क्वार्ट्ज कांच के तीन प्रकारों के बारे में एक त्वरित गाइड

क्या आप जानते हैं कि क्वार्ट्ज कांच को आम तौर पर इसकी उपस्थिति और प्रकाश-प्रसारण गुणों के अनुसार दो प्रमुख श्रेणियों में विभाजित किया जाता हैःपारदर्शी क्वार्ट्ज कांचऔरअपारदर्शी क्वार्ट्ज कांचयह वर्गीकरण औद्योगिक प्रथाओं और संबंधित मानकों जैसे कि JC/T 2205 2014 और GB/T 42800 2023 में परिलक्षित होता है।

स्पष्ट क्वार्ट्ज़, दूधिया क्वार्ट्ज़ और काले क्वार्ट्ज़ में क्या अंतर है? इनका सामान्य उपयोग क्या है, और सही सामग्री का चयन कैसे करना चाहिए?

यद्यपि ये तीनों पदार्थ अनाकार सिलिका परिवार से संबंधित हैं,उनकी सूक्ष्म संरचनाओं और संरचनाओं में अंतर उन्हें प्रकाश और गर्मी को नियंत्रित करने में पूरी तरह से अलग क्षमता देता है.

सरल शब्दों में कहें:

• स्पष्ट क्वार्ट्जप्रकाश और विकिरण ऊर्जा प्रसारित करने वाली ऑप्टिकल खिड़की के रूप में कार्य करता है।
• दूधिया क्वार्ट्जयह एक थर्मल-रेडिएशन बाधा के रूप में कार्य करता है जो प्रतिबिंबित करता है और इन्सुलेट करता है।
• काला क्वार्ट्जथर्मल प्रबंधन सामग्री के रूप में कार्य करता है जो विकिरण को अवशोषित करता है और तापमान एकरूपता में सुधार करता है।

1उपस्थिति और सूक्ष्म संरचनाः बुलबुले और डोपेंट्स की भूमिका

1.1 स्पष्ट क्वार्ट्ज

पारदर्शी क्वार्ट्ज ग्लास में बुलबुले और अशुद्धियों के बेहद कम स्तर के साथ घनी आंतरिक संरचना होती है। कुछ उच्च शुद्धता वाले सिंथेटिक क्वार्ट्ज उत्पादों में, अशुद्धियों की सांद्रता ppb स्तर तक पहुंच सकती है,जिसका अर्थ है प्रति अरब में केवल कुछ भाग.

इसकी उत्कृष्ट ऑप्टिकल समरूपता और बेहद कम दोष घनत्व सटीक प्रकाशिकी, अर्धचालक निर्माण और उच्च शुद्धता वाले प्रयोगशाला उपकरण में इसके उपयोग के लिए आधार प्रदान करते हैं।

1.2 दूधिया अपारदर्शी क्वार्ट्ज

अपारदर्शी क्वार्ट्ज का दूध जैसा रूप मुख्य रूप से सामग्री के अंदर समान रूप से वितरित बड़ी संख्या में माइक्रोन आकार के बुलबुले से बनाया जाता है।

जब प्रकाश क्वार्ट्ज में प्रवेश करता है, तो यह बलपूर्वक बिखरा होता है और बुलबुले और सिलिका मैट्रिक्स के बीच के इंटरफेस पर परिलक्षित होता है।यह प्रत्यक्ष संचरण मार्ग को बाधित करता है और सामग्री को इसकी विशिष्ट दूध की तरह सफेद देता है, अपारदर्शी उपस्थिति।

दूधिया क्वार्ट्ज को आमतौर पर उच्च शुद्धता वाले क्वार्ट्ज रेत से बनाया जाता है, जिसमें नियंत्रित मात्रा में फोमिंग एजेंट होता है।

1.3 काला क्वार्ट्ज

काले क्वार्ट्ज का रंग गहरा काला होता है और यह अनिवार्य रूप से अपारदर्शी होता है।

यह आमतौर पर क्वार्ट्ज कच्चे माल को तत्वीय सिलिकॉन या TiO2 जैसे घटकों के साथ सटीक रूप से डोपिंग करके उत्पादित किया जाता है।ये डोपेंट्स चुनिंदा तरंग दैर्ध्य सीमाओं में उच्च ऑप्टिकल अवशोषण के साथ एक विशेष सूक्ष्म संरचना बनाते हैं, जिससे सामग्री प्रकाश को प्रसारित करने या प्रतिबिंबित करने के बजाय प्रवेश प्रकाश को अवशोषित कर सकती है।

2ऑप्टिकल और थर्मल प्रदर्शन में अंतर

तीन प्रकार के क्वार्ट्ज कांच ऑप्टिकल और थर्मल वातावरण में बहुत अलग व्यवहार करते हैं। उनके प्रदर्शन को प्रकाश संचरण, ऑप्टिकल अवशोषण,और थर्मल-प्रबंधन तंत्र.

