Kwarts vs. gesmolten Silica: wat zijn de verschillen?

de lijst met termen die worden gebruikt om verschillende materialen op basis van siliciumdioxide te beschrijven is verwarrend, lang en vaak verkeerd begrepen; deze termen omvatten gesmolten siliciumdioxide, siliciumdioxide, kwartsglas, gesmolten kwarts en kwartskwarts.

Beeld Door: Mo-Sci Corp.

dit artikel zal de unieke eigenschappen van gesmolten siliciumdioxide en kwarts onderzoeken, evenals een paar verwante materialen om de verwarring rond deze termen op te helderen.

kwarts vs. siliciumdioxide

een van de belangrijkste dingen om te weten over gesmolten siliciumdioxide en kwarts is dat beide voornamelijk bestaan uit siliciumdioxide, ook bekend als siliciumdioxide. Silica is het primaire bestanddeel van de meeste glassoorten en heeft de chemische formule SiO2.

mineraal kwarts is de belangrijkste vorm waarin silica in de natuur voorkomt; mineraal kwarts vormt een aanzienlijk deel van de aardkorst en is een hard, transparant kristallijn materiaal. Naast silica bevat kwarts ook natuurlijk voorkomende onzuiverheden in verschillende verhoudingen die afhankelijk zijn van zijn geologische oorsprong.

“siliciumdioxide” verwijst naar een specifieke chemische verbinding, siliciumdioxide, met de chemische formule SiO2. Ondertussen is kwarts een natuurlijk voorkomend kristallijn mineraal dat voornamelijk uit silica bestaat, maar enkele onzuiverheden bevat.

kristallijne en amorfe vaste stoffen

om de verschillen tussen verschillende materialen op basis van silica te begrijpen, moet eerst inzicht worden verkregen in de fundamentele verschillen tussen amorfe vaste stoffen en kristallijne vaste stoffen.

de manier waarop de atomen in de vaste stoffen zijn gerangschikt is hoe het verschil te definiëren. De samenstellende atomen zijn gerangschikt in regelmatige, herhalende patronen bekend als kristalroosters in een kristallijne vaste stof. Een voorbeeld van een kristallijn materiaal op basis van silica is kwarts: zuurstof – en siliciumatomen zijn gerangschikt in een goed gedefinieerde geordende structuur.

de atomen in een amorf vaste stof hebben echter geen langeafstandsvolgorde. In een amorfe vaste stof, lijkt de schijnbaar willekeurige rangschikking van moleculen op die van een vloeistof, behalve dat ze niet bewegen en in plaats daarvan gefixeerd op zijn plaats.

amorfe vaste stoffen vormen de meeste materialen die we als “glas”beschouwen. Inderdaad, de term “glazig” kan worden gebruikt om elk materiaal met een amorfe atomaire structuur te beschrijven.

de eigenschappen van een materiaal kunnen grondig worden beïnvloed door de vraag of de atomen willekeurig zijn georiënteerd of ordelijk zijn gerangschikt. Het glasovergangseffect van amorfe vaste stoffen is hiervan een van de meest opvallende voorbeelden.

buiten het bereik van materialen op basis van siliciumdioxide of andere oxiden worden ongeordende “glasachtige” metalen vaak voor gebruik gekozen vanwege hun ongebruikelijke mechanische eigenschappen in vergelijking met andere conventionele metalen.

kwarts en andere materialen op basis van siliciumdioxide kunnen zowel worden gekenmerkt door amorf of kristallijn materiaal als door hun chemische samenstelling.

Defining Silica-Based Materials

nu de fundamenten zijn vastgesteld, zal dit document de verschillen onderzoeken tussen gesmolten silica, kwarts en andere materialen op basis van silica.

kwarts

kwarts, zoals hierboven vermeld, is de belangrijkste vorm van silica die van nature voorkomt. Kwarts is een kristallijne vaste stof, wat betekent dat het zeer verschillende eigenschappen heeft van glas, terwijl het nog steeds op glas lijkt, zowel in termen van chemische samenstelling als uiterlijk.

er zijn beperkte industriële toepassingen van kwarts (dat wil zeggen het kristallijne mineraal). Echter, kwartskristal oscillatoren zijn te vinden in elektronische systemen, meestal in Polshorloges.

industriële kwartstoepassingen maken soms gebruik van vervaardigd “synthetisch kwarts”. Dit materiaal zou misschien nauwkeuriger worden beschreven als kristallijn silica, maar wordt vaak simpelweg “kwarts” genoemd.”

