玻璃材料的“皇冠--石英玻璃

石英玻璃成分為二氧化硅，具有透過率高、光學均勻性優異、熱膨脹系數低、耐熱性好、化學穩定性高、電絕緣性能和耐激光損傷性能好等一系列優異的性能，是現代信息產業、光學、光伏、半導體等國家戰略性新興產業和航空航天等國防領域發展中不可或缺的重要基礎性材料。

石英玻璃制備方法可以分為兩大類，是以天然石英晶體或硅石為原料進行熔制得到，稱為天然石英玻璃，主要有電熔法，氣煉法，等離子體熔制法；第二類是以含硅化合物（包括鹵化硅，氫化硅及有機硅等）為原料通過化學反應合成得到，稱為合成石英玻璃，常見的方法有化學氣相沉積法（CVD）、等離子體化學氣相沉積法（PCVD）和間接合成法。

電熔法 電熔法是通過電加熱將坩堝內的粉末狀石英原料進行熔化，隨后經過快速冷卻的玻璃化過程形成石英玻璃，主要有電阻、電弧和中頻感應等加熱方式。

采用電熔法制備的石英玻璃，其品質主要取決于原料的純度。石英原料中的金屬雜質通常很難去除，因此電熔石英玻璃中的金屬雜質一般含量較高且難以控制。通過烘干可以有效去除石英粉料中的水分，因此采用電熔法可以制備出羥基含量較低的石英玻璃。

氣煉法 氣煉法是利用氫氧焰將天然石英熔化，然后在石英玻璃靶面上逐漸堆積而成。氣煉法生產的熔融石英玻璃主要用于電光源、半導體工業、球形氙燈(用于火車頭前照燈)等。早期較大口徑的透明石英玻璃管和坩堝是用高純石英砂在專用設備上利用氫氧焰直接熔制。現在常用氣煉法制備石英砣，再將石英砣進行冷或熱加工制成需要的石英玻璃制品。

氣煉法工藝設備簡單，綜合能耗低，制備的熔融石英玻璃氣泡少，但是產品尺寸誤差較大，易形成不光滑的波紋狀表面。另外，采用氫氧焰制備時，氫氣分子或者是氫氣與氧氣燃燒時生成的水會分別與二氧化硅反應生成羥基，導致產品中羥基含量偏高。

等離子體熔制法 等離子體熔制法是采用等離子體為熱源，高純石英砂為原料，直接熔融制備得到石英玻璃。該方法熔制過程中不會引入外界雜質，因而采用等離子熔制法制備的石英玻璃純度高、羥基含量低。缺點是不能制備大尺寸產品，制備的產品表面有不同程度的凹凸，需進行機械加工及清洗，以達到所需的尺寸精度及表面光潔度。另外，該工藝成本高，難以實現大規模產業化生產。

     氣相沉積法（CVD） 高純SiCl4經汽化后在H2-O2火焰中發生高溫水解反應，并逐步沉積至沉積基底上制備得到的石英玻璃。采用CVD法制備石英玻璃從本質上避免了金屬雜質的引入。此方法制備的石英玻璃具備大尺寸、高均勻、高閾值和高光譜透過等特性，是光學領域關鍵材料。

  等離子體化學氣相沉積法（PCVD） 高純SiCl4經汽化后在無氫的等離子焰中高溫氧化、熔制成超高純合成石英玻璃。其金屬雜質含量和羥基含量低（小于1ppm），可實現寬光譜高透過（190-3200nm）。

     間接合成法 高純SiCl4原料經汽化后在~1000℃的氫氧火焰中反應并沉積形成SiO2疏松體，經脫羥和玻璃化燒結制備的高純低羥基石英玻璃。其金屬雜質含量和羥基含量低（小于1ppm），可實現寬光譜高透過（190-3200nm）。 石英玻璃堪稱玻璃材料的“皇冠”，它是多個戰略性新興產業的“咽喉”材料，對于相關產業鏈供應鏈安全穩定具有重要意義。