석영 유리의 성능은 주로 원료의 품질과 제조 공정에 의해 영향을 받습니다. 원료의 순도가 불충분할 경우, 생산된 석영 유리는 기포, 공기선, 불순물, 높은 수산화 함량 및 심각한 결정화와 같은 다양한 결함을 나타낼 수 있습니다. 이러한 문제는 다양한 방식으로 석영 유리의 성능을 저하할 수 있습니다. 공정이 엄격히 통제되지 않으면 수산화 그룹, 내부 응력, 줄무늬 및 미세 구조의 결함이 석영 유리의 성능 지수를 감소시킵니다.
원료의 불순물
알칼리 금속
Li, Na, K와 같은 알칼리 금속은 용융 석영 유리 구조에서 강한 유동 작용을 하여 고온 응용에서 석영 유리의 탈유리화 및 변형을 초래합니다. 둘째, 알칼리 금속은 석영 유리의 열적 및 광학적 특성에 영향을 미쳐 전기 광원 및 반도체의 수명을 단축시킵니다. 또한, 알칼리 금속은 석영 유리의 유전 계수와 유전 손실을 증가시켜 유전 특성과 기계적 강도에 영향을 미칩니다.
전이 금속
Fe, Cr, Mn, Ni, Cu를 포함한 전이 금속은 특정 색상으로 나타나는 다양한 산화 상태를 보입니다. 이 현상은 용융 석영 유리의 품질에 큰 영향을 미칩니다. 예를 들어, 미량의 전이 금속은 용융 석영 유리의 전도성을 감소시켜 기기의 신뢰성과 예측 가능성에 부정적인 역할을 합니다. 이는 또한 석영 유리 표면에 색 반점이나 고온 변색을 일으켜 광 투과 성능에 영향을 미칩니다.
원소 Al, B, Ti 등
석영 내 Al, B, Ti의 함량은 매장지의 지질과 직접적으로 관련이 있습니다. 이러한 원소들은 석영 격자에 존재할 때 강한 화학 결합을 형성할 수 있으며, 이는 석영에서 제거하기 가장 어려운 불순물입니다. 이러한 원소의 과도한 함량은 석영 유리의 결정화에 큰 영향을 미쳐 강도가 감소된 단단하고 부서지기 쉬운 석영 유리를 형성합니다.
포함물의 불순물
자연 석영은 일반적으로 광물 포함물을 포함합니다. 포함물이 석영 내에 미세한 입자 크기와 단단히 밀폐되어 있기 때문에 석영 결정 자체를 손상시키지 않고 선택 및 제련 방법으로 광물 포함물과 용융 포함물을 제거하기 어렵습니다. 또한, 고순도 석영에 대한 유체 포함물의 영향은 유체 포함물 내 다양한 금속 이온의 존재로 입증되며, 이는 석영의 순도에 영향을 미치는 주요 요인 중 하나입니다.
수산화 그룹
석영 유리의 불순물과 구조는 그 물리적 및 화학적 특성을 결정하므로, 석영 유리 내 수산화 그룹의 존재는 석영 네트워크 구조의 연속성을 변화시키고 그 특성에 영향을 미칠 수 있습니다. 수산화 그룹의 존재는 또한 석영 유리의 화학적 안정성, 구조적 강도, 내열성 및 광학적 균일성을 감소시킵니다.
수산화 그룹의 존재는 석영 유리의 물리적 및 화학적 특성을 변화시킵니다
석영 유리의 우수한 성능은 주로 [SiO4]의 안정적인 사면체 구조에 의존합니다. 수산화 결함이 있을 경우, Si-O-Si 네트워크의 Si-O 결합을 파괴하여 구조의 다공성을 증가시키고, 석영 유리의 화학적 안정성, 밀도 및 점도를 감소시킵니다. 수산화 그룹의 존재는 Si-O 결합의 유연성을 증가시키므로 석영 유리의 영률(E)과 비틀림 계수(G)를 증가시키는 반면, 연화 온도를 낮추고 결정화를 촉진합니다.
수산화 그룹의 존재는 석영 유리의 광학적 특성에 영향을 미칩니다
전기 용융으로 생산된 용융 석영 유리에서 수산화 그룹은 주로 원료로 사용되는 고순도 석영 모래의 유체 포함물에서 유래합니다. 가스 정제에 의해 생산된 용융 석영 유리에서는 수산화 그룹이 주로 산소수소 불꽃에서 유래하며, 수소와 물이 이산화규소의 산소와 쉽게 반응하여 수산화 그룹을 형성할 수 있습니다. 플라즈마 용융으로 준비된 석영 유리는 종종 높은 순도와 낮은 수산화 그룹을 가집니다.
기포
유체 포함물은 석영 용융 과정에서 완전히 폭발하지 않으며, 용융 전에 폭발하지 않은 유체 포함물은 용융 석영 유리에 기포를 형성합니다. 용융 석영의 높은 점도는 기포 제거를 특히 어렵게 만듭니다. 따라서 석영 유리의 준비에는 불순물 함량이 낮고 포함물이 적거나 폭발한 포함물이 있는 원료를 선택해야 합니다.
입자 크기 입자 크기 분포원료 내의
원료의 입자 모양은 석영 유리 내 기포 형성에 영향을 미치는 또 다른 이유입니다. 고순도 석영 모래의 용융 과정에서 큰 길이를 가진 침상 입자는 발판과 같은 구조를 형성하기 쉬워 재료의 매끄러움이 부족하여 유리 제품에 기포를 발생시킵니다. 발판 현상의 발생을 줄이고 석영 모래의 유동성을 향상시키기 위해서는 석영 모래가 입상 형태를 띠고 길이 대 직경 비율이 1:1에 가까워야 하며, 이는 구형에 가깝습니다. 따라서 원료의 입자 크기 분포와 입자 모양을 엄격히 제어해야 합니다.
일반적으로 석영 유리의 품질 저하는 두 가지 주요 요인, 즉 원료의 순도와 제조 공정에 기인합니다. 따라서 석영 유리의 성능을 개선하기 위해서는 석영 원료의 처리와 석영 유리 생산의 핵심 기술 두 가지 측면에서 접근해야 합니다.
