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石英玻璃的物理特性

发布:ztrauqdbs 浏览:112次

  纯度

  纯度是石英玻璃的重要指标,对理化性能和使用性能影响甚大,如失透性、高温强度、软化点、光的传导、热稳定性、化学稳定性、耐辐射性、荧光特性等;此外,用于半导体工业的石英玻璃,对纯度的要求更为苛刻,微量的杂质将给半导体材料的电性能和寿命以及集成度带来严重的影响。由于半导体材料的纯度要求控制在ppb数量级以下,因此石英玻璃则应控制在ppm数量级以适应半导体工业的需要。B的分凝系数近于1,最难除掉,是最有害的杂质之一,Cu、Fe、Ti等影响半导体的少子寿命,K、Na、Li是单晶材料产生微缺陷的有害杂质。

  失透性

  耐高温石英玻璃条失透(又叫析晶性)是石英玻璃的一个固有缺陷,从热力学观点看,石英玻璃的内能高于结晶态方石英,属热力学上不稳定的亚稳态,当温度高于1000℃时,SiO2分子振动加速,经一段较长时间的重新排列、定向便形成结晶。失透性是以晶核成长速度来表示的,不透明石英玻璃在1520℃、透明石英玻璃在1620℃析晶速度分别达到最大值。析晶主要出现在表面,其次是内部缺陷处,原因是这些地方容易沾污,引起杂质离子的局部集聚,特别是碱离子(如K、Na、Li、Ca、Mg等)进入网络后引起粘度降低,促使失透加速。

  离子扩散及透气性

  石英玻璃的结构十分松弛,甚至在高温下还允许某些气体的离子通过网络进行扩散,其中以钠离子的扩散为最快。石英玻璃的这一性能对于使用者尤为重要,例如,半导体工业用石英玻璃作为高温容器或扩散管时,由于半导体材合成石英玻璃料要求很高的纯度,所以要求与石英玻璃接触的作为炉衬的耐火材料必须预先经过高温和清洁处理,除掉钾、钠等碱性杂质,然后才能放入石英玻璃内使用。各种离子在石英玻璃中的扩散系数。

  电学特性

  石英玻璃具有很高的介电强度和极低的导电率,即是在高温、高压和高频下,仍能保持很高的介电强度和电阻,在所应用的频带内几乎没有介电损耗,因此石英玻璃是优良的高温介电绝缘材料。在常温下,它的电阻相当于普通玻璃的10倍,对全部频率的介电损失很微小,绝缘耐压强度大。

  热学性能

  石英玻璃的热膨胀系数小,为5.5×10-7/℃,只有普通玻璃的1/12~1/20,标准规定将试样灼烧到1200℃后急速投到冷水中,反复三次以上不允许炸裂。石英玻璃加入适量钛元素后还可做成零膨胀系数的材料,在激光技术、天文和尖端技术中已得到应用。

  机械性能

  石英玻璃的机械性能比硬质玻璃和陶瓷都好,唯脆性较差。石英玻璃的理论计算强度很高,约为24×103MPa,但实际测得的强度要比这个数值低数十倍。石英玻璃的强度随着温度的升高而增加,接近退火温度时达到最大值。石英玻璃的剪切模量、杨氏模量、阻尼、泊松比、破坏模量一般均随着温度的升高而增加,硬度则随着温度的升高而降低。

  石英玻璃还具有耐宇宙放射线,和不透原子核裂变产物的性质。