ส่วนประกอบทางเคมีหลักของแท่งแก้วควอตซ์มีอะไรบ้าง?

องค์ประกอบทางเคมีหลักของ แท่งแก้วควอทซ์ คือซิลิคอนไดออกไซด์ (SiO₂) ซึ่งโดยปกติจะมีความบริสุทธิ์สูงกว่า 99.9% และแก้วควอตซ์ที่มีความบริสุทธิ์สูงสามารถเข้าถึงได้ถึง 99.9999% (เกรด 6N)

1. โครงสร้างโมเลกุลของซิลิคอนไดออกไซด์ (SiO₂)
เหตุผลพื้นฐานว่าทำไมแท่งแก้วควอทซ์จึงมีคุณสมบัติทางกายภาพและเคมีที่ดีเยี่ยมก็คือโครงสร้างโมเลกุลพิเศษของซิลิคอนไดออกไซด์ โครงสร้างจุลภาคของแก้วควอทซ์แตกต่างจากกระจกทั่วไปโดยนำเสนอคุณสมบัติคล้ายเครือข่ายที่มีความเสถียรสูง ซึ่งจะกำหนดคุณสมบัติทางความร้อน แสง และทางกลของวัสดุโดยตรง

ในระดับอะตอม หน่วยโครงสร้างพื้นฐานของซิลิคอนไดออกไซด์คือจัตุรมุขของซิลิคอน-ออกซิเจน ในโครงสร้างนี้ อะตอมของซิลิคอนตั้งอยู่ตรงกลาง และมีอะตอมออกซิเจน 4 อะตอมกระจายเท่าๆ กันที่จุดยอดของจัตุรมุข อะตอมออกซิเจนแต่ละอะตอมจะสร้างพันธะโควาเลนต์ที่แข็งแกร่งกับอะตอมซิลิคอนส่วนกลาง วิธีการติดนี้มีพลังงานพันธะสูงมาก ทำให้โครงสร้างทั้งหมดมีความเสถียรมาก

เป็นที่น่าสังเกตว่าแต่ละอะตอมของออกซิเจนมักจะสร้างสะพานเชื่อมที่มีอะตอมของซิลิคอน 2 อะตอม ดังนั้นการเชื่อมต่อจัตุรมุขของซิลิคอน-ออกซิเจนที่อยู่ติดกันเพื่อสร้างโครงสร้างเครือข่ายสามมิติที่ต่อเนื่องกัน โหมดการเชื่อมต่อที่เป็นเอกลักษณ์นี้ทำให้แก้วควอตซ์มีความแข็งแรงเชิงกลและเสถียรภาพทางเคมีที่ดีเยี่ยม

คุณสมบัติทางโครงสร้างที่โดดเด่นที่สุดของแก้วควอทซ์คือธรรมชาติที่ไม่มีรูปร่าง แม้ว่าการจัดเรียงจัตุรมุขของซิลิคอน-ออกซิเจนในช่วงท้องถิ่นจะยังคงเป็นระเบียบ แต่การจัดเรียงเชิงพื้นที่ของจัตุรมุขเหล่านี้กลับไม่เป็นระเบียบโดยสิ้นเชิงจากระดับมหภาค คุณลักษณะเชิงโครงสร้างนี้ทำให้แก้วควอตซ์มีคุณสมบัติไอโซโทรปิกในคุณสมบัติทางกายภาพ กล่าวคือ คุณสมบัติของแก้วไม่เปลี่ยนแปลงไปตามทิศทางการวัด

เมื่อเปรียบเทียบกับผลึกควอตซ์ โครงสร้างอสัณฐานทำให้แก้วควอตซ์ไม่มีจุดหลอมเหลวที่ชัดเจน แต่จะค่อยๆ อ่อนตัวลงในระหว่างการทำความร้อน ซึ่งมีความสำคัญอย่างยิ่งในการใช้งานจริง

การเปรียบเทียบแก้วควอตซ์กับผลึกควอตซ์สามารถเข้าใจลักษณะโครงสร้างของแก้วได้ชัดเจนยิ่งขึ้น จัตุรมุขของซิลิคอน-ออกซิเจนในผลึกควอตซ์ถูกจัดเรียงตามกฎของระบบผลึกหกเหลี่ยมที่เข้มงวดเพื่อสร้างโครงสร้างผลึกตามคำสั่งระยะยาว การจัดเรียงอย่างเป็นระเบียบนี้ทำให้ผลึกควอตซ์แสดงแอนไอโซโทรปี เช่น ปรากฏการณ์การรีฟริงเจนซ์ที่มีชื่อเสียง อย่างไรก็ตาม แก้วควอทซ์ยังขาดการสั่งทำในระยะไกลเช่นนี้ และไม่ก่อให้เกิดการหักเหของแสงสองทาง ซึ่งทำให้แก้วมีข้อได้เปรียบเฉพาะตัวในการใช้งานด้านการมองเห็น