gesmolten siliciumdioxide en gesmolten kwarts

het woord “gesmolten” verwijst hier naar een verwerkingsstap: gesmolten siliciumdioxide is nominaal zuiver siliciumdioxide dat is gesmolten en gekoeld tot een glasachtige, amorfe vaste stof.

gesmolten siliciumdioxide bevat geen additieven, terwijl het in veel opzichten nog op andere glazen lijkt. Gesmolten silica, als speciaal materiaal, heeft verschillende high-performance toepassingen.

de termen “gesmolten kwarts” en “gesmolten siliciumdioxide”zijn vaak onderling verwisselbaar. “Gesmolten kwarts” verwijst echter meer specifiek naar een amorfe vaste stof die wordt gevormd door het smelten van natuurlijk voorkomend kwarts. Dit betekent dat terwijl gesmolten siliciumdioxide ogenschijnlijk zuiver SiO2 is, gesmolten kwarts onzuiverheden bevat die afhankelijk zijn van wat kwarts werd gebruikt.

Silicaglas en kwartsglas

beide termen worden vaak op generiekere wijze gebruikt en worden gewoonlijk als onderling verwisselbaar beschouwd. Deze termen kunnen zowel verwijzen naar gesmolten kwarts of gesmolten silica.

toepassingen van gesmolten siliciumdioxide

de amorfe structuur van gesmolten siliciumdioxide geeft het een aantal zeer wenselijke en verschillende elektrische, mechanische en thermische eigenschappen, terwijl het nog steeds chemisch vergelijkbaar is met kwarts.

het is gebruikelijk dat glazen additieven bevatten zoals alkali, alkali of andere oxiden om de fysische en chemische eigenschappen te verbeteren en de temperatuur van de glasverwerking (smelting) te verlagen; gesmolten siliciumdioxide is echter zeer zuiver. Dit resulteert in het hebben van hogere werktemperaturen terwijl het aanbieden van andere kenmerken dan andere glazen.

gesmolten siliciumdioxide zet niet uit of trekt niet veel samen bij verhitting of koeling, omdat het een zeer lage thermische uitzettingscoëfficiënt heeft. Dit betekent dat gesmolten silica bestand is tegen zeer snelle verwarming of koeling zonder scheuren en zeer goed bestand is tegen thermische schokken.

de thermische eigenschappen van gesmolten siliciumdioxide maken het zeer waardevol voor industriële componenten bij hoge temperaturen, zoals glasfabricage, boten voor staalfabricage, trays en smeltkroezen.

er is een zeer breed spectrum van licht waarin gesmolten siliciumdioxide transparant is, dat zich uitstrekt tussen ver-infrarood tot diep ultraviolet. Dit maakt fused een belangrijke component in een reeks van lenzen, spiegels en andere UV – of IR-verzendende optica, evenals in optische vezels.

gesmolten siliciumdioxide is bestand tegen de meeste zuren (met uitzondering van fluorwaterstofzuur) en is ook extreem chemisch inert. Chemisch inert zijn verleent gesmolten kiezelzuur aan biomedische toepassingen, vaak in de vorm van poreus kiezelzuur.

door de combinatie van sterkte, transparantie en thermische stabiliteit is gesmolten siliciumdioxide een goede kandidaat voor de ontwikkeling van nieuwe toepassingen, waaronder geëtste microgolfcircuits, fotolithografiesubstraten en als beschermende laag in halfgeleiderelementen.

1. Glassy metal set to rival steel: Nature News. https://www.nature.com/news/2011/110109/full/news.2011.4.html.
2. Vert, T. selectie van vuurvaste materialen voor de Staalfabricage. (John Wiley & Sons, 2016).
3. Khalaf, A. L., Shabaneh, A. A. A. & Yaacob, M. H. Carbon Nanotubes and Graphene Oxide Applications in Optochemical Sensors. in synthese, technologie en toepassingen van koolstof nanomaterialen 223-246 (Elsevier, 2019). doi: 10.1016 / B978-0-12-815757-2.00010-3.
4. Wang, S., Zhou, C., Zhang, Y. & Ru, H. Deep-etched high-density fused-silica transmission roosters met een hoog rendement bij een golflengte van 1550 nm. Appl. Kiezen. 45, 2567 (2006).

deze informatie is afkomstig, beoordeeld en aangepast van materialen die door Mo-Sci Corp.

voor meer informatie over deze bron, bezoek Mo-Sci Corp.

citaten