Qu'est-ce qu'un tube en verre de quartz ?

Tube en verre de quartz est un matériau de verre spécial fabriqué à partir de matière première de silice de très haute pureté, qui est fondue à haute température puis traitée avec précision. Avec ses excellentes performances globales, il joue un rôle irremplaçable dans les domaines de haute technologie tels que les semi-conducteurs, l'optoélectronique, les nouvelles énergies et les instruments de recherche scientifique.

La caractéristique la plus importante de ce matériau est son excellente résistance aux températures élevées, qui peut résister à des environnements à températures extrêmes sans déformation ni fissuration, et son excellente résistance aux chocs thermiques, qui peut s'adapter aux changements rapides de température. En termes d'optique, les tubes en verre de quartz ont une transmission lumineuse extrêmement élevée et conviennent à une large gamme de spectres allant de l'ultraviolet à l'infrarouge. En outre, il présente également une stabilité chimique extrêmement forte, peut résister à la plupart des acides forts et à la corrosion à haute température et garantir une utilisation stable à long terme dans des environnements difficiles.

Les tubes en verre de quartz possèdent également d'excellentes propriétés d'isolation électrique et de résistance mécanique, ce qui les rend idéaux pour les appareils électroniques et optiques de précision. La technologie de fabrication moderne peut produire des tubes de quartz de grande taille et de haute pureté et ajuster leurs performances grâce à des processus spéciaux pour répondre aux besoins de différents scénarios d'application. Qu'il s'agisse de fabrication de semi-conducteurs, de communications par fibre optique ou d'équipements de recherche scientifique haut de gamme, tubes en verre de quartz jouer un rôle clé et favoriser le développement de technologies de pointe.

1. Propriétés du matériau
Propriétés chimiques
L’excellente stabilité chimique des tubes en verre de quartz provient de leur composition et de leur structure particulières. Ce matériau de silice de haute pureté présente une inertie chimique presque parfaite et ne réagit pratiquement pas avec d'autres substances à température ambiante. Il présente une forte résistance à la plupart des acides inorganiques et des solvants organiques, y compris les acides forts tels que l'acide sulfurique concentré, l'acide nitrique et l'acide chlorhydrique, ainsi qu'aux composés organiques tels que les alcools et les cétones. Même dans des conditions de température élevée, les tubes en verre de quartz peuvent conserver cette propriété chimique stable, ce qui en fait un matériau de conteneur idéal pour la manipulation de substances corrosives.

Les tubes en verre de quartz ont une faible résistance à l'acide fluorhydrique et à l'acide phosphorique chaud car ces substances peuvent réagir spécifiquement avec la silice. De même, les tubes en verre de quartz sont également sensibles à la corrosion dans des environnements à haute température et fortement alcalins. Dans les applications pratiques, une attention particulière doit être portée pour éviter tout contact avec ces environnements chimiques spécifiques. C'est cette stabilité chimique unique qui rend les tubes en verre de quartz largement utilisés dans des domaines tels que la fabrication de semi-conducteurs et la production chimique qui nécessitent une pureté de matériau extrêmement élevée.

Propriétés thermiques
Tube en verre de quartzs peut résister en permanence à des environnements à ultra-haute température auxquels les matériaux métalliques ordinaires ne peuvent pas faire face. Cette excellente résistance à la chaleur vient de sa structure atomique particulière. Même dans des conditions de température extrêmement élevées, les tubes en verre de quartz peuvent maintenir leur intégrité structurelle sans ramollissement ni déformation. Ce qui est encore plus étonnant, c'est qu'il ne change pratiquement pas de taille lorsqu'il subit des changements de température drastiques, ce qui est extrêmement rare en science des matériaux.

Cette stabilité thermique unique fait des tubes en verre de quartz un choix idéal pour les environnements à températures extrêmes. Il peut subir un refroidissement rapide à plusieurs reprises depuis une température ultra-élevée jusqu'à la température ambiante sans se fissurer ni se casser, ce qui est important dans les processus industriels qui nécessitent des cycles thermiques fréquents. Dans le même temps, la conductivité thermique relativement faible des tubes en verre de quartz en fait un excellent matériau d'isolation thermique capable de bloquer efficacement le rayonnement et la conduction des sources de chaleur à haute température.

Propriétés optiques
Les tubes en verre de quartz présentent des avantages inégalés en termes de propriétés optiques. Il possède une plage de transmission spectrale extrêmement large et peut transmettre efficacement des ondes électromagnétiques de l'ultraviolet profond au proche infrarouge. Cette excellente propriété optique en fait un composant essentiel des systèmes optiques de précision. Selon les différentes exigences d'application, les propriétés optiques des tubes en verre de quartz peuvent également être ajustées de manière ciblée.

