《单晶透明材料》由会员分享，可在线阅读，更多相关《单晶透明材料（18页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、为了适应公司新战略的发展，保障停车场安保新项目的正常、顺利开展，特制定安保从业人员的业务技能及个人素质的培训计划单晶透明材料水晶的工业应用摘要本品为宝石级的石英，主要成份是SiO2，为透明至半透明的结晶体，SiO2的结晶体很复杂，在不同温度下存在三种结晶形态，常温至870是石英晶体的稳定区，SiO2属三方晶系，比重，硬度7。熔点在1713以上，耐温，耐酸碱，导热性差，化学性能稳定，一个完美结晶的水晶具压电效应。性质决定用途。一、水晶的性质水晶一般为无色透明，也常见粉色茶色以及黄色。水晶耐温性好，耐酸碱性好。导热性差、化学性能稳定，而且水晶有良好的压电性能。到上世纪二十年代，发现其有振荡现象。以
2、下介绍其物理性能。水晶的热性能水晶经不起高温热冲击，它遇高温升至573左右时会急据地膨胀破裂转化成其它晶体形态。石英加热到870在条件成熟的情况下会转变成鳞石英，这一转变为慢变化，在高温下长时间才能形成。鳞石英属斜方晶系，比重工，硬度7，它们的每一个变化都伴随着体积变化，鳞石英准却时不会再转变成石英。当温度升高到1470时，石英和鳞石英都会转变成方石英，这一转变也是慢转变，必须有足够的时间。方石英高温时是等轴晶系，当它冷却到200左右，又会变态成低温型云石英，而且是急转变。当温度达到14701713时是方石英的稳定区域，方石英的低温型属正方晶系，方石英比重，硬度67，方石英冷却时不会再转变成石
3、英。这里有一个很重要的现象，石英的稳定温区为常温870，鳞石英的稳定温区为8701470；方石英的稳定区为期不远14701713，高于1713就熔化，有如冰化成水；石英变为鳞石英或鳞石英变为方石英，石英变为方石英，都是慢转变，要条件成熟才能转变，而且是不可逆的，即鳞石英和方石英不会再变成石英；假如石英再升温时没有转变成鳞石英，假如石英、鳞石英在方石英稳定温区没来得及转变成方石英，当温度升到1713以上时可以直接熔化后制成石英玻璃。方石英的理论熔点1713，不论鳞石英、方石英、石英哪一种，SiO2结晶升温到1713都会熔化后制成石英玻璃，但熔化后的熔液粘度很大。1713时熔液粘度是108Pas,
4、其软硬程度相当于20的沥青。所以实际工业生产石英玻璃熔融温度为1900XX。水晶的压电性能天然水晶具有压电性，而且天然水晶平均每秒可以释放出八百万次的振荡，这之间蕴藏着强大且丰沛的能量。并且天然水晶经过地球动辄千万年以上的粹炼，长期与大自然间共振及互动，其正向磁场隐藏着巨大且无限的能量波。对于长期暴露在负向磁场的我们，佩带天然水晶有助于将自身量频率转化为更强大的正向磁场请且释放，进而影响到我们平常的生活、工作、交友或学业的表现。另外水晶可以制成水晶工艺品和水晶内雕等。水晶的振荡性能石英具有振荡现象，当水晶通电时，水晶会膨胀，截断电流时便收缩到原来大小；不断快速地重复供电、停电，水晶则不断的胀缩
5、振荡，而振荡的频率却极为稳定。因为振荡频率高速而稳定，所以水晶便被制成芯片，是电器零件不可或缺的原材料。二水晶的功能目前水晶已经被确定有五大功能：聚焦折射、储存数据、传递讯息、能源转换、能量扩大。聚焦折射古时人类已发现水晶有聚焦功能，也可把光线折射，通过水晶这特点可造出凸透镜、凹透镜等。于雷射运用中芯片和光速之合用，可使于读秒声中测出地球与月球之间的距离，利用晶体的特性可以激发出高能量光束、强大高度平行，精密者可用于眼科手术，巨大者可运用在如星战计划中摧毁来袭的飞弹等等。存储数据当有数据通过水晶，这些信息会被水晶记下，计算机体内的芯片正是有些功能。到了近代所制造出的光谱仪的镜片、棱镜等。压电下