2.1 प्रकाश संचरण और ऑप्टिकल अवशोषण

स्पष्ट क्वार्ट्ज:
पारदर्शी क्वार्ट्ज पराबैंगनी, दृश्य और निकट-अवरक्त क्षेत्रों में उच्च पारगम्यता प्रदान करता है। इसलिए यह ऑप्टिकल अवलोकन, प्रकाश प्रसारण,या विकिरण-ऊर्जा हस्तांतरण.

दूधिया क्वार्ट्ज:
मिल्की क्वार्ट्ज एक मजबूत प्रकाश फैलाव सामग्री है। इसकी फैलाव क्षमता मुख्य रूप से बुलबुले के आकार, बुलबुले घनत्व और सामग्री की मोटाई पर निर्भर करती है।

काला क्वार्ट्ज:
काला क्वार्ट्ज अनिवार्य रूप से गैर-प्रसारक होता है और इसमें उच्च ऑप्टिकल अवशोषण दर होती है।3 मिमी की मोटाई के कुछ काले क्वार्ट्ज उत्पाद पराबैंगनी से मध्य तरंग अवरक्त सीमा तक 95% से अधिक विकिरण को अवशोषित कर सकते हैं.

2.2 थर्मल-मैनेजमेंट तंत्र

स्पष्ट क्वार्ट्ज:
स्पष्ट क्वार्ट्ज में लगभग 1.4 W/(m·K की थर्मल चालकता होती है। यह उन अनुप्रयोगों के लिए उपयुक्त है जिनमें प्रकाश और विकिरण गर्मी दोनों को सामग्री के माध्यम से गुजरने की आवश्यकता होती है।

दूधिया क्वार्ट्ज:
मिल्की क्वार्ट्ज अपने आंतरिक सूक्ष्म बुलबुले के माध्यम से अवरक्त विकिरण को फैलाकर और प्रतिबिंबित करके विकिरण गर्मी हस्तांतरण को कम करता है। इसलिए यह विशेष रूप से थर्मल इन्सुलेशन परतों के लिए उपयुक्त है,गर्मी के ढाल, और विकिरण बाधाएं।

काला क्वार्ट्ज:
काले क्वार्ट्ज में लगभग 1.65 W/ ((m·K) की थर्मल चालकता होती है, जो धातुओं और कई संरचनात्मक सामग्रियों की तुलना में कम रहती है।यह उच्च ऑप्टिकल अवशोषण और उच्च थर्मल उत्सर्जन भी प्रदर्शित करता है.

उच्च अवशोषण, उच्च उत्सर्जन और अपेक्षाकृत कम ताप चालकता का संयोजन काले क्वार्ट्ज को प्रकोप विकिरण को अवशोषित करने और थर्मल विकिरण के माध्यम से ऊर्जा को फिर से वितरित करने में सक्षम बनाता है,तापमान एकरूपता में सुधार करने और स्थानीयकृत हॉट स्पॉट को कम करने में मदद करता है.

3तापमान प्रतिरोध और शुद्धता

3.1 तापमान प्रतिरोध

सामान्य तौर पर तीनों सामग्रियों के तापमान प्रतिरोध को इस प्रकार संक्षेप में प्रस्तुत किया जा सकता हैः

काला क्वार्ट्ज > स्पष्ट क्वार्ट्ज ≥ दूध क्वार्ट्ज

काला क्वार्ट्ज:
कुछ विशेष रूप से डॉप्ड ब्लैक क्वार्ट्ज सामग्री का नरम होने का बिंदु लगभग 2,000°C तक पहुंच सकता है। अर्धचालक थर्मल-प्रोसेसिंग उपकरण में, ब्लैक क्वार्ट्ज का उपयोग हीटिंग-एलिमेंट कवर के लिए किया जाता है,परिरक्षण प्लेटें, वेफर समर्थन, और अन्य घटकों को अत्यधिक उच्च तापमान और तीव्र थर्मल विकिरण के संपर्क में रखा जाता है।