โครงสร้างพิเศษของซิลิกาเป็นตัวกำหนดคุณสมบัติหลักของแก้วควอตซ์โดยตรง ประการแรก โครงสร้างเครือข่ายสามมิติที่ต่อเนื่องทำให้วัสดุโปร่งใสอย่างยิ่ง และสามารถรักษาการส่งผ่านที่ดีเยี่ยมจากรังสีอัลตราไวโอเลตไปยังแถบอินฟราเรด ประการที่สอง โครงข่ายที่ประกอบด้วยพันธะโควาเลนต์ที่แข็งแกร่งสามารถต้านทานการเปลี่ยนแปลงขนาดที่เกิดจากการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิได้อย่างมีประสิทธิภาพ ทำให้วัสดุมีค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวเนื่องจากความร้อนต่ำมาก นอกจากนี้ พันธะซิลิคอน-ออกซิเจนที่เสถียรทำให้แก้วควอทซ์เฉื่อยต่อสารเคมีส่วนใหญ่ และจะถูกกัดกร่อนโดยกรดไฮโดรฟลูออริกและด่างแก่เท่านั้น

ในการใช้งานจริง แม้แต่ปริมาณเล็กน้อยขององค์ประกอบที่ไม่บริสุทธิ์ก็สามารถมีผลกระทบอย่างมีนัยสำคัญต่อโครงสร้างเครือข่ายของซิลิกา ตัวอย่างเช่น เมื่อไอออนของอะลูมิเนียมเข้ามาแทนที่ไอออนของซิลิคอนและเข้าสู่โครงข่าย จะทำให้เกิดข้อบกพร่องทางโครงสร้าง ส่งผลให้การส่งผ่านรังสีอัลตราไวโอเลตของวัสดุลดลง ในทำนองเดียวกัน การนำไอออนของโลหะอัลคาไลเข้ามาจะขัดขวางเครือข่ายพันธะซิลิคอน-ออกซิเจน และลดความต้านทานต่ออุณหภูมิสูงของวัสดุลงอย่างมาก ดังนั้นในการใช้งานที่มีประสิทธิภาพสูง ความบริสุทธิ์ของวัตถุดิบจะต้องได้รับการควบคุมอย่างเข้มงวดเพื่อให้มั่นใจในความสมบูรณ์ของโครงสร้างเครือข่ายซิลิกา

2. ความแตกต่างระหว่างแท่งแก้วควอตซ์กับวัสดุแก้วอื่นๆ
จากองค์ประกอบพื้นฐานของวัสดุ แท่งแก้วควอทซ์ ประกอบด้วยซิลิคอนไดออกไซด์บริสุทธิ์เกือบทั้งหมด ความบริสุทธิ์ที่สูงมากนี้ทำให้สร้างเครือข่ายสามมิติที่ต่อเนื่องและสม่ำเสมอในโครงสร้างจุลภาค ในทางตรงกันข้าม แก้วธรรมดา เช่น แก้วโซดาไลม์มีองค์ประกอบที่ซับซ้อนกว่ามาก และมีออกไซด์ดัดแปลงจำนวนมาก นอกเหนือจากซิลิคอนไดออกไซด์

แม้ว่าส่วนประกอบที่เพิ่มเข้ามาเหล่านี้จะช่วยปรับปรุงประสิทธิภาพการประมวลผลของกระจกธรรมดา แต่ก็ยังเปลี่ยนแปลงคุณสมบัติที่สำคัญของวัสดุโดยพื้นฐานอีกด้วย แก้ว Borosilicate ซึ่งเป็นแก้วประเภททั่วไปอีกประเภทหนึ่งมีองค์ประกอบระหว่างทั้งสอง และได้ประสิทธิภาพที่ค่อนข้างสมดุลโดยการเติมโบรอนออกไซด์

ในแง่ของคุณสมบัติทางความร้อน แท่งแก้วควอตซ์มีความเสถียรที่ดีเยี่ยม เนื่องจากโครงสร้างซิลิคอนไดออกไซด์บริสุทธิ์และแรงยึดเกาะระหว่างซิลิกอนและออกซิเจนที่แข็งแกร่ง แก้วควอทซ์จึงสามารถทนต่ออุณหภูมิที่สูงมากได้โดยไม่ทำให้อ่อนตัวหรือเสียรูป คุณสมบัตินี้ทำให้เป็นตัวเลือกที่เหมาะสำหรับการทดลองที่อุณหภูมิสูงและการใช้งานทางอุตสาหกรรม

