Kuvars camının performansı öncelikle hammaddelerin kalitesi ve üretim süreci tarafından etkilenir. Hammaddelerin saflığı yetersizse, üretilen kuvars camı, baloncuklar, hava çizgileri, safsızlıklar, yüksek hidroksil içeriği ve ciddi kristalleşme gibi bir dizi kusur sergileyebilir. Bu sorunlar, kuvars camının çeşitli şekillerde standart altı performans göstermesine yol açabilir. Süreç sıkı bir şekilde kontrol edilmezse, hidroksil grubu, iç gerilim, şerit ve mikro yapıdaki kusurlar da kuvars camının performans indeksini azaltacaktır.
Hammaddelerdeki safsızlıklar
Alkali metal
Li, Na ve K gibi alkali metaller, eritilmiş kuvars camının yapısında güçlü bir akışkanlaştırıcı etkiye sahiptir, bu da kuvars camının yüksek sıcaklık uygulamalarında devitrifikasyonuna ve deformasyonuna yol açar. İkincisi, alkali metaller, kuvars camının termal ve optik özelliklerini etkileyerek, elektrik ışık kaynaklarının ve yarı iletkenlerin hizmet ömrünü azaltır. Ayrıca, alkali metaller, kuvars camının dielektrik katsayısını ve dielektrik kaybını artırarak, dielektrik özelliklerini ve mekanik dayanıklılığını etkileyebilir.
Geçiş metalleri
Fe, Cr, Mn, Ni ve Cu gibi geçiş metalleri, genellikle belirli renklerde kendini gösteren bir dizi oksidasyon durumuna sahiptir. Bu fenomen, eritilmiş kuvars camının kalitesi üzerinde önemli bir etkiye sahiptir. Örneğin, iz geçiş metalleri, eritilmiş kuvars camının iletkenliğini azaltarak, cihazın güvenilirliği ve öngörülebilirliği üzerinde olumsuz bir rol oynar. Bu durum ayrıca kuvars camının yüzeyinde renk lekelerine veya yüksek sıcaklıkta renk değişimine neden olarak, ışık iletim performansını etkiler.
Elementler Al, B, Ti, vb.
Kuvarstaki Al, B ve Ti içeriği, yatağın jeolojisi ile doğrudan ilişkilidir. Bu elementler, kuvars kafesinde bulunduğunda, kuvarstan çıkarılması en zor olan güçlü kimyasal bağlar oluşturabilir. Bu elementlerin aşırı içeriği, kuvars camının kristalleşmesi üzerinde önemli bir etkiye sahip olacak ve sert ve kırılgan kuvars camının oluşumuna yol açarak dayanıklılığını azaltacaktır.
Kapsama safsızlıkları
Doğal kuvars genellikle mineral kapsama alanları içerir. Kapsama alanlarının kuvars içinde sıkı bir şekilde kapatılması ve küçük parçacık boyutu nedeniyle, kuvars kristaline zarar vermeden mineral kapsama alanlarını ve eritilmiş kapsama alanlarını seçme ve eritme yöntemiyle çıkarmak zordur. Ayrıca, sıvı kapsama alanlarının yüksek saflıkta kuvars üzerindeki etkisi, sıvı kapsama alanlarındaki çeşitli metal iyonlarının varlığı ile de kanıtlanmıştır, bu da kuvarsın saflığını etkileyen ana faktörlerden biridir.
Hidroksil grubu
Kuvars camındaki safsızlıklar ve yapılar, fiziksel ve kimyasal özelliklerini belirlediğinden, kuvars camındaki hidroksil grubunun varlığı, kuvars ağ yapısının sürekliliğini değiştirebilir ve dolayısıyla özelliklerini etkileyebilir. Hidroksil grubunun varlığı ayrıca kuvars camının kimyasal stabilitesini, yapısal dayanıklılığını, ısı direncini ve optik homojenliğini azaltacaktır.
Hidroksil grubunun varlığı, kuvars camının fiziksel ve kimyasal özelliklerini değiştirecektir.
