Характеристики кварцевого стекла

Производство, характеристики и использование кварцевого стекла и трубок

Кварцевое стекло – один из популярных и практичных материалов, разнообразные изделия из которого находят применение во многих областях, от декора интерьера до светотехнической и полупроводниковой промышленности. Основной структурной единицей SiO2 является кремнекислородный тетраэдр. Такой материал ещё называют силикатным однокомпонентным стеклом, поскольку в состав его входит чистый оксид кремния. Сырьём для изготовления такого стекла является кремнезём (жильный кварц, двуокись кремния синтетического происхождения, кварцевый песок или чистейший горный хрусталь). Из-за воздействия высоких температур (1700-2150 градусов по Цельсию) в специальных плавильных печах происходит плавление сырья.

Профессиональная компания «Русский дом» имеет собственное современное производство изделий из стекломасс различных составов, в том числе и кварца. Наши квалифицированные и опытные мастера, используя современное оборудование и контролируя каждую партию изделий, создают высококачественный продукт, доступный каждому клиенту.

Классификация и тонкости производства

В зависимости от наличия пузырьков размером от 0,03 до 0,3 мкм в структуре материала различают: прозрачные (посторонних примесей не более 0,0001-0,00001%) и непрозрачные кварцевые стёкла (с содержанием оксида железа не более 0,02%). Кроме того, существует более подробная классификация материалов из прозрачных стекломасс:

• Технический – прочный аналог.
• Оптический – наделён высоким показателем светопропускания и химической чистоты. Подразделяется на 3 серии: для работы в обычных условиях (маркируется цифрой 0), при незначительном ионизирующем излучении (100) и для работы в условиях агрессивного излучения (маркируется числом 200).
• Легированный – со специальными добавками в составе.
• Особо чистый – материал с высоким уровнем гомогенности, без примесей и пузырьков газа.
• Кварцевая керамика – наделена защитой от радиоизлучений, кислот и высоких температур.

Заготовки из SiO2 имеют форму пластин, плит, а также овальных или круглых дисков.

Полное описание процесса создания заготовок или листов из кремнезёма займёт много места, поэтому осветим эту тему вкратце.

Непрозрачное стекло получают путём плавления обогащённого песка (после промывки и вакуумного обезвоживания) в электрических печах с нагревателями из графита или угля. Формирование заготовок может проходить как внутри печи, так и вне её. После этого осуществляется обжиг, очистка и механическая обработка.

Прозрачное стекло получают путём плавления сырья в газовых, вакуумных индукционных или в электрических вакуум-компрессионных печах. Также применяются водородно-кислородные горелки. В некоторых случаях, когда требуется тщательнейшая очистка, сырьё очищается путём перевода кремнезёма в тетрафторид кремния, после чего при помощи воды осуществляется разложение на два производных химических элемента: фтороводород и, соответственно, диоксид кремния.

В зависимости от назначения, сырья и способа изготовления трубки из кварца (ТК) маркируют различными буквами:

• Г – созданные газоплазменным способом.
• А – из горного хрусталя.
• Э – электротермическим методом.
• Б – из гранулированного кварца.
• О – создание происходит в одну стадию.
• Д – производство осуществляется в две стадии.

Мы готовы пойти навстречу нашим клиентам и выполнить индивидуальные заказы!

Особенности и области применения

Трубки и стержни из кремнезёма являются незаменимыми изделиями в химической промышленности, поскольку аналогов такому материалу найти практически невозможно. Данные элементы ценят за характеристики: диэлектрическая сопротивляемость, устойчивость к кристаллизации и перепадам температур, высокая светопропускаемость, а также низкое сопротивление ультрафиолетовым и инфракрасным лучам, стойкость ко многим сильным кислотам, стерильность и термостойкость (до 1250 оС), а также устойчивость к потемнению.

Продукция из кремнезёма, как правило, не поддаётся резке, в отличие от аналогичных товаров из классических стекломасс. Однако такие изделия можно шлифовать, сверлить или резать вращающимися карборундовыми или алмазными дисками.

