bouwmaterialen.Het vertoont ook een hoge optische absorptie en een hoge thermische emissiviteit.

De combinatie van hoge absorptie, hoge emissiviteit en relatief lage thermische geleidbaarheid stelt zwart kwarts in staat om inslagstraling te absorberen en energie te herverdelen door thermische straling.het verbeteren van de temperatuuruniformiteit en het verminderen van lokale hotspots.

3Temperatuurbestendigheid en zuiverheid

3.1 Temperatuurweerstand

In het algemeen kan de temperatuurbestendigheid van de drie materialen als volgt worden samengevat:

Zwart kwarts > Helder kwarts ≥ Melkkwarts

Zwart kwarts:
Het verzachtingspunt van bepaalde speciaal gedopeerde zwarte kwartsmaterialen kan ongeveer 2000°C bereiken.schildplaten, wafers en andere onderdelen die worden blootgesteld aan extreem hoge temperaturen en intense thermische straling.

Duidelijk kwarts:
De aanbevolen temperatuur voor langdurige werking is over het algemeen ongeveer 1.100°C, terwijl de temperatuur voor korte blootstelling ongeveer 1.200°C kan bereiken.

Wanneer kwartsglas voortdurend wordt blootgesteld aan temperaturen boven 1.100°C, neemt het risico op kristallisatie en devitrificatie aanzienlijk toe.Langdurige werking boven de aanbevolen temperatuur dient daarom te worden vermeden..

melkkwarts:
De siliciummatrix van melkkwarts is vergelijkbaar met die van helder kwarts.snelle verwarming en koeling kan geconcentreerde thermische spanning rond de bubbels veroorzaken, waardoor de kans op scheuren toeneemt.

De langdurige temperatuurbestendigheid en thermische schokken zijn daarom over het algemeen lager dan die van hoogwaardig helder kwarts en zwart kwarts.

In fotovoltaïsche en halfgeleiderapparatuur is de voornaamste waarde van melkkwarts niet alleen dat het zichtbaar licht blokkeert, noch dat het hogere temperaturen weerstaat.De belangrijkste functie is het reflecteren van de infraroodstraling van de verwarmingskamer..

Als het in isolatiepanelen, ovensluiters en reactie-kamerflensjes wordt gebruikt, fungeert melkkwarts als een fysiek warmtebescherming.

3.2 Zuiverheid

De algemene zuiverheidsranglijst is:

Helder kwarts > Zwart kwarts > Melkkwarts

Duidelijk kwarts:
De silica zuiverheid van helder kwarts varieert over het algemeen van 99,99% tot 99,9999%.sommige hoogzuivere synthetische kwartsproducten kunnen onzuiverheidsconcentraties bereiken op ppb-niveau.

Zwart kwarts:
Hoewel functionele componenten zoals elementair silicium en TiO2 opzettelijk in zwart kwarts worden geïntroduceerd, zijn het gecontroleerde procesdopanten in plaats van ongecontroleerde onzuiverheden.In sommige producten, kan het onzuiverheidsgehalte onder de 17,5 ppm worden gehouden.

melkkwarts:
Aangezien schuimmiddelen worden gebruikt om grote hoeveelheden micron-grote bubbels te produceren, is het moeilijker om de totale onzuiverheden te beheersen.het totale verontreinigingsgehalte kan op of onder 30 ppm worden gehandhaafd.

4. Vervaardigingsprocessen

Duidelijk kwarts

Duidelijk kwarts kan worden vervaardigd uit natuurlijk voorkomend hoogzuiver kwartszand of synthetische grondstoffen op basis van silicium.

Gewone productiemethoden omvatten elektrische fusie, vlamfusie en chemische dampdepositie met siliciumtetrachloride als voorloper.

Het geselecteerde grondstof en het vervaardigingsproces hebben een directe invloed op de zuiverheid, het hydroxylgehalte, de bubbelconcentratie, de spectrale transmissie en de prestaties bij hoge temperaturen.

Milky Quartz

Milky Quartz wordt over het algemeen geproduceerd uit hoogzuiver kwartszand gecombineerd met een schuimmiddel.

Tijdens de productie moeten de grootte, het aantal en de verdeling van de bubbels nauwkeurig worden gecontroleerd om de vereiste ondoorzichtigheid, infraroodreflectiviteit en thermische isolatie te bereiken.

Zwart kwarts

Zwart kwarts wordt geproduceerd door het nauwkeurig toevoegen van functionele kleurstoffen of lichtabsorberende componenten aan kwartsgrondstoffen, gevolgd door elektrische fusie of sintering in een speciaal gecontroleerde atmosfeer.

