क्वार्ट्ज ग्लास का प्रदर्शन मुख्य रूप से कच्चे माल की गुणवत्ता और निर्माण प्रक्रिया से प्रभावित होता है। यदि कच्चे माल की शुद्धता अपर्याप्त है, तो उत्पादित क्वार्ट्ज ग्लास में बुलबुले, एयर लाइन्स, अशुद्धियाँ, उच्च हाइड्रॉक्सिल सामग्री, और गंभीर क्रिस्टलीकरण सहित कई दोष हो सकते हैं। ये समस्याएँ विभिन्न तरीकों से क्वार्ट्ज ग्लास के प्रदर्शन को घटा सकती हैं। यदि प्रक्रिया को सख्ती से नियंत्रित नहीं किया जाता है, तो हाइड्रॉक्सिल समूह, आंतरिक तनाव, धारी और सूक्ष्म संरचना में दोष भी क्वार्ट्ज ग्लास के प्रदर्शन सूचकांक को कम कर देंगे।
कच्चे माल में अशुद्धियाँ
क्षारीय धातु
लिथियम, सोडियम और पोटेशियम जैसी क्षारीय धातुओं का फ्यूज्ड क्वार्ट्ज ग्लास की संरचना में एक मजबूत फ्लक्सिंग क्रिया होती है, जिससे उच्च तापमान अनुप्रयोगों में क्वार्ट्ज ग्लास का विक्रिस्टलीकरण और विकृति होती है। दूसरी बात, क्षारीय धातुएँ क्वार्ट्ज ग्लास के थर्मल और ऑप्टिकल गुणों को प्रभावित करेंगी, जो बदले में विद्युत प्रकाश स्रोतों और अर्धचालकों की सेवा जीवन को कम करती हैं। इसके अलावा, क्षारीय धातुएँ क्वार्ट्ज ग्लास के डाइलेक्ट्रिक गुणांक और डाइलेक्ट्रिक हानि को भी बढ़ा सकती हैं, जिससे क्वार्ट्ज ग्लास के डाइलेक्ट्रिक गुण और यांत्रिक ताकत प्रभावित होती है।
संक्रमण धातुएँ
लोहा, क्रोमियम, मैंगनीज, निकल, और तांबा सहित संक्रमण धातुएँ, विभिन्न ऑक्सीकरण अवस्थाएँ प्रदर्शित करती हैं, जो अक्सर विशिष्ट रंगों में प्रकट होती हैं। यह घटना फ्यूज्ड क्वार्ट्ज ग्लास की गुणवत्ता पर महत्वपूर्ण प्रभाव डालती है। उदाहरण के लिए, ट्रेस संक्रमण धातुएँ फ्यूज्ड क्वार्ट्ज ग्लास की चालकता को कम कर देंगी, उपकरण की विश्वसनीयता और पूर्वानुमानिता में नकारात्मक भूमिका निभाती हैं। यह क्वार्ट्ज ग्लास की सतह पर रंग धब्बे या उच्च तापमान पर रंग परिवर्तन को भी जन्म देगा, जिससे इसके प्रकाश संचरण प्रदर्शन पर असर पड़ेगा।
तत्व Al, B, Ti, आदि।
क्वार्ट्ज में Al, B और Ti की सामग्री सीधे जमा की भूविज्ञान से संबंधित होती है। जब ये तत्व क्वार्ट्ज जाली में मौजूद होते हैं, तो वे मजबूत रासायनिक बंध बना सकते हैं, जो क्वार्ट्ज से हटाने के लिए सबसे चुनौतीपूर्ण अशुद्धियाँ होती हैं। इन तत्वों की अत्यधिक सामग्री क्वार्ट्ज ग्लास के क्रिस्टलीकरण पर महत्वपूर्ण प्रभाव डालेगी, जिसके परिणामस्वरूप कठोर और भंगुर क्वार्ट्ज ग्लास बनता है जिसकी ताकत कम होती है।
समावेशन की अशुद्धियाँ
प्राकृतिक क्वार्ट्ज में आमतौर पर खनिज समावेशन होते हैं। समावेशन के छोटे कण आकार और क्वार्ट्ज के भीतर तंग संलग्नता के कारण, क्वार्ट्ज क्रिस्टल को नुकसान पहुँचाए बिना चयन और पिघलने की विधि द्वारा खनिज समावेशन और फ्यूज्ड समावेशन को हटाना मुश्किल होता है। इसके अलावा, उच्च-शुद्धता क्वार्ट्ज पर द्रव समावेशन का प्रभाव विभिन्न धातु आयनों की उपस्थिति से भी प्रमाणित होता है, जो क्वार्ट्ज की शुद्धता को प्रभावित करने वाले मुख्य कारकों में से एक है।
हाइड्रॉक्सिल समूह
क्वार्ट्ज ग्लास में अशुद्धियाँ और संरचनाएँ इसके भौतिक और रासायनिक गुणों को निर्धारित करती हैं, हाइड्रॉक्सिल समूह की उपस्थिति क्वार्ट्ज नेटवर्क संरचना की निरंतरता को बदल सकती है और इसके गुणों को और प्रभावित कर सकती है। हाइड्रॉक्सिल समूह की उपस्थिति क्वार्ट्ज ग्लास की रासायनिक स्थिरता, संरचनात्मक ताकत, गर्मी प्रतिरोध और ऑप्टिकल समानता को भी कम कर देगी।
हाइड्रॉक्सिल समूह की उपस्थिति क्वार्ट्ज ग्लास के भौतिक और रासायनिक गुणों को बदल देगी