Создание трубок из кремнезёма относится к волоконной оптики, но помимо этой области данные элементы находят практическое применение и в других сферах:

• Производство лабораторного оборудования.
• В металлургии.
• В торговле, промышленности и строительстве (полочки, столешницы, остекление дверей, перегородок и витрин).
• При создании котельного оборудования.
• Для изготовления кремниевых пластин и высокотемпературных устройств.
• Для элементов электронагревательных приборов.

Трубки также подразделяются на определённые виды. Они могут содержать примеси церия, окиси титана или низким содержанием гидроксила.

Кварцевое стекло может служить сырьём для изготовления многообразных товаров: муфелей, стеклобруса, линз, термопар, лабораторного оборудования, иллюминаторов и смотровых стёкол, предметов интерьера, стекловолокна, призм, посуды и сувенирной продукции.

Цена зависит от качества товара и производителя. Стоимость продукции компании «Русский дом» доступна практически каждому клиенту, который желает приобрести розничную или оптовую партию. Мы предоставляем выгодные скидки!

Компания «Керамомикс» поставляет керамические трубки, чехлы и соломку из различных керамических материалов, различного назначения и рассчитанные на разную температуру.

Для того, чтобы заказать керамические трубки, чехлы и соломку и уточнить цены, свяжитесь с нашими менеджерами. Телефоны Вы найдете в разделе Контакты.

По возрастанию температуры применения керамические трубки делятся:

Кварцевые трубки

Кварцевые трубки являются наиболее массовой продукцией из кварцевого стекла. Трубки и стержни получают методом горячего формования из газонаплавленного или электровакуумного кварцевого стекла.

Материал трубок отличается химической чистотой, жаропрочностью, устойчивостью к кристаллизации, имеет низкий коэффициент термического расширения (по сравнению с другими керамическими материалами). Кварцевое стекло устойчиво ко всем кислотам за исключением плавиковой и фосфорной. Электрическое сопротивление кварца значительно выше, чем лучших силикатных стекол, что позволяет делать из данного материала прекрасно работающие электроизоляторы.

Кварцевые трубки выдерживают резкий перепад температур - до 1000-1200°С и могут использоваться в кислых и нейтральных средах при температуре до 1250°, устойчивы к кристаллизации (при нагреве до 1200°С, в течении 2 часов) и при нагреве до 1000°С, с последующим охлаждением в проточной воде (15 теплосмен).

Кварцевые трубки применяются для сооружения трубопроводов в химической и пищевой промышленности, используют для транспортирования агрессивных жидкостей и газов.

Кварцевые трубки используются: для указания уровня жидкостей, как комплектующие в промышленном и котельном (как водомерные трубки котлов, водоуказательная трубка показывающая уровень жидкости) оборудовании, в металлургии и литье (пробы металла, кварцевые чехлы, термопары), в электронагревателях, химической (чехлы, колбы, воронки, лабораторная посуда, кварцевая труба) промышленности, в полупроводниковой и светотехнической промышленности (бактерицидные лампы, кварцевые лампы для солярия, ультрафиолетовые лампы), в печестроении уникальные характеристики кварцевого стекла нашли применение в глазках наблюдения, в защитных внешних кожухах на нагревательных элементах , в печах молирования и фьюзинга .

На основе кварцевых трубок строят уникальные трубчатые печи с вращением и наклоном трубы и газовым подводом и уникальные водородные трубчатые печи.

Контакты.

Муллитокремнеземистые трубки (МКР)

Трубки муллитокремнеземистые (МКР) , трубки муллитокремнеземистые с добавкой двуокиси циркония (МКРЦ) применяются для защиты термопар, термоэлектродов, в качестве поддержки спиральных нагревательных элементов в печах сопротивления с нагревательными элементами из фехрали, трубчатых печах в качестве муфеля, в качестве каналов потоков газа (для подвода и отвода газа).

