Kwartsstaven , vooral die gemaakt van zeer zuiver gesmolten silica, spelen een cruciale rol in de industrie, in laboratoria en in wetenschappelijk onderzoek. Veel gebruikers vragen bij het selecteren vaak: 'Wat is de hardheid van een kwartsstaaf? Hoeveel graden heeft het?' Dit is een heel belangrijke vraag, maar het antwoord kan verschillen van wat u zich voorstelt. Strikt genomen is de Mohs-hardheid van de kwartsstaaf zelf een vaste waarde, ongeveer Mohs 7, en heeft deze geen 'hardheidsgraad'-classificatie zoals staal. De krasvastheid en slijtvastheid vloeien voornamelijk voort uit de inherente materiaaleigenschappen.

Waar gebruikers echter echt om geven, zijn vaak de mechanische sterkte, thermische schokbestendigheid, vervormingsweerstand en oppervlaktebehandelingsniveau die kwartsstaven vertonen in verschillende toepassingsscenario's. De verschillen in prestatieniveaus worden voornamelijk weerspiegeld in de zuiverheid van kwartsmaterialen, productieprocessen (zoals elektrisch smelten of gasraffinage) en de daaropvolgende warmtebehandeling.

1. Inzicht in de 'hardheid' van kwartsstaven: Mohs-hardheidsniveau 7

1.1 Wat is Mohs-hardheid?

Mohs-hardheid is een standaard voor het meten van het vermogen van mineralen om krassen te weerstaan, uitgedrukt in cijfers van 1 (zachtste, zoals talk) tot 10 (hardste, zoals diamant).

1.2 Hardheidspositionering van kwarts

De Mohs-hardheid van kwarts (chemische samenstelling van siliciumdioxide, SiO₂) is 7. Ter vergelijking: dit is een zeer hoog niveau:

De Mohs-hardheid van gewoon glas is ongeveer 5,5

De hardheid van roestvrijstalen messen is ongeveer 5,5

De hardheid van wolfraamcarbide is ongeveer 9

De hardheid van diamanten is 10

Dit betekent dat kwartsstaven gemakkelijk krassen kunnen maken op glas en metalen oppervlakken, terwijl ze ook een goede krasbestendigheid hebben.

1.3 Redenen voor constante hardheid

Zolang de kwartsstaaf van puur silica is gemaakt, blijft de Mohs-hardheid stabiel rond de 7. De verandering in hardheid betekent meestal dat het product een grote hoeveelheid onzuiverheden bevat of helemaal niet van kwartsmateriaal is gemaakt (zoals gewoon natronkalkglas).

2. Voorbij hardheid:

Hoewel de hardheid vaststaat, zijn er aanzienlijke verschillen in de prestaties van kwartsstaven van verschillende kwaliteiten, die direct bepalen welke problemen ze kunnen oplossen.

2.1 Zuiverheidsniveau

Zuiverheid is de kernindicator van kwartsstaven, die een directe invloed heeft op hun temperatuurbestendigheid en chemische stabiliteit.

Gewone kwaliteit (>99,9%): bevat een kleine hoeveelheid onzuiverheden, geschikt voor gelegenheden met lage temperaturen en vereisten, zoals bepaalde observatievensters en steunstaven.

Hoge zuiverheidsgraad (>99,99%): Met een extreem laag onzuiverheidsgehalte heeft het een superieure vervormingsweerstand bij hoge temperaturen (hoger verwekingspunt) en optische transmissie. Geschikt voor de halfgeleiderindustrie, vezelvoorvormen en hoogwaardige optische toepassingen.

Ultrahoge zuiverheid/synthetische kwartskwaliteit (>99,999%): gemaakt door processen zoals chemische dampafzetting, vrijwel vrij van metaalonzuiverheden en hydroxylgroepen (OH -), met uitstekende optische uniformiteit en extreem lage thermische uitzettingscoëfficiënt. Geschikt voor diep-ultraviolette optica, lasers en optische precisiecomponenten.

2.2 Proces- en structurele kwaliteit

Het productieproces bepaalt de intrinsieke kwaliteit van de kwartsstaaf, zoals bellen, onzuiverheidsgehalte en uniformiteit.

Elektrische smeltmethode: het smelten van hoogzuiver kwartszand met een elektrische boog in een vacuüm of inerte atmosfeer. Geschikt voor het produceren van transparante kwartsglasstaven met een laag belgehalte en een goede optische uniformiteit.

Gasraffinagemethode: kwartszand smelten in een waterstofzuurstofvlam. Er kunnen ook producten van hoge kwaliteit worden geproduceerd, en procescontrole is cruciaal voor de prestaties ervan.

Continue smeltmethode: continue productie, hoog rendement, relatief lage kosten, geschikt voor grootschalige industriële toepassingen met minder extreme optische prestatie-eisen.

2.3 Thermisch stabiliteitsniveau

Dit is geen cijfer dat op het etiket staat, maar een uitgebreide prestatie-indicator die wordt bepaald door zuiverheid en proces.

