Mo-Sci Blogg

Quartz, fused quartz, quartz glass, silica, fused silica … listen over begreper som brukes til å beskrive ulike silica-baserte materialer er lang, forvirrende og ofte misforstått. I denne artikkelen tar vi en nærmere titt på de unike egenskapene til kvarts og smeltet silika (og noen få relaterte materialer), og rydder opp forvirringen rundt disse vilkårene.

Kvarts vs. Silica

det første viktige å vite om kvarts og smeltet silika er at de begge hovedsakelig består av samme ingrediens: silika, også kjent som silisiumdioksyd. Silika har kjemisk formel SiO2 og er den primære bestanddel av de fleste typer glass. Hovedformen der silika finnes i naturen er mineralkvarts: et hardt, gjennomsiktig krystallinsk materiale som utgjør en merkbar brøkdel av Jordskorpen. Mens kvarts hovedsakelig består av silika, inneholder den også naturlig forekommende urenheter i forskjellige proporsjoner avhengig av dens geologiske opprinnelse.

så silika er en spesifikk kjemisk forbindelse, silisiumdioksyd, med kjemisk formel SiO2. På den annen side er kvarts et naturlig forekommende krystallinsk mineral, som hovedsakelig består av silika, men inneholder noen urenheter.

Krystallinske Og Amorfe Faste Stoffer

for å forstå forskjellene mellom forskjellige silikabaserte materialer, må vi først gjennomgå de grunnleggende forskjellene mellom krystallinske faste stoffer og amorfe faste stoffer.

forskjellen kommer ned til hvordan atomer er ordnet inne i faste stoffer. I et krystallinsk fast stoff er de bestanddelene arrangert i vanlige, gjentatte mønstre kjent som krystallgitter. Kvarts er et eksempel på et krystallinsk silikabasert materiale: silisium og oksygenatomer er arrangert i en veldefinert bestilt struktur.

men i et amorft fast stoff har atomene ingen langtrekkende rekkefølge. Det tilsynelatende tilfeldige arrangementet av molekyler i et amorft fast stoff ligner det av en væske, bortsett fra at de er festet på plass og ikke beveger seg rundt. De fleste materialer som vi tenker på som “glass” er amorfe faste stoffer: faktisk kan ethvert materiale med en amorf atomstruktur beskrives som “glassaktig”.

om atomer er ordnet på en ordnet måte eller orientert tilfeldig, kan dypt påvirke materialets egenskaper. Et av de mest slående eksemplene er glassovergangseffekten utstilt av amorfe faste stoffer. Utenfor verden av silika eller andre oksid-baserte materialer, uordnede” glassaktig ” metaller er ofte brukt for sine uvanlige mekaniske egenskaper i forhold til konvensjonelle metaller.1

Silikabaserte materialer-som kvarts – kan karakteriseres både når det gjelder deres kjemiske sammensetning og om de er krystallinske eller amorfe.

Definere Silikabaserte Materialer

Nå som vi har gjennomgått noen viktige grunnleggende, kan vi definere forskjellene mellom kvarts, smeltet silika og andre silikabaserte materialer.

Kvarts

som nevnt tidligere er kvarts hovedformen der silika forekommer i naturen. Kvarts er et krystallinsk fast stoff; så, mens det kan ligne glass både når det gjelder utseende og kjemisk sminke, har det svært forskjellige egenskaper fra glass.

Industrielle anvendelser av kvarts (det vil si det krystallinske mineral) er begrenset, men inkluderer kvartskrystalloscillatorer i elektroniske systemer-mest kjent i armbåndsur.

kanskje forvirrende, “syntetisk kvarts” kan produseres for industrielle kvarts applikasjoner. Dette ville kanskje bli bedre referert til som krystallinsk silika, men er ofte referert til som ” kvarts.”

