Fused Quartz Thermal Conductivity: Mga Tunay na Halaga, Trend, at Gabay sa Sourcing

Ang fused quartz thermal conductivity ay 1.4 W/m·K sa 20 °C. Ang nag-iisang figure na iyon ay nasa likod ng isang nakakagulat na dami ng engineering: ito ang nagpapasya kung gaano kakapal ang isang furnace tube wall, kung gaano kabilis naabot ng viewport ang thermal equilibrium, kung bakit hindi natutunaw ng 900 °C infrared heater ang terminal block sa likod nito, at kung gaano karami ng heat load ng wafer boat ang aktwal na dala nito.

Ito rin ay isa sa mga pinaka-misread na numero sa quartz glass specification. Sinipi ito ng mga datasheet sa temperatura ng silid, inilalapat ito ng mga taga-disenyo sa isang 900 °C na hot zone, at ang resulta ay kapal ng pader o rate ng ramp na maaaring aksaya o hindi ligtas. Ang fused quartz ay hindi isang metal. Ang thermal conductivity nito ay tumataas ang kasabay ng temperatura sa halip na bumaba, at ang agwat sa pagitan ng isang halaga ng temperatura ng silid at isang halaga ng hot-zone ay maaaring lumampas sa 80%.

Kinokolekta ng gabay na ito ang mga gumaganang numero, ang curve ng temperatura, ang pagkakaiba sa grade-to-grade, ang mga pitfalls sa pagsukat at ang mga praktikal na pagpili sa pagpili na mahalaga kapag ang daloy ng init sa pamamagitan ng quartz glass ay may problema sa disenyo. Ito ay isinulat para sa mga process engineer, equipment builder, laboratory managers at procurement team na kailangang tukuyin ang mga quartz tubes, rods, plates, crucibles, bintana at heater nang may kumpiyansa sa halip na hulaan.

• Paano nagsasagawa ng init ang fused quartz, at kung bakit naiiba ang pagkakaiba sa mga metal at siksik na keramika.
• Ang mga halaga ng thermal conductivity mula 20 °C hanggang 1000 °C, at kung ano ang ibig sabihin ng curve sa pagsasanay.
• Paano inilipat ng transparency, bubble content at hydroxyl (OH) content ang dami.
• Kung gaano inihahambing ang fused quartz sa borosilicate glass, alumina, graphite at hindi kinakalawang na asero.
• Paano sinusukat ang halaga, at kung saan nagkakamali ang mga pagsukat ng mataas na temperatura.
• Mga tuntunin sa pagtutukoy, pag-sourcing, kontrol sa kalidad at proyekto para sa mga tunay na tao.

Ang Talagang Sinusukat ng Fused Quartz Thermal Conductivity

Ang thermal conductivity ay ang bilis ng pagdaan ng init sa isang yunit ng kapal ng materyal para sa isang naibigay na pagkakaiba sa temperatura. Ang working equation para sa flat wall ay simple: heat flux ay katumbas ng conductivity na pinarami ng temperature difference, na hinati sa kapal ng pader. Ang isang tubo ay nagdaragdag ng isang logarithmic term dahil ang lugar ay nagbabago sa radius, ngunit ang logic ay magkapareho. Bawat praktikal na desisyon tungkol sa kapal ng quartz wall, insulation backing, cooling air o ramp rate ay babalik sa equation na iyon.

Ang dahilan kung bakit kawili-wili ang fused quartz ay kung paano ito nagdadala ng init. Ang mga metal ay nagsasagawa ng mga libreng electron, kaya naman ang tanso ay umabot sa humigit-kumulang 400 W/m·K. Ang fused quartz ay walang libreng electron na bukod sa pagbibilang; ito ay isang mahusay na electrical insulator sa temperatura ng silid, at ang init ay gumagalaw halos lahat sa pamamagitan ng mga vibrations ng sala-sala, na tinatawag na phonon. Sa isang kristal, ang mga vibrations na iyon ay naglalakbay ng malalayong distansya bago kumalat. Sa fused quartz, ang network ng silicon-oxygen tetrahedra ay hindi maayos, kaya ang ibig sabihin ng libreng landas ng isang phonon ay limitado sa halos interatomic na distansya. Ang init ay nakakalat kaagad, at ang kondaktibiti ay nananatiling mababa.

Ang mala-kristal na kuwarts ay nagpapatunay sa punto sa pamamagitan ng kaibahan. Sinusukat sa kahabaan ng optical axis nito, ang single-crystal quartz ay nagsasagawa ng init sa humigit-kumulang 10.7 W/m·K sa temperatura ng kuwarto; sa buong axis ang halaga ay bumaba sa humigit-kumulang 6.2 W/m·K. Ang fused quartz, na walang mga palakol, ay tumira sa humigit-kumulang 1.4 W/m·K at nananatiling isotropic sa bawat direksyon. Ang isotropy na iyon ay isang tunay na kalamangan sa engineering sa mga bilog na tubo, domes at crucibles, kung saan lilikha ng maiinit na guhit ang isang direksyong materyal.

