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        【原創(chuàng)】高純石英應用在哪些領域?


        來源:中國粉體網   星耀

        [導讀]  高純石英根據(jù)其含量不同,應用領域也不同,其中含量為99.5%~99.99%為光源行業(yè),含量高于99.99%用于高端光學器件、激光器件,含量為99.995%~99.9999%用于半導體、光伏等產業(yè)。

        中國粉體網訊  什么是高純石英


        高純石英是世界稀缺和我國短缺的高技術戰(zhàn)略礦物資源,是制造高技術石英玻璃不可替代的礦物原料和戰(zhàn)略新興產業(yè)需求的稀缺類共性高增值礦物資源。我國對于高純石英的概念及分類沒有明確的標準,綜合研究者的觀點和當前國際技術水平,我們可以將純度 ω(SiO2)≥3 N~5 N、ω(Fe2O3)<10×10-6 的石英稱為高純石英,將 6 N~7 N 的稱作超高純石英。


        高純石英制品廣泛用于電光源、光纖通信、太陽能電池、半導體集成電路、精密光學儀器、醫(yī)用器皿、航天航空等高科技行業(yè),對一個國家的科技發(fā)展具有重要作用,是具有戰(zhàn)略性意義的資源。


        部分高純石英制品

         


        高純石英根據(jù)其含量不同,應用領域也不同,其中含量為99.5%~99.99%為光源行業(yè),含量高于99.99%用于高端光學器件、激光器件,含量為99.995%~99.9999%用于半導體、光伏等產業(yè)。

         


        1半導體行業(yè)


        半導體行業(yè)是全球信息產業(yè)的基礎,半導體產品的廣泛應用推動了信息化、智能化時代的來臨。


        芯片制造主要由單晶生長、晶圓加工制造、集成電路晶圓的生產以及后期封裝四個部分組成。單晶生長需要用到石英坩堝和石英器件。晶圓加工部分刻蝕、擴散、氧化、退火等步驟中需要用到大量的輔材石英玻璃,如石英片、石英環(huán)、石英舟等高純度石英制品,其中擴散步驟是在1000℃左右的石英爐管中將元素硼、磷等擴散入硅片。


        我國出臺了一系列的行業(yè)標準,如《半導體用透明石英玻璃管》《半導體用透明石英玻璃器件》《半導體用透明石英玻璃棒》。


        2光導纖維行業(yè)


        通信行業(yè)是“信息產業(yè)高速公路”,以高純石英制造的石英光纖作為信息的高速智能“管道”,將為工業(yè)4.0及互聯(lián)網+提供基礎保障。


        石英光纖是一種非常細的細絲,直徑小于8毫米,數(shù)字數(shù)據(jù)以光的形式通過光纖傳輸,廣泛用于通信領域、微電子和光電子器件領域。與其他傳輸媒介(電纜線或者銅線)相比,石英光纖具有更強的抗電磁波干擾能力、抗腐蝕能力、更優(yōu)異的頻帶寬和容量、資源損耗更少的特點。


        根據(jù)制作材料不同,石英玻璃光纖可分為純石英玻璃光纖和摻雜石英光纖。摻雜石英光纖主要有稀土摻雜石英光纖、摻氟石英光纖和摻氮石英光纖等,稀土摻雜光纖具有良好的激光性能,摻氟石英光纖和摻氮石英光纖具有耐輻射性能,通過調整光纖的結構設計、折射率分布、摻雜工藝、預輻照處理、輻照后處理等,可以改善其抗空間輻射性能。因此,光纖不僅應用于傳統(tǒng)的通信領域,還會應用在特殊高能的輻射環(huán)境,如聚變反應堆的內部檢測、航空航天中高度分布式數(shù)據(jù)網絡的放大器、光纖陀螺的寬帶超級發(fā)光源、提供裂變反應堆的信號的光纖激光器等。


        此外,高純石英還具有一定的光學特性,它可以形成偏振激光束,利用高純石英作為窗口,以棱鏡、濾光片和定時裝置制造出了光纖激光器。高質量石英晶體也用于光學儀器的棱鏡和透鏡,可見由高純石英為原料制備的光導纖維擁有非常高的附加價值。


        3光伏行業(yè)


        光伏是太陽能發(fā)電系統(tǒng)的簡稱,作為一種可持續(xù)發(fā)展的綠色行業(yè),光伏正受到越來越多的關注,應用成本在近幾年內大幅降低,目前正快速向民用領域普及。高純石英是光伏行業(yè)的關鍵原材料之一,主要應用形式有石英坩堝、石英管和各種石英器材。


        太陽能石英坩堝是光伏產業(yè)所用的消耗品,是拉大直徑單晶和多晶硅制品的消耗性容器,使用溫度大約1500℃并且使用次數(shù)只有一次。我國出臺了一系列的行業(yè)標準《太陽能電池硅片用石英舟》《太陽能電池硅片用石英玻璃擴散管》。太陽能電池硅片用石英舟、石英玻璃擴散管應滿足T級產品的質量要求,如下表所示。


        太陽能電池硅片用石英舟、石英玻璃擴散管雜質含量要求

         


        4光學、光源領域


        光學石英玻璃具有耐高溫、耐腐蝕、膨脹率低等特點,被廣泛用于光學領域,高純石英玻璃用于生產望遠鏡透鏡和實驗室光學設備、通信設備、衍射透鏡、投影顯示器、掃描設備和打印機的光學、激光、以及照相機和超平面電視屏幕、火焰控制設備等。


        電光源玻璃按照化學成分可分為鉀鈣玻璃、含鉛硅玻璃、含硼硅玻璃、含鋁硅玻璃和石英玻璃等,以高純度石英玻璃的為原料生產電光源產品有高壓汞燈、金屬鹵化物燈、鹵塢燈、氙基燈、汽車燈等,可以承受高溫,并提供高透射特性。


        參考來源:中國粉體網、石英石網

        【1】歐陽靜,等.石英礦物資源的提純及在戰(zhàn)略性新興產業(yè)中的應用技術分析.礦產保護與利用.2021.

        【2】龐慶樂,等.高純石英的加工技術及應用.江蘇陶瓷.2020.

        (中國粉體網編輯整理/星耀)

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        作者:星耀

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