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石英玻璃

放大字体  缩小字体 发布日期:2019-08-05  来源:www.shuijing.info  作者:水晶信息网  浏览次数:203
核心提示:石英玻璃
 石英玻璃是由二氧化硅(SiO )单一组分构成的特种工业技术玻璃。由于其具有耐温、耐酸(氢氟酸和热磷酸除外)、低膨胀和极佳的光谱透过性等特殊的理化性能,现已成为现代科学技术的重要材料,广泛应用于半导体工业、光通讯、电光源等高新技术领域,尤其是半导体技术领域中,石英玻璃是不可缺少的辅助材料。
石英玻璃所具有的一系列优异的综合性能是其它材料难以替代的,尤其在微电子、信息、激光、航空航天、国防军工以及新型电光源等高科技领域被更广泛地应用,是国家战略性产业和支柱性产业发展中不可替代的高纯基础材料。据不完全统计,世界石英玻璃行业每销售1亿美元产品,就能使相关产业实现近万亿美元的收入,由此促进高新技术,特别是微电子工业的迅速发展,从而又进一步拉动了石英玻璃市场需求量的增长,现其年平均增长率已超过30%,远远高于一般工业产品的增长速度。
我国石英行业从上世纪60年代开始起步,70年代逐渐发展形成较为完整的产业,到上世纪80年代后期,石英玻璃行业才得以迅速发展,技术日趋成熟,机械装备得到充分改进和完善,石英玻璃行业的发展出现新的局面。国内石英企业生产规模都较小,几十家企业当中年产值过亿元的只有两家,产值千万元以上的不超出10家,产品档次低,远远跟不上我国信息、微电子等高新技术产业快速发展的需求。发达国家均将石英玻璃作为新材料的重要组成部分,放在优先发展的地位并加以支持。我国也将石英玻璃列入了国家高新技术产业的重点支持对象。石英玻璃产业有了长足发展,微电子、信息、国防等支柱产业和战略性产业需要大量石英玻璃,目前国内产品的性能还远不能满足要求,大部分依靠进口供应。
9.1.1.1 半导体技术用石英玻璃
(1) 硅单晶制造用石英玻璃
电弧法坩埚生产技术是科技攻关与引进先进技术相结合而发展成熟的先进制造方法,2004年国内石英坩埚产量14万只,实现销售收入近亿元。现国内共有10家生产企业,拥有电弧法生产设备26套,主要为太阳能用硅材料生产服务。
(2) 半导体工业用石英材料
这类产品是加工石英玻璃仪器石英玻璃器皿的基础材料,过去大部分依赖从国外进口,近几年国内石英行业通过加大研发力度,整合资源优势,在石英材料制造技术上有了很大的突破,现国内制做设备已达到30台,采用二步法拉制高质量高精度的石英棒及大直径石英玻璃管,广泛应用于光纤、半导体、石英加工等领域。
(3) 集成电路用石英玻璃器件
石英玻璃扩散管和各种高纯石英制品是集成电路生产的关键性消耗材料,现全国共有十多家企业生产各类石英玻璃仪器、器皿,2004年销售额约为3亿元。
近几年,国内生产石英玻璃仪器、器皿的加工技术进步很快,已接近国际先进水平。石英玻璃沉积管是光导纤维的结构材料,占光纤组分的90%以上,它的质量直接影响光纤传输性能和强度。2004年我国生产光纤石英套管达20 t,光纤用辅助石英把管及把棒产量约为120 t,工业产值近6 000万元。激光技术及国防工业用光学石英、石英纤维产量为5~8万t,产值达3 000万元。电光源是消耗石英玻璃最大的领域,在高效节能光源迅速发展的今天,卤素灯正在国内外推广应用,因此石英管的需求数量惊人。目前,国内已拥有100多台连熔炉,2004年产量达到1.8万t,其中透明管为1.5万t,乳白管为0.35万t,销售收入近4.1亿元。生产的杀菌灯管、低羟基管、无臭氧石英管、石英卤素加热灯管产品质量达到GE公司“214A”型水平,已在国际市场上占据主导供应地位。
(1)球形硅微粉
球形硅微粉主要应用于集成电路的封装,其长期依赖进口供应。现国内企业已自主开发成功高频等离子法制备球形硅微粉,并建成50 t/a的中试生产线,于2005年3月投入生产运行。
(2)角形硅微粉
目前国内市场的角形硅微粉包括两大类:结晶硅微粉和熔融硅微粉,其中以结晶硅微粉为主导产品。大多数生产厂家生产规模小,品种单一,产品粒径一般在0.025 mm(600目)以下,全国大约有500家企业,年产总量在30万t左右。生产出来的产品主要用于玻璃、陶瓷、冶金等领域,也用于硅橡胶、油漆、涂料、封装二极管、三极管和电工及电子元件的塑封料。
(1)微电子工业用超纯石英玻璃制品
德国劳氏公司已可生产1 m直径(40英寸)超大石英坩埚产品,纯度(13种杂质元素的总含量)可达2 ×10 (2 ppm),生产的大规格石英管直径可达500 mm以上,纯度在10 ×10 (10 ppm)以下,基本无波纹。
(2)光纤用光波导级石英包层管美国和德国生产的纯度较高,二氧化硅含量为99.999%,OH含量≤1×10 (1 ppm)。
(3)航天技术用宇航级光学石英玻璃、激光技术用超纯合成石英玻璃国外可做到直径750 mm以上,杂质含量≤0.1×10 (0.1 ppm),满足光学级3个一类要求。
(4)高纯石英玻璃原料长期由美国尤尼明公司垄断供应,其ICTA—8的杂质含量可控制在8×10 (8 ppm)以下。
9.1.1.4 硅微粉
9.1.3 市场需求预测分析
近些年来,由于我国不断加大对电子信息产业的发展力度,同时也促进了石英玻璃市场需求量的迅速增长。
(1)微电子
对消耗性的关键材料石英玻璃扩散管、坩埚、仪器器皿等石英制品的需求正与日俱增。101.6~203.2 mm(4~8英寸)电路用石英扩散管的需求量在“ 十一五” 时期达到2万支/ 年; 203.2~304.8 mm( 8~12英寸) 也大幅度增加。国内建成和在建122~203.2 mm (5~8英寸)芯片生产线达到20多条,其中203.2(8英寸)生产线就有6条以上。所以石英玻璃仪器器皿生产增长将达到40%左右。石英坩埚按生产硅单晶的级别分为电子级和太阳能级。2004年硅单晶产量为1 725 t,太阳能电池硅单晶约占58%,市场年增长率为27.5%,坩埚的年产量已超过10万只,市场占有率不断提高,预计2005年低国内将达到15万只/年的市场需求量。
(2)光纤市场
国内光纤市场以每年12%速度递增。2004年沉积管和套管的需求量为300 t,国内仅能生产20 t。
(3)新型电光源市场
我国电光源石英玻璃生产企业已有40多家,拥有连熔炉近100多台,“十一五”期间的市场平均增长率在20%左右,石英管的总产量约53 500 t。
(4)钢铁和其它产业市场
钢铁行业的石英陶瓷市场规模为5.7万t,增速达到14%。预计未来五年其需求量将达到12万t/a,石英块料粉料在2005年为12万t,增幅约20%,未来5年将达到30万t/a。
(5)市场原料用量
根据以上情况综合分析,生产石英玻璃的水晶原料用量在2010年达到4 800 t/a。近20多年来随着高新技术的发展,石英玻璃品种不断增加,各个新品种都有更高的性能要求,必须研究新工艺来制造新产品。现在我国石英玻璃的生产工艺方法有20多种,各种工艺生产的品种及产品用途见表34。

