第一章石英玻璃
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1、 第一章第一章 石英玻璃石英玻璃 石英玻璃石英玻璃是由纯净的天然水晶、石英石（包括脉是由纯净的天然水晶、石英石（包括脉石英、石英砂）或人工合成原料经熔化而制得。石英、石英砂）或人工合成原料经熔化而制得。 自然界中的石英，从地壳表面往下自然界中的石英，从地壳表面往下十六十六公里，几公里，几乎有乎有65，普通形状为细小的无规则颗粒。，普通形状为细小的无规则颗粒。 水晶水晶是无色透明结晶完整的石英，是是无色透明结晶完整的石英，是石英的石英的变体。变体。一、结构：一、结构：1. 非晶态非晶态SiO2呈四面体排列，其基本结构特征都为呈四面体排列，其基本结构特征都为SiO44-排列。排列。 三个基本的原子
2、间距分别为：三个基本的原子间距分别为：Si-O 1.62，O-O 2.65，Si-Si 3.12；Si-O-Si键角分布中最大值为键角分布中最大值为144010。2. 晶态与非晶态晶态与非晶态SiO2的异同：的异同：a. 同：同：石英、方石英、鳞石英和石英玻璃中石英、方石英、鳞石英和石英玻璃中SiO44-四面四面 体几乎总是以体几乎总是以顶角相连顶角相连。 异异：在纤维状的晶态：在纤维状的晶态SiO2变体中变体中SiO44-以以共棱相连共棱相连； 在高压晶相石英中在高压晶相石英中SiO44-以以八面体八面体SiO68-出现。出现。b. 同：同：石英玻璃与方石英最为相似，石英玻璃与方石英最为相似
3、，SiO2方石英方石英 SiO2玻璃玻璃， 熔融熵仅为熔融熵仅为1cal/mol。 异：异：晶态：晶态：排列有序；排列有序；非晶态：非晶态：近程有序，远程无序。近程有序，远程无序。 c. 紫外光电子能谱和电子能量损耗谱（紫外光电子能谱和电子能量损耗谱（ELS）表明：晶态）表明：晶态与非晶态与非晶态SiO2光吸收和反射数据，其电子跃迁均在四面光吸收和反射数据，其电子跃迁均在四面体内部进行。体内部进行。 石英玻璃石英玻璃 方石英方石英二、性能：二、性能：1. 纯度：纯度：a. 透明石英玻璃：透明石英玻璃： 气炼石英玻璃：气炼石英玻璃：SiO2 99.97以上；以上； SiCl4直接气炼石英玻璃：直
4、接气炼石英玻璃：SiO2 99.9999以上；以上； 高纯石英玻璃：高纯石英玻璃：SiO2 99.999以上。以上。b. 不透明石英玻璃：不透明石英玻璃：SiO2 99.5以上。以上。2. 电学性质：电学性质： 石英玻璃是一种优良的绝缘材料，在高温下仍能保持很高的介石英玻璃是一种优良的绝缘材料，在高温下仍能保持很高的介电强度和电阻，而且几乎没有损耗，（电强度和电阻，而且几乎没有损耗，（OH）和杂质将使介电强度和杂质将使介电强度降低，降低， tan增加。增加。 石英玻璃的介电强度和介电损耗石英玻璃的介电强度和介电损耗(50Hz ) 电性能电性能 温度（温度（） 透明石英玻璃透明石英玻璃 不透明石
5、英玻璃不透明石英玻璃介电损耗介电损耗tan 20 0.0003 0.001介电强度介电强度 200 32 25 石英玻璃的介电常数曲线石英玻璃的介电常数曲线 石英玻璃的电导率曲线石英玻璃的电导率曲线 石英玻璃的电阻率曲线石英玻璃的电阻率曲线 3. 热学性质：热学性质：a. 耐温性：耐温性： 石英玻璃的耐高温性能，远远超过任何一种玻璃。石英玻璃的耐高温性能，远远超过任何一种玻璃。 T熔熔1713，T软软158010，T退火退火1140 10。 短时间可在短时间可在1450高温下使用，常可在高温下使用，常可在1000以上、不透明则在以上、不透明则在 900使用。使用。b. 热膨胀系数：热膨胀系数：
6、 石英玻璃的膨胀系数极小，石英玻璃的膨胀系数极小，5 51071，为平板玻璃的，为平板玻璃的1/14，其，其原因原因是石英玻璃的结构类似于方石英相（立方），没有低温是石英玻璃的结构类似于方石英相（立方），没有低温变体的锯齿形特征，同时变体的锯齿形特征，同时SiO键较强。键较强。石英玻璃的膨胀系数石英玻璃的膨胀系数温度（温度（）100 200 300 400 500 600 700 800 1000 1200107 5.10 5.58 6.27 6.35 6.12 6.00 5.71 5.62 5.56 5.42 石英玻璃的膨胀系数曲线石英玻璃的膨胀系数曲线 c. 比热和导热系数：比热和导热系数
7、：石英玻璃的比热和导热系数随温度的升高而增大。石英玻璃的比热和导热系数随温度的升高而增大。石英玻璃不同温度的比热石英玻璃不同温度的比热 石英玻璃的导热系数石英玻璃的导热系数温度（温度（）平均比热）平均比热 温度（温度（） 导热系数导热系数 100 0.185 透明石英玻璃透明石英玻璃 不透明石英玻璃不透明石英玻璃 200 0.200 20 0.00331 0.00297 400 0.233 200 0.00394 0.00386 600 0.254 400 0.00447 0.00453 800 0.260 600 0.00484 0.00503 1000 0.264 800 0.00514
8、0.00534 1200 0.270 1000 0.00547 0.00550 1200 0.00581 0.00569d. 粘度：粘度： 石英玻璃的石英玻璃的粘度粘度随随羟基羟基（OH）和）和杂质杂质含量的增加而降低，含量的增加而降低，粘度大，温度范围窄。粘度大，温度范围窄。 四氯化硅（四氯化硅（SiCl4）合成用氢氧焰熔融比电炉真空熔融的石英）合成用氢氧焰熔融比电炉真空熔融的石英玻璃玻璃软化点软化点低近低近100； 水晶原料用氢氧焰熔融法比电炉真空熔融法的石英玻璃水晶原料用氢氧焰熔融法比电炉真空熔融法的石英玻璃软化点软化点低低2050。 石英玻璃在不同温度下的粘度石英玻璃在不同温度下的粘度
