Gruppi idrossilici nei tubi di quarzo

L'idrossile disciolto nel vetro di quarzo è noto come idrossile. L'idrossile è la principale impurità nel vetro al quarzo e i fattori principali che ne influenzano il contenuto sono le materie prime, i processi e i metodi di produzione. Poiché il contenuto di idrossile nel vetro al quarzo varia, variano anche le prestazioni del vetro. L’aumento del contenuto di ossidrile porta ad una diminuzione della viscosità, della densità e dell’indice di rifrazione e ad un aumento dell’assorbimento dell’infrarosso e del coefficiente di espansione.

In base al comportamento dell'ossidrile nel vetro al quarzo, questo può essere suddiviso in due categorie: vetro al quarzo prodotto in atmosfera ossidante e vetro al quarzo fuso in atmosfera riducente. L'idrossile nel primo è difficile da rimuovere mediante riscaldamento, mentre è più facile da rimuovere nel secondo.

Il vetro al quarzo prodotto in atmosfera ossidante comprende:

1. Vetro al quarzo sintetico: Il tetracloruro di silicio viene decomposto termicamente in una fiamma di idroossigeno, con contenuto di idrossile intorno a 1000-2000 ppm.
2. Vetro al quarzo raffinato a gas: Polvere di quarzo fusa in fiamma di ossigeno idrogeno, con contenuto di ossidrile di 100-200 ppm.
3. Vetro al quarzo al plasma: Polvere di quarzo fusa in una fiamma al plasma, con contenuto di ossidrile di 20-30 ppm.
4. Quarzo fuso: Polvere di quarzo fusa in atmosfera d'aria, con contenuto di ossidrile di 300-500 ppm.

L'idrossile di questo tipo di vetro al quarzo è difficile da rimuovere mediante trattamento termico e deiossidrila solo visibilmente al di sopra della temperatura di cristallizzazione di circa 1350 gradi Celsius.

In un'atmosfera di idrogeno, il contenuto di ossidrili è di 100-200 ppm; il riscaldamento superiore a 900 gradi Celsius può rimuovere la maggior parte dell'idrossile. In condizioni di elio o vuoto, il contenuto di ossidrile è molto basso (inferiore a 5 ppm).

L'idrossile nel vetro di quarzo fuso in atmosfera di idrogeno è correlato ai seguenti fattori:

1. Relativo alle proprietà delle materie prime

UN. Acqua disciolta; B. Acqua cristallina; C. Acqua interstiziale; B. Acqua adsorbita in superficie; e. Inclusioni gas-liquide;

2. Relativo al contenuto e al tipo di impurità della materia prima

UN. Ossidi di metalli alcalini; B. Ossidi di metalli alcalino-terrosi; C. Ossidi di terre rare;

3. Relativo alla condizione di fusione

Temperatura; Tempo; Atmosfera;

4. Relativo alle condizioni di deidrossilazione

Ambiente, livello di vuoto; Tempo; Temperatura;

La rifusione del vetro al quarzo prodotto in un'atmosfera ossidante in un'atmosfera di idrogeno non mostra alcun cambiamento nel picco di assorbimento dell'idrossile a 2,73 micron; ciò indica che la temperatura di fusione non è la causa della differenza nelle prestazioni di deossidrilazione tra i due tipi di vetro.

Il vetro di quarzo in polvere fuso in un'atmosfera ossidante (dimensione delle particelle 0,2—0,05 mm) mostra un cambiamento significativo nel picco dell'idrossile a 2,73 micron dopo la rifusione in un'atmosfera di idrogeno, rendendo più facile la rimozione dell'idrossile e le sue prestazioni simili a quelle del quarzo vetro fuso in atmosfera di idrogeno. Ciò dimostra che la dimensione delle particelle è un fattore importante nelle differenze di deidrossilazione.

Polvere di vetro al quarzo a basso contenuto idrossilico rifuso in un'atmosfera di idrogeno aumenta l'idrossile da 3 ppm a 100 ppm, indicando che un'atmosfera di idrogeno può aumentare il contenuto di idrossile nel vetro di quarzo. I blocchi di vetro al quarzo a basso contenuto di idrossile rifusi in un'atmosfera di idrogeno non mostrano praticamente alcun cambiamento nel contenuto di idrossile (3 ppm), indicando che l'interazione tra idrogeno e vetro al quarzo inizia in superficie (tempo di fusione circa 30 minuti).

Una formula di GE: C = 910/T * LOG10(Ta/Tb) mm-1

• C: contenuto di ossidrile (C, ppm)
• T: Spessore (mm)
• Ta: Trasmittanza alla lunghezza d'onda di 2600 nanometri
• Tb: Trasmittanza alla lunghezza d'onda di 2730 nanometri

Formula standard nazionale cinese: C = 96,5/d * LG10(Ia/I) mm-1

• C: contenuto di ossidrile (ppm)
• d: Spessore (cm)
• Ia: distanza dalla linea di base di 2730 nm alla linea zero (mm)
• I: Distanza dal picco di assorbimento di 2730 nm alla linea dello zero (mm)

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