กระจกธรรมดาเริ่มอ่อนตัวลงที่อุณหภูมิค่อนข้างต่ำ ซึ่งทำให้จำกัดการใช้งานในสภาพแวดล้อมที่มีอุณหภูมิสูงอย่างรุนแรง แม้ว่าแก้วบอโรซิลิเกตจะทนความร้อนได้ดีขึ้นในระดับหนึ่ง แต่ก็ยังไม่สามารถเข้าถึงระดับแก้วควอทซ์ได้

แท่งแก้วควอตซ์ มีลักษณะการส่งผ่านแสงที่ดีเยี่ยมเนื่องจากมีองค์ประกอบที่บริสุทธิ์สูงและโครงสร้างที่สม่ำเสมอ ไม่เพียงแต่สามารถส่งผ่านแสงที่มองเห็นได้เท่านั้น แต่ยังช่วยให้รังสีอัลตราไวโอเลตและอินฟราเรดผ่านได้อย่างราบรื่น ความสามารถในการส่งผ่านแสงในย่านความถี่กว้างนี้เป็นเรื่องยากสำหรับวัสดุแก้วอื่นๆ

แก้วธรรมดาประกอบด้วยไอออนของโลหะและสิ่งเจือปนต่างๆ ซึ่งมีผลในการปิดกั้นรังสีอัลตราไวโอเลตอย่างเห็นได้ชัด ซึ่งทำให้ไม่สามารถแทนที่แก้วควอตซ์ในการใช้งานที่ต้องการการส่งผ่านรังสีอัลตราไวโอเลตได้อย่างสมบูรณ์ แม้ว่าคุณสมบัติทางแสงของแก้วบอโรซิลิเกตจะดีกว่าแก้วธรรมดา แต่การส่งผ่านแสงในบริเวณอัลตราไวโอเลตยังคงต่ำกว่าแก้วควอตซ์

ในแง่ของความเสถียรทางเคมี แท่งแก้วควอตซ์ยังทำงานได้อย่างโดดเด่นอีกด้วย มีความต้านทานสูงต่อสารที่เป็นกรดส่วนใหญ่ และจะถูกกัดกร่อนโดยสารที่มีฤทธิ์กัดกร่อนสูงเพียงไม่กี่ชนิดเท่านั้น เช่น กรดไฮโดรฟลูออริก ความต้านทานการกัดกร่อนที่ดีเยี่ยมนี้ทำให้ใช้กันอย่างแพร่หลายในอุตสาหกรรมเคมี กระจกธรรมดามีความคงตัวทางเคมีค่อนข้างต่ำ โดยเฉพาะอย่างยิ่งในสภาพแวดล้อมที่เป็นด่าง แม้ว่าความต้านทานต่อสารเคมีของแก้วบอโรซิลิเกตจะดีขึ้น แต่ก็ยังเทียบไม่ได้กับแก้วควอตซ์

จากมุมมองของกล้องจุลทรรศน์ คุณสมบัติที่สำคัญอีกประการหนึ่งของแก้วควอทซ์ก็คือค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อนที่ต่ำมาก ซึ่งหมายความว่าขนาดของแก้วควอทซ์แทบจะไม่เปลี่ยนแปลงอย่างมีนัยสำคัญเมื่ออุณหภูมิเปลี่ยนแปลง คุณสมบัตินี้ทำให้ไม่สามารถถูกแทนที่ได้ในอุปกรณ์เชิงแสงที่มีความแม่นยำและสภาพแวดล้อมที่มีการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิอย่างรุนแรง กระจกธรรมดามีการขยายตัวทางความร้อนมากกว่ามาก ซึ่งอาจทำให้เกิดความเครียดและแม้กระทั่งการแตกร้าวเมื่ออุณหภูมิผันผวน แก้ว Borosilicate ช่วยลดการขยายตัวทางความร้อนด้วยสูตรองค์ประกอบพิเศษ แต่ก็ยังทำงานได้ไม่ดีเท่าแก้วควอตซ์

ในสถานการณ์การใช้งานจริง ความแตกต่างของประสิทธิภาพเหล่านี้จะกำหนดขอบเขตการใช้งานของวัสดุแก้วต่างๆ โดยตรง แท่งแก้วควอตซ์ถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในสาขาระดับไฮเอนด์ เช่น การผลิตเซมิคอนดักเตอร์ ออปติกที่มีความแม่นยำ และการทดลองที่อุณหภูมิสูง เนื่องจากมีประสิทธิภาพที่ครอบคลุมเป็นเลิศ

