石英玻璃的物理特性

石英玻璃 - 物理特性

純度

純度是石英玻璃的重要指標，對理化性能和使用性能影響甚大，如失透性、高溫強度、軟化點(diǎn)、光的傳導、熱穩定性、化學(xué)穩定性、耐輻射性、熒光特性等；此外，用于半導體工業(yè)的石英玻璃，對純度的要求更為苛刻，微量的雜質(zhì)將給半導體材料的電性能和壽命以及集成度帶來(lái)嚴重的影響。由于半導體材料的純度要求控制在ppb數量級以下，因此石英玻璃則應控制在ppm數量級以適應半導體工業(yè)的需要。B的分凝系數近于1，最難除掉，是最有害的雜質(zhì)之一，Cu、Fe、Ti等影響半導體的少子壽命，K、Na、Li是單晶材料產(chǎn)生微缺陷的有害雜質(zhì)。

失透性

石英玻璃

失透（又叫析晶性）是石英玻璃的一個(gè)固有缺陷，從熱力學(xué)觀(guān)點(diǎn)看，石英玻璃的內能高于結晶態(tài)方石英，屬熱力學(xué)上不穩定的亞穩態(tài)，當溫度高于1000℃時(shí)，SiO2分子振動(dòng)加速，經(jīng)一段較長(cháng)時(shí)間的重新排列、定向便形成結晶。失透性是以晶核成長(cháng)速度來(lái)表示的，不透明石英玻璃在1520℃、透明石英玻璃在1620℃析晶速度分別達到最大值。析晶主要出現在表面，其次是內部缺陷處，原因是這些地方容易沾污，引起雜質(zhì)離子的局部集聚，特別是堿離子（如K、Na、Li、Ca、Mg等）進(jìn)入網(wǎng)絡(luò )后引起粘度降低，促使失透加速。

離子擴散及透氣性

石英玻璃的結構十分松弛，甚至在高溫下還允許某些氣體的離子通過(guò)網(wǎng)絡(luò )進(jìn)行擴散，其中以鈉離子的擴散為最快。石英玻璃的這一性能對于使用者尤為重要，例如，半導體工業(yè)用石英玻璃作為高溫容器或擴散管時(shí)，由于半導體材

石英玻璃

料要求很高的純度，所以要求與石英玻璃接觸的作為爐襯的耐火材料必須預先經(jīng)過(guò)高溫和清潔處理，除掉鉀、鈉等堿性雜質(zhì)，然后才能放入石英玻璃內使用。各種離子在石英玻璃中的擴散系數。

電學(xué)特性

石英玻璃具有很高的介電強度和極低的導電率，即是在高溫、高壓和高頻下，仍能保持很高的介電強度和電阻，在所應用的頻帶內幾乎沒(méi)有介電損耗，因此石英玻璃是優(yōu)良的高溫介電絕緣材料。在常溫下，它的電阻相當于普通玻璃的10倍，對全部頻率的介電損失很微小，絕緣耐壓強度大。

熱學(xué)性能

石英玻璃的熱膨脹系數小，為5.5×10-7 /℃，只有普通玻璃的1/12～1/20，標準規定將試樣灼燒到1200℃后急速投到冷水中，反復三次以上不允許炸裂。石英玻璃加入適量鈦元素后還可做成零膨脹系數的材料，在激光技術(shù)、天文和尖端技術(shù)中已得到應用。

機械性能

石英玻璃的機械性能比硬質(zhì)玻璃和陶瓷都好，唯脆性較差。石英玻璃的理論計算強度很高，約為24×103 MPa，但實(shí)際測得的強度要比這個(gè)數值低數十倍。石英玻璃的強度隨著(zhù)溫度的升高而增加，接近退火溫度時(shí)達到最大值。石英玻璃的剪切模量、楊氏模量、阻尼、泊松比、破壞模量一般均隨著(zhù)溫度的升高而增加，硬度則隨著(zhù)溫度的升高而降低。 

石英玻璃還具有耐宇宙放射線(xiàn)，和不透原子核裂變產(chǎn)物的性質(zhì)。（石英玻璃片）（石英玻璃儀器）（石英