مقارنة ألواح زجاج الكوارتز مقابل ألواح زجاج البورسليكات والصودا والجير والسيليكا المنصهر

يواجه المهندسون الذين يحددون الركائز البصرية معضلة مستمرة: لا يبدو أن هناك مادة واحدة تفي بكل من انتقال الأشعة فوق البنفسجية والاستقرار الحراري في وقت واحد. تحل ألواح زجاج الكوارتز هذا التعارض مباشرة.

من بين جميع الركائز الضوئية المسطحة المتاحة تجاريًا، تحتل صفيحة زجاج الكوارتز موقعًا نادرًا حيث يتلاقى الاتساع الطيفي وثبات الأبعاد تحت التدوير الحراري والخمول الكيميائي في مادة واحدة. تقدم هذه المقالة مقارنة صارمة لكل معيار على حدة للوح زجاج الكوارتز مقابل لوح زجاج البورسليكات ولوح زجاج الصودا والجير ولوح السيليكا المنصهر، مع تثبيت كل استنتاج في بيانات محددة بحيث يمكن للمهندسين التحقق من ملاءمة المواد لظروف عملياتهم المحددة دون غموض.

تشمل المقارنة الإرسال البصري، والتمدد الحراري، ودرجة الحرارة القصوى للخدمة، ومعامل الانكسار، والمقاومة الكيميائية، والخصائص الميكانيكية. ويختتم كل قسم بملخص بيانات منظم، وتترجم الأقسام الأخيرة هذه المعلمات إلى أحكام ملاءمة تطبيقية تم التحقق منها.

---

ما هو لوح زجاج الكوارتز في الواقع

قبل أن تكون أي مقارنة بين أي معيار له صلاحية علمية، يجب تعريف المادة قيد الفحص بدقة، لأن المصطلحات المحيطة بالنظارات القائمة على السيليكا غير متسقة بشكل ملحوظ بين الموردين وأوراق البيانات وحتى الأدبيات الأكاديمية.

صفيحة زجاجية من الكوارتز عبارة عن ركيزة مسطحة مصنوعة من ثاني أكسيد السيليكون غير المتبلور (SiO₂) بدرجة نقاء ≥ 99.9%يتم إنتاجه عن طريق صهر رمل الكوارتز البلوري الطبيعي عند درجات حرارة تتجاوز 1700 درجة مئوية. وتكون المادة الناتجة غير بلورية، ومتساوية الخواص البصرية، وخالية من الحدود الحبيبية التي تميز السيراميك متعدد البلورات. تتوفر ألواح زجاج الكوارتز التجارية القياسية بسماكات تتراوح من 0.5 مم إلى 25 مم، بأبعاد جانبية تمتد إلى ما بعد 300 × 300 مم، ومواصفات تسطيح السطح المعبر عنها بأجزاء من الطول الموجي (λ/4 إلى λ/10 عند 633 نانومتر للدرجات البصرية).

من المصادر المستمرة للارتباك في المشتريات الهندسية والممارسات المختبرية هو الاستخدام التبادلي لمصطلح زجاج الكوارتز، والكوارتز المصهور، والسيليكا المصهورة، وزجاج السيليكا. والتمييز هو المادة: صفيحة الكوارتز الزجاجية وصفيحة الكوارتز المنصهرة كلاهما مشتق من مواد أولية بلورية طبيعية من الكوارتز، في حين يتم تصنيع صفيحة السيليكا المنصهرة من سلائف كيميائية عالية النقاء تحتوي على السيليكون مثل SiCl₄ عن طريق التحلل المائي باللهب أو CVD. وكلا المنتجين النهائيين عبارة عن SiO₂ غير متبلور، ولكن يختلف محتوى OH ومستويات الشوائب المعدنية والنقل بالأشعة فوق البنفسجية العميقة بشكل ملموس - وهي اختلافات تصبح ذات أهمية في التطبيقات البصرية دون 200 نانومتر. خلال هذه المقالة لوح زجاج الكوارتز يشير تحديدًا إلى ركيزة SiO₂ غير المتبلور من مصدر طبيعي ما لم يكن مؤهلاً لذلك.

تحتوي صفيحة زجاج الصودا والجير على حوالي 72% SiO₂T مع إضافات كبيرة من Na₂TP3T (حوالي 14%) وCaO (حوالي 10%)، والتي تغير بشكل كبير من سلوكها الحراري والبصري. تستبدل صفيحة زجاج البورسليكات جزءًا كبيرًا من المحتوى القلوي بأكسيد البوتاسيليكات B₂O₃ (عادةً 12-13%)، مما ينتج عنه أداءً متوسطًا. وتمثل صفيحة السيليكا المنصهرة، كما هو مذكور، الطرف الاصطناعي الأعلى نقاءً من طيف السيليكا. تشكل هذه المواد الأربع مجموعة المقارنة الكاملة التي تم فحصها في الأقسام التالية.

---

الانتقال الضوئي عبر لوح زجاج الكوارتز ومنافسيه

وغالبًا ما يكون الإرسال الطيفي هو أول معلمة يسجلها مهندس البصريات عند تقييم الركيزة، وتكون الاختلافات بين هذه المواد الأربعة أكثر دراماتيكية - والأكثر أهمية - في منطقة الأشعة فوق البنفسجية. وبالتالي، فإن فهم سلوك الإرسال عبر الطيف الكامل ذي الصلة أمر لا غنى عنه قبل تقييم أي معلمة أخرى.

انتقال نطاق الأشعة فوق البنفسجية حيث يتفوق اللوح الزجاجي الكوارتز

تحدد نافذة انتقال الأشعة فوق البنفسجية لمادة الركيزة أهليتها لفئة كاملة من التطبيقات الضوئية والكيميائية الضوئية.

ينقل لوح زجاج الكوارتز بشكل مفيد من 150 نانومتر تقريبًا إلى 4,000 نانومترمع قيم نفاذية تتجاوز 90% لكل ملليمتر من طول المسار عند أطوال موجية أعلى من 200 نانومتر عندما تكون الأسطح مصقولة إلى الدرجة البصرية. عند 250 نانومتر، تُظهر لوحة زجاج الكوارتز بسمك 1 مم عادةً نفاذية داخلية أعلى من 93%. وعلى النقيض من ذلك، يُظهر زجاج البورسليكات حافة امتصاص حادة للأشعة فوق البنفسجية بالقرب من 300-320 نانومتر، مما يجعله معتمًا بشكل أساسي للأشعة فوق البنفسجية العميقة. ينقطع زجاج الصودا والجير في وقت أبكر من ذلك، عند حوالي 340-360 نانومتر، بسبب الامتصاص القوي للأشعة فوق البنفسجية الناتج عن شوائب الحديد ومعدِّلات الشبكة القلوية. إن مواضع القطع هذه ليست تدرجات لينة - فهي تمثل مناطق ترتفع فيها معاملات الامتصاص بعدة مرات من حيث الحجم ضمن فاصل طيفي ضيق، مما يجعل المواد غير قابلة للاستخدام الوظيفي للعمليات المعتمدة على الأشعة فوق البنفسجية بغض النظر عن سمك العينة.

النتيجة العملية للمهندسين لا لبس فيها: أي عملية أو أداة تعمل بأقل من 320 نانومتر - غرف التعقيم بالأشعة فوق البنفسجية - أو نوافذ ليزر 248 نانومتر KrF، أو خلايا التحليل الطيفي لمصباح الزئبق 254 نانومتر، أو أنظمة الطباعة الحجرية بالأشعة فوق البنفسجية 365 نانومتر - غير متوافقة فيزيائيًا مع ركائز البورسليكات أو الجير الصودا. تظل ألواح زجاج الكوارتز الخيار القابل للتطبيق تقنيًا في جميع هذه الأطوال الموجية.

تعمل صفيحة السيليكا المنصهرة، التي يتم تصنيعها عن طريق ترسيب البخار الكيميائي من سلائف فائقة النقاء، على توسيع نافذة الإرسال القابلة للاستخدام بشكل طفيف في الأشعة فوق البنفسجية الفراغية، حيث تصل إلى أقل من 150 نانومتر في المتغيرات الاصطناعية عالية الجودة. ومع ذلك، بالنسبة لنطاق 180-400 نانومتر الذي يشمل الغالبية العظمى من تطبيقات الأشعة فوق البنفسجية الصناعية، فإن منحنيات الإرسال للوح زجاج الكوارتز ولوح السيليكا المنصهر من الدرجة البصرية متكافئة وظيفيًا.