Isang nagtatrabahong halimbawa na nagpapakita ng sukat

Kumuha ng furnace tube na may 10 mm na dingding, 800 °C sa loob ng mukha at 200 °C sa labas na mukha. Gamit ang temperature-averaged conductivity na humigit-kumulang 2.1 W/m·K, ang heat flux ay humigit-kumulang 2.1 multiplied sa 600, na hinati sa 0.01 metro, na umaabot sa humigit-kumulang 126,000 W/m², o 12.6 W/cm². Ilagay ang parehong gradient sa isang 96% alumina wall at ang flux ay tumalon ng higit sa isang order ng magnitude. Ang pagkakaiba na iyon ay kung bakit ang kuwarts ay pinili para sa pinainit na salamin sa paningin at kung bakit hindi ito pinili bilang isang structural thermal bridge.

Ang iba pang kalahati ng kuwento ay thermal shock. Lumalawak ang fused quartz sa humigit-kumulang 0.55 ppm bawat °C, humigit-kumulang isang ikaanim ng borosilicate glass at isang ikatatlumpu ng hindi kinakalawang na asero. Ang isang mababang koepisyent ng pagpapalawak na sinamahan ng katamtamang kondaktibiti ay pinapahintulutan na ang materyal ay pinahihintulutan ang mga matarik na gradient na agad na makakabasag ng soda-lime glass. Ang mababang kondaktibiti ay hindi isang depekto dito; ito ay bahagi ng isang pakete.

Fused Quartz Thermal Conductivity vs Temperatura

Ang thermal conductivity ay hindi isang nakapirming numero para sa fused quartz; ito ay isang kurba, at ang hugis ng kurba na iyon ay nakakagulat sa mga taong sanay sa mga metal. Ang halagang naka-print sa halos bawat datasheet ay sinusukat sa 20 °C, at ang nag-iisang data point na iyon ay kakaunti ang sinasabi tungkol sa kung paano kumikilos ang isang furnace tube sa 900 °C. Dahil ang fused silica ay walang kristal na sala-sala, ang init ay dinadala ng mga phonon na ang ibig sabihin ng libreng landas ay nalilimitahan na ng hindi maayos na atomic network, kaya't hindi na namamahala sa pagtugon sa temperatura ay iba sa parehong mga metal at siksik na keramika. Ang mga metal ay nawawalan ng kondaktibiti habang sila ay umiinit, at karamihan sa mga mala-kristal na keramika ay ganoon din ang ginagawa. Kabaligtaran ang ginagawa ng fused quartz sa karamihan ng working range nito. Iyon ang dahilan kung bakit ang tsart sa ibaba ay mas mahalaga kaysa sa anumang solong figure ng datasheet.

Basahin ang tsart mula sa kaliwa hanggang kanina at ang trend ay hindi mapag-aalinlanganan: ang materyal ay nagiging mas mahusay na konduktor habang ito ay nagiging mas mainit. Sa temperatura ng silid, ang halaga ay malapit sa 1.4 W/m·K. Sa 400 °C ito ay umakyat sa humigit-kumulang 1.8 W/m·K, isang pagtaas ng humigit-kumulang 30%. Sa 800 °C ito ay lumalapit sa 2.3 W/m·K. Malapit sa 1000 °C dumapo ito sa 2.5 hanggang 2.8 W/m·K band, na malapit sa doble ng sukat sa temperatura ng silid.

Ang physics sa likod ng pagtaas ay hindi pinapaliwanag ng pag-unawa dahil ipinaliwanag nito kung bakit hindi kailanman kumikilos ang curve sa paraang ginagawa ng metal curve. Sa isang amorphous solid ang phonon mean free path ay naka-pin na malapit sa interatomic spacing, kaya hindi ito maaaring lumiit nang higit pa sa pagtaas ng temperatura. Ang nagbabago sa halip ay ang populasyon ng mga vibrational mode na nasasabik. Sa itaas ng temperatura ng Debye, na para sa silica ay mas mababa sa temperatura ng silid, ang kapasidad ng init ng salamin ay lumalapit sa isang pare-pareho habang ang kondaktibiti ay patuloy na tumataas nang humigit-kumulang sa proporsyon sa ganap na temperatura. Sa madaling salita, ang materyal ay hindi lumilikha ng mas mahusay na mga landas para sa init; pinupuno nito ang mga daanan na mayroon na ito ng mas maraming thermal energy.

Sa totoo lang, tumatakbo iyon na ang isang furnace tube na tumatakbo sa 1000 °C ay naglilipat ng init sa dingding nito na kapansin-pansing mas mabilis kaysa sa hinuhulaan ng datasheet ng temperatura ng silid, at ang isang thermal model na binuo sa 1.4 W/m·K ay mamaliit ng halos isang factor ng dalawa. Nangangahulugan din ito na ang gradient ng temperatura sa dingding ay mas maliit sa mataas na temperatura kaysa sa iminumungkahi ng isang walang muwang na pagkalkula, na sa pangkalahatan ay magandang balita para sa pagsusuri ng stress, dahil ang mas maliit na gradient ay pinipigilan ng mas kaunting pagpapalawak ng pagkakaiba sa kapal ng pader.

