石英玻璃種類(lèi)、用途和工藝方法

石英玻璃有透明和不透明石英玻璃兩種，透明和不秀明石英玻璃是工業(yè)和科研使用的最有經(jīng)濟(jì)價(jià)值的材料。其制造（采用熔煉方法）所用的原料為水晶或高純、超高純石英砂（透明石英玻璃）和白色石英砂（不透明石英玻璃）。這兩種原料都存在于自然界，它的成份為最純的SiO2所組成。
石英玻璃和水晶具有相同的化學(xué)成份，但在結(jié)構(gòu)上大不相同。一個(gè)是玻璃態(tài)，另一個(gè)是晶態(tài)。水晶經(jīng)不起高溫?zé)釠_擊，它遇高溫就會(huì)破裂并轉(zhuǎn)化成其它晶體變態(tài)，而石英玻璃經(jīng)得起極高溫的沖擊。制造透明石英玻璃和不透明石英玻璃要求在高溫下進(jìn)行，因?yàn)榻Y(jié)晶SiO2在1713℃以上才能熔化。
石英玻璃概述
石英玻璃在國(guó)外已有160多年歷史，1839年法國(guó)人首先用氫氧燃燒火焰熔化石英制造石英玻璃，1902年英國(guó)人用石墨棒通電獲得高溫（稱(chēng)為單棒電熔爐）制造石英玻璃，二十世紀(jì)40年代發(fā)明了電熔連熔爐，50年代隨著半導(dǎo)體技術(shù)和新型電光源的發(fā)展（急需大量石英玻璃），石英玻璃才迅速發(fā)展起來(lái)。因?yàn)槭⒉ＡУ纳a(chǎn)技術(shù)難度大，直到目前能夠大量生產(chǎn)石英玻璃的國(guó)家僅有美國(guó)、德國(guó)、法國(guó)、日本、英國(guó)、中國(guó)等少數(shù)國(guó)家。我國(guó)石英玻璃研究始于1957年，在中華人民共和國(guó)成立之前是空白。1956年國(guó)家制定12年科技發(fā)展規(guī)劃，要求發(fā)展國(guó)防急需的57項(xiàng)重點(diǎn)研究任務(wù)，解決二彈一星用的新型高性能材料，為研究原子彈、導(dǎo)彈、人造衛(wèi)星做好物質(zhì)準(zhǔn)備。石英玻璃是第26項(xiàng)和第40項(xiàng)任務(wù)書(shū)中指定要研究的內(nèi)容，任務(wù)是下達(dá)給當(dāng)時(shí)的國(guó)家建筑材料綜合研究所。我國(guó)石英玻璃的發(fā)展大體可分為5個(gè)階段：1957―1961年為開(kāi)創(chuàng)階段，以研究工藝制造方法為主；1962―1966年為形成產(chǎn)業(yè)階段，在此期間完成很多軍工任務(wù)，民品產(chǎn)量和質(zhì)量也有很大提高，已初步形成產(chǎn)業(yè)；1978―1988年為改革創(chuàng)新時(shí)期，高新技術(shù)用石英玻璃，如：大規(guī)模集成電路用高純耐高溫石英玻璃管、高純涂層坩堝、電弧法坩堝、光通信用石英玻璃、激光用石英玻璃等都是這一時(shí)期研究并大量生產(chǎn)的；1989―2000年為引進(jìn)國(guó)外先進(jìn)技術(shù)、技術(shù)創(chuàng)新、增加品種和產(chǎn)量等大發(fā)展時(shí)期，最為突出的是東?？h發(fā)展成為電光源用石英玻璃生產(chǎn)基地，年產(chǎn)石英玻璃達(dá)6000噸（其中優(yōu)質(zhì)品2000余噸），質(zhì)量極大的提高，成本幾倍的下降，技術(shù)裝備顯著的改進(jìn)。
40余年來(lái)，石英玻璃的發(fā)展速度比較快，以生產(chǎn)透明石英玻璃管為例：1975年產(chǎn)量172噸，31個(gè)工廠需要用60多臺(tái)電阻爐生產(chǎn)，管子質(zhì)量很差（相當(dāng)于現(xiàn)在的廢品管），現(xiàn)在2臺(tái)連熔爐就可以年生產(chǎn)近200噸，到2000年，透明石英玻璃管的年產(chǎn)量達(dá)7000噸（其中優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品達(dá)3500噸），25年增長(zhǎng)了近40倍。
石英玻璃的性能
石英玻璃被人們稱(chēng)為“玻璃王”，因?yàn)樗哂幸幌盗刑厥獾奈锢?、化學(xué)性能。
石英玻璃的化學(xué)成份
石英玻璃的化學(xué)成份是SiO2單一組份，通常也稱(chēng)為純度。
照明石英玻璃
半導(dǎo)體工業(yè)用石英玻璃
石英玻璃熱學(xué)性能
耐溫性
熱穩(wěn)定性
石英玻璃在高溫時(shí)的揮發(fā)量
比熱和導(dǎo)熱系數(shù)
石英玻璃的結(jié)晶性能（也稱(chēng)析晶性能或失透性能）
石英玻璃的高溫變色性
以上所述的石英玻璃性能是透明石英玻璃，其他品種石英玻璃（乳白石英玻璃、石英陶瓷、不透明石英玻璃、石英棉、石英纖維等等）都還有其各自的特殊性能。
