中國粉體網(wǎng)訊  石英玻璃是由二氧化硅單一組分構(gòu)成的特種工業(yè)技術(shù)玻璃，具有一系列特殊的物理和化學(xué)性能，并被新材料領(lǐng)域?qū)＜易u為“玻璃之王”。其純度與性能直接影響高端裝備的精度與可靠性，成為推動新一代信息技術(shù)和新能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵材料‌。其優(yōu)點如下：

1）極佳的光譜特性，從紫外到紅外極寬的光譜范圍內(nèi)的光學(xué)透過能力，尤其在紫外和深紫外光譜范圍內(nèi)的透過性能是一般光學(xué)玻璃所不具備的；

2）優(yōu)良的耐高溫性能，其軟化點與白金的熔點相近，熱膨脹系數(shù)極小；

3）高介電場強度，低介電損失和極低的導(dǎo)電性，是極好的絕緣材料；

4）較高的純度，人工合成石英玻璃的金屬離子總含量可控制在1×10-6以內(nèi)；

5）經(jīng)過摻雜的石英玻璃具有其他特殊性能，如光譜特性和超低膨脹系數(shù)等。

石英玻璃現(xiàn)已成為近代科學(xué)技術(shù)和現(xiàn)代工業(yè)不可或缺的重要材料，在航空航天、激光核技術(shù)、半導(dǎo)體集成電路、光電器件和精密儀器等高技術(shù)領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用。在制備技術(shù)方面，高純石英材料通過天然石英礦石提純與合成工藝兩條路徑實現(xiàn)。傳統(tǒng)提純工藝結(jié)合煅燒水淬、磁選、浮選及酸浸等技術(shù)，可有效去除鐵、鋁等雜質(zhì)‌；而合成工藝（如氣相沉積法、等離子化學(xué)氣相沉積法和間接合成法等）突破天然石英礦源限制，純度達99.9999%以上。

石英礦物原料部分提純工藝介紹

高溫真空處理：利用石英晶型轉(zhuǎn)變過程的反應(yīng)機理，在高溫真空狀態(tài)下去除石英砂或石英原礦中的液態(tài)和氣態(tài)雜質(zhì)。

氯化處理：在一定溫度條件下，借助氯化劑的作用，使石英砂中的堿金屬和堿土金屬雜質(zhì)轉(zhuǎn)化成氣相的氯化物。

超導(dǎo)選：超導(dǎo)材料產(chǎn)生幾十萬高斯的超導(dǎo)磁場，使石英中微小雜質(zhì)和固態(tài)包裹體被磁化而選出。

電選：在高壓電場中利用礦物的電性差異使礦物分離。

超聲波處理：利用超聲波在液體中的空化作用提高酸洗效率。

摻雜提純：高溫條件下使摻入的元素與雜質(zhì)元素反應(yīng)生成易溶于水或酸的物質(zhì)，而后水洗或酸洗提純。

精餾提純：利用不同組分有不同沸點，同一溫度下不同蒸汽壓。

吸附提純：液體與固體兩相界面處組分與內(nèi)部不同而產(chǎn)生濃縮。

高性能石英材料合成工藝介紹

化學(xué)氣相沉積工藝(CVD)

CVD是指氣相含硅化合物（如SiCl4､SiH4和Si4O4(CH3)8等無機與有機原料）在H2-O2火焰中高溫水解或氧化生成SiO2微粒，并逐層沉積在旋轉(zhuǎn)的基體上形成透明石英玻璃。

根據(jù)沉積基體的運轉(zhuǎn)方式和反應(yīng)器的構(gòu)造，CVD分為臥式和立式兩種工藝形式，立式工藝可實現(xiàn)大尺寸合成石英玻璃的生產(chǎn)，與臥式CVD工藝相比，具有沉積速率和效率高，爐膛溫度高且均勻，玻璃的光學(xué)均勻性好等明顯優(yōu)勢。目前，國際上CVD工藝合成石英玻璃主要采用立式工藝。

