ปัจจัยที่มีผลต่อคุณภาพของแก้วควอตซ์

ประสิทธิภาพของแก้วควอตซ์ได้รับอิทธิพลหลักจากคุณภาพของวัตถุดิบและกระบวนการผลิต หากความบริสุทธิ์ของวัตถุดิบไม่เพียงพอ แก้วควอตซ์ที่ผลิตอาจแสดงข้อบกพร่องหลากหลาย เช่น ฟอง เส้นอากาศ สิ่งเจือปน ปริมาณไฮดรอกซิลสูง และการตกผลึกอย่างรุนแรง ปัญหาเหล่านี้สามารถนำไปสู่ประสิทธิภาพที่ต่ำกว่ามาตรฐานของแก้วควอตซ์ในหลายๆ ด้าน หากกระบวนการไม่ได้รับการควบคุมอย่างเข้มงวด ข้อบกพร่องในกลุ่มไฮดรอกซิล ความเครียดภายใน ลายเส้น และโครงสร้างจุลภาคจะลดดัชนีประสิทธิภาพของแก้วควอตซ์

สิ่งเจือปนในวัตถุดิบ

โลหะอัลคาไล

โลหะอัลคาไลเช่น Li, Na และ K มีการกระทำที่แข็งแรงในโครงสร้างของแก้วควอตซ์หลอม ส่งผลให้เกิดการตกผลึกและการเปลี่ยนรูปของแก้วควอตซ์ในแอปพลิเคชันที่มีอุณหภูมิสูง ประการที่สอง โลหะอัลคาไลจะส่งผลต่อคุณสมบัติทางความร้อนและแสงของแก้วควอตซ์ ซึ่งจะลดอายุการใช้งานของแหล่งกำเนิดแสงไฟฟ้าและเซมิคอนดักเตอร์ นอกจากนี้ โลหะอัลคาไลยังสามารถเพิ่มสัมประสิทธิ์ไดอิเล็กตริกและการสูญเสียไดอิเล็กตริกของแก้วควอตซ์ ส่งผลต่อคุณสมบัติไดอิเล็กตริกและความแข็งแรงทางกลของแก้วควอตซ์

โลหะทรานซิชัน

โลหะทรานซิชัน รวมถึง Fe, Cr, Mn, Ni และ Cu แสดงสถานะออกซิเดชันที่หลากหลาย มักปรากฏในสีเฉพาะ ปรากฏการณ์นี้มีผลกระทบอย่างมากต่อคุณภาพของแก้วควอตซ์หลอม ตัวอย่างเช่น โลหะทรานซิชันที่มีร่องรอยจะลดการนำไฟฟ้าของแก้วควอตซ์หลอม มีบทบาทเชิงลบต่อความน่าเชื่อถือและความสามารถในการคาดการณ์ของเครื่องมือ นอกจากนี้ยังทำให้เกิดจุดสีหรือการเปลี่ยนสีที่อุณหภูมิสูงบนพื้นผิวของแก้วควอตซ์ ส่งผลต่อประสิทธิภาพการส่งผ่านแสง

องค์ประกอบ Al, B, Ti เป็นต้น

ปริมาณของ Al, B และ Ti ในควอตซ์มีความสัมพันธ์โดยตรงกับธรณีวิทยาของแหล่งแร่ องค์ประกอบเหล่านี้เมื่ออยู่ในโครงสร้างของควอตซ์สามารถสร้างพันธะเคมีที่แข็งแรง ซึ่งเป็นสิ่งเจือปนที่ยากที่สุดในการกำจัดออกจากควอตซ์ ปริมาณที่มากเกินไปขององค์ประกอบเหล่านี้จะมีผลกระทบอย่างมากต่อการตกผลึกของแก้วควอตซ์ ส่งผลให้เกิดแก้วควอตซ์ที่แข็งและเปราะด้วยความแข็งแรงที่ลดลง

สิ่งเจือปนของการรวมตัว

ควอตซ์ธรรมชาติมักมีการรวมตัวของแร่ธาตุ เนื่องจากขนาดอนุภาคที่เล็กและการปิดล้อมที่แน่นหนาของการรวมตัวภายในควอตซ์ ทำให้ยากที่จะกำจัดการรวมตัวของแร่ธาตุและการรวมตัวที่หลอมละลายโดยวิธีการคัดเลือกและการหลอมโดยไม่ทำลายผลึกควอตซ์เอง นอกจากนี้ ผลกระทบของการรวมตัวของของไหลต่อควอตซ์ที่มีความบริสุทธิ์สูงยังแสดงให้เห็นโดยการมีอยู่ของไอออนโลหะต่างๆ ภายในการรวมตัวของของไหล ซึ่งเป็นหนึ่งในปัจจัยหลักที่ส่งผลต่อความบริสุทธิ์ของควอตซ์

กลุ่มไฮดรอกซิล

เนื่องจากสิ่งเจือปนและโครงสร้างในแก้วควอตซ์กำหนดคุณสมบัติทางกายภาพและเคมี การมีอยู่ของกลุ่มไฮดรอกซิลในแก้วควอตซ์สามารถเปลี่ยนความต่อเนื่องของโครงสร้างเครือข่ายควอตซ์และส่งผลต่อคุณสมบัติของมัน การมีอยู่ของกลุ่มไฮดรอกซิลยังลดความเสถียรทางเคมี ความแข็งแรงของโครงสร้าง ความต้านทานความร้อน และความสม่ำเสมอทางแสงของแก้วควอตซ์

