Kinerja kaca kuarsa terutama dipengaruhi oleh kualitas bahan baku dan proses manufaktur. Jika kemurnian bahan baku tidak mencukupi, kaca kuarsa yang dihasilkan dapat menunjukkan berbagai cacat, termasuk gelembung, garis udara, pengotor, kandungan hidroksil tinggi, dan kristalisasi parah. Masalah-masalah ini dapat menyebabkan kinerja kaca kuarsa yang tidak memenuhi standar dalam berbagai cara. Jika prosesnya tidak dikontrol dengan ketat, cacat dalam gugus hidroksil, tegangan internal, garis-garis, dan mikrostruktur juga akan mengurangi indeks kinerja kaca kuarsa.
Pengotor dalam bahan baku
Logam alkali
Logam alkali seperti Li, Na, dan K memiliki aksi fluks yang kuat dalam struktur kaca kuarsa yang dilebur, yang menyebabkan devitrifikasi dan deformasi kaca kuarsa dalam aplikasi suhu tinggi. Kedua, logam alkali akan mempengaruhi sifat termal dan optik kaca kuarsa, yang pada gilirannya mengurangi masa pakai sumber cahaya listrik dan semikonduktor. Selain itu, logam alkali juga dapat meningkatkan koefisien dielektrik dan kehilangan dielektrik kaca kuarsa, mempengaruhi sifat dielektrik dan kekuatan mekanik kaca kuarsa.
Logam transisi
Logam transisi, termasuk Fe, Cr, Mn, Ni, dan Cu, menunjukkan berbagai tingkat oksidasi, sering kali dimanifestasikan dalam warna tertentu. Fenomena ini memiliki dampak signifikan pada kualitas kaca kuarsa yang dilebur. Misalnya, jejak logam transisi akan mengurangi konduktivitas kaca kuarsa yang dilebur, memainkan peran negatif dalam keandalan dan prediktabilitas instrumen. Ini juga akan menimbulkan bintik warna atau perubahan warna suhu tinggi pada permukaan kaca kuarsa, sehingga mempengaruhi kinerja transmisi cahaya.
Elemen Al, B, Ti, dll.
Kandungan Al, B, dan Ti dalam kuarsa secara langsung terkait dengan geologi deposit. Elemen-elemen ini, ketika hadir dalam kisi kuarsa, dapat membentuk ikatan kimia yang kuat, yang merupakan pengotor yang paling menantang untuk dihilangkan dari kuarsa. Kandungan berlebihan dari elemen-elemen ini akan memiliki dampak signifikan pada kristalisasi kaca kuarsa, yang mengakibatkan pembentukan kaca kuarsa yang keras dan rapuh dengan kekuatan yang berkurang.
Pengotor dari inklusi
Kuarsa alami biasanya mengandung inklusi mineral. Karena ukuran partikel yang sangat kecil dan penutupan yang ketat dari inklusi dalam kuarsa, sulit untuk menghilangkan inklusi mineral dan inklusi yang dilebur dengan metode pemilihan dan peleburan tanpa merusak kristal kuarsa itu sendiri. Selain itu, dampak dari inklusi fluida pada kuarsa berkualitas tinggi juga dibuktikan dengan kehadiran berbagai ion logam dalam inklusi fluida, yang juga merupakan salah satu faktor utama yang mempengaruhi kemurnian kuarsa.
Gugus hidroksil
Karena pengotor dan struktur dalam kaca kuarsa menentukan sifat fisik dan kimianya, kehadiran gugus hidroksil dalam kaca kuarsa dapat mengubah kontinuitas struktur jaringan kuarsa dan lebih lanjut mempengaruhi sifat-sifatnya. Kehadiran gugus hidroksil juga akan mengurangi stabilitas kimia, kekuatan struktural, ketahanan panas, dan keseragaman optik kaca kuarsa.
