石英玻璃的主要成分、应用领域有哪些？

石英玻璃是一种由高纯度石英（主要成分为二氧化硅）制成的特种玻璃。它具有众多优异的特性，在多个领域有着广泛的应用。

在特性方面，石英玻璃硬度大可达莫氏七级。其耐高温性能突出，经常使用温度为 1100℃~1200℃，短期使用温度可达 1400℃。热膨胀系数极小，是普通玻璃的 1/10 – 1/20，有很好的抗热震性，加热至 1100℃左右放入常温水中也不会炸裂。除氢氟酸、热磷酸外，对一般酸有较好的耐酸性，耐酸腐蚀性能优于耐酸陶瓷的 30 倍，优于不锈钢 150 倍。光学性能优异，既可以透过远紫外光谱，是所有透紫外材料最优者，又可透过可见光和近红外光谱，在紫外到红外辐射的连续波长范围都有优良的透射比。电绝缘性能良好，电阻值相当于普通玻璃的一万倍，即使在高温下也具有良好的电性能。

在应用领域，石英玻璃广泛运用于冶金、化工等工业需要耐高温的设备中。在核工业和航空航天领域，火箭、飞船的观察窗及保温外壳由石英玻璃制作。化工、制药等工业中，因其在高温下的化学稳定性而被采用。在新型光源方面，制造高压汞灯、长号氙灯、碘钨灯、红外线灯、杀菌灯等。半导体方面，作为半导体材料和零部件生产过程中不可缺少的材料。新技术领域如声音、光、电的性能、雷达的超声波延迟线、红外跟踪测向、真空吸附装置等也有应用。在航空航天领域，飞船的关键部位材料要求具备强度高、电常数和电损耗小、耐高温、膨胀系数低、抗腐蚀等一系列苛刻的条件，石英纤维被制成石英棉、石英布等材料用于制飞机机头雷达罩、火箭的尾喷管、空间航天器的烧蚀材料等。此外，石英玻璃还用于制作半导体、电光源器、半导通信装置、激光器，光学仪器，实验室仪器、电学设备、医疗设备和耐高温耐腐蚀的化学仪器、化工、电子、冶金、建材以及国防等工业。在光学领域，可用于制造透镜、棱镜、分光镜等光学元件。在电子优化器件领域，保持元器件内部的结构和形状稳定，产生紫外线透射性能。在半导体制造领域，用于制造氧化硅膜、隔离层、显示器件和半导体基板等。在化学和生物科学领域，用于检测、测量和诊断。在电光源行业，除普通光源灯的应用外，已在特种光源方面大量使用，如紫外线灯具、红外辐射灯、激光跟踪、半导体光源等。在光纤行业生产中，是光纤预制、生产过程中的主要辅助配套材料。在航空航天行业中，用于制作望远镜材料、太空激光反射镜材料、宇宙飞船的舷窗材料、防腐照隔热材料、太空摄像机镜斗观察窗等材料，还具有超声波延迟性能，可用于雷达识别移动目标测定。同时，石英玻璃在大专院校、科研院所、实验室、化验室中可制造各种玻璃仪器和器皿；在光学领域可做成各种平镜、凸凹透镜、棱镜等应用于各种光学仪器中；在化工行业可制造各种石英玻璃反应、蒸馏、提纯等设备；在冶炼和高温电炉行业可做为观察窗口镜片、坩埚、电炉炉管等；在电子信息半导体方面，除本身可做半导体石英玻璃的材料和器件，更是半导体生产过程中必须使用的辅件及设备；在电光源行业是传统的应用材料，用于特种光源；在光纤行业是光纤预制、生产过程中的主要辅助配套材料；在航空航天行业用于制作多种材料；具有好的电学性能，可做成石英基片绝缘、耐高电压管道等；在半导体、光通信、军工、治金、建材、化学、机械、电力、环保等各个领域也被广泛应用。

石英玻璃具有一系列独特的特性。首先，它的硬度大，可达莫氏七级。耐高温性能卓越，经常使用温度为 1100 – 1200 摄氏度，短期使用温度可达 1400 摄氏度。线膨胀系数较小，是普通玻璃的 1/10 – 1/20，具有很好的抗热震性，能承受剧烈的温度变化。例如，将石英玻璃加热至 1100℃左右，放入常温水中也不会炸裂。

在化学稳定性方面，除氢氟酸、热磷酸外，对一般酸有较好的耐酸性。其耐酸能力是陶瓷的 30 倍，不锈钢的 150 倍，尤其是在高温下的化学稳定性，是其他任何工程材料都无法比拟的。

石英玻璃是优良的高温介电绝缘材料，常温下电阻率高达 1.8×1019Ω・cm，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。

在光学性能方面，高纯石英玻璃具有从远紫外（160nm）到远红外（5μm）极宽光谱内的良好透过性，是所有透紫外材料最优者，又可透过可见光和近红外光谱。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，耐辐照石英玻璃已经广泛用作 “神舟” 系列宇宙飞船。

石英玻璃还具有失透性、透气性低等特性。在常温下，可以认为石英玻璃是不透气的，在高温下，某些气体的透气常数也很小。

石英玻璃在航空航天领域有着广泛且重要的应用。石英玻璃纤维和以石英玻璃纤维为基材的复合材料具有优良的耐高温、耐烧蚀、高透波与电绝缘性能，被广泛应用于航空航天领域。

耐辐照石英玻璃与高纯石英玻璃具有特定的光学特性、耐宇宙射线辐照、抗热冲击等性能，成为航天飞行器姿控系统不可替代的光学元件。耐辐照石英玻璃具有耐宇宙射线截紫外的功能，特别适用于高轨卫星的太阳敏感器光学窗口，具有在轨服役时间长、性能稳定等优点。

