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玻璃 1980年第4期 46-52+65页

作者：何明学

一、前言作为工业用材料的石英玻璃,由于有以下一些优良的特性,它的需要正在迅速增加。特别是在半导体,放电管,光学等各工业领域的用量很多。 1.和其他无机材料相比较,有非常高的纯度。 2.是透明体,紫外线和红外线的透过率都很高。 3.... 详细信息

一、前言作为工业用材料的石英玻璃,由于有以下一些优良的特性,它的需要正在迅速增加。特别是在半导体,放电管,光学等各工业领域的用量很多。 1.和其他无机材料相比较,有非常高的纯度。 2.是透明体,紫外线和红外线的透过率都很高。 3.膨胀系数非常小,耐热性优良。

关键词：石英玻璃粘度透过率粘滞度流动特性透过系数失透现象杂质含量

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石英玻璃的析晶行为研究

稀有金属材料与工程 2005年第z1期34卷 613-616页

作者：刘春凤贾德昌周玉高峰陈维思哈尔滨工业大学特种陶瓷研究所黑龙江哈尔滨150001 哈尔滨工业大学特种陶瓷研究所黑龙江哈尔滨150001 哈尔滨工业大学特种陶瓷研究所黑龙江哈尔滨150001 哈尔滨工业大学特种陶瓷研究所黑龙江哈尔滨150001 哈尔滨工业大学特种陶瓷研究所黑龙江哈尔滨150001

分别对石英玻璃粉末和块体进行高温热处理,对粉末的冷等静压坯体进行无压烧结,采用X射线衍射(XRD),电子探针显微分析(EPMA)和透射电子显微分析(TEM)等实验手段,研究了热处理温度及烧结温度对石英玻璃析晶行为的影响.结果表明,石英玻璃... 详细信息

分别对石英玻璃粉末和块体进行高温热处理,对粉末的冷等静压坯体进行无压烧结,采用X射线衍射(XRD),电子探针显微分析(EPMA)和透射电子显微分析(TEM)等实验手段,研究了热处理温度及烧结温度对石英玻璃析晶行为的影响.结果表明,石英玻璃的析晶产物均为低温方石英.在析晶过程中,随着热处理温度的升高,石英玻璃粉末和块体的析晶量在一定的温度范围(分别为1400℃～1550℃,1350℃～1500℃)内急剧增加,到1575℃和1525℃时,析晶量达到最大;此后,随着热处理温度的升高,析晶量下降.随着无压烧结温度的升高,冷等静压坯体的析晶量逐渐增加.石英玻璃的析晶初始温度较低.石英玻璃粉末在1150℃保温30 min就已析出晶体,而块体石英玻璃在1200℃保温时才有少量晶体生成.对于无压烧结的坯体,1400℃才可以看到少量析晶.从析晶量上看,石英玻璃粉末的析晶量要高于块体,表明粉末的析晶能力高于块状石英玻璃.无压烧结的坯体,析晶量较低,到1500℃才有明显的析晶(约为15.28%),1600℃时,析晶量较高(70.49%),此时的方石英很大,看不到完整的晶界.

关键词：石英玻璃析晶低温方石英热处理无压烧结

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石英玻璃圆环高速膨胀碎裂过程的离散元模拟

力学学报 2018年第3期50卷 622-632页

作者：熊迅李天密马棋棋方继松郑宇轩周风华宁波大学冲击与安全工程教育部重点实验室浙江宁波315211 北京理工大学爆炸科学与技术国家重点实验室北京100081

采用离散元算法模拟了石英玻璃圆环受到外加动态载荷时的力学行为.首先基于flat-jointed粘结模型,通过标准的单轴拉压、三点弯曲等数值实验来标定了石英玻璃的微观参数.在此模型基础上,数值模拟再现了石英玻璃圆环在不同应变率下的膨胀... 详细信息

采用离散元算法模拟了石英玻璃圆环受到外加动态载荷时的力学行为.首先基于flat-jointed粘结模型,通过标准的单轴拉压、三点弯曲等数值实验来标定了石英玻璃的微观参数.在此模型基础上,数值模拟再现了石英玻璃圆环在不同应变率下的膨胀碎裂过程.为定量分析数值模拟结果,需要准确确定圆环的碎裂发生时刻.模拟发现:伴随着石英玻璃圆环的断裂,圆环外表面粒子径向膨胀速度的时程曲线会发生突然升高然后下降的跳动;详细分析表明,这种跳动源自周向的脆性断裂诱发的卸载波(周向拉伸应力急剧下降)以及伴随而来的泊松膨胀,这种径向速度跳动现象为实验中检测脆性断裂发生时刻提供了可能.进一步的数值研究表明:(1)石英玻璃圆环的断裂应变随着应变率的提高而增大,与韧性金属材料的膨胀环实验结果一致;(2)石英玻璃圆环的碎片平均质量随着应变率的增大而减小;(3)数值计算获得的碎片平均尺寸与已有的理论和实验结果比较吻合.利用液压膨胀环实验装置对石英玻璃圆环进行了验证性实验,回收得到的碎片形貌及碎片个数与数值模拟的结果基本一致.

