Cam ve alt tabaka bilimi
Kuvars cam türleri: elektrik ergitme, alev ergitme ve sentetik kuvars – kirlilikler ve hidroksil
Eritilmiş silika ergitme yoluna göre elektrik ergitmeli, alev ergitmeli ve sentetik türlere ayrılır; hidroksil birkaç ppm’den bin ppm’nin üzerine çıkar, kirlilik ve kabarcık dereceleri de değişir. Bu makale 2,73, 1,38 ve 0,94 μm’deki OH soğurma şiddetini açıklar, türler arası geçirgenlik farklarını hesaplar ve okuma dalga boyuna göre seçim yolu verir.
«Eritilmiş silika» tek bir malzeme değildir. Aynı silika camı doğal kristal tozundan elektrik ergitmeyle, oksihidrojen alevinde ergitmeyle veya silisyum tetraklorürden buhar senteziyle üretildiğinde kirlilik, kabarcık ve hidroksil mertebelerce ayrılabilir. Enkoder LED’leri çoğunlukla 850–940 nm’dedir – hidroksil onları etkiler mi? Bu yüzden sentetik kuvarsa fazla ödemeye değer mi? Yanıt hidroksil soğurma bantlarının hesaplanmasını ister.
Türler nereden gelir
Yaygın sınıflama Tip I–IV’tür; üretici adları tek tip değildir. Aşağıda ergitme yoluna göre ayrılır (Şekil 2): elektrik ergitmeli kuvars doğal kristal tozunu elektrik ısıtmayla eritir – hidroksil çok düşüktür ama doğal hammaddenin metal kirlilikleri kalır, kabarcık ve çizgiler genellikle daha fazladır; alev ergitme de doğal tozu oksihidrojen alevinde eritir, hidroksil yüzlerce ppm’ye çıkar; sentetik kuvars silisyum tetraklorürün oksihidrojen alevinde hidroliz birikimiyle oluşur – metal kirlilikleri yaklaşık 1 ppm altı, az kabarcık ve çizgi, ama hidroksil bin ppm’nin üzerine çıkabilir; plazma veya susuz alev kullanan düşük hidroksilli sentetikler yüksek saflık ile düşük hidroksili birleştirir.
Hidroksil soğurma bantları: konum ve şiddet
Si–OH gerilmesinin temel soğurması 2,73 μm’de, birinci ve ikinci üsttonları 1,38 μm ve 0,94 μm yakınındadır; 2,21 μm ve 1,24 μm’de de birleşik bantlar vardır. Soğurma katsayısı hidroksil içeriğiyle yaklaşık doğrusal ölçeklenir:
α(λ) = k(λ) · c_OH
burada c_OH hidroksil kütle içeriği (ppm), k birim içerik başına soğurma katsayısıdır. Örnek k değerleri (cm⁻¹/ppm, doğal logaritma): 2,73 μm 2,3×10⁻², 1,38 μm 3×10⁻⁴, 0,94 μm 5×10⁻⁶. 2,73 μm değeri yaygın molar soğurma katsayısı yaklaşık 77,5 L/(mol·cm)’den gelir ve hidroksil tayininin de temelidir: c_OH ≈ 100 × A / d, A taban çizgisi çıkarıldıktan sonraki ondalık log soğurması, d kalınlıktır (cm). 1,38 ve 0,94 μm katsayıları kaynaklarda ppm tabanı (kütle veya mol) bakımından ayrılır ve örnekte 2–3 kat belirsizlik taşır; yalnızca mertebe için kullanın.
10 mm kalınlıkta iki yüz yansıması dâhil (kırılma indisi yaklaşık 1,45, Fresnel geçirgenliği yaklaşık 93,4%) üç tipik hidroksil düzeyinde bant merkezi geçirgenliği:
| Tür (hidroksil) | 2,73 μm | 1,38 μm | 0,94 μm |
|---|---|---|---|
| Elektrik ergitme (5 ppm) | 83% | 93% | 93% |
| Alev ergitme (250 ppm) | 0,3% | 87% | 93% |
| Sentetik (1000 ppm) | < 0,1% | 69% | 93% |
%10 soğurma için gereken hidroksil (10 mm kalın): 2,73 μm’de yaklaşık 4,6 ppm, 1,38 μm’de yaklaşık 350 ppm, 0,94 μm’de yaklaşık 2×10⁴ ppm – pratik herhangi bir kuvarsın çok üstünde (Şekil 3). Bu yüzden 850 nm ve 940 nm LED’ler hidroksilden etkilenmez; tür seçimi yalnızca yansıma kaybında ayrılır. Birkaç ppm 2,73 μm bandında zaten görünür; 3,5 μm içi kızılötesi düşük hidroksil ister.
