Ce este un tub de sticlă de cuarț?

Tub de sticlă de cuarț este un material special de sticlă realizat din materie primă de siliciu de puritate ultra-înaltă, care este topită la temperatură ridicată și apoi procesată cu precizie. Cu performanța sa excelentă cuprinzătoare, joacă un rol de neînlocuit în domenii de înaltă tehnologie, cum ar fi semiconductori, optoelectronica, energie nouă și instrumente de cercetare științifică.

Cea mai proeminentă caracteristică a acestui material este rezistența excelentă la temperaturi ridicate, care poate rezista la medii de temperatură extremă fără deformare sau crăpare, și rezistența excelentă la șocuri termice, care se poate adapta la schimbările rapide de temperatură. În ceea ce privește optica, tuburile din sticlă de cuarț au o transmisie extrem de ridicată a luminii și sunt potrivite pentru o gamă largă de spectre de la ultraviolet la infraroșu. În plus, prezintă o stabilitate chimică extrem de puternică, poate rezista la majoritatea acizilor puternici și la coroziune la temperaturi ridicate și asigură o utilizare stabilă pe termen lung în medii dure.

Tuburile din sticlă de cuarț au, de asemenea, proprietăți excelente de izolare electrică și rezistență mecanică, făcându-le ideale pentru dispozitive electronice și optice de precizie. Tehnologia modernă de producție poate produce tuburi de cuarț de mari dimensiuni, de înaltă puritate și își poate ajusta performanța prin procese speciale pentru a răspunde nevoilor diferitelor scenarii de aplicare. Fie că este vorba despre producția de semiconductori, comunicații prin fibră optică sau echipamente de cercetare științifică de ultimă generație, tuburi de sticlă de cuarț joacă un rol cheie și promovează dezvoltarea tehnologiei de ultimă oră.

1. Proprietăţile materialelor
Proprietăți chimice
Stabilitatea chimică excelentă a tuburilor de sticlă de cuarț provine din compoziția și structura lor specială a materialului. Acest material de siliciu de înaltă puritate prezintă o inerție chimică aproape perfectă și reacționează cu greu cu alte substanțe la temperatura camerei. Are o rezistență puternică la majoritatea acizilor anorganici și a solvenților organici, inclusiv acizii puternici, cum ar fi acidul sulfuric concentrat, acidul azotic și acidul clorhidric, precum și compușii organici precum alcoolii și cetonele. Chiar și în condiții de temperatură ridicată, tuburile din sticlă de cuarț pot menține această proprietate chimică stabilă, ceea ce îl face un material ideal pentru containere pentru manipularea substanțelor corozive.

Tuburile din sticlă de cuarț au o rezistență slabă la acidul fluorhidric și la acidul fosforic fierbinte, deoarece aceste substanțe pot reacționa în mod specific cu silice. În mod similar, tuburile din sticlă de cuarț sunt, de asemenea, susceptibile la coroziune în medii cu temperaturi ridicate și alcaline puternice. În aplicațiile practice, trebuie acordată o atenție deosebită pentru a evita contactul cu aceste medii chimice specifice. Această stabilitate chimică unică face ca tuburile din sticlă de cuarț să fie utilizate pe scară largă în domenii precum fabricarea semiconductoarelor și producția chimică care necesită puritate extrem de ridicată a materialului.

Proprietăți termice
Tub de sticlă de cuarțs poate rezista în mod continuu la medii cu temperaturi ultra-înalte cărora materialele metalice obișnuite nu le pot face față. Această rezistență excelentă la căldură provine din structura sa atomică specială. Chiar și în condiții de temperatură extrem de ridicată, tuburile din sticlă de cuarț pot menține integritatea structurală fără înmuiere și deformare. Și mai uimitor este că cu greu își schimbă dimensiunea atunci când se confruntă cu schimbări drastice de temperatură, ceea ce este extrem de rar în știința materialelor.

