Le aste di quarzo , in particolare quelle realizzate in silice fusa di elevata purezza, svolgono un ruolo vitale nell'industria, nei laboratori e nella ricerca scientifica. Molti utenti spesso chiedono quando selezionano: 'Qual è la durezza dell'asta di quarzo? Quanti gradi ha?' Questa è una domanda molto importante, ma la risposta potrebbe essere diversa da quella che immagini. A rigor di termini, la durezza Mohs della bacchetta di quarzo stessa è un valore fisso, circa Mohs 7, e non ha una classificazione di 'grado di durezza' come l'acciaio. La sua resistenza ai graffi e all'usura deriva principalmente dalle proprietà intrinseche del materiale.

Tuttavia, ciò che interessa veramente agli utenti sono spesso la resistenza meccanica, la resistenza agli shock termici, la resistenza alla deformazione e il livello di trattamento superficiale mostrato dalle aste di quarzo in diversi scenari applicativi. Le differenze nei livelli di prestazione si riflettono principalmente nella purezza dei materiali di quarzo, nei processi di produzione (come la fusione elettrica o la raffinazione del gas) e nel successivo trattamento termico.

1、Comprendere la 'durezza' delle aste di quarzo: livello di durezza Mohs 7

1.1 Qual è la durezza Mohs?

La durezza Mohs è uno standard per misurare la capacità dei minerali di resistere ai graffi, espressa in numeri da 1 (il più morbido, come il talco) a 10 (il più duro, come il diamante).

1.2 Posizionamento della durezza del quarzo

La durezza Mohs del quarzo (composizione chimica del biossido di silicio, SiO ₂) è 7. Questo è un livello molto elevato, a titolo di confronto:

La durezza Mohs del vetro comune è di circa 5,5

La durezza dei coltelli in acciaio inossidabile è di circa 5,5

La durezza del carburo di tungsteno è di circa 9

La durezza dei diamanti è 10

Ciò significa che le bacchette di quarzo possono graffiare facilmente le superfici in vetro e metallo, pur avendo una buona resistenza ai graffi.

1.3 Ragioni per la durezza costante

Finché l'asta di quarzo è realizzata in silice pura, la sua durezza Mohs rimane stabile intorno a 7. Il cambiamento di durezza di solito significa che il prodotto contiene una grande quantità di impurità o non è affatto costituito da materiale di quarzo (come il normale vetro sodo-calcico).

2. Oltre la durezza:

Sebbene la durezza sia fissa, ci sono differenze significative nelle prestazioni delle bacchette di quarzo di diversi gradi, che determinano direttamente quali problemi possono risolvere.

2.1 Livello di purezza

La purezza è l'indicatore principale del 'grado' delle aste di quarzo, che influisce direttamente sulla loro resistenza alla temperatura e stabilità chimica.

Grado ordinario (>99,9%): contenente una piccola quantità di impurità, adatto per occasioni con temperature e requisiti bassi, come alcune finestre di osservazione e aste di supporto.

Grado di purezza elevato (>99,99%): con un contenuto di impurità estremamente basso, ha una resistenza alla deformazione ad alta temperatura (punto di rammollimento più elevato) e una trasmittanza ottica superiori. Adatto per l'industria dei semiconduttori, preforme di fibre e applicazioni ottiche di fascia alta.

Grado di purezza ultra elevata/quarzo sintetico (>99,999%): realizzato attraverso processi come la deposizione chimica da fase vapore, quasi privo di impurità metalliche e gruppi idrossilici (OH -), con eccellente uniformità ottica e coefficiente di dilatazione termica estremamente basso. Adatto per ottica ultravioletta profonda, laser e componenti ottici di precisione.

2.2 Processo e grado strutturale

Il processo di produzione determina la qualità intrinseca dell'asta di quarzo, come bolle, contenuto di impurità e uniformità.

Metodo di fusione elettrica: fusione della sabbia di quarzo ad elevata purezza con un arco elettrico sotto vuoto o in atmosfera inerte. In grado di produrre bacchette di vetro al quarzo trasparente con basso contenuto di bolle e buona uniformità ottica.

Metodo di raffinazione del gas: fusione della sabbia di quarzo in una fiamma di idrogeno e ossigeno. È anche possibile realizzare prodotti di alta qualità e il controllo del processo è fondamentale per la loro prestazione.

Metodo di fusione continua: produzione continua, alta efficienza, costo relativamente basso, adatto per applicazioni industriali su larga scala con requisiti di prestazioni ottiche meno estremi.

2.3 Livello di stabilità termica

Non si tratta di un grado indicato sull'etichetta, ma di un indicatore di prestazione completo determinato dalla purezza e dal processo.