Муллитокремнеземистые изделия трубки и чехлы МКР и муллитокремнеземистые с добавкой двуокиси циркония (МКРЦ) с температурой эксплуатации до 1350°С выпускаются с одним каналом диаметром от 1,5 до 103 мм, длиной от 20 до 2000 мм в зависимости от диаметра. Трубки могут быть изготовлены с одним закрытым концом.

Соломка МКР выпускается с 2 и 4 каналами, наружным диаметром от 3 до 9 мм, длиной до 800 мм.

Свойства материала МКР, изготавливаемые по ТУ 14-8-447-83 приведены в таблице.

Корундовые трубки, чехлы и соломка

Корундовые трубки предназначены для эксплуатации в высокотемпературных электрических печах сопротивления для поддержки и крепежа нагревательных элементов и в трубчатых печах в качестве трубы - муфеля. Чехлы из корунда используются в высокотемпературных печах в качестве защиты платиновых термопар. Соломка из корунда используется в качестве изолятора в платиновых и вольфрамовых термопарах.

Для того, чтобы уточнить цены и сделать заказ, необходимо связаться с нашими менеджерами. Их телефоны Вы найдете в разделе

Являясь официальным представителем голландского производителя изделий из кварцевого стекла и керамики LSP-QUARTZ, предлагаем Вам изделия из высококачественного кварцевого стекла и вакуумной керамики.

Трубы из кварцевого стекла

Кварцевые трубы диаметром до 450 мм и длиной до 8000 мм. Точность изготовления ±0,2 to 1,2 мм на диаметр и толщину.

Лодочки для полупроводниковых пластин

Лодочки предназначены для размещения полупроводниковых пластин в реакторе при проведении процессов диффузии. Лодочки для полупроводниковых пластин могут быть изготовлены для пластин с диаметром от 76 до 400 мм. Стандартная длина лодочки 1600 мм.

Узлы из кварцевого стекла и металла

Соединения из кварцевого стекла и металла могут применяться в вакуумном оборудовании, для подачи напряжения в камеры, в индукционных печах.

Изделия по чертежам заказчика

Изделия из кварцевого стекла, керамики или их соединения с металлическими деталями выполняются по чертежам, согласованным с заказчиком. Возможно изготовление на основе эскизов или трехмерных моделей.

Изобретение относится к технологии получения модифицированных керамических материалов на основе кварцевого стекла с повышенной высокотемпературной прочностью и может быть использовано для создания изделий различного назначения. Наномодифицированная кварцевая керамика, включающая пористую керамическую основу из зерен кварцевого стекла и модифицирующую добавку из оксида алюминия, в качестве основы содержит обожженную кварцевую керамику или изделия из нее с открытой пористостью 7-14%, полученные методом водного шликерного литья из полидисперсной суспензии с размером зерен от 0,1 до 500 мкм, при содержании частиц 0,1-5,0 мкм 20-30%, частиц 60-500 мкм 2-10%. В качестве модифицирующей добавки материал содержит наночастицы α-Al 2 O 3 в количестве 1,0-2,5 вес.%, внедренные в зоны стыка зерен кварцевого стекла за счет массопереноса. Наночастицы α-Al 2 O 3 получают за счет пропитки керамической основы водным раствором соли алюминия Al(NO 3) 3 ·9H 2 O, сушки и пиролиза при температуре 400-600°С. Технический результат изобретения - повышение высокотемпературной прочности кварцевой керамики при сохранении диэлектрических и теплофизических свойств. 1 пр., 1 табл.

Изобретение относится к керамической промышленности, а точнее к технологии получения модифицированных керамических материалов на основе кварцевого стекла с повышенной высокотемпературной прочностью для изготовления керамических изделий различного назначения.