Ultraviyole, kabarcıklar ve diğer farklar
Ultraviyole. Sentetik kuvarsın derin UV soğurma kenarı yaklaşık 160–170 nm’ye inebilir; doğal toz ergitmeleri yaklaşık 180–200 nm’dedir ve çoğu kez 245 nm dolayında kirlilik bandı gösterir, parti saçılımı büyüktür. 365 nm ve 405 nm pozlama ile UV kür tüm türler için yeterlidir; 254 nm altı temizleme veya pozlamada sentetik kuvars yeğlenir.
Kabarcıklar ve çizgiler. Elektrik ergitmeli kuvarsta mikro kabarcıklar daha fazladır; krom çizgilemede pinhol ve yerel saçılmaya yol açıp enkoder disk çizgi kalitesini etkileyebilir; sentetik kuvarsta kabarcık ve çizgi en az, optik homojenlik daha iyi, fiyat daha yüksektir.
Yüksek sıcaklık davranışı. Hidroksili yüksek türlerin viskozitesi biraz düşük, yüksek sıcaklık kararlılığı biraz zayıftır – üretici verisi esas alınır; tüm bu türlerin CTE’si yaklaşık 0,5×10⁻⁶/K yakınındadır, belirgin fark yoktur.
Dalga boyuna göre seçim
| Çalışma koşulu | Tercih |
|---|---|
| 850, 880, 940 nm LED; görünür okuma | Hidroksil önemsiz; kabarcık, homojenlik ve maliyete göre seçin |
| 365, 405 nm pozlama ve UV kür | Herhangi bir tür |
| 254 nm altı temizleme ve pozlama | Sentetik kuvars |
| 1,31–1,55 μm kaynaklar, daha uzun yol | Düşük hidroksil; 1,38 μm bandından kaçının |
| 2–3,5 μm kızılötesi | Düşük hidroksil (IR sınıfı) |
Mühendislik notları
- Önce okuma dalga boyunu sorun: 850–940 nm LED’ler hidroksilden etkilenmez – yalnızca hidroksil için fazla ödemeyin.
- Yolda 1,38 μm veya 2,73 μm yakınında dalga boyları varsa düşük hidroksilli tür kullanın ve tedarikçiden hidroksil içeriğini isteyin.
- Hidroksil aralığı, kabarcık derecesi ve çizgi derecesini şartnameye yazın; bu üçü «kuvars» sözcüğünden daha çok performansı belirler.
- Derin UV temizleme veya pozlama için sentetik seçin ve 254 nm altı geçirgenliği doğrulayın.
- Elektrik ergitmeli kuvarsta kabarcık ve kirlilikleri kontrol edin; hacimli kromdan önce blanklarda pinhol oranını örnekleyin.
- Hidroksili kızılötesi spektroskopi ile ölçün: kalınlık 10 mm veya üzeri olsun ki düşük hidroksilli numuneler ölçülebilir olsun.
Özet
Eritilmiş silikada hidroksil birkaç ppm’den bin ppm’nin üzerine çıkar: birkaç ppm 2,73 μm temelinde zaten görünür, 1,38 μm’de yüzlerce ppm gerekir, 0,94 μm’de neredeyse görünmez. Bu yüzden LED okumalı enkoder diskler hidroksil için sentetik kuvars seçmek zorunda değildir; kabarcık, kirlilik ve UV ihtiyacına göre seçin. Kızılötesi ve derin UV uygulamaları hidroksilin satın alma şartnamesine yazılacağı yerlerdir.
Çince orijinal makalenin çevirisi (0570). ENC7 – enkoder diski üreticisi (teklif) · Teknik makaleler · https://enc7.com
© Langfang Jingzheng Optoelectronic Technology Co., Ltd. Tüm hakları saklıdır. Bu makale yapay zekâ desteğiyle hazırlanmıştır.