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Quarzo (SiO₂) applicato al prodotto ceramico

Il quarzo è un tipo di vetro come suggerisce il nome, ma ciò che lo rende diverso è che il vetro comune è composto da molti componenti, mentre il quarzo è composto solo da SiO₂. Poiché il quarzo contiene una quantità molto ridotta di impurità metalliche, solo fino a 10 ppm (un centomillesimo), lo stato minimo è di solito solo 10 ppb (un miliardesimo) o meno e a causa della sua elevata purezza, il quarzo stesso presenta caratteristiche e vantaggi che altri vetri non possono presentare.

Il materiale di quarzo (SiO₂) presenta un coefficiente di dilatazione termica estremamente basso, resistenza alle alte temperature, resistenza all'abrasione, buona stabilità chimica, isolamento elettrico, ritardo basso e stabile, trasmissione della luce visibile ai raggi ultravioletti (infrarossi) vicini, alte proprietà meccaniche e così via.

Pertanto, i materiali di quarzo ad alta purezza sono ampiamente utilizzati nella tecnologia elettronica moderna, nei semiconduttori, nelle telecomunicazioni, nelle fonti di luce elettrica, nell'energia solare, negli strumenti di misurazione ad alta precisione per la difesa nazionale, nei laboratori di fisica e chimica, nell'energia nucleare e nelle nano-industrie.

Applicazioni dei semiconduttori
Nel processo di produzione dei semiconduttori, i principali materiali in quarzo vengono utilizzati per la fornace a tubo di quarzo, la barca di quarzo, l'anello di quarzo, il serbatoio di quarzo, le finestre, l'attrezzatura di processo e altri componenti in quarzo correlati.
La lavorazione del quarzo include: rettifica superficiale, lucidatura, taglio cilindrico, taglio, lavorazione delle scanalature, lavorazione delle curve, lavorazione sagomata, foratura di fori ultrafini, rivestimento di film.

Caratteristiche del quarzo

1. Facile penetrazione della luce
La facile penetrazione della luce nel quarzo non si applica solo alla luce visibile. Anche la luce a lunghezza d'onda che va dall'ultravioletto alla luce infrarossa presenta una buona penetrazione.
2. Alta purezza
Essendo composto solo da SiO₂, contiene solo tracce di impurità metalliche.
3. Resistenza al calore
Con un punto di ammorbidimento di circa 1700°C, può essere utilizzato a temperature elevate fino a 1000°C. Il coefficiente di dilatazione termica è piccolo, il che consente di resistere a cambiamenti di temperatura drastici.
4. Resistenza all'erosione da sostanze chimiche
Presenta proprietà chimiche molto stabili con un'eccellente resistenza chimica.

Tabella delle caratteristiche del materiale in quarzo

1. Analisi del contenuto di impurità del materiale (contenuto di SIO₂: ≥ 99,995%)

Fe	Mg	Mn	K	Li	Co	Ni	Cu	Na	B	Ti	Ca	Al
1.2	0.4	0.1	2.0	0.5	< 0.02	0.03	0.57	2.3	0.8	0.1	0.8	16

2. Test ottico: valori di indice di rifrazione e dispersione (na = 1.45845)

Categoria	20°C	UV	IR	Luce visibile
Valore di Na	1.4586 ± 4 x 10^-4	1.5341 - 1.4942	1.4251 - 1.47451	1.4698 - 1.45413
Mean dispersion and dispersion coefficient / Nf-Nc=0.00674 ±3 x 10^-4 / Dispersion coefficient Y= 680

3. Test Termico

Coefficiente di Espansione Termica	Temperatura °C	100	300		500	700	900		1100
Coefficiente di Espansione Termica	Thermal Expansion Coefficient x 10^-7	5.11	5.92		5.65	5.73	5.52		5.48
Conduzione del calore W/m°C	Temperatura °C	20	100		200	300	400		950
Conduzione del calore W/m°C	Coefficiente di conduzione termica	1.38	1.47		1.55	1.67	1.84		2.68
Tasso di energia termica J/Kg°C	Temperatura °C	20		100		500		900
Tasso di energia termica J/Kg°C	Tasso di energia termica	690		772		964		1052

4. Test di elettricità

Prestazioni elettriche	Costante dielettrica (E)	20°C	23°C	28°C
	Costante dielettrica (E)	3.7	3.77	3.81
	(Tgδ)	1 kHz	1-1000 MHz	3 x 10^-4MHz
	(Tgδ)	0.0005	0.0001	0.0004
	Fattore di resistività (Ω cm)	20°C	400°C	800°C	1200°C
	Fattore di resistività (Ω cm)	10¹⁶	10¹⁰	6.3 x 10⁶	1.3 x 10⁵

5. Reazione del Materiale e dell'Ossido

AIO₃	MgO	CaO	ZnO	Fe-Ossido	CuO	BaO	Ossido-Basico	PbO
> 1200°C	> 950°C	> 1000°C	> 800°C	> 950°C	> 950°C	> 900°C	> 800°C	Stato di fusione

6. Proprietà meccaniche

Densità	2.21 g/cm³	Forza di compressione	6000N/mm² 160000psi	Forza di estensione	50 N/mm²	Forza di torsione	30 N/mm²
Durezza di Mohs	5.5 - 6.5 N/mm²	Coefficiente di torsione	3.1 x 10⁴ N/mm²	Resistenza alla flessione	67 N/mm²	Velocità del suono	5720m x s

7. Variazioni di temperatura

Punto di rottura: 1000 - 1125°C
Utilizzo a lungo termine: al di sotto di 1100°C
Punto di ricottura: 1180°C
Utilizzo a breve termine: 1450°C
Punto di ammorbidimento: 1600 - 1710°C
Fusione: 1730°C

Galleria

Quarzo semiconduttore
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