中國粉體網訊  石英玻璃作為特種光電功能玻璃的一種，具有普通玻璃無可比擬的一系列優異性質，包括極佳的光譜透過性、極低的熱膨脹系數和電導率、極高的化學穩定性和耐輻照性以及在極端條件下較長的工作壽命等，是現代信息產業、光學、光伏、半導體等國家戰略性新興產業和航空航天等國防領域發展中不可或缺的重要基礎性材料。隨著我國電子信息產業等領域的迅速發展，對于高純石英玻璃及其制品生產技術提出了迫切的需求。

天然石英礦物提純

石英提純工藝流程圖

石英礦物原料處理工藝

選礦：選取原礦晶體好、包裹體少，無邊條、雜質、雜物，粒徑和顏色基本一致。

水淬：將原料加溫至870～950℃，保溫2h后快速倒入20℃的流動冷水中，以使雜質暴露和破碎，水淬后的水晶料呈白色，體積膨大、松散、易于破碎。

浮選：利用各種礦物的密度不同和礦物表面潤濕性的差異來挑出非石英顆粒。

酸洗：去除溶于酸的金屬氧化物和部分硅酸鹽礦物，酸洗過程一般使用10-30%鹽酸、5-20%硝酸、3%-10%氫氟酸的混合酸。

磁選：在不均勻磁場中利用礦物之間磁性的差異而使不同礦物分離，可去除含鐵等磁性物質。

石英礦物提純工藝介紹

高溫真空處理：利用石英晶型轉變過程的反應機理，在高溫真空狀態下去除石英粉或石英原礦中的液態和氣態雜質。

氯化處理：在一定溫度條件下，借助氯化劑的作用，使石英粉中的堿金屬和堿土金屬雜質轉化成氣相的氯化物。

超導選：超導材料產生幾十萬高斯的超導磁場，是石英中微小雜質和固態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元素反應生成易溶于水或酸的物質，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部不同而產生濃縮。

合成石英玻璃制備

化學氣相沉積工藝(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，并逐層沉積在旋轉的基體上形成透明石英玻璃。

根據沉積基體的運轉方式和反應器的構造，CVD分為臥式和立式兩種工藝形式，立式工藝可實現大尺寸合成石英玻璃的生產，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，玻璃的光學均勻性好等明顯優勢。目前，國際上CVD工藝合成石英玻璃主要采用立式工藝。

臥式和立式化學氣相沉積工藝示意圖

等離子化學氣相沉積工藝(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，該工藝與傳統電熔工藝制備的石英玻璃統稱為紅外石英玻璃。

等離子化學氣相沉積石英玻璃工藝示意圖

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

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（由原料經過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，燒結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體光刻技術用石英玻璃光掩模基板，準分子激光器和光電探測器等領域用石英玻璃透鏡和棱鏡等元件。

2025年3月27日，由中國粉體網主辦的“2025第三屆集成電路及光伏用高純石英材料產業發展大會”將在江蘇東海召開，來自中國建筑材料科學研究總院石英與特種玻璃研究院的教授級高工王玉芬，將做題為《信息產業對石英玻璃材料及制品的技術需求》的報告。

王玉芬，教授級高工，碩導，享受國務院政府特殊津貼。曾任中國建筑材料科學研究總院石英院院長、中建材衢州金格蘭石英有限公司執行董事。自1986年，進入中國建筑材料科學研究總院工作以來，長期從事石英與特種玻璃研究工作。在大口徑復合石英管、石英-鎢過渡封接玻璃、立式化學氣相沉積石英玻璃等方面實現多項首創，為我國電子、航天、船舶、核能、兵器、航空等領域提供了關鍵配套材料，為我國國防和經濟建設做出了重要貢獻。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十大女杰”稱號。

參考來源：

[1]王玉芬：高純石英材料制備技術與應用

[2]聶蘭艦，王玉芬等：高性能光學合成石英玻璃的制備和應用

(中國粉體網編輯整理/九思)

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