Bestand tegen thermische schokken: Kwartsstaven hebben een extreem lage thermische uitzettingscoëfficiënt en zijn bestand tegen drastische temperatuurveranderingen zonder te breken. Het snel plaatsen van een kwartsstaaf op hoge temperatuur in koud water explodeert bijvoorbeeld meestal niet. Deze functie lost het probleem op van apparaatschade veroorzaakt door snelle koeling en verwarming in omgevingen met hoge temperaturen.

Verwekingspunt: Het verwekingspunt van kwartsstaven met een hoge zuiverheid is zo hoog als ongeveer 1660 ° C, wat betekent dat ze nog steeds hun vorm en sterkte kunnen behouden bij extreem hoge temperaturen, waardoor het probleem van gemakkelijke verzachting en vervorming van dragers en steunen bij hoge temperaturen wordt opgelost.

2.4 Oppervlaktekwaliteit

Het oppervlaktebehandelingsniveau van kwartsstaven bepaalt hun mechanische sterkte en optische eigenschappen.

Vuurgepolijst oppervlak: glad oppervlak, goede transparantie, hoge mechanische sterkte, kan de spanningsconcentratie veroorzaakt door microscheuren in het oppervlak effectief verminderen.

Slijp- en polijstoppervlak: het bereiken van een extreem hoge gladheid en vlakheid van het oppervlak, gebruikt voor nauwkeurige optische geleiding, waardoor de problemen van lichtverstrooiing en energieverlies worden opgelost.

Blank/snijoppervlak: Het oppervlak is relatief ruw en kan microscheurtjes vertonen, met een relatief lage mechanische sterkte. Het wordt over het algemeen gebruikt voor mechanische ondersteuningstoepassingen die niet gevoelig zijn voor het oppervlak.

3. Praktische problemen die kunnen worden opgelost met kwartsstaven van verschillende 'kwaliteiten'

Het selecteren van de juiste kwartsstaaf van 'kwaliteit' op basis van de bovenstaande indicatoren kan de volgende industriële problemen op een gerichte manier oplossen:

3.1 Het aanpakken van vervormings- en vervuilingsproblemen in omgevingen met hoge temperaturen

Toepassingsscenario's: Ovenbuizen, dragers en schoepen voor halfgeleider monokristallijne siliciumgroeiovens (trekovens), diffusieovens en oxidatieovens.

Oplossing: Gebruik kwartsstaven met een hoge zuiverheid en een hoog verwekingspunt als steun- en verbindingscomponenten. De niet-vervormingseigenschap bij hoge temperaturen zorgt voor een nauwkeurige positionering van de waferoverdracht, en de hoge chemische zuiverheid voorkomt vervuiling van dure siliciumgrondstoffen bij hoge temperaturen.

3.2 Het explosieprobleem oplossen onder ernstige temperatuurveranderingen

Toepassingsscenario's: laboratoriumbuisovens, vacuümcoatingapparatuur, lasers, UV-lampbehuizingen.

Oplossing: Maak gebruik van de extreem lage thermische uitzettingscoëfficiënt en de supersterke thermische schokbestendigheid van kwartsstaven als observatievensters, lampbuisbeugels of skeletten van reactiekamers om een ​​stabiele werking van apparatuur bij herhaalde temperatuurstijgingen en -dalingen te garanderen en de levensduur ervan te verlengen.

3.3 Verliesproblemen aanpakken in corrosieve omgevingen

Toepassingsscenario's: chemische industrie, zuurwasproces, speciaal verlichtingssysteem.

Oplossing: Kwartsmateriaal heeft zelf een uitstekende zuur- en corrosieweerstand (behalve fluorwaterstofzuur en heet fosforzuur). Het gebruik van kwartsstaven als roerstaven, geleidestaven of steunen kan lange tijd zure en alkalische omgevingen weerstaan, metalen onderdelen vervangen en de problemen van corrosieverlies en verontreinigde media oplossen.

3.4 Het oplossen van energieverlies- en vervormingsproblemen in precisie-optica

Toepassingsscenario's: UV-lithografiemachines, spectrometers, krachtige lasertransmissiesystemen.

Oplossing: Gebruik ultrazuivere synthetische kwartsstaven en onderga nauwkeurig slijpen en polijsten om een ​​extreem hoge transmissie en uitstekende optische uniformiteit in zowel ultraviolette als infrarode banden te bereiken. Problemen opgelost zoals verlies van lichtenergietransmissie, bundelvervorming en thermisch lenseffect.

Hoewel de hardheid van kwartsstaven zelf geen graad heeft, vormen hun zuiverheid, productieproces en oppervlaktebehandelingsniveau de werkelijke 'prestatiegraad'. Bij het kiezen moet men zich niet alleen concentreren op de enkele indicator van 'hardheid', maar ook diep begrijpen of de zuiverheid, thermische stabiliteit en optische prestaties ervan voldoen aan uw specifieke toepassingsbehoeften, om zo de 'kwaliteit' van kwartsstaafproducten te kiezen die uw werkelijke probleem het beste kan oplossen.

Luverre Quartz produceert en verkoopt een breed assortiment kwartsglas van hoge kwaliteit, waaronder kwartsbuizen, kwartsplaten, kwartsstaven, kwartsvensters, kwartskroezen, kwartsboten, kwartsflenzen, kwartsbekers, kwartsglasinstrumenten en meer. Wij kunnen voldoen aan allerlei maatwerkeisen voor kwartsglasproducten.