स्पष्ट क्वार्ट्ज:
अनुशंसित दीर्घकालिक ऑपरेटिंग तापमान आम तौर पर लगभग 1,100°C है, जबकि अल्पकालिक जोखिम तापमान लगभग 1,200°C तक पहुंच सकता है।

जब क्वार्ट्ज कांच को 1,100°C से अधिक तापमान पर लगातार रखा जाता है, तो क्रिस्टलीकरण और विट्रिफिकेशन का खतरा काफी बढ़ जाता है।इसलिए अनुशंसित तापमान से ऊपर लंबे समय तक काम करने से बचना चाहिए।.

दूधिया क्वार्ट्ज:
दूधिया क्वार्ट्ज का सिलिकॉन मैट्रिक्स स्पष्ट क्वार्ट्ज के समान है।तेजी से हीटिंग और ठंडा करने से बुलबुले के चारों ओर केंद्रित थर्मल तनाव उत्पन्न हो सकता है, दरार की संभावना बढ़ जाती है।

इसके दीर्घकालिक तापमान प्रतिरोध और थर्मल-शॉक प्रदर्शन इसलिए सामान्य रूप से उच्च गुणवत्ता वाले स्पष्ट क्वार्ट्ज और काले क्वार्ट्ज की तुलना में कम हैं।

फोटोवोल्टिक और अर्धचालक उपकरणों में, दूधिया क्वार्ट्ज का प्राथमिक मूल्य केवल यह नहीं है कि यह दृश्य प्रकाश को अवरुद्ध करता है, न ही यह उच्च तापमान का सामना करता है।इसका मुख्य कार्य हीटिंग कक्ष द्वारा उत्सर्जित अवरक्त विकिरण को प्रतिबिंबित करना है.

जब दूधिया क्वार्ट्ज का उपयोग इन्सुलेशन पैनलों, भट्ठी के प्लग और प्रतिक्रिया कक्ष के फ्लैंग्स में किया जाता है, तो यह भौतिक थर्मल शील्ड के रूप में कार्य करता है।

3.2 शुद्धता

शुद्धता की सामान्य रैंकिंग हैः

स्पष्ट क्वार्ट्ज > काला क्वार्ट्ज > दूधिया क्वार्ट्ज

स्पष्ट क्वार्ट्ज:
स्पष्ट क्वार्ट्ज की सिलिका शुद्धता आम तौर पर 99.99% से 99.9999% तक होती है। यह उच्च शुद्धता ऑप्टिकल ग्रेड और अर्धचालक ग्रेड सामग्री के लिए आवश्यक है। विशेष रूप से,कुछ उच्च शुद्धता वाले सिंथेटिक क्वार्ट्ज उत्पाद ppb स्तर पर अशुद्धता सांद्रता प्राप्त कर सकते हैं.

काला क्वार्ट्ज:
यद्यपि प्राथमिक सिलिकॉन और TiO2 जैसे कार्यात्मक घटकों को जानबूझकर काले क्वार्ट्ज में डाला जाता है, वे अनियंत्रित अशुद्धियों के बजाय नियंत्रित प्रक्रिया डोपेंट हैं।कुछ उत्पादों में, अशुद्धियों की मात्रा 17.5 ppm से कम रखी जा सकती है।

दूधिया क्वार्ट्ज:
चूंकि फोमिंग एजेंटों का उपयोग बड़ी मात्रा में माइक्रोन आकार के बुलबुले उत्पन्न करने के लिए किया जाता है, इसलिए कुल अशुद्धियों को नियंत्रित करना अधिक चुनौतीपूर्ण है।कुल अशुद्धियों की मात्रा 30 पीपीएम या उससे कम रखी जा सकती है.