Kuvars camının mükemmel performansı, esas olarak [SiO4] kararlı tetrahedral yapısına bağlıdır. Hidroksil kusuru olduğunda, Si-O-Si ağındaki Si-O bağını kırarak yapının gözenekliliğini artırır, kuvars camının kimyasal stabilitesini, yoğunluğunu ve viskozitesini azaltır. Hidroksil gruplarının varlığı, Si-O bağının esnekliğini artırdığından, kuvars camında Young modülünü (E) ve burulma modülünü (G) artırırken, yumuşama sıcaklığını düşürür ve kristalleşmeyi teşvik eder.
Hidroksil grubunun varlığı, kuvars camının optik özelliklerini etkileyecektir.
Elektrik eritme ile üretilen eritilmiş kuvars camında, hidroksil grubu esas olarak hammadde olarak yüksek saflıkta kuvars kumundaki sıvı kapsama alanından gelir. Gaz rafinasyonu ile üretilen eritilmiş kuvars camında, hidroksil grubu esas olarak oksihidrojen alevinden gelir, çünkü hidrojen ve su, silisyum dioksitteki oksijenle kolayca reaksiyona girerek hidroksil grubu oluşturabilir. Plazma eritme ile hazırlanan kuvars camı genellikle yüksek saflıkta ve düşük hidroksil grubuna sahiptir.
Baloncuk
Sıvı kapsama alanları, kuvars eritme sürecinde tamamen patlamaz ve eritme öncesinde patlamayan sıvı kapsama alanları, eritilmiş kuvars camında baloncuklar oluşturur. Eritilmiş kuvarsın yüksek viskozitesi, baloncukların çıkarılmasını özellikle zorlaştırır. Sonuç olarak, kuvars camının hazırlanması, düşük safsızlık içeriği sergileyen, sınırlı sayıda kapsama alanı olan veya patlamış kapsama alanlarına sahip hammaddelerin seçilmesini gerektirir.
Düzensiz parçacık boyutu dağılımı hammadde içinde, kuvars camında baloncuklar ve mikro çekirdeklerin oluşumuna neden olacaktır. Örneğin, eritme sürecinde, yüzey aktivasyon enerjisindeki fark, küçük parçacıklı kuvarsın büyük parçacıklı kuvarstan daha önce erimesine neden olur. Eritilmiş kuvars, erimemiş kuvarsın yüzeyine kaplanarak, büyük parçacıkların tamamen erimesini zorlaştırır. Bu, parçacıklar üzerinde kusurların oluşmasına, parçacık kristal çekirdeklerinin yaratılmasına ve kristalleşmenin hızlanmasına neden olur. Ayrıca, küçük parçacıklar arasındaki boşlukta yüksek gaz içeriği, eritme egzoz sürecini daha da zorlaştırır.
The parçacık şekli hammadde de kuvars camında baloncuk oluşumunu etkileyen nedenlerden biridir. Yüksek saflıkta kuvars kumunun eritme sürecinde, büyük uzunluğa sahip iğne benzeri parçacıklar, malzemede pürüzsüzlük eksikliğine neden olan iskele benzeri yapılar oluşturma eğilimindedir, bu da cam ürünlerinde baloncukların oluşmasına yol açar. İskele fenomeninin oluşumunu azaltmak ve kuvars kumunun akışkanlığını artırmak için, kuvars kumunun granüler yapıda olması ve uzunluk-çap oranının 1:1'e mümkün olduğunca yakın olması, yani küresel bir şekle yaklaşması gereklidir. Bu nedenle, hammadde parçacık boyutu dağılımı ve parçacık şekli sıkı bir şekilde kontrol edilmelidir.
Genel olarak, kuvars camının düşük kalitesi iki ana faktöre bağlanabilir: hammaddelerin saflığı ve üretim süreci. Bu nedenle, kuvars camının performansını iki açıdan iyileştirmek gereklidir: kuvars hammaddelerinin işlenmesi ve kuvars camı üretiminin çekirdek teknolojisi.
