उच्च शुद्धता असलेल्या क्वार्ट्ज ग्लासच्या तीन तयारी पद्धती

नैसर्गिक सिलिका ग्लास

पहिल्या श्रेणीमध्ये नैसर्गिक वितळणे समाविष्ट आहे क्वार्ट्ज नैसर्गिक क्वार्ट्ज ग्लास तयार करण्यासाठी क्रिस्टल्स किंवा सिलिका, ज्याला उष्णता स्रोत आणि प्रक्रियांवर आधारित ‌विद्युत वितळणे‌, ‌गॅस ज्वलन‌ आणि ‌प्लाझ्मा वितळणे‌ अशा पद्धतींमध्ये पुढे विभागले जाऊ शकते.

विद्युत वितळण्याच्या पद्धतीमध्ये, क्रूसिबलमधील चूर्ण क्वार्ट्ज कच्चा माल विद्युत हीटिंगद्वारे वितळवला जातो (प्रतिरोधक हीटिंग आणि इलेक्ट्रोमॅग्नेटिक इंडक्शन हीटिंगसह), त्यानंतर क्वार्ट्ज ग्लास तयार करण्यासाठी जलद शीतकरण विट्रिफिकेशन प्रक्रिया केली जाते14. वितळताना, क्वार्ट्ज क्रिस्टल स्ट्रक्चर β-क्वार्ट्जपासून α-क्वार्ट्जमध्ये, नंतर α-क्रिस्टोबालाइटमध्ये (अनाकार टप्प्याच्या निर्मितीसह) फेज संक्रमणातून जाते, जोपर्यंत ते अंदाजे 1723°C पर्यंत पोहोचत नाही, जिथे क्वार्ट्ज वितळण्यास सुरुवात होते.

उच्च शुद्धता क्वार्ट्ज वाळू

क्वार्ट्ज पावडर वितळण्याची प्रक्रिया सहसा उच्च व्हॅक्यूम वातावरणात (0.1~10 Pa) केली जाते जेणेकरून प्रक्रियेत सोडलेला वायू काढून टाकता येईल आणि क्वार्ट्ज ग्लासमधील बबलचे प्रमाण कमी होईल. इलेक्ट्रिक मेल्टिंग पद्धतीने तयार केलेल्या क्वार्ट्ज ग्लासची गुणवत्ता प्रामुख्याने कच्च्या मालाच्या शुद्धतेवर अवलंबून असते. क्वार्ट्ज कच्च्या मालातील धातूची अशुद्धता काढून टाकणे सहसा कठीण असते, म्हणून फ्यूज्ड क्वार्ट्ज ग्लासमधील धातूची अशुद्धता सामान्यतः जास्त असते आणि नियंत्रित करणे कठीण असते. क्वार्ट्ज पावडरमधील ओलावा सुकवून प्रभावीपणे काढून टाकता येतो, म्हणून कमी हायड्रॉक्सिल सामग्री असलेला क्वार्ट्ज ग्लास इलेक्ट्रिक मेल्टिंग पद्धतीने तयार करता येतो.

सिंथेटिक क्वार्ट्ज ग्लास

दुसऱ्या श्रेणीमध्ये संश्लेषण समाविष्ट आहे क्वार्ट्ज ग्लास सिलिकॉनयुक्त संयुगे (उदा. हॅलोसिलेनेस, हायड्रोसिलेनेस आणि ऑर्गेनोसिलिकॉन) कच्चा माल म्हणून वापरून रासायनिक अभिक्रियांद्वारे, ज्यांना ‌सिंथेटिक क्वार्ट्ज ग्लास‌ म्हणतात. प्रतिक्रिया तत्त्वांवर आधारित, ही श्रेणी पुढे तीन पद्धतींमध्ये विभागली गेली आहे.

१) प्लाझ्मा केमिकल व्हेपर डिपॉझिशन (पीसीव्हीडी): सिलिकॉनयुक्त संयुगे निर्जल वातावरणात थर्मल ऑक्सिडेशन करून SiO₂ तयार करतात.

२) ‌फ्लेम हायड्रोलिसिस डिपॉझिशन (FHD): सिलिकॉनयुक्त संयुगे हायड्रोजन-ऑक्सिजन ज्वालामध्ये जलविच्छेदन (बहुतेकदा ऑक्सिडेशनसह) करतात.

३) सोल-जेल पद्धत: सिलिकॉनयुक्त संयुगे जलीय माध्यमात हायड्रॉलिसिस करतात.

यापैकी, ‌FHD‌ हे सर्वात जास्त वापरले जाणारे आणि परिपक्व औद्योगिक तंत्रज्ञान आहे, ज्यामध्ये ‌प्रत्यक्ष संश्लेषण‌ आणि ‌अप्रत्यक्ष संश्लेषण‌ यांचा समावेश आहे.

● ‌प्रत्यक्ष संश्लेषण‌: उच्च-तापमानाच्या जलविच्छेदनामुळे वितळलेले SiO₂ कण तयार होतात, जे थेट सब्सट्रेटवर जमा होतात आणि क्वार्ट्ज ग्लास तयार करण्यासाठी थंड केले जातात.