Известны модифицированные керамические материалы на основе кварцевого стекла: кварцевая керамика с повышенной излучательной способностью - материал ТСМ-983 с добавкой 0,5-1,5% Cr 2 O 3 (Н.В.Соломин, Ф.Я.Бородай, М.А.Суслова. Кварцевая стеклокерамика-легированная окисью хрома (силихрит). Сб. «Новые неорганические материалы». Вып.2, с.240-241, 1972) /1/, кварцевая керамика с повышенной абляционной стойкостью и радиопрозрачностью при высоких температурах - материал ТСМ-108 с добавкой 0,5-2,0% Si 3 N 4 (авт. свид. СССР №540844, кл. С04В 35/14. Керамический материал. 1976) /2/, кварцевая керамика с пониженной температурой спекания - материала ТСМ-107 с добавкой 0,5-1,0% BN /3/, кварцевая керамика, поглощающая СВЧ излучение - материал с добавкой 1-3% SiC - волокон (патент РФ №2069204, кл. С04В 35/14. Шихта для получения кварцевой керамики. 1996) /4/ и др. Материалы получены путем введения небольшого количества модифицирующей добавки в виде порошка или измельченных волокон с размером частиц 0,5-500 мкм в водный шликер кварцевого стекла, последующего перемешивания до получения однородной массы, шликерного литья, сушки и обжига изделий. Обладая определенным преимуществом перед обычной кварцевой керамикой по отдельным характеристикам, все они имеют общий недостаток - сравнительно низкую температуру начала деформации. Текучесть наблюдается уже при температурах 1100-1200°С.

Известно также, что для повышения огнеупорности и высокотемпературной прочности разработаны керамические материалы на основе кварцевого стекла с добавками Al 2 O 3 (Ю.Е.Пивинский, К.В.Тимошенко. Реотехнологические свойства смешанных суспензий в системе SiO 2 -Al 2 O 3 и некоторые свойства материалов на их основе. «Огнеупоры и техническая керамика» №7, с.18-23, 2000 г., №9, с.42-46, 2001 г.) /5/. Ощутимые результаты получены только при введении более 20% Al 2 O 3 в виде глинозема или электрокорунда. Однако такие материалы имеют высокую пористость, низкую термостойкость и плохие диэлектрические характеристики. Ухудшение физико-технических свойств материалов связано с неудовлетворительными реологическими параметрами комбинированных шликеров, усилением кристобалитизации кварцевого стекла при обжиге.

Наиболее близким по химическому составу и технологии получения является кварцевая керамика ОТМ-604, ТУ 1.596-135-81, модифицированная 0,5-1,5% Al 2 O 3 (Е.И.Суздальцев. Радиопрозрачные высокотермостойкие материалы XXI века. «Огнеупоры и техническая керамика» №3, с.42-50, 2002 г.) /6/. Способ получения изделий из этого материала по всем технологическим параметрам сходен с получением изделий из обычной кварцевой керамики ниасит ТУ 1.596-195-84. Наличие в составе материала модифицирующей добавки Al 2 O 3 вызвано натиром глинозема в процессе помола кварцевого стекла в мельницах футерованных корундовой плиткой алундовыми мелющими телами. Повышение высокотемпературной прочности не наблюдается.

Целью настоящего изобретения является повышение высокотемпературной прочности кварцевой керамики без ухудшения остальных свойств: низкого коэффициента термического расширения и высокой термостойкости, стабильных диэлектрических характеристик в широком интервале температур, низкой теплопроводности и др. Кроме того, технология получения материала и изделий из него должна обеспечивать производство изделий различного назначения, в том числе и крупногабаритных.

Поставленная цель достигается тем, что наномодифицированная кварцевая керамика с повышенной высокотемпературной прочностью, включающая пористую керамическую основу и модифицирующую добавку из оксида алюминия, отличающаяся тем, что в качестве основы используют обожженную кварцевую керамику или изделий из нее с открытой пористостью 7-14%, полученные методом водного шликерного литья из полидисперсной суспензии с размером зерен от 0,1 до 500 мкм при содержании частиц 0,1-5,0 мкм 20-30%, частиц 60-500 мкм 2-10%, а в качестве модифицирующей добавки используют наночастицы α-Al 2 O 3 в количестве 1,0-2,5 вес.%, полученные за счет пропитки керамической основы водного раствора соли алюминия Al(NO 3) 3 ·9H 2 O, сушки и пиролиза при температуре 400-600°С с массопереносом наночастиц в зоны стыка зерен кварцевого стекла.