目前我国石英行业有如下三项技术较快进展:
(1)立式VCD石英玻璃制造工艺研究
中国建材研究总院、秦皇岛石英玻璃公司、湖北菲利华石英玻璃公司等单位,都在积极研究立式VCD工艺。
(2)大直径石英管工艺研究
2008年底试制出高质量大口径石英管,中国石英玻璃工业最难解决的技术难题得到解决,为我国半导体工业用石英玻璃做出重大贡献。对我国石英器件生产将起到重大促进作用。
(3)石英玻璃器件生产的技术进步
石英玻璃器件有3大类:第一类是石英玻璃仪器,有分馏提纯塔,纯水蒸馏塔、半导体工业用扩散管、试剂提纯设备、蒸发器等;第二类是石英玻
璃器皿容器。品种和规格有几百种,用途很广,从化验室到半导体集成电路生产都要大量使用;第三类是石英玻璃型材,有板、片、法兰、棒、棍、杆等等,主要用于大型芯片加工的单片机石英材料、光刻基片、光电显示器板、光纤拉丝用支撑杆等。石英玻璃器件产品占石英玻璃工业总产值的1/3以上。
近年来,石英玻璃行业在生产工艺技术装备和质量方面都有极大的提高,在石英玻璃器件加工方面有突出进步,在发展太阳能电池用石英器件方面有突破性进展,受到国内生产太阳能电池的大型企业、公司等先进企业认可,生产的石英器件完全满足要求,产品质量已达到国际先进水平。从相关产业的发展来看, 我国石英玻璃仍将保持年平均15%~20%的增长速度。信息产业用石英玻璃的增长速度仍大于电光源用石英玻璃。
 
关键词: 石英玻璃
 
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