Кварцевые стержни , особенно изготовленные из плавленого кварца высокой чистоты, играют жизненно важную роль в промышленности, лабораторных и научных исследованиях. Многие пользователи при выборе часто задаются вопросом: «Какова твердость кварцевого стержня? Сколько у него марок?» Это очень важный вопрос, но ответ может отличаться от того, что вы себе представляете. Строго говоря, твердость самого кварцевого стержня по шкале Мооса имеет фиксированное значение, около 7 по шкале Мооса, и у него нет классификации «класса твердости», как у стали. Его устойчивость к царапинам и износу в основном обусловлены присущими ему свойствами материала.

Однако то, что действительно волнует пользователей, часто — это механическая прочность, термостойкость, устойчивость к деформации и уровень обработки поверхности, демонстрируемые кварцевыми стержнями в различных сценариях применения. Различия в уровнях производительности в основном отражаются на чистоте кварцевых материалов, производственных процессах (таких как электроплавка или очистка газа) и последующей термообработке.

1. Понимание «твердости» кварцевых стержней: уровень твердости по шкале Мооса 7.

1.1 Что такое твердость по шкале Мооса?

Твердость по Моосу — это стандарт для измерения способности минералов сопротивляться царапинам, выражаемый цифрами от 1 (самый мягкий, например, тальк) до 10 (самый твердый, например, алмаз).

1.2 Определение твердости кварца

Твердость кварца по шкале Мооса (химический состав диоксида кремния, SiO₂) равна 7. Это очень высокий уровень, для сравнения:

Твердость обычного стекла по шкале Мооса составляет около 5,5.

Твердость ножей из нержавеющей стали около 5,5.

Твердость карбида вольфрама около 9.

Твердость алмазов 10.

Это означает, что кварцевые стержни легко царапают стеклянные и металлические поверхности, а также обладают хорошей устойчивостью к царапинам.

1.3 Причины постоянной твердости

Пока кварцевый стержень изготовлен из чистого кремнезема, его твердость по шкале Мооса остается стабильной на уровне около 7. Изменение твердости обычно означает, что изделие содержит большое количество примесей или вообще не изготовлено из кварцевого материала (например, из обычного натриево-кальциевого стекла).

2. За пределами твердости:

Хотя твердость фиксирована, существуют существенные различия в характеристиках кварцевых стержней разных марок, которые напрямую определяют, какие задачи они могут решать.

2.1 Уровень чистоты

Чистота является основным показателем качества кварцевых стержней, который напрямую влияет на их термостойкость и химическую стабильность.

Обычный сорт (>99,9%): содержит небольшое количество примесей, подходит для случаев с низкой температурой и требованиями, например, для некоторых смотровых окон и опорных стержней.

Высокая степень чистоты (>99,99%): благодаря чрезвычайно низкому содержанию примесей он обладает превосходной стойкостью к высокотемпературной деформации (более высокая температура размягчения) и оптическим пропусканием. Подходит для полупроводниковой промышленности, оптоволоконных заготовок и высокотехнологичных оптических приложений.

Синтетический кварц сверхвысокой чистоты (>99,999%): изготовлен с помощью таких процессов, как химическое осаждение из паровой фазы, почти не содержит металлических примесей и гидроксильных групп (OH -), с превосходной оптической однородностью и чрезвычайно низким коэффициентом теплового расширения. Подходит для оптики глубокого ультрафиолета, лазеров и прецизионных оптических компонентов.

2.2 Технологический и конструкционный класс

Производственный процесс определяет качество кварцевого стержня, такое как наличие пузырьков, содержание примесей и однородность.

Метод электроплавки: плавление кварцевого песка высокой чистоты электрической дугой в вакууме или инертной атмосфере. Способен производить стержни из прозрачного кварцевого стекла с низким содержанием пузырьков и хорошей оптической однородностью.

Метод очистки газа: плавление кварцевого песка в водородно-кислородном пламени. Также можно производить продукцию высокого качества, и контроль процесса имеет решающее значение для ее производительности.

Метод непрерывного плавления: непрерывное производство, высокая эффективность, относительно низкая стоимость, подходит для крупномасштабного промышленного применения с менее строгими требованиями к оптическим характеристикам.

2.3 Уровень термостабильности

Это не класс, указанный на этикетке, а комплексный показатель эффективности, определяемый чистотой и процессом.