Această stabilitate termică unică face din tuburile din sticlă de cuarț o alegere ideală pentru medii cu temperaturi extreme. Poate suferi în mod repetat o răcire rapidă de la temperatură ultra-înaltă la temperatura camerei, fără crăpare sau rupere, ceea ce este important în procesele industriale care necesită cicluri termice frecvente. În același timp, conductivitatea termică relativ scăzută a tuburilor de sticlă de cuarț îl face un material excelent de izolare termică, care poate bloca eficient radiația și conducerea surselor de căldură la temperatură înaltă.

Proprietăți optice
Tuburile din sticlă de cuarț prezintă avantaje de neegalat în ceea ce privește proprietățile optice. Are o gamă de transmisie spectrală extrem de largă și poate transmite eficient unde electromagnetice din ultraviolete profunde în regiunile apropiate de infraroșu. Această proprietate optică excelentă îl face o componentă de bază a sistemelor optice de precizie. Conform diferitelor cerințe de aplicare, proprietățile optice ale tuburilor din sticlă de cuarț pot fi, de asemenea, ajustate într-un mod țintit.

Prin prelucrare specială se pot fabrica tuburi din sticlă de cuarț cu proprietăți optice specifice. De exemplu, tuburile de cuarț lăptos realizează o împrăștiere uniformă a luminii prin structurile interne cu microbule, care sunt potrivite pentru ocaziile care necesită iluminare slabă; adăugarea de elemente specifice poate produce tuburi de cuarț colorate cu caracteristici de transmisie selectivă a luminii pentru dispozitive speciale de filtrare optică. Aceste proprietăți optice reglabile extind foarte mult domeniul de aplicare a tuburilor din sticlă de cuarț.

Proprietăți mecanice și electrice
Deşi tuburi de sticlă de cuarț au duritate și rezistență ridicate, caracteristicile lor fragile necesită o atenție deosebită. Acest material este predispus la crăpare atunci când este supus unui impact sau solicitări locale, de aceea este necesară o atenție specială în timpul manipulării, instalării și utilizării. Prin tehnologia de tratare fină a suprafețelor, tuburile din sticlă de cuarț pot obține un finisaj de suprafață extrem de ridicat pentru a îndeplini cele mai stricte cerințe de aplicare optică.

În ceea ce privește proprietățile electrice, tuburile din sticlă de cuarț prezintă proprietăți excelente de izolare. Chiar și la temperaturi ridicate, poate menține proprietăți dielectrice bune fără modificări semnificative ale conductibilității. Această proprietate stabilă de izolare îl face un material izolator ideal pentru echipamentele electrice de înaltă tensiune și componentele electronice. În același timp, tuburile din sticlă de cuarț au, de asemenea, o rezistență excelentă la arc și pot fi utilizate în siguranță în medii cu câmp electric puternic.

Caracteristici de suprafață și prelucrare
Suprafața și caracteristicile de prelucrare ale tuburi de sticlă de cuarț să le permită să răspundă nevoilor diverselor aplicații de precizie. Suprafața sa naturală are un grad ridicat de finisare, iar după lustruirea de precizie, poate obține planeitate aproape perfectă, îndeplinind cerințele stricte ale componentelor optice de calitate laser. Suprafața tuburilor de sticlă de cuarț poate fi placată cu o varietate de acoperiri speciale, cum ar fi acoperiri anti-reflex care pot crește semnificativ transmisia și acoperiri conductoare care îi pot conferi proprietăți conductoare.

În ceea ce privește tehnologia de prelucrare, prelucrarea la cald a tuburilor de sticlă de cuarț necesită temperaturi extrem de ridicate și, de obicei, se utilizează echipamente speciale de flacără hidrogen-oxigen pentru a realiza sudarea sau formarea la cald; în timp ce prelucrarea la rece necesită unelte diamantate pentru tăiere și găurire și lustruirea cu flacără a marginilor după procesare pentru a preveni extinderea microfisurilor și afectarea rezistenței materialului.