การมีอยู่ของกลุ่มไฮดรอกซิลจะเปลี่ยนคุณสมบัติทางกายภาพและเคมีของแก้วควอตซ์

ประสิทธิภาพที่ยอดเยี่ยมของแก้วควอตซ์ขึ้นอยู่กับโครงสร้างเตตระฮีดรอนที่เสถียรของ [SiO4] เมื่อมีข้อบกพร่องของไฮดรอกซิล มันจะทำลายพันธะ Si-O ในเครือข่าย Si-O-Si ทำให้เพิ่มความพรุนของโครงสร้าง ลดความเสถียรทางเคมี ความหนาแน่น และความหนืดของแก้วควอตซ์ เนื่องจากการมีอยู่ของกลุ่มไฮดรอกซิลเพิ่มความยืดหยุ่นของพันธะ Si-O ดังนั้นมันจะเพิ่มโมดูลัสของยัง (E) และโมดูลัสการบิด (G) ในแก้วควอตซ์ในขณะที่ลดอุณหภูมิการอ่อนตัวและส่งเสริมการตกผลึก

การมีอยู่ของกลุ่มไฮดรอกซิลจะส่งผลต่อคุณสมบัติทางแสงของแก้วควอตซ์

ในแก้วควอตซ์หลอมที่ผลิตโดยการหลอมด้วยไฟฟ้า กลุ่มไฮดรอกซิลมาจากการรวมตัวของของไหลในทรายควอตซ์ที่มีความบริสุทธิ์สูงเป็นวัตถุดิบ ในแก้วควอตซ์หลอมที่ผลิตโดยการกลั่นด้วยแก๊ส กลุ่มไฮดรอกซิลมาจากเปลวไฟออกซิเจนไฮโดรเจน เนื่องจากไฮโดรเจนและน้ำสามารถทำปฏิกิริยากับออกซิเจนในซิลิกอนไดออกไซด์ได้ง่ายเพื่อสร้างกลุ่มไฮดรอกซิล แก้วควอตซ์ที่เตรียมโดยการหลอมด้วยพลาสมามักมีความบริสุทธิ์สูงและมีกลุ่มไฮดรอกซิลต่ำ

ฟอง

การรวมตัวของของไหลจะไม่ระเบิดอย่างสมบูรณ์ในระหว่างกระบวนการหลอมควอตซ์ และการรวมตัวของของไหลที่ไม่ระเบิดก่อนการหลอมจะก่อให้เกิดฟองในแก้วควอตซ์หลอม ความหนืดสูงของควอตซ์หลอมทำให้การกำจัดฟองเป็นเรื่องที่ท้าทายเป็นพิเศษ ดังนั้น การเตรียมแก้วควอตซ์จึงต้องเลือกวัตถุดิบที่มีปริมาณสิ่งเจือปนต่ำ มีการรวมตัวน้อย หรือมีการรวมตัวที่ระเบิดแล้ว

ความไม่สม่ำเสมอ การกระจายขนาดอนุภาค ภายในวัตถุดิบจะส่งผลให้เกิดฟองและนิวเคลียสขนาดเล็กในแก้วควอตซ์ ตัวอย่างเช่น ในกระบวนการหลอม ความแตกต่างในพลังงานการกระตุ้นพื้นผิวส่งผลให้ควอตซ์อนุภาคเล็กหลอมละลายก่อนควอตซ์อนุภาคใหญ่ ควอตซ์ที่หลอมละลายจะเคลือบบนพื้นผิวของควอตซ์ที่ยังไม่หลอม ทำให้อนุภาคใหญ่หลอมละลายได้ยาก ส่งผลให้เกิดข้อบกพร่องบนอนุภาค การสร้างนิวเคลียสผลึกของอนุภาค และการเร่งการตกผลึก นอกจากนี้ ปริมาณก๊าซสูงภายในช่องว่างระหว่างอนุภาคเล็กทำให้กระบวนการหลอมละลายยากขึ้น

ความ รูปร่างอนุภาค หนึ่งในสาเหตุที่ส่งผลต่อการเกิดฟองในแก้วควอตซ์คือคุณภาพของวัตถุดิบ ในกระบวนการหลอมทรายควอตซ์ที่มีความบริสุทธิ์สูง อนุภาคที่มีลักษณะเป็นเข็มและมีความยาวมากจะง่ายต่อการสร้างโครงสร้างคล้ายโครงนั่งร้าน ส่งผลให้วัสดุขาดความเรียบเนียน ทำให้เกิดฟองในผลิตภัณฑ์แก้ว เพื่อที่จะลดการเกิดปรากฏการณ์โครงนั่งร้านและเพิ่มความไหลลื่นของทรายควอตซ์ จำเป็นต้องให้ทรายควอตซ์มีลักษณะเป็นเม็ดและมีอัตราส่วนความยาวต่อเส้นผ่านศูนย์กลางใกล้เคียงกับ 1:1 ซึ่งใกล้เคียงกับรูปร่างทรงกลม ดังนั้น การกระจายขนาดอนุภาคและรูปร่างอนุภาคของวัตถุดิบต้องถูกควบคุมอย่างเข้มงวด

โดยทั่วไปแล้ว คุณภาพที่ไม่ดีของแก้วควอตซ์สามารถสืบเนื่องมาจากสองปัจจัยหลัก: ความบริสุทธิ์ของวัตถุดิบและกระบวนการผลิต ดังนั้นจึงจำเป็นต้องปรับปรุงประสิทธิภาพของแก้วควอตซ์จากสองด้าน: การจัดการวัตถุดิบควอตซ์และเทคโนโลยีหลักของการผลิตแก้วควอตซ์