Устойчивость к термическому удару: кварцевые стержни имеют чрезвычайно низкий коэффициент теплового расширения и могут выдерживать резкие изменения температуры, не ломаясь. Например, если быстро поместить высокотемпературный кварцевый стержень в холодную воду, он обычно не взрывается. Эта функция решает проблему повреждения устройства, вызванную быстрым охлаждением и нагревом в условиях высокой температуры.

Температура размягчения: температура размягчения кварцевых стержней высокой чистоты достигает около 1660 ° C, что означает, что они все еще могут сохранять свою форму и прочность при экстремально высоких температурах, решая проблему легкого размягчения и деформации высокотемпературных носителей и опор.

2.4 Класс качества поверхности

Уровень обработки поверхности кварцевых стержней определяет их механическую прочность и оптические свойства.

Огнеполированная поверхность: гладкая поверхность, хорошая прозрачность, высокая механическая прочность, эффективно снижает концентрацию напряжений, вызванных поверхностными микротрещинами.

Шлифование и полировка поверхности: достижение чрезвычайно высокой гладкости и плоскостности поверхности, используется для точной оптической проводимости, решения проблем рассеяния света и потерь энергии.

Заготовка/поверхность резки: Поверхность относительно шероховатая, может иметь микротрещины, с относительно низкой механической прочностью. Обычно он используется для механических опор, которые не чувствительны к поверхности.

3. Практические задачи, решаемые кварцевыми стержнями разных «сортов».

Выбор подходящей «сортности» кварцевого стержня на основе вышеуказанных показателей позволяет целенаправленно решить следующие отраслевые проблемы:

3.1 Решение проблем деформации и загрязнения в условиях высоких температур

Сценарии применения: печные трубы, держатели и лопатки для печей для выращивания полупроводникового монокристаллического кремния (вытяжные печи), диффузионных печей и печей окисления.

Решение: использовать кварцевые стержни высокой чистоты и высокой температуры размягчения в качестве опорных и соединительных компонентов. Его высокотемпературная недеформационная характеристика обеспечивает точное позиционирование переноса пластин, а его высокая химическая чистота позволяет избежать загрязнения дорогостоящего кремниевого сырья при высоких температурах.

3.2. Решение проблемы взрыва при резких перепадах температуры.

Сценарии применения: лабораторные трубчатые печи, оборудование для вакуумного нанесения покрытий, лазеры, корпуса УФ-ламп.

Решение: использовать кварцевые стержни с чрезвычайно низким коэффициентом теплового расширения и сверхсильной термостойкостью в качестве смотровых окон, кронштейнов ламповых трубок или каркасов реакционных камер, чтобы обеспечить стабильную работу оборудования в повторяющихся циклах повышения и падения температуры и продлить срок его службы.

3.3 Решение проблем потерь в агрессивных средах

Сценарии применения: химическая промышленность, процесс кислотной мойки, специальная система освещения.

Решение: Кварцевый материал сам по себе обладает превосходной стойкостью к кислотам и коррозии (за исключением плавиковой кислоты и горячей фосфорной кислоты). Использование кварцевых стержней в качестве мешалок, направляющих стержней или опор позволяет длительное время выдерживать кислую и щелочную среду, заменять металлические детали и решать проблемы коррозионных потерь и загрязнения сред.

3.4. Решение проблем потерь энергии и искажений в прецизионной оптике

Сценарии применения: машины для УФ-литографии, спектрометры, системы передачи мощных лазеров.

Решение: используйте стержни из синтетического кварца сверхвысокой чистоты и подвергайте их прецизионному шлифованию и полировке для достижения чрезвычайно высокого коэффициента пропускания и превосходной оптической однородности как в ультрафиолетовом, так и в инфракрасном диапазонах. Решены такие проблемы, как потеря передачи световой энергии, деформация луча и эффект тепловой линзы.

Хотя твердость самих кварцевых стержней не имеет степени, их чистота, процесс производства и уровень обработки поверхности составляют фактическую «класс эффективности». При выборе следует не только сосредоточиться на одном показателе «твердости», но также глубоко понимать, соответствуют ли его чистота, термическая стабильность и оптические характеристики вашим конкретным потребностям, чтобы выбрать «сорт» кварцевого стержня, который может наилучшим образом решить вашу реальную проблему.

Luverre Quartz производит и продает широкий ассортимент высококачественного кварцевого стекла, включая кварцевые трубки, кварцевые пластины, кварцевые стержни, кварцевые окна, кварцевые тигли, кварцевые лодочки, кварцевые фланцы, кварцевые стаканы, инструменты из кварцевого стекла и многое другое. Мы можем удовлетворить все индивидуальные требования к изделиям из кварцевого стекла.