低渗氦耐辐照高纯石英玻璃可作为激光出射窗口和在线监测窗口，应用于嫦娥六号上升器激光陀螺仪。这种石英玻璃经受住了宇宙极端环境的考验，不仅能够有效抵御宇宙射线的强烈辐照，还具备高膨胀系数适配性，能够阻挡氦气的扩散，确保了激光陀螺仪对角速度测量的高精度，进而保证了飞行定位准确性，为采样任务的圆满完成提供了有力的技术支撑。

此外，高强度抗辐照玻璃盖片能为宇宙飞船的太阳能电池能源系统提供有效保护。石英玻璃的密度小，抗压能力强且光学性能好，满足太空窗口材料滤紫外耐辐射的要求，避免高能射线照射下形成 “色心”，被广泛应用于卫星及宇宙飞船。

在半导体制造领域，石英玻璃是关键的上游材料。石英玻璃材料及制品广泛应用于半导体芯片制程中，是半导体蚀刻、扩散、氧化等工序所需的承载器件与腔体耗材。

前端工序石英器件在半导体制造中发挥着重要作用，如扩散、氧化环节使用大量的石英玻璃扩散管及石英法兰、石英玻璃炉管（支托或运载石英舟进入或者退出扩散炉）、石英舟（承载硅片）、支架（承载多个石英舟）等器件产品。

光掩模基板也是半导体制造中的重要材料，石英玻璃具有高纯度、低反射率、低热膨胀系数等特点，是当前光掩模的主要基板材料。光掩膜版是液晶显示器、半导体等制造过程中的图形 “底片” 转移用的高精密工具，决定了电子元器件产品精度和质量，对于其所使用的石英玻璃材料要求极高，通常采用高纯合成石英玻璃作为基础材料。

半导体用石英玻璃材料核心技术被美国迈图（原 GE 公司）、德国贺利氏、日本 TOSOH 等公司掌握，我国购买基础材料进行深加工，严重制约相关产业发展，影响半导体制造业市场竞争力。

石英玻璃在光学领域具有诸多优势。首先，其低光损耗特性是突出优势之一。在光通信系统中，石英玻璃的低光损耗特性能够有效地减少光信号在传输过程中的损失，从而实现长距离、高速率的数据传输。这使得石英玻璃成为光纤通信系统的首选材料。

其次，石英玻璃具有宽光谱范围，在可见光和红外光谱范围内具有良好的透明性，能够传输多个波长的光信号。这为多信道通信和波分复用技术提供了可能，极大地提高了光通信系统的传输容量。

石英玻璃的抗腐蚀性也是重要优势。光通信系统中的化学物质、湿度等环境因素可能对材料性能造成影响，而石英玻璃的化学稳定性和抗腐蚀性能够有效地抵抗这些因素的影响，保持其光学性能的稳定。

高温稳定性方面，在光通信设备中，如光纤放大器和激光器等，往往需要承受高温的环境。石英玻璃的高温稳定性使其能够在这种环境下保持稳定的性能，为光通信设备提供可靠的支持。

机械强度方面，光通信系统中的机械应力和冲击可能对光纤造成损坏，而石英玻璃的机械强度和耐磨性能够有效地抵抗这些因素的影响，保护光纤免受损坏。

最后，石英玻璃的低色散特性能够有效地减少色散效应带来的光信号损耗，提高光信号的质量。

在光学仪器中，透明石英玻璃的光学性能好，折射率低，可以满足 185 – 3500mμ 波段范围内任意透光波段，因此既可以作为光学仪器的透紫外材料也可以作为透红外材料，主要产品为制造摄谱仪、红外照相机、棱镜以及透镜。低膨胀石英玻璃具有极低的热膨胀系数，并且冷热加工性能优良，能够制成封闭式蜂窝结构，是太空望远镜等空间光学系统反射镜的首选材料。

在电光源行业，石英玻璃电光源产品应用广泛。常见的低强度的节能灯、杀菌灯以及高强度的莱灯、钠灯、金属卤化物灯、红外线灯、紫外线杀菌灯都是石英玻璃电光源产品，杀菌灯被广泛应用于饮食行业和医疗卫生行业。

为避免灯管冷热不均炸裂，卤素灯、金卤灯、放电灯、杀菌灯和红外加热等特种电光源使用石英玻璃管，因为石英玻璃具有热膨胀系数小的优点。

光伏设备用石英玻璃不易被紫外线和高能辐射损坏。光可以在功能化光路中穿过石英玻璃，失真小。具有光学应用的产品示例有：棱镜、透镜、分束器、偏振器、反射镜和窗口。石英玻璃可作为高纯反应室、气体 / 液体入口或输送管道广泛应用于光伏行业，太阳能扩散炉和 PECVD 管式炉之中。

综上所述，石英玻璃凭借其独特的特性，在航空航天、半导体制造、光学、电光源等多个领域发挥着不可替代的作用。随着科技的不断进步，石英玻璃的应用领域还将不断拓展，为各行业的发展提供更加优质的材料支持。