Kvarts vs smeltet Silica: Hvad er forskellene?

listen over udtryk, der bruges til at beskrive forskellige silicabaserede materialer, er forvirrende, lang og ofte misforstået; disse udtryk inkluderer smeltet silica, silica, kvartsglas, smeltet kvarts og kvart.

Billedkredit: Mo-Sci Corp.

denne artikel vil undersøge de unikke egenskaber ved smeltet silica og kvarts samt et par relaterede materialer for at rydde forvirringen omkring disse udtryk.

kvarts vs. Silica

en af de vigtigste ting at vide om smeltet silica og kvarts er, at de begge primært består af silica, også kendt som silica. Silica er den primære bestanddel af de fleste typer glas og har den kemiske formel SiO2.

Mineralkvarts er den vigtigste form, hvor silica findes i naturen; mineralkvarts udgør en mærkbar brøkdel af jordskorpen og er et hårdt, gennemsigtigt krystallinsk materiale. Udover silica indeholder kvarts også naturligt forekommende urenheder i forskellige proportioner, der er afhængige af dets geologiske Oprindelse.

‘Silica’ henviser til en specifik kemisk forbindelse, silica, med den kemiske formel SiO2. I mellemtiden er kvarts et naturligt forekommende krystallinsk mineral, der primært består af silica, men indeholder nogle urenheder.

krystallinske og amorfe faste stoffer

for at forstå forskellene mellem forskellige silicabaserede materialer skal der først være en forståelse af de grundlæggende forskelle mellem amorfe faste stoffer og krystallinske faste stoffer.

den måde, hvorpå atomerne er arrangeret inde i de faste stoffer, er, hvordan man definerer forskellen. De konstituerende atomer er arrangeret i regelmæssige, gentagne mønstre kendt som krystalgitter i et krystallinsk fast stof. Et eksempel på et krystallinsk silicabaseret materiale er kvarts: ilt – og siliciumatomer er arrangeret i en veldefineret ordnet struktur.

atomerne i et amorft fast stof har imidlertid ingen langtrækkende rækkefølge. I et amorft fast stof ligner det tilsyneladende tilfældige arrangement af molekyler dem af en væske, bortset fra at de ikke bevæger sig rundt og i stedet er fastgjort på plads.

amorfe faste stoffer udgør de fleste materialer, som vi tænker på som “glas”. Faktisk kan udtrykket” glasagtig ” bruges til at beskrive ethvert materiale med en amorf atomstruktur.

et materiales egenskaber kan påvirkes dybt baseret på, om dets atomer er orienteret tilfældigt eller er arrangeret på en ordnet måde. Glasovergangseffekten udstillet af amorfe faste stoffer er et af de mest slående eksempler på dette.

ud over området for silica eller andre iltbaserede materialer vælges uordnede “glasagtige” metaller ofte til brug på grund af deres usædvanlige mekaniske egenskaber sammenlignet med andre konventionelle metaller.

kvarts og andre silicabaserede materialer kan karakteriseres både med hensyn til om de er amorfe eller krystallinske såvel som ved deres kemiske sammensætning.

definition af Silicabaserede materialer

nu hvor fundamentet er etableret, vil dette papir undersøge forskellene mellem smeltet silica, kvarts og andre silicabaserede materialer.

kvarts

kvarts, som nævnt ovenfor, er den vigtigste form for silica, der forekommer naturligt. Kvarts er et krystallinsk fast stof, hvilket betyder, at det har meget forskellige egenskaber fra glas, mens det stadig ligner glas både med hensyn til dets kemiske sammensætning og udseende.

der er begrænsede industrielle anvendelser af kvarts (hvilket betyder det krystallinske mineral). Imidlertid findes kvartskrystaloscillatorer i Elektroniske Systemer, mest kendt i armbåndsure.