مقارنة الانتقال المرئي والأشعة القريبة من الأشعة تحت الحمراء

خارج حدود الأشعة فوق البنفسجية، يتقارب سلوك الإرسال لجميع المواد الأربعة بشكل كبير، على الرغم من استمرار الاختلافات ذات المغزى في الأشعة تحت الحمراء القريبة.

في الطيف المرئي (400-700 نانومتر), تُظهر جميع الركائز الأربع إرسالًا عاليًا، عادةً أعلى من 90% للسماكات القياسية، مما يجعل اختيار الركيزة في هذا النطاق أقل أهمية من وجهة نظر الإرسال وحدها. يظهر الاختلاف الأكثر أهمية مرة أخرى في الأشعة تحت الحمراء القريبة. يبدأ زجاج الصودا والجير في إظهار نطاقات امتصاص قابلة للقياس فوق 2000 نانومتر تقريبًا، وينخفض انتقاله إلى أقل من 50% بمقدار 2500 نانومتر بسبب النغمات الاهتزازية لأكاسيد معدِّل الشبكة. ويؤدي زجاج البورسليكات أداءً أفضل إلى حد ما، حيث يحتفظ بالنقل المفيد إلى حوالي 2700 نانومتر قبل أن تخفف نطاقات امتصاص البورات الإشارة بشكل كبير. تحافظ صفيحة زجاج الكوارتز، بشبكة SiO₂ شبه النقية على الإرسال فوق 80% حتى حوالي 3500 نانومتر قبل أن يهيمن الامتصاص الأساسي Si-O الممتد بالقرب من 4000 نانومتر.

مهندسون يصممون أنظمة النطاق العريض-تستفيد مطيافات الأشعة تحت الحمراء بتحويل فورييه أو أنظمة الليزر متعددة الأطوال الموجية أو بصريات محاكاة الطاقة الشمسية التي تمتد من الأشعة فوق البنفسجية إلى الأشعة تحت الحمراء القريبة من الأشعة تحت الحمراء - مباشرةً من النطاق الطيفي الممتد للوح زجاج الكوارتز. يزيل غياب أكاسيد مُعدِّل الشبكة الآلية الأساسية المسؤولة عن الامتصاص المتوسط للأشعة تحت الحمراء في التركيبات الزجاجية، مما يوسع النافذة الطيفية المفيدة بأكثر من 1500 نانومتر مقارنة بزجاج الصودا والجير.

نطاقات التجانس والامتصاص التي تؤثر على الإرسال

ضمن فئة ألواح زجاج الكوارتز نفسها، هناك تقسيم فرعي آخر يحكم ملاءمة التطبيق: التمييز بين المتغيرات عالية الأوكسجين ومنخفضة الأوكسجين.

عادةً ما تنتج المواد الأولية الطبيعية من الكوارتز ألواح زجاج الكوارتز بتركيزات مجموعة الهيدروكسيل (OH) تتراوح بين 150 و400 جزء في المليون من الوزن. تقدم مجموعات OH هذه نطاق امتصاص مميز يتمركز بالقرب من 2.72 ميكرومتر، مع ظهور امتصاصات فوقية تظهر عند حوالي 1.38 ميكرومتر و 0.95 ميكرومتر. بالنسبة للأنظمة التي تعمل في نافذة الأشعة تحت الحمراء القريبة من 2.5 إلى 3.0 ميكرومتر - بعض تطبيقات القطع بالليزر أو نطاقات محددة للتحليل الطيفي الجزيئي - يمثل امتصاص OH هذا عقوبة انتقال ذات مغزى. يمكن تصنيع السيليكا الاصطناعية المنصهرة الاصطناعية بتركيزات OH أقل من 1 جزء في المليون، مما يزيل بشكل أساسي ميزة الامتصاص هذه.

على العكس من ذلك, ينقل لوح زجاجي من الكوارتز عالي السُمك بدرجة عالية من الكفاءة عند أطوال موجية أقل من 180 نانومتر من المتغيرات منخفضة الأوكسجين، لأن الشوائب المعدنية المتبقية (التي تمتص في الأشعة فوق البنفسجية العميقة) يتم إزاحتها جزئيًا من خلال عملية دمج OH أثناء الصهر. ولذلك ينبغي للمهندسين الذين يحددون ألواح زجاج الكوارتز لتطبيقات الأشعة فوق البنفسجية العميقة أن يطلبوا درجات عالية من الأوكسجين الهيدروجيني المرتفع، في حين أن أولئك الذين يستهدفون نوافذ الأشعة تحت الحمراء من 2.5 إلى 4.0 ميكرومتر يجب أن يحددوا صراحةً في مستندات الشراء الخاصة بهم متغيرات الأوكسجين المنخفض أو السيليكا المنصهرة الاصطناعية.

ملخص الإرسال عبر جميع الركائز الأربع

المواد	قطع الأشعة فوق البنفسجية (نانومتر)	الإرسال المرئي (%)	حد NIR (ميكرومتر)	محتوى OH (جزء في المليون)
صفيحة زجاج الكوارتز	~150	>92	~3.5	150-400
صفيحة السيليكا المنصهرة	~150	>93	~3.5	<1 (اصطناعي)
صفيحة زجاج البورسليكات	~300	>90	~2.7	غير متاح
صفيحة زجاج الصودا والليمون	~340	>89	~2.0	غير متاح

---

معاملات التمدد الحراري عبر جميع الركائز الأربعة

ويتحكم التمدد الحراري في سلامة الأبعاد كلما تعرضت الركيزة لتباين في درجة الحرارة، وتمتد الاختلافات بين هذه المواد الأربع إلى ما يقرب من مرتبتين من حيث الحجم. هذا الامتداد له عواقب مباشرة على مقاومة الصدمات الحرارية، والملاءمة الميكانيكية في العلب، وثبات الأبعاد على المدى الطويل في التجميعات الدقيقة.

بيانات CTE لألواح زجاج الكوارتز، والبوروسيليكات، والجير الصودا والجير والسيليكا المنصهرة

معامل التمدد الحراري (CTE) هو المعامل الحراري الوحيد الأكثر تمييزًا بين الركائز الأربع قيد المقارنة.

تحمل صفيحة زجاج الكوارتز CTE حوالي 0.55 × 10-⁶ / K عبر نطاق 0-300 درجة مئوية - وهي قيمة مطابقة تقريبًا لقيمة صفيحة السيليكا المنصهرة (0.55 × 10-⁶/ك)، مما يعكس البنية الشبكية المشتركة بينهما من SiO₂. تُظهر صفيحة زجاج البورسليكات، المتمثلة في تركيبة Pyrex 7740 المستخدمة على نطاق واسع، قيمة CTE تبلغ تقريبًا 3.3 × 10-⁶ /K-أعلى بست مرات من الكوارتز. تصل صفيحة زجاج الجير الصودا، بمحتواها العالي من المعدل القلوي 8.5-9.0 × 10-⁶ /Kأكثر من خمسة عشر مرة من CTE للوح زجاج الكوارتز. هذه ليست فروقًا هامشية؛ فهي تمثل سلوكيات ميكانيكية حرارية مختلفة اختلافًا جوهريًا عند تطبيق نفس درجة الحرارة.

يتدرج التأثير الهندسي لـ CTE بشكل مباشر مع فارق درجة الحرارة. يتمدد صفيحة زجاجية من الكوارتز يبلغ عرضها 200 مم بمقدار 22 ميكرومتر تقريبًا عند تعرضها لارتفاع درجة الحرارة 200 درجة مئوية. ويتمدد نفس الصفيحة من زجاج الصودا والجير بحوالي 360 ميكرومتر تقريبًا في ظروف مماثلة، أي بفارق ستة عشر ضعفًا في الإزاحة الخطية. بالنسبة للركائز المثبتة في إطارات معدنية صلبة أو الملتصقة بمواد غير متشابهة، يولد هذا التمدد التفاضلي إجهادًا بينيًا، أما بالنسبة لزجاج الصودا والجير، فإن هذه الضغوط تتجاوز بشكل روتيني معامل التمزق¹.

