เส้นทางกระบวนการ 6 เส้นทางสำหรับแก้วควอทซ์ที่มีความบริสุทธิ์สูง

แก้วควอตซ์มีความบริสุทธิ์สูง การส่งผ่านสเปกตรัมสูง ค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อนต่ำ และทนต่อการกระแทกจากความร้อน การกัดกร่อน และรังสีอัลตราไวโอเลตในระดับลึกได้ดีเยี่ยม ใช้กันอย่างแพร่หลายในสาขาการผลิตอุตสาหกรรมระดับสูง เช่น ออปติก อวกาศ และเซมิคอนดักเตอร์

แก้วควอตซ์สามารถจำแนกตามกระบวนการเตรียมได้ มีวัตถุดิบหลักสองประเภทสำหรับการเตรียมแก้วควอตซ์ ประเภทแรกคือทรายควอตซ์ที่มีความบริสุทธิ์สูง ซึ่งใช้ในการหลอมไฟฟ้าและการกลั่นก๊าซเพื่อเตรียมแก้วควอตซ์หลอมเหลวที่อุณหภูมิสูงเกิน 1,800°C ประเภทที่สองคือสารประกอบที่มีซิลิกอน ซึ่งใช้ในการเตรียมแก้วควอตซ์สังเคราะห์ผ่านปฏิกิริยาเคมี

วิธีการหลอมไฟฟ้า

วิธีการหลอมไฟฟ้าคือการหลอมวัตถุดิบควอตซ์ที่เป็นผงในเบ้าหลอมด้วยความร้อนไฟฟ้า จากนั้นจึงสร้างแก้วควอตซ์ผ่านกระบวนการทำให้เป็นแก้วที่มีความเย็นอย่างรวดเร็ว วิธีการให้ความร้อนหลัก ได้แก่ ความต้านทาน การเหนี่ยวนำด้วยอาร์คและความถี่กลาง

วิธีการกลั่นก๊าซ

ในทางอุตสาหกรรม วิธีการกลั่นก๊าซนั้นช้ากว่าวิธีการหลอมด้วยไฟฟ้าเล็กน้อย โดยใช้เปลวไฟไฮโดรเจน-ออกซิเจนในการหลอมควอตซ์ธรรมชาติ จากนั้นจึงค่อย ๆ สะสมบนพื้นผิวเป้าหมายของแก้วควอตซ์ แก้วควอตซ์หลอมรวมที่ผลิตโดยวิธีการกลั่นก๊าซนั้นส่วนใหญ่ใช้สำหรับแหล่งกำเนิดแสงไฟฟ้า อุตสาหกรรมเซมิคอนดักเตอร์ หลอดไฟซีนอนทรงกลม เป็นต้น ในยุคแรก หลอดแก้วควอตซ์ใสขนาดใหญ่และเบ้าหลอมจะถูกหลอมโดยตรงด้วยทรายควอตซ์ที่มีความบริสุทธิ์สูงบนอุปกรณ์พิเศษโดยใช้เปลวไฟไฮโดรเจน-ออกซิเจน ปัจจุบัน วิธีการกลั่นก๊าซนั้นมักใช้ในการเตรียมแท่งควอตซ์ จากนั้นแท่งควอตซ์จะถูกแปรรูปแบบเย็นหรือร้อนเพื่อผลิตผลิตภัณฑ์แก้วควอตซ์ตามต้องการ

วิธี CVD

หลักการของวิธี CVD คือการให้ความร้อนกับของเหลวระเหย SiCl4 เพื่อให้เป็นก๊าซ จากนั้นให้ SiCl4 ที่เป็นก๊าซเข้าไปในเปลวไฟไฮโดรเจน-ออกซิเจนที่เกิดจากการเผาไหม้ของไฮโดรเจนและออกซิเจนภายใต้การขับเคลื่อนของก๊าซพาหะ (O2) ทำปฏิกิริยากับไอน้ำที่อุณหภูมิสูงเพื่อสร้างอนุภาคที่ไม่มีรูปร่าง จากนั้นจึงสะสมบนพื้นผิวการสะสมแบบหมุน จากนั้นจึงหลอมละลายที่อุณหภูมิสูงเพื่อสร้างแก้วควอตซ์

วิธี PCVD

กระบวนการ PCVD ได้รับการเสนอครั้งแรกโดย Corning ในปี 1960 โดยใช้พลาสม่าแทนเปลวไฟไฮโดรเจน-ออกซิเจนเป็นแหล่งความร้อนในการเตรียมแก้วควอตซ์ อุณหภูมิของเปลวไฟพลาสม่าที่ใช้ในกระบวนการ PCVD นั้นสูงกว่าเปลวไฟทั่วไปมาก อุณหภูมิแกนกลางอาจสูงถึง 15,000K และอุณหภูมิเฉลี่ยอยู่ที่ 4,000~5,000K สามารถเลือกก๊าซทำงานได้ตามข้อกำหนดเฉพาะของกระบวนการ

วิธี CVD สองขั้นตอน

วิธี CVD แบบดั้งเดิมเรียกอีกอย่างว่าวิธีขั้นตอนเดียวหรือวิธีตรง เนื่องจากไอน้ำมีส่วนเกี่ยวข้องในปฏิกิริยา ปริมาณไฮดรอกซิลในแก้วควอตซ์ที่เตรียมโดยวิธี CVD ขั้นตอนเดียวจึงมักจะสูงและควบคุมได้ยาก เพื่อเอาชนะข้อบกพร่องนี้ วิศวกรจึงปรับปรุงวิธี CVD ขั้นตอนเดียวและพัฒนาวิธี CVD สองขั้นตอน ซึ่งเรียกอีกอย่างว่าวิธีการสังเคราะห์ทางอ้อม

การดัดแปลงด้วยความร้อน

วิธีการดัดแปลงด้วยความร้อนจะทำให้วัสดุฐานแก้วควอตซ์อ่อนตัวลงก่อนโดยการให้ความร้อน จากนั้นจึงได้ผลิตภัณฑ์ที่ต้องการผ่านวิธีการต่างๆ เช่น การจมในรางและการดึง ในเตาเผาดัดแปลงด้วยความร้อน ตัวเตาจะถูกให้ความร้อนโดยการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้า กระแสไฟฟ้าสลับที่ผ่านขดลวดเหนี่ยวนำในเตาจะสร้างสนามแม่เหล็กไฟฟ้าสลับในอวกาศ และสนามแม่เหล็กไฟฟ้าจะกระทำกับองค์ประกอบความร้อนเพื่อสร้างกระแสไฟฟ้าและความร้อน เมื่ออุณหภูมิสูงขึ้น วัสดุฐานแก้วควอตซ์จะอ่อนตัวลง และในเวลานี้ สามารถสร้างแท่ง/ท่อแก้วควอตซ์ได้โดยการดึงลงด้วยรถแทรกเตอร์ การปรับอุณหภูมิในเตาเผาและความเร็วในการดึงทำให้สามารถดึงแท่ง/ท่อแก้วควอทซ์ที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางต่างกันได้ การจัดเรียงขดลวดและโครงสร้างเตาเผาของเตาเผาเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้ามีอิทธิพลอย่างมากต่อสนามอุณหภูมิในเตาเผา ในการผลิตจริง สนามอุณหภูมิในเตาเผาต้องได้รับการควบคุมอย่างเข้มงวดเพื่อให้แน่ใจถึงคุณภาพของผลิตภัณฑ์แก้วควอทซ์