Door de samenstelling van het dopant, de verwerkingstemperatuur en de atmosfeer van de oven te controleren, kunnen fabrikanten een stabiel zwart uiterlijk, een hoge optische absorptie,en betrouwbare prestaties bij hoge temperaturen.

5Toepassingen: verschillende materialen voor verschillende industriële toepassingen

Duidelijk kwarts: een fundamenteel materiaal voor de optica en de halfgeleiderindustrie

Duidelijk kwarts wordt veel gebruikt in:

• optische componenten zoals astronomische telescoopramen, hoogtemperatuur- en ultraviolette kijkramen;
• apparatuur voor halfgeleiderfotolitografie, diffusie en thermische verwerking;
• Quarzdifusiebuizen en procesbuizen;
• voorvormen van optische vezels;
• Laboratoriumreactoren en -vaten van hoge zuiverheid.

Het kan worden vervaardigd in buizen, platen, staven, ringen, boten, flenzen, vaten en complexe op maat gemaakte componenten, waardoor aanzienlijke ontwerpflexibiliteit wordt geboden.

Melkkwarts: een belangrijk materiaal voor warmte-isolatie

Melkkwarts wordt gewoonlijk gebruikt in:

• Reactiecamera-isolatiepanelen voor halfgeleider- en fotovoltaïsche apparatuur;
• met een vermogen van niet meer dan 50 W
• Infraroodreflecterende componenten in hoogtemperatuurapparatuur;
• Geselecteerde verwarmingsbuizen, warmtewisselaars en isolatieconstructies die worden gebruikt in chemische en metallurgische apparatuur.

Zwart kwarts: een specialist in thermisch beheer en stralingsbescherming

Zwart kwarts wordt gewoonlijk gebruikt in:

• Verwarmingselementen in fotovoltaïsche en halfgeleider warmteverwerkingsapparatuur;
• b. met een vermogen van meer dan 50 W;
• Infraroodverwarmingssystemen met een hoog vermogen;
• Laser- en lichtbeschermende hoesjes;
• Lichtblokkerende componenten in glasvezelconnectoren en optische systemen.

De definitie van de methode van de normalisatie van het zuivere en melkkwarts is relatief goed gevestigd.wordt nog steeds voornamelijk geëvalueerd op basis van de interne normen van de fabrikant en de technische overeenkomsten voor specifieke toepassingen.

Duidelijk kwarts

Doorzichtig optisch kwartsglas mag worden ingedeeld en geëvalueerd overeenkomstig JC/T 185 ▌2013,Optisch kwartsglas.

Gebaseerd op de kenmerken van de spectraaltransmissie:

• JGS1is voornamelijk ontworpen voor een hoge overdracht in het verre ultraviolette gebied.
• JGS2De Commissie heeft in haar advies over het voorstel voor een richtlijn van de Raad tot wijziging van Verordening (EEG) nr.
• JGS3is hoofdzakelijk bestemd voor toepassingen in het nabije infrarood.

De transmissieprestaties van doorzichtige kwartsbuizen kunnen worden geëvalueerd met behulp van spectrale transmissiecurven, waarin JGS2 gewoonlijk wordt weergegeven door een groene lijn.

Sommige traditionele producten van melkkwarts verwijzen nog steeds naar JC/T 182­1997.

Zwart kwarts

Omdat zwart kwarts een hoge productiedrempel heeft en de toepassingsvereisten aanzienlijk variëren op het gebied van absorptie, emissiviteit, zuiverheid en prestaties bij hoge temperaturen,nog geen specifieke nationale standaard is vastgesteld.

In de praktijk worden de producten over het algemeen beoordeeld volgens de bedrijfsnormen van grote leveranciers zoals Heraeus, met inbegrip van de HBQ®-serie, Feilihua en Pacific Quartz,of volgens technische specificaties die zijn ontwikkeld voor specifieke apparatuur en bedrijfsomstandigheden.

Conclusie: Welk type moet u kiezen?

Het kiezen van het juiste kwartsglas is in wezen een proces waarbij licht en warmte nauwkeurig worden geregeld.

• Kieshelder kwartswanneer een hoge lichtdoorstraling, een lage optische absorptie en een uitstekende optische homogeniteit vereist zijn.
• Kiesmelkquartswanneer de primaire vereisten lichtblokkering, reflectie van thermische straling en warmteisolatie zijn.
• Kieszwart kwartswanneer stralingsabsorptie, verbeterde temperatuuruniformiteit en optische of thermische bescherming nodig zijn.

De juiste keuze is afhankelijk van de mate waarin de materiële eigenschappen overeenkomen met de werkelijke werkomgeving.