石英玻璃的主要品種和用途
石英玻璃的品種和用途是密切相關(guān)的，用戶根據(jù)石英玻璃的特性，要求制造他需要的石英玻璃，便產(chǎn)生了石英玻璃的品種，新的品種又提高了石英玻璃的性能和質(zhì)量，促進(jìn)了石英玻璃行業(yè)的發(fā)展。各行各業(yè)幾乎都用石英玻璃，但是因?yàn)槭⒉Ａе破饭に噺?fù)雜，原料價(jià)格貴，造成石英玻璃價(jià)格也貴，限制了石英玻璃的大量使用。這里簡(jiǎn)要介紹石英玻璃的主要品種和用途。
放電管類(lèi)用石英玻璃
透明石英玻璃由于具有從紫外區(qū)到紅外區(qū)優(yōu)良的光透過(guò)性和耐熱性，所以廣泛使用于水銀燈、超高壓水銀燈、氙燈、紫外線燈、碘鎢燈、鹵素?zé)?、氣體激光用燈、金屬鹵化物燈等電光源，它是中國(guó)石英玻璃的第一大用戶，外國(guó)是第二大用戶（第一大用戶是半導(dǎo)體技術(shù)），首要任務(wù)是提高質(zhì)量，爭(zhēng)取多出口。
半導(dǎo)體工業(yè)（電子工業(yè)）用石英玻璃
紅外線加熱器類(lèi)用石英玻璃
用不透明石英玻璃（乳白石英玻璃）制造紅外線加熱器、取暖器、晶體加熱器等，年消耗乳白石英玻璃管近千噸。主要用于電鍍液加熱、酸加熱、家庭取暖、鋼化玻璃的加熱等，工業(yè)上（自行車(chē)、汽車(chē)等）油漆烘烤的烘道，食品、造紙、紡織工業(yè)的烘道等。
各種耐酸容器類(lèi)石英玻璃
由于優(yōu)越的耐酸性和耐熱性，在化學(xué)工業(yè)領(lǐng)域得到廣泛利用。如合成鹽酸裝置；高溫酸性氣體的燃燒，冷卻和引導(dǎo)裝置；酸性溶液的蒸發(fā)、冷卻、吸收和貯藏裝置、蒸餾水、鹽酸、硫酸、硝酸類(lèi)的制造裝置；氯化反應(yīng)容器；蒸餾塔充填物，蒸汽加熱攪拌裝置；耐酸閥門(mén)；過(guò)濾板等。
電絕緣用石英玻璃
石英玻璃因?yàn)橛袃?yōu)良的電絕緣性和耐熱性，用于科垂?fàn)栰o電集成器、高頻和各種電計(jì)器絕緣材料，發(fā)電廠鍋爐液位管，高壓絕緣管類(lèi)等。
各種燒成用石英玻璃容器
由于石英玻璃是沒(méi)有污染的純燒成物，所以可作為熒光體物質(zhì)的燒成容器和各種杯、盤(pán)使用等。
保護(hù)管類(lèi)石英玻璃
石英玻璃廣泛用于一般溫度計(jì)的保護(hù)管類(lèi)；另外，也可作浸沒(méi)高溫計(jì)保護(hù)管和制鋼的溫度測(cè)定不可缺少的材料。
冶金工業(yè)用石英玻璃
石英玻璃由于耐熱性特別優(yōu)良，可作平爐，高爐的氧、碳等分析用試樣采取管類(lèi)；煉鋼連注連軋出鋼水口用石英玻璃；貴重金屬、黃金、白金冶煉用石英玻璃；有色金屬冶煉（鋁及合金、易熔金屬蒸發(fā)罐）等用石英玻璃。
爐芯管類(lèi)石英玻璃
石英玻璃由于有優(yōu)良的電性能、耐熱性和氣密性，可作為電爐、氣體爐、高頻爐等的爐芯管和外管，也可用于空氣，各種氣體和真空爐。
各種理化儀器用石英玻璃
由于石英玻璃有很多優(yōu)良的特性，可用于膨脹儀、熱天平、電氣計(jì)測(cè)器、彈簧天平、地震儀等的零件，燒瓶、燒杯、蒸發(fā)皿、坩堝、舟、硫黃定量裝置、冷凝器等的分析用具，分光光度計(jì)用吸收容跑龍?zhí)椎雀鞣N理化實(shí)驗(yàn)用品。
光學(xué)類(lèi)石英玻璃
因?yàn)槭⒉Ａв泻芨叩淖贤饩€透過(guò)性、耐熱性和低膨脹性等可用于紋影照像用窗玻璃，耐熱用透鏡和窗玻璃，反射望遠(yuǎn)鏡用反射鏡、棱鏡，氣體激光器用窗玻璃，光學(xué)標(biāo)準(zhǔn)用等。另外因?yàn)槭⒉ＡР缓琒iO2以外的成分，所以可作為光學(xué)玻璃熔融用坩堝和管使用。
光通訊及高新技術(shù)用石英玻璃
世界80%的信息業(yè)務(wù)由光纖傳輸，光纖產(chǎn)業(yè)的發(fā)展更具戰(zhàn)略意義，發(fā)展光纖離不開(kāi)石英玻璃，因?yàn)楣饫w就是石英玻璃纖維，生產(chǎn)石英玻璃纖維需要石英玻璃預(yù)制棒和石英玻璃包皮管，由于此類(lèi)石英玻璃純度要求特別高，德國(guó)賀利氏公司生產(chǎn)專(zhuān)用產(chǎn)品Heralux―WG級(jí)石英玻璃管，每公斤達(dá)3500元人民幣。我國(guó)生產(chǎn)光纖大量使用外國(guó)進(jìn)口管。另外還有生物工程、光通信技術(shù)、原子能技術(shù)、激光技術(shù)、航空技術(shù)、航天技術(shù)等高技術(shù)領(lǐng)域均需要用石英玻璃。石英玻璃就好比做菜的味精，用量不算大，但非常廣泛，各行業(yè)均不能缺少它。石英玻璃屬于很重要的新材料，社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益很大。