Sol-Gel Technologies For Glass Producers And Users pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:Kluwer Academic Pub

作者:Aegerter, M. A. (EDT)/ Mennig, Martin (EDT)

出品人:

页数:493

译者:

出版时间:

价格:2629.04元

装帧:HRD

isbn号码:9781402079382

丛书系列:

图书标签:

• Sol-Gel
• Glass Technology
• Materials Science
• Ceramics
• Coatings
• Thin Films
• Nanomaterials
• Manufacturing
• Industrial Applications
• Glass Production

熔融石英的精密铸造与光学应用 作者： [虚构作者姓名，例如：Dr. Elias Vance / Professor Anya Sharma] 出版社： [虚构专业出版社名称，例如：Advanced Materials Press / Optical Science Monographs] 页数： 680页 出版年份： [虚构年份，例如：2023] ISBN： [虚构ISBN] --- 内容简介 本书《熔融石英的精密铸造与光学应用》深入剖析了高纯度石英玻璃（Fused Silica）从原材料提纯到最终精密成型，及其在尖端技术领域应用的复杂科学与工程挑战。全书旨在为材料科学家、光学工程师、半导体设备制造商以及高技术玻璃制作者提供一套全面、前沿的技术参考框架，侧重于如何通过精细控制熔融过程和后续的形貌控制，来突破传统石英玻璃性能的极限，特别是针对高能激光、深紫外光刻和极端环境下的应用需求。 本书结构清晰，共分为七大部分，近三十章内容，覆盖了石英玻璃制造的完整生命周期。 --- 第一部分：石英玻璃基础科学与原料的纯化 本部分首先确立了石英玻璃作为功能性材料的理论基础。重点阐述了天然石英、合成石英（气相合成法或化学提纯法）在微量杂质（如羟基、金属离子）控制上的本质区别及其对光学性能（如紫外截止波长、荧光背景）的影响。 详细探讨了高纯度石英的合成与提纯技术。内容包括： 1. 杂质的物理化学模型： 分析了痕量金属离子（Fe, Na, Al）在二氧化硅网络中的扩散机制和对紫外-可见光吸收谱的影响。 2. 真空感应熔炼与等离子体炬熔炼（Plasma Torch Melting）： 比较了这两种主流工艺在实现“超低羟基”（Low OH）和“零羟基”（Non-OH）石英方面的工艺窗口、能耗效率及对气泡/散射中心（Rayleigh Scattering）的控制能力。 3. 气相水解沉积（CVD）技术在石英基底制备中的应用： 侧重于构建具有梯度折射率或高均匀性核心层的沉积参数优化。 --- 第二部分：熔融过程的流体力学与热力学控制 本部分聚焦于熔融石英制造过程中的核心挑战——如何获得内部结构均匀、无应力、无气泡的熔融体。 1. 高粘度流体的动力学模拟： 引入先进的计算流体力学（CFD）模型，模拟了在高温（>1700°C）下石英熔体在坩埚或感应线圈中的流动模式，指导坩埚材料的选择和搅拌策略，以消除宏观和微观的密度梯度。 2. 热应力管理与退火工艺： 详细阐述了玻璃冷却过程中残余应力的形成机理（特别是双折射现象），并提出了一套精细化的多级热处理曲线（Annealing Schedule），以将双折射率控制在 $10^{-7}$ 级别以下，这对于大尺寸光学元件至关重要。 3. 非接触加热技术（如感应加热、激光加热）的精确温度场调控： 探讨了如何通过优化电磁场分布或激光束模式，实现熔体内部的等温加热，避免局部过热导致的化学反应或非晶化。 --- 第三部分：精密成型、拉伸与尺寸控制 本部分转向石英制品的几何形状控制，这是实现高精度光学元件的关键步骤。 1. 浮法与溢流法在超平板制造中的局限性及改进： 针对传统浮法难以满足的超高平面度要求，重点介绍了溢流法（Overflow Method）的改进技术，以及如何通过精确控制溢流速度和液面张力来实现亚微米级的表面粗糙度。 2. 