石英玻璃在1013.5Pa·s時(shí)為應(yīng)變點(diǎn),電熔管此點(diǎn)溫度為1122℃,此溫度保溫4h,應(yīng)力大部分消除;1012.2Pa·s時(shí)為退火點(diǎn),電熔管此點(diǎn)溫度為1215℃,在此溫度保持15min,應(yīng)力大部分消除。石英玻璃熱加工產(chǎn)品常常存在應(yīng)力,可在此溫度退火(消除應(yīng)力),退火的冷卻速度;速度25mm以下產(chǎn)品每小時(shí)下降100℃。
小表一為美國GE公司各種電熔連熔管和電弧法坩堝高溫黏度值。美國石英管采用電熔連熔工藝生產(chǎn),坩堝采用電弧法工藝生產(chǎn)。中國高純型連熔管和電弧法坩堝的黏度值與美國相同。資料來源于美國通用電氣公司。電熔連熔石英高溫黏度值見圖一。
不同工藝生產(chǎn)的石英玻璃因?yàn)榱u基含量不同,金屬雜質(zhì)含量不同、摻雜量不同,典型溫度點(diǎn)(應(yīng)變點(diǎn)、退火點(diǎn)、軟化點(diǎn))值也略有不同,列于表二。透明石英玻璃的熔制溫度、加熱工溫度以及使用溫度建議值列于表二內(nèi)。氣煉石英玻璃和合成石英玻璃的高溫黏度如圖二所示。
表一:各種型號(hào)電熔石英玻璃的高溫黏度值
溫度/℃ |
lg黏度/Pa·s |
|||
510坩堝 (電弧法) |
214型 (標(biāo)準(zhǔn)型) |
219型 (無臭氧管) |
254型 (UV管) |
|
1100 |
13.7 |
13.88 |
13.75 |
13.11 |
1200 |
12.0 |
12.22 |
12.28 |
11.66 |
1300 |
10.5 |
10.76 |
10.98 |
10.38 |
退火點(diǎn)/℃ |
1200 |
1215 |
1204 |
1163 |
應(yīng)變點(diǎn)/℃ |
1100 |
1122 |
1106 |
1066 |
表二:各種工藝生產(chǎn)的透明石英玻璃典型溫度點(diǎn)溫度值
lg黏度/Pa·s |
性能 |
氣煉工藝水晶原料 |
電熔連熔工業(yè) |
氫氧焰制合成石英 |
||
水晶原料 |
無臭氧 |
UV管 |
||||
13.5 |
應(yīng)變點(diǎn)/℃ |
1075 |
1122 |
1106 |
1066 |
1025 |
12.2 |
退火點(diǎn)/℃ |
1190 |
1215 |
1204 |
1163 |
1130 |
6.6 |
軟化點(diǎn)/℃ |
1760 |
1730 |
1720 |
1700 |
1600 |
5.1~4.7 |
熔制溫度/℃ |
1900~2000 |
||||
5.8~5.6 |
熱加工溫度/℃ |
1780~1820 |
||||
使用溫度 |
長期使用1100℃;短期使用1300℃;瞬間使用2500℃ |
石英玻璃中羥基為非金屬雜質(zhì),使其含量降低從而降低耐溫性,真空電熔羥基含量(6~8)×10-6,連熔管經(jīng)過脫羥,含量可從160×10-6降到小于5×10-6。氣煉管羥基含量(240~220)×10-6,耐溫性比電熔管下降20℃左右,合成石英玻璃(氫氧焰工藝)羥基含量高達(dá)1200×10-6,乃衛(wèi)星下降70℃。
JC/T597-95規(guī)定,石英管在1200℃±10℃下保溫24h,直徑方向的軟化變形率,在直徑小于120mm時(shí)應(yīng)小于4%,直徑大于120mm時(shí)應(yīng)小于6%。
改進(jìn)高溫下石英玻璃下垂彎曲變形的措施;增加石英玻璃的厚度和減少石英玻璃中羥基的含量,能提高石英玻璃下彎曲變形的耐溫性能,抵抗石英玻璃高溫下垂變形的能力,實(shí)驗(yàn)證明石英管高溫下下垂彎曲變形速度與厚度有關(guān)系,通常壁厚增加一倍,相同變形量的時(shí)間增加3倍。例如1200℃,直徑135mm、壁厚2mm的石英管變形10mm的時(shí)間為25h;壁厚4mm的石英管變形10mm所需時(shí)間為80h,壁厚6mm的石英管變形10mm所需時(shí)間為175h。石英管高溫下變形速度同時(shí)與石英管直徑有關(guān),直徑越小,變形量越小。例如在1200℃下,保溫40h,直徑100mm的石英管變形2.5mm,而直徑165mm的石英管在相同條件下高達(dá)19mm。圖三河圖四為電熔石英管不通直徑和不同壁厚,高溫下變形量與時(shí)間的關(guān)系。
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