2. Procesul de fabricație
Procesul de fabricație al tubului de sticlă de cuarț este un proces extrem de sofisticat care necesită un control strict al calității pentru a se asigura că produsul final are performanțe excelente. Metodele curente de fabricație curente includ tragere în topitură și turnare de prelucrare, iar fiecare proces este proiectat pentru cerințe diferite ale produsului.

Procesul de producție al desenului la topire
Fiind tehnologia de bază a producției continue, metoda de tragere prin topire are un flux de proces foarte precis. La începutul producției, materii prime selectate de nisip de cuarț de puritate ridicată sunt introduse într-un cuptor special de înaltă temperatură. Acest cuptor folosește o metodă specială de încălzire pentru a produce un mediu de temperatură ultra-înaltă suficient pentru a topi complet cuarțul. În timpul procesului de topire, materiile prime trec printr-o etapă strictă de purificare, iar urmele de impurități și bulele sunt îndepărtate prin volatilizare la temperatură ridicată și reacții chimice.

Lichidul de sticlă de cuarț topit intră în zona de turnare, unde un sistem precis de matriță modelează sticla lichidă într-o structură tubulară. Proiectarea și fabricarea matriței necesită o precizie extrem de ridicată, iar toleranța sa dimensională este controlată într-un interval foarte mic.

În timpul procesului de tragere, gradientul de temperatură controlat cu precizie asigură că lichidul din sticlă menține cea mai bună vâscozitate și fluiditate în timpul turnării. În același timp, sistemul de tracțiune controlat de computer întinde tubul de sticlă la o viteză constantă, iar această viteză trebuie să fie perfect potrivită cu viteza de răcire a lichidului de sticlă pentru a asigura uniformitatea grosimii peretelui tubului.

După formare, tub de sticlă de cuarț intră în procesul de recoacere, care este un pas cheie pentru asigurarea calității produsului. Cuptorul de recoacere adoptă un design de control al temperaturii zonat pentru a permite tubului de sticlă să se răcească lent, în conformitate cu curba de temperatură prestabilită. Acest proces poate elimina eficient stresul rezidual din interiorul sticlei și poate evita fisurarea sau deformarea produsului în timpul prelucrării sau utilizării ulterioare. Produsul recoapt trebuie, de asemenea, să fie supus unei inspecții stricte de calitate, inclusiv măsurători dimensionale, analiză a tensiunii și teste de performanță optică.

Procesul de prelucrare a turnării procesului de producție
Metoda de prelucrare a turnării este utilizată în principal în producția de produse din sticlă de cuarț cu formă specială, iar caracteristicile sale de proces se concentrează mai mult pe flexibilitate și precizie. Procesul folosește ca materii prime materiale de sticlă de cuarț prefabricate de înaltă calitate, care au fost strict cernute și pretratate.

În timpul prelucrării, operatorul folosește echipamente de prelucrare termică special concepute pentru a încălzi local sticla de cuarț. Temperatura de încălzire trebuie controlată cu precizie pentru a obține o înmuiere suficientă pentru turnare și pentru a evita încălzirea excesivă care va deteriora proprietățile materialului. Tehnicienii cu experiență vor judeca cel mai bun moment pentru procesare observând starea de curgere vâscoasă a sticlei.

Pentru produsele cu forme complexe, cum ar fi țevi cu mai multe coturi sau conectori cu forme speciale, sunt de obicei necesare matrițe speciale pentru a finaliza turnarea. Materialul matriței trebuie să poată rezista la temperatura de prelucrare a sticlei de cuarț, asigurând în același timp netezimea suprafeței de turnare. În unele ocazii de înaltă precizie, echipamentele de prelucrare CNC asistate de computer sunt, de asemenea, utilizate pentru a obține un control mai precis al turnării.

Produsele după procesare și turnare trebuie, de asemenea, să sufere o recoacere fină. Spre deosebire de metoda de tragere prin fuziune, procesul de recoacere al acestor produse cu formă specială necesită adesea curbe de temperatură personalizate pentru a face față nevoilor de reducere a tensiunilor ale pieselor de diferite grosimi. În cele din urmă, fiecare produs trebuie să fie supus unei inspecții stricte a aspectului, măsurători dimensionale și testări de performanță pentru a se asigura că îndeplinește cerințele de utilizare.

