لقد تعطلت نافذة مضخة الليزر في مجموعة الضوئيات بعد 200000 دورة حرارية. ويشير تقرير الفشل إلى هجرة الصوديوم وإزالة التزجيج في نافذة البورسليكات. وهذه مشكلة متكررة عند استخدام الزجاج العادي في الأنظمة البصرية ذات الأشعة فوق البنفسجية العميقة أو ذات درجات الحرارة العالية. زجاج الكوارتز المنصهر لا يفشل بهذه الطريقة. وهو في الأساس سيليكا نقية (SiO2) في شكل غير متبلور، وشبكة السيليكا المستمرة تمنحه معامل تمدد حراري أقل بنحو ست مرات من زجاج البورسليكات. إنه ينقل الضوء من الأشعة فوق البنفسجية العميقة عبر الأشعة تحت الحمراء المتوسطة، ويقاوم الهجوم الكيميائي الذي يؤدي إلى تدهور الزجاج القياسي. وهذا هو السبب في أن معالجة أشباه الموصلات، والطباعة الحجرية الضوئية، والتحليل الطيفي، وأنظمة مراقبة درجات الحرارة العالية تحدد زجاج الكوارتز المنصهر كحل قياسي. يشرح هذا الدليل ما هو زجاج الكوارتز المنصهر، وكيفية مقارنته بعائلات الزجاج الأخرى، وما يجب عليك التحقق منه قبل تحديده لنظامك.
ما هو زجاج الكوارتز المنصهر؟
زجاج الكوارتز المنصهر هو زجاج غير بلوري مصنوع من ثاني أكسيد السيليكون النقي تقريبًا. في الزجاج المصقول القياسي، تقوم معدِّلات الشبكة مثل الصوديوم والبوتاسيوم والكالسيوم بتفكيك شبكة السيليكا وإنشاء هياكل ترابط أضعف. في زجاج الكوارتز المنصهر، تظل الشبكة عبارة عن إطار SiO2 مستمر. هذا الإطار هو السبب المادي وراء نقطة التليين العالية للمادة، والتمدد الحراري المنخفض، وانتقال الأشعة فوق البنفسجية العميقة، والمقاومة الكيميائية.
يؤثر مسار الإنتاج أيضًا على الخصائص النهائية. عادة ما يبدأ الكوارتز المنصهر من بلورات الكوارتز الطبيعية، والتي يتم سحقها وصهرها عند حوالي 2000 درجة مئوية. تبدأ السيليكا المنصهرة من مادة اصطناعية مثل رابع كلوريد السيليكون، الذي يتحلل في اللهب أو البلازما. كلا المنتجين عبارة عن SiO2 غير متبلور، لكن السيليكا المنصهرة الاصطناعية تتمتع بنقاء أعلى ومحتوى هيدروكسيل أكثر تحكمًا. بالنسبة للعديد من تطبيقات النوافذ والركيزة والمرشحات البصرية، يوفر زجاج الكوارتز المنصهر من معالج ذي خبرة النقل المطلوب والاستقرار الحراري بتكلفة أقل من السيليكا المنصهرة الاصطناعية.
في شركة Nantong Xiangyang Optical Element Co., Ltd.، يعد زجاج الكوارتز البصري عديم اللون أحد منتجات الزجاج البصري عديم اللون التي نقوم بمعالجتها وتوريدها. وهي متوفرة في أشكال صفائح وألواح وأشكال للمرشحات الضوئية والنوافذ والمنشورات والركائز.
الكوارتز المنصهر مقابل السيليكا المنصهرة مقابل الزجاج القياسي
يعد جدول المقارنة أسرع طريقة لوضع زجاج الكوارتز المنصهر في الفئة المناسبة. المتغيرات الرئيسية هي النقاء، وانتقال الأشعة فوق البنفسجية، والاستقرار الحراري، والمتانة الكيميائية، والتكلفة النسبية.
