石英为什么要退火?-扬州晶格半导体有限公司

石英为什么要退火?

时间：2025-08-18 发布人：admin 点击数：0

按工艺方法、用途及外观来分类，如熔融透明石英玻璃，熔融石英玻璃，气精透明石英玻璃，合成石英玻璃，不透明石英玻璃，光学石英玻璃，半导体用石英玻璃，电光源用石英玻璃等，分为透明和不透明两大类。根据纯度，它分为三类：高纯度，普通和掺杂。

耐高温石英玻璃带的失透是石英玻璃的固有缺陷。石英玻璃的内能高于结晶方石英，这是一种热力学不稳定的亚稳态。SiO2分子振动加速，并且在长时间的重排和取向之后，形成结晶。反玻璃化由核的生长速率表示。结晶主要在表面上，然后是内部缺陷。原因是这些地方容易受到污染，导致杂质离子局部积聚。特别是，碱离子（如K，Na，Li，Ca，Mg等）在进入网络后导致粘度降低。促使失透加速。

我们知道玻璃是一种不良的导热体，当一块石英玻璃（没有压力），在加热或冷却时，由于石英玻璃的外层首先被直接加热或开始冷却，并且玻璃内部受热（热传导将外部热量传导到内部）或冷却后，因此，在石英玻璃的表面和内部产生温差。当加热时，直接加热的石英玻璃的表面温度高，并且接收热量的石英玻璃的内部温度低，并且加热的石英玻璃的外层膨胀。较低温度的内部，试图保持其原始状态，阻碍外层的膨胀。这样，在石英玻璃内部发生膨胀和抗膨胀，并且由于相互作用，在石英玻璃内部产生两种应力。一种是“压应力”，一种是“张应力”。试图防止石英玻璃外层向内层扩展并作用于外层的力被称为“压缩应力”，并且石英玻璃外层向内层扩展并作用的力统称为石英玻璃的应力。

由于石英玻璃的抗压强度远大于抗拉强度，因此石英玻璃的内层和外层在加热过程中可承受较大的温差。在灯工加工时，石英玻璃可以直接放入氢-氧火焰中加热而不至于炸裂。相反，当加热到500℃或更高的石英玻璃放入冷却水中时，它容易破裂。

石英玻璃制品中的热应力可分为临时应力和永久应力。

暂时应力：当玻璃的温度变化低于应变点温度时，导热性差，并且总热量不均匀，从而产生一定的热应力。这种热应力存在温差。这种热应力称为暂时应力。需要注意的是，由于平时生产加工的石英芯棒芯层惨和着不同化学物质，极易产生受热不均，所以在完成拼接后，使用火焰均匀棒体温度，使其整体温度梯度尽量平缓从而极大的消除石英芯棒的暂时应力。
永久应力：当玻璃从应变点温度以上冷却时，由温度差产生的热应力在玻璃冷却至室温并且内层和外层的温度相等之后。它不会完全消失，并且玻璃中仍然存在一定的应力。永久应力的大小取决于产品在应变点温度以上的冷却速率，石英玻璃的粘度，热膨胀系数和制品的厚度。在经过加工后，产生的永久应力已经影响到后续的加工生产。所以永久应力只能经过退火才能消除。

石英玻璃的退火分为四个阶段：加热阶段，恒温阶段，冷却阶段，自然冷却阶段。

加热阶段：对于石英玻璃的要求，这项工作是基于光学产品的退火要求，整个加热过程缓慢加热到1100°C。根据经验，温升为4.5/R2°C/min，其中R是石英玻璃产品的半径。
恒温阶段：将石英棒体达到实际最高退火温度时候，对炉体进行恒温处理，使制品受热梯度趋缓各位置受热均匀。为下一步的降温做准备。
降温阶段：为了在石英棒的冷却过程中消除或产生非常小的永久应力，在该阶段，应缓慢降低温度以防止温度梯度过大。1100°C-950°C降温速度为15°C/小时。950°C-750°C降温速度在30°C/小时。750°C-450°C降温温度在60°C/小时。
自然冷却阶段：450°C以下断退火炉电源而不改变保温环境使其自然冷却到100°C以下。100°C以下开放保温环境，使其冷却至室温。

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