Sistemul de control al calității al ambelor procese include mai multe legături, cum ar fi inspecția materiilor prime, monitorizarea procesului și inspecția produsului finit. Linia de producție modernă este echipată și cu un sistem de monitorizare online pentru a monitoriza parametrii cheie ai procesului în timp real pentru a asigura stabilitatea procesului de producție și consistența performanței produsului.

Prin aceste procese de fabricație precise, tuburile din sticlă de cuarț pot îndeplini cerințele stricte de performanță a materialelor în domenii de ultimă generație, cum ar fi semiconductori și optică.

3. Clasificarea principală
Tub de cuarț transparent
Ca tipul cel mai de bază, performanța excelentă a transparent tub de sticlă de cuarț provine din procesul de fabricație strict controlat. Acest tip de tub folosește nisip de cuarț de puritate ultra-înaltă ca materie primă și este îndepărtat printr-un proces special de topire pentru a forma o structură amorfă foarte omogenă. Microstructura sa este densă și uniformă și aproape că nu există centre de împrăștiere a luminii, deci are o transmisie optică excelentă. Poate menține o transmisie stabilă într-un spectru larg de la ultraviolete profunde la infraroșu apropiat, ceea ce îl face un material ideal pentru sisteme optice.

În industria semiconductoarelor, tuburile transparente de cuarț sunt utilizate pe scară largă ca componente cheie, cum ar fi tuburile pentru cuptoare de difuzie și tuburile de reacție epitaxiale, datorită inerției lor chimice și stabilității termice. În domeniul iluminatului, este utilizat pentru fabricarea cavității emițătoare de lumină a surselor speciale de lumină, cum ar fi lămpile cu descărcare în gaz de înaltă presiune și lămpile germicide cu ultraviolete. Este adesea folosit ca o componentă optică cheie, cum ar fi ferestrele optice și celulele de probă în instrumentele de cercetare științifică. Este, de asemenea, utilizat în mod obișnuit în echipamentele medicale ca componentă de transmisie optică a instrumentelor, cum ar fi endoscoapele.

Tub oval de cuarț
Aspectul deosebit al tubului de cuarț opal provine din rețeaua de bule submicronice distribuite uniform în interiorul acestuia. Aceste bule sunt formate prin controlul precis al parametrilor procesului în timpul procesului de topire, iar dimensiunea și densitatea de distribuție a acestora afectează direct proprietățile optice ale tubului. Structura cu bule nu numai că produce un efect moale de împrăștiere a luminii, dar și reduce semnificativ conductivitatea termică a materialului, făcându-l să aibă proprietăți bune de izolare termică.

În domeniul încălzirii în infraroșu, tuburile de cuarț opalescente pot dispersa uniform radiația termică și pot evita supraîncălzirea locală. Este adesea folosit ca tub de protecție a elementului de încălzire în echipamentele de prelucrare a alimentelor, ceea ce poate asigura eficiența încălzirii și poate împiedica arderea alimentelor. În dispozitivele speciale de iluminat, este utilizat pentru a crea o sursă de lumină de suprafață uniformă, fără strălucire. Unele instrumente analitice folosesc, de asemenea, tuburi de cuarț opalescente ca camere de probă pentru a obține o cale uniformă a luminii de detectare.

Tuburi de cuarț colorate
Cerințele procesului de fabricație ale tuburilor de cuarț colorate sunt extrem de ridicate și trebuie să se obțină efecte de colorare stabile, păstrând în același timp proprietățile de bază ale sticlei de cuarț. Procesul de colorare folosește de obicei o metodă de topire la temperatură înaltă pentru a încorpora uniform oxizi metalici specifici în matricea de cuarț. Diferiții coloranți vor produce spectre de absorbție caracteristice, cum ar fi elementele de cobalt produc albastru, elementele de mangan produc violet etc.