关键词：离散元石英玻璃膨胀环实验碎裂碎片尺寸

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石英玻璃杆Taylor撞击实验的数值模拟

力学学报 2019年第4期51卷 1082-1090页

作者：熊迅王珠郑宇轩周风华徐振宁波大学冲击与安全工程教育部重点实验室

采用离散元方法模拟石英玻璃杆Taylor撞击问题,再现了其破坏过程:在撞击端,杆以压缩失效波的形式破坏;在自由端,出现了密集的拉伸层裂破坏.分析表明:层裂是失效波阵面应力快速下降引起的追赶卸载波,与弹性压缩前驱波在自由端反射引起的... 详细信息

采用离散元方法模拟石英玻璃杆Taylor撞击问题,再现了其破坏过程:在撞击端,杆以压缩失效波的形式破坏;在自由端,出现了密集的拉伸层裂破坏.分析表明:层裂是失效波阵面应力快速下降引起的追赶卸载波,与弹性压缩前驱波在自由端反射引起的迎面卸载波相互作用的结果;随着撞击速度的增大,撞击端失效波造成的压缩破坏区域损伤程度增大,反射端层裂破坏损伤区域减小.进一步对失效波阵面的结构变化及其波速问题进行了研究,发现失效区域随着扩张变成一段裂纹逐渐由密到稀的区段,将此区段分为高损伤区和低损伤区,研究发现由稀疏微裂纹组成的低损伤区的前端面传播速度和弹性前驱波速基本相同,为固定值;而高损伤区前端面的裂纹密度随着传播距离的增加变稀,直至过渡为低损伤区,其传播具有显著的速度衰减、端面模糊直至停止的过程.高损伤前端面的平均速度随着撞击速度的增大而增大,并逐渐趋近于弹性波速.最后与已有实验做了对比,发现实验中高速摄影观察到的玻璃中"失效波"阵面实际上是高损伤前端面,而稀疏的低损伤微裂纹很难捕捉.

关键词：失效波 Taylor撞击离散元方法石英玻璃

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石英玻璃超精密磨削加工的表面完整性研究

机械工程学报 2019年第5期55卷 186-195页

作者：高尚耿宗超吴跃勤王紫光康仁科大连理工大学精密与特种加工教育部重点实验室大连116024 昆士兰大学机械与采矿工程学院

为了实现石英玻璃的高效低损伤超精密磨削加工,研究不同粒度金刚石砂轮磨削石英玻璃的表面和亚表面质量,建立表面粗糙度与亚表面损伤深度之间的关系模型。通过石英玻璃磨削试验研究400#、1 500#、2 000#和5 000#金刚石砂轮磨削石英玻璃... 详细信息

为了实现石英玻璃的高效低损伤超精密磨削加工,研究不同粒度金刚石砂轮磨削石英玻璃的表面和亚表面质量,建立表面粗糙度与亚表面损伤深度之间的关系模型。通过石英玻璃磨削试验研究400#、1 500#、2 000#和5 000#金刚石砂轮磨削石英玻璃的表面微观形貌、表面粗糙度及其亚表面损伤深度,分析相应的材料去除方式;基于压痕断裂力学理论分析脆性域磨削石英玻璃时工件表面微观形貌和亚表面微裂纹的形成机理,建立表面粗糙度PV值和亚表面损伤深度SSD之间的定量关系。研究结果表明:随着砂轮粒度的减小,石英玻璃磨削表面的凹坑、微裂纹、深划痕等缺陷逐渐减少,表面粗糙度Ra和PV以及亚表面损伤深度SSD均随之明显减小,从400#砂轮磨削表面的R_a 274.0 nm、PV 5.35μm和SSD 5.73μm降低至5 000#砂轮磨削表面的Ra 1.4 nm、PV 0.02μm和SSD 0.004μm。500#和1 500#砂轮磨削表面的材料去除方式为脆性断裂去除,2 000#砂轮磨削表面的材料去除方式同时包括脆性断裂去除和塑性流动去除,但以塑性流动去除为主,5 000#砂轮磨削表面的材料去除方式为塑性流动去除;脆性域磨削石英玻璃的表面粗糙度PV与亚表面损伤深度SSD之间满足SSD=(0.627～1.356) PV^(4/3)的数学关系。

关键词：石英玻璃磨削表面粗糙度亚表面损伤材料去除机理

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石英玻璃的化学机械磨削加工

光学精密工程 2010年第7期18卷 1554-1561页

作者：仇中军周立波房丰洲椎名刚志江田弘天津大学精密测试技术及仪器国家重点实验室天津300072 日本茨城大学工学部

为了实现石英玻璃基板的高效、高质量加工,进一步改善光掩模设备的性能,进行了石英玻璃化学机械磨削(CMG)加工技术的研究。通过在磨削过程中主动增强磨粒、结合剂以及磨削液与工件的化学反应,并使化学反应与机械去除作用形成动态平衡,... 详细信息

