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高纯度石英材料的特性(知识盘点)

发布时间:2020/8/13

高纯度石英材料的特性

石英玻璃的形成是由于其熔体在高温下的高粘度,用于制造半导体、电光源、半导体通讯器件、激光器、光学仪器、实验室仪器、电气设备、医疗设备和耐高温腐蚀的化学仪器、化工、电子、冶金、建筑材料和国防等工业,广泛应用于化工、电子、冶金、建筑材料、国防等多个行业。

高纯度石英材料可以制造光纤。

高纯石英材料

随着半导体技术的发展,石英玻璃被广泛的用于半导体生产的各项工序中。比如,直拉法把多晶转化成单晶硅;清洗时用的清洗槽;扩散时用的扩散管、刻槽舟;离子注入时用的钟罩等等。

虽然石英是地球上最丰富的矿物之一,但高纯度石英原料只有在满足一系列特定的化学和物理参数的地质条件下才能形成。目前,只有少数石英矿床适合加工高纯度石英,处理过程极其复杂。

为了确定石英矿石是否可用作高纯度石英原料,必须采用多种检测技术对石英原料进行矿物学研究。

主要结果如下:

(1)石英和脉石矿物的分布特征以及石英矿物中矿物包裹体的含量是决定最终高纯石英中杂质元素总量的因素之一。

(2)流体包裹体,即使是杂质元素含量较低的石英,也可能不是高纯石英。当石英矿物中含有大量流体包裹体时,其SiO 2含量难以满足高纯石英的技术要求。

(3)晶格杂质,由于晶格杂质含量很低,但很难去除,是制约高纯石英质量的最关键因素。

根据成因类型,天然石英矿物可分为花岗岩石英、高温变质石英、变质石英、伟晶岩早期形成的石英、伟晶岩中后期形成的晶体、热液形成期的脉石英和热水溶解阶段的脉石英。不同成因的石英矿床的特征和应用也不尽相同。

1.花岗岩石英

特征:地层温度(700℃~1000℃),石英颗粒纯净,几乎没有气液包裹体。

典型应用实例:美国加工分级公司利用英国北部沿海地区的花岗岩石英制备SiO_2>99.99%,过渡金属<;5×10~(-6),气液包裹体(H_2O,CO_2)含量为89.25-162.8mg/kg。

2.高温变质型石英

特点:地层温度750≤900℃,气液包裹体含量低

典型应用实例:美国石英技术公司采用这种石英原料生产高质量透明石英玻璃。

3.交代石英型石英

特征:地层时间越长,热事件越强烈,石英越纯净,气液包裹体越少。

典型应用实例:元古代石英岩气液包裹体少,可视为石英玻璃原料。

4.在伟晶岩早期形成的石英

特点:地层温度600≤700℃,一般粒径2≤6 mm,透明,纯单晶,气液包裹体少。

5、伟晶岩中晚期形成的水晶

特点:形成温度500~600℃;

典型应用实例:早期高纯石英原料。

6、热水溶液阶段脉石英

特点:形成温度50~400℃,白色-乳白色,含有大量微小气液包裹体;

典型应用实例:气液包裹体过多,生产的石英玻璃因气泡缺陷太多而不能用。

放眼全球,典型的高纯石英原料美国Spruce Pine地区花岗伟晶岩,是受阿乐汉尼绿片岩运动影响而形成的高纯石英矿床。在阿乐汉尼绿片岩运动的影响下,该地区地壳运动与其它地区具有显著不同的变形,导致石英动力学重结晶,石英颗粒晶体塑性变形,晶体内空隙杂质沿着新形成的颗粒界限集中,与变形运动相随的液体,有助于杂质的溶解和迁移,使杂质从重新结晶的石英颗粒中移出。

石英矿床形成时,温度和压力对石英质量有重要影响,特别是在石英形成后期,高温高压作用有利于石英晶粒内部杂质向晶界边缘或微细包裹体中迁移,且形成的石英中流体包裹体含量较少,可能具备加工为高纯石英的潜力。


7、热液气成阶段脉石英

特点:形成温度400~500℃,透明-半透明,气液包裹体含量较少;

典型应用实例:东海石英玻璃管厂常用原料,石英玻璃产品质量不错。

原标题:高纯度石英材料的特性(知识盘点)


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