مقارنة بين الكوارتز المنصهر والسيليكا المنصهرة والبوروسيليكات ونظارات الصودا والجير
مادة
نقاء SiO2
قطع الأشعة فوق البنفسجية
CTE (×10 -6 /ك)
درجة حرارة الخدمة المستمرة
التكلفة النسبية
زجاج الكوارتز المنصهر
≥ 99.9%
~185 نانومتر
0.55
1100 درجة مئوية
معتدل
السيليكا المنصهرة
≥ 99.99%
~ 170 نانومتر
0.50
1200 درجة مئوية
عالية
البورسليكات
~80%
~ 300 نانومتر
3.30
450 درجة مئوية
منخفض
زجاج الصودا والجير
~70%
~ 350 نانومتر
9.00
250 درجة مئوية
منخفض جدًا
والوجهة العملية هي أن زجاج البورسليكات يظل مفيدًا للأواني الزجاجية المختبرية والنوافذ العامة، كما أن زجاج الصودا والجير جيد للزجاج اليومي. ولكن إذا كان نظامك يحتاج إلى نقل عمل حتى 185 نانومتر أو تشغيل مستمر فوق 450 درجة مئوية، فلن تكون أي من المادتين كافية. جسور من زجاج الكوارتز المنصهر والتي تتميز بفجوة بتكلفة مقبولة وأداء بصري مثبت.
الخصائص الرئيسية لزجاج الكوارتز المنصهر
يتحقق المهندسون البصريون من خاصيتين أولاً: التمدد الحراري والانتقال الطيفي. يوضح الرسم البياني الشريطي أدناه كيفية مقارنة معامل التمدد الحراري (CTE) لزجاج الكوارتز المنصهر مع البدائل الشائعة.
يحتوي زجاج الكوارتز المنصهر على نسبة CTE تبلغ حوالي 0.55 × 10 -6 /ك. وهذا أقل بحوالي ست مرات من زجاج البورسليكات وأقل بستة عشر مرة من زجاج الصودا والجير. من الناحية العملية، تتغير أبعاد نافذة الكوارتز المنصهرة مقاس 100 مم بحوالي 0.005 مم عند تسخينها إلى 100 كلفن، بينما تنمو نافذة الصودا والجير بحوالي 0.09 مم. عندما يجب أن تحافظ المكونات على محاذاة تحت التسخين المستمر، فإن هذا الاختلاف هو الذي يقرر ما إذا كان النظام سيبقى في حالة التسامح.
عامل الأداء التالي هو النقل الطيفي. يقارن الرسم البياني أدناه منحنيات النقل لزجاج الكوارتز والبوروسيليكات والصودا والجير المنصهر عبر نطاق 200-2000 نانومتر.
توفر نفس المادة أيضًا انتقالًا مستمرًا من 185 نانومتر إلى منتصف الأشعة تحت الحمراء، مع امتصاص ضئيل في نطاق 200-2000 نانومتر. وبسبب شفافية النطاق العريض هذه، يستخدم التحليل الطيفي وأنظمة الليزر والطباعة الحجرية الضوئية الكوارتز المنصهر كنافذة ومنشور ومواد ركيزة. في بيئة مؤكسدة، يمكن أن يعمل بشكل مستمر عند 1100 درجة مئوية، ويمكن القيام برحلات قصيرة إلى 1300 درجة مئوية مع الدعم المناسب.
كيف يتم تصنيع زجاج الكوارتز المنصهر؟
ينقسم مسار الإنتاج إلى ذوبان الكوارتز الطبيعي والترسيب الاصطناعي. بالنسبة للكوارتز المنصهر، تبدأ العملية ببلورة الكوارتز الطبيعية النظيفة، ويتم سحقها إلى حجم يمكن التحكم فيه، ثم صهرها في فرن مستمر عند حوالي 2000 درجة مئوية. يتدفق الذوبان من فوهة من البلاتين أو السيراميك ويتم تبريده ببطء لمنع إزالة التزجيج. يوضح الهيكل متساوي القياس أدناه شكل اللوحة الذي تستخدمه معظم المكونات البصرية.
