羥基

溶解在石英玻璃中的水稱為羥基。羥基是石英玻璃中的主要雜質,影響羥基含量的主要因數是原料,工藝和加工方法。隨著石英玻璃中羥基含量的變化,石英玻璃的性能也發生變化。隨著羥基含量增加,石英玻璃的粘度,密度,折射率減小,紅外吸收,膨脹系數增加。
脫羥
根據羥基在石英玻璃中的表現,可以把石英玻璃分成兩類,一類是氧化氣氛生產的石英玻璃;另一類是還原氣氛熔化的石英玻璃,前者的羥基用加熱的方法難以去掉,后者容易脫掉。
 
氧化氣氛生產的的石英玻璃有:
(1) 合成石英玻璃,四氯化硅在氫氧焰中熱解,羥基含量1000--2000ppm左右。
(2) 氣煉石英玻璃:氫氧焰熔化石英粉,羥基含量100-200ppm。
(3) 等離子法石英玻璃:用等離子焰熔化石英粉,基含量20-30ppm。
(4) 熔石英:空氣氣氛下,熔化石英粉,羥基含量300-500ppm。
這類石英玻璃的羥基用熱處理方法難以脫掉,一直加熱到1350度,析晶溫度以上時,才可以明顯的脫羥。
 
還原氣氛熔化的石英玻璃:
在氫氣氣氛下熔化的石英玻璃,羥基含量100-200ppm;在900度以上加熱,可以脫掉大部分羥基。在氦氣或真空中熔化的石英玻璃羥基含量很少(5ppm以下)。
氫氣氣氛熔化的石英玻璃中的羥基和以下因數有關:
(1) 和原料性能有關
a 溶解水;b 結晶水;c 間隙水;b 表面吸附水;e 氣液包裹體;
(2) 和原料雜質含量和種類有關
a 堿金屬氧化物;b 堿土金屬氧化物;c 稀土氧化物
(3) 和熔化條件有關
溫度;時間;氣氛
(4) 和脫羥條件有關
環境,真空度;時間;溫度
 
氧化氣氛熔化的石英玻璃再在氫氣氣氛中二次熔化,塊料(2*10*20mm)熔化后,羥基在2.73微米的吸收峰沒有變化,羥基仍舊難以脫掉;說明熔化溫度不是造成兩種玻璃脫羥性能差別的原因。
粉狀氧化氣氛熔化的石英玻璃(粒度0.2—0.05mm)在氫氣氣氛中二次熔化后羥基在2.73微米的吸收峰有明顯變化,羥基容易脫掉,性能接近于氫氣氣氛熔化的石英玻璃。說明粒度尺寸是造成脫羥差別的重要原因。
低羥基石英玻璃粉經氫氣氣氛二次熔化,羥基由3ppm增加到100ppm,,說明氫氣氣氛是可以使石英玻璃羥基增加。
低羥基石英玻璃塊經氫氣氣氛二次熔化,羥基基本沒有變化(3ppm),說明氫氣和石英玻璃作用從表面開始(熔化時間約30分鐘)
2730鈉米的吸收是羥基的吸收峰,可以用于計算羥基含量。
 
用光譜吸收羥基計算的方法:
A GE公司的計算公式:C=910/T * LOG10(Ta/Tb)mm-1
                                         C:羥基含量(C,ppm)
                                          T:厚度(mm)
                                         Ta:2600鈉米波長的透過率
                                         Tb:2730鈉米波長的透過率
B:中國的國家標準計算公式:C=96.5/d * LG10(Ia/I)mm-1
                                                       C:羥基含量(ppm)
                                                        d:厚度(cm)
                                                       Ia:2730鈉米基線到零線的距離(mm)
                                                        I :2730鈉米吸收峰到零線的距離(mm)
 

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