กระจกธรรมดาส่วนใหญ่จะใช้ในสิ่งจำเป็นในชีวิตประจำวันและด้านการก่อสร้าง ข้อดีของมันคือต้นทุนต่ำและง่ายต่อการประมวลผล แก้ว Borosilicate ค้นพบตำแหน่งทางการตลาดของตัวเองแล้ว และใช้ในอุปกรณ์ในห้องปฏิบัติการและโคมไฟพิเศษบางชนิด

3. กระบวนการผลิตแท่งแก้วควอตซ์
การผลิตของ แท่งแก้วควอทซ์ เป็นกระบวนการที่ซับซ้อนที่ผสมผสานวัสดุศาสตร์ เทคโนโลยีอุณหภูมิสูง และการประมวลผลที่มีความแม่นยำ แกนหลักอยู่ที่วิธีการแปลงวัตถุดิบซิลิกาให้เป็นผลิตภัณฑ์รูปทรงแท่งโดยมีประสิทธิภาพและขนาดตามข้อกำหนดเฉพาะ กระบวนการผลิตทั้งหมดสามารถแบ่งออกเป็นสี่ขั้นตอนหลัก: การแปรรูปวัตถุดิบ การขึ้นรูปแบบหลอม การขึ้นรูปแบบการวาด และขั้นตอนหลังการประมวลผล แต่ละขั้นตอนต้องมีการควบคุมอย่างเข้มงวดเพื่อรับรองคุณภาพของผลิตภัณฑ์ขั้นสุดท้าย

(1). การเตรียมวัตถุดิบและการปรับสภาพ
จุดเชื่อมต่อแรกในการผลิตแก้วควอตซ์คือการเลือกและการทำให้วัตถุดิบบริสุทธิ์ ตามข้อกำหนดเกรดผลิตภัณฑ์ สามารถเลือกทรายควอทซ์ธรรมชาติหรือซิลิกาสังเคราะห์เป็นวัตถุดิบได้ สำหรับแท่งควอทซ์ที่มีความต้องการความบริสุทธิ์สูง มักจะใช้ซิลิกาสังเคราะห์ที่เตรียมโดยการสะสมไอสารเคมี และความบริสุทธิ์สามารถเข้าถึงได้มากกว่า 99.9999%

วัตถุดิบจำเป็นต้องผ่านกระบวนการทำให้บริสุทธิ์หลายครั้งก่อนจะเข้าสู่กระบวนการหลอม ขั้นแรก จะใช้การดองเพื่อกำจัดสิ่งเจือปนที่เป็นโลหะ จากนั้นจึงทำการบำบัดด้วยคลอรีนที่อุณหภูมิสูงเพื่อทำให้บริสุทธิ์ต่อไป และสุดท้ายใช้การคัดกรองอย่างแม่นยำเพื่อให้แน่ใจว่าอนุภาคมีขนาดสม่ำเสมอ คุณภาพการประมวลผลในขั้นตอนนี้ส่งผลโดยตรงต่อคุณสมบัติทางแสงและความเสถียรทางความร้อนของผลิตภัณฑ์ขั้นสุดท้าย

(2). กระบวนการหลอมละลายที่อุณหภูมิสูง
การหลอมคือจุดเชื่อมโยงหลักของการผลิตแก้วควอทซ์ ในปัจจุบัน เทคโนโลยีการหลอมโลหะ 3 แบบที่ใช้เป็นหลักในอุตสาหกรรม:

การหลอมด้วยไฟฟ้าเป็นกระบวนการผลิตแบบดั้งเดิมที่สุด ในสภาพแวดล้อมการป้องกันก๊าซสุญญากาศหรือก๊าซเฉื่อย ทรายควอทซ์จะถูกหลอมด้วยส่วนโค้งอุณหภูมิสูงที่สร้างโดยอิเล็กโทรดกราไฟท์ วิธีนี้มีการลงทุนในอุปกรณ์ค่อนข้างต่ำและเหมาะสำหรับการผลิตแท่งควอทซ์ขนาดใหญ่ แต่อาจมีคาร์บอนเจือปนจำนวนเล็กน้อยอยู่ในผลิตภัณฑ์

วิธีการกลั่นก๊าซใช้เปลวไฟไฮโดรเจน-ออกซิเจนเป็นแหล่งความร้อน และอุณหภูมิอาจสูงถึง 2000°C ทรายควอทซ์ที่มีความบริสุทธิ์สูงถูกละลายในเปลวไฟไฮโดรเจน-ออกซิเจน และสามารถรับแก้วควอทซ์ที่มีความบริสุทธิ์สูงเป็นพิเศษได้โดยการควบคุมอุณหภูมิเปลวไฟและเวลาในการหลอมอย่างแม่นยำ วิธีนี้เหมาะอย่างยิ่งสำหรับการผลิตแท่งควอทซ์เกรดออปติคัล แต่มีการใช้พลังงานสูงและประสิทธิภาพการผลิตค่อนข้างต่ำ

