第一章石英玻璃ppt课件

.,第一章石英玻璃,石英玻璃是由纯净的天然水晶、石英石（包括脉石英、石英砂）或人工合成原料经熔化而制得。自然界中的石英，从地壳表面往下十六公里，几乎有65，普通形状为细小的无规则颗粒。水晶是无色透明结晶完整的石英，是石英的变体。,.,一、结构：,1.非晶态SiO2呈四面体排列，其基本结构特征都为SiO44-排列。三个基本的原子间距分别为：Si-O1.62，O-O2.65，Si-Si3.12；Si-O-Si键角分布中最大值为144010。,.,2.晶态与非晶态SiO2的异同：,a.同：石英、方石英、鳞石英和石英玻璃中SiO44-四面体几乎总是以顶角相连。异：在纤维状的晶态SiO2变体中SiO44-以共棱相连；在高压晶相石英中SiO44-以八面体SiO68-出现。b.同：石英玻璃与方石英最为相似，SiO2方石英SiO2玻璃，熔融熵仅为1cal/mol。异：晶态：排列有序；非晶态：近程有序，远程无序。c.紫外光电子能谱和电子能量损耗谱（ELS）表明：晶态与非晶态SiO2光吸收和反射数据，其电子跃迁均在四面体内部进行。,.,石英玻璃方石英,.,二、性能：,1.纯度：a.透明石英玻璃：气炼石英玻璃：SiO299.97以上；SiCl4直接气炼石英玻璃：SiO299.9999以上；高纯石英玻璃：SiO299.999以上。b.不透明石英玻璃：SiO299.5以上。2.电学性质：石英玻璃是一种优良的绝缘材料，在高温下仍能保持很高的介电强度和电阻，而且几乎没有损耗，（OH）和杂质将使介电强度降低，tan增加。石英玻璃的介电强度和介电损耗(50Hz)电性能温度（）透明石英玻璃不透明石英玻璃介电损耗tan200.00030.001介电强度2003225,.,石英玻璃的介电常数曲线,.,石英玻璃的电导率曲线,.,石英玻璃的电阻率曲线,.,3.热学性质：,a.耐温性：石英玻璃的耐高温性能，远远超过任何一种玻璃。T熔1713，T软158010，T退火114010。短时间可在1450高温下使用，常可在1000以上、不透明则在900使用。b.热膨胀系数：石英玻璃的膨胀系数极小，51071，为平板玻璃的1/14，其原因是石英玻璃的结构类似于方石英相（立方），没有低温变体的锯齿形特征，同时SiO键较强。石英玻璃的膨胀系数温度（）100200300400500600700800100012001075.105.586.276.356.126.005.715.625.565.42,.,石英玻璃的膨胀系数曲线,.,c.比热和导热系数：,石英玻璃的比热和导热系数随温度的升高而增大。石英玻璃不同温度的比热石英玻璃的导热系数温度（）平均比热温度（）导热系数1000.185透明石英玻璃*418.7(w/m*k)不透明石英玻璃2000.200200.003311.38590.002971.24354000.2332000.003941.64970.003861.61626000.2544000.004471.87160.004531.89678000.2606000.004842.02650.005032.106110000.2648000.005142.15210.005342.235912000.27010000.005472.29.30.005502.302912000.005812.43260.005692.3824,.,d.粘度：,石英玻璃的粘度随羟基（OH）和杂质含量的增加而降低，粘度大，温度范围窄。四氯化硅（SiCl4）合成用氢氧焰熔融比电炉真空熔融的石英玻璃软化点低近100；水晶原料用氢氧焰熔融法比电炉真空熔融法的石英玻璃软化点低2050。石英玻璃在不同温度下的粘度温度（）120014001600180020002100lg（泊）12.410.07.65.74.53.8,.,4.机械性质：,石英玻璃由单组元硅氧四面体组成网络骨架，硅氧键键强很大，结构紧密，机械强度很高，为普通玻璃的23倍；网络中没有间隙离子填充，故密度小。原料纯度（杂质）、种类、产品气泡、羟基（OH-）含量、熔化不均匀等影响强度。透明石英玻璃密度：D2.202.21g/cm3；不透明石英玻璃密度：D2.022.18g/cm3；P抗张60MPa；P抗弯110MPa；P抗压640MPa；维氏硬度：700Kp/mm2；莫氏硬度：6级；泊松比：0.17,.,石英玻璃的杨氏模量曲线,.,石英玻璃的断裂模量曲线,.,5.光学性质：,a.石英玻璃在紫外（吸收限低于160nm）到近红外区域内有较高的透过率；SiO振动的谐振波长为4.45m（4450nm），截止长波透射；若有（OH）存在，则波长在2.73m（2730nm）和1.38m（1380nm）处有吸收带；（OH）与SiO振动相互作用的吸收带为2.22m（2220nm）。b.石英玻璃受到射线和射线时，产生如下吸收峰：2150吸收峰：由石英玻璃本质造成的；2950吸收峰：由金属杂质铝（Al）、锗（Ge）引起的；5500吸收峰：由缺氧造成的；电熔透明石英玻璃用Co60照射易变黑。,.,石英玻璃的GE光谱曲线,.,石英玻璃的折射率曲线,.,石英玻璃的内部衰减曲线,.,三、制备方法：,1.电熔法：石英原料在真空（5102mmHg）或低压惰性（N2）介质中电熔。2.气炼法：采用氢氧焰或其它碳氢化物（乙炔）可燃气体产生高热来熔化物料。3.SiCl4蒸汽水解法：将四氯化硅蒸汽由氢气携带通入氢氧喷灯火焰中，生成二氧化硅及氯化氢，氯化氢气体随烟气逸出，而二氧化硅则沉积。4.高频感应等离子炬熔融法：由高频电磁场的感应耦合作用而产生等离子体灯炬，内核温度高达15000K，熔化物料。5.凝胶法：将多孔（5080）凝胶成形后在250下真空处理，排出H2O，通过热处理排除有机物，1000下加热消除气孔，形成石英玻璃。,.,石英灯头,.,.,四、石英玻璃的用途：,1.半导体材料及器件的坩埚；2.新型光源：激光脉冲氙灯、紫外杀菌灯、碘钨灯、聚光灯等的灯管；3.光学精密仪器用的棱镜、透镜、比色皿、天文反射镜、红外观察窗、超声延迟线玻璃；4.在化学工业中，制备铂、铑等稀有金属的容器和生产SiCl4的蒸发皿。,.,五、石英玻璃新品种：,1.高纯石英玻璃：SiO2六个九七个九，光谱仪、分光光度计、荧光计零件；2.石英纤维和石英棉：（325m）宇宙飞船防热罩、太阳能电池遮盖材料、光通讯用光导纤维；3.低膨胀石英玻璃：（加入钛等，可使0）原子钟腔体，宇宙飞行器窥窗；4.吸收紫外线石英玻璃：（加入Cr、V、Ni、Co、Mn、Cu）杀菌（医、食）石英玻璃、日光（坑道采光）石英玻璃；5.荧光石英玻璃：分析蛋白质的化学组成，食品、药物、塑料等的检测；6.石英陶瓷：石英玻璃废料经粉碎、成型、烧结而成；7.乳白