中國粉體網訊 石英玻璃是由二氧化硅(SiO2)單一組分構成的特種工業技術玻璃。由于其具有耐溫、耐酸(氫氟酸和熱磷酸除外)、低膨脹和極佳的光譜透過性等特殊的理化性能,已成為現代科學技術的重要材料,廣泛應用于半導體工業、光通訊、電光源等高新技術領域。
石英玻璃的發展歷程
(1)國外
1839年,法國Gandin用氫氧焰熔化石英得到一塊不透明的石英玻璃,從此石英玻璃問世。
1902年英國人利用電熔爐制造石英玻璃。
1914年德國人采用真空加壓的方法制備石英玻璃。
1966年,美國Corning公司提出SiCl4與氧反應制備無羥基石英玻璃工藝。
1994年法國人提出一種等離子火焰裝置,替代氫氧焰加熱,避免生產過程中產生羥基,隨后德國賀利氏改進利用這種生產工藝制得高品質石英玻璃并實現產業化。
(2)國內
1957年,我國開始發展石英玻璃行業,起初主要服務于軍工和航天事業,改革開放后國家開始注重研發高新技術用石英玻璃,石英玻璃行業在這一時期也取得了不小的進步,但是產品質量相對較低。
90年代至今,國家引進先進技術,加強自主創新,這一階段我國人員結合國外先進的石英玻璃生產技術,從原料到生產工藝都取得了很大的進步,制備的石英產品質量也不斷提高,中低端石英制品達到產業化,并滿足國內需求,但是在突破制備高端石英制品的技術上我們還需要不斷的努力。
石英玻璃生產工藝
目前生產石英的工藝方法主要有電熔法、氣煉法、等離子體沉積法等方法。
石英玻璃生產工藝
工藝方法及用途
國家規定各種石英玻璃的SiO2含量標準
國內外石英玻璃工業發展現狀
(1)國內發展概況
半導體技術用石英玻璃
①硅單晶制造用石英玻璃。電弧法坩堝生產技術是科技攻關與引進先進技術相結合而發展成熟的先進制造技術,2004年國內石英坩堝產量14萬只,實現銷售收入近億元。現國內共有10家生產企業,擁有電弧法生產設備26套,產品規格8~18英寸,主要為太陽能用硅材料生產服務。
②半導體工業用石英材料。這類產品是加工石英玻璃儀器、石英玻璃器皿的基礎材料,過去大部分依賴從國外進口,近幾年國內石英行業通過加大研發力度,整合資源優勢,在石英材料制造技術上有了很大的突破,現國內制造設備已達到30臺,采用二步法拉制高質量高精度的石英棒及大直徑石英玻璃管,廣泛應用于光纖、半導體、石英加工等領域。
③集成電路用石英玻璃器件。石英玻璃擴散管和各種高純石英制品是集成電路生產的關鍵性消耗材料,現全國共有十多家企業生產各類石英玻璃儀器、器皿,2004年銷售額約為3億元。近幾年,國內生產石英玻璃儀器、器皿的加工技術進步很快,已接近國際先進水平。
光纖通訊、激光技術和國防工業用石英材料及石英纖維制品
石英玻璃沉積管是光導纖維的結構材料,占光纖組分的90%以上,它的質量直接影響光纖傳輸性能和強度。2004年我國生產光纖石英套管達20t,光纖用輔助石英把管及把棒產量約為120t,工業產值近6000萬元。激光技術及國防工業用光學石英、石英纖維產量約5~8萬t,產值達3000萬元。
光源、家電用石英玻璃
電光源是消耗石英玻璃最大的領域,在高效節能光源迅速發展的今天,鹵素燈正在國內外推廣應用,因此石英管的需求數量驚人。目前,國內已擁有100多臺連熔爐,2004年產量達到1.8萬t,其中透明管為1.5萬t,乳白管為0.35萬t,銷售收入近4.1億元。生產的殺菌燈管、低羥基管、無臭氧石英管、石英鹵素加熱燈管產品質量達到GE公司214A型水平,已在國際市場上占據主導供應地位。
①球形硅微粉。球形硅微粉主要應用于集成電路的封裝,其長期依賴進口供應。現國內企業已自主開發成功高頻等離子法制備球形硅微粉,并建成50t/a的中試生產線,于2005年3月投入生產運行。
②角形硅微粉。目前國內市場的角形硅微粉包括兩大類:結晶硅微粉和熔融硅微粉。其中以結晶硅微粉為主導產品,大多數生產廠家生產規模小,品種單一,產品一般在600目以下,全國大約有500家企業,年產總量在30萬t左右。生產出來的產品主要用于玻璃、陶瓷、冶金等領域,也用于硅橡膠、油漆、涂料、封裝二極管、三極管和電工及電子元件的塑封料。
(2)國外發展概況
微電子工業用超純石英玻璃制品
德國勞氏公司已可生產40英寸超大直徑的石英坩堝產品,純度(13種雜質元素的總含量)可達2×10-6(2ppm),生產的大規格石英管直徑可達500mm以上,純度在10-6(10ppm)以下,基本無波紋。
光纖用光波導級石英包層管
美國和德國生產的純度較高,二氧化硅含量大于5個9,OH含量≤1×10-6(1ppm)。
航天技術用宇航級光學石英玻璃、激光技術用超純合成石英玻璃
國外可做到直徑750mm以上,雜質含量≤0.1×10-6(0.1ppm),滿足光學級3個一類要求。
高純石英玻璃原料
長期由美國尤尼明公司壟斷供應,其ICTA—8的雜質含量可控制在8×10-6(8ppm)以下。
參考資料:
張玉等.石英玻璃的發展現狀及趨勢
鄧力.國內外特種玻璃研發與應用新動態(續)