高端石英玻璃生产技术 石英玻璃在高新技术领域的应用及国内外对比(1)

石英玻璃

石英玻璃的力学、热学、光学和化学性能优越,在半导体、光学、光纤、光伏、电光源以及航空航天等领域应用广泛。石英玻璃是由二氧化硅单一组分构成的工业技术玻璃,由于二氧化硅为原子晶体,Si-O 间是共价键,所以石英玻璃耐温性强且化学性质稳定;Si-O间化学键能大且结构紧密,使得石英玻璃具有良好的机械性能,耐压力强;此外石英玻璃具有较小的密度,再加上石英玻璃的微观结构是由二氧化硅四面结构体结构单元组成的单纯网络,短程有序,长程无序,使得其光学性能优良且介电强度高。凭借优越的物化性质,石英玻璃广泛应用于包括半导体、光纤、光学、光伏、电光源以及航空航天等诸多高新技术领域。

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石英玻璃应用领域

01半导体<<<<

石英制品是重要的半导体耗材,用于半导体加工全过程。石英玻璃内二氧化硅纯度高,化学性质稳定,不与除氢氟酸和磷酸外的任何酸反应,充分满足半导体制造过程中需要抗高温、变形性能强、不活泼的材料作为晶圆承载和清洗等容器的要求,被广泛运用于半导体生产过程。此外,由于石英玻璃折射率低,耐温性强,能够满足掩膜版对于基版材料光学透过率高,热膨胀率低的要求,是高精度玻璃掩膜版的重要材料。

半导体为石英玻璃材料主要应用领域。目前全球只有6 家石英玻璃制造企业获得TEL 认证,其中四家为海外公司包括迈图、贺利氏、昆希、东曹,中资企业有菲利华和石英股份。我国企业菲利华目前获得三大关键半导体设备厂商认证;石英股份通过TEL 扩散,LAM 刻蚀环节认证,AMAT 认证也取得阶段性成果,加速完成半导体原场认证将助力我国企业快速发展,推动国产替代进程。

02光纤<<<<

石英玻璃材料是生产光纤预制棒和光纤拉丝过程中主要的消耗材料。石英玻璃的折射率极低,吸光系数小并且透光波段范围宽,而光纤作为以全内反射原理传输的光传导工具,对折射率有极高的要求,因此石英玻璃被大量应用于光纤制造,主要产品有预制棒、炉芯管、石英管等。

03光学<<<<

石英玻璃构成的部件是光学仪器中的关键性元件。透明石英玻璃的光学性能好,折射率低,可以满足185-3500mμ波段范围内任意透光波段,因此既可以作为光学仪器的透紫外材料也可以作为透红外材料,主要产品为制造摄谱仪、红外照相机、棱镜以及透镜。同时,石英玻璃具有很强的热稳定性,数值在800~1000℃之间,光学石英玻璃还广泛应用于高空高温照相,比如:高温作业窥视窗口、高精度测距仪以及大型天文望远镜。

04光伏<<<<

光伏领域生产加工环节中,石英玻璃制品为硬性耗材。石英玻璃所制造的石英坩埚凭借洁净、同质和耐高温的性能,一般作为熔融多晶硅料的盛装器具,用于后续拉制单晶硅棒/多晶硅锭的过程,是生产过程中的主要耗材。随着新能源产业的强劲发展,中国光伏产业规模不断壮大,天然石英产品尤其是石英坩埚产品的市场需求不断扩大。

05电光源<<<<

在电光源领域,石英玻璃电光源产品在家居、医疗、交通、娱乐等行业应用广泛。汽车照明用的氙灯,卫生消毒用的紫外线杀菌灯以及娱乐场所用的金属卤化物灯,都采用石英玻璃作为照明器具。

06军工<<<<

在航空航天领域,石英玻璃制品为宇宙飞船和航天飞机的核心元件。石英玻璃的密度小,抗压能力强且光学性能好,满足太空窗口材料滤紫外耐辐射的要求,避免高能射线照射下形成“色心”,被广泛应用于卫星及宇宙飞船,耐辐照的石英玻璃可以有效控制航天器姿态,高强度抗辐照玻璃盖片能为宇宙飞船的太阳能电池能源系统提供有效保护,此外,石英玻璃纤维隔热性能优良,介电性能好,被广泛用于机载天线罩用复合材料中。

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石英制品在各领域的作用

石英玻璃市场集中度高,全球CR5 约为 74%。目前全球高端石英玻璃市场(尤其是以半导体、光通讯为主的电子级石英玻璃市场),主要由贺利氏、迈图、东曹、昆希等海外龙头企业掌握。这些海外龙头企业历史悠久,具备独特的技术优势,各自有其擅长的领域和市场,产品附加值高、竞争力强,且在长期市场耕耘过程中,积累了较强的上下游产业渠道优势和产业规模优势。我国石英玻璃制备技术与国外先进技术水平相比,在高纯度、大尺寸石英玻璃制备、熔制设备和节能控制方面还有较大差距。

全球主要石英玻璃材料企业对比

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