中國粉體網訊 石英玻璃是由單一的二氧化硅組成的玻璃，純度高，化學穩定性好，使其廣泛應用在光纖通訊、半導體行業、新型電光源、航空航天、核技術等領域。目前，相關領域對石英玻璃的純度及質量要求越來越高，如何從制備工藝上提高石英玻璃純度、減少結構缺陷成為研究重點。
石英玻璃缺陷——羥基
石英玻璃的結構缺陷是［SiO4］四面體網絡結構自身缺陷，包括氧移位引起的氧缺陷和Si-O鍵斷裂類缺陷。其中由Si-O鍵斷裂形成的E+心缺陷和非橋氧缺陷都能夠與H結合，形成[SiH]或[OH]，在高溫熔制石英玻璃時，石英玻璃和水能發生≡Si-O-Si≡+H2O—≡2Si-OH的反應從而形成石英玻璃中的羥基。
羥基是石英玻璃各種微觀缺陷中最主要的結構缺陷，石英玻璃的制備通常是在充滿H2的氣氛中進行的，H2為整個高溫熔融過程提供了主要的熱量，并且H2作為整個加熱體系的保護氣體，為該體系提供了安全穩定的環境氣氛，同時石英玻璃羥基中的H也主要來自H2，因而羥基缺陷是難以避免的。
羥基缺陷對石英玻璃性能的影響
對石英玻璃化學性能的影響。石英玻璃中的羥基缺陷是Si-O鍵斷裂形成的，因此石英玻璃中羥基的存在能夠打開Si-O鍵，這樣使得石英玻璃的化學穩定性降低。
對石英玻璃熱性能的影響。石英玻璃的粘度是石英玻璃熱性能的一個表征，它與溫度密切相關。石英玻璃的羥基缺陷使Si-O鍵斷裂，從而降低石英玻璃的粘度，在溫度較低的情況下，羥基對石英玻璃粘度的影響效果更為明顯。
對石英玻璃光學性能的影響。石英玻璃中的雜質和結構缺陷會影響到石英玻璃吸收各種波長的光的效果，繼而影響石英玻璃的光譜透過率。
對石英玻璃機械性能性能的影響。石英玻璃含有雜質和羥基，其對石英玻璃的密度有一定的影響，雜質和羥基的含量越高，石英玻璃的密度值就越低。
如何降低“羥基”對石英玻璃的影響？
①空氣中進行煅燒，因為空氣中含有水分，所以主要是將由氫形成的羥基脫出來，脫羥裝備可采用隧道窯、推板窯或箱式電爐；
②脫羥中通入高純氮氣，這種工藝可以將氫形成的羥基全部脫出來，而且可以脫出少量由水形成羥基，因為由水形成的羥基屬穩定形，水在石英玻璃中擴散速率慢，需要長時間煅燒才能部分脫出來，裝備為推板窯或箱式電爐，爐門必須密閉，留有進氣口和出氣口，脫羥時不斷送入高純氮氣，保持爐內氣氛含水量極低(1×10-6～2×10-6)；
③采用真空脫羥，裝備采用真空電爐，真空度10-4Pa，爐中氣氛幾乎沒有水分，造成有利的脫羥條件，加大羥基擴散速率。
Morimoto等研究了隨著溫度升高石英玻璃釋放的氣體種類，發現采用不同工藝制備的石英玻璃的脫羥機理不同。對于合成石英玻璃來說，隨著溫度升高相繼釋放出氫氣和水蒸氣。
Wiesenfeld等研究了200～900℃溫度范圍內化學氣相沉積法制備的二氧化硅玻璃與氫反應生成羥基的機理，認為合成石英玻璃脫羥過程是羥基與玻璃的缺陷反應生成分子氫，氫氣通過擴散從石英玻璃中得到排出。
周永恒和顧真安通過研究發現熱處理合成石英玻璃時羥基分別通過氫氧鍵斷裂釋放氫氣和臨近羥基對反應生成H2O而脫除。
張國君等建立了SiO2疏松體高溫脫羥及燒結過程的多物理場耦合模型，綜合考慮了脫羥化學反應、多孔介質傳熱傳質、孔隙率變化等復雜的物理現象，通過與實驗數據對比驗證了模型的可靠性。基于模擬結果，研究了脫羥過程升溫曲線對最終羥基含量及分布的影響，發現隨著脫羥時間的延長，最終的羥基含量降低且羥基分布的均勻性增加。
整體而言，石英玻璃中羥基的多少與原料中的羥基含量和石英熔制工藝、氣氛及脫羥技術密切相關。需要了解羥基的來源，在每個環節盡可能避免，盡可能保石英玻璃儀的純度。
參考資料：
李靜.微波和酸蝕作用去除石英砂中氣液包裹體及機理研究
張國君等.SiO2疏松體高溫脫羥過程數值模擬
潘國璋.電光源用石英玻璃的現狀——低羥基石英管的研究與生產
符博等.石英玻璃中羥基對其性能的影響
周永恒.石英玻璃及原料中羥基的研究
（中國粉體網編輯整理/三昧）
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