CTE والخصائص الحرارية المشتقة

المواد	CTE (× 10 ⁶ / ك، 0-300 درجة مئوية)	الموصلية الحرارية (وات/م كلفن)	الحرارة النوعية (J/g-K)
صفيحة زجاج الكوارتز	0.55	1.38	0.74
صفيحة السيليكا المنصهرة	0.55	1.38	0.74
صفيحة زجاج البورسليكات	3.3	1.14	0.83
صفيحة زجاج الصودا والليمون	8.5-9.0	1.05	0.84

مقاومة الصدمات الحرارية المستمدة من انخفاض CTE في لوح زجاج الكوارتز

مقاومة الصدمات الحرارية هي خاصية مشتقة، ولكنها خاصية تحدد بشكل مباشر ما إذا كانت المادة تنجو من التحولات السريعة في درجات الحرارة دون حدوث كسر كارثي.

تخضع مقاومة الصدمة الحرارية لنسبة قوة الشد إلى حاصل ضرب CTE ومعامل المرونة والتوصيل الحراري - وهي علاقة مشفرة في معامل مقاومة الصدمة الحرارية R. صفيحة زجاج الكوارتز، مع انخفاضها الشديد في CTE، تحقق قيمة R كافية لتحمل الفروق اللحظية في درجات الحرارة التي تتجاوز 1,000 درجة مئوية بدون كسر تحت ظروف السماكة القياسية. وتؤكد البيانات المختبرية والصناعية الموثقة أن ألواح زجاج الكوارتز بسماكة 2 مم تصمد أمام التبريد المتكرر من 1000 درجة مئوية في ماء بدرجة حرارة الغرفة - وهو اختبار يحطم زجاج الصودا والجير عند درجات حرارة تفاضلية أعلى من 80 درجة مئوية تقريبًا وزجاج البورسليكات فوق 160 درجة مئوية تقريبًا. هذه ليست توقعات نظرية؛ فهي تعكس عقودًا من الخبرة التشغيلية في تطبيقات منافذ عرض الأفران ذات درجات الحرارة العالية حيث يكون سجل المواد واضحًا لا لبس فيه.

صفيحة زجاج البورسليكات تعمل بشكل موثوق في بيئات الصدمات الحرارية المعتدلةمما يجعلها الخيار التقليدي للأواني الزجاجية المختبرية المعرضة لتسخين موقد بنسن - ولكنها تصل إلى عتبة الكسر عند فروق درجات الحرارة أقل بكثير من تلك التي تواجهها في نوافذ العمليات الصناعية أو مفاعلات البلازما أو غرف التلدين الحراري السريع. وعلى الرغم من انخفاض تكلفته وتوفره على نطاق واسع، فإن صفيحة زجاج الصودا والجير مستبعدة بشكل قاطع من أي تطبيق ينطوي على صدمة حرارية متعمدة أو عرضية؛ حيث يضمن CTE العالي الكسر في ظل الظروف التي تتعامل معها صفيحة زجاج الكوارتز بشكل روتيني.

الآثار المترتبة على مهندسي العمليات واضحة ومباشرة: أي منفذ عرض أو نافذة أو ركيزة معرضة لدورات تسخين أو تبريد سريعة - بدء تشغيل الفرن وإيقاف تشغيله أو التعرض لنبضات الليزر أو الاصطدام المباشر باللهب - يتطلب لوح زجاج الكوارتز كمادة ذات مواصفات دنيا إلا إذا كانت قيود الوزن أو التكلفة تفرض تنازلاً متعمداً في الأداء في ظل مخاطر معروفة.

ثبات الأبعاد في التجميعات البصرية الدقيقة

في الأجهزة البصرية الدقيقة، لا يعد ثبات الأبعاد في ظل التباين الحراري مصدر قلق يتعلق بالسلامة ولكنه معلمة أداء تحدد بشكل مباشر دقة القياس وإمكانية تكرار النظام.

صفيحة مسطحة لمقياس التداخل مصنوعة من زجاج الجير الصودا التي تعاني من تذبذب في درجة الحرارة المحيطة بمقدار 10 درجات مئوية - وهو أمر شائع في البيئات المختبرية دون تحكم حراري نشط - ستخضع لتغير خطي في الأبعاد يتراوح بين 85 و90 نانومترًا تقريبًا لكل ملليمتر من عرض اللوحة. بالنسبة لمسطح مرجعي بقطر 100 مم، يُترجم ذلك إلى خطأ في شكل السطح في حدود عدة أطوال موجية عند 633 نانومتر، مما يجعل المسطح غير قابل للاستخدام في التطبيقات المرجعية الدقيقة لجبهة الموجة. ينتج عن نفس الارتفاع في درجة الحرارة المطبق على صفيحة زجاجية من الكوارتز ذات أبعاد متطابقة تغير في الأبعاد يبلغ حوالي 5.5 نانومتر لكل مليمتر - أي أقل من خمسة عشر مرة. في الأنظمة التي يتم فيها تخصيص ميزانيات خطأ واجهة الموجة بأجزاء من النانومتر، يكون هذا الاختلاف حاسمًا.

لا يمكن التمييز بين صفيحة زجاج الكوارتز وصفيحة السيليكا المنصهرة بشكل فعال في CTEمما يعني أن كلاهما مناسبان تقنيًا للحوامل البصرية الدقيقة. ثم ينتقل الاختيار بينهما في التطبيقات الحرجة لثبات الأبعاد إلى معايير أخرى: التجانس الداخلي، وانكسار الضغط، وجودة السطح - والتي ستتم مناقشتها في الأقسام اللاحقة. بالنسبة لغالبية تطبيقات التجميع البصري الدقيق، توفر ألواح زجاج الكوارتز ثباتًا في الأبعاد لا يمكن الوصول إليه في ركائز البورسليكات أو الجير الصودا.

تغير الأبعاد لكل 100 مم عرض عند ΔT = 50 درجة مئوية

المواد	التغير الخطي في الأبعاد (ميكرومتر)	ملاءمة البصريات الدقيقة
صفيحة زجاج الكوارتز	2.75	عالية
صفيحة السيليكا المنصهرة	2.75	عالية
صفيحة زجاج البورسليكات	16.5	معتدل
صفيحة زجاج الصودا والليمون	42.5-45.0	منخفضة

---

درجات حرارة الخدمة القصوى للوح زجاج الكوارتز في البيئات الصعبة

تحدد القدرة الحرارية الحدود المطلقة لغلاف نشر المادة، وفي هذا المعيار، فإن الفجوة بين صفيحة زجاج الكوارتز ومنافسيها الشائعين - البورسليكات والصودا - كبيرة جدًا لدرجة أنها تضعهم فعليًا في فئات مواد مختلفة للتطبيقات الحرارية.

بيانات الاستخدام المستمر وبيانات نقطة اللين لكل مادة

تتميز القدرة الحرارية للركيزة الزجاجية عادةً بثلاث درجات حرارة مرجعية: درجة حرارة نقطة الإجهاد (التي يكون استرخاء الإجهاد تحتها ضئيلًا)، فإن نقطة التلدين (حيث تسترخي الضغوط الداخلية في غضون دقائق)، و نقطة التليين (حيث تبدأ المادة في التشوه تحت وطأة وزنها).

يُظهر لوح زجاج الكوارتز نقطة تليين تبلغ 1,665 درجة مئوية تقريبًاونقطة التلدين بالقرب من 1,140 درجة مئوية، ونقطة الإجهاد حوالي 1,070 درجة مئوية. في الخدمة المستمرة، يتم تشغيل ألواح زجاج الكوارتز بشكل روتيني في درجات حرارة تصل إلى 1,050-1,100 °C بدون تشوه قابل للقياس، شريطة أن يكون الحمل الميكانيكي في حده الأدنى. تُستمد هذه القدرة مباشرةً من شبكة SiO₂ عالية النقاء: بدون معدِّلات الشبكة منخفضة الذوبان مثل Na₂O أو CaO، تظل لزوجة الزجاج عالية بشكل فلكي حتى درجات حرارة تتجاوز بكثير تلك التي تواجهها معظم العمليات الصناعية. زجاج البورسليكات، بنقطة تليين تقترب من 820 درجة مئوية وحد خدمة عملي مستمر يبلغ حوالي 450-500 °C، يبدأ في إظهار تشوه لزج عند درجات حرارة تتحملها ألواح زجاج الكوارتز دون عواقب. زجاج الجير الصودا، مع نقطة تليين حوالي 730 درجة مئوية وحد خدمة مستمر يبلغ حوالي 250-300 °Cمستبعد حراريًا من جميع السياقات الهندسية ذات درجات الحرارة العالية.

تحمل صفيحة السيليكا المنصهرة درجات حرارة مرجعية حرارية مطابقة تقريبًا لصفيحة زجاج الكوارتز (نقطة التليين حوالي 1,665 درجة مئوية)، مما يؤكد أن كلتا المادتين تشتركان في نفس أصل شبكة SiO₂ وأن أداءهما في درجات الحرارة العالية متكافئ بشكل أساسي.

