中国粉体网讯  纯净的石英玻璃由单一的二氧化硅（SiO₂）成分构成，与石英晶体中Si-O呈规律的周期性排列不同，石英玻璃中的Si-O键呈短程有序、长程无序的排列状态，因此其各项物理性质表现出各向同性。由于Si-O键的键能较强且较为稳定，石英玻璃具有较高的软化温度和一系列优异的性能。

石英玻璃的分类

根据制备方法的不同可以将其分为天然石英玻璃和合成石英玻璃，前者通过天然石英原料熔制而成，而后者以含硅化合物为原料通过化学合成制得。

根据外观可以将其分为透明石英玻璃和不透明石英玻璃，两者的区别在于石英玻璃中气泡的含量不同，不透明石英玻璃中含有一定浓度的微气泡，因此从外观来看其为白色、混浊的非透明状。透明石英玻璃中气泡含量很少，通常用ppm（百万分之一质量浓度）来表示，其外观为透明状。透明石英玻璃的制备条件远比不透明石英玻璃严苛，其应用范围也远大于后者。

石英股份半导体级石英板

按照光谱特征可以将其分为紫外石英玻璃、红外石英玻璃、可见光谱石英玻璃及宽光谱石英玻璃等。

国际学术和工业领域通用的石英玻璃分类方法为按照其制备工艺进行分类。根据制备工艺和性质的不同，通常可以将透明石英玻璃分为以下四类：

I类：以天然石英为原料，在真空或惰性气体环境下通过电熔方法制得的透明石英玻璃。此种石英玻璃的羟基含量一般低于5 ppm，但是含有较高的金属杂质，如Al（30~200 ppm）、Na（4~10 ppm）等。

II类：以天然石英为原料，通过燃烧器火焰熔制得到的透明石英玻璃。由于燃烧过程一般有水生成，此类石英玻璃的羟基含量一般高于I类石英玻璃，约为250~400 ppm。

III类：以四氯化硅（SiCl₄）为原料，在氢氧火焰中通过水解反应制得的合成石英玻璃。此类石英玻璃几乎不含金属杂质，但是羟基含量高达1000 ppm，Cl元素含量高达100 ppm。

IV类：以SiCl₄为原料，在等离子火焰中热解制得的合成石英玻璃。由于避免了水解反应，此类石英玻璃的羟基可低至0.4 ppm，但是Cl元素含量略有提高，约为200 ppm。

石英玻璃的性能及应用

光学性能

石英玻璃具有一系列优异的光学性能。与普通玻璃相比，高纯石英玻璃具有从远紫外（160 nm）到远红外（5μm）极宽光谱内的良好透过性，这是一般光学玻璃所不具备的。优异的光谱透过性和光学均匀性使得石英玻璃广泛应用于半导体光刻和精密光学器件领域。

此外，石英玻璃具有良好的耐辐照性能，III型、IV型石英玻璃在高强度的宇宙射线、原子射线辐照下也不会发生变色。耐辐照石英玻璃已经广泛用作“神舟”系列宇宙飞船的窗口材料，“天宫”系列空间实验室关键部件的防护罩等。

机械性能

石英玻璃和普通玻璃类似，属于脆硬材料。透明石英玻璃的密度约为2200~2210kg/m³，并且随温度变化很小。室温下透明石英玻璃的杨氏模量在7000~7400MPa之间，泊松比在0.15~0.17之间。

与普通玻璃相同，石英玻璃的强度参数受很多因素影响，包括表面状态、几何形状和测试方法等。透明石英玻璃的抗压强度一般为490~1960 MPa，抗拉强度为50~70 MPa，抗弯强度为66~108 MPa，抗扭强度约为30 MPa。不透明石英玻璃的各项强度参数都低于透明石英玻璃。透明石英玻璃的莫氏硬度在5.5~6.5之间，维氏硬度约为6963 MPa，高于普通的工业玻璃。

电学性能

石英玻璃是优良的电绝缘材料。与普通玻璃相比，石英玻璃有着较高的电阻率，常温下石英玻璃的电阻率高达1.8×10¹⁹Ω∙cm。此外，石英玻璃有着较高的击穿电压（约为普通玻璃的20倍）以及较低的介电损耗。石英玻璃的电阻率随着温度升高略有下降，不透明石英玻璃的电阻率低于透明石英玻璃。

热学性能

由于石英玻璃内部几乎全部为较强的Si-O键作用，它的软化温度非常高，长期工作温度可达1000℃。另外石英玻璃的热膨胀系数是常见工业玻璃之中最低的，其线膨胀系数可达5×10^-7/℃，经过特殊处理的石英玻璃甚至可以达到零膨胀。石英玻璃还具有非常好的抗热振性，即在短时间内反复经历极大的温差也不会开裂。

这些优良的热学特性使得石英玻璃在高温和极端工作环境中有着其他玻璃不可替代的地位。高纯的石英玻璃可以应用在半导体行业的芯片制造、光纤制造的辅材、工业高温炉的观察窗、大功率电光源以及航天飞机表面充当隔热层等。极低的热膨胀系数还使得石英玻璃可以应用于精密仪器、大型天文望远镜的镜头材料等。

化学性能

石英玻璃的化学稳定性非常好。不同于其他的商业玻璃，石英玻璃对水有着极高的化学稳定性，因此可以应用在对水的纯度要求极高的水蒸馏器中。石英玻璃具有优良的耐酸性和耐盐性，除氢氟酸、磷酸和碱性盐溶液外，与大多数酸和盐溶液都不发生反应。与酸和盐溶液相比，石英玻璃的耐碱性较差，在高温下会与碱溶液反应。

除此之外，石英玻璃和大多数氧化物、金属、非金属以及气体等在常规温度下都不反应。极高的纯度和良好的化学稳定性使得石英玻璃可以应用在半导体制造业等对生产条件要求较高的环境中。

资料来源：

马千里：高纯石英玻璃制备过程的研究和工艺优化，华中科技大学

（中国粉体网编辑整理/平安）

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