Повышение высокотемпературной прочности кварцевой керамики при сохранении основных свойств (диэлектрических, теплофизических и др.) можно достичь за счет введения в обожженный материал в зоны контактов зерен кварцевого стекла небольшого количества (1,0-2,5 вес.%) наночастиц α-Al 2 O 3 . Повторный обжиг материала не требуется. Наноразмерные частицы α-Al 2 O 3 получали путем пропитки кварцевой керамики водным раствором азотнокислой соли Al(NO 3) 3 ·9H 2 O с последующим пиролизом при температурах 400-600°С.

Определены также требования к исходному керамическому материалу - пористость (7-14%), размеры и соотношение крупных и мелких зерен полидисперсного материала для обеспечения сквозной пропитки водного раствора соли капиллярной структурной керамики, а также обеспечения протекания направленного массопереноса наночастиц α-Al 2 O 3 из паровой фазы в зоны стыка зерен кварцевого стекла за счет разницы давления в поровом пространстве. В качестве основы для получения модифицированной кварцевой керамики с повышенной высокотемпературной прочностью может быть не только обычная кварцевая керамика с указанными структурными характеристиками, но и предварительно модифицированные известными способами керамические материалы на основе кварцевого стекла ТСМ-983, ТСМ-107, ТСМ-108 и др.

Сущность предложенного технического решения заключается в следующем.

Методом водного шликерного литья в гипсовых формах отливают заготовки материала или изделия из обычной кварцевой керамики. В качестве сырья служит прозрачное или непрозрачное кварцевое стекло. Помол и приготовление водной суспензии осуществляют в шаровых мельницах, футерованных кварцевым стеклом, а в качестве мелющих тел используют штабики из кварцевого стекла. Полученный шликер должен быть полидисперсным с содержанием тонкой фракции (0,1-5,0 мкм) 20-30%, крупной фракции (60-500 мкм) 2-10%. Это реализуется подбором времени помола. После сушки заготовки обжигают в электрических печах при максимальной температуре 1240±20°С до получения открытой пористости 7-14%.

Пористый материал или готовые изделия пропитывают водным раствором соли алюминия, например, Al(NO 3)·9H 2 O, затем изделия, образцы сушат и термообрабатывают до полного удаления воды и завершения пиролиза нитрата алюминия при температуре 400-600°С в течение 2-6 часов. Если привес менее 1%, изделие поступает повторно на пропитку и термообработку. Содержание α-Al 2 O 3 в материале должно находиться в пределах 1,0-2,5 вес.%. Увеличение концентрации α-Al 2 O 3 приводит к уменьшению термостойкости, ухудшению диэлектрических характеристик материала.

Сопоставительный анализ с прототипом и аналогами показывает, что предложенное техническое решение отличается по следующим признакам:

В качестве модифицирующей добавки применены наночастицы α-Al 2 O 3 в количестве 1,0-2,5 вес.%, полученные в процессе пиролиза водорастворимой соли алюминия Al(NO 3)·9H 2 O в порах модифицируемого материала;

Увеличение высокотемпературной прочности кварцевой керамики за счет введения α-Al 2 O 3 достигнуто при малом количестве модифицирующей добавки в связи с тем, что огнеупорная добавка введена не просто в поровое пространство, а в зоны стыка частиц кварцевой керамики, прежде всего тонкодисперсных, где возникают опасные тепловые и механические нагрузки:

Массоперенос модифицирующей добавки обеспечен за счет специально подобранной основы - кварцевой керамики с заданной пористостью и зерновым составом;

Сохранение диэлектрических и теплофизических свойств кварцевой керамики, включая такие, как ТКЛР, стойкость к термоудару, стабильность диэлектрической проницаемости в широком интервале температур и др. обеспечен не только благодаря небольшому количеству α-Al 2 O 3 , но и ограничением температуры термообработки после введения модификатора до 600°С, что исключило кристаллизацию кварцевой керамики.

