Groupes hydroxyles dans les tubes de quartz

L'hydroxyle dissous dans le verre de quartz est appelé hydroxyle. L'hydroxyle est la principale impureté du verre de quartz et les principaux facteurs affectant sa teneur sont les matières premières, les processus et les méthodes de fabrication. À mesure que la teneur en hydroxyle du verre de quartz varie, les performances du verre varient également. L'augmentation de la teneur en hydroxyle entraîne une diminution de la viscosité, de la densité et de l'indice de réfraction, ainsi qu'une augmentation de l'absorption infrarouge et du coefficient de dilatation.

Sur la base du comportement de l'hydroxyle dans le verre de quartz, il peut être divisé en deux catégories : le verre de quartz produit dans une atmosphère oxydante et le verre de quartz fondu dans une atmosphère réductrice. L'hydroxyle dans le premier est difficile à éliminer par chauffage, alors qu'il est plus facile à éliminer dans le second.

Le verre de quartz produit en atmosphère oxydante comprend :

1. Verre de quartz synthétique: Le tétrachlorure de silicium est décomposé thermiquement dans une flamme d'hydrogène-oxygène, avec une teneur en hydroxyle autour de 1 000 à 2 000 ppm.
2. Verre de quartz raffiné au gaz: Poudre de quartz fondue dans une flamme d'hydro-oxygène, avec une teneur en hydroxyle de 100 à 200 ppm.
3. Verre de quartz plasma: Poudre de quartz fondue dans une flamme plasma, avec une teneur en hydroxyle de 20 à 30 ppm.
4. Quartz fondu: Poudre de quartz fondue dans une atmosphère d'air, avec une teneur en hydroxyle de 300 à 500 ppm.

L'hydroxyle de ce type de verre de quartz est difficile à éliminer par traitement thermique et ne se déshydroxyle visiblement qu'au-dessus de la température de cristallisation, soit environ 1 350 degrés Celsius.

Dans une atmosphère d'hydrogène, la teneur en hydroxyle est de 100 à 200 ppm ; un chauffage au-dessus de 900 degrés Celsius peut éliminer la majeure partie de l’hydroxyle. Dans des conditions d'hélium ou de vide, la teneur en hydroxyle est très faible (inférieure à 5 ppm).

L'hydroxyle dans le verre de quartz fondu dans une atmosphère d'hydrogène est lié aux facteurs suivants :

1. Lié aux propriétés des matières premières

un. Eau dissoute ; b. Eau cristalline ; c. Eau interstitielle ; b. Eau adsorbée en surface ; e. Inclusions gaz-liquides ;

2. Lié à la teneur et au type d’impuretés des matières premières

un. Oxydes de métaux alcalins; b. Oxydes de métaux alcalino-terreux ; c. Oxydes de terres rares ;

3. Lié à l’état de fusion

Température; Temps; Atmosphère;

4. Lié aux conditions de déshydroxylation

Environnement, niveau de vide ; Temps; Température;

La refusion du verre de quartz produit dans une atmosphère oxydante dans une atmosphère d'hydrogène ne montre aucun changement dans le pic d'absorption d'hydroxyle à 2,73 microns ; cela indique que la température de fusion n'est pas la cause de la différence de performances de déshydroxylation entre les deux types de verre.

Le verre de quartz en poudre fondu dans une atmosphère oxydante (taille des particules 0,2 à 0,05 mm) présente un changement significatif du pic d'hydroxyle à 2,73 microns après refusion dans une atmosphère d'hydrogène, ce qui facilite l'élimination de l'hydroxyle et ses performances sont similaires à celles du quartz. verre fondu dans une atmosphère d'hydrogène. Cela démontre que la taille des particules est un facteur important dans les différences de déshydroxylation.

Poudre de verre de quartz à faible teneur en hydroxyle refondu dans une atmosphère d'hydrogène augmente l'hydroxyle de 3 ppm à 100 ppm, ce qui indique qu'une atmosphère d'hydrogène peut augmenter la teneur en hydroxyle dans le verre de quartz. Les blocs de verre de quartz à faible teneur en hydroxyle refondus dans une atmosphère d'hydrogène ne présentent pratiquement aucun changement dans la teneur en hydroxyle (3 ppm), ce qui indique que l'interaction entre l'hydrogène et le verre de quartz commence à la surface (temps de fusion d'environ 30 minutes).

Une formule par GE : C = 910/T * LOG10(Ta/Tb) mm-1

• C : Teneur en hydroxyle (C, ppm)
• T : Épaisseur (mm)
• Ta : transmission à une longueur d'onde de 2 600 nanomètres
• Tb : transmission à une longueur d'onde de 2 730 nanomètres

Formule standard nationale chinoise : C = 96,5/j * LG10(Ia/I) mm-1

• C : Teneur en hydroxyle (ppm)
• d : épaisseur (cm)
• Ia : Distance entre la ligne de base de 2 730 nm et la ligne zéro (mm)
• I : Distance entre le pic d'absorption de 2 730 nm et la ligne zéro (mm)

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