Mo-Sci Blog

kvarc, olvasztott kvarc, Kvarcüveg, szilícium-dioxid, olvasztott szilícium-dioxid… a különböző szilícium-dioxid-alapú anyagok leírására használt kifejezések listája hosszú, zavaros és gyakran félreértik. Ebben a cikkben alaposan megvizsgáljuk a kvarc és az olvasztott szilícium-dioxid (és néhány kapcsolódó anyag) egyedi tulajdonságait, és tisztázzuk az e kifejezések körüli zavart.

kvarc vs. Szilícium-dioxid

az első fontos dolog, amit tudni kell a kvarcról és az olvasztott szilícium-dioxidról, hogy mindkettő elsősorban ugyanabból az összetevőből áll: szilícium-dioxidból, más néven szilícium-dioxidból. A szilícium-dioxid kémiai képlete SiO2, és a legtöbb üvegtípus elsődleges alkotóeleme. A szilícium-dioxid fő formája a természetben az ásványi kvarc: kemény, átlátszó kristályos anyag, amely a földkéreg jelentős részét alkotja. Míg a kvarc elsősorban szilícium-dioxidból áll, geológiai eredetétől függően különböző arányban tartalmaz természetesen előforduló szennyeződéseket is.

tehát a szilícium-dioxid egy specifikus kémiai vegyület, szilícium-dioxid, SiO2 kémiai képlettel. Másrészt a kvarc egy természetben előforduló kristályos ásvány, amely elsősorban szilícium-dioxidból áll, de tartalmaz néhány szennyeződést.

kristályos és amorf szilárd anyagok

a különböző szilícium-dioxid-alapú anyagok közötti különbségek teljes megértéséhez először felül kell vizsgálnunk a kristályos és az amorf szilárd anyagok közötti alapvető különbségeket.

a különbség az, hogy az atomok hogyan vannak elrendezve a szilárd anyagokban. Kristályos szilárd anyagban az alkotó atomok szabályos, ismétlődő mintákban vannak elrendezve, amelyeket kristályrácsoknak neveznek. A kvarc a kristályos szilícium-dioxid-alapú anyag példája: a szilícium-és oxigénatomok jól meghatározott rendezett szerkezetben vannak elrendezve.

amorf szilárd anyagban azonban az atomoknak nincs hosszú távú sorrendjük. A molekulák látszólag véletlenszerű elrendezése egy amorf szilárd anyagban hasonlít a folyadékéhoz, azzal a különbséggel, hogy a helyükön vannak rögzítve és nem mozognak. A legtöbb anyag, amelyet “üvegnek” gondolunk, amorf szilárd anyag: valójában minden amorf atomszerkezetű anyag “üvegesnek”nevezhető.

az, hogy az atomok rendezett módon vannak-e elrendezve, vagy véletlenszerűen vannak-e orientálva, mélyen befolyásolhatja az anyag jellemzőit. Az egyik legszembetűnőbb példa az amorf szilárd anyagok üvegátmeneti hatása. A szilícium-dioxid vagy más oxid alapú anyagok világán kívül a rendezetlen “üveges” fémeket gyakran használják szokatlan mechanikai jellemzőikhez képest a hagyományos fémekhez képest.1

a szilícium-dioxid-alapú anyagok – mint a kvarc-mind kémiai összetételük, mind kristályos vagy amorf jellegük szempontjából jellemezhetők.

szilícium-dioxid-alapú anyagok meghatározása

most, hogy áttekintettünk néhány fontos alapot, meghatározhatjuk a kvarc, az olvasztott szilícium-dioxid és más szilícium-dioxid-alapú anyagok közötti különbségeket.

kvarc

mint korábban említettük, a kvarc a szilícium-dioxid fő formája a természetben. A kvarc kristályos szilárd anyag; tehát, bár hasonlít az üvegre mind megjelenése, mind kémiai összetétele szempontjából, nagyon eltérő tulajdonságokkal rendelkezik az üvegtől.

a kvarc (vagyis a kristályos ásvány) ipari alkalmazása korlátozott, de magában foglalja a kvarckristály oszcillátorokat az elektronikus rendszerekben-leginkább a karórákban.

talán zavaróan,” szintetikus kvarc ” gyártható ipari kvarc alkalmazásokhoz. Ezt talán jobban lehetne kristályos szilícium-dioxidnak nevezni, de gyakran egyszerűen “kvarcnak” nevezik.”