等離子化學(xué)氣相沉積工藝(PCVD)

PCVD工藝是指采用高純SiCl4為原料，以高頻等離子體火焰代替氫氧火焰氣相合成石英玻璃，該工藝與傳統(tǒng)電熔工藝制備的石英玻璃統(tǒng)稱為紅外石英玻璃。

PCVD工藝制備的石英玻璃的金屬雜質(zhì)和羥基含量低，具備優(yōu)良的紫外-紅外光譜透過性能、穩(wěn)定的折射率以及良好的結(jié)構(gòu)均勻性等特性，并且無氣泡和雜點等缺陷，廣泛用作各類光學(xué)透鏡和高穩(wěn)定性慣導(dǎo)器件的基材，如太陽器模擬、紅外跟蹤系統(tǒng)、紫外-可見-紅外分光器等光學(xué)組件和光波導(dǎo)用石英光纖等。

間接合成法

間接合成法是相對于目前常見的電熔、氣煉、CVD和PCVD等４種“直接法”工藝技術(shù)（由原料經(jīng)過1800℃以上高溫一步直接制得石英玻璃）制備石英玻璃而言的，包括低密度SiO2疏松體的沉積和燒結(jié)兩個主要工序，即利用含硅化合物（如SiCl4等）為原料，采用低溫CVD工藝，首先沉積形成低密度SiO2疏松體，再進行燒結(jié)，燒結(jié)過程中同時進行摻雜、脫水、脫氣及致密化，直至達到玻璃化。

目前，國外利用間接合成法制備半導(dǎo)體光刻技術(shù)用石英玻璃光掩模基板，準分子激光器和光電探測器等領(lǐng)域用石英玻璃透鏡和棱鏡等元件。

2025年4月23-24日，由中國粉體網(wǎng)、中粉會展主辦的“2025全國半導(dǎo)體行業(yè)用高純石英材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展大會”將在江蘇南京召開，屆時來自中國建筑材料科學(xué)研究總院有限公司的教授級高工王玉芬，將做題為《氣相沉積法制備高純石英材料發(fā)展趨勢與應(yīng)用》的報告。

王教授將介紹高純石英材料在半導(dǎo)體制造、光纖預(yù)制棒、光學(xué)器件、光伏及國防裝備等‌領(lǐng)域的應(yīng)用情況，并將聚焦高純石英材料的技術(shù)創(chuàng)新與產(chǎn)業(yè)化難點，探討提純工藝優(yōu)化、合成路線突破及下游應(yīng)用拓展等內(nèi)容，助力國產(chǎn)高端石英材料實現(xiàn)自主可控‌。

王玉芬，教授級高工，碩導(dǎo)，享受國務(wù)院政府特殊津貼。曾任中國建筑材料科學(xué)研究總院石英院院長、中建材衢州金格蘭石英有限公司執(zhí)行董事。自1986年，進入中國建筑材料科學(xué)研究總院工作以來，長期從事石英與特種玻璃研究工作。在大口徑復(fù)合石英管、石英-鎢過渡封接玻璃、立式化學(xué)氣相沉積石英玻璃等方面實現(xiàn)多項首創(chuàng)，為我國電子、航天、船舶、核能、兵器、航空等領(lǐng)域提供了關(guān)鍵配套材料，為我國國防和經(jīng)濟建設(shè)做出了重要貢獻。至今主持并完成了國家重大專項、軍工科研、國際合作等20余項國家級項目，榮獲省部級科技獎6項、授權(quán)專利20余項、論文20余篇、標準5部、出版專著2部，以及獲“第四屆全國建材行業(yè)十大女杰”稱號。

參考來源：

[1]王玉芬：石英玻璃制造工藝、性能及其應(yīng)用

[2]聶蘭艦，王玉芬等：高性能光學(xué)合成石英玻璃的制備和應(yīng)用

（中國粉體網(wǎng)編輯整理/平安）

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