石英玻璃性能与缺陷 - 石英玻璃的化学纯度直接影响其性能 原材料和制备工艺是影响化学纯度的关键因素 天然石英晶体生长过程中会不可避免产生缺陷 玻璃制品制备过程可能引入杂质和残余应力[1] - 宏观缺陷包括气泡 包裹物 条纹和热应力开裂 气泡主要来源于水晶粉颗粒内的天然气液包裹体或孔隙裹带的空气 熔制工艺不当会导致气泡无法逸出[2] - 热应力产生于冷却过程中的温差 会导致光学不均匀性甚至开裂 宏观缺陷通常意味着产品报废[2] 结构缺陷类型与影响 - 结构缺陷由Si-O原子网格引入杂质导致 包括金属杂质和羟基 金属杂质如Fe Cr来源于石英砂 会导致吸收衰减[3] - 羟基来源于氢氧火焰 会降低化学稳定性 促进析晶 增加近红外和中红外波段的光学损耗 Si-OH键在特定波长(2.72 1.39 0.9μm)有振动吸收带 影响光纤和激光应用[3] - 半导体工业中金属杂质超标会直接影响产品电特性[3] 缺陷改善方法 高温均化工艺 - 通过溶解不均体(未熔融颗粒 气泡)和分子离子扩散(金属杂质 羟基)改善均匀性 关键参数包括温度 压力 均化时间[4] - 需使用真空加压炉 在软化温度后充入N2加压 完全熔融后保温 可消除10mm以上大气泡 50μm以下小气泡 小颗粒和条纹 使羟基分布均匀[4] - 无法消除热应力 需配合退火工艺[4] 退火工艺 - 可消除加热冷却不均匀产生的应力和冷加工应力 关键参数为退火温度 加热冷却速度 保温时间[5] - 退火温度及保温时间是消除内应力的核心 降温阶段需控制防止二次应力 采用"高温慢降 低温快降"原则[5] - 需根据石英玻璃半径制定对应退火时间 保证温度均匀性[5] 脱羟处理 - 羟基主要存在于电熔和氢氧焰制备工艺中 电熔工艺羟基来自石英粉料残留水分 氢氧焰工艺羟基直接来自火焰[6] - 电熔石英玻璃羟基量少且亚稳态 易去除 氢氧焰制备的需高温长时间处理 真空条件可有效降低羟基含量[6] - 在真空或干燥气体(氮气)环境下热加工 可减少析晶和气泡缺陷[6]