olvasztott szilícium-dioxid és olvasztott kvarc

itt az “olvasztott” szó egy feldolgozási lépésre utal: az olvasztott szilícium-dioxid névlegesen tiszta szilícium-dioxid, amelyet megolvasztottak és lehűtöttek, hogy üveges, amorf szilárd anyagot képezzenek. Az olvasztott szilícium-dioxid sok szempontból hasonlít más üvegekre; de nem tartalmaz adalékanyagokat. Az olvasztott szilícium-dioxid egy speciális anyag, számos nagy teljesítményű alkalmazással.

az “olvasztott szilícium-dioxid” és az “olvasztott kvarc” kifejezéseket gyakran felcserélhető módon használják. Pontosabban ,az “olvasztott kvarc” egy amorf szilárd anyagra utal, amelyet a természetben előforduló kvarc megolvasztásával képeznek. Tehát, míg az olvasztott szilícium-dioxid látszólag tiszta SiO2, az olvasztott kvarc szennyeződéseket tartalmaz az alkalmazott kvarctól függően.

szilícium-dioxid üveg és Kvarcüveg

ezeket a kifejezéseket általában általánosabb értelemben használják, és általában felcserélhetőnek tekinthetők. Mindkét kifejezés utalhat olvasztott szilícium-dioxidra vagy olvasztott kvarcra.

olvasztott szilícium-dioxid alkalmazása

míg az olvasztott szilícium-dioxid kémiailag hasonló a kvarchoz, amorf szerkezete számos különálló és nagyon kívánatos termikus, mechanikai és elektromos tulajdonságot ad neki.

a poharak általában olyan adalékanyagokat tartalmaznak, mint az alkáli, alkáliföld vagy más oxidok, amelyek csökkentik az üvegfeldolgozási (olvadási) hőmérsékletet és javítják a kémiai és fizikai tulajdonságokat – de az olvasztott szilícium-dioxid nagyon tiszta. Következésképpen magasabb üzemi hőmérsékletekkel rendelkezik, de más tulajdonságokkal rendelkezik, mint a többi szemüveg.

az olvasztott szilícium-dioxid hőtágulási együtthatója nagyon alacsony, vagyis hevítve vagy hűtve nem tágul vagy összehúzódik. Ennek eredményeként az olvasztott szilícium-dioxid rendkívül ellenáll a hősokknak, és repedés nélkül képes ellenállni a nagyon gyors melegítésnek vagy hűtésnek. Az olvasztott szilícium-dioxid termikus jellemzői rendkívül értékesek a magas hőmérsékletű ipari alkatrészek, például tégelyek, tálcák és csónakok acélgyártáshoz és üveggyártáshoz.2

az olvasztott szilícium-dioxid nagyon széles fényspektrumig átlátszó, a mély ultraibolya sugárzástól a távoli infravörösig terjed. Ez teszi az optikai szálak, valamint a lencsék, tükrök és más UV – vagy IR-adó optika kulcsfontosságú összetevőjévé.3,4

az olvasztott szilícium-dioxid kémiailag is rendkívül inert és ellenáll a legtöbb savnak (a hidrogén-fluorid kivételével). Ez a kémiai tehetetlenség az olvasztott szilícium-dioxidot orvosbiológiai alkalmazásokhoz adja, gyakran porózus szilícium-dioxid formájában.

a termikus stabilitás, az átlátszóság és a szilárdság kombinációja erős jelöltet jelent az olyan új és fejlődő alkalmazásokhoz, mint a fotolitográfiai szubsztrátok, a maratott mikrohullámú áramkörök és a félvezető eszközök védőrétege.

egyedi Üvegmegoldások A Mo-Sci-től

a Mo-Sci nagy teljesítményű üvegek széles választékát fejleszti és gyártja műszaki alkalmazásokhoz. Ha többet szeretne megtudni olvasztott szilícium-dioxid és porózus szilícium-dioxid termékeinkről, vagy megvitatni egy egyedi üvegalkalmazást, vegye fel a kapcsolatot csapatunk egyik tagjával még ma.

referenciák és további olvasmányok

1. üveges fém a rivális acélhoz : Nature News. https://www.nature.com/news/2011/110109/full/news.2011.4.html.
2. Vert, T. tűzálló anyag kiválasztása acélgyártáshoz. (John Wiley & Fiai, 2016).
3. Khalaf, A. L., Shabaneh, A. A. & Yaacob, M. H. Szén nanocsövek és grafén-oxid Alkalmazások Optokémiai érzékelők. a szén nanoanyagok szintézisében, technológiájában és alkalmazásában 223-246 (Elsevier, 2019). doi: 10.1016 / 978-0-12-815757-2.00010-3.
4. Wang, S., Zhou, C., Zhang, Y. & Ru, H. mélyen maratott nagy sűrűségű olvasztott szilícium-dioxid átviteli rácsok nagy hatékonysággal, 1550 nm hullámhosszon. Appl. Opt. 45, 2567 (2006).