Les tiges de quartz , en particulier celles constituées de silice fondue de haute pureté, jouent un rôle essentiel dans l'industrie, les laboratoires et la recherche scientifique. De nombreux utilisateurs demandent souvent lors de la sélection : « Quelle est la dureté de la tige de quartz ? Combien de qualités a-t-elle ? » C'est une question très importante, mais la réponse peut être différente de ce que vous imaginez. À proprement parler, la dureté Mohs de la tige de quartz elle-même est une valeur fixe, environ Mohs 7, et elle n'a pas de classification de « grade de dureté » comme l'acier. Sa résistance aux rayures et à l’usure proviennent principalement de ses propriétés matérielles inhérentes.

Cependant, ce qui intéresse vraiment les utilisateurs, c'est souvent la résistance mécanique, la résistance aux chocs thermiques, la résistance à la déformation et le niveau de traitement de surface présentés par les tiges de quartz dans différents scénarios d'application. Les différences de niveaux de performance se reflètent principalement dans la pureté des matériaux à base de quartz, dans les processus de fabrication (tels que la fusion électrique ou le raffinage du gaz) et dans le traitement thermique ultérieur.

1. Comprendre la « dureté » des tiges de quartz : niveau de dureté Mohs 7

1.1 Qu'est-ce que la dureté Mohs ?

La dureté Mohs est une norme permettant de mesurer la capacité des minéraux à résister aux rayures, exprimée en nombres allant de 1 (le plus doux, comme le talc) à 10 (le plus dur, comme le diamant).

1.2 Positionnement de la dureté du quartz

La dureté Mohs du quartz (composition chimique du dioxyde de silicium, SiO₂) est de 7. Il s'agit d'un niveau très élevé, à titre de comparaison :

La dureté Mohs du verre ordinaire est d'environ 5,5.

La dureté des couteaux en acier inoxydable est d'environ 5,5

La dureté du carbure de tungstène est d'environ 9

La dureté des diamants est de 10

Cela signifie que les tiges de quartz peuvent facilement rayer les surfaces en verre et en métal, tout en ayant une bonne résistance aux rayures.

1.3 Raisons d'une dureté constante

Tant que la tige de quartz est constituée de silice pure, sa dureté Mohs reste stable à environ 7. Le changement de dureté signifie généralement que le produit contient une grande quantité d'impuretés ou n'est pas du tout constitué de quartz (comme le verre sodocalcique ordinaire).

2. Au-delà de la dureté :

Bien que la dureté soit fixe, il existe des différences significatives dans les performances des tiges de quartz de différentes qualités, qui déterminent directement les problèmes qu'elles peuvent résoudre.

2.1 Niveau de pureté

La pureté est l'indicateur principal de « qualité » des tiges de quartz, qui affecte directement leur résistance à la température et leur stabilité chimique.

Qualité ordinaire (>99,9 %) : contenant une petite quantité d'impuretés, adaptée aux occasions à basse température et exigences, telles que certaines fenêtres d'observation et tiges de support.

Degré de pureté élevée (> 99,99 %) : avec une teneur en impuretés extrêmement faible, il présente une résistance à la déformation à haute température (point de ramollissement plus élevé) et une transmission optique supérieures. Convient à l'industrie des semi-conducteurs, aux préformes de fibres et aux applications optiques haut de gamme.

Qualité de quartz synthétique de très haute pureté (>99,999 %) : fabriqué selon des processus tels que le dépôt chimique en phase vapeur, presque exempt d'impuretés métalliques et de groupes hydroxyles (OH -), avec une excellente uniformité optique et un coefficient de dilatation thermique extrêmement faible. Convient aux optiques ultraviolettes profondes, aux lasers et aux composants optiques de précision.

2.2 Processus et qualité structurelle

Le processus de fabrication détermine la qualité intrinsèque de la tige de quartz, comme les bulles, la teneur en impuretés et l'uniformité.

Méthode de fusion électrique : fusion de sable de quartz de haute pureté avec un arc électrique sous vide ou atmosphère inerte. Capable de produire des tiges de verre de quartz transparent avec une faible teneur en bulles et une bonne uniformité optique.

Méthode de raffinage du gaz : faire fondre du sable de quartz dans une flamme d'hydrogène et d'oxygène. Des produits de haute qualité peuvent également être fabriqués, et le contrôle des processus est crucial pour leur performance.

Méthode de fusion continue : production continue, rendement élevé, coût relativement faible, adapté aux applications industrielles à grande échelle avec des exigences de performances optiques moins extrêmes.