بعد الذوبان والتبريد البطيء، يمر الزجاج بعملية القطع والطحن الخشن والتلميع الدقيق. بالنسبة للمكونات البصرية، تصل جودة السطح النهائية عادة إلى 40/20 حفر خدش أو أفضل، مع التحكم في التسطيح لجزء من الطول الموجي. يغطي الفحص الانكسار المزدوج ومحتوى الفقاعات والنقل عند الأطوال الموجية حيث سيقوم العميل بتشغيل المكون.
في الطريقة الاصطناعية، يتم تحلل رابع كلوريد السيليكون في لهب أو بلازما بدرجة حرارة عالية لترسيب SiO2 مباشرة. تحتوي السيليكا المنصهرة الناتجة على شوائب معدنية أقل ويمكن تصميمها لمحتوى محدد من OH، وهو أمر مهم عندما يحتاج التطبيق إلى انتقال عالي بالقرب من 2.7 ميكرومتر. ومع ذلك، فإن تكلفة المعالجة أعلى بكثير من تكلفة الكوارتز المنصهر، وبالتالي فإن الاختيار يعتمد على النطاق الطيفي والميزانية المطلوبة.
أين يتم استخدام زجاج الكوارتز المنصهر؟
ينتقل زجاج الكوارتز المنصهر من المواد الخام إلى منتجات نهائية عالية القيمة في العديد من قطاعات التكنولوجيا.
معالجة أشباه الموصلات: تتعامل نوافذ الكوارتز ومنافذ العرض ومكونات الفرن مع التدوير الحراري المتكرر والغازات المسببة للتآكل.
الطباعة الحجرية الضوئية بالأشعة فوق البنفسجية: تتطلب ركائز القناع ونوافذ العدسات انتقالًا عميقًا للأشعة فوق البنفسجية مع الحد الأدنى من الامتصاص.
التحليل الطيفي: تحتاج الترعة وخلايا العينات إلى شفافية طيفية واسعة للحصول على نتائج تحليلية دقيقة.
أنظمة الليزر: تستخدم أجهزة تقسيم الأشعة والنوافذ الواقية المادة كوسيلة بصرية موثوقة.
نظارات الرؤية ذات درجة الحرارة العالية: تحتاج منافذ مراقبة الفرن إلى مقاومة الصدمات الحرارية والهجوم التأكسدي.
بالنسبة للشركات التي تحتاج إلى زجاج الكوارتز المنصهر لهذه التطبيقات، فإن اختيار معالج يتمتع بتجربة بصرية حقيقية أمر أكثر أهمية من مقارنة الأسعار الأساسية. لدينا منشأة الإنتاج تقوم شركة Nantong Xiangyang بمعالجة زجاج الكوارتز البصري عديم اللون وأنواع الزجاج البصري عديم اللون الأخرى وفقًا لرسومات العملاء لكل من العملاء المحليين والتصدير.
كيفية اختيار نوعية زجاج الكوارتز المنصهر
تعد قائمة مراجعة الشراء القصيرة أكثر فائدة من الناحية العملية من ورقة المواصفات الطويلة. تغطي النقاط الخمس التالية القرارات التي تؤثر على الأداء الفعلي للنظام.
مطابقة متطلبات الإرسال لمحتوى OH. بالنسبة لتطبيقات الأشعة فوق البنفسجية، يوفر الكوارتز المنصهر منخفض OH انتقالًا أفضل للأشعة فوق البنفسجية العميقة. بالنسبة لاستخدام الأشعة تحت الحمراء المتوسطة، يمكن للمحتوى العالي من OH أن يقلل الامتصاص بالقرب من 2.7 ميكرومتر.
تأكيد المواصفات الحرارية. تحقق من درجة حرارة الخدمة المستمرة والذروة قصيرة المدى مع المورد، لأن درجة حرارة التليين تعتمد على النقاء وطريقة التشكيل.
التحقق من جودة السطح والتسطيح. بالنسبة للنوافذ الضوئية، يعد الحفر بنسبة 40/20 نقطة بداية شائعة. إذا دخل المكون في تجويف الليزر، فاطلب تسطيحًا أكثر إحكامًا وخطأ أقل في واجهة الموجة.
