À propos du verre de quartz, propriétés du matériau

La méthode de production du verre de quartz fondu peut être:

fusionnée électriquement, fusionnée à la flamme, fusionnée au plasma et fusion à l’arc électrique. La matière première peut être du sable de quartz naturel SiO2 et du tétrachlorure de silicium chimique synthétique (SiCl4). La combinaison des méthodes de production et des matières premières compose les 6 types principaux de notre verre de quartz: série EN (quartz naturel électrofondu); Série FN (quartz naturel fusionné à la flamme); Série PN (quartz naturel fusionné au plasma); FS (quartz synthétique fusionné à la flamme); PS (quartz synthétique fusionné par plasma) série; Série AN (quartz naturel fusionné à l’arc électrique).

Verre de quartz fondu électriquement

La fusion électrique est le procédé de fusion le plus couramment utilisé pour la fabrication du verre de quartz. Ce procédé utilise des résistances chauffantes pour faire fondre du sable de quartz naturel dans des tubes en verre de quartz, des tiges, des blocs, etc. Il existe deux méthodes de fusion électrique, de fusion continue et de fusion par lots. Dans le processus continu, le sable de quartz est continuellement versé dans la partie supérieure d’un creuset en tungstène entouré d’éléments chauffants électriques. Le creuset intérieur est maintenu dans une atmosphère neutre ou légèrement réduite qui empêche la silice de réagir avec le métal réfractaire pendant que la silice fond à l’intérieur. Le quartz fondu sort de la partie de formage au fond du creuset qui est façonné en tube, tige etc.. La valeur OH peut être réduit par recuit. Dans le procédé de fusion par lots, plusieurs tonnes de matière première sont placées à l’intérieur d’une chambre à vide réfractaire contenant des éléments chauffants en graphite pour produire des tubes, des tiges etc.. La valeur OH est généralement inférieur à 2 ppm. Le bas OH fait que le verre de quartz électriquement fondu a une transmission infrarouge élevée. Le verre de quartz électriquement fondu a généralement certaines bulles et stries sur la surface du verre.

Verre de quartz fondu par flamme

La fusion de flamme est un processus en deux étapes. Le premier processus est que le sable de quartz naturel ou synthétique SiC14 est fondu dans une flamme d’hydrogène / oxygène (H2/O2) en un lingot rond solide. Le deuxième processus consiste à façonner davantage le lingot en diverses formes et dimensions. Le verre de quartz fusionné à la flamme contient une quantité abondante d’hydroxyle (OH) résultant du contact direct entre le H2/O2 et la matière première de silice. Cette teneur en OH ne peut pas être réduite par recuit et sa présence diminue la viscosité et la transmission infrarouge. Le quartz fusionné à la flamme n’a pas de stries et une très faible teneur en bulles.

Verre de quartz fondu au plasma

La fusion plasmatique est un processus en deux étapes. Le premier procédé consiste à faire fondre le sable de quartz naturel ou le SiCl4 synthétique dans une flamme de plasma en un lingot rond plein. Le deuxième processus consiste à façonner davantage le lingot en diverses formes et dimensions. Le quartz fondu au plasma a un OH bas, généralement inférieur à 5 ppm, il a donc une bonne transmission infrarouge. Le quartz fondu par plasma a une très faible teneur en bulles et n’a pas de stries.

Creusets opaques fondus à l’arc électrique

La fusion à l’arc électrique est le procédé couramment utilisé pour fabriquer des creusets qui sont utilisés pour faire pousser des lingots de silicium monocristallins.

Propriétés thermiques

L’une des caractéristiques les plus attrayantes du verre de quartz est son très faible coefficient de dilatation thermique (CTE). La valeur CTE moyenne pour le verre de quartz à environ 5,0 × 10-7/°C est plusieurs fois inférieure à celle des autres matériaux courants. Pour mettre cela en perspective, imaginez si 13 blocs d’acier inoxydable, de verre borosilicaté et de quartz ont été placés dans un four et chauffés à 500 °C. Le volume du bloc d’acier inoxydable augmenterait de plus de 28 litres et celui du bloc de borosilicate de 5 litres. Le bloc de quartz s’élargirait de moins d’un litre. Cette faible dilatation permet au matériau de résister à un choc thermique très sévère.

Il est possible de tremper rapidement les fines produits de verre de quartz de plus de 1000 °C en les plongeant dans l’eau froide sans les briser. Cependant, il est important de réaliser que la résistance aux chocs thermiques dépend de facteurs autres que le CTE tels que l’état de surface (qui définit la résistance) et la géométrie. Les différents types de silice fondue et de quartz fondu ont des CTE presque identiques et peuvent donc être assemblés sans risque supplémentaire de rupture induite thermiquement.