การหลอมด้วยพลาสมาเป็นเทคโนโลยีระดับไฮเอนด์ที่พัฒนาขึ้นในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา ใช้คบเพลิงพลาสม่าเพื่อสร้างอุณหภูมิที่สูงเป็นพิเศษ (สูงถึง 3000°C) เพื่อละลายวัตถุดิบทันที ข้อดีของวิธีนี้คือสามารถผลิตแก้วควอทซ์ที่มีความบริสุทธิ์สูงเป็นพิเศษ ซึ่งเกือบจะปราศจากไฮดรอกซิลและสิ่งสกปรกอื่นๆ และเหมาะอย่างยิ่งสำหรับการใช้งานเซมิคอนดักเตอร์และใยแก้วนำแสง แต่อุปกรณ์มีความซับซ้อนและมีค่าใช้จ่ายสูง

(3) กระบวนการขึ้นรูปและเขียนแบบ
แก้วควอทซ์หลอมเหลวจะต้องได้รับการขึ้นรูปอย่างแม่นยำเพื่อให้ได้แท่งที่ตรงตามข้อกำหนด การปั้นมีสองวิธีหลัก:

วิธีการขึ้นรูปแม่พิมพ์จะฉีดควอตซ์หลอมเหลวเข้าไปในแม่พิมพ์พิเศษและได้รูปทรงที่ต้องการโดยการควบคุมอัตราการทำความเย็นอย่างแม่นยำ วิธีนี้เหมาะสำหรับการผลิตแท่งควอทซ์ที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางขนาดใหญ่ แต่อาจมีความเข้มข้นของความเค้นภายในผลิตภัณฑ์

วิธีการวาดภาพแบบต่อเนื่องเป็นกระบวนการผลิตที่ใช้กันมากที่สุด ควอตซ์หลอมเหลวจะไหลออกจากแผ่นรั่วพิเศษ และถูกดึงด้วยความเร็วคงที่ผ่านระบบฉุดลากที่มีการควบคุมอย่างแม่นยำ ด้วยการปรับความเร็วและอุณหภูมิในการวาด ทำให้สามารถรับข้อมูลจำเพาะที่แตกต่างกันของผลิตภัณฑ์ที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางตั้งแต่ไม่กี่มิลลิเมตรไปจนถึงหลายร้อยมิลลิเมตรได้ การไล่ระดับอุณหภูมิและอัตราการเย็นตัวจะต้องได้รับการควบคุมอย่างแม่นยำในระหว่างกระบวนการวาดเพื่อให้มั่นใจในความแม่นยำของมิติและคุณภาพภายในของแท่ง

(4) การบำบัดด้วยการหลอมที่แม่นยำ
แท่งควอทซ์ที่ขึ้นรูปใหม่จะต้องผ่านกระบวนการอบอ่อนอย่างเข้มงวดเพื่อขจัดความเครียดภายใน กระบวนการหลอมมักจะดำเนินการในเตาหลอมแบบพิเศษ โดยมีการควบคุมอุณหภูมิระหว่าง 1100-1200°C และเวลาในการฉนวนขึ้นอยู่กับขนาดของแท่ง กุญแจสำคัญคือการควบคุมอัตราการทำความเย็นอย่างเข้มงวด โดยปกติแล้ววิธีการทำความเย็นจะแบ่งส่วน อาจใช้เวลาหลายวันจากโซนอุณหภูมิสูงถึงโซนอุณหภูมิต่ำ การหลอมที่สมบูรณ์แบบสามารถปรับปรุงเสถียรภาพทางความร้อนและความแข็งแรงทางกลของแท่งควอตซ์ได้อย่างมาก

(5) หลังการประมวลผลและการตกแต่งขั้นสุดท้าย
แท่งควอทซ์อบอ่อนยังต้องผ่านกระบวนการตัดเฉือนที่มีความแม่นยำหลายขั้นตอน:

การตัดเฉือนรวมถึงการเจียรทรงกระบอก การเจียรหน้าท้าย ฯลฯ เพื่อให้มั่นใจในความแม่นยำของมิติและการตกแต่งพื้นผิว สำหรับแท่งควอทซ์ที่มีความต้องการพิเศษ อาจจำเป็นต้องมีการประมวลผลที่ซับซ้อน เช่น การเจาะและการเซาะร่อง

การรักษาพื้นผิวเป็นขั้นตอนสำคัญในการปรับปรุงประสิทธิภาพ รวมถึงกระบวนการต่างๆ เช่น การขัดด้วยไฟ และการกัดด้วยสารเคมี การขัดด้วยไฟใช้เปลวไฟที่มีอุณหภูมิสูงเพื่อละลายพื้นผิวในระดับไมโครเพื่อให้ได้พื้นผิวที่เรียบเนียน การแกะสลักด้วยสารเคมีใช้เพื่อขจัดชั้นความเสียหายจากการประมวลผลและปรับปรุงความแข็งแรง