6、的水晶会带正负不同电荷，这也是计算机二进制中的0与1，没错这就是计算机的基础。一直发展到至今，这种储存记忆的容量惊人，可以将大英百科全书全部的数据输入在比橡皮擦更小的体积内。信息传递很多电器中的信息传递也要靠芯片，因为水晶振荡的频率稳定，用来传递讯号误差很小，由于水晶芯片的振荡极精准，且极有规律，除了可以作电子表的时间控制外，还可执行电算机的精密计算，更可用来作计算机与计算机间巨大信息的传输。能源转换水晶可把不同能源转换成其它能源，例如把电能转化成光能，热能、声能、磁能，又可把这些能源转换成电能。太阳能转换成电能便需靠集热芯片。可将能源形态使之变换，比如太阳能集热芯片，可将光变电、电变磁等等。
7、声、光、电、热、磁都是能源，能源不灭，只是转换至不同形态，而水晶是最佳媒人。能量扩大能源能够通过水晶而频率不变，例如用扩音器时，电流通过石英转换成声能后，再增强声浪，而不会有走音情况出现。可将同频率的电子讯号同频扩大，像收音机里面的晶体会接收空气中的电波，并将以扩大再转换出来，就是人们耳朵听到的声波了，而这之间的倍数何止千万倍。三水晶的主要用途举例1.工艺水晶工艺品、珠宝饰品、水晶眼镜片等。纯净透明，无色或带色，允许有道芬或巴西双晶，节瘤，少量气态、固态包裹体，兰针和小绵，不许带裂隙，大绵。2、熔炼水晶生产特种玻璃及石英玻璃制品和人造水晶应用于电工、电子化学、冶金、机械制造、汽车、医药器皿和仪
8、器工业等要求在紫外光，可见光和红外光光谱范围内具有光性，理想的辐射透过性、对热冲击的稳定性，对气体的非渗透性以及腐蚀介质的化学稳定性，良好的介电性等。3、压电水晶制造谐振器、滤波器，广泛应用于自动武器，超音速飞机、导弹、核武器、电子显微境、计时仪、电子计算机、人造地球卫星等科学技术的导航、遥控、遥测、电子电讯设备之中等。无缺陷的水晶单晶，具有压电性能。4、光学水晶生产可聚紫外线的透境、测量偏振旋转方向的仪器摄谱仪、棱镜、补色器的石英楔、光谱仪、红外线分析窗口、石英折射计等。5、石英坩埚用石英砂的制备方法其特征在于，选取金属元素含量低、二氧化硅含量高的石英石作原料，对该原料进行清洗除杂处理、初级
9、破碎、精选分级、高温处理、分拣除杂、二极破碎、三极粉碎、旋流分级筛选、磁选、酸洗、碱洗、超声波震动处理、二次酸洗、浮选、进行氯化处理、醇洗、烘烤、和二次磁选等工艺处理，最后过去时425um电动筛选，得成品石英砂。用本发明方法所制成的石英坩埚用石英砂中杂质含量低，其中SiO2=%,杂质元素总含量、合成绿松石等。另外，用于生产合成金刚石薄膜的化学气相沉淀法以及合成碳硅石单晶生长技术，也属于此类。10、其他方法主要是指利用玻璃、陶瓷、塑料或其他材料制作的人造宝石和拼合宝石的方法。某些宝石晶体目前只能用某种方法进行生长，其他方法不能代替。例如，合成红宝石晶体可以采用焰熔法或助熔剂法，也可以采用丘克拉斯
10、基法。而合成钻石也只能用高温超高压法。合成水晶只能用水热法等。单晶硅是单质硅的一种形态。熔融的单质硅在凝固时硅原子以金刚石晶格排列成许多晶核，如果这些晶核长成晶面取向相同的晶粒，则这些晶粒平行结合起来便结晶成单晶硅。单晶硅具有准金属的物理性质，有较弱的导电性，其电导率随温度的升高而增加；有显著的半导电性。超纯的单晶硅是本征半导体。单晶硅是制造半导体硅器件的原料。用作耐高压、工作温度较高的器件，如大功率整流器、大功率晶体管、齐纳二极管、开关器件等。1工业硅的制备电子工业超纯晶体硅的原料工业硅是在电弧炉中还原硅石生产的。使用的还原剂为石油焦和木炭等，作用有三：导电；作为具有活性的碳完成还原反应；造
