Yüksek saflıkta kuvars cam için altı işlem yolu
Kuvars camı yüksek saflığa, yüksek spektral geçirgenliğe, düşük termal genleşme katsayısına ve termal şoka, korozyona ve derin ultraviyole radyasyona karşı mükemmel dirence sahiptir. Optik, havacılık ve yarı iletkenler gibi üst düzey endüstriyel üretim alanlarında yaygın olarak kullanılır.
Kuvars camı, hazırlama sürecine göre sınıflandırılabilir. Kuvars camı hazırlamak için iki ana hammadde türü vardır. İlk tür, 1800°C’yi aşan yüksek sıcaklıklarda erimiş kuvars camı hazırlamak için elektrikle eritme ve gaz rafinasyonu için kullanılan yüksek saflıkta kuvars kumudur; ikinci tür, kimyasal reaksiyonlar yoluyla sentetik kuvars camı hazırlamak için kullanılan silikon içeren bileşiklerdir.
Elektrikle eritme yöntemi
Elektrikle eritme yöntemi, toz halindeki kuvars hammaddesini elektrikli ısıtma ile potada eritmek ve ardından hızlı soğutma vitrifikasyon işlemiyle kuvars camı oluşturmaktır. Ana ısıtma yöntemleri arasında direnç, ark ve orta frekanslı indüksiyon bulunur.
Gaz rafinasyon yöntemi
Endüstriyel olarak, gaz rafinasyon yöntemi elektrikle eritme yönteminden biraz daha sonradır. Doğal kuvarsı eritmek için hidrojen-oksijen alevi kullanır ve ardından yavaş yavaş kuvars cam hedef yüzeyinde biriktirir. Gaz rafinasyon yöntemi ile üretilen erimiş kuvars camı esas olarak elektrik ışık kaynakları, yarı iletken endüstrisi, küresel ksenon lambaları vb. için kullanılır. İlk zamanlarda, büyük kalibreli şeffaf kuvars cam tüpleri ve pota, hidrojen-oksijen alevi kullanılarak özel ekipmanlarda yüksek saflıkta kuvars kumu ile doğrudan eritilirdi. Şimdi, kuvars külçeleri hazırlamak için genellikle gaz rafinasyon yöntemi kullanılır ve ardından kuvars külçeleri gerekli kuvars cam ürünlerini yapmak için soğuk veya sıcak işlenir.
CVD yöntemi
CVD yönteminin ilkesi, uçucu sıvı SiCl4’ü gaz haline getirmek için ısıtmak ve ardından gaz halindeki SiCl4’ün taşıyıcı gazın (O2) tahriki altında hidrojen ve oksijenin yanmasıyla oluşan hidrojen-oksijen alevine girmesine izin vermek, yüksek sıcaklıkta su buharıyla reaksiyona girerek amorf parçacıklar oluşturmak, dönen biriktirme alt tabakasına biriktirmek ve ardından yüksek sıcaklıkta eriterek kuvars camı oluşturmaktır.
PCVD yöntemi
PCVD işlemi ilk olarak 1960’larda Corning tarafından önerildi. Kuvars camı hazırlamak için ısı kaynağı olarak hidrojen-oksijen alevinin yerine plazma kullanır. PCVD işleminde kullanılan plazma alevinin sıcaklığı, sıradan alevlerden çok daha yüksektir. Çekirdek sıcaklığı 15000K kadar yüksek olabilir ve ortalama sıcaklık 4000~5000K’dir. Çalışma gazı, belirli işlem gereksinimlerine göre uygun şekilde seçilebilir.
İki adımlı CVD yöntemi
Geleneksel CVD yöntemine tek adımlı yöntem veya doğrudan yöntem de denir. Reaksiyonda su buharı yer aldığından, tek adımlı CVD yöntemiyle hazırlanan kuvars camındaki hidroksil içeriği genellikle yüksektir ve kontrol edilmesi zordur. Bu eksikliğin üstesinden gelmek için mühendisler tek adımlı CVD yöntemini iyileştirdiler ve dolaylı sentez yöntemi olarak da adlandırılan iki adımlı CVD yöntemini geliştirdiler.
Termal Modifikasyon
Termal modifikasyon yöntemi, önce kuvars cam taban malzemesini ısıtarak yumuşatır ve ardından oluk batırma ve çekme gibi yöntemlerle istenen ürünü elde eder. Termal modifikasyon fırınında, fırın gövdesi elektromanyetik indüksiyon ısıtmasıyla ısıtılır. Fırındaki indüksiyon bobininden geçirilen alternatif akım, uzayda alternatif bir elektromanyetik alan oluşturur ve elektromanyetik alan, akım ve ısı üretmek için ısıtma elemanına etki eder. Sıcaklık arttıkça kuvars cam taban malzemesi yumuşar ve bu sırada bir traktörle aşağı çekilerek bir kuvars cam çubuk/tüp oluşturulabilir. Fırındaki sıcaklık ve çekme hızı ayarlanarak farklı çaplarda kuvars cam çubuklar/tüpler çekilebilir. Elektromanyetik indüksiyon ısıtma fırınının bobin düzenlemesi ve fırın yapısı, fırındaki sıcaklık alanı üzerinde büyük bir etkiye sahiptir. Gerçek üretimde, kuvars cam ürünlerinin kalitesini sağlamak için fırındaki sıcaklık alanının sıkı bir şekilde kontrol edilmesi gerekir.