การบำบัดพิเศษอาจรวมถึง: การฉายรังสี UV เพื่อปรับปรุงคุณสมบัติทางแสง การอบชุบด้วยความร้อนที่อุณหภูมิสูงเพื่อลดปริมาณไฮดรอกซิล หรือการเคลือบผิวเพื่อเพิ่มฟังก์ชันเฉพาะตามความต้องการในการใช้งาน

6. การตรวจสอบและควบคุมคุณภาพ
แท่งควอทซ์ที่ทำเสร็จแล้วจะต้องผ่านกระบวนการตรวจสอบคุณภาพอย่างเข้มงวดก่อนออกจากโรงงาน รายการตรวจสอบเหล่านี้ครอบคลุมตัวบ่งชี้ประสิทธิภาพหลักหลายประการของวัสดุ เช่น ออพติก ฟิสิกส์ ความร้อน และเคมี ในการทดสอบประสิทธิภาพด้านการมองเห็น ช่างเทคนิคจะใช้เครื่องสเปกโตรโฟโตมิเตอร์ที่มีความแม่นยำในการวัดคุณลักษณะการส่งผ่านของแท่งควอตซ์ที่ความยาวคลื่นต่างๆ โดยให้ความสนใจเป็นพิเศษกับประสิทธิภาพการส่งผ่านแสงในแถบอัลตราไวโอเลตและอินฟราเรด

ในเวลาเดียวกัน เลเซอร์อินเตอร์เฟอโรมิเตอร์และอุปกรณ์อื่นๆ จะถูกนำมาใช้ในการตรวจจับความสม่ำเสมอของดัชนีการหักเหของแสง เพื่อให้แน่ใจว่าประสิทธิภาพทางแสงของแท่งควอตซ์ทั้งหมดตรงตามข้อกำหนดการออกแบบ ข้อมูลการทดสอบทางแสงเหล่านี้มีความสำคัญอย่างยิ่งในการพิจารณาว่า แท่งควอทซ์ เหมาะสำหรับระบบออปติคัลที่มีความแม่นยำ

การตรวจจับความแม่นยำของมิติทางเรขาคณิตคือจุดเชื่อมต่อพื้นฐานของการควบคุมคุณภาพ ผู้ตรวจสอบจะใช้คาลิปเปอร์ ไมโครมิเตอร์ และเครื่องมือวัดอื่นๆ ที่มีความแม่นยำสูง เพื่อวัดขนาดพื้นฐานของแท่งควอตซ์ เช่น เส้นผ่านศูนย์กลาง ความยาว และความกลม สำหรับการใช้งานที่มีความต้องการสูง อาจใช้เครื่องวัดสามพิกัดเพื่อการตรวจจับขนาดที่แม่นยำยิ่งขึ้น เพื่อให้แน่ใจว่าค่าเผื่อทางเรขาคณิตของแท่งควอตซ์จะถูกควบคุมภายในช่วงที่อนุญาต การทดสอบนี้เกี่ยวข้องโดยตรงกับความแม่นยำในการจับคู่ของแท่งควอทซ์ในกระบวนการประกอบและใช้งานในภายหลัง

การตรวจสอบข้อบกพร่องภายในส่วนใหญ่เสร็จสิ้นโดยอุปกรณ์ทดสอบมืออาชีพ วิธีการทั่วไป ได้แก่ การสังเกตด้วยกล้องจุลทรรศน์แบบใช้แสง การตรวจจับข้อบกพร่องของรังสีเอกซ์ และการทดสอบด้วยคลื่นเสียงความถี่สูง วิธีการตรวจจับเหล่านี้สามารถระบุข้อบกพร่อง เช่น ฟองอากาศ สิ่งเจือปน รอยแตก ฯลฯ ที่อาจอยู่ภายในแท่งควอตซ์ได้อย่างแม่นยำ และกำหนดเกรดผลิตภัณฑ์ตามขนาด ปริมาณ และการกระจายของข้อบกพร่อง โดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับแท่งควอทซ์เกรดออปติคอลและเซมิคอนดักเตอร์ มาตรฐานการควบคุมข้อบกพร่องภายในจะเข้มงวดกว่า และมักจะไม่ต้องการข้อบกพร่องที่มองเห็นได้เลย

