زجاج الكوارتز

يتكون زجاج الكوارتز من مكون أساسي واحد هو ثنائي أكسيد السيليكون SiO2، حيث يتم تصنيع هذا الزجاج الفريد عن طريق إذابة بلورات الكوارتز الطبيعية ذات النقاوة العالية، وهو يختلف عن الكوارتز الصناعي المكون من رابع كلوريد السيليكون النقي (SiCl4).

تستخدم بلورات الكوارتز من أجل أغراض الزينة والأغراض الصناعية، وهو شائع الاستخدام في القلائد والنوافذ والثريات وبعض المجوهرات،كما يدخل في صناعة الأدوات الإلكترونية وبطاريات الساعات، يتميز زجاج الكوارتز عن باقي أنواع الزجاج بتحمله لدرجات الحرارة الكبيرة وهو عازل ممتاز للكهرباء، كما أنه مقاوم جيد للصدمات الحرارية وذو نقاوة كيميائية عالية، ويبدي الكوارتز سلوك انتقالي جيد في الأطوال الموجية للأشعة فوق البنفسجية المرئية والأشعة تحت الحمراء.

يُطلق على الزجاج اسم الكريستال الزجاجي بينما يعرف الكوارتز باسم كريستال الكوارتز في لغة التجارة، وفي العادة نرى عبارتي “الكوارتز السائل” و “كريستال الكوارتز” في المواصفات الفنية لمجموعات كبيرة من المواد، كما يشار للزجاج بأسماء أخرى مثل الكريستال الناعم، أو كريستال سواروفسكي، أو الكريستال المقطوع، أو الكريستال النمساوي.

يستخدم زجاج الكوارتز في العديد من التطبيقات أهمها:

  • يستخدم من قبل الشركات المصنعة لأشباه الوصلات والصناعات الخفيفة.
  • يستخدم في صناعة البصريات لأنه ناقل جيد للضوء في الأطوال الموجية المرئية والأشعة فوق البنفسجية.
  • دخل مؤخرًا في تكنولوجيا الليزر.
  • يستخدم في الإلكترونيات والكهربائيات.
  • يستخدم في الأغطية الطرقية وحاملات النقل بسبب مقاومته الحرارية العالية.

بشكل عام يختلف الزجاج عن الكوارتز بأربع فروقات رئيسية هي:

محتوى ثاني أكسيد السيليكون: حيث يحتوي كل من الكريستال والكوارتز الطبيعي على ما لا يقل عن 99% من ثاني أكسيد السيليكون، في حين أن البلورة الزجاجية المصنعة تتكون فقط من 80% من هذا الأكسيد، بالإضافة لذلك فإن الرصاص يدخل في صناعة هذا الزجاج بنسبة لا تقل عادةً عن 32%، ويتم إدخال هذه المادة من أجل تحسين جودة الزجاج؛ حيث يؤدي خلط الرصاص عند تصنيع البلورات الزجاجية إلى زيادة انكسار الضوء مما يجعل المنتجات الزجاجية أكثر نقاوة ولمعانًا وأقل ضبابية.

التركيب الكيميائي: يمتلك الكريستال الزجاجي المقطوع بنية جزيئية عشوائية سواء تم أخذه من مصدر طبيعي أو صناعي، أما الكوارتز والبلورات الطبيعية (شبه الثمينة) الأخرى مثل الياقوت والماس والزمرد والتوباز فلها هيكل متماثل، حيث يتم معالجة البلورات التي تتكون بشكل طبيعي عن طريق القطع والتلميع من أجل الحصول على شكل متماثل، ولكن يمكن أن تصبح  هذه البلورات غير منتظمة تحت تأثير العوامل الجوية والضغط الشديد. يوجد الكوارتز بأشكال وألوان متعددة ومتدرجة بسبب امتزاجه مع بلورات أخرى، أكثر ألوانه شيوعًا هو الوردي والأصفر الذهبي والأرجواني والدخاني.

تحمل درجات الحرارة والضغط: بالرغم من أن هذه الأحجار تتكون في باطن الأرض، إلا أن بلورات الكوارتز تتحمل درجات حرارة أكبر من نظيرتها، وهذا ما يشجع على استخدام الكوارتز في البيئات الصحراوية القاسية كبديل للزجاج، ويمكن استخدامه كغطاء واقي بسبب المقاومة العالية للضغط الذي يتمتع بها الكوارتز ويجعله من المواد الثمينة.

العزل الكهربائي والحراري: تعتبر هذه الخاصية مهمة جدًا في الصناعات الإلكترونية، فجميع المنتجات تحتاج لعزل كهربائي جيد أو ناقل كهربائي سريع، لذلك فإننا نستخدم الزجاج كعازل للحرارة بينما يعتبر الكوارتز ناقل كهربائي ممتاز، وفي بعض الأحيان يتم دمجهما معًا من أجل تحقيق الخصائص المطلوبة.