Smeltet Silika Og Smeltet Kvarts

her refererer ordet “smeltet” til et behandlingstrinn: smeltet silika er nominelt ren silika som er smeltet og avkjølt for å danne et glassaktig, amorft fast stoff. Smeltet silika ligner andre briller på mange måter; men det inneholder ingen tilsetningsstoffer. Fused silica er et spesialmateriale med en rekke høyytelsesapplikasjoner.

begrepene “smeltet silika “og” smeltet kvarts ” brukes ofte om hverandre. Mer nøyaktig refererer” smeltet kvarts ” til et amorft fast stoff dannet ved å smelte naturlig forekommende kvarts. Så, mens smeltet silika er tilsynelatende ren SiO2, inneholder smeltet kvarts urenheter avhengig av kvarts som ble brukt.

Silikaglass Og Kvartsglass

disse begrepene brukes vanligvis i en mer generisk forstand, og kan vanligvis betraktes som utskiftbare. Begge disse begrepene kan referere enten til smeltet silika eller smeltet kvarts.

Anvendelser Av Smeltet Silika

mens smeltet silika er kjemisk lik kvarts, gir sin amorfe struktur det en rekke distinkte og svært ønskelige termiske, mekaniske og elektriske egenskaper.

Briller inneholder vanligvis tilsetningsstoffer som alkali, alkalisk jord eller andre oksider for å senke glassbehandlingstemperaturen og forbedre kjemiske og fysiske egenskaper – men smeltet silika er veldig rent. Følgelig har den høyere arbeidstemperaturer, men har forskjellige egenskaper fra andre briller.

Smeltet silika har en svært lav termisk ekspansjonskoeffisient, noe som betyr at Den ikke utvides eller trekkes sammen mye når den oppvarmes eller avkjøles. Som et resultat er smeltet silika svært motstandsdyktig mot termisk sjokk og tåler svært rask oppvarming eller kjøling uten sprekker. De termiske egenskapene til smeltet silika gjør det svært verdifullt for høytemperatur industrielle komponenter som digler, skuffer og båter for stålproduksjon og glassproduksjon.2

Smeltet silika er gjennomsiktig til et meget bredt spekter av lys, som strekker seg fra dyp ultrafiolett til langt infrarød. Dette gjør det til en nøkkelkomponent i optiske fibre, så vel som i en rekke linser, speil og ANNEN UV – eller IR-overførende optikk.3,4

Smeltet silika er også ekstremt kjemisk inert og motstandsdyktig mot de fleste syrer (med unntak av flussyre). Denne kjemiske inertiteten gir smeltet silika til biomedisinske applikasjoner, ofte i form av porøs silika.

kombinasjonen av termisk stabilitet, åpenhet og styrke gjør smeltet silika en sterk kandidat for nye og utvikle programmer som fotolitografi underlag, etset mikrobølgeovn kretser, og som et beskyttende lag i halvledere enheter.

Tilpassede Glassløsninger Fra Mo-Sci

Mo-Sci utvikler og produserer en rekke høyytelsesbriller for tekniske applikasjoner. For å finne ut mer om våre smeltede silika og porøse silisiumprodukter, eller for å diskutere en tilpasset glassapplikasjon, ta kontakt med et medlem av teamet vårt i dag.

Referanser Og Videre Lesing

1. Glassaktig metall satt til rival steel : Nature News. https://www.nature.com/news/2011/110109/full/news.2011.4.html.
2. Vert, T. Valg Av Ildfast Materiale for Stålproduksjon. (John Wiley & Sønner, 2016).
3. Khalaf, Al, Shabaneh, A. A. & Yaacob, M. H. Karbon Nanorør Og Graphene Oksid Applikasjoner I Optokjemiske Sensorer. I Syntese, Teknologi Og Anvendelser Av Karbon Nanomaterialer 223-246 (Elsevier, 2019). doi: 10.1016 / B978-0-12-815757-2.00010-3.
4. Wang, S., Zhou, C., Zhang, Y. & Ru, H. Deep-etset høy tetthet smeltet silika overføring gitter med høy effektivitet ved en bølgelengde på 1550 nm. Appl. Velge. 45, 2567 (2006).