درجات الحرارة المرجعية الحرارية لجميع الركائز الأربعة

المواد	نقطة الإجهاد (درجة مئوية)	نقطة التلدين (درجة مئوية)	نقطة التليين (درجة مئوية)	الحد الأقصى للخدمة المستمرة (درجة مئوية)
صفيحة زجاج الكوارتز	~1,070	~1,140	~1,665	~1,050
صفيحة السيليكا المنصهرة	~1,075	~1,140	~1,665	~1,050
صفيحة زجاج البورسليكات	~515	~565	~820	~450
صفيحة زجاج الصودا والليمون	~470	~514	~730	~250

أداء صفيحة زجاج الكوارتز في نوافذ المعالجة ذات درجة الحرارة العالية

تصبح حدود درجة الحرارة المجردة ذات مغزى فقط عند مقارنتها بالملامح الحرارية الفعلية للعمليات الصناعية والعلمية حيث يكون اختيار الركيزة أمرًا ضروريًا.

أفران نشر أشباه الموصلات التي تعمل عند درجة حرارة تتراوح بين 900 و1100 درجة مئوية لعمليات الأكسدة والدفع بالمواد المخدرة تتطلب مواد نافذة عرض وأنبوب تظل ثابتة الأبعاد طوال دورات المعالجة التي تستمر لساعات. وتراكم ركائز ألواح الكوارتز الزجاجية المثبتة كنوافذ مراقبة في هذه الأفران آلاف الدورات الحرارية دون حدوث كسر أو تدهور بصري، وهو سجل خدمة تم إنشاؤه على مدى أكثر من أربعة عقود من تصنيع أشباه الموصلات. أظهرت نوافذ عرض البورسليكات المثبتة في مواضع متطابقة، حيث تمت تجربتها في التطوير المبكر للعملية، ترهلًا لزجًا في غضون عشرات الساعات عند 500 درجة مئوية - وهو نمط فشل يلوث غرف العمليات ويتطلب وقت تعطل غير مجدول للصيانة. الفشل ليس هامشيًا، بل هو فشل قاطع.

وغالبًا ما تصل درجات حرارة غرف التفريغ عالية الحرارة المستخدمة في الترسيب الفيزيائي للبخار وتبخير الحزمة الإلكترونية إلى درجات حرارة الركيزة من 600-800 درجة مئوية، مع أحمال حرارية مشعة ترفع درجات حرارة منفذ العرض إلى 400-600 درجة مئوية حتى مع وجود تبريد بالماء على الإطار الخارجي. يحافظ اللوح الزجاجي الكوارتز على الوضوح البصري والسلامة الميكانيكية خلال هذه الظروف. وبالإضافة إلى ذلك، تعتمد نوافذ مراقبة الاحتراق الصناعي - المثبتة في أفران صهر الزجاج وأفران الأسمنت ومصلحات البتروكيماويات حيث تتجاوز درجات حرارة اللهب 1400 درجة مئوية - حصريًا على لوح زجاج الكوارتز لمادة منفذ المراقبة، لأنه لا توجد ركيزة زجاجية مسطحة بديلة تتحمل التعرض المباشر لهذه البيئات المشعة.

متطلبات درجة حرارة الاستخدام مقابل القدرة المادية

التطبيق	درجة حرارة العملية (درجة مئوية)	تفاوت درجة الحرارة المطلوبة لمنفذ العرض (درجة مئوية)	لوح زجاجي كوارتز مناسب	البورسليكات مناسب	صودا-ليمون مناسب
فرن انتشار أشباه الموصلات	900-1,100	≥800	نعم	لا يوجد	لا يوجد
نافذة غرفة RTP	800-1,200	≥700	نعم	لا يوجد	لا يوجد
منفذ عرض الاحتراق الصناعي	1,200-1,600	≥600	نعم	لا يوجد	لا يوجد
غرفة التفريغ بالبطاريات البولي فينيل فوسفاتية PVD	300-600	≥400	نعم	هامشي	لا يوجد
مبيت مصباح الأشعة فوق البنفسجية	200-400	≥300	نعم	نعم	لا يوجد

---

مؤشر الانكسار وخصائص التشتت للوح زجاج الكوارتز

التصميم البصري مبني على معامل الانكسار، وحتى الاختلافات الصغيرة في قيمة المؤشر أو التشتت عبر الطول الموجي يمكن أن تتراكم إلى انحرافات كبيرة في الأنظمة عالية الدقة. يكشف تخطيط هذه القيم عبر جميع الركائز الأربع عن موقع صفيحة زجاج الكوارتز في مشهد التصميم البصري.

قيم معامل الانكسار عبر الأطوال الموجية لجميع المواد الأربعة

وتعتمد قيم معامل الانكسار على الطول الموجي، وتتطلب المقارنة المجدية بيانات عند أطوال موجية مرجعية موحدة.

يُظهر لوح زجاج الكوارتز معامل انكسار يبلغ 1.4584 تقريبًا عند 589 نانومتر (خط الصوديوم D)، و1.4570 عند 632.8 نانومتر (ليزر HeNe)، و1.4496 عند 1064 نانومتر (Nd:YAG الأساسي). تتطابق هذه القيم تقريبًا مع قيم صفيحة السيليكا المنصهرة (1.4584 عند 589 نانومتر)، مما يؤكد التكافؤ البنيوي بينهما. تحمل صفيحة زجاج البورسليكات مؤشرًا أعلى يبلغ تقريبًا 1.472 عند 589 نانومتربينما يتراوح صفيحة زجاج الجير الصودا بين 1.512 إلى 1.520 عند 589 نانومتر اعتمادًا على التركيب الدقيق. إن رقم Abbe - وهو مقياس للتشتت اللوني، حيث تشير القيم الأعلى إلى تشتت أقل للوح زجاج الكوارتز هو تقريبًا 67.8مقارنةً ب ~ 64 تقريبًا للبوروسيليكات و58-64 تقريبًا لزجاج الصودا والجير. يعني رقم Abbe الأعلى هذا أن صفيحة زجاج الكوارتز تقدم كمية أقل من انحراف لوني² لكل وحدة من الطاقة الضوئية أكثر من أي نوع من الزجاج المنافس، وهي ميزة في أنظمة التصوير عريضة النطاق وتطبيقات الليزر متعددة الأطوال الموجية.

بالنسبة لمهندسي البصريات الذين يصممون أنظمة ذات انحراف لوني بسيط، فإن الجمع بين معامل الانكسار المنخفض ورقم Abbe المرتفع يجعل صفيحة زجاج الكوارتز مادة مفضلة للنوافذ المستوية الموازية، لأن أي إسفين متبقي في الركيزة يقدم إزاحة لونية أقل من الإسفين المكافئ في زجاج الصودا والجير أو زجاج البورسليكات.

بيانات معامل الانكسار والتشتت

المواد	ن @ 589 نانومتر	ن @ 632.8 ميل بحري	ن @ 1,064 1 نانومتر	رقم أبي (Vd)
صفيحة زجاج الكوارتز	1.4584	1.4570	1.4496	~67.8
صفيحة السيليكا المنصهرة	1.4584	1.4570	1.4496	~67.8
صفيحة زجاج البورسليكات	1.472	1.470	1.462	~64.2
صفيحة زجاج الصودا والليمون	1.512-1.520	1.510-1.518	1.500-1.508	~58-64

الانكسار الثنائي في لوح زجاج الكوارتز مقابل الركائز غير المتبلورة

يعد الانكسار الثنائي من بين أكثر الخصائص البصرية التي يساء فهمها في كثير من الأحيان عندما يحدد المهندسون الركائز القائمة على السيليكا، ومصدر الالتباس منهجي.

لوح زجاج الكوارتز غير متبلور وبالتالي متساوي الخواص البصرية-لا تمتلك انكسارًا انكساريًا جوهريًا. وهذا ما يميزه بشكل أساسي عن الكوارتز البلوري (α-quartz)، وهو بلورة أحادية المحور ذات انكسار ثنائي الانكسار يبلغ حوالي 0.009 عند 589 نانومتر ويستخدم عن قصد في الألواح الموجية وبصريات الاستقطاب. يُدخل المهندسون الذين يحددون عن غير قصد الكوارتز البلوري بدلاً من صفيحة الكوارتز الزجاجية في الأنظمة الحساسة للاستقطاب عنصرًا حساسًا للانكسار حيث لم يكن مقصودًا - وهو خطأ استبدال له عواقب قابلة للقياس في قياس الإهليلجية، وقياس الاستقطاب، وقياس التداخل الحساس للترابط. تشترك المادتان في الاسم ولكن ليس في التركيب البلوري، ولا يمكن التبادل بينهما.