การทดสอบประสิทธิภาพทางความร้อนส่วนใหญ่ประกอบด้วยสองรายการที่สำคัญ: การทดสอบค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวจากความร้อน และการทดสอบความต้านทานการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิ การทดสอบค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวเนื่องจากความร้อนใช้เครื่องวิเคราะห์ทางความร้อนเชิงกลเพื่อวัดการเปลี่ยนแปลงขนาดของแท่งควอตซ์ที่อุณหภูมิต่างๆ การทดสอบความต้านทานต่อการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิอย่างฉับพลันคือการเปลี่ยนแท่งควอทซ์ระหว่างสภาพแวดล้อมที่มีอุณหภูมิสูงและต่ำอย่างรวดเร็วเพื่อดูความต้านทานการแตกร้าว ข้อมูลประสิทธิภาพเชิงความร้อนเหล่านี้มีค่าอ้างอิงที่ดีเยี่ยมสำหรับการประเมินความน่าเชื่อถือของแท่งควอตซ์ในสภาพแวดล้อมที่เปลี่ยนแปลงอุณหภูมิ

การทดสอบความเสถียรทางเคมีจะประเมินความทนทานของแท่งควอตซ์ในสภาพแวดล้อมทางเคมีต่างๆ เป็นหลัก วิธีการทดสอบทั่วไป ได้แก่ การแช่ตัวอย่างแท่งควอทซ์ในสารละลายกรดและด่างที่มีความเข้มข้นต่างกัน การสังเกตการเปลี่ยนแปลงพื้นผิว และการวัดการเปลี่ยนแปลงของน้ำหนักและความหยาบของพื้นผิวก่อนและหลังการแช่

การทดสอบความต้านทานต่อกรดไฮโดรฟลูออริกมีความสำคัญอย่างยิ่ง เนื่องจากแก้วควอทซ์ไวต่อการกัดกร่อนเป็นพิเศษในสภาพแวดล้อมของกรดไฮโดรฟลูออริก ผ่านการทดสอบคุณภาพที่ครอบคลุมเหล่านี้ จึงมั่นใจได้ว่าแท่งควอตซ์แต่ละแท่งที่จัดส่งจากโรงงานมีคุณสมบัติตรงตามมาตรฐานคุณภาพที่เข้มงวด และตรงตามข้อกำหนดพิเศษในสถานการณ์การใช้งานที่แตกต่างกัน

7. สาขาการสมัครของ แท่งแก้วควอทซ์
ในด้านวิศวกรรมด้านแสง แท่งแก้วควอตซ์มีบทบาทสำคัญ เนื่องจากมีการส่งผ่านแสงแบบเต็มแบนด์ที่มองเห็นด้วยรังสี UV และอินฟราเรดได้ดีเยี่ยม จึงเป็นวัสดุที่เหมาะสำหรับการผลิตส่วนประกอบทางแสงที่มีความแม่นยำสูง ในการใช้งานเทคโนโลยีเลเซอร์ แท่งควอทซ์มักใช้เป็นสื่อในช่องเรโซแนนซ์และช่องแสงของเลเซอร์ โดยเฉพาะอย่างยิ่งในเลเซอร์ CO2 กำลังสูง ซึ่งแท่งควอทซ์สามารถทนต่อพลังงานเลเซอร์ที่แรงมากโดยไม่เกิดความเสียหาย

ในระบบการสื่อสารด้วยไฟเบอร์ออปติก แท่งแก้วควอทซ์ที่มีความบริสุทธิ์สูงพิเศษจะถูกดึงออกมาอย่างแม่นยำเพื่อสร้างพรีฟอร์มของไฟเบอร์ออปติก ซึ่งเป็นวัตถุดิบหลักสำหรับการผลิตไฟเบอร์ออปติกการสื่อสาร ในการผลิตอุปกรณ์เกี่ยวกับการมองเห็น แท่งควอตซ์จะถูกแปรรูปเป็นเลนส์ ปริซึม และหน้าต่างแสงต่างๆ ซึ่งใช้กันอย่างแพร่หลายในอุปกรณ์เกี่ยวกับการมองเห็นที่มีความแม่นยำสูง เช่น สเปกโตรมิเตอร์และกล้องจุลทรรศน์

อุตสาหกรรมเซมิคอนดักเตอร์ขึ้นอยู่กับแท่งแก้วควอตซ์เป็นพิเศษ ในระหว่างกระบวนการผลิตแผ่นเวเฟอร์ แท่งควอตซ์จะถูกสร้างเป็นรูปทรงต่างๆ ของตัวพาเวเฟอร์ ท่อแพร่กระจาย และส่วนประกอบของห้องปฏิกิริยา ส่วนประกอบเหล่านี้จำเป็นต้องทนต่อสภาพแวดล้อมที่มีอุณหภูมิสูงในกระบวนการผลิตเซมิคอนดักเตอร์ และต้องแน่ใจว่าไม่มีสิ่งเจือปนปนเปื้อนเกิดขึ้น