Aceste tuburi colorate nu sunt doar decorative, ci și mai important, au proprietăți de filtrare selectivă. În sistemele de iluminat de scenă, tuburile de cuarț colorate pot produce direct lumină de culoare specifică. În dispozitivele optice experimentale, poate fi folosit ca element de filtru pentru lungimi de undă specifice. Unele echipamente de detectare industrială își folosesc și proprietățile de filtrare pentru analiza spectrală. Tuburile colorate special formulate pot proteja, de asemenea, radiațiile dăunătoare și sunt utilizate în dispozitive de protecție.

Tuburi de cuarț cu formă specială
Fabricarea tuburilor de cuarț cu formă specială demonstrează pe deplin flexibilitatea tehnologiei de prelucrare a sticlei de cuarț. În conformitate cu cerințele aplicației, poate fi realizat în diferite forme geometrice complexe, inclusiv îndoituri cu mai multe unghiuri, tuburi în trei căi în formă de T, tuburi de conexiune reducătoare etc. Aceste forme speciale necesită de obicei o combinație de tehnologii multiple de procesare, cum ar fi îndoirea la cald, sudarea de precizie și prelucrarea prin prelucrare.

În echipamentele semiconductoare, tuburile de cuarț cu formă specială sunt utilizate pentru a construi sisteme complexe de livrare a gazului. În producția chimică, tuburile de cuarț cu formă specială pot îndeplini cerințele exigente ale procesului. Dispozitivele experimentale de cercetare științifică necesită adesea sisteme de conducte de cuarț personalizate. Unele echipamente medicale folosesc, de asemenea, tuburi de cuarț cu formă specială ca componente funcționale cheie.

Tuburi cu hidroxil scăzut
Fabricarea tuburilor de cuarț cu conținut scăzut de hidroxil necesită un control special al procesului. Conținutul de hidroxil din material poate fi redus semnificativ prin optimizarea atmosferei de topire, folosind tehnologia de degazare în vid și folosind materii prime de înaltă puritate. Tehnologiile mai avansate includ și procese speciale, cum ar fi tratarea ulterioară cu plasmă.

În domeniul tehnologiei laser, tuburile cu hidroxil scăzut reduc foarte mult pierderile de absorbție în infraroșu și sunt componentele de bază ale laserelor de mare putere. În sistemele optice de precizie, poate reduce distorsiunea optică cauzată de grupările hidroxil. Unele echipamente speciale cu surse de lumină necesită, de asemenea, tuburi cu hidroxil scăzut pentru a asigura puritatea spectrală. În domeniul comunicațiilor cu fibre optice, este utilizat ca material preformă pentru fibre optice cu pierderi reduse.

4. Domenii de aplicare de bază
În domeniul tehnologiei optoelectronice, tuburi de sticlă de cuarț joacă un rol de neînlocuit. Ca o componentă de bază a surselor speciale de lumină, este utilizat pe scară largă la fabricarea lămpilor cu descărcare în gaz de mare intensitate, inclusiv lămpi cu halogenuri metalice, lămpi cu sodiu de înaltă presiune, etc. Aceste echipamente de iluminat pot atinge o temperatură internă de mii de grade Celsius atunci când lucrează, însoțite de radiații ultraviolete puternice.

Tuburile din sticlă de cuarț sunt perfect calificate prin rezistența la temperaturi ridicate și proprietățile anti-ultraviolete. În aplicarea tehnologiei ultraviolete, tuburile din sticlă de cuarț sunt materialul preferat pentru fabricarea lămpilor de sterilizare UV, lămpilor de întărire cu ultraviolete și a altor echipamente. Transmitența lor excelentă a ultravioletelor asigură efecte de sterilizare și întărire.