يوجد انكسار انكسار الإجهاد المتبقي - الناجم عن التدرجات الحرارية أثناء التصنيع أو عن طريق التثبيت الميكانيكي في الخدمة - بدرجات متفاوتة في جميع الركائز غير المتبلورة الأربعة. عادةً ما تُظهر ألواح زجاج الكوارتز المصنعة وفقًا للدرجة البصرية انكسارًا إجهاديًا أقل من 5 نانومتر/سم من المسار البصري، وهو مستوى مقبول لمعظم التطبيقات الحساسة للاستقطاب. تحقق ألواح السيليكا المنصهرة قيمًا مماثلة أو أقل قليلًا في أعلى الدرجات الاصطناعية. تتراكم ألواح زجاج البورسليكات وزجاج الصودا والجير، مع قيم CTE أعلى، تدرجات إجهاد داخلي أكبر أثناء التلدين، ويمكن أن تصل قيم انكسار الإجهاد إلى 10-20 نانومتر/سم في إنتاج الزجاج المصقول القياسي - وهو المستوى الذي يُدخل أخطاء حالة الاستقطاب القابلة للقياس في أجهزة الاستقطاب الدقيقة.

بالنسبة للمهندسين الذين يحددون الركائز في مقاييس الإهليلجية، أو مقاييس استقطاب مصفوفة مولر، أو تجاويف الليزر الحساسة للانكسار الحساس للإجهادأو صفيحة زجاج الكوارتز أو صفيحة السيليكا المنصهرة من الدرجة البصرية مع شهادة انكسار ثنائي الانكسار الموثقة هي فئة المواد المناسبة؛ أما ألواح البورسليكات القياسية وألواح الجير الصودا ليست كذلك.

ملخص الانكسار الثنائي والتناظرية

المواد	الانكسار الداخلي	انكسار الإجهاد المتبقي (نانومتر/سم)	مناسبة للقياس القطبي
لوح زجاج الكوارتز (غير متبلور)	لا يوجد	<5 (درجة بصرية)	نعم
صفيحة السيليكا المنصهرة	لا يوجد	<2 (الدرجة الممتازة)	نعم
صفيحة زجاج البورسليكات	لا يوجد	10-15	محدودة
صفيحة زجاج الصودا والليمون	لا يوجد	15-20	لا يوجد
الكوارتز البلوري	0.009	-	فقط كعنصر مقصود

---

المقاومة الكيميائية والاستقرار السطحي للوحة زجاج الكوارتز

يمثل التعرض للمواد الكيميائية معيار اختيار حاسم في المعالجة الرطبة لأشباه الموصلات والترسيب الكيميائي للبخار الكيميائي والبيئات الكيميائية التحليلية حيث تتلامس الركائز مع الكواشف العدوانية بشكل روتيني. لذلك يعد تقييم المقاومة عبر فئات التعرض للأحماض والقاعدة والمذيبات أمرًا ضروريًا قبل أن يتم اعتماد أي ركيزة لخدمة المعالجة الكيميائية.

مقارنة مقاومة الأحماض والقلويات عبر أنواع الركائز

تمنح النقاوة العالية لشبكة SiO₂ في صفيحة زجاج الكوارتز مقاومة قوية لمعظم الأحماض المعدنية في ظل ظروف المعالجة القياسية.

• حمض الهيدروكلوريك (HCl): تُظهر صفيحة زجاج الكوارتز معدلات ذوبان ضئيلة في HCl بتركيزات تصل إلى 37% ودرجات حرارة تصل إلى 100 درجة مئوية. عادةً ما يكون فقدان الوزن المقاس أقل من 0.01 ملغم/سم² في اليوم في ظل هذه الظروف. يعمل زجاج البورسليكات بالمثل بسبب محتواه القلوي المنخفض نسبيًا. ويُظهر زجاج الصودا والجير بمحتواه العالي من الصوديوم والأكسيد الصوديوم ترشيحًا ملحوظًا لأيونات الصوديوم وانحلالًا شبكيًا بمعدلات تتجاوز 0.5 ملغم/سم² في اليوم في حمض الهيدروكلوريك المركز، مما يؤدي إلى تشويش السطح. تنجو صفيحة زجاج الكوارتز القياسية من RCA-1 (NH₄OH/H₂O₂OH) وRCA-2 (HCl/H₂O₂O₂O) من تسلسلات تنظيف أشباه الموصلات - التي تتكرر مئات المرات في عمر الركيزة - دون حدوث تدهور بصري أو تدهور في الأبعاد يمكن اكتشافه.

• حمض الهيدروفلوريك (HF): تتعرض جميع الركائز الأربع القائمة على السيليكا للهجوم بواسطة HF لأن أيونات الفلورايد (F-) تكسر روابط Si-O مباشرة، مما يحول SiO₂ إلى SiF₄ SiF المتطاير وH₂SiF₆SiF القابل للذوبان. صفيحة زجاج الكوارتز غير مقاومة كيميائيًا ل HFولا ألواح البورسليكات أو الجير الصودا أو السيليكا المنصهرة. يبلغ معدل انحلال الكوارتز في 5% HF عند درجة حرارة 25 درجة مئوية تقريبًا 0.5-1.0 ميكرومتر/دقيقة لكل سطح. وهذه ليست نقطة ضعف ينفرد بها الكوارتز، بل هي خاصية عالمية لجميع المواد القائمة على SiO₂.

• مقاومة القلويات: تهاجم المحاليل القلوية القوية (NaOH، KOH عند أس هيدروجيني > 12) شبكات SiO₂ عن طريق التحلل المائي للروابط Si-O بوساطة الهيدروكسيل. تذوب صفيحة زجاج الكوارتز بشكل ملموس في محاليل هيدروكسيد الصوديوم المركزة فوق 60 درجة مئوية. يُظهر زجاج البورسليكات، بمحتواه المنخفض من SiO₂ وشبكة البورات أقل مقاومة للقلويات أكثر من الكوارتز في البيئات القاعدية القوية. ومن المفارقات أن زجاج الجير الصودا يُظهر مقاومة معتدلة للقلويات لأن الترشيح السطحي يخلق طبقة واقية غنية بالسيليكا بسرعة. بالنسبة للتعرض المستمر للقلويات فوق الرقم الهيدروجيني 13 في درجات حرارة مرتفعة، لا يمكن اعتبار أي نوع من أنواع الركائز الأربعة خاملًا كيميائيًا دون اتخاذ تدابير وقائية إضافية. الانتقال المفيد: حيث تكون المقاومة القلوية القوية إلزامية إلى جانب انتقال الأشعة فوق البنفسجية والقدرة الحرارية, لوح زجاج الكوارتز مع استراتيجية طلاء مناسبة يظل أقرب الحلول المتاحة بين الركائز البصرية المسطحة.

ملخص تصنيف مقاومة المواد الكيميائية

المواد	مقاومة HCl/H₂SO₄/SO₄/HNO₃	مقاومة الترددات العالية	مقاومة هيدروكسيد الصوديوم الصخري (بالتركيز المئوي)	توافق عملية أشباه الموصلات مع أشباه الموصلات
صفيحة زجاج الكوارتز	ممتاز	فقير (عالمي)	معتدل	عالية
صفيحة السيليكا المنصهرة	ممتاز	فقير (عالمي)	معتدل	عالية
صفيحة زجاج البورسليكات	جيد	فقير (عالمي)	منخفضة	معتدل
صفيحة زجاج الصودا والليمون	فقير	فقير (عالمي)	معتدل	منخفضة

تلوث السطح وبروتوكولات التنظيف الخاصة بلوح زجاج الكوارتز

تحمل نظافة سطح لوح زجاج الكوارتز عواقب بصرية لا تنطبق على الركائز المستخدمة كعناصر هيكلية بحتة.