Lumilitaw ang pangalawang kontribyutor sa itaas ng humigit-kumulang 600 °C: radiation. Ang mga larawan ay nagsimulang magdala ng isang makabuluhang bahagi ng enerhiya sa ng silica wall, nadagdag sa kontribusyon ng phonon mataas at nagtulak sa pamamagitan ng kondaktibiti na mas mataas. Dito nagsimulang maghiwalay ang transparent at opaque quartz. Ang mga micro-bubble na nakulong sa milky, opaque quartz ay nagkakalat ng infrared radiation, na pinipigilan ang radiative term at ginagawang mas parang purong phonon conductor ang materyal sa mataas na temperatura.

Sa isang infrared heating tube, sinadya ang pagkalat na iyon. Ang isang opaque quartz envelope ay nagpapakalat ng radiation sa silid sa halip na hayaan itong dumaan nang diretso, na nagpapabuti sa pagkakapareho at binabawasan ang mga hot spot sa target na ibabaw. Para sa isang salamin sa paningin o isang optical window, ang transparency ay ang buong punto, kaya ang radiative term ay nananatili sa play at ang katumbas na conductivity ay mas mataas kaysa sa opaque na katumbas ng parehong mga dimensyon.

Ang pagsukat ay nagiging mas mahirap sa parehong hanay ng temperatura. Ang contact resistance sa pagitan ng sample at ng sensor, ang sariling emission ng sample, at pagkawala ng init sa pamamagitan ng fixture ay lahat ay nakakaimpluwensya sa mataas na temperatura ng pagbabasa, kaya naman ang mga na-publish na curve para sa parehong nominal na materyal ay maaaring mag-iba ng 15% o higit pa sa 800 °C. Para sa gawaing disenyo, buuin ang kalkulasyon mula sa isang temperatura-average na halaga sa buong aktwal na operating band sa halip na mula sa isang endpoint, at palaging tanungin ang supplier kung saang grado kabilang ang curve.

Marka, OH Nilalaman at Opacity: Bakit Nagbibigay ng Iba't Ibang Numero ang Parehong Materyal

Ang dalawang quartz tube na may magkaparehong dimensyon at magkaparehong kadalisayan ay maaari pa ring maglipat ng init sa magkaibang mga rate sa itaas ng 600 °C. Ang dahilan ay ang pagpapadaloy ay bahagi lamang ng kuwento sa sandaling sumali ang radiation, at ang radiation ay lubhang maraming beses.

Transparent kumpara sa opaque quartz

Ang malinaw na fused quartz ay ganap na siksik at nagpapadala ng nakikita at malapit-infrared na ilaw. Ang opaque, milky white quartz ay naglalaman ng kontroladong dispersion ng mga microscopic bubble, kadalasang ilang micrometres ang lapad. Ang mga bula na iyon ay gumagawa ng dalawang bagay: nagkakalat sila ng radiation, at binabawasan nito ang solidong bahagi ng dingding. Ang resulta ay isang mas mababang mababang conductivity sa mataas na temperatura, na kung ano mismo ang gusto mo sa isang infrared heater envelope o isang diffusion furnace baffle. Photon transport, hindi phonon transport, ang parameter na ini-engineered.

Nilalaman ng hydroxyl

Ang mga hydroxyl group na natunaw sa network ng silica ay malakas na sumisipsip sa infrared, na may isang kilalang banda na malapit sa 2.73 micrometres at isang mas mahinang overtone malapit sa 1.38 micrometres. Ang karaniwang fused quartz ay nagdadala ng humigit-kumulang 150 hanggang 200 ppm ng OH; ang mga mababang-OH na marka ay nagpapanatili ng figure sa ibaba ng humigit-kumulang 10 ppm. Ang pagkakaiba ay may maliit na epekto sa lattice conduction ngunit isang napaka-kitang epekto sa infrared transmission, na nagbabago naman sa radiative component ng heat transfer sa pamamagitan ng dingding. Ang low-OH fused silica ay samakatuwid ang ginustong grado para sa mga infrared na bintana, mataas na temperatura ng salamin sa mata at anumang optical path na maaaring magdala ng mid-infrared na enerhiya. Mayroon din itong mas mataas na lagkit sa temperatura, na nagpapabuti sa mataas na resistensya sa horizontal furnace tubes.

Doping at mga espesyal na grado

Ang doped quartz tubing, na ginawa sa pamamagitan ng pagdaragdag ng mga elemento tulad ng titanium o cerium sa natunaw, ay ginagamit upang i-filter ang mga partikular na ultraviolet wavelength sa mga germicidal lamp at UV reactor. Binabago ng doping ang optical absorption edge at, nakikita, ang thermal behavior ng salamin. Ang semiconductor-grade quartz ay isang purity specification sa halip na isang thermal, ngunit mahalaga ito sa pagsasagawa: ang metalikong kontaminasyon sa ibabaw ng isang bahagi ng quartz ay kumikilos bilang isang flux, na nagpapababa sa temperatura kung saan ang ibabaw ay nagde-devitrifies sa cristobalite. Ang crystallized silica ay may ibang pag-uugali sa pagpapalawak mula sa salamin, kaya ang kontaminadong hot spot ay nagiging lugar ng pagsisimula ng crack bago pa maabot ang nominal na maximum na temperatura ng materyal.