Grâce à un traitement spécial, des tubes en verre de quartz dotés de propriétés optiques spécifiques peuvent être fabriqués. Par exemple, les tubes de quartz laiteux permettent une diffusion uniforme de la lumière à travers des structures internes de microbulles, adaptées aux occasions nécessitant un éclairage doux ; l'ajout d'éléments spécifiques peut produire des tubes de quartz colorés avec des caractéristiques de transmission lumineuse sélectives pour des dispositifs de filtrage optique spéciaux. Ces propriétés optiques réglables élargissent considérablement la gamme d'applications des tubes en verre de quartz.

Propriétés mécaniques et électriques
Bien que tubes en verre de quartz ont une dureté et une résistance élevées, leurs caractéristiques fragiles nécessitent une attention particulière. Ce matériau est sujet à la fissuration lorsqu'il est soumis à un impact ou à une contrainte locale. Un soin particulier est donc requis lors de la manipulation, de l'installation et de l'utilisation. Grâce à une technologie de traitement de surface fine, les tubes en verre de quartz peuvent obtenir une finition de surface extrêmement élevée pour répondre aux exigences des applications optiques les plus strictes.

En termes de propriétés électriques, les tubes en verre de quartz présentent d'excellentes propriétés isolantes. Même à des températures élevées, il peut conserver de bonnes propriétés diélectriques sans modifications significatives de la conductivité. Cette propriété d’isolation stable en fait un matériau isolant idéal pour les équipements électriques haute tension et les composants électroniques. Dans le même temps, les tubes en verre de quartz ont également une excellente résistance à l'arc et peuvent être utilisés en toute sécurité dans des environnements à fort champ électrique.

Caractéristiques de surface et de traitement
Les caractéristiques de surface et de traitement de tubes en verre de quartz leur permettent de répondre aux besoins de diverses applications de précision. Sa surface naturelle présente un haut degré de finition et, après un polissage de précision, elle peut atteindre une planéité presque parfaite, répondant aux exigences strictes des composants optiques de qualité laser. La surface des tubes en verre de quartz peut être recouverte d'une variété de revêtements spéciaux, tels que des revêtements antireflet qui peuvent augmenter considérablement la transmission et des revêtements conducteurs qui peuvent lui conférer des propriétés conductrices.

En termes de technologie de traitement, le traitement à chaud des tubes en verre de quartz nécessite des températures extrêmement élevées, et un équipement spécial à flamme hydrogène-oxygène est généralement utilisé pour réaliser le soudage ou le formage à chaud ; tandis que le traitement à froid nécessite des outils diamantés pour la coupe et le perçage, ainsi qu'un polissage à la flamme des bords après le traitement pour empêcher les microfissures de se développer et d'affecter la résistance du matériau.

2. Processus de fabrication
Le processus de fabrication du tube en verre de quartz est un processus très sophistiqué qui nécessite un contrôle de qualité strict pour garantir que le produit final présente d'excellentes performances. Les méthodes de fabrication courantes actuelles comprennent l'étirage par fusion et le moulage par traitement, et chaque processus est conçu pour répondre à différentes exigences du produit.

Processus de production d'étirage à l'état fondu
En tant que technologie de base de la production continue, la méthode d'étirage à l'état fondu présente un flux de processus très précis. Au début de la production, des matières premières sélectionnées de sable de quartz de haute pureté sont introduites dans un four spécial à haute température. Ce four utilise une méthode de chauffage spéciale pour produire un environnement à ultra-haute température suffisant pour faire fondre complètement le quartz. Pendant le processus de fusion, les matières premières subissent une étape de purification stricte et les traces d'impuretés et de bulles sont éliminées par volatilisation à haute température et réactions chimiques.

Le liquide de verre de quartz fondu entre dans la zone de moulage, où un système de moulage précis façonne le verre liquide en une structure tubulaire. La conception et la fabrication du moule nécessitent une précision extrêmement élevée et sa tolérance dimensionnelle est contrôlée dans une très petite plage.

Pendant le processus d'étirage, le gradient de température contrôlé avec précision garantit que le verre liquide conserve la meilleure viscosité et fluidité pendant le moulage. Dans le même temps, le système de traction contrôlé par ordinateur étire le tube de verre à une vitesse constante, et cette vitesse doit être parfaitement adaptée à la vitesse de refroidissement du liquide de verre pour assurer l'uniformité de l'épaisseur de la paroi du tube.

