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高纯石英管的抗析晶性能
- 2019-01-23-

    高纯石英管的高温使用寿命取决于石英玻璃的抗析晶性的好坏,因为石英玻璃的析晶层达到一定厚度,冷却时会炸裂损坏,所有降低石英玻璃高温析晶速度便能提高石英玻璃使用寿命。

    从理论上说二氧化硅(SiO2)在(1730~1470℃)其稳定结构为方石英,温度高于1730℃,方石英熔化成石英玻璃。方石英在高温时是等轴晶系,称β-方石英,当温度降到200~300℃时急速转变为α-型方石英,转变为正方晶系,其轴比较前者稍大,结晶对称性变化,密度也变化,体积骤然收缩2.8%,造成炸裂、崩碎,裂缝会延深入玻璃体,导致石英器皿破损报废。

    高纯石英玻璃管由于纯度很高,玻璃体内无晶核,一般不会析晶,析晶常常在表面发生。影响析晶的因素如下。

①温度越高析晶越快,1000℃以下不析晶,1280℃是(在清洁电炉内)石英玻璃表面析晶速度为0.01μm/h,1400℃诶9~12μm/h。石英玻璃在1630℃析晶速度达到最大值。

②表面污染严重影响析晶。例如氢氟酸不纯,水纯度不够,手直接触摸时手汗、水迹、灰尘都将加重析晶。由于表面污染可降低析晶温度200~300℃,800℃就开始析晶。

③使用石英玻璃时炉内气氛中含水蒸汽、氯气、氟化物、磷酸盐将促进析晶。

④使用石英玻璃的炉膛耐火材料中含有大量的碱金属、碱土金属成分,高温时会挥发出来造成严重析晶,1280℃的析晶速度可达10μm/h,比正常情况高1000倍。特别是钠离子影响最为严重。作者曾做过这样的试验,将石英玻璃片状在石英玻璃盒内,1400℃也不会析晶,因此石英玻璃退火炉采用石英棉做炉膛耐火材料(同时也是保温材料)就能保持石英玻璃表面的质量。

⑤石英玻璃热加工的燃气最好采用氢和氧气,并应过滤净化。

⑥石英玻璃中如含有大量羟基,将将降低石英玻璃黏度,会加剧析晶。合成石英玻璃中含有1200×10-6的羟基,其耐温性下降70℃,析晶性能较差,但析晶只在表面发生。

⑦石英玻璃中的气泡表面、白点、黑点、生料颗粒等将称为晶核,在其周围将首先析晶,并加速方石英颗粒长大。

根据JC/T597-95行业标准,石英管在(1400±5)℃下恒温6h,析晶层平均厚度应小于100

Μm才算合格。各种石英玻璃1400℃析晶速度测定结构见下表,试样经过机械抛光和酸洗处理,测量精度0.1μm。