Kehadiran gugus hidroksil akan mengubah sifat fisik dan kimia kaca kuarsa
Kinerja unggul dari kaca kuarsa terutama bergantung pada struktur tetrahedral stabil dari [SiO4]. Ketika ada cacat hidroksil, itu akan memutuskan ikatan Si-O dalam jaringan Si-O-Si, sehingga meningkatkan porositas struktur, mengurangi stabilitas kimia, densitas, dan viskositas kaca kuarsa. Karena kehadiran gugus hidroksil meningkatkan fleksibilitas ikatan Si-O, maka akan meningkatkan modulus Young (E) dan modulus torsi (G) dalam kaca kuarsa sambil mengurangi suhu pelunakannya dan mendorong kristalisasi.
Kehadiran gugus hidroksil akan mempengaruhi sifat optik kaca kuarsa
Dalam kaca kuarsa yang dilebur yang diproduksi dengan peleburan listrik, gugus hidroksil terutama berasal dari inklusi fluida dalam pasir kuarsa berkualitas tinggi sebagai bahan baku. Dalam kaca kuarsa yang dilebur yang diproduksi dengan pemurnian gas, gugus hidroksil terutama berasal dari nyala oksihidrogen, karena hidrogen dan air dapat dengan mudah bereaksi dengan oksigen dalam silikon dioksida untuk membentuk gugus hidroksil. Kaca kuarsa yang disiapkan dengan peleburan plasma sering memiliki kemurnian tinggi dan gugus hidroksil rendah.
Gelembung
Inklusi fluida tidak akan meledak sepenuhnya selama proses peleburan kuarsa, dan inklusi fluida yang tidak meledak sebelum peleburan akan membentuk gelembung dalam kaca kuarsa yang dilebur. Viskositas tinggi dari kuarsa yang dilebur membuat penghilangan gelembung menjadi sangat menantang. Akibatnya, persiapan kaca kuarsa memerlukan pemilihan bahan baku yang menunjukkan kandungan pengotor rendah, dengan jumlah inklusi yang terbatas atau dengan inklusi yang telah meledak.
Ketidakrataan distribusi ukuran partikel dalam bahan baku akan mengakibatkan pembentukan gelembung dan mikro-nuklei dalam kaca kuarsa. Misalnya, dalam proses peleburan, perbedaan energi aktivasi permukaan mengakibatkan peleburan kuarsa berukuran kecil lebih cepat daripada kuarsa berukuran besar. Kuarsa yang meleleh akan melapisi permukaan kuarsa yang belum meleleh, membuat partikel besar sulit meleleh sepenuhnya. Ini mengakibatkan pembentukan cacat pada partikel, penciptaan nuklei kristal partikel, dan percepatan kristalisasi. Selain itu, kandungan gas yang tinggi dalam celah antara partikel kecil membuat proses pelepasan gas selama peleburan menjadi lebih menantang.
The bentuk partikel dari bahan baku juga merupakan salah satu alasan yang mempengaruhi pembentukan gelembung dalam kaca kuarsa. Dalam proses peleburan pasir kuarsa berkualitas tinggi, partikel akicular dengan panjang besar mudah membentuk struktur seperti perancah, yang mengakibatkan kurangnya kelancaran dalam material, sehingga menimbulkan gelembung dalam produk kaca. Untuk mengurangi terjadinya fenomena perancah dan meningkatkan fluiditas pasir kuarsa, sangat penting bahwa pasir kuarsa berbentuk granular dan menunjukkan rasio panjang-ke-diameter sedekat mungkin dengan 1:1, yang mendekati bentuk bola. Oleh karena itu, distribusi ukuran partikel dan bentuk partikel dari bahan baku harus dikontrol dengan ketat.
Secara umum, kualitas buruk dari kaca kuarsa dapat dikaitkan dengan dua faktor utama: kemurnian bahan baku dan proses manufaktur. Oleh karena itu, perlu untuk meningkatkan kinerja kaca kuarsa dari dua aspek: pengolahan bahan baku kuarsa dan teknologi inti produksi kaca kuarsa.