Fused Quartz Kumpara sa Borosilicate, Alumina, Graphite at Stainless Steel

Ang pagpili ng fused quartz ay bihirang tungkol sa conductivity lamang. Ito ay tungkol sa kumbinasyon ng kondaktibiti, pagpapalawak, pinakamataas na temperatura ng serbisyo at kawalang-kilos ng kemikal. Ang borosilicate glass ay mas mura at mas madaling mabuo ngunit lumalambot sa paligid ng 500 °C. Ang alumina ay nagsasagawa ng init nang dalawang beses na mas mabilis at humahawak sa mas mataas na temperatura, ngunit ito ay malutong sa ilalim ng matarik na mga gradient at hindi maaaring mapawi. Ang graphite ay isang mahusay na konduktor at nakakaligtas sa matinding temperatura sa mga inert na kapaligiran, ngunit hindi ito magagamit sa mga kondisyon ng pag-oxidizing nang walang patong. Ang hindi kinakalawang na asero ay matigas at nagagawang hinangin ngunit lumalawak nang tatlumpung beses nang higit pa kaysa sa quartz at nakakahawa sa mga epektong proseso.

Ang pattern ay pare-pareho: ang fused quartz ay nakaupo sa ibaba ng conductivity table at sabay-sabay sa tuktok ng thermal shock table. Ang kumbinasyong iyon ay hindi karaniwan. Karamihan sa mga materyales na may mababang kondaktibiti ay marupok din sa ilalim ng matarik na mga gradient, dahil ang ibabaw at ang core ay lumalawak sa magkaibang dami. Iniiwasan ng fused quartz ang bitag na iyon dahil napakaliit ng expansion coefficient nito na kahit na ang isang malaking gradient ng temperatura ay nagbubunga ng katamtamang strain.

May pormal na paraan para ipahayag ito. Pinagsasama ng thermal shock resistance parameter ang tensile strength, Poisson's ratio, elastic modulus at expansion coefficient. Para sa fused quartz, ang mababang termino ng pagpapalawak ay nangingibabaw sa pagkalkula at itinutulak ang parameter na sapat na mataas na ang isang 3 mm na pader ay maaaring mapatay mula sa 1000 °C sa tubig nang hindi nabigo, basta't ang ibabaw ay malinis at walang malalim na mga depekto. Ang alumina, na may katulad na lakas ngunit labing-apat na beses ang pagpapalawak, ay hindi makakaligtas sa parehong paggamot.

Kung saan nanalo ang alumina ay nasa kabuuang heat throughput. Kung ang isang proseso ay kailangang ilipat ang init nang mabilis sa isang pader, ang quartz ay ang maling pagpili. Kung saan ang proseso ay kailangang humawak ng gradient, protektahan ang isang seal, ihiwalay ang isang mainit na zone mula sa isang malamig, o hayaan ang radiation na dumaan, ang quartz ay nanalo.

Paano Sinusukat at Iniuulat ang Fused Quartz Thermal Conductivity

Ang pag-unawa sa kung paano ginawa ang numero ay nakakatulong sa iyong husgahan kung ang isang naka-quote na halaga ay nalalapat sa iyong sitwasyon. Maraming mga pamamaraan ang karaniwang ginagamit, at hindi lahat ng ito ay sumusukat sa parehong bagay.

1. Lumilipas na pinagmulan ng eroplano, na tinatawag ding paraan ng hot disk. Ang isang flat sensor ay gumaganap bilang parehong heater at thermometer, at ang thermal conductivity ay nagmula sa pagtaas ng temperatura sa loob ng ilang segundo. Ito ay mabilis, gumagana mula sa mga cryogenic na temperatura hanggang sa humigit-kumulang 1000 °C, at sakop ng ISO 22007-2. Ito ang pinakakaraniwang paraan na ginagamit para sa pag-uulat ng isang numero sa isang quartz datasheet.
2. Laser flash diffusivity. Ang isang maikling pulso ng laser ay nagpapainit sa isang mukha ng isang disc at isang infrared detector at nagtatala ng pagtaas ng temperatura sa kabaligtaran na mukha. Ang pamamaraan ay nagbubunga ng thermal diffusivity, na na-convert sa conductivity sa pamamagitan ng pagpaparami sa density at tiyak na init. Ito ay pinamamahalaan ng ASTM E1461 at karaniwang ruta para sa mataas na temperatura ng data.
3. Binabantayan ang hot plate. Isang steady-state na paraan kung saan ang isang sample ay inilalagay sa pagitan ng mainit at malamig na plato. Ito ay tumpak ngunit mabagal, at ito ay nakikipagpunyagi sa itaas ng ilang daang degrees dahil sa pagkawala ng init sa paligid ng mga gilid.
4. Radial flow at comparative cut-bar na mga pamamaraan. Ito ay mga steady-state na diskarte na angkop sa cylindrical o bar specimens at nananatiling kapaki-pakinabang para sa mga fused quartz tubes dahil maaari itong ilapat sa aktwal na geometry ng produkto kaysa sa isang machined coupon.
5. Mga pamamaraan ng three-omega at thin-film. Nakalaan para sa mga pelikula at coatings, kung saan nangingibabaw ang substrate at hindi mareresolba ng ordinaryong maramihang pamamaraan ang layer na sinusuri.

