石英玻璃与普通玻璃的区别 - 石英玻璃主要成分是二氧化硅，含量在99%以上，而普通玻璃主要成分是硅酸钠、二氧化硅和硅酸钙，二氧化硅含量一般在70%-75% [1] - 石英玻璃由纯二氧化硅熔制而成，普通玻璃添加氧化钠、氧化钙等碱金属或碱土金属以降低熔制温度和提高料性 [1] - 石英是由二氧化硅组成的矿物，硬度7，比重2.65，具压电性和玻璃光泽 [1] - 石英是地球表面分布较广的矿物之一，与普通砂子、水晶是同一种物质 [1] 玻璃制造技术 - 玻璃主要分为平板玻璃和深加工玻璃，平板玻璃又分为引上法平板玻璃、平拉法平板玻璃和浮法玻璃 [2] - 浮法玻璃因厚度均匀、表面平整、生产率高等优势正成为玻璃制造的主流方式 [2] 石英玻璃性能 - 石英玻璃是优良的耐酸材料，除氢氟酸和热磷酸外对其他酸均表现为惰性，在常温下对碱和盐的腐蚀也较轻微 [3] - 透明石英玻璃比不透明石英玻璃具有更好的化学稳定性 [3] - 石英玻璃具有高介电强度和低导电率，在高温高压高频下仍能保持优良的介电性能 [3] - 石英玻璃可透过185-3500mμ波段的紫外、可见光和近红外光谱，是透紫外材料中的更优者 [3] 石英玻璃的热性能 - 石英玻璃热膨胀系数小，为5.5*10-7/℃，只有普通玻璃的1/12~1/20 [4] - 石英玻璃加入适量钛元素后可做成零膨胀系数材料，已应用于激光技术、天文和高等技术领域 [4]

石英玻璃行业概述 - 石英玻璃是一种只含二氧化硅单一成分的非晶态材料，具有极低的热膨胀系数、高耐温性、优良化学稳定性和电绝缘性等独特性能 [3] - 主要应用领域包括半导体、光纤通信、航空航天、国防装备等高科技产业 [3] - 制备方法分为天然石英玻璃（电熔法、气炼法、等离子体熔制法）和合成石英玻璃（PCVD、FHD、溶胶-凝胶法）两类 [4][6] 市场规模与增长 - 全球石英玻璃市场规模从2016年22亿美元增长至2024年40亿美元，受半导体、光纤通信等领域驱动 [13] - 中国市场规模从2016年51.15亿元增至2024年99.70亿元，增速显著高于全球 [1][15] - 半导体领域是最大应用方向，占中国市场的65%，其次是光纤（14%）和光学（10%） [11] - 半导体用石英玻璃2024年市场规模达64.81亿元，未来受5G和智能手机需求拉动 [17] 产业链与竞争格局 - 上游高纯石英砂供应集中，全球主要企业包括美国Unimin、挪威TQC和中国石英股份 [7] - 中国高纯石英砂产量从2015年35.3万吨增至2024年137.6万吨，技术进步显著 [9] - 全球仅6家企业获TEL认证，市场高度集中 [19] - 中国头部企业包括菲利华（300395）、石英股份（603688）、凯德石英（835179）等 [1][19] 重点企业表现 - 菲利华2024年石英玻璃制品收入6.56亿元（同比-3.56%），材料收入10.50亿元（同比-21.43%） [20] - 凯德石英2025年Q1营收0.85亿元（同比+0.81%），净利润0.1亿元（同比-13.56%） [22] 未来发展趋势 - 半导体（5G/物联网/AI）、光伏（单晶硅坩埚）、光学仪器等领域需求将持续增长 [24] - 环保监管趋严推动绿色生产工艺升级 [25] - 国际巨头（德国贺利氏、美国迈图）与中国企业竞争加剧 [27]

