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高純度石英材料的特性(知識盤點)

發布時間:2020/8/13

高純度石英材料的特性

石英玻璃的形成是由于其熔體在高溫下的高粘度,用于制造半導體、電光源、半導體通訊器件、激光器、光學儀器、實驗室儀器、電氣設備、醫療設備和耐高溫腐蝕的化學儀器、化工、電子、冶金、建筑材料和國防等工業,廣泛應用于化工、電子、冶金、建筑材料、國防等多個行業。

高純度石英材料可以制造光纖。

高純石英材料

隨著半導體技術的發展,石英玻璃被廣泛的用于半導體生產的各項工序中。比如,直拉法把多晶轉化成單晶硅;清洗時用的清洗槽;擴散時用的擴散管、刻槽舟;離子注入時用的鐘罩等等。

雖然石英是地球上最豐富的礦物之一,但高純度石英原料只有在滿足一系列特定的化學和物理參數的地質條件下才能形成。目前,只有少數石英礦床適合加工高純度石英,處理過程極其復雜。

為了確定石英礦石是否可用作高純度石英原料,必須采用多種檢測技術對石英原料進行礦物學研究。

主要結果如下:

(1)石英和脈石礦物的分布特征以及石英礦物中礦物包裹體的含量是決定最終高純石英中雜質元素總量的因素之一。

(2)流體包裹體,即使是雜質元素含量較低的石英,也可能不是高純石英。當石英礦物中含有大量流體包裹體時,其SiO 2含量難以滿足高純石英的技術要求。

(3)晶格雜質,由于晶格雜質含量很低,但很難去除,是制約高純石英質量的最關鍵因素。

根據成因類型,天然石英礦物可分為花崗巖石英、高溫變質石英、變質石英、偉晶巖早期形成的石英、偉晶巖中后期形成的晶體、熱液形成期的脈石英和熱水溶解階段的脈石英。不同成因的石英礦床的特征和應用也不盡相同。

1.花崗巖石英

特征:地層溫度(700℃~1000℃),石英顆粒純凈,幾乎沒有氣液包裹體。

典型應用實例:美國加工分級公司利用英國北部沿海地區的花崗巖石英制備SiO_2>99.99%,過渡金屬<;5×10~(-6),氣液包裹體(H_2O,CO_2)含量為89.25-162.8mg/kg。

2.高溫變質型石英

特點:地層溫度750≤900℃,氣液包裹體含量低

典型應用實例:美國石英技術公司采用這種石英原料生產高質量透明石英玻璃。

3.交代石英型石英

特征:地層時間越長,熱事件越強烈,石英越純凈,氣液包裹體越少。

典型應用實例:元古代石英巖氣液包裹體少,可視為石英玻璃原料。

4.在偉晶巖早期形成的石英

特點:地層溫度600≤700℃,一般粒徑2≤6 mm,透明,純單晶,氣液包裹體少。

5、偉晶巖中晚期形成的水晶

特點:形成溫度500~600℃;

典型應用實例:早期高純石英原料。

6、熱水溶液階段脈石英

特點:形成溫度50~400℃,白色-乳白色,含有大量微小氣液包裹體;

典型應用實例:氣液包裹體過多,生產的石英玻璃因氣泡缺陷太多而不能用。

放眼全球,典型的高純石英原料美國Spruce Pine地區花崗偉晶巖,是受阿樂漢尼綠片巖運動影響而形成的高純石英礦床。在阿樂漢尼綠片巖運動的影響下,該地區地殼運動與其它地區具有顯著不同的變形,導致石英動力學重結晶,石英顆粒晶體塑性變形,晶體內空隙雜質沿著新形成的顆粒界限集中,與變形運動相隨的液體,有助于雜質的溶解和遷移,使雜質從重新結晶的石英顆粒中移出。

石英礦床形成時,溫度和壓力對石英質量有重要影響,特別是在石英形成后期,高溫高壓作用有利于石英晶粒內部雜質向晶界邊緣或微細包裹體中遷移,且形成的石英中流體包裹體含量較少,可能具備加工為高純石英的潛力。


7、熱液氣成階段脈石英

特點:形成溫度400~500℃,透明-半透明,氣液包裹體含量較少;

典型應用實例:東海石英玻璃管廠常用原料,石英玻璃產品質量不錯。

原標題:高純度石英材料的特性(知識盤點)


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