Domeniul comunicațiilor prin fibră optică este inseparabil de tuburile din sticlă de cuarț. Fiind material de bază al preformei de fibră optică, tubul de cuarț de înaltă puritate suferă un proces complex de depunere și tragere pentru a forma în cele din urmă o fibră optică care transmite semnale optice. În tehnologia laser, tuburile de sticlă de cuarț tratate special sunt folosite pentru a fabrica componente cheie, cum ar fi cavitatea rezonantă a laserului și fereastra de ieșire. Uniformitatea lor optică excelentă și stabilitatea termică asigură calitatea și stabilitatea ieșirii laser.

Fabricarea semiconductorilor este foarte dependentă de tuburile din sticlă de cuarț. Tuburile de sticlă de cuarț joacă un rol important în multe verigi cheie în producția de cipuri. În procesul de creștere a siliciului monocristal, creuzetele de cuarț de înaltă puritate și componentele câmpului termic asigură un mediu pur pentru creșterea cristalelor. În procesele la temperatură înaltă, cum ar fi difuzia și oxidarea, tuburile din sticlă de cuarț sunt folosite ca cavități de proces și conducte de livrare a gazului pentru a rezista la gazele corozive și la temperaturi extreme.

În echipamentele de prelucrare a napolitanelor, tuburi de sticlă de cuarț sunt transformate în componente cheie, cum ar fi purtători de napolitane și distribuitoare de gaz de diferite forme. Industria fotovoltaică folosește, de asemenea, un număr mare de tuburi de sticlă de cuarț, în special în lingouri de siliciu policristalin și echipamente de creștere a siliciului monocristalin. Puritatea tuburilor de cuarț afectează direct eficiența de conversie a celulelor solare. Odată cu avansarea continuă a nodurilor de proces semiconductoare, cerințele de puritate și planeitate ale tuburilor de sticlă de cuarț devin din ce în ce mai mari.

Industria chimică folosește pe deplin stabilitatea chimică excelentă a tuburilor din sticlă de cuarț. În procesul de tratare a mediilor corozive, cum ar fi acizii puternici și alcalii puternici, reactoarele din sticlă de cuarț, schimbătoarele de căldură și alte echipamente prezintă o rezistență excelentă la coroziune. În laborator, tuburile din sticlă de cuarț sunt transformate în diverse dispozitive experimentale de precizie, cum ar fi celulele de analiză spectrală, tuburile de reacție la temperatură înaltă etc., iar inerția lor chimică asigură acuratețea datelor experimentale.

În domeniul testării analitice, cuvele de cuarț, prismele optice și alte componente asigură acuratețea măsurării spectrale. Instituțiile de cercetare științifică folosesc adesea tuburi de sticlă de cuarț pentru a construi dispozitive experimentale speciale, cum ar fi ferestre de observare la temperatură înaltă, componente ale sistemului de vid etc., pentru a satisface nevoile experimentale în condiții extreme. Aplicarea tuburilor de sticlă de cuarț în aceste domenii a extins foarte mult posibilitățile de cercetare și experimente chimice.

În domeniul încălzirii industriale, tuburi de sticlă de cuarț sunt utilizate pe scară largă ca tuburi de radiație și manșoane de protecție pentru încălzitoarele cu infraroșu. Rezistența sa la temperaturi ridicate permite echipamentului de încălzire să funcționeze stabil și pentru o lungă perioadă de timp în medii dure. În echipamentele de sterilizare medicală, recipientele de sterilizare din tuburi de sticlă de cuarț pot rezista la sterilizarea repetată a aburului la temperatură înaltă și la presiune înaltă.

Componentele cheie, cum ar fi ferestrele de observație și capacele de protecție ale senzorilor aeronavelor și navelor spațiale sunt realizate din tuburi speciale de sticlă de cuarț pentru a asigura fiabilitatea în medii extreme. Industria de prelucrare a alimentelor folosește proprietățile de siguranță și netoxice ale tuburilor de sticlă de cuarț pentru a le aplica dispozitivelor de încălzire care vin în contact direct cu alimentele, cum ar fi tuburile de încălzire pentru echipamentele de coacere.