● ‌अप्रत्यक्ष संश्लेषण‌: कमी-तापमानाच्या जलविच्छेदनामुळे काजळीसारखे SiO₂ कण निर्माण होतात, ज्यामुळे एक सच्छिद्र SiO₂ शरीर तयार होते. हे सच्छिद्र शरीर क्वार्ट्ज ग्लास तयार करण्यासाठी निर्जलीकरण, डोपिंग, सिंटरिंग आणि थंडीकरणातून जाते.

औद्योगिक अनुप्रयोगांमध्ये, सामान्यतः वापरली जाणारी ‌प्रत्यक्ष संश्लेषण पद्धत ‌केमिकल व्हेपर डिपोझिशन (CVD) ‌ आहे. ‌अप्रत्यक्ष संश्लेषण पद्धतींमध्ये ‌टू-स्टेप सीव्हीडी ‌, ‌व्हेपर-फेज अ‍ॅक्सियल डिपोझिशन (VAD) ‌ आणि ‌आउटसाइड व्हेपर डिपोझिशन (OVD) ‌ सारख्या सीव्हीडीवर आधारित सुधारित पद्धतींचा समावेश आहे.

या पद्धती तयारी प्रक्रिया आणि अंतिम उत्पादनांमध्ये भिन्न आहेत. उदाहरणार्थ, ‌CVD‌ आणि ‌टू-स्टेप CVD‌ हे प्रामुख्याने मोठ्या आकाराच्या ‌क्वार्ट्ज ग्लास इंगॉट्स‌ तयार करण्यासाठी वापरले जातात, तर ‌VAD‌ आणि ‌OVD‌ हे प्रामुख्याने ‌क्वार्ट्ज ग्लास ऑप्टिकल फायबर प्रीफॉर्म्स‌ तयार करण्यासाठी वापरले जातात. हे फरक असूनही, या सर्व तंत्रांचा मूळ आधार ‌फ्लेम हायड्रोलिसिस डिपॉझिशन (FHD)‌ च्या तत्त्वांवर आहे.

क्वार्ट्ज काचेचे पिंड

ऑप्टिकल फायबर प्रीफॉर्म

थर्मल मॉडिफिकेशन पद्धत

व्यावहारिक औद्योगिक अनुप्रयोगांमध्ये, क्वार्ट्ज ग्लास उत्पादनांच्या आकार आवश्यकता महत्त्वाच्या आहेत. उदाहरणार्थ, उच्च-शुद्धता असलेल्या क्वार्ट्ज ग्लास ट्यूब आणि क्वार्ट्ज ग्लास रॉडचा वापर सेमीकंडक्टर उद्योगात मोठ्या प्रमाणावर केला जातो. परिणामी, क्वार्ट्ज ग्लास उत्पादनात उत्पादन पुनर्आकार (सुधारणा) ला महत्त्वपूर्ण महत्त्व आहे. सध्या, थर्मल रिफॉर्मिंग पद्धत ही सुधारित करण्यासाठी प्राथमिक औद्योगिक दृष्टिकोन आहे. क्वार्ट्ज ग्लास उत्पादने. यामध्ये क्वार्ट्ज ग्लास त्याच्या मऊपणा बिंदूपर्यंत गरम करणे आणि नंतर व्यावहारिक गरजांनुसार त्याचा आकार बदलणे समाविष्ट आहे.

सिंथेटिक क्वार्ट्ज ग्लास ट्यूब

तापमान वाढत असताना, क्वार्ट्ज ग्लास प्रीफॉर्म मऊ होतो, ज्यामुळे ते पुलिंग डिव्हाइसद्वारे खाली खेचले जाऊ शकते आणि क्वार्ट्ज ग्लास रॉड्स किंवा ट्यूब्स तयार होतात. फर्नेस तापमान आणि ड्रॉइंग स्पीड समायोजित करून, वेगवेगळ्या व्यासाचे रॉड्स किंवा ट्यूब्स तयार करता येतात. इलेक्ट्रोमॅग्नेटिक इंडक्शन हीटिंग फर्नेसची ‌कॉइल व्यवस्था ‌आणि ‌फर्नेस रचना ‌भट्टीतील ‌तापमान वितरण क्षेत्रावर लक्षणीय परिणाम करते. व्यावहारिक उत्पादनात, क्वार्ट्ज ग्लास उत्पादनांची गुणवत्ता सुनिश्चित करण्यासाठी या तापमान क्षेत्राचे कठोर नियंत्रण आवश्यक आहे.

क्वार्ट्ज ग्लास रॉड्स आणि क्वार्ट्ज ग्लास ट्यूब्स

(चित्रातील भाग: १-क्वार्ट्ज ग्लास मदर रॉड; २-हीटिंग एलिमेंट; ३-क्वार्ट्ज ग्लास रॉड; ४-क्वार्ट्ज ग्लास मदर ट्यूब; ५-इंडक्शन कॉइल; ६-क्वार्ट्ज ग्लास ट्यूब; ७-ट्रॅक्टर)