Ang bawat pamamaraan ay nagdadala ng sarili nitong error na badyet. Ang mga transient na pamamaraan ay nangyayari sa kung gaano kahusay ang pagkontak ng sensor sa isang makinis, matigas na ibabaw, at ang fused quartz ay parehong makinis at matigas, kaya maaaring hindi perpekto ang contact. Ang mga pamamaraan ng steady-state ay bumaba sa mga gilid sa gilid at sa thermal resistance ng interface. Sa itaas ng humigit-kumulang 800 °C, nagiging makabuluhan ang radiative exchange sa pagitan ng specimen at ng nakapaligid na fixture sa bawat pamamaraan, at ang naiulat na halaga ay maaaring magsama ng kontribusyon na nakadepende sa apparatus kaysa sa materyal.

Mayroon ding tanong sa detalye na dapat magpadala ng itanong ng mga mamimili: ang naiulat na halaga ba ay isang sukat ng temperatura ng kwarto, isang curve, o isang figure na may average na temperatura? Ang isang datasheet na naglilista ng isang numero sa 20 °C ay ganap na sapat para sa isang temperatura ng silid na optical application at ganap na hindi sapat para sa isang 1000 °C furnace tube. Ang isang supplier ay maaaring magbigay ng isang nasusukat na curve para sa partikular na grado, o hindi bababa sa isang hanay ng tatlo o apat na puntos sa buong hanay ng trabaho, ay nagsasabi sa iyo ng isang bagay na mahalaga tungkol sa kanilang kontrol sa proseso.

Pagtukoy sa Quartz Ware Kapag Thermal Conductivity ang Nagtutulak sa Disenyo

Sa sandaling tanggapin mo na ang kondaktibiti ay nag-iiba sa temperatura, ang proseso ng pagtutukoy ay nagiging mas konkreto. Ang layunin ay ayusin ang mga variable na aktwal na nakakaimpluwensya sa daloy ng init at umalis nang kaunti hangga't maaari sa pagpapalagay.

Kapal at diameter ng pader

Ang daloy ng init sa isang cylindrical na pader ay inversely proportional sa logarithm ng outer-to-inner radius ratio. Ang pagdodoble sa kapal ng pader ay hindi nakakahati sa mga pagkalugi; binabawasan nito ang mga ito ng mas maliit na halaga kaysa sa inaasahan ng karamihan sa mga tao. Dahil ang quartz tubing ay magagamit sa isang malawak na hanay ng mga kapal ng pader, mula sa manipis na capillary bore hanggang sa mabigat na mga manggas sa dingding, ang praktikal na payo ay magsisimula sa mekanikal at proseso na kinakailangan at pagkatapos ay suriin kung ang nagreresultang pagkawala ng init ay katanggap-tanggap, sa halip na magdagdag ng kapal ng pader na puro pagkakabukod.

Ang malaking diameter na tubing para sa furnace at UV reactor service ay isang magandang halimbawa. Ang 150 mm na panlabas na diameter na tubo na may 4 mm na dingding ay sapat na matigas para sa karamihan ng mga vertical na furnace application at nawawalan ng init kaysa 10 mm na pader na may parehong diameter. Kung ang tubo ay dapat ding suportahan ang isang load o pigilan ang pagbagsak ng vacuum, ang desisyon ng kapal ay pagmamay-ari ng mechanical engineer, at ang thermal kalkulasyon ay sumusunod.

Geometry, tolerance at tapusin

• Diameter at ovality tolerances, na kumokontrol kung gaano kahusay ang tubo sa isang flange o isang pinainit na bloke at samakatuwid kung gaano pare-pareho ang contact.
• Pagpapahintulot sa kapal ng pader, na nakakaapekto sa lokal na init ng init at maaaring magdulot ng mga maiinit na guhit sa isang elemento ng init.
• Mga limitasyon ng klase ng bubble at pagsasama, na nakakaimpluwensya sa pagkakalat ng radiation at lakas ng makina.
• OH content, na kumokontrol sa infrared transmission sa mga window at heater application.
• Ang estado ng pagsusubo, dahil ang natitirang stress mula sa pagbuo ay maaaring mabawasan ang pagganap ng thermal shock kahit na tama ang geometry.

Para sa custom na trabaho, ang pag-uusap sa disenyo ay karaniwang mabilis na gumagalaw mula sa karaniwang tubo patungo sa isang gawa-gawang pagpupulong. Ang mga flanged tubes, domes, viewports at precision window ay lahat ay may kasamang mga joints na maaaring makaligtas sa parehong thermal cycle gaya ng katawan.

Ang karaniwang transparent na quartz tubing ay nananatiling workhorse ng catalogue, at ang mga nai-publish na dimensyon nito ay karaniwang sumasaklaw sa hanay ng kapal ng pader na kailangan para sa karamihan ng mga furnace at reactor build.

Mga Sitwasyon ng Application Kung Saan Nagpapasya ang Kinalabasan ng Fused Quartz Thermal Conductivity

Sa ilang mga industriya, ang halaga ng kondaktibiti ay humihinto sa pagiging isang akademikong pag-aari at nagiging dahilan kung bakit umiiral ang isang bahagi sa quartz kaysa sa ibang materyal.