تلوث عضوي على أسطح ألواح الكوارتز الزجاجية-تمتص الأغشية الهيدروكربونية وبقايا بصمات الأصابع وزيوت المضخات الممتصة الأشعة فوق البنفسجية في نطاق 200-300 نانومتر بمعاملات انقراض كافية لتقليل الإرسال المقاس بعدة في المائة لكل نانومتر من سمك التلوث. في خلايا التحليل الطيفي للأشعة فوق البنفسجية أو تطبيقات نوافذ الليزر، يُترجم هذا مباشرةً إلى خطأ في القياس أو توهين الشعاع. ينتشر التلوث المعدني (الحديد والنحاس والنحاس الأصفر والصوديوم) الناتج عن المناولة أو كيمياء التنظيف غير الخاضعة للرقابة في المنطقة القريبة من سطح الكوارتز عند درجات حرارة مرتفعة، مما يخلق مراكز لونية تمتص إشعاع النطاق العريض ولا يمكن إزالتها عن طريق تنظيف السطح بعد المعالجة الحرارية.

صفيحة زجاج الكوارتز متوافقة بشكل فريد مع التنظيف بالبيرانا (H₂SO₄:H₂O₂O₂، 3:1 عند 120 درجة مئوية)الذي يعمل على أكسدة وإزالة التلوث العضوي دون مهاجمة سطح SiO₂ بمعدلات قابلة للقياس في ظل فترات تعريض خاضعة للتحكم. تتوافق تسلسلات تنظيف RCA، القياسية في تصنيع أشباه الموصلات، بالمثل. ينجو زجاج البورسليكات من تنظيف البيرانا ولكنه يُظهر ترشيح البورون القابل للقياس بعد المعالجات المتكررة، مما يغير تدريجيًا التركيب القريب من السطح. زجاج الجير الصودا غير متوافق مع كيمياء البيرانا في درجات الحرارة المرتفعة لأن الجمع بين المؤكسد القوي والحرارة يسرع من الترشيح القلوي وخشونة السطح.

تُظهر كثافة الهيدروكسيل السطحية للوح زجاج الكوارتز المنظف - التي يتم التعبير عنها عادةً بمجموعات السيلانول (Si-OH) لكل نانومتر مربع - طابعها المحب للماء وتقاربها مع عوامل اقتران السيلان العضوية. تُظهر صفيحة زجاج الكوارتز المنظفة حديثًا كثافة سيلانول تبلغ حوالي 4-5 مجموعات OH/نانومتر مربعمما يتيح فاعلية وظيفية فعالة لأسطح المستشعرات الحيوية، والربط بين الموائع الدقيقة PDMS، والواجهات اللاصقة القابلة للمعالجة بالأشعة فوق البنفسجية. هذا التنوع في الكيمياء السطحية ليس له مثيل في زجاج الصودا والجير ولا يوجد له مثيل جزئي في البورسليكات.

توافق بروتوكول التنظيف

طريقة التنظيف	صفيحة زجاج الكوارتز	صفيحة السيليكا المنصهرة	صفيحة زجاج البورسليكات	صفيحة زجاج الصودا والليمون
سمكة البيرانا (H₂SO₄/H₂O₂O₂)	متوافق	متوافق	متوافق (دورات محدودة)	غير متوافق عند درجة حرارة عالية
RCA-1 (NH₄oh/H₂o₂o₂o₂o₂)	متوافق	متوافق	متوافق	هامشي
RCA-2 (HCl/H₂O₂O₂)	متوافق	متوافق	متوافق	غير متوافق
حفر عالي التردد (HF)	حفر السطح	حفر السطح	حفر السطح	حفر السطح
الأشعة فوق البنفسجية-أوزون	متوافق	متوافق	متوافق	متوافق

---

الخواص الميكانيكية المميزة للوح زجاج الكوارتز

تتحكم المعلمات الميكانيكية في تفاوتات التصنيع الآلي وتصميم التركيب ومقاومة التآكل في الخدمة - وهي خصائص يجب تحديدها قبل دخول الركيزة في التصنيع أو التجميع.

• الصلابة: صفيحة زجاجية من الكوارتز تسجل تقريبًا 1,050-1,100 1,050-1,100 HV على مقياس فيكرز، وهو ما يقابل صلادة موس 7. وهذا يضعه من بين أقسى زجاج الأكسيد الشائع الاستخدام. وعلى سبيل المقارنة، تبلغ صلابة زجاج البورسليكات حوالي 750-850 HV (موس ~ 6)، وزجاج الجير الصودا يقع في نطاق 530-600 HV (موس ~ 5.5). تُترجم الصلابة الأعلى مباشرةً إلى مقاومة للخدش تحت التلامس الكاشطة، وهي فائدة عملية في البيئات التي يتم فيها التعامل مع الركائز بشكل متكرر أو تنظيفها بطرق التلامس. تتطابق صفيحة السيليكا المنصهرة مع صفيحة زجاج الكوارتز عند 1,050-1,100 HV تقريبًا.

• صلابة الكسر: على الرغم من ميزة الصلابة، فإن صفيحة زجاج الكوارتز تحمل صلابة كسر (K_IC) تبلغ حوالي 0.70-0.75 ميجا باسكال-ملي أمبير-ملي أمبيرأقل بشكل هامشي من زجاج البورسليكات (حوالي 0.80-0.90 ميجا باسكال-م½) وأقل بكثير من معظم السيراميك البلوري. تعني صلابة الكسر المنخفضة هذه أن رقاقات الحواف والخدوش السطحية وأحمال التلامس النقطي تمثل جميعها مواقع بدء التشقق التي يمكن أن تنتشر بشكل كارثي تحت ضغط الشد. يجب أن يتجنب المهندسون الذين يركبون ألواح زجاج الكوارتز في إطارات معدنية التلامس المباشر بين المعدن والزجاجوبدلاً من ذلك باستخدام حشوات مرنة متوافقة أو فواصل PTFE لتوزيع قوى التشبيك ومنع تركزات الضغط عند الحواف.

• معامل المرونة والكثافة: تُظهر صفيحة زجاج الكوارتز معامل يونغ يساوي تقريبًا 72 جيجا باسكال وكثافة 2.20 جم/سم مكعب. يكون زجاج الصودا والجير أكثر كثافة عند 2.50 جم/سم مكعب تقريبًا مع معامل يقارب 70-74 جيجا باسكال، بينما يقع زجاج البورسليكات عند 2.23 جم/سم مكعب تقريبًا و63-66 جيجا باسكال. تُعد الكثافة المنخفضة للوح زجاج الكوارتز مفيدة في الحوامل البصرية الحساسة للوزن والأجهزة المجاورة للفضاء، حيث تكون ميزانيات الكتلة مقيدة.

يتطلب الجمع بين الصلابة العالية والصلابة المنخفضة للكسر أن يتم التعامل مع ركائز ألواح زجاج الكوارتز بنفس بروتوكولات العناية المطبقة على المسطحات البصرية والمرايا الدقيقة - تركيبات تخزين مخصصة، وتغليف محمي الحواف وعدم وجود تلامس مباشر بين الركائز أثناء النقل. ولذلك فإن أفضل وصف لتوقيع الأداء الميكانيكي للوح زجاج الكوارتز هو متين تحت الأحمال الموزعة والتلامس الكاشط، ولكنه هش تحت الأحمال المركزة أو الصدميةوهو التوصيف الذي يجب أن يُسترشد به في كل مواصفات إجراءات التركيب والمناولة.

ملخص الخواص الميكانيكية

الممتلكات	صفيحة زجاج الكوارتز	صفيحة السيليكا المنصهرة	صفيحة زجاج البورسليكات	صفيحة زجاج الصودا والليمون
صلابة فيكرز (HV)	1,050-1,100	1,050-1,100	750-850	530-600
صلابة موس	7	7	~6	~5.5
صلابة الكسر K_IC (MPa-m½)	0.70-0.75	0.70-0.75	0.80-0.90	0.75-0.82
معامل يونغ (جيجا باسكال)	72	73	63-66	70-74
الكثافة (جم/سم مكعب)	2.20	2.20	2.23	2.50

---

تطبيقات هندسية نموذجية مناسبة للوح زجاج الكوارتز

بعد إنشاء ملف تعريف المعلمة الكامل، فإن الخطوة المنطقية التالية هي تعيين تلك المعلمات للبيئات الهندسية الحقيقية حيث يكون لاختيار الركيزة عواقب قابلة للقياس على سلامة العملية أو دقة الأداة أو طول عمر النظام. يتم فحص كل تطبيق أدناه مقابل مجموعة الخصائص المحددة التي تجعل من لوح زجاج الكوارتز الخيار الصحيح تقنيًا للمواد.

