中國粉體網訊 純凈的石英玻璃由單一的二氧化硅（SiO2）成分構成，與石英晶體中Si-O呈規律的周期性排列不同，石英玻璃中的Si-O鍵呈短程有序、長程無序的排列狀態，因此其各項物理性質表現出各向同性。由于Si-O鍵的鍵能較強且較為穩定，石英玻璃具有較高的軟化溫度和一系列優異的性能。
石英玻璃的分類
根據制備方法的不同可以將其分為天然石英玻璃和合成石英玻璃，前者通過天然石英原料熔制而成，而后者以含硅化合物為原料通過化學合成制得。
根據外觀可以將其分為透明石英玻璃和不透明石英玻璃，兩者的區別在于石英玻璃中氣泡的含量不同，不透明石英玻璃中含有一定濃度的微氣泡，因此從外觀來看其為白色、混濁的非透明狀。透明石英玻璃中氣泡含量很少，通常用ppm（百萬分之一質量濃度）來表示，其外觀為透明狀。透明石英玻璃的制備條件遠比不透明石英玻璃嚴苛，其應用范圍也遠大于后者。
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按照光譜特征可以將其分為紫外石英玻璃、紅外石英玻璃、可見光譜石英玻璃及寬光譜石英玻璃等。
國際學術和工業領域通用的石英玻璃分類方法為按照其制備工藝進行分類。根據制備工藝和性質的不同，通常可以將透明石英玻璃分為以下四類：
I類：以天然石英為原料，在真空或惰性氣體環境下通過電熔方法制得的透明石英玻璃。此種石英玻璃的羥基含量一般低于5 ppm，但是含有較高的金屬雜質，如Al（30~200 ppm）、Na（4~10 ppm）等。
II類：以天然石英為原料，通過燃燒器火焰熔制得到的透明石英玻璃。由于燃燒過程一般有水生成，此類石英玻璃的羥基含量一般高于I類石英玻璃，約為250~400 ppm。
III類：以四氯化硅（SiCl4）為原料，在氫氧火焰中通過水解反應制得的合成石英玻璃。此類石英玻璃幾乎不含金屬雜質，但是羥基含量高達1000 ppm，Cl元素含量高達100 ppm。
IV類：以SiCl4為原料，在等離子火焰中熱解制得的合成石英玻璃。由于避免了水解反應，此類石英玻璃的羥基可低至0.4 ppm，但是Cl元素含量略有提高，約為200 ppm。
石英玻璃的性能及應用
光學性能
石英玻璃具有一系列優異的光學性能。與普通玻璃相比，高純石英玻璃具有從遠紫外（160 nm）到遠紅外（5μm）極寬光譜內的良好透過性，這是一般光學玻璃所不具備的。優異的光譜透過性和光學均勻性使得石英玻璃廣泛應用于半導體光刻和精密光學器件領域。
此外，石英玻璃具有良好的耐輻照性能，III型、IV型石英玻璃在高強度的宇宙射線、原子射線輻照下也不會發生變色。耐輻照石英玻璃已經廣泛用作“神舟”系列宇宙飛船的窗口材料，“天宮”系列空間實驗室關鍵部件的防護罩等。
機械性能
石英玻璃和普通玻璃類似，屬于脆硬材料。透明石英玻璃的密度約為2200~2210kg/m3，并且隨溫度變化很小。室溫下透明石英玻璃的楊氏模量在7000~7400MPa之間，泊松比在0.15~0.17之間。
與普通玻璃相同，石英玻璃的強度參數受很多因素影響，包括表面狀態、幾何形狀和測試方法等。透明石英玻璃的抗壓強度一般為490~1960 MPa，抗拉強度為50~70 MPa，抗彎強度為66~108 MPa，抗扭強度約為30 MPa。不透明石英玻璃的各項強度參數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之間，維氏硬度約為6963 MPa，高于普通的工業玻璃。
電學性能
石英玻璃是優良的電絕緣材料。與普通玻璃相比，石英玻璃有著較高的電阻率，常溫下石英玻璃的電阻率高達1.8×1019Ω∙cm。此外，石英玻璃有著較高的擊穿電壓（約為普通玻璃的20倍）以及較低的介電損耗。石英玻璃的電阻率隨著溫度升高略有下降，不透明石英玻璃的電阻率低于透明石英玻璃。
熱學性能
由于石英玻璃內部幾乎全部為較強的Si-O鍵作用，它的軟化溫度非常高，長期工作溫度可達1000℃。另外石英玻璃的熱膨脹系數是常見工業玻璃之中最低的，其線膨脹系數可達5×10-7/℃，經過特殊處理的石英玻璃甚至可以達到零膨脹。石英玻璃還具有非常好的抗熱振性，即在短時間內反復經歷極大的溫差也不會開裂。
這些優良的熱學特性使得石英玻璃在高溫和極端工作環境中有著其他玻璃不可替代的地位。高純的石英玻璃可以應用在半導體行業的芯片制造、光纖制造的輔材、工業高溫爐的觀察窗、大功率電光源以及航天飛機表面充當隔熱層等。極低的熱膨脹系數還使得石英玻璃可以應用于精密儀器、大型天文望遠鏡的鏡頭材料等。
化學性能
石英玻璃的化學穩定性非常好。不同于其他的商業玻璃，石英玻璃對水有著極高的化學穩定性，因此可以應用在對水的純度要求極高的水蒸餾器中。石英玻璃具有優良的耐酸性和耐鹽性，除氫氟酸、磷酸和堿性鹽溶液外，與大多數酸和鹽溶液都不發生反應。與酸和鹽溶液相比，石英玻璃的耐堿性較差，在高溫下會與堿溶液反應。
除此之外，石英玻璃和大多數氧化物、金屬、非金屬以及氣體等在常規溫度下都不反應。極高的純度和良好的化學穩定性使得石英玻璃可以應用在半導體制造業等對生產條件要求較高的環境中。
資料來源：
馬千里：高純石英玻璃制備過程的研究和工藝優化，華中科技大學
（中國粉體網編輯整理/平安）
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