Industrielle kvarts applikationer bruger undertiden fremstillet “syntetisk kvarts”. Dette materiale ville måske blive mere præcist beskrevet som krystallinsk silica, men kaldes ofte simpelthen “kvarts.”

smeltet Silica og smeltet kvarts

ordet” smeltet ” henviser her til et behandlingstrin: smeltet silica er nominelt rent silica, der er smeltet og afkølet til dannelse af et glasagtigt, amorft fast stof.

smeltet silica indeholder ingen tilsætningsstoffer, mens det stadig ligner andre briller på mange måder. Smeltet silica, som et specialmateriale, har flere højtydende applikationer.

der er ofte udskiftelig brug af udtrykkene “smeltet kvarts” og “smeltet silica”. Imidlertid henviser” smeltet kvarts ” mere specifikt til et amorft fast stof dannet ved smeltning af naturligt forekommende kvarts. Dette betyder, at mens smeltet silica tilsyneladende er ren SiO2, indeholder smeltet kvarts urenheder afhængigt af, hvad kvarts blev brugt.

Silicaglas og kvartsglas

begge udtryk bruges ofte på mere generiske måder og betragtes normalt som udskiftelige. Disse udtryk kunne begge henvise enten til smeltet kvarts eller smeltet silica.

anvendelser af smeltet Silica

den amorfe struktur af smeltet silica giver den flere meget ønskelige og tydelige elektriske, mekaniske og termiske egenskaber, mens den stadig er kemisk ligner kvarts.

det er almindeligt, at briller indeholder tilsætningsstoffer som jordalkali, alkali eller andre iltninger for at forbedre fysiske og kemiske egenskaber og for at sænke glasforarbejdningstemperaturen (smeltning); smeltet silica er imidlertid meget ren. Dette resulterer i, at den har højere arbejdstemperaturer, mens den tilbyder forskellige egenskaber fra andre briller.

smeltet silica udvides eller sammentrækkes ikke meget, når det opvarmes eller afkøles, fordi det har en meget lav varmeudvidelseskoefficient. Dette betyder, at smeltet silica kan modstå meget hurtig opvarmning eller afkøling uden revner og er meget modstandsdygtig over for termisk stød.

de termiske egenskaber ved smeltet silica gør det meget værdifuldt til industrielle komponenter ved høj temperatur, såsom glasfremstilling, både til stålfremstilling, bakker og digler.

der er et meget bredt spektrum af lys, hvor smeltet silica er gennemsigtigt, der strækker sig mellem langt infrarød til dyb ultraviolet. Dette gør fusioneret til en nøglekomponent i en række linser, spejle og anden UV – eller IR-transmitterende optik såvel som i optiske fibre.

smeltet silica er resistent over for de fleste syrer (undtagen flussyre) og er også ekstremt kemisk inert. At være kemisk inert giver smeltet silica til biomedicinske anvendelser, ofte i form af porøs silica.

kombinationen af styrke, gennemsigtighed og termisk stabilitet gør smeltet silica til en stærk kandidat til udvikling af nye applikationer, herunder ætsede mikrobølgekredsløb, fotolitografisubstrater og som et beskyttende lag i halvlederindretninger.

1. glasagtig metal indstillet til rivaliserende stål : Naturnyheder. https://www.nature.com/news/2011/110109/full/news.2011.4.html.
2. Vert, T. valg af ildfast materiale til stålfremstilling. (John Viley & Sønner, 2016).
3. Khalaf, A. L., Shabaneh, A. A. A. & Yaacob, M. H. Carbon nanorør og Grafenoksidapplikationer i Optokemiske sensorer. i syntese, teknologi og anvendelser af Carbon nanomaterialer 223-246 (Elsevier, 2019). doi: 10.1016 / B978-0-12-815757-2.00010-3.
4. Vang, S., Jhou, C., Jang, Y. & Ru, H. Dyb ætsede high-density fused-silica transmission riste med høj effektivitet ved en bølgelængde på 1550 nm. Appl. Vælge. 45, 2567 (2006).

disse oplysninger er hentet, gennemgået og tilpasset fra materialer leveret af Mo-Sci Corp.

for mere information om denne kilde, besøg Mo-Sci Corp.

citater