新材料-高纯石英的应用发布日期:2023-07-17 |
近年来,高纯石英渐渐走进公众视野,在半导体、光学等领域逐步发挥至关重要的作用。何谓高纯石英?
普通石英常指α-石英,是一种属于三方晶系的低温石英,主要成分是SiO2。SiO2在地壳中的质量分数高达60%~65%,故石英是一种非常重要的造岩矿物,在地壳中的分布仅次于长石,是自然界中最常见的矿物之一,在传统工业中被广泛应用于玻璃、陶瓷、铸造、建筑、宝玉石装饰等行业。 高纯石英多应用于新兴产业领域,其国家标准为:具有一定透明度的白色颗粒,无异色;石英砂的粒径应在70~350 μm 范围内,且在该粒径范围的累积质量分数应大于或等于90%,粒径小于100 μm或大于300 μm的累积质量分数均应小于1%;二氧化硅含量应大于或等于99.99%,灼烧失量应小于或等于0.01%;杂质元素含量应小于或等于25 μg/g,其中钾、锂、钠含量总和小于2.5 μg/g。现阶段使用的高纯石英主要由天然水晶、石英砂岩、脉石英等经过加工提纯而生成。 ![]() 高纯石英应同时具备三个特征:一是纯度特征,高纯石英最显著的特征就是SiO2 纯度高,除SiO2 以外的其他任何成分都是有害杂质;二是粒度特征,粒度作为高纯石英一个重要指标,范围一般是40~150 目,具体粒度应根据工业应用确定;三是物相特征,高纯石英的物相为晶相,都是结晶度非常高的石英单矿物晶体。目前,能够用作高纯石英原料的矿床工业类型主要有天然水晶、脉石英和花岗伟晶岩石英等。
![]() 1.应用领域
高纯石英应用领域十分广泛,其产品种类繁多,主要应用于电光源、半导体工业、石英玻璃、光通讯、航空航天等行业。由于这些行业关系到国家的长远发展,因此高纯石英的战略性地位十分重要。 ![]() 半导体行业中高纯石英主要用于制备石英坩埚和作为晶圆加工辅材:石英坩埚用于生长单晶硅,是半导体工业中不可或缺的容器,晶圆加工部分刻蚀、扩散、氧化、退火等工序中需要用到大量石英片、石英环、石英舟等高纯石英辅材,在不同的工艺中,较高纯度的石英可有效防止芯片的二次污染;在光伏行业,由于高纯石英具有热膨胀系数小、热稳定性好、电性能好和耐腐蚀等优点,可用于光伏工业中太阳能电池材料拉制大直径单晶硅和多晶硅;在光学领域,高纯石英可用于制造显微光学仪器或机械系统的透镜、棱镜、反射镜等,也可用于高性能灯制造,如紫外线灯、汞灯、卤素氙灯和高强度放电灯;在光纤通信行业,高纯石英光纤具有传输距离更远、速度更快、信号损耗率更低、不受电磁信号影响等优点,可以更好、更快地满足信息发送与接收的需求。
![]() 2.未来与展望
当今世界正经历百年未有之大变局,随着我国社会发展迈入新阶段,亟需寻求高纯石英开采和提纯加工先进技术,生产高纯石英,促进资源高效开发利用,保障我国高纯石英供应,为我国国民经济发展提供坚实的物质保障。 高纯石英不仅是一种新材料和矿物功能材料,而且是半导体、光伏、电子信息和高端电光源等生产必不可少的关键基础材料,也是我国芯片发展不可或缺的关键材料之一,在电子信息、新材料和新能源等战略性新兴产业以及国防军工、国家安全中具有非常重要的作用和地位。我国是高纯石英消费大国,是全球第一大高纯石英进口国。近年来我国的高纯石英市场发展很快,在高纯石英加工技术研究方面也开展了较多工作,但总体上与国际先进水平的差距依然很大,高端高纯石英产品的工艺技术及产能尚不能满足发展需求,高端高纯石英仍主要需要从国外进口。 |
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