Semiconductor at photovoltaic processing

Ang mga diffusion furnace tube, wafer boat at crucibles ay gumagana sa pagitan ng 1000 °C at 1450 °C depende sa proseso. Ang mga kuwarts na pader ay dapat magkaroon ng isang matarik na gradient, manatiling dimensional na matatag, at maiwasan ang paglabas ng mga kontaminant. Ang mababang kondaktibiti ay nagpapanatili sa panlabas na dingding na sapat na malamig para sa mga elastomer seal at metal flanges, habang ang mababang pagpapalawak ay nagpapanatili sa tubo mula sa pagdidiin sa istruktura ng suporta. Ang mga crucibles para sa paglaki ng kristal ay nahaharap sa ibang problema: ang pagkatunaw ay dapat na hawakan habang ang crucible mismo ay lumalaban sa paglambot, at ang kinokontrol na pag-extract ng init sa pamamagitan ng crucible wall ay tumutukoy sa kalidad ng kristal.

Semiconductor (electronic grade) quartz crucible Ang mga semiconductor quartz crucibles ay may mataas na mga kinakailangan sa kadalisayan, sa pangkalahatan ay pinakamataas ng SiO2 kadalisayan na lumampas sa 9.998%, impurity content na mas mababa sa 10ppm, at gas-liquid... Tingnan ang Produkto →

Ang mga electronic-grade crucibles ay tinukoy para sa eksaktong kumbinasyong ito ng kadalisayan, thermal stability at predictable heat transfer.

Pag-init ng infrared

Gumagana ang mga quartz infrared heating tubes dahil ang sobre ay maaaring nasa 800 °C o higit pa habang nananatiling transparent o translucent sa ibinubuga na radiation. Ang carbon fiber, nickel-chromium alloy at tungsten filament na mga elemento ay lahat ay selyadong sa loob ng quartz envelope para sa kadahilanang ito. Ang opaque quartz ay madalas na pinipili dahil ang mga micro-bubble ay nagkakalat ng radiation at gumagawa ng mas malawak, mas pare-parehong pattern ng pag-init, na mahalaga sa thermoforming, paint curing at food processing.

Transparent na Quartz Infrared Heating Tube Ang transparent quartz infrared heating tube ay isang heating device na gumagamit ng high-purity quartz glass bilang shell at may built-in na heating element (gaya ng nickel-chromiu... Tingnan ang Produkto →

Ang mga transparent na infrared heating tube ay ginagamit kung saan mas mahalaga ang paglilipat ng radiant at mabilis na pagtugon kaysa sa diffusion.

Mga kagamitan sa laboratoryo, optical at ultraviolet

Ang mga cuvette, digestion tubes, evaporating dish at combustion boat ay umaasa lahat sa parehong kumbinasyon ng chemical inertness at kontroladong heat transfer. Sa mga analytical na instrumento, ang isang quartz cuvette na nagsasagawa ng init na tulad ng metal ay magpapaikut-ikot sa sarili nitong optical path sa loob ng ilang segundo pagkatapos mailagay sa isang heated cell holder. Ang mga optical na bintana at mga salamin sa paningin ay nahaharap sa kabaligtaran na hadlang: dapat silang magpadala ng radiation habang nililimita ang mababang mababang init sa mounting flange, kaya naman ang manipis,-OH na mga bintana na may flanged o domed na profile ay karaniwan sa mga high-temperature viewing port.

Ultraviolet na pagdidisimpekta at mga reaktor

Gumagamit ang mga germicidal lamp at UV reactor ng quartz sleeves dahil ang materyal ay nagpapadala ng 254 nm emission line at pinahihintulutan ang thermal load ng lamp. Maaaring i-tune ang mga doped quartz grades upang i-filter ang mga hindi gustong wavelength habang pinapanatiling stable ang manggas.

Pagkuha ng Fused Quartz mula sa isang Manufacturer: Ano ang Ibe-verify

Dahil ang conductivity, OH content at bubble class ay nakasalalay sa proseso, ang kontrol ng supplier sa proseso ng pagtunaw at pagbuo ay tumutukoy kung ang naihatid na bahagi ay tumutugma sa datasheet. Ang ilang mga tseke ay naghihiwalay sa isang maaasahang tagagawa ng quartz mula sa isang mangangalakal na muling nagbebenta ng hindi natukoy na stock.

1. Tanungin ang pagtatalaga ng grado, hindi lamang ang pangalan ng produkto. Malinaw, opaque, low-OH, doped at semiconductor-grade na mga materyales ay kumikilos nang iba at iba pang pagkakaayos.
2. Humiling ng traceability mula sa ingot o tube batch hanggang sa natapos na ang bahagi, lalo na para sa semiconductor at photovoltaic application kung saan mahalaga ang pamamahala sa kontaminasyon.
3. Kumpirmahin ang mga dimensional na pagpapaubaya sa pagsulat, kabilang ang pagkakaiba-iba ng kapal ng pader sa haba, na nakakaapekto sa lokal na heat flux.
4. Itanong kung ang supplier ay makakapagbigay ng sinusukat na thermal data o mga nai-publish na halaga ng literatura lamang, at kung ang mga halaga ay tumutugma sa markang sinipi.
5. Suriin ang kasanayan sa pagsusubo. Ang isang maayos na annealed na bahagi ay may mas mababang natitirang stress at samakatuwid ay mas mahusay na pagganap ng thermal shock.
6. Linawin ang dimensional at optical inspection routine: bubble count, mga limitasyon sa laki ng pagkakasama, transmission checks para sa optical grades, at visual standards para sa surface flaws.
7. Kumpirmahin ang pag-iimpake at paghawak, dahil ang kontaminasyon sa ibabaw mula sa karton, nalalabi sa tape o walang laman na mga kamay ay maaaring mag-devitrification ng binhi sa mataas na temperatura.