Resistenza agli shock termici: le aste di quarzo hanno un coefficiente di dilatazione termica estremamente basso e possono resistere a drastici sbalzi di temperatura senza rompersi. Ad esempio, immergendo rapidamente una bacchetta di quarzo ad alta temperatura nell'acqua fredda, di solito non esplode. Questa funzionalità risolve il problema dei danni al dispositivo causati dal raffreddamento e dal riscaldamento rapidi in ambienti ad alta temperatura.

Punto di rammollimento: il punto di rammollimento delle aste di quarzo di elevata purezza arriva fino a circa 1660 ° C, il che significa che possono ancora mantenere la loro forma e resistenza a temperature estremamente elevate, risolvendo il problema del facile rammollimento e della deformazione di supporti e supporti ad alta temperatura.

2.4 Grado di qualità della superficie

Il livello di trattamento superficiale delle aste di quarzo ne determina la resistenza meccanica e le proprietà ottiche.

Superficie lucidata a fuoco: superficie liscia, buona trasparenza, elevata resistenza meccanica, può ridurre efficacemente la concentrazione di stress causata da microfessure superficiali.

Superficie di levigatura e lucidatura: raggiungimento di una levigatezza e planarità superficiale estremamente elevata, utilizzata per la conduzione ottica di precisione, risolvendo i problemi di diffusione della luce e perdita di energia.

Superficie grezza/tagliente: la superficie è relativamente ruvida e può presentare microfessure, con resistenza meccanica relativamente bassa. Viene generalmente utilizzato per applicazioni di supporto meccanico che non sono sensibili alla superficie.

3. Problemi pratici che possono essere risolti con bacchette di quarzo di diversi 'gradi'

La selezione dell'asta di quarzo di 'grado' appropriato in base agli indicatori di cui sopra può risolvere in modo mirato i seguenti problemi del settore:

3.1 Affrontare i problemi di deformazione e inquinamento in ambienti ad alta temperatura

Scenari applicativi: tubi, supporti e pale del forno per forni di crescita di silicio monocristallino semiconduttore (forni di estrazione), forni di diffusione e forni di ossidazione.

Soluzione: utilizzare bacchette di quarzo ad elevata purezza e con punto di rammollimento elevato come componenti di supporto e connessione. La sua caratteristica di non deformazione alle alte temperature garantisce il posizionamento preciso del trasferimento del wafer e la sua elevata purezza chimica evita la contaminazione di costose materie prime di silicio alle alte temperature.

3.2 Risolvere il problema dell'esplosione in caso di forti sbalzi di temperatura

Scenari applicativi: forni tubolari da laboratorio, apparecchiature di rivestimento sotto vuoto, laser, alloggiamenti per lampade UV.

Soluzione: utilizzare il coefficiente di dilatazione termica estremamente basso e l'elevatissima resistenza agli shock termici delle aste di quarzo come finestre di osservazione, staffe per tubi di lampade o scheletri di camere di reazione per garantire il funzionamento stabile delle apparecchiature in cicli ripetuti di aumento e diminuzione della temperatura e prolungarne la durata.

3.3 Affrontare i problemi di perdita in ambienti corrosivi

Scenari applicativi: industria chimica, processo di lavaggio acido, sistema di illuminazione speciale.

Soluzione: il materiale al quarzo stesso ha un'eccellente resistenza agli acidi e alla corrosione (ad eccezione dell'acido fluoridrico e dell'acido fosforico caldo). L'utilizzo di aste di quarzo come aste di agitazione, aste guida o supporti può resistere a lungo ad ambienti acidi e alcalini, sostituire parti metalliche e risolvere i problemi di perdita di corrosione e mezzi contaminati.

3.4 Risoluzione di problemi di perdita di energia e distorsione nell'ottica di precisione

Scenari applicativi: macchine per litografia UV, spettrometri, sistemi di trasmissione laser ad alta potenza.

Soluzione: utilizzare bacchette di quarzo sintetico ad altissima purezza e sottoporsi a molatura e lucidatura di precisione per ottenere una trasmittanza estremamente elevata e un'eccellente uniformità ottica nelle bande dell'ultravioletto e dell'infrarosso. Risolti problemi come la perdita di trasmissione dell'energia luminosa, la deformazione del raggio e l'effetto lente termica.

Sebbene la durezza delle bacchette di quarzo in sé non abbia un grado, la loro purezza, il processo di produzione e il livello di trattamento superficiale costituiscono l'effettivo 'grado di prestazione'. Quando si sceglie, non ci si dovrebbe concentrare solo sul singolo indicatore di 'durezza', ma anche comprendere profondamente se la sua purezza, stabilità termica e prestazioni ottiche soddisfano le vostre specifiche esigenze applicative, in modo da scegliere il 'grado' del prodotto con asta di quarzo che può risolvere al meglio il vostro problema reale.

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