التحقق من النقاء والتسامح فقاعة. يؤثر وجود الفقاعات والشوائب المعدنية بشكل مباشر على التشتت والامتصاص في الأنظمة المتطلبة.
اسأل عن التخصيص. تعتبر الأحجام غير القياسية والمنشورات ذات الأشكال والثقوب وفتحات التثبيت كلها عملية عندما يتمكن المورد من معالجة الزجاج داخل الشركة.
بالنسبة لنافذة UV نموذجية، يجب على المورد تقديم بيانات نقل موثقة. إن طلب منحنى نقل من 185 نانومتر إلى 2500 نانومتر يعطي مقارنة مباشرة مع متطلبات النظام الخاص بك، مما يفصل الزجاج المعالج بشكل صحيح عن درجة المواد العامة. لإلقاء نظرة أوسع على كيفية استخدام الزجاج البصري عديم اللون في الصناعات، راجع هذا الدليل حول تطبيقات الزجاج البصري عديم اللون .
عندما يتطلب التطبيق أقل قدر ممكن من الامتصاص عبر النطاق المرئي، فإن الزجاج البصري عديم اللون شديد البياض يعد خيارًا مناسبًا. إنه يحتفظ بسطح مصقول ومحتوى فقاعي منخفض لأنظمة التصوير والإضاءة الدقيقة.
الأسئلة المتداولة
س 1: ما هو زجاج الكوارتز المنصهر؟
A1: زجاج الكوارتز المنصهر عبارة عن مادة صلبة غير متبلورة مصنوعة من ثاني أكسيد السيليكون النقي تقريبًا (SiO2). شبكة السيليكا المستمرة تمنحها تمددًا حراريًا منخفضًا، وانتقال عميق للأشعة فوق البنفسجية، ومقاومة كيميائية عالية.
Q2: الكوارتز المنصهر مقابل السيليكا المنصهرة: ما الفرق؟
ج2: يبدأ الكوارتز المنصهر من بلورة الكوارتز الطبيعية، بينما تبدأ السيليكا المنصهرة من مادة السيليكون الاصطناعية. تتمتع السيليكا المنصهرة بنقاء أعلى ومحتوى OH أكثر تحكمًا، لكن الكوارتز المنصهر يوفر حلاً أكثر فعالية من حيث التكلفة للعديد من التطبيقات.
Q3: ما هي درجة الحرارة التي يمكن أن يتحملها زجاج الكوارتز المنصهر؟
A3: يمكن أن يعمل الكوارتز المنصهر بشكل مستمر عند 1100 درجة مئوية، ومن الممكن القيام برحلات قصيرة إلى 1300 درجة مئوية. هذا الاستقرار الحراري أعلى بكثير من زجاج البورسليكات والصودا والجير.
س 4: هل ينقل زجاج الكوارتز المنصهر ضوء الأشعة فوق البنفسجية؟
ج4: نعم. ينقل الكوارتز المنصهر عالي الجودة الضوء فوق البنفسجي بدءًا من حوالي 185 نانومتر، مما يجعله المادة القياسية للطباعة الحجرية الضوئية والأشعة فوق البنفسجية والتحليل الطيفي.
س 5: ما هو زجاج الكوارتز المنصهر المستخدم؟
ج5: تشمل الاستخدامات الشائعة النوافذ المصنوعة من أشباه الموصلات، والبصريات فوق البنفسجية، وأحواض التحليل الطيفي، والنوافذ الواقية من الليزر، والنظارات ذات درجة الحرارة العالية.
س 6: كم تكلفة زجاج الكوارتز المنصهر؟
ج6: يتكلف الكوارتز المنصهر أكثر من زجاج البورسليكات أو زجاج الجير الصودا بسبب ذوبان درجة الحرارة العالية ومتطلبات النقاء، ولكنه بشكل عام أقل تكلفة من السيليكا المنصهرة الاصطناعية. السعر يعتمد على الحجم والسمك وجودة السطح والكمية.
