石英玻璃 - 物理特性

純度

純度是石英玻璃的重要指標(biāo)，對(duì)理化性能和使用性能影響甚大，如失透性、高溫強(qiáng)度、軟化點(diǎn)、光的傳導(dǎo)、熱穩(wěn)定性、化學(xué)穩(wěn)定性、耐輻射性、熒光特性等；此外，用于半導(dǎo)體工業(yè)的石英玻璃，對(duì)純度的要求更為苛刻，微量的雜質(zhì)將給半導(dǎo)體材料的電性能和壽命以及集成度帶來(lái)嚴(yán)重的影響。由于半導(dǎo)體材料的純度要求控制在ppb數(shù)量級(jí)以下，因此石英玻璃則應(yīng)控制在ppm數(shù)量級(jí)以適應(yīng)半導(dǎo)體工業(yè)的需要。B的分凝系數(shù)近于1，最難除掉，是最有害的雜質(zhì)之一，Cu、Fe、Ti等影響半導(dǎo)體的少子壽命，K、Na、Li是單晶材料產(chǎn)生微缺陷的有害雜質(zhì)。

失透性

石英玻璃

失透（又叫析晶性）是石英玻璃的一個(gè)固有缺陷，從熱力學(xué)觀點(diǎn)看，石英玻璃的內(nèi)能高于結(jié)晶態(tài)方石英，屬熱力學(xué)上不穩(wěn)定的亞穩(wěn)態(tài)，當(dāng)溫度高于1000℃時(shí)，SiO2分子振動(dòng)加速，經(jīng)一段較長(zhǎng)時(shí)間的重新排列、定向便形成結(jié)晶。失透性是以晶核成長(zhǎng)速度來(lái)表示的，不透明石英玻璃在1520℃、透明石英玻璃在1620℃析晶速度分別達(dá)到最大值。析晶主要出現(xiàn)在表面，其次是內(nèi)部缺陷處，原因是這些地方容易沾污，引起雜質(zhì)離子的局部集聚，特別是堿離子（如K、Na、Li、Ca、Mg等）進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)后引起粘度降低，促使失透加速。

離子擴(kuò)散及透氣性

石英玻璃的結(jié)構(gòu)十分松弛，甚至在高溫下還允許某些氣體的離子通過(guò)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行擴(kuò)散，其中以鈉離子的擴(kuò)散為最快。石英玻璃的這一性能對(duì)于使用者尤為重要，例如，半導(dǎo)體工業(yè)用石英玻璃作為高溫容器或擴(kuò)散管時(shí)，由于半導(dǎo)體材

石英玻璃

料要求很高的純度，所以要求與石英玻璃接觸的作為爐襯的耐火材料必須預(yù)先經(jīng)過(guò)高溫和清潔處理，除掉鉀、鈉等堿性雜質(zhì)，然后才能放入石英玻璃內(nèi)使用。各種離子在石英玻璃中的擴(kuò)散系數(shù)。

電學(xué)特性

石英玻璃具有很高的介電強(qiáng)度和極低的導(dǎo)電率，即是在高溫、高壓和高頻下，仍能保持很高的介電強(qiáng)度和電阻，在所應(yīng)用的頻帶內(nèi)幾乎沒(méi)有介電損耗，因此石英玻璃是優(yōu)良的高溫介電絕緣材料。在常溫下，它的電阻相當(dāng)于普通玻璃的10倍，對(duì)全部頻率的介電損失很微小，絕緣耐壓強(qiáng)度大。

熱學(xué)性能

石英玻璃的熱膨脹系數(shù)小，為5.5×10-7 /℃，只有普通玻璃的1/12～1/20，標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定將試樣灼燒到1200℃后急速投到冷水中，反復(fù)三次以上不允許炸裂。石英玻璃加入適量鈦元素后還可做成零膨脹系數(shù)的材料，在激光技術(shù)、天文和尖端技術(shù)中已得到應(yīng)用。

機(jī)械性能

石英玻璃的機(jī)械性能比硬質(zhì)玻璃和陶瓷都好，唯脆性較差。石英玻璃的理論計(jì)算強(qiáng)度很高，約為24×103 MPa，但實(shí)際測(cè)得的強(qiáng)度要比這個(gè)數(shù)值低數(shù)十倍。石英玻璃的強(qiáng)度隨著溫度的升高而增加，接近退火溫度時(shí)達(dá)到最大值。石英玻璃的剪切模量、楊氏模量、阻尼、泊松比、破壞模量一般均隨著溫度的升高而增加，硬度則隨著溫度的升高而降低。 

石英玻璃還具有耐宇宙放射線，和不透原子核裂變產(chǎn)物的性質(zhì)。（石英玻璃片）（石英玻璃儀器）（石英