Après formation, le tube en verre de quartz entre dans le processus de recuit, qui est une étape clé pour garantir la qualité du produit. Le four de recuit adopte une conception de contrôle de température zoné pour permettre au tube de verre de refroidir lentement selon la courbe de température prédéfinie. Ce processus peut éliminer efficacement les contraintes résiduelles à l'intérieur du verre et éviter les fissures ou la déformation du produit lors d'un traitement ou d'une utilisation ultérieure. Le produit recuit doit également être soumis à un contrôle de qualité strict, comprenant des mesures dimensionnelles, une analyse des contraintes et des tests de performances optiques.

Processus de production de moulage de traitement
La méthode de moulage par traitement est principalement utilisée dans la production de produits en verre de quartz de forme spéciale, et ses caractéristiques de processus se concentrent davantage sur la flexibilité et la précision. Le processus utilise comme matières premières des matériaux en verre de quartz préfabriqués de haute qualité, qui ont été strictement sélectionnés et prétraités.

Pendant le traitement, l'opérateur utilise un équipement de traitement thermique spécialement conçu pour chauffer localement le verre de quartz. La température de chauffage doit être contrôlée avec précision pour obtenir un ramollissement suffisant pour le moulage et éviter un chauffage excessif qui endommagerait les propriétés du matériau. Des techniciens expérimentés détermineront le meilleur moment pour traiter en observant l'état d'écoulement visqueux du verre.

Pour les produits aux formes complexes, tels que les tuyaux multi-coudes ou les connecteurs de forme spéciale, des moules spéciaux sont généralement nécessaires pour réaliser le moulage. Le matériau du moule doit être capable de résister à la température de traitement du verre de quartz tout en garantissant la douceur de la surface du moulage. Dans certaines occasions de haute précision, un équipement d'usinage CNC assisté par ordinateur est également utilisé pour obtenir un contrôle de moulage plus précis.

Les produits après traitement et moulage doivent également subir un recuit fin. Contrairement à la méthode d'étirage par fusion, le processus de recuit de ces produits de forme spéciale nécessite souvent des courbes de température personnalisées pour répondre aux besoins de soulagement des contraintes des pièces de différentes épaisseurs. Enfin, chaque produit doit subir une inspection stricte de son apparence, des mesures dimensionnelles et des tests de performance pour garantir qu'il répond aux exigences d'utilisation.

Le système de contrôle qualité des deux processus comprend plusieurs liens tels que l'inspection des matières premières, la surveillance des processus et l'inspection du produit fini. La ligne de production moderne est également équipée d'un système de surveillance en ligne pour surveiller les paramètres clés du processus en temps réel afin de garantir la stabilité du processus de production et la cohérence des performances du produit.

Grâce à ces processus de fabrication précis, les tubes en verre de quartz peuvent répondre aux exigences strictes en matière de performances des matériaux dans des domaines haut de gamme tels que les semi-conducteurs et l'optique.

3. Classement principal
Tube de quartz transparent
En tant que type le plus basique, les excellentes performances du transparent tube en verre de quartz provient d'un processus de fabrication strictement contrôlé. Ce type de tube utilise du sable de quartz de très haute pureté comme matière première et est éliminé par un processus de fusion spécial pour former une structure amorphe hautement homogène. Sa microstructure est dense et uniforme, et il n'y a presque pas de centres de diffusion de la lumière, elle possède donc une excellente transmission optique. Il peut maintenir une transmission stable dans un large spectre allant de l'ultraviolet profond au proche infrarouge, ce qui en fait un matériau idéal pour les systèmes optiques.

Dans l'industrie des semi-conducteurs, les tubes de quartz transparents sont largement utilisés comme composants clés tels que les tubes de four à diffusion et les tubes de réaction épitaxiale en raison de leur inertie chimique et de leur stabilité thermique. Dans le domaine de l'éclairage, il est utilisé pour fabriquer la cavité électroluminescente de sources lumineuses spéciales telles que les lampes à décharge de gaz à haute pression et les lampes germicides ultraviolettes. Il est souvent utilisé comme composant optique clé, tel que les fenêtres optiques et les cellules d'échantillonnage dans les instruments de recherche scientifique. Il est également couramment utilisé dans les équipements médicaux comme composant de transmission optique d’instruments tels que les endoscopes.