क्वार्ट्ज ग्लास का उत्कृष्ट प्रदर्शन मुख्य रूप से [SiO4] की स्थिर चतुष्कोणीय संरचना पर निर्भर करता है। जब हाइड्रॉक्सिल दोष होता है, तो यह Si-O-Si नेटवर्क में Si-O बंध को तोड़ देगा, जिससे संरचना की छिद्रता बढ़ जाएगी, रासायनिक स्थिरता, घनत्व और क्वार्ट्ज ग्लास की चिपचिपाहट कम हो जाएगी। हाइड्रॉक्सिल समूहों की उपस्थिति Si-O बंध की लचीलापन को बढ़ाती है, इसलिए यह क्वार्ट्ज ग्लास में यंग का मापांक (E) और मरोड़ मापांक (G) को बढ़ाएगा जबकि इसके नरम होने के तापमान को कम करेगा और क्रिस्टलीकरण को बढ़ावा देगा।
हाइड्रॉक्सिल समूह की उपस्थिति क्वार्ट्ज ग्लास के ऑप्टिकल गुणों को प्रभावित करेगी
इलेक्ट्रिक पिघलने से उत्पादित फ्यूज्ड क्वार्ट्ज ग्लास में, हाइड्रॉक्सिल समूह मुख्य रूप से कच्चे माल के रूप में उच्च-शुद्धता क्वार्ट्ज रेत में द्रव समावेशन से आता है। गैस परिष्करण द्वारा उत्पादित फ्यूज्ड क्वार्ट्ज ग्लास में, हाइड्रॉक्सिल समूह मुख्य रूप से ऑक्सीहाइड्रोजन लौ से आता है, क्योंकि हाइड्रोजन और पानी सिलिकॉन डाइऑक्साइड में ऑक्सीजन के साथ आसानी से प्रतिक्रिया कर सकते हैं और हाइड्रॉक्सिल समूह बना सकते हैं। प्लाज्मा पिघलने से तैयार क्वार्ट्ज ग्लास में अक्सर उच्च शुद्धता और कम हाइड्रॉक्सिल समूह होता है।
बुलबुला
क्वार्ट्ज पिघलने की प्रक्रिया के दौरान द्रव समावेशन पूरी तरह से नहीं फटेंगे, और वे द्रव समावेशन जो पिघलने से पहले नहीं फटते हैं, वे फ्यूज्ड क्वार्ट्ज ग्लास में बुलबुले बनाएंगे। फ्यूज्ड क्वार्ट्ज की उच्च चिपचिपाहट बुलबुले को हटाने को विशेष रूप से चुनौतीपूर्ण बनाती है। इसलिए, क्वार्ट्ज ग्लास की तैयारी के लिए कच्चे माल का चयन करना आवश्यक है जो कम अशुद्धि सामग्री प्रदर्शित करते हैं, जिनमें सीमित संख्या में समावेशन होते हैं या जिनमें समावेशन फट चुके होते हैं।
असमानकण आकार का वितरणकच्चे माल के भीतर क्वार्ट्ज ग्लास में बुलबुले और सूक्ष्म-नाभिक के निर्माण का परिणाम होगा। उदाहरण के लिए, पिघलने की प्रक्रिया में, सतह सक्रियण ऊर्जा में अंतर के कारण छोटे-कण क्वार्ट्ज बड़े-कण क्वार्ट्ज की तुलना में प्राथमिकता से पिघलता है। पिघला हुआ क्वार्ट्ज बिना पिघले क्वार्ट्ज की सतह पर लेपित हो जाएगा, जिससे बड़े कणों के लिए पूरी तरह से पिघलना मुश्किल हो जाएगा। इससे कणों पर दोषों का निर्माण होता है, कण क्रिस्टल नाभिक का निर्माण होता है, और क्रिस्टलीकरण में तेजी आती है। इसके अलावा, छोटे कणों के बीच के अंतराल में गैस की उच्च सामग्री पिघलने की निकास प्रक्रिया को और अधिक चुनौतीपूर्ण बनाती है।
कच्चे माल के भीतरकण आकारकच्चे माल का भी क्वार्ट्ज ग्लास में बुलबुले के निर्माण को प्रभावित करने के कारणों में से एक है। उच्च-शुद्धता क्वार्ट्ज रेत के पिघलने की प्रक्रिया में, बड़ी लंबाई वाले सुई के आकार के कण स्कैफोल्डिंग जैसी संरचनाएँ बनाने में आसान होते हैं, जिससे सामग्री में चिकनाई की कमी होती है, जिससे ग्लास उत्पादों में बुलबुले उत्पन्न होते हैं। स्कैफोल्डिंग घटना की घटना को कम करने और क्वार्ट्ज रेत की तरलता को बढ़ाने के लिए, यह आवश्यक है कि क्वार्ट्ज रेत दानेदार प्रकृति की हो और इसका लंबाई-से-व्यास अनुपात 1:1 के जितना करीब हो, जो एक गोलाकार आकार के समान होता है। इसलिए, कच्चे माल के कण आकार वितरण और कण आकार को सख्ती से नियंत्रित किया जाना चाहिए।
सामान्य तौर पर, क्वार्ट्ज ग्लास की खराब गुणवत्ता को दो मुख्य कारकों के लिए जिम्मेदार ठहराया जा सकता है: कच्चे माल की शुद्धता और निर्माण प्रक्रिया। इसलिए, क्वार्ट्ज ग्लास के प्रदर्शन को दो पहलुओं से सुधारना आवश्यक है: क्वार्ट्ज कच्चे माल का उपचार और क्वार्ट्ज ग्लास उत्पादन की कोर तकनीक।
