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光学石英玻璃的纳米级加工


来源:中国粉体网   寂静

[导读]  随着光学技术的发展,光学材料的应用日益广泛,对光学元件的表面质量和加工精度也提出了更高的要求。由于加工过程对光学材料的光学特性影响很大,因此,需要最大限度地保证光学元件的表面质量和加工精度,精密与超精密加工技术已成为各国优先发展的重点。

中国粉体网讯  随着光学技术的发展,光学材料的应用日益广泛,对光学元件的表面质量和加工精度也提出了更高的要求。由于加工过程对光学材料的光学特性影响很大,因此,需要最大限度地保证光学元件的表面质量和加工精度,精密与超精密加工技术已成为各国优先发展的重点。




石英玻璃是只含有二氧化硅单一成份的特种玻璃,主要由硅原子和氧原子通过硅氧键连接,形成相应的非晶态结构。由于硅氧共价键的键能很大,结构紧密,所以石英玻璃具有独特的性能,如良好的硬度、穿透性及较高的熔点,尤其透明石英玻璃的光学性能更加优异,在紫外到红外辐射的连续波长范围具有优良的透射比。


石英玻璃一般采用高纯度的硅砂为原料,通过熔融-淬灭方法(加热材料到熔化温度,然后快速冷却到玻璃的固态相)制得。


石英晶体的结构是:一个硅原子周围有4个氧原子,一个氧原子周围有2个硅原子,构成空间的网状结构,硅氧键的键长为0.162 nm,硅原子直径为0.117 nm,氧原子的直径为0.148 nm,原子之间存在微小的间隙。


虽然石英玻璃局部上的硅氧原子的排列还是与石英晶体的一样,但是,整体上来看,排列已经不规律,所以宏观上会呈现各向同性。在石英玻璃的结构中,硅氧键的键长为0.155 nm,这是因为在玻璃的高温形成过程中硅氧键已缩短。


在室温下,随着温度的提高,系统中原子的热运动加剧,导致原子间作用加剧,体系发生膨胀。到1 300 K时,系统体积变化基本不变,石英晶体发生一级相变。在系统模拟温度到达约4 200 K时,系统体积急剧增加,此时发生了二级相变,形成了高温态结构。在系统温度达到5 000 K后,对系统进行退火处理,直至温度达到室温,最终得到非晶态石英玻璃模型。



近些年来,我国光通讯产业、半导体产业、太阳能光伏产业以及航空航天的高速发展,给我国的石英玻璃行业发展提供了更广阔的发展市场,也驱动着我国石英玻璃产品水平攀登更高台阶。 


但是,目前我国生产的可用于高端领域的石英砂产量低,不能满足市场需求。部分原料仍需要进口等问题都制约着下游行业的发展。因此,提升我国石英玻璃原材料的技术与装备水平、扩大电子信息产业用高档石英玻璃原材料的产能,打破国外技术垄断,改变当前主要依赖进口的局面,已成为我国石英玻璃行业发展中一个急待解决的、具有战略意义的重要课题。

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