11、成一个结实、多孔性的炉床，使化学反应迅速完成。生产原理是碳还原氧化硅的反应：这是硅熔炼主反应的表达式，也是一般计算和控制正常熔炼依据的基础。生产的工艺过程都可大体分为原料准备、配料、熔炼，也炉铸锭和产品破碎包装等几个部分。2超纯硅的制备多晶硅呈灰色或黑色且有金属光泽的等轴八面晶体，是制造单晶硅的原料。硅属半金属，是极为重要的元素半导体材料。多晶硅的生产，除个别工厂采用硅烷热分解法外，一般都采和氢还原三氯氢硅方法。三氯氢硅法包括三氯氢硅的合成和三氯氢硅的还原两部分。三氯氢硅的合成用金属硅和氯化氢为原料，在流态化氯化炉中进行反应，三氯氢硅的沸点为，与绝大多数杂质的氯化物挥发温度相差较大，所以可用精
12、馏法提纯。三氯氢硅极易挥发和水解，产生强腐蚀的盐酸气，因此精馏设备必须防止水汽和空气混入。小规模生产超纯硅可采用聚四氟乙烯，特制玻璃或石英作为精馏设备村料，大规模生产则须采用而腐蚀的金属或合金材料以免铜、铁、镍等重金属杂质混入而影响超纯硅的质量。三氯氢硅的还原在超低碳的不锈钢或镍基合金制成的水冷炉壁还原炉内，用氢将三氯氢硅还原成硅。炉内有不透明的石英钟和用细硅芯或钽管制成的发热体。细硅燕是用超纯硅在特制的硅芯炉内制成。在进行化学气相沉积之前，由于硅在常温时电阻率很高，因此硅芯须在石英罩外用电阻加热至300或用几千伏的高压电启动。经过提纯的氢气在挥发器中将三氯氢硅自炉底带入炉内，于1100-11
13、50进行还原反应，使硅沉积在发热体上，其主要化学反应如下：同时也发生一些副反应，如：SiCl2的生成影响硅在高温时的实收率，同时硅沉积难于达到平衡，使硅的沉积速度较慢。三氯氢硅氢还原法所生产的多晶棒，供区域熔炼法生产单晶硅用的硅棒直径为50-100mm。供直拉法生产单晶硅用的硅棒直径为50-150mm。还原尾气中的三氯氢硅和四氯化硅在-80以下冷凝回收，氢气净化后可以循环使用。三氯氢硅氢还原制取超纯硅的方法沉积速度较慢，一般不超过/h。消耗电能很多，副产品四氯化硅量大，因此研究了很多新的综合利用方法。根据已发表的资料，其中最有前途的方法是将四氯化硅转化为三氯氢硅、二氯二氢硅、硅烷，然后还原或分
14、解成为超纯多晶硅。工艺流程：如前所述，将硅粉与干燥的氯化氢气体作用得三氯氢硅，再在1100下被氢气还原而得。生产流程如图所示。工业硅硅粉经干燥器干燥68h，在280330与干燥的氯化氢气体进行氯化反应，生成三氯氢硅。反应过程中，加入氯化亚铜作催化剂，氯化反应如下：反应气体在氯化反应炉内停留1923s后，通过旋风分离器去掉夹带的杂质，再用氢化钙冷冻盐水将气态三氯氢硅冷凝成液体，送入三氯氢硅粗馏塔进行蒸馏和冷凝，除去高沸物和低沸物，再到精馏塔进行蒸馏并冷凝，即得精制三氯氢硅液体。精馏塔可使用石英、聚四氯乙烯、不锈钢等材质制成。提纯后的三氯氢硅的-9-9纯度应达到7个“9”以上，即杂质总含量小于10
15、010，硼要求在10以下。提纯后的三氯氢硅送入不锈钢制的还原炉内，以反复提纯后的超纯氢气做还原剂，在10501100还原成硅，并以硅芯棒为载体，化学气相沉积而得成品。其反应如下：三氯氢硅、四氯化硅是无色透明液体，在空气中强烈发烟，易燃、易爆，易溶于有机溶剂，极易水解。要求设备密闭，厂房通风良好，穿戴劳动保护用品。硅烷法将硅粉与电解镁在液氨的媒介中，生成硅烷气体再在热分解炉中分解而得。生产流程如图2所示。将硅粉与电解镁屑按712的配比，以液氨为媒介，在-33左右于反应器内进行反应，生成硅烷气体。其反应如下：提纯后的三氯氢硅送入不锈钢制的还原炉内，以反复提纯后的超纯氢气做还原剂，在10501100还原成硅，并以硅芯棒为载体，化学气相沉积而得成品。其反应如下：生成的硅烷气体，经过回流冷凝器，将氨和氯化镁分离除去，分离后的硅烷气由分子筛进行吸附以纯化硅烷气体。在热分解炉中，在大于600的温度下使其分解即得纯硅和氢气。其反应如下：硅烷气体为有毒易燃性气体，沸点低，反应设备要密闭，并应有防火、防冻、防爆等安全措施。
