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光學石英玻璃的亞納米級加工
作者:管理員    發布于:2018-12-27 20:59:36    文字:【】【】【
摘要:光學石英玻璃

隨著光學技術的發展,光學材料的應用日益廣泛,對光學元件的表面質量和加工精度也提出了更高的要求。由于加工過程對光學材料的光學特性影響很大,因此,需要最大限度地保證光學元件的表面質量和加工精度,精密與超精密加工技術已成為各國優先發展的重點。



石英玻璃是只含有二氧化硅單一成份的特種玻璃,主要由硅原子和氧原子通過硅氧鍵連接,形成相應的非晶態結構。由于硅氧共價鍵的鍵能很大,結構緊密,所以石英玻璃具有獨特的性能,如良好的硬度、穿透性及較高的熔點,尤其透明石英玻璃的光學性能更加優異,在紫外到紅外輻射的連續波長范圍具有優良的透射比。


石英玻璃一般采用高純度的硅砂為原料,通過熔融-淬滅方法(加熱材料到熔化溫度,然后快速冷卻到玻璃的固態相)制得。


石英晶體的結構是:一個硅原子周圍有4個氧原子,一個氧原子周圍有2個硅原子,構成空間的網狀結構,硅氧鍵的鍵長為0.162 nm,硅原子直徑為0.117 nm,氧原子的直徑為0.148 nm,原子之間存在微小的間隙。


雖然石英玻璃局部上的硅氧原子的排列還是與石英晶體的一樣,但是,整體上來看,排列已經不規律,所以宏觀上會呈現各向同性。在石英玻璃的結構中,硅氧鍵的鍵長為0.155 nm,這是因為在玻璃的高溫形成過程中硅氧鍵已縮短。


在室溫下,隨著溫度的提高,系統中原子的熱運動加劇,導致原子間作用加劇,體系發生膨脹。到1300 K時,系統體積變化基本不變,石英晶體發生一級相變。在系統模擬溫度到達約4200 K時,系統體積急劇增加,此時發生了二級相變,形成了高溫態結構。在系統溫度達到5000 K后,對系統進行退火處理,直至溫度達到室溫,最終得到非晶態石英玻璃模型。



近些年來,我國光通訊產業、半導體產業、太陽能光伏產業以及航空航天的高速發展,給我國的石英玻璃行業發展提供了更廣闊的發展市場,也驅動著我國石英玻璃產品水平攀登更高臺階。 


但是,目前我國生產的可用于高端領域的石英砂產量低,不能滿足市場需求。部分原料仍需要進口等問題都制約著下游行業的發展。因此,提升我國石英玻璃原材料的技術與裝備水平、擴大電子信息產業用高光學石英玻璃原材料的產能,打破國外技術壟斷,改變當前主要依賴進口的局面,已成為我國石英玻璃行業發展中一個急待解決的、具有戰略意義的重要課題。

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