4विनिर्माण प्रक्रियाएं

स्पष्ट क्वार्ट्ज

स्पष्ट क्वार्ट्ज को उच्च शुद्धता वाले क्वार्ट्ज रेत या सिंथेटिक सिलिकॉन आधारित कच्चे माल से निर्मित किया जा सकता है।

सामान्य उत्पादन विधियों में विद्युत संलयन, लौ संलयन और रासायनिक वाष्प जमाव शामिल हैं, जिसमें सिलिकॉन टेट्राक्लोराइड को अग्रदूत के रूप में उपयोग किया जाता है।

चयनित कच्चे माल और विनिर्माण प्रक्रिया सीधे शुद्धता, हाइड्रॉक्सिल सामग्री, बुलबुला एकाग्रता, वर्णक्रमीय संचरण और उच्च तापमान प्रदर्शन को प्रभावित करती है।

दूधिया क्वार्ट्ज

दूधिया क्वार्ट्ज आम तौर पर एक फोमिंग एजेंट के साथ संयुक्त उच्च शुद्धता क्वार्ट्ज रेत से उत्पादित किया जाता है। विशिष्ट विनिर्माण विधियों में स्लिप कास्टिंग और इसके बाद ठोस-राज्य सिंटरिंग या इलेक्ट्रिक फ्यूजन शामिल हैं।

उत्पादन के दौरान, आवश्यक अपारदर्शिता, अवरक्त परावर्तनशीलता और थर्मल-इन्सुलेशन प्रदर्शन प्राप्त करने के लिए बुलबुले के आकार, संख्या और वितरण को सटीक रूप से नियंत्रित किया जाना चाहिए।

काला क्वार्ट्ज

काले क्वार्ट्ज का उत्पादन क्वार्ट्ज कच्चे माल में कार्यात्मक रंग या प्रकाश अवशोषित करने वाले घटकों को सटीक रूप से जोड़कर किया जाता है, जिसके बाद विशेष रूप से नियंत्रित वातावरण में विद्युत संलयन या सिंटरिंग किया जाता है।

संवर्धक संरचना, प्रसंस्करण तापमान और भट्ठी के वातावरण को नियंत्रित करके, निर्माता एक स्थिर काला उपस्थिति, उच्च ऑप्टिकल अवशोषण प्राप्त कर सकते हैं,और उच्च तापमान पर विश्वसनीय प्रदर्शन.

5अनुप्रयोगः विभिन्न औद्योगिक भूमिकाओं के लिए विभिन्न सामग्री

स्पष्ट क्वार्ट्ज: ऑप्टिक्स और अर्धचालक विनिर्माण के लिए एक मौलिक सामग्री

स्पष्ट क्वार्ट्ज का व्यापक रूप से उपयोग निम्न में किया जाता हैः

• ऑप्टिकल घटक जैसे खगोलीय दूरबीन खिड़कियां, उच्च तापमान देखने वाली खिड़कियां और पराबैंगनी खिड़कियां;
• अर्धचालक फोटोलिथोग्राफी, प्रसार और थर्मल-प्रसंस्करण उपकरण;
• क्वार्ट्ज फैलाव ट्यूब और प्रक्रिया ट्यूब;
• ऑप्टिकल फाइबर के प्रीफॉर्म;
• उच्च शुद्धता वाले प्रयोगशाला रिएक्टर और पात्र।

इसे ट्यूबों, प्लेटों, छड़ों, छल्ले, नौकाओं, फ्लैंग्स, जहाजों और जटिल अनुकूलित घटकों में निर्मित किया जा सकता है, जिससे डिजाइन में काफी लचीलापन मिलता है।

मिल्की क्वार्ट्ज़: थर्मल इन्सुलेशन के लिए एक महत्वपूर्ण सामग्री

दूधिया क्वार्ट्ज का प्रयोग आमतौर पर निम्न में किया जाता हैः

• अर्धचालक और फोटोवोल्टिक उपकरणों के लिए प्रतिक्रिया कक्ष इन्सुलेशन पैनल;
• क्वार्ट्ज फ्लैंज, भट्ठी प्लग और इन्सुलेशन रिंग;
• उच्च तापमान उपकरण में अवरक्त परावर्तक घटक;
• चुनिंदा हीटिंग ट्यूब, हीट-एक्सचेंज ट्यूब और आइसोलेशन संरचनाएं जिनका उपयोग रासायनिक और धातु उपकरण में किया जाता है।