为了实现石英玻璃基板的高效、高质量加工,进一步改善光掩模设备的性能,进行了石英玻璃化学机械磨削(CMG)加工技术的研究。通过在磨削过程中主动增强磨粒、结合剂以及磨削液与工件的化学反应,并使化学反应与机械去除作用形成动态平衡,从而消除因材料脆性去除而造成的表面损伤等,实现了大口径玻璃工件的高表面质量、高形状精度的加工。针对石英玻璃CMG加工的特点,开发了CMG专用砂轮及磨削液,利用正交实验法优化了石英玻璃CMG加工工艺参数,分析了CMG加工过程中磨削压力、砂轮转速、磨削液流量、pH值等因素对加工表面粗糙度及加工效率的影响,并利用优化后的工艺参数加工得到了Ra为0.795nm的石英玻璃表面。加工后基板的光学性能和化学机械抛光(CMP)加工基板的光学性能相同,能够满足光掩模设备的性能需求。

关键词：化学机械磨削石英玻璃正交试验法

石英玻璃分子动力学模拟中的原子电荷转移与系综选择

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物理化学学报 2010年第6期26卷 1651-1656页

作者：丁元法张跃张大海李仲平北京航空航天大学材料科学与工程学院空天材料与服役教育部重点实验室北京100191 航天材料及工艺研究所先进功能复合材料技术国防科技重点实验室北京100076

介绍了SiO2体系分子动力学模拟中的Si、O原子电荷转移问题;采用Morse势函数研究了原子电荷转移对石英玻璃模拟的影响,发现原子电荷转移在影响模型密度的同时,还直接影响着原子的最近邻距离.NPT和NVT系综下的模拟结果对比显示,系综对模... 详细信息

介绍了SiO2体系分子动力学模拟中的Si、O原子电荷转移问题;采用Morse势函数研究了原子电荷转移对石英玻璃模拟的影响,发现原子电荷转移在影响模型密度的同时,还直接影响着原子的最近邻距离.NPT和NVT系综下的模拟结果对比显示,系综对模型中原子最近邻情况影响不大,但在NVT系综下模拟结果表明实际玻璃中存在的较大的空隙结构,找到了以往模拟中密度结果偏高的原因,提出了一种较好的石英玻璃分子动力学建模的方法.该方法不但解决了在调整电荷时维持原子最近邻距离与保证模型密度之间的矛盾,而且可以很好地描述石英玻璃在远程结构上密度不均、存在较大空隙的无序结构.此外,原子自扩散系数的计算结果展示了空隙结构在石英玻璃扩散性质研究中的作用.

关键词：分子动力学石英玻璃电荷转移系综空隙

石英玻璃的紫外飞秒激光光丝高精度加工技术研究

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中国激光 2024年第12期51卷 465-473页

作者：薛波贾平岗安国文苏建慧王灏荃杨楠熊继军中北大学省部共建动态测试技术国家重点实验室山西太原030051

石英玻璃的高精度加工在微机电器件封装、光纤传感和微电子封装等领域有着巨大的需求。为进一步提升加工精度和加工质量,本课题组开展了基于光丝效应的343 nm紫外飞秒激光加工实验,研究了激光焦点位置、脉冲能量、重复频率、扫描速度和... 详细信息

石英玻璃的高精度加工在微机电器件封装、光纤传感和微电子封装等领域有着巨大的需求。为进一步提升加工精度和加工质量,本课题组开展了基于光丝效应的343 nm紫外飞秒激光加工实验,研究了激光焦点位置、脉冲能量、重复频率、扫描速度和扫描次数对石英玻璃光丝损伤形貌的影响,并在此基础上优化工艺参数,对石英玻璃进行了快速切割和打孔实验。研究结果表明:在激光重复频率一定时,脉冲能量越大,光丝损伤越深;脉冲能量不变时,重复频率越高,光丝损伤深度越大;扫描速度的降低会增加损伤深度,但也会使加工表面的熔融物增多;增加扫描次数能显著提升加工质量。利用激光光丝加工方法切割得到的石英玻璃断面接近垂直且粗糙度小于1μm,微孔加工的尺寸精度可达到±2μm。

关键词：飞秒激光石英玻璃光丝效应精密切割微孔加工

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石英玻璃热膨胀性能的高温分子动力学研究

稀有金属材料与工程 2007年第A02期36卷 331-333页

作者：丁元法张跃张凡伟张大海李仲平北京航空航天大学材料科学与工程学院北京100083 航天材料及工艺研究所先进功能复合材料技术国防科技重点实验室北京100076

采用基于第一性原理的COMPASS力场对石英玻璃的热膨胀性能作了分子动力学研究。结果分析表明Si-O键长与Si-O-Si键角是导致结构随温度变化的主要因素,两者的变化趋势和变化速率决定了材料热膨胀的不规则性。此外,还根据四面体体积随温度... 详细信息

采用基于第一性原理的COMPASS力场对石英玻璃的热膨胀性能作了分子动力学研究。结果分析表明Si-O键长与Si-O-Si键角是导致结构随温度变化的主要因素,两者的变化趋势和变化速率决定了材料热膨胀的不规则性。此外,还根据四面体体积随温度的变化粗略估算了四面体间隙的变化,对负热膨胀现象做了进一步讨论。

关键词：石英玻璃热膨胀高温分子动力学