Пример конкретного выполнения предлагаемого изобретения.

Мокрым помолом кварцевого стекла ТУ ЩЛО.027.252 в шаровых мельницах готовят водный шликер кварцевого стекла с последующей стабилизацией до получения технологических параметров:

плотность - 1,87-1,91 г/см 3 ;

вязкость - 20-40 с по ВЗ-1;

зерновой состав: частиц 0,1-5,0 мкм - 20-30%;

частиц 60-500 мкм - 2-10%;

частицы 5,0-60 мкм - остальное.

Отлитые в гипсовых формах образцы и изделия различных форм с толщиной стенки 10-20 мм сушат и обжигают в силитовых печах с воздушной средой по следующему режиму:

Подъем температуры до максимальной со скоростью 300 град/час;

Выдержка при температуре 1240±20°С в течение 1-3 часов;

Охлаждение произвольное вместе с печью.

Пористость материала находится в пределах 7-14%. Обожженные образцы, изделия пропитывали 40-50% водным раствором нитрата алюминия Al(NO 3)·9H 2 O ГОСТ 3757-75 до полного насыщения пор раствором за счет капиллярных свойств пористой керамики. В дальнейшем образцы, изделия сушат в сушильных шкафах при температуре 100±5°С и термообрабатывают в электрических печах при температуре 400-600°С в течение 2-6 часов. Указанные температурно-временные интервалы обеспечивают полный пиролиз нитрата алюминия с образованием α-Al 2 O 3 в виде наночастиц размером 50-150 нм. Количество Al 2 O 3 в материале контролировали по привесу. Если содержание модифицирующей добавки менее 1 вес.%, проводится повторная пропитка, сушка и термообработка изделий.

Аналогичным способом производится наномодифицирование известных уже модифицированных керамических материалов на основе кварцевого стекла ТСМ-983, ТСМ-107, ТСМ-108 и др. Модифицирующая добавка в виде порошка модификатора, например порошка Cr 2 O 3 микронного размера, вводится в водный шликер кварцевого стекла, затем, после сушки и обжига керамики, изделий, производилось модифицирование материала наночастицами по вышеописанной технологии.

Сравнительные испытания обычной кварцевой керамики материала ниасит ТУ 1.596-195-84 и наномодифицированной кварцевой керамики по предлагаемому техническому решению показали заметное увеличение высокотемпературной прочности для модифицированного материала при сохранении диэлектрических, теплофизических характеристик. В таблице 1 приведены свойства обычной и модифицированной керамики (плотность - ρ, прочность при изгибе - σ изг. , ТКЛР, теплопроводность - λ, диэлектрическая проницаемость на частоте 10 10 Гц - ε и ее изменение при нагреве - Δε, угловые потери СВЧ - tgδ).

Видно, что наномодифицированный материал имеет все достоинства обычной кварцевой керамики, но отличается повышенной высокотемпературной прочностью. Температурный диапазон применения материала и изделий, работающих в условиях силовых и тепловых нагрузок, примерно на 100°С выше, чем для обычной кварцевой керамики. Материал найдет применение для изделий различного назначения, где предъявляется широкий комплекс прочностных, теплофизических и других требований в более широком интервале температур.

Технология получения наномодифицированной кварцевой керамики и изделий из нее, в том числе и крупногабаритных, не требует дорогостоящего сырья и оборудования и может быть реализована на любом керамическом производстве.

Источники информации

1. Н.В.Соломин, Ф.Я.Бородай, М.А.Суслова. Кварцевая стеклокерамика, легированная окисью хрома (силихрит). Сб. «Новые неорганические материалы». Вып.2, с.240-241, 1972.

2. Авт. свид. СССР №540844, кл. С04В 35/14. Керамический материал. 1976.

3. Авт. свид. СССР №501052, кл. С04В 35/14. Керамический материал. 1976.

4. Патент РФ №2069204, кл. С04В 35/14. Шихта для получения кварцевой керамики. 1996.