2.3 Niveau de stabilité thermique

Il ne s'agit pas d'une qualité indiquée sur l'étiquette, mais d'un indicateur de performance complet déterminé par la pureté et le processus.

Résistance aux chocs thermiques : les tiges de quartz ont un coefficient de dilatation thermique extrêmement faible et peuvent résister à des changements de température drastiques sans se briser. Par exemple, placer rapidement une tige de quartz à haute température dans de l’eau froide n’explose généralement pas. Cette fonctionnalité résout le problème des dommages aux appareils causés par un refroidissement et un chauffage rapides dans des environnements à haute température.

Point de ramollissement : le point de ramollissement des tiges de quartz de haute pureté atteint environ 1 660 °C, ce qui signifie qu'elles peuvent toujours conserver leur forme et leur résistance à des températures extrêmement élevées, résolvant ainsi le problème du ramollissement et de la déformation faciles des supports et supports à haute température.

2.4 Qualité de surface

Le niveau de traitement de surface des tiges de quartz détermine leur résistance mécanique et leurs propriétés optiques.

Surface polie au feu : surface lisse, bonne transparence, haute résistance mécanique, peut réduire efficacement la concentration de contraintes causée par les microfissures de surface.

Surface de meulage et de polissage : obtention d'une douceur et d'une planéité de surface extrêmement élevées, utilisées pour une conduction optique de précision, résolvant les problèmes de diffusion de la lumière et de perte d'énergie.

Surface brute/de découpe : La surface est relativement rugueuse et peut présenter des microfissures, avec une résistance mécanique relativement faible. Il est généralement utilisé pour des applications de support mécanique non sensibles à la surface.

3. Problèmes pratiques pouvant être résolus par des tiges de quartz de différentes « qualités »

La sélection de la tige de quartz « qualité » appropriée en fonction des indicateurs ci-dessus peut résoudre les problèmes industriels suivants de manière ciblée :

3.1 Résoudre les problèmes de déformation et de pollution dans les environnements à haute température

Scénarios d'application : tubes de four, supports et palettes pour fours de croissance de silicium monocristallin semi-conducteur (fours de tirage), fours de diffusion et fours d'oxydation.

Solution : utilisez des tiges de quartz de haute pureté et à point de ramollissement élevé comme composants de support et de connexion. Sa caractéristique de non-déformation à haute température garantit un positionnement précis du transfert de tranche, et sa haute pureté chimique évite de contaminer des matières premières de silicium coûteuses à haute température.

3.2 Résoudre le problème d'explosion en cas de changements de température sévères

Scénarios d'application : fours tubulaires de laboratoire, équipements de revêtement sous vide, lasers, boîtiers de lampes UV.

Solution : utilisez le coefficient de dilatation thermique extrêmement faible et la très forte résistance aux chocs thermiques des tiges de quartz comme fenêtres d'observation, supports de tubes de lampe ou squelettes de chambre de réaction pour garantir un fonctionnement stable de l'équipement dans des cycles répétés d'augmentation et de chute de température et prolonger sa durée de vie.

3.3 Résoudre les problèmes de pertes dans les environnements corrosifs

Scénarios d'application : industrie chimique, processus de lavage à l'acide, système d'éclairage spécial.

Solution : Le matériau quartz lui-même présente une excellente résistance aux acides et à la corrosion (sauf pour l’acide fluorhydrique et l’acide phosphorique chaud). L'utilisation de tiges de quartz comme tiges d'agitation, tiges de guidage ou supports peut résister longtemps aux environnements acides et alcalins, remplacer les pièces métalliques et résoudre les problèmes de perte par corrosion et de milieux contaminés.

3.4 Résoudre les problèmes de perte d'énergie et de distorsion en optique de précision

Scénarios d'application : machines de lithographie UV, spectromètres, systèmes de transmission laser haute puissance.

Solution : utilisez des tiges de quartz synthétique de très haute pureté et subissez un meulage et un polissage de précision pour obtenir une transmission extrêmement élevée et une excellente uniformité optique dans les bandes ultraviolettes et infrarouges. Problèmes résolus tels que la perte de transmission de l’énergie lumineuse, la déformation du faisceau et l’effet de lentille thermique.

Bien que la dureté des tiges de quartz elle-même n'ait pas de grade, leur pureté, leur processus de fabrication et leur niveau de traitement de surface constituent le véritable « grade de performance ». Lors du choix, il ne faut pas seulement se concentrer sur le seul indicateur de « dureté », mais également comprendre profondément si sa pureté, sa stabilité thermique et ses performances optiques répondent aux besoins spécifiques de votre application, afin de choisir la « qualité » de produit de tige de quartz qui peut le mieux résoudre votre problème réel.

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