عمليات تصنيع أشباه الموصلات التي تعتمد على لوح زجاج الكوارتز

تمثل صناعة أشباه الموصلات البيئة التطبيقية الأكثر تطلبًا من الناحية التقنية للركائز البصرية المسطحة، مما يفرض متطلبات متزامنة عبر أبعاد الأداء الحراري والبصري والكيميائي.

أفران نشر المنشطات يتطلب التشغيل عند درجة حرارة تتراوح بين 900 و1100 درجة مئوية مواد ركيزة تظل خاملة كيميائيًا للغازات المُنشِّطة (الفوسفين والديبوران والأرسين) والمحيط المؤكسد (بخار O₂، H₂O↩O) مع الحفاظ على ثبات الأبعاد عبر آلاف الدورات الحرارية. تستوفي منتجات ألواح زجاج الكوارتز وأنابيب الكوارتز جميع المتطلبات الثلاثة في وقت واحد - ولا توجد ركيزة زجاجية مسطحة أخرى تفعل ذلك. يتشوه زجاج البورسليكات بشكل لزج فوق 500 درجة مئوية ويطلق البورون في جو الفرن، مما يشكل مصدر تلوث غير مقبول في العمليات التي يتم التحكم فيها بالمواد المُنشّطة.

أنظمة الطباعة الليثوغرافية الضوئية بالأشعة فوق البنفسجية تتطلب مصابيح القوس الزئبقي المستخدمة (365 نانومتر أي خط 365 نانومتر i-line، 248 نانومتر KrF) نوافذ مسار إضاءة ذات إرسال أعلى من 85% عند الطول الموجي العامل، وخلفية تألق منخفضة، واستقرار حراري تحت الإشعاع المستمر بالأشعة فوق البنفسجية. تفي صفيحة زجاج الكوارتز بالثلاثة جميعًا: يتجاوز انتقال الأشعة فوق البنفسجية عند 248 نانومتر 88% لكل مم من السماكة، وانبعاث التألق تحت الإثارة بالأشعة فوق البنفسجية لا يكاد يذكر مقارنة بزجاج البورسليكات (الذي يُظهر انبعاثًا قابلًا للقياس للأشعة فوق البنفسجية من شوائب الحديد والسيريوم النزرة)، ويمنع CTE المنخفض التحول البؤري الناجم عن التمدد الحراري لعنصر النافذة أثناء فترات التعرض الممتدة.

غرف المعالجة الحرارية السريعة (RTP) تُخضع الركائز لمعدلات ارتفاع في درجة الحرارة تتراوح بين 50-300 درجة مئوية/ثانية، وتصل درجات الحرارة القصوى إلى 1000-1200 درجة مئوية في غضون ثوانٍ. إن مقاومة الصدمات الحرارية للوح زجاج الكوارتز - المستمدة من معامل CTE المنخفض للغاية البالغ 0.55 × 10-⁶ / K - هي السبب الوحيد الذي جعل هذه الفئة من المواد بمثابة منفذ عرض RTP القياسي ومواد دعم مستقبلات لأكثر من ثلاثة عقود من تصنيع أشباه الموصلات بكميات كبيرة دون وجود بديل منافس تقنيًا.

متطلبات تطبيقات أشباه الموصلات مقابل قدرة ألواح زجاج الكوارتز

العملية	المتطلبات الرئيسية	معلمة صفيحة زجاج الكوارتز	الأداء
فرن الانتشار	درجة حرارة > 900 درجة مئوية، خمول كيميائي	درجة حرارة الخدمة ~ 1,050 درجة مئوية، مقاومة عالية للأحماض	مؤهل
نافذة الطباعة الحجرية بالأشعة فوق البنفسجية	>85% T @ 248-365 نانومتر	>88% T @ 248 نانومتر	مؤهل
منفذ عرض غرفة RTP	ΔT > 500 درجة مئوية/ثانية مقاومة الصدمات	النجاة من درجة حرارة ΔT > 1,000 درجة مئوية	مؤهل
ناقل عملية المنضدة الرطبة	مقاومة HCl/H₂SO₄SO₄	ذوبان ضئيل في الأحماض المعدنية	مؤهل

أنظمة الليزر والأطياف باستخدام لوح زجاج الكوارتز

يحتاج مصممو الأدوات الضوئية والطيفية إلى ركائز تقدم الحد الأدنى من الانحراف البصري، وتتحمل التحميل الحراري الناجم عن الليزر، وتنقل عبر الطول الموجي المستهدف دون امتصاص طفيلي.

أنظمة ليزر الإكسيمر بالأشعة فوق البنفسجية العميقة التي تعمل عند 193 نانومتر (ArF) و248 نانومتر (KrF) تتطلب مواد نافذة ذات إرسال أعلى من 80% عند الطول الموجي للتشغيل، ومقاومة لتكوين مركز اللون الناجم عن الأشعة فوق البنفسجية (التشميس)، والاستقرار الحراري تحت التسخين النبضي المتكرر. تفي ألواح زجاج الكوارتز بهذه المتطلبات بتكلفة مادية أقل بكثير من السيليكا الاصطناعية المنصهرةمما يجعلها مادة النافذة المهيمنة في حاويات ليزر الإكسيمر البحثية وغرف التعرض للأشعة فوق البنفسجية والمفاعلات الكيميائية الضوئية حيث لا تتطلب متطلبات الإنتاجية الشفافية الإضافية الهامشية للسيليكا المنصهرة الاصطناعية تحت 180 نانومتر. لا تكون ركائز زجاج الصودا والجير وزجاج البورسليكات غير قابلة للتطبيق بصريًا في هذه الأطوال الموجية وليس لها دور في مساحة التطبيق هذه.

تحليل رامان الطيفي³ الخلايا والكبريتات الفلورية. تفرض متطلبات صارمة على التلألؤ في الخلفية: تتداخل أي إشارة تألق ناتجة عن الركيزة مع طيف المادة المُحللة، مما يرفع مستوى الضوضاء ويقلل من الحساسية. تُظهر صفيحة زجاج الكوارتز تشتتًا جوهريًا لرامان وتألقًا عريض النطاق ضئيلًا تحت 532 نانومتر و633 نانومتر و785 نانومتر من الإثارة بالليزر - وهي خطوط الإثارة الثلاثة الأكثر شيوعًا لرامان. يولد زجاج البورسليكات خلفية فلورية قابلة للقياس تحت إثارة 532 نانومتر التي تقلل من نسب الإشارة إلى الضوضاء في قياسات التحليل منخفض التركيز بعوامل تتراوح بين 2 و5 أضعاف. يُستبعد زجاج الصودا والجير بشكل أساسي من تطبيقات الخلايا الطيفية بسبب خلفيته الفلورية العالية وقطع الأشعة فوق البنفسجية. وقد تم توثيق استبدال لوح زجاج الكوارتز بلوح زجاج الكوارتز في خلايا رامان لتقليل عدد التألق في الخلفية بحوالي 60-70% في القياسات المقارنة المباشرة - وهي ميزة أداء كمي ذات نتائج تحليلية مباشرة.

أجهزة محاكاة الطاقة الشمسية ومعايير معايرة الإشعاع فوق البنفسجي تتطلب نوافذ بصرية مسطحة ذات انتقال ثابت ومعاير لا ينحرف تحت التعرض الطويل للأشعة فوق البنفسجية. ويؤثر التشميس - تكوين مراكز لونية ممتصة للأشعة فوق البنفسجية تحت الإشعاع المستمر قصير الطول الموجي - على جميع أنواع الزجاج بدرجات مختلفة. تُظهر ألواح زجاج الكوارتز، خاصةً المتغيرات منخفضة الأوكسجين، معدلات تشميس أقل بكثير من زجاج البورسليكات تحت جرعة مكافئة من الأشعة فوق البنفسجية 254 نانومتر، مع تغير الإرسال إلى ما دون 0.5% لكل 10⁸ جول/م² للأشعة فوق البنفسجية في دراسات الشيخوخة الموثقة.

ملاءمة النظام الطيفي ونظام الليزر

النظام	الطول الموجي التشغيلي (نانومتر)	لوح زجاج الكوارتز T (%)	بوروسيليكات البورسليكات T (%)	صودا-لايم تي (%)	كوارتز مناسب
ليزر إكسيمر ArF Excimer	193	~75-80	<1	<1	نعم
ليزر KrF Excimer Laser	248	~88	<5	<1	نعم
ميركوري آي لاين	365	>92	~70	<30	نعم
رامان (532 نانومتر)	532	>93	>90	>89	نعم (تألق منخفض)
Nd:YAG	1,064	>93	>92	>90	نعم

نوافذ العرض الصناعية ذات درجات الحرارة العالية ونوافذ المعالجة

وبعيدًا عن قطاع أشباه الموصلات، تخدم ألواح زجاج الكوارتز فئة أوسع من العمليات الصناعية التي تتميز بدرجات حرارة مرتفعة وأجواء تآكل ودورات تشغيل مستمرة تقاس بآلاف الساعات.