Para sa mga programa ng dami, ang mga komersyal na tanong ay mahalaga gaya ng mga teknikal. Maaaring ilipat ng isang wholesaler o distributor ang mga karaniwang item ng catalog nang mabilis, ngunit ang mga custom na diameter, hindi karaniwang kapal ng pader, flanged assemblies at precision-ground na bahagi ay karaniwang pagsunod sa pakikipag-ugnayan sa production plant. Iyon ay kung saan ang batch consistency, lead time at ang gumagawa ng mag-hold ng specification sa maraming paghahatid ay nagiging salik sa pagpapasya.

Pag-isipang humiling ng sample para sa pag-verify bago mag-commit sa isang production run. Ang isang maikling thermal cycling test sa isang sample tube, na sinamahan ng isang dimensional na check, ay nagpapakita ng higit pa tungkol sa kontrol sa proseso kaysa sa anumang panahon lamang. Kung ang application ay nangyayari sa infrared transmission, ang pagsukat ng transmission sa aktwal na inihatid na batch sa halip na isang generic na curve mula sa materyal na pamilya.

Pagpapanatili at Paghawak na Pinoprotektahan ang Thermal Performance

Ang mga bahagi ng quartz ay higit na malaki dahil nagbago ang thermal conductivity. Nabigo sila dahil nagbago ang ibabaw. Ang devitrification, kontaminasyon at mekanikal na pinsala ay nagbabago lahat kung paano kumikilos ang isang bahagi sa ilalim ng thermal load, at karamihan sa mga pinsalang iyon ay maiiwasan.

Iwasan ang devitrification

Sa itaas ng humigit-kumulang 1100 °C, ang fused silica ay nagsimulang mag-convert sa cristobalite, simula sa ibabaw. Ang pagbabago ay kapansin-pansing pinabilis ng alkali at alkaline-earth na kontaminasyon, na kumikilos bilang isang pagkilos ng bagay. Ang sodium mula sa mga fingerprint, calcium mula sa tap water, at potassium mula sa kanilang refractory cement na karaniwang pinaghihinalaan. Linisin ang bahagi bago ito pumasok sa isang mainit na lugar, at itabi ito na nakabalot sa halip na isalansan sa isang bukas na istante.

Kontrolin ang mga rate ng ramp

Ang fused quartz ay pinahihintulutan ang mga mabilis na rampa kaysa sa halos anumang iba pang transparent na materyal, ngunit ang pagpapaubaya na iyon ay walang limitasyon, at ito ay nakasalalay sa geometry. Maaaring itulak nang husto ang mga tubo na may manipis na pader at maliliit na bintana. Ang makapal na flanges, mabigat na pader na manggas at malalaking simboryo ay nagkakaroon ng mas panloob na gradient at dapat dalhin sa temperatura nang mas mabagal, lalo na kung ang bahagi ay may naunang pinsala sa ibabaw.

Suportahan nang maayos ang bahagi

Ang kuwarts na mahigpit na nakakapit sa pagitan ng mga metal na kabit ay madidiin kapag umiinit ang pagpupulong, dahil mas lumalawak ang metal kaysa sa salamin. Gumamit ng mga sumusunod na suporta, mapagbigay na clearance at mga materyales na may mga expansion coefficient na mas malapit sa silica kung posible. Kung saan ang isang quartz tube ay dumadaan sa isang metal plate, ang isang fibrous gasket o isang machined graphite ring ay karaniwang gumagana ng mas mahusay kaysa sa isang hard contact.

Malinis nang walang gasgas

Ang nakasasakit na paglilinis ay lumilikha ng mga depekto sa ibabaw, at ang mga bahid ay tumutuon sa stress. Ang banayad na detergent, deionised na tubig at isang lint-free na punasan ay karaniwang sapat. Para sa mabibigat na deposito, ang dilute acid na sinusundan ng masusing pagbabawal ay mas ligtas kaysa sa mekanikal na pag-scrape. Umiiral ang mga marka ng kuwarts na lumalaban sa abrasion para sa mga aplikasyon kung saan ang ibabaw ay malalantad sa pagkasira ng particulate, at ang mga ito ay isinasaalang-alang ng pagtukoy sa yugto ng disenyo kaysa pagkatapos ng unang pagkabigo.

Panoorin ang mga hot spot

Ang isang naka-localize na hot spot sa isang bahagi ng quartz ay karaniwang nagpapakita ng hindi pantay na contact, isang nakakaharang na infrared na landas o isang kontaminadong kontaminado. Dahil ang fused quartz ay hindi mabilis na naglalabas ng init, ang hot spot ay nananatiling mainit, at ang devitrification ay nagsimula doon. Ang panaka-nakang inspeksyon gamit ang isang thermal camera sa panahon ng operasyon ay mahuhuli ang problema bago pa mag-crack ang bahagi.

FAQ: Fused Quartz Thermal Conductivity

Ano ang thermal conductivity ng fused quartz?