玻璃的起源与传说 - 玻璃的诞生源于腓尼基商人偶然发现天然碱与沙滩反应生成晶莹物体[2] - 古代玻璃被视为珍贵宝物并被传播到世界各地[2] 玻璃的制造原理 - 主要原料为沙子(二氧化硅)与纯碱(碳酸钠)混合降低熔点形成水玻璃[4] - 加入石灰石冷却后形成透明玻璃 铁元素会导致绿色调[4] - 金属氧化物可赋予不同颜色 如氧化钴(蓝色) 氧化亚铜(红色) 氧化铬(绿色)[4] 玻璃的现代应用领域 - 建筑领域用于窗户 巴黎世博会大厅因大面积玻璃被称为"阳光大厦"[6][9] - 日用领域包括镜子 灯泡 玻璃器皿(杯/瓶)等日常生活用品[6] - 特种应用涵盖汽车玻璃 医疗人造骨骼 张家界玻璃栈道等场景[6][9] 特种玻璃技术特性 - 普通玻璃成分为Na₂SiO₃/CaSiO₃/SiO₂ 可通过氢氟酸雕刻或钢化处理增强性能[9] - 石英玻璃(纯二氧化硅)耐高温(上千摄氏度)且耐酸 用于工业炉管/玻璃纤维生产[12] - 半导体领域用作晶圆承载器(热稳定性)和刻蚀反应室部件(耐腐蚀)[12] - 天文望远镜镜面采用石英玻璃 利用其低热膨胀系数保持观测精度[12]

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]

玻璃工业用石英砂概述 - 二氧化硅是玻璃的结构主体，保证玻璃的强度和化学稳定性，石英砂是玻璃行业最主要的工业矿物原料，应用于平板玻璃、日用玻璃、超白玻璃、光伏玻璃、石英玻璃等 [1] - 玻璃工业对石英砂的质量要求主要体现在化学成分、稳定性和粒度组成三个方面，不同玻璃制品对石英砂的质量要求各不相同 [1] 玻璃工业用石英砂分级 - 行业标准《QB/T 2196-1996 玻璃工业用石英砂的分级》规定了玻璃工业用石英砂的分级和试验方法，适用于各种玻璃工业用的经过加工的石英砂 [2] 平板玻璃用石英砂 - 平板玻璃用石英砂分为Ⅰ类和Ⅱ类两种类型，Ⅰ类Al2O3含量低，Ⅱ类Al2O3含量高 [3] - 行业标准《JC/T 529-2000 平板玻璃用硅质原料》对石英砂的化学成分和粒度组成有明确要求，例如Ⅰ类优等品SiO2波动值为±0.20%，Al2O3为±0.10%，Fe2O3为±0.01% [4] - 粒度组成方面，Ⅰ类优等品+1mm筛余量≤0%，+710μm筛余量≤0.5%，+500μm筛余量≤5.0%，-100μm筛余量≤5.0% [4] 日用玻璃用石英砂 - 日用玻璃产品包括瓶罐玻璃、器皿玻璃、仪器玻璃和医药玻璃，石英砂是日用玻璃配合料中用量较大的原料 [5] - 石英砂的熔化温度高达1730℃，颗粒度对玻璃形成影响最大，实际生产中石英颗粒宜为棱角形状，粒度范围60-140目 [5] 超白玻璃用石英砂 - 超白玻璃透光率≥91.5%，铁杂质含量控制在100~150ppm，对原料的各种含量百分比要求严格 [6] - 超白玻璃中SiO2占比71.0～73.0%，铁杂质主要由SiO2引入，石英砂提纯主要除去铁杂质 [7] - 超白玻璃用石英砂对铁含量的要求为ρFe2O3≤150×10^-6，ρFe≤80×10^-6 [8] 光伏玻璃用石英砂 - 光伏玻璃需要具备含铁量低、透光率高、抗冲击、耐腐蚀、耐高温等特征，超白浮法玻璃与超白压延玻璃可满足要求 [9] - 行业标准《JC/T 2314-2015 光伏玻璃用硅质原料》要求一级品SiO2>99.5%，Fe2O3≤60mg/kg，二级品SiO2>99.0%，Fe2O3≤80mg/kg [11] 石英玻璃用石英砂 - 石英玻璃以SiO2为单组分，具有超强的机械力学性能、热性能、光学性能和电学性能，广泛应用于半导体、光学器件、光通讯、太阳能等行业 [12] - 石英玻璃透光性好，紫外光透过率>80%，可见光透过率>92%，软化点温度1730℃，长时间使用温度高达1100℃ [13] - 石英玻璃用石英砂的杂质元素要求严格，例如半导体高档用途要求Al≤15ppm，Fe≤0.3ppm，Ti≤0.4ppm [14] - 不同工艺对石英砂的粒度要求不同，电阻炉工艺要求40-80目，国产连熔炉要求60-120目，国外连熔炉要求80-140目 [14]