ब्लैक क्वार्ट्ज: थर्मल मैनेजमेंट और रेडिएशन प्रोटेक्शन में विशेषज्ञ

काले क्वार्ट्ज का उपयोग आमतौर पर निम्न में किया जाता हैः

• फोटोवोल्टिक और अर्धचालक थर्मल प्रोसेसिंग उपकरण में हीटिंग-एलिमेंट कवर;
• उच्च तापमान पर सुरक्षा प्लेटें और वेफर समर्थन;
• उच्च शक्ति वाले इन्फ्रारेड हीटिंग सिस्टम;
• लेजर और तीव्र प्रकाश सुरक्षा कवर;
• ऑप्टिकल फाइबर कनेक्टर्स और ऑप्टिकल सिस्टम में प्रकाश अवरोधक घटक।

स्पष्ट और दूधिया क्वार्ट्ज में अपेक्षाकृत अच्छी तरह से स्थापित मानकीकरण प्रणाली है।अभी भी मुख्य रूप से निर्माताओं के आंतरिक मानकों और अनुप्रयोग विशिष्ट तकनीकी समझौतों के अनुसार मूल्यांकन किया जाता है.

स्पष्ट क्वार्ट्ज

पारदर्शी ऑप्टिकल क्वार्ट्ज ग्लास को JC/T 185?? 2013 के अनुसार वर्गीकृत और मूल्यांकन किया जा सकता है,ऑप्टिकल क्वार्ट्ज ग्लास.

स्पेक्ट्रल-ट्रांसमिशन विशेषताओं के आधार परः

• JGS1मुख्य रूप से दूर-अल्ट्रावायलेट क्षेत्र में उच्च संचरण के लिए डिज़ाइन किया गया है।
• JGS2यह पराबैंगनी और दृश्य क्षेत्रों को कवर करता है और आम तौर पर प्रदर्शन और लागत के बीच अनुकूल संतुलन प्रदान करता है।
• JGS3मुख्य रूप से निकट अवरक्त अनुप्रयोगों के लिए अभिप्रेत है।

पारदर्शी क्वार्ट्ज ट्यूबों के संचरण प्रदर्शन का मूल्यांकन स्पेक्ट्रल-ट्रांसमिशन वक्रों का उपयोग करके किया जा सकता है, जिसमें JGS2 को आमतौर पर एक हरी रेखा द्वारा दर्शाया जाता है।

कुछ पारंपरिक दूधिया क्वार्ट्ज उत्पाद JC/T 182?? 1997 को संदर्भित करते रहते हैं।

काला क्वार्ट्ज

चूंकि काले क्वार्ट्ज के पास एक उच्च विनिर्माण सीमा है और अनुप्रयोग आवश्यकताएं अवशोषण, उत्सर्जन, शुद्धता और उच्च तापमान प्रदर्शन के संदर्भ में काफी भिन्न होती हैं,अभी तक कोई विशिष्ट एकीकृत राष्ट्रीय मानक स्थापित नहीं किया गया है.

व्यवहार में, उत्पादों का मूल्यांकन आम तौर पर प्रमुख आपूर्तिकर्ताओं जैसे हेरेस, जिसमें इसकी एचबीक्यू® श्रृंखला, फीलीहुआ और पैसिफिक क्वार्ट्ज,या विशिष्ट उपकरणों और परिचालन स्थितियों के लिए विकसित तकनीकी विनिर्देशों के अनुसार.

निष्कर्ष: आपको किस प्रकार का चुनना चाहिए?

उपयुक्त क्वार्ट्ज ग्लास का चयन अनिवार्य रूप से प्रकाश और गर्मी को ठीक से नियंत्रित करने की प्रक्रिया है।

• चुनेंपारदर्शी क्वार्ट्जजब उच्च प्रकाश पारगम्यता, कम ऑप्टिकल अवशोषण और उत्कृष्ट ऑप्टिकल समरूपता की आवश्यकता होती है।
• चुनेंदूधिया क्वार्ट्जजब प्रकाश को अवरुद्ध करना, थर्मल-रेडिएशन रिफ्लेक्शन और हीट आइसोलेशन प्राथमिक आवश्यकताएं हैं।
• चुनेंकाला क्वार्ट्जजब विकिरण अवशोषण, बेहतर तापमान एकरूपता और ऑप्टिकल या थर्मल सुरक्षा की आवश्यकता होती है।

इन तीनों में से कोई भी सामग्री सार्वभौमिक रूप से श्रेष्ठ नहीं है। सही चयन इस बात पर निर्भर करता है कि सामग्री के गुण वास्तविक परिचालन वातावरण के अनुकूल हैं या नहीं।