Tube de quartz ovale
L’aspect particulier du tube de quartz opale vient du réseau de bulles submicroniques uniformément réparties à l’intérieur. Ces bulles sont formées en contrôlant avec précision les paramètres du processus pendant le processus de fusion, et leur taille et leur densité de distribution affectent directement les propriétés optiques du tube. La structure à bulles produit non seulement un effet de diffusion douce de la lumière, mais réduit également considérablement la conductivité thermique du matériau, ce qui lui confère de bonnes propriétés d'isolation thermique.

Dans le domaine du chauffage infrarouge, les tubes de quartz opalescents peuvent disperser uniformément le rayonnement thermique et éviter une surchauffe locale. Il est souvent utilisé comme tube de protection d'élément chauffant dans les équipements de transformation des aliments, ce qui peut garantir l'efficacité du chauffage et empêcher les aliments de brûler. Dans les dispositifs d'éclairage spéciaux, il est utilisé pour créer une source lumineuse de surface uniforme et non éblouissante. Certains instruments analytiques utilisent également des tubes de quartz opalescents comme chambres d'échantillons pour obtenir un trajet lumineux de détection uniforme.

Tubes de quartz colorés
Les exigences du processus de fabrication des tubes de quartz colorés sont extrêmement élevées et des effets de coloration stables doivent être obtenus tout en conservant les propriétés de base du verre de quartz. Le processus de coloration utilise généralement une méthode de fusion à haute température pour incorporer uniformément des oxydes métalliques spécifiques dans la matrice de quartz. Différents colorants produiront des spectres d'absorption caractéristiques, tels que les éléments de cobalt produisent du bleu, les éléments de manganèse produisent du violet, etc.

Ces tubes colorés ne sont pas seulement décoratifs, mais surtout, ils possèdent des propriétés filtrantes sélectives. Dans les systèmes d’éclairage de scène, les tubes de quartz colorés peuvent produire directement une lumière de couleur spécifique. Dans les dispositifs expérimentaux optiques, il peut être utilisé comme élément filtrant pour des longueurs d'onde spécifiques. Certains équipements de détection industriels utilisent également ses propriétés de filtrage pour l'analyse spectrale. Des tubes colorés spécialement formulés peuvent également protéger contre les rayonnements nocifs et sont utilisés dans les dispositifs de protection.

Tubes de quartz de forme spéciale
La fabrication de tubes de quartz de forme spéciale démontre pleinement la flexibilité de la technologie de traitement du verre de quartz. Selon les exigences de l'application, il peut être transformé en diverses formes géométriques complexes, notamment des coudes multi-angles, des tubes à trois voies en forme de T, des tubes de connexion réducteurs, etc. Ces formes spéciales nécessitent généralement une combinaison de plusieurs technologies de traitement, telles que le cintrage à chaud, le soudage de précision et l'usinage.

Dans les équipements semi-conducteurs, des tubes de quartz de forme spéciale sont utilisés pour construire des systèmes complexes de distribution de gaz. Dans la production chimique, les tubes de quartz de forme spéciale peuvent répondre à des exigences de processus exigeantes. Les dispositifs expérimentaux de recherche scientifique nécessitent souvent des systèmes de tuyauterie en quartz personnalisés. Certains équipements médicaux utilisent également des tubes de quartz de forme spéciale comme composants fonctionnels clés.

Tubes à faible teneur en hydroxyle
La fabrication de tubes de quartz à faible teneur en hydroxyle nécessite un contrôle de processus spécial. La teneur en hydroxyle du matériau peut être considérablement réduite en optimisant l'atmosphère de fusion, en utilisant la technologie de dégazage sous vide et en utilisant des matières premières de haute pureté. Les technologies plus avancées incluent également des processus spéciaux tels que le traitement ultérieur au plasma.

Dans le domaine de la technologie laser, les tubes à faible teneur en hydroxyle réduisent considérablement les pertes par absorption infrarouge et constituent les composants essentiels des lasers haute puissance. Dans les systèmes optiques de précision, il peut réduire la distorsion optique provoquée par les groupes hydroxyle. Certains équipements de source lumineuse spéciaux nécessitent également des tubes à faible teneur en hydroxyle pour garantir la pureté spectrale. Dans le domaine des communications par fibre optique, il est utilisé comme matériau de préforme pour les fibres optiques à faibles pertes.

4. Domaines d'application principaux
Dans le domaine de la technologie optoélectronique, tubes en verre de quartz jouent un rôle irremplaçable. En tant que composant essentiel des sources lumineuses spéciales, il est largement utilisé dans la fabrication de lampes à décharge de gaz à haute intensité, notamment les lampes aux halogénures métalliques, les lampes au sodium à haute pression, etc. Ces équipements d'éclairage peuvent atteindre une température interne de milliers de degrés Celsius lorsqu'ils fonctionnent, accompagnés d'un fort rayonnement ultraviolet.