أفران صهر الزجاج وأفران الزجاج الطافي تعمل بدرجات حرارة ذوبان تتراوح بين 1400 و1600 درجة مئوية ومساحات احتراق حيث تكون الأحمال الحرارية المشعة شديدة. تواجه منافذ عرض المراقبة المثبتة في تاج الفرن أو الجدران الجانبية - المستخدمة لمراقبة اللهب وقياس درجة الحرارة والفحص البصري للعملية - درجات حرارة سطح مستدامة تتراوح بين 500-900 درجة مئوية على الجانب المواجه للعملية. وقد وثقت منافذ عرض ألواح الكوارتز الزجاجية في هذه التركيبات عمر خدمة يبلغ من 12 إلى 24 شهرًا قبل الحاجة إلى الاستبدال بسبب إزالة النضارة من السطح (تبلور الطبقة السطحية غير المتبلورة من SiO₂)، في حين لا توجد ركيزة زجاجية مسطحة بديلة تعيش أكثر من ساعات تحت التعرض الحراري المكافئ. عادةً ما يحكم حد إزالة النترجة - وليس نقطة التليين - الفترة الزمنية لاستبدال اللوح الزجاجي الكوارتز في خدمة منافذ العرض ذات درجة الحرارة العالية المستمرة.

مُصلح البتروكيماويات وأفران التكسير يمثل تحديًا مشتركًا لدرجات الحرارة المرتفعة (600-900 درجة مئوية لدرجات حرارة الجلد) واختزال الأجواء الغازية التي تحتوي على H₂، وCH₄، وCO. إن صفيحة زجاج الكوارتز مستقرة كيميائيًا في الأجواء المختزلة حتى حد درجة حرارة الخدمة، على عكس زجاج البورسليكات، الذي يظهر تطاير البورون في ظروف الاختزال ذات درجات الحرارة العالية. متوسط الفترات الزمنية لاستبدال منافذ عرض زجاج الكوارتز في هذه البيئات 18 شهراً في ظل التشغيل المستمر - وهو تردد الصيانة الذي يحدد الأساس الاقتصادي لاختيار درجات الكوارتز الأعلى نقاءً مع مقاومة محسنة لإزالة النتروجين للمنشآت الحرجة.

غرف معالجة البلازما تُستخدم في الحفر بالأيونات التفاعلية (RIE) والترسيب بالبلازما المقترنة بالحث (ICP) تعرض مواد منفذ الرؤية لأنواع البلازما المحتوية على الفلور (CF₄، SF₆) في درجات حرارة مرتفعة للركيزة. تواجه منافذ عرض ألواح زجاج الكوارتز في هذه الغرف تآكلًا بطيئًا ولكن يمكن قياسه على السطح من هجوم جذر الفلور بمعدلات تقارب 0.1-0.3 ميكرومتر/ساعة اعتمادًا على كثافة البلازما - وهو سلوك استهلاكي معروف يتم التحكم فيه من خلال الاستبدال المجدول بدلاً من التخلص منه، لأنه لا توجد مادة بصرية مسطحة عملية تجارية محصنة ضد تآكل بلازما الفلور عند كثافات الطاقة هذه.

أداء منفذ العرض الصناعي في درجات الحرارة العالية

التطبيق	درجة حرارة جانب المعالجة (درجة مئوية)	الغلاف الجوي	العمر التشغيلي للوح زجاج الكوارتز	العمر التشغيلي لبوروسيليكات البورسليكات
منفذ عرض فرن صهر الزجاج	500-900	الأكسدة	من 12 إلى 24 شهرًا	الساعات
منفذ عرض مُصلح البتروكيماويات	600-900	التخفيض	~حوالي 18 شهرًا تقريبًا	لا ينطبق
غرفة RIE بالبلازما	200-400	بلازما الفلور	الاستبدال المجدول	لا ينطبق
جهاز مراقبة الاحتراق الصناعي	400-700	الأكسدة/الغاز الساخن	6-18 شهراً	أسابيع

---

عندما تتفوق السيليكا المنصهرة على لوح زجاج الكوارتز القياسي

عبر نطاق المعلمات الكامل الذي تم فحصه في هذه المقالة، تعمل ألواح زجاج الكوارتز وألواح السيليكا المنصهرة بشكل متكافئ في معظم التطبيقات الصناعية والمعملية. ومع ذلك، توجد أربعة ظروف محددة حيث توفر صفيحة السيليكا المنصهرة الاصطناعية أداءً لا يمكن أن تضاهي صفيحة زجاج الكوارتز القياسية، ويجب على المهندسين العاملين في تلك الأنظمة فهم الفروق بدقة.

• انتقال الأشعة فوق البنفسجية العميقة تحت 180 نانومتر: تحقق السيليكا المنصهرة الاصطناعية المنتجة عن طريق التحلل المائي باللهب انتقالًا مفيدًا عند أطوال موجية قصيرة تصل إلى 150 نانومتر أو أقل في تطبيقات الأشعة فوق البنفسجية الفراغية (VUV). تحتوي صفيحة زجاج الكوارتز الطبيعي، على الرغم من تركيبها المماثل من SiO₂، على شوائب معدنية ضئيلة وعدم تجانس هيكلي من المادة الأولية الطبيعية التي تخلق مراكز امتصاص في نطاق 150-180 نانومتر. بالنسبة للطباعة الحجرية بالليزر بالليزر ArF عند 193 نانومتر، فإن صفيحة زجاج الكوارتز مناسبة. أما بالنسبة للتحليل الطيفي بالأشعة فوق البنفسجية فوق البنفسجية أو تطبيقات الليزر F₂ عند 157 نانومتر، فإن السيليكا المنصهرة الاصطناعية عالية الجودة هي فقط الصالحة بصريًا.

• دقة محتوى OH أقل من 1 جزء في المليون: تتطلب التطبيقات التي تتطلب انتقال الأشعة تحت الحمراء القريبة في نافذة 2.5 إلى 3.5 ميكرومتر مع الحد الأدنى من الامتصاص المرتبط بالأشعة تحت الحمراء عند 2.72 ميكرومتر تركيزات OH أقل من 1 جزء في المليون - لا يمكن تحقيقه إلا من خلال إنتاج السيليكا المنصهرة الاصطناعية. تحمل صفيحة زجاج الكوارتز القياسية 150-400 جزء في المليون من OH بغض النظر عن الدرجة، مما يجعلها غير مناسبة لهذا المطلب الطيفي المحدد.

• التجانس الداخلي للتطبيقات الحساسة للجبهة الموجية: تتطلب المسطحات المرجعية لمقياس التداخل، وإيتالونات مرنان الليزر، وأجهزة استشعار واجهة الموجة التي تعمل بمستويات دقة أقل من λ/20 عند 633 نانومتر مواد ذات اختلافات في معامل الانكسار أقل من 1 × 10 ⁶ تقريبًا لكل سنتيمتر من المسار. تحقق السيليكا المنصهرة الاصطناعية المنتجة بواسطة CVD تجانسًا في المؤشر في نطاق 0.5-1 × 10 ⁶/سمفي حين أن صفيحة زجاج الكوارتز القياسية المصهورة من المواد الأولية الطبيعية عادةً ما تُظهر اختلافات في المؤشر 2-5 × 10 × 10⁶/سم بسبب تدرجات تركيب المواد الأولية. بالنسبة لتطبيقات واجهة الموجة الدقيقة، فإن السيليكا المنصهرة الاصطناعية هي المواصفات الصحيحة.

• حكم للتطبيقات الهندسية القياسية: عندما تقع الأطوال الموجية التشغيلية بين 200 نانومتر و2500 نانومتر، تظل درجات حرارة المعالجة أقل من 1000 درجة مئوية، وتكون متطلبات دقة واجهة الموجة عند مستوى λ/4-λ/10, توفر صفيحة زجاج الكوارتز أداءً وظيفيًا مكافئًا للسيليكا الاصطناعية المنصهرة بتكلفة أقل من 30-60% باستمرار اعتمادًا على الأبعاد ومواصفات تشطيب السطح. يجب على المهندسين عدم تحديد السيