Grupos hidroxila em tubos de quartzo

A hidroxila dissolvida em vidro de quartzo é conhecida como hidroxila. A hidroxila é a principal impureza do vidro de quartzo, e os principais fatores que afetam seu conteúdo são matérias-primas, processos e métodos de fabricação. À medida que o conteúdo de hidroxila no vidro de quartzo varia, também varia o desempenho do vidro. O aumento do conteúdo de hidroxila leva a uma diminuição na viscosidade, densidade e índice de refração, e a um aumento na absorção infravermelha e no coeficiente de expansão.

Com base no comportamento da hidroxila no vidro de quartzo, ela pode ser dividida em duas categorias: vidro de quartzo produzido em atmosfera oxidante e vidro de quartzo fundido em atmosfera redutora. A hidroxila no primeiro é difícil de remover por aquecimento, enquanto é mais fácil de remover no segundo.

O vidro de quartzo produzido em atmosfera oxidante inclui:

1. Vidro de quartzo sintético: O tetracloreto de silício é decomposto termicamente em uma chama de hidrooxigênio, com teor de hidroxila em torno de 1000-2000 ppm.
2. Vidro de quartzo refinado a gás: Pó de quartzo fundido em chama de hidrooxigênio, com teor de hidroxila de 100-200 ppm.
3. Vidro de quartzo plasma: Pó de quartzo fundido em chama de plasma, com teor de hidroxila de 20-30 ppm.
4. Quartzo fundido: Pó de quartzo fundido em atmosfera de ar, com teor de hidroxila de 300-500 ppm.

Este tipo de hidroxila do vidro de quartzo é difícil de remover por tratamento térmico e apenas desidroxila visivelmente acima da temperatura de cristalização em torno de 1350 graus Celsius.

Numa atmosfera de hidrogénio, o teor de hidroxila é de 100-200 ppm; o aquecimento acima de 900 graus Celsius pode remover a maior parte da hidroxila. Em condições de hélio ou vácuo, o teor de hidroxila é muito baixo (abaixo de 5 ppm).

A hidroxila no vidro de quartzo derretida em atmosfera de hidrogênio está relacionada aos seguintes fatores:

1. Relacionado às propriedades da matéria-prima

a. Água dissolvida; b. Água cristalina; c. Água intersticial; b. Água adsorvida superficialmente; e. Inclusões gás-líquido;

2. Relacionado ao conteúdo e tipo de impurezas da matéria-prima

a. Óxidos de metais alcalinos; b. Óxidos de metais alcalino-terrosos; c. Óxidos de terras raras;

3. Relacionado à condição de fusão

Temperatura; Tempo; Atmosfera;

4. Relacionado às condições de desidroxilação

Ambiente, nível de vácuo; Tempo; Temperatura;

A refusão do vidro de quartzo produzido em uma atmosfera oxidante em uma atmosfera de hidrogênio não mostra nenhuma alteração no pico de absorção de hidroxila em 2,73 mícrons; isto indica que a temperatura de fusão não é a causa da diferença no desempenho de desidroxilação entre os dois tipos de vidro.

O vidro de quartzo em pó derretido em uma atmosfera oxidante (tamanho de partícula 0,2-0,05 mm) mostra uma mudança significativa no pico de hidroxila em 2,73 mícrons após a refusão em uma atmosfera de hidrogênio, tornando mais fácil a remoção de hidroxila e seu desempenho semelhante ao do quartzo o vidro derreteu em uma atmosfera de hidrogênio. Isto demonstra que o tamanho das partículas é um fator importante nas diferenças de desidroxilação.

Pó de vidro de quartzo com baixo teor de hidroxila fundido novamente em uma atmosfera de hidrogênio aumenta a hidroxila de 3 ppm para 100 ppm, indicando que uma atmosfera de hidrogênio pode aumentar o conteúdo de hidroxila no vidro de quartzo. Blocos de vidro de quartzo com baixo teor de hidroxila fundidos novamente em uma atmosfera de hidrogênio não mostram praticamente nenhuma alteração no teor de hidroxila (3 ppm), indicando que a interação entre o hidrogênio e o vidro de quartzo começa na superfície (tempo de fusão de cerca de 30 minutos).

Uma fórmula da GE: C = 910/T * LOG10(Ta/Tb) mm-1

• C: Conteúdo de hidroxila (C, ppm)
• T: Espessura (mm)
• Ta: Transmitância no comprimento de onda de 2.600 nanômetros
• Tb: Transmitância no comprimento de onda de 2730 nanômetros

Fórmula padrão nacional chinesa: C = 96,5/d * LG10(Ia/I) mm-1

• C: Conteúdo de hidroxila (ppm)
• d: Espessura (cm)
• Ia: Distância da linha de base de 2730 nm até a linha zero (mm)
• I: Distância do pico de absorção de 2730 nm à linha zero (mm)

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