Sa 20 °C, ang clear fused quartz ay may thermal conductivity na humigit-kumulang 1.4 W/m·K. Ang halaga ay isotropic, ibig sabihin ay pareho ito sa bawat direksyon, dahil ang materyal ay amorphous sa halip na mala-kristal.

Tumataas ba ang fused quartz thermal conductivity sa temperatura?

Oo. Unti-unti itong tumataas sa humigit-kumulang 1.8 W/m·K sa 400 °C, 2.3 W/m·K sa 800 °C, at humigit-kumulang 2.6 W/m·K sa 1000 °C. Ang pagtaas ay bunga ng transportasyon ng phonon sa isang hindi maayos na network, at ito ay kabaligtaran ng pag-uugali na nakikita sa karamihan ng mga metal.

Ang fused quartz ba ay isang magandang thermal insulator?

Kung ikukumpara sa mga metal at siksik na keramika, oo. Ito ay humigit-kumulang sampung beses na mas mababa ang conductive kaysa sa 96% alumina at higit sa isang beses na mas mababa conductive kaysa sa hindi kinakalawang na asero. Para sa paghahambing sa layunin-ginawa pagkakabukod, gayunpaman, ito ay hindi mapagkumpitensya; Ang mineral wool at silica airgel ay may mas mababang conductivity, at ang kuwarts ay pinili para sa transparency, kadalisayan at thermal shock resistance nito kaysa sa halaga ng pagkakabukod lamang.

Paano maihahambing ang fused quartz sa borosilicate glass para sa thermal use?

Ang borosilicate glass 3.3 ay nagsasagawa ng init sa humigit-kumulang 1.1 W/m·K, mas mababa kaysa sa fused quartz, ngunit ang expansion coefficient nito ay anim na beses na mas mataas at ang maximum na tuluy-tuloy na temperatura ng serbisyo nito ay halos kalahati. Para sa mataas na temperatura ng trabaho, ang fused quartz ay nanalo sa thermal shock resistance at service temperature kahit na ang conductivity nito ay mas mataas.

Binabago ba ng nilalaman ng OH ang thermal conductivity?

Ang kontribusyon ng sala-sala ay nagbabago, ngunit ang nilalaman ng hydroxyl ay malakas na nakakaapekto sa infrared na pagsipsip, na nagbabago sa radiative na bahagi ng paglipat ng init sa mataas na temperatura. Ang mga mababang-OH na marka ay ginustong para sa mga infrared na bintana at para sa mga aplikasyon kung saan mahalaga ang paghahatid ng mid-infrared na enerhiya.

Ano ang pinakamataas na temperatura ng pagtatrabaho ng fused quartz?

Ang transparent na fused quartz ay karaniwang na-rate para sa tuluy-tuloy na serbisyo sa paligid ng 1000 hanggang 1100 °C, na may mga maikling excursion na medyo mataas. Ang praktikal na limitasyon ay karaniwang itinatakda sa pamamagitan ng devitrification at ng mekanikal na pagkarga kaysa sa mismong thermal conductivity.

Maaari ko bang gamitin ang room-temperature value para sa isang 900 °C na disenyo?

Hindi. Ang paggamit ng 1.4 W/m·K sa 900 °C ay mamaliit ang daloy ng init ng humigit-kumulang 70 hanggang 80%. Gumamit ng temperature-averaged na value sa buong operating range, karaniwang 1.9 hanggang 2.2 W/m·K para sa isang service band na sumasaklaw sa 200 °C hanggang 900 °C, at i-verify sa supplier kung sinusuportahan ito ng kanilang grade data.

Mga Kaugnay na Produkto ng Quartz at Karagdagang Pagbabasa

Ang parehong direksyon ay may parehong pinagbabatayan na natukoy: ang thermal na pag-uugali ng natapos na bahagi ay nakasalalay sa grado, geometry at ibabaw nang magkasama, kaya ang detalye ay dapat na nakasulat bilang isang pakete.

Ang fused quartz thermal conductivity ay pinakamahusay na nauunawaan bilang isang range sa halip na isang pare-pareho: humigit-kumulang 1.4 W/m·K sa room temperature, tumataas sa humigit-kumulang 2.6 W/m·K malapit sa 1000 °C, at higit na naiimpluwensyahan ng kung ang salamin ay malinaw o opaque, high-wall-OH o low-, thined o low-,-OH. Ang mga inhinyero na nagdadala ng hanay na iyon sa kanilang mga kalkulasyon ay iniiwasan ang dalawang pinakakaraniwang pagkakamali sa disenyo ng quartz, na ang pagpapalit ng pagkakabukod sa paligid ng isang mainit na tubo at ang labis na pagtatantya ng init na maaaring itapon sa isang pader ng quartz sa isang cooling system.

Ang praktikal na daloy ng trabaho ay maikli. Ayusin muna ang mekanikal at proseso na kinakailangan. Piliin ang grado batay sa paghahatid, kadalisayan at. Kalkulahin ang daloy ng init gamit ang isang temperatura-average na conductivity. Kumpirmahin ang mga numero sa isang supplier na maaaring makipag-usap sa partikular na batch, at pagkatapos ay protektahan ang bahagi na may malinis na paghawak, sumusunod na pagkakabit at isang kinokontrol na ramp. Gawin ang apat na bagay na iyon at ang materyal ay hihigit sa pagganap ng halos anumang bagay na magagamit sa parehong halaga.