Seis caminhos de processo para vidro de quartzo de alta pureza

O vidro de quartzo tem uma elevada pureza, elevada transmitância espectral, baixo coeficiente de expansão térmica e excelente resistência ao choque térmico, à corrosão e à radiação ultravioleta profunda. É amplamente utilizado em campos de fabrico industrial de ponta, como a ótica, aeroespacial e semicondutores.

O vidro de quartzo pode ser classificado de acordo com o processo de preparação. Existem dois tipos principais de matérias-primas para preparar vidro de quartzo. O primeiro tipo é a areia de quartzo de alta pureza, que é utilizada para fusão elétrica e refinação de gás para preparar vidro de quartzo fundido a altas temperaturas superiores a 1800°C; o segundo tipo são compostos que contêm silício, que são utilizados para preparar vidro de quartzo sintético através de reações químicas.

Método de fusão elétrica

O método de fusão elétrica consiste em fundir a matéria-prima de quartzo em pó no cadinho através de aquecimento elétrico e, em seguida, formar o vidro de quartzo através de um processo de vitrificação de arrefecimento rápido. Os principais métodos de aquecimento incluem a resistência, o arco e a indução de média frequência.

Método de refinação de gás

Industrialmente, o método de refinação de gás é um pouco posterior ao método de fusão elétrica. Utiliza uma chama de hidrogénio-oxigénio para derreter o quartzo natural e depois acumula-o gradualmente na superfície do alvo do vidro de quartzo. O vidro de quartzo fundido produzido pelo método de refinação de gás é utilizado principalmente para fontes de luz elétrica, indústria de semicondutores, lâmpadas esféricas de xénon, etc. Atualmente, o método de refinação de gás é normalmente utilizado para preparar lingotes de quartzo, e depois os lingotes de quartzo são processados ​​a frio ou a quente para fazer os produtos de vidro de quartzo necessários.

Método CVD

O princípio do método CVD é aquecer o líquido volátil SiCl4 para o tornar gasoso e, em seguida, deixar o SiCl4 gasoso entrar na chama de hidrogénio-oxigénio formada pela combustão de hidrogénio e oxigénio sob o acionamento do gás transportador (O2), reagir com o vapor de água a alta temperatura para formar partículas amorfas, depositar-se no substrato de deposição rotativo e, em seguida, fundir a alta temperatura para formar vidro de quartzo.

Método PCVD

O processo PCVD foi proposto pela primeira vez pela Corning na década de 1960. Utiliza plasma para substituir a chama de hidrogénio-oxigénio como fonte de calor para preparar vidro de quartzo. A temperatura da chama de plasma utilizada no processo PCVD é muito mais elevada do que a das chamas comuns. A sua temperatura central pode atingir os 15.000 K, e a temperatura média é de 4.000 a 5.000 K. O gás de trabalho pode ser selecionado adequadamente de acordo com os requisitos específicos do processo.

Método CVD de duas etapas

O método CVD tradicional é também chamado de método de uma etapa ou método direto. Como o vapor de água está envolvido na reação, o teor de hidroxila no vidro de quartzo preparado pelo método CVD de uma etapa é geralmente elevado e difícil de controlar. Para superar esta deficiência, os engenheiros melhoraram o método CVD de uma etapa e desenvolveram o método CVD de duas etapas, também chamado de método de síntese indireta.

Modificação térmica

O método de modificação térmica amolece primeiro o material base do vidro de quartzo através do aquecimento e, em seguida, obtém o produto desejado através de métodos como o afundamento e o estiramento. No forno de modificação térmica, o corpo do forno é aquecido por aquecimento por indução eletromagnética. A corrente alternada passada pela bobina de indução no forno gera um campo eletromagnético alternado no espaço, e o campo eletromagnético atua no elemento de aquecimento para gerar corrente e calor. À medida que a temperatura aumenta, o material de base do vidro de quartzo amolece e, nesse momento, pode formar-se uma haste/tubo de vidro de quartzo puxando-o para baixo com um trator. Ajustando a temperatura no forno e a velocidade de extração, é possível extrair varões/tubos de vidro de quartzo de diferentes diâmetros. A disposição da bobina e a estrutura do forno de aquecimento por indução eletromagnética têm uma grande influência no campo de temperaturas do forno. Na produção real, o campo de temperatura no forno necessita de ser rigorosamente controlado para garantir a qualidade dos produtos de vidro de quartzo.