中國粉體網(wǎng)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(yōu)異性質(zhì),，包括極佳的光譜透過性,、極低的熱膨脹系數(shù)和電導(dǎo)率、極高的化學(xué)穩(wěn)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(xiàn)代信息產(chǎn)業(yè),、光學(xué)、光伏、半導(dǎo)體等國家戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)和航空航天等國防領(lǐng)域發(fā)展中不可或缺的重要基礎(chǔ)性材料,。隨著我國電子信息產(chǎn)業(yè)等領(lǐng)域的迅速發(fā)展,，對(duì)于高純石英玻璃及其制品生產(chǎn)技術(shù)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(zhì),、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(dòng)冷水中,，以使雜質(zhì)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(chǎng)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(zhì),。

石英礦物提純工藝介紹

高溫真空處理：利用石英晶型轉(zhuǎn)變過程的反應(yīng)機(jī)理，在高溫真空狀態(tài)下去除石英粉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,，使石英粉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(chǎng),，是石英中微小雜質(zhì)和固態(tài)包裹體被磁化而選出,。

電選：在高壓電場(chǎng)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(diǎn),，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,。

合成石英玻璃制備

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(jī)與有機(jī)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(yùn)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(shí)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(shì),。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(xué)氣相沉積工藝示意圖

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。

等離子化學(xué)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(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(diǎn)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(duì)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(gè)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(jìn)行燒結(jié),，燒結(jié)過程中同時(shí)進(jìn)行摻雜、脫水,、脫氣及致密化,，直至達(dá)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�,；���,，準(zhǔn)分子激光器和光電探測(cè)器等領(lǐng)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(wǎng)主辦的“2025第三屆集成電路及光伏用高純石英材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展大會(huì)”將在江蘇東海召開,，來自中國建筑材料科學(xué)研究總院石英與特種玻璃研究院的教授級(jí)高工王玉芬,，將做題為《信息產(chǎn)業(yè)對(duì)石英玻璃材料及制品的技術(shù)需求》的報(bào)告,。

王玉芬，教授級(jí)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(jìn)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(shí)現(xiàn)多項(xiàng)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(jì)建設(shè)做出了重要貢獻(xiàn),。至今主持并完成了國家重大專項(xiàng)、軍工科研,、國際合作等20余項(xiàng)國家級(jí)項(xiàng)目,，榮獲省部級(jí)科技獎(jiǎng)6項(xiàng)、授權(quán)專利20余項(xiàng),、論文20余篇,、標(biāo)準(zhǔn)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(hào),。

參考來源：

[1]王玉芬：高純石英材料制備技術(shù)與應(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/九思)

注:圖片非商業(yè)用途，存在侵權(quán)告知?jiǎng)h除!