石英玻璃的典型缺陷
时间：2025-09-17 发布人：admin 点击数：0
石英玻璃的性质与其纯度密切相关。在石英玻璃的制备过程中不可避免的会引入各种杂质，进而导致石英玻璃中缺陷的产生和性质的改变。石英玻璃中常见的缺陷可分为结构缺陷和宏观缺陷两大类。结构缺陷是指在石英玻璃的原子网格结构中引入杂质所导致的缺陷，主要包括羟基和金属杂质等。杂质的引入破坏了石英玻璃原有的网格结构，因而导致其各项性质发生改变，其中影响最大的是光学性质。石英玻璃中的金属杂质会引起紫外光谱的吸收，而羟基会引起红外光谱的吸收。图 1-3 所示为 Spectrosil 和 Vitreosil 两种型号的石英玻璃的光谱透过率，两者分别属于 III 型和 I 型石英玻璃，羟基含量分别为 1200 ppm 和 5 ppm。由于羟基会引起石英玻璃在红外区域（主要为 2.7 ~ 2.85 μm 范围内）的强烈吸收，所以曲线 1 在红外波段有一个明显的吸收峰。III 型石英玻璃的金属杂质含量远低于 I 型，而金属杂质主要引起远紫外线的吸收，所以曲线1 在远紫外线区的透过性优于曲线2。此外，羟基的存在还会降低石英玻璃的化学稳定性、结构强度、耐热性和光学均匀性等。在半导体工业中，石英玻璃中的金属杂质超标会直接影响到产品的电特性。光学不均匀性也属于石英玻璃的结构缺陷，该缺陷往往由石英玻璃的制备工艺造成，且对其光学应用有着重要影响。碱金属杂质和羟基的存在还会促使石英玻璃在高温环境下发生析晶。石英玻璃中的宏观缺陷通常是由原料不纯或制备工艺不当引起的，常见的宏观缺陷包括气泡、包裹物、条纹以及热应力导致的开裂等。熔融石英的粘度非常大，因此气泡在其中很难被去除。气泡的产生主要与石英玻璃的熔制过程有关，不当的熔制方式会导致内部未熔化的石英原料被外表面的熔融石英所包裹，从而阻碍了气泡的逸出。石英玻璃的热应力出现在冷却过程中，是由玻璃不同部位的温差引起的。热应力不均匀会导致石英玻璃的光学不均匀性增加，热应力过高时甚至会导致石英玻璃的开裂。与结构缺陷不同，宏观缺陷的产生往往意味着石英玻璃产品的报废，因此在实际生产中需要对制备工艺进行严格的控制。