石英纤维与棒材的拉伸工艺（Drawing）： 深入分析了在玻璃滴口处的粘度、表面张力和拉伸应力之间的平衡。内容包括如何通过控制气氛（如氧气/惰性气体混合）来抑制拉伸过程中表面羟基的重组，从而保证光纤芯层的纯净度。 3. 模压成型与精密切割： 讨论了高温下石英玻璃的蠕变特性，如何设计模具以补偿冷却收缩，以及使用超快激光或水刀技术进行无损伤切割和边缘处理的参数优化。 --- 第四部分：石英玻璃的结构表征与缺陷分析 高质量石英玻璃的性能与其微观结构息息相关。本部分详述了现代表征技术在质量控制中的应用。 1. 光谱学分析在缺陷检测中的应用： 重点介绍傅里叶变换红外光谱（FTIR）对羟基和$ ext{Si-OH}$键的定量分析，以及拉曼光谱（Raman Spectroscopy）对石英网络结构（如三元环、四元环的比例）和非晶态结构的识别。 2. 高能辐照下的损伤机制： 针对激光应用，分析了辐射诱导的色心（Color Centers，如$ ext{E}'$中心）的形成、衰变动力学，以及通过掺杂（如氟或氮）或特定的热处理来提高材料的抗辐照能力（Radiation Hardness）。 3. 气泡与散射中心的无损检测： 使用高分辨率光散射技术（如偏振光散射仪）对内部的微小缺陷（直径小于1微米）进行定位和密度统计，这是判断其是否适合制造精密透镜和波导的关键指标。 --- 第五部分：特种石英玻璃的定制化设计 本部分涵盖了偏离传统高纯度石英特性的定制化产品，以满足特定的光学或机械要求。 1. 双折射率控制的石英玻璃： 讨论了通过引入特定化学组分（如$ ext{TiO}_2$或$ ext{GeO}_2$）在熔融过程中诱导应力各向异性，或通过定向结晶实现可控的双折射率梯度材料的设计与制造。 2. 透明导电石英（Transparent Conductive Fused Silica）： 探讨了通过离子掺杂（如掺杂锑或锡）和后续的高温烧结，实现在保持高透光率的同时赋予石英表面导电性的方法，及其在电光器件中的潜力。 3. 低热膨胀系数（CTE）石英： 介绍利用特定组分设计（如硼硅酸盐玻璃的过渡）或多孔结构（如Aerogel-derived Silica）来大幅降低材料的热膨胀系数，以适应极端温度变化的应用。 --- 第六部分：石英玻璃在尖端光学制造中的集成 本部分将材料科学与工程应用紧密结合，探讨了石英在现代光刻、激光器和光纤中的实际案例。 1. 极紫外光刻（EUV Lithography）中的掩模基板： 强调了对石英基板的超高平坦度（< 0.5 nm RMS）、极低的热膨胀系数（接近零）和极高的紫外透过率（13.5 nm波段）的苛刻要求，以及如何通过多层膜沉积前的表面活化技术来保证膜层附着力。 2. 高功率激光传输窗口与透镜： 分析了激光在石英内部的吸收机制，特别是近红外波段的瑞利吸收对功率限制的影响。讨论了表面抛光（Poliishing）工艺对激光损伤阈值（LIDT）的决定性作用，包括使用化学机械抛光（CMP）替代传统磨抛工艺的优势。 3. 石英基光波导的制备与耦合： 涵盖了离子交换、刻蚀与包封技术在制造集成光路（PICs）中的应用，特别关注如何将高折射率的石英核心层与低损耗的包层材料进行精确界面控制。 --- 第七部分：石英玻璃的表面改性和功能化 本书的最后部分关注于石英材料的表面工程，以赋予其额外的功能性。 1. 等离子体刻蚀与反应性离子刻蚀（RIE）： 详细描述了使用氟系或氯系等离子体对石英进行高深宽比结构化刻蚀的技术参数，这在微流控和传感器制造中至关重要。 2. 表面亲水性/疏水性控制： 探讨了通过等离子体处理（如$ ext{O}_2$或$ ext{CF}_4$等离子体）对石英表面化学键进行调节，以实现对水或有机溶剂的特定润湿性，这对生物芯片和微反应器的应用具有指导意义。 3. 化学气相沉积（CVD）的界面层技术： 介绍如何通过沉积一层薄的保护性或功能性氧化物层（如$ ext{Al}_2 ext{O}_3$或$ ext{TiO}_2$）来钝化石英表面缺陷，提高其化学稳定性和抗划伤能力。 --- 本书的撰写风格严谨、数据详实，配有大量来自工业界和学术界最新的实验数据、流程图和原子力显微镜（AFM）图像，为致力于探索石英玻璃材料极限性能的专业人士提供了不可或缺的深入指导。

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