أكمل القراءة

يصنع زجاج الكوارتز من جراء إذابة بلورات الكوارتز الطبيعية ذات النقاوة الاستثنائية مع محتوى هو SIO2 بنسبة تصل لـ 99.9% وجراء السماح للمادة المذابة بالتبريد في الشكل والأبعاد المطلوب الحصول عليها. تحتوي هذه المادة الخام أو المصدر منها بشكل أساسي على أكسيد الحديد، وأكاسيد البوتاسيوم، وأكاسيد الصوديوم لكن بنسب منخفضة للغاية، ونتيجة لذلك يكون محتوى العناصر النزرة منخفض جداً، وهي المادة المختارة لمجموعة متنوعة من تطبيقات مختلفة ضمن الصناعات ويعود ذلك لخصائصها الاستثنائية المهدرجة أدناه:

  • ذات نقاوة عالية جداً.
  • ذات مرونة ممتازة.
  • تتميز بقوة ضغط فائقة.
  • تقاوم درجات الحرارة العالية جداً.
  • مقاومة ممتازة وعالية للصدمات الحرارية.
  • تمتاز بتمدد حراري منخفض جداً.
  • ذات موصلية حرارية منخفضة.
  • غير منفذة للغازات.
  • تمتاز بخصائص الإرسال الضوئية البارزة.
  • ذات مقاومة كيميائية غير عادية.
  • ذات مقاومة عالية.
  • ذات قوة عازلة عالية.

تتضمن التطبيقات الرئيسية لمنتجات زجاج الكوارتز كلاً من صناعة أشباه الموصلات والإضاءة، وفي منتجات الإضاءة يتم استخدام زجاج الكوارتز في نطاق واسع يشمل مصابيح القوس ومصابيح الفتيل ذات درجة الحرارة العالية التي تتطلب درجة نقاء ممتازة من أجل تقليل إزالة المزج وتوفير مقاومة ممتازة للتحطم أو التهشم. تساهم ميزات زجاج الكوارتز في إطالة عمر تلك المصابيح وذلك عند درجة حرارة التشغيل العالية.

زجاج الكوارتز

يستخدم زجاج الكوارتز بأشكال مختلفة من قبل شركات كبرى مصنعة لأشباه الموصلات في كل أنحاء العالم، تشمل التطبيقات أنابيب أفران الأكسدة، ومعدات ترسيب البخار الكيميائي، وعمليات الانتشار، وأغطية النهايات أو أطراف الموصلات، وحاملات الرقائق، وأنابيب الحرارة المزدوجة، والألوح الطرفية والحواجز، وحجرات المفاعلات فوق المحورية، والبوتقات التي يسحب منها السيليكون البلوري الأحادي، والجرس المنبه للأمراض القلبية الوعائية، وفي تقنية والتشغيل الآلي، والأنابيب والقوارب وأجهزة أخرى للمعالجة الحرارية.

يتم استخدام زجاج الكوارتز المصهور للاستفادة من نقاوته الكيميائية العالية، ومقاومته للحرارة العالية، وقدرته على التمدد الدقيق للأبعاد، بالإضافة للعديد من الميزات المطلوبة كالعزل الكهربائي، وشفافية الضوء، والاستقرار أو الثبات الكيميائي، ومقاومته العالية للحرارة.

أما عن المنتجات الفعلية لزجاج الكوارتز:

  • أنابيب قياسية للكوارتز: وهو أنبوب زجاجي كوارتز شفاف وقياسي، يتم إنتاجه عن طريق رمل محدد ذو نقاوة عالية، وصمام مصهّر ويتم التحكم به تلقائياً، ويتميز بعدة خصائص عالية كالنقاوة، ومقاومة كبيرة للحرارة، وبعد غاية بالدقة.
  • أنابيب الكوارتز من أجل مصابيح الهاليد المعدنية: باستخدام رمل الكوارتز عالي النقاء وذو نفاذية عالية في المنطقة المرئية، ويتميز بانخفاض جزء في المليون وبتفاوتات أبعاد شديدة الضيق.
  • أنابيب الكوارتز القياسية لقياس كتلة الأشعة فوق البنفسجية: هذه الأنابيب قادرة على إيقاف كل الأشعة تقريباً، إذا كانت الأشعة فوق البنفسجية ب و ج ونسبة كبيرة من الأشعة أ فوق البنفسجية مع الحد الأقصى من الأضواء المرئية، يمكن أن يعمل أنبوب الكوارتز كمواد لمصابيح الهالويد، ومصابيح التفريغ ذو الكثافة العالية ومصابيح الأشعة فوق البنفسجية، وبالتالي يمكن أن يمنع بفعالية ضرر الجلد للأشخاص والأشياء التي من المفترض أن تتعرض لانفجار الأشعة فوق البنفسجية، وتحديد الحد الأقصى للضوء المرئي في ذات الوقت.

أكمل القراءة

هل لديك إجابة على "ما هو زجاج الكوارتز"؟