Les tubes en verre de quartz sont parfaitement qualifiés grâce à leur résistance aux hautes températures et leurs propriétés anti-ultraviolettes. Dans l'application de la technologie ultraviolette, les tubes en verre de quartz sont le matériau préféré pour la fabrication de lampes de stérilisation UV, de lampes de polymérisation ultraviolette et d'autres équipements. Leur excellente transmission des ultraviolets garantit des effets de stérilisation et de durcissement.

Le domaine des communications par fibre optique est indissociable des tubes en verre de quartz. En tant que matériau de base de la préforme de la fibre optique, le tube de quartz de haute pureté est soumis à un processus complexe de dépôt et d'étirage pour finalement former une fibre optique qui transmet les signaux optiques. Dans la technologie laser, des tubes en verre de quartz spécialement traités sont utilisés pour fabriquer des composants clés tels que la cavité résonante et la fenêtre de sortie du laser. Leur excellente uniformité optique et stabilité thermique garantissent la qualité et la stabilité de la sortie laser.

La fabrication de semi-conducteurs dépend fortement des tubes en verre de quartz. Les tubes en verre de quartz jouent un rôle important dans de nombreux maillons clés de la production de copeaux. Dans le processus de croissance du silicium monocristallin, des creusets en quartz de haute pureté et des composants de champ thermique garantissent un environnement pur pour la croissance des cristaux. Dans les processus à haute température tels que la diffusion et l'oxydation, les tubes en verre de quartz sont utilisés comme cavités de processus et conduites de distribution de gaz pour résister aux gaz corrosifs et aux températures extrêmes.

Dans les équipements de traitement des plaquettes, tubes en verre de quartz sont transformés en composants clés tels que des supports de tranches et des distributeurs de gaz de différentes formes. L'industrie photovoltaïque utilise également un grand nombre de tubes en verre de quartz, notamment dans les lingots de silicium polycristallin et les équipements de croissance de silicium monocristallin. La pureté des tubes de quartz affecte directement l'efficacité de conversion des cellules solaires. Avec l'avancement continu des nœuds de processus semi-conducteurs, les exigences de pureté et de planéité des tubes en verre de quartz deviennent de plus en plus élevées.

L'industrie chimique exploite pleinement l'excellente stabilité chimique des tubes en verre de quartz. Lors du traitement de milieux corrosifs tels que les acides forts et les alcalis forts, les réacteurs en verre de quartz, les échangeurs de chaleur et autres équipements présentent une excellente résistance à la corrosion. En laboratoire, les tubes en verre de quartz sont transformés en divers dispositifs expérimentaux de précision, tels que des cellules d'échantillons d'analyse spectrale, des tubes de réaction à haute température, etc., et leur inertie chimique garantit l'exactitude des données expérimentales.

Dans le domaine des tests analytiques, les cuvettes de quartz, les prismes optiques et d'autres composants garantissent la précision de la mesure spectrale. Les instituts de recherche scientifique utilisent souvent des tubes en verre de quartz pour construire des dispositifs expérimentaux spéciaux, tels que des fenêtres d'observation à haute température, des composants de systèmes à vide, etc., afin de répondre aux besoins expérimentaux dans des conditions extrêmes. L'application des tubes en verre de quartz dans ces domaines a considérablement élargi les possibilités de recherche et d'expérimentation chimiques.

Dans le domaine du chauffage industriel, tubes en verre de quartz sont largement utilisés comme tubes de rayonnement et manchons de protection pour les radiateurs infrarouges. Sa résistance aux températures élevées permet aux équipements de chauffage de fonctionner de manière stable et durable dans des environnements difficiles. Dans les équipements de stérilisation médicale, les récipients de stérilisation constitués de tubes en verre de quartz peuvent résister à une stérilisation répétée à la vapeur à haute température et haute pression.

Les composants clés tels que les fenêtres d'observation et les capots de protection des capteurs des avions et des engins spatiaux sont constitués de tubes de verre de quartz spéciaux pour garantir la fiabilité dans des environnements extrêmes. L'industrie agroalimentaire utilise la sécurité et les propriétés non toxiques des tubes en verre de quartz pour les appliquer aux appareils chauffants qui entrent en contact direct avec les aliments, tels que les tubes chauffants pour les équipements de cuisson.