ในเทคโนโลยีการพิมพ์หินอัลตราไวโอเลตขั้นสูง (EUV) ส่วนประกอบทางแสงที่ทำจากแก้วควอทซ์ได้กลายเป็นกุญแจสำคัญในการบรรลุความแม่นยำในการพิมพ์หินระดับนาโน เนื่องจากมีค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวเนื่องจากความร้อนต่ำมากและความสม่ำเสมอของแสงที่ยอดเยี่ยม นอกจากนี้ แท่งแก้วควอตซ์ยังใช้กันอย่างแพร่หลายในหน้าต่างสังเกตการณ์ ท่อส่งก๊าซ และส่วนอื่นๆ ของอุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์ เนื่องจากความเฉื่อยทางเคมี

อุตสาหกรรมเคมีใช้ความต้านทานการกัดกร่อนของ แท่งแก้วควอทซ์ - ในเครื่องปฏิกรณ์เคมีภายใต้สภาพแวดล้อมที่เป็นกรดแก่ หน้าต่างสังเกตควอตซ์สามารถทนต่อการกัดกร่อนของกรดรุนแรงต่างๆ ยกเว้นกรดไฮโดรฟลูออริกได้เป็นเวลานาน ท่อส่งสื่อที่มีฤทธิ์กัดกร่อน แท่งกวน และส่วนประกอบอื่นๆ ในการผลิตสารเคมีมักทำจากแก้วควอทซ์เช่นกัน

เป็นเรื่องที่น่ากล่าวถึงเป็นพิเศษว่าในการทดลองปฏิกิริยาเคมีที่อุณหภูมิสูงและความดันสูง ถังปฏิกิริยาควอตซ์สามารถทนต่ออุณหภูมิที่รุนแรงและสภาพแวดล้อมทางเคมีได้ในเวลาเดียวกัน ทำให้เกิดสภาวะการทดลองที่เชื่อถือได้สำหรับนักวิจัย แก้วควอตซ์ทำงานได้ดีกว่ากระจกธรรมดาและวัสดุโลหะส่วนใหญ่ในการใช้งานเหล่านี้

ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา วัสดุแก้วควอตซ์ถูกนำมาใช้มากขึ้นในด้านการแพทย์และสุขภาพ ในแง่ของอุปกรณ์ทางการแพทย์ แท่งควอตซ์ถูกใช้ในการผลิตส่วนประกอบการส่งผ่านแสงของกล้องเอนโดสโคป องค์ประกอบนำแสงของเครื่องมือผ่าตัดด้วยเลเซอร์ ฯลฯ ความเข้ากันได้ทางชีวภาพที่ดีเยี่ยมทำให้มั่นใจได้ว่าเครื่องมือเหล่านี้สามารถนำมาใช้ในการรักษามนุษย์ได้อย่างปลอดภัย

ในอุปกรณ์ฆ่าเชื้อโรคอัลตราไวโอเลต แท่งแก้วควอทซ์ที่มีการส่งผ่านสูงจะถูกนำมาใช้เป็นวัสดุหลอดไฟเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพในการฆ่าเชื้อให้สูงสุด นอกจากนี้ ในเครื่องมือทดสอบทางการแพทย์ที่มีความแม่นยำบางชิ้น องค์ประกอบทางแสงของควอตซ์ช่วยให้มั่นใจในความถูกต้องแม่นยำของผลการทดสอบ

ความต้องการ แท่งแก้วควอทซ์ ในด้านการวิจัยและการทดลองทางวิทยาศาสตร์ก็มีความแข็งแกร่งเช่นกัน ในการทดลองฟิสิกส์พลังงานสูง แท่งควอตซ์ถูกใช้เป็นส่วนประกอบสำคัญของเครื่องตรวจจับรังสีเชเรนคอฟ ในการวิจัยด้านวัสดุศาสตร์ ถ้วยใส่ตัวอย่างควอตซ์และภาชนะทำปฏิกิริยาทำให้เกิดสภาพแวดล้อมที่เหมาะสำหรับการสังเคราะห์วัสดุที่อุณหภูมิสูง

ในสาขาวิทยาศาสตร์อวกาศ ความต้านทานการแผ่รังสีของแก้วควอตซ์ทำให้แก้วควอทซ์เป็นวัสดุที่ต้องการสำหรับระบบแสงของยานอวกาศ การใช้งานด้านการวิจัยทางวิทยาศาสตร์ระดับสูงเหล่านี้มักมีข้อกำหนดอย่างมากสำหรับคุณสมบัติของวัสดุ และแท่งแก้วควอตซ์สามารถทำงานได้อย่างดีเยี่ยมเสมอ