羟基

溶解在石英玻璃中的水称为羟基。羟基是石英玻璃中的主要杂质,影响羟基含量的主要因数是原料,工艺和加工方法。随着石英玻璃中羟基含量的变化,石英玻璃的性能也发生变化。随着羟基含量增加,石英玻璃的粘度,密度,折射率减小,红外吸收,膨胀系数增加。
脱羟
根据羟基在石英玻璃中的表现,可以把石英玻璃分成两类,一类是氧化气氛生产的石英玻璃;另一类是还原气氛熔化的石英玻璃,前者的羟基用加热的方法难以去掉,后者容易脱掉。
 
氧化气氛生产的的石英玻璃有:
(1) 合成石英玻璃,四氯化硅在氢氧焰中热解,羟基含量1000--2000ppm左右。
(2) 气炼石英玻璃:氢氧焰熔化石英粉,羟基含量100-200ppm。
(3) 等离子法石英玻璃:用等离子焰熔化石英粉,基含量20-30ppm。
(4) 熔石英:空气气氛下,熔化石英粉,羟基含量300-500ppm。
这类石英玻璃的羟基用热处理方法难以脱掉,一直加热到1350度,析晶温度以上时,才可以明显的脱羟。
 
还原气氛熔化的石英玻璃:
在氢气气氛下熔化的石英玻璃,羟基含量100-200ppm;在900度以上加热,可以脱掉大部分羟基。在氦气或真空中熔化的石英玻璃羟基含量很少(5ppm以下)。
氢气气氛熔化的石英玻璃中的羟基和以下因数有关:
(1) 和原料性能有关
a 溶解水;b 结晶水;c 间隙水;b 表面吸附水;e 气液包裹体;
(2) 和原料杂质含量和种类有关
a 碱金属氧化物;b 碱土金属氧化物;c 稀土氧化物
(3) 和熔化条件有关
温度;时间;气氛
(4) 和脱羟条件有关
环境,真空度;时间;温度
 
氧化气氛熔化的石英玻璃再在氢气气氛中二次熔化,块料(2*10*20mm)熔化后,羟基在2.73微米的吸收峰没有变化,羟基仍旧难以脱掉;说明熔化温度不是造成两种玻璃脱羟性能差别的原因。
粉状氧化气氛熔化的石英玻璃(粒度0.2—0.05mm)在氢气气氛中二次熔化后羟基在2.73微米的吸收峰有明显变化,羟基容易脱掉,性能接近于氢气气氛熔化的石英玻璃。说明粒度尺寸是造成脱羟差别的重要原因。
低羟基石英玻璃粉经氢气气氛二次熔化,羟基由3ppm增加到100ppm,,说明氢气气氛是可以使石英玻璃羟基增加。
低羟基石英玻璃块经氢气气氛二次熔化,羟基基本没有变化(3ppm),说明氢气和石英玻璃作用从表面开始(熔化时间约30分钟)
2730钠米的吸收是羟基的吸收峰,可以用于计算羟基含量。
 
用光谱吸收羟基计算的方法:
A GE公司的计算公式:C=910/T * LOG10(Ta/Tb)mm-1
                                         C:羟基含量(C,ppm)
                                          T:厚度(mm)
                                         Ta:2600钠米波长的透过率
                                         Tb:2730钠米波长的透过率
B:中国的国家标准计算公式:C=96.5/d * LG10(Ia/I)mm-1
                                                       C:羟基含量(ppm)
                                                        d:厚度(cm)
                                                       Ia:2730钠米基线到零线的距离(mm)
                                                        I :2730钠米吸收峰到零线的距离(mm)
 

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