Seis rutas de proceso para vidrio de cuarzo de alta pureza

El vidrio de cuarzo posee alta pureza, alta transmitancia espectral, bajo coeficiente de expansión térmica y excelente resistencia al choque térmico, la corrosión y la radiación ultravioleta profunda. Se utiliza ampliamente en sectores de fabricación industrial de alta gama, como la óptica, la industria aeroespacial y los semiconductores.

El vidrio de cuarzo se clasifica según su proceso de preparación. Existen dos tipos principales de materias primas para su preparación. El primer tipo es la arena de cuarzo de alta pureza, que se utiliza para la fusión eléctrica y el refinado con gas para preparar vidrio de cuarzo fundido a altas temperaturas superiores a 1800 °C; el segundo tipo son los compuestos que contienen silicio, que se utilizan para preparar vidrio de cuarzo sintético mediante reacciones químicas.

Método de fusión eléctrica

El método de fusión eléctrica consiste en fundir la materia prima de cuarzo en polvo en un crisol mediante calentamiento eléctrico y, posteriormente, formar el vidrio de cuarzo mediante un proceso de vitrificación con enfriamiento rápido. Los principales métodos de calentamiento incluyen la resistencia, el arco eléctrico y la inducción de media frecuencia.

Método de refinado con gas

Industrialmente, el método de refinado con gas es ligeramente posterior al método de fusión eléctrica. Utiliza una llama de hidrógeno y oxígeno para fundir cuarzo natural y acumularlo gradualmente sobre la superficie del cristal de cuarzo. El cristal de cuarzo fundido producido mediante el método de refinación con gas se utiliza principalmente en fuentes de luz eléctrica, la industria de semiconductores, lámparas esféricas de xenón, etc. Inicialmente, los tubos y crisoles de cuarzo transparente de gran calibre se fundían directamente con arena de cuarzo de alta pureza en equipos especiales utilizando una llama de hidrógeno y oxígeno. Actualmente, el método de refinación con gas se utiliza comúnmente para preparar lingotes de cuarzo, que posteriormente se procesan en frío o en caliente para obtener los productos de cristal de cuarzo necesarios.

Método CVD

El principio del método CVD consiste en calentar el SiCl₄ líquido volátil para convertirlo en gas. Posteriormente, se deja que el SiCl₄ gaseoso entre en la llama de hidrógeno y oxígeno formada por la combustión de hidrógeno y oxígeno bajo la acción del gas portador (O₂). Reacciona con vapor de agua a alta temperatura para formar partículas amorfas, se deposita sobre el sustrato de deposición giratorio y finalmente se funde a alta temperatura para formar cristal de cuarzo.

Método PCVD

El proceso PCVD fue propuesto por primera vez por Corning en la década de 1960. Utiliza plasma para reemplazar la llama de hidrógeno-oxígeno como fuente de calor para la preparación de vidrio de cuarzo. La temperatura de la llama de plasma utilizada en el proceso PCVD es mucho más alta que la de las llamas convencionales. Su temperatura central puede alcanzar los 15000 K, con una temperatura promedio de 4000 a 5000 K. El gas de trabajo se puede seleccionar adecuadamente según los requisitos específicos del proceso.

Método CVD de dos pasos

El método CVD tradicional también se denomina método de un solo paso o método directo. Dado que en la reacción interviene vapor de agua, el contenido de hidroxilo en el vidrio de cuarzo preparado mediante el método CVD de un solo paso suele ser alto y difícil de controlar. Para superar esta deficiencia, los ingenieros mejoraron el método CVD de un solo paso y desarrollaron el método CVD de dos pasos, también conocido como método de síntesis indirecta.

Modificación Térmica

El método de modificación térmica primero ablanda el material base de vidrio de cuarzo mediante calentamiento y luego obtiene el producto deseado mediante métodos como el hundimiento y el trefilado. En el horno de modificación térmica, el cuerpo del horno se calienta mediante calentamiento por inducción electromagnética. La corriente alterna que pasa por la bobina de inducción del horno genera un campo electromagnético alterno en el espacio, que actúa sobre el elemento calefactor para generar corriente y calor. A medida que aumenta la temperatura, el material base de vidrio de cuarzo se ablanda, momento en el que se puede formar una varilla/tubo de vidrio de cuarzo mediante el trefilado con un tractor. Ajustando la temperatura en el horno y la velocidad de trefilado, se pueden trefilar varillas/tubos de vidrio de cuarzo de diferentes diámetros. La disposición de las bobinas y la estructura del horno de calentamiento por inducción electromagnética influyen considerablemente en el campo de temperatura del horno. En la producción real, el campo de temperatura del horno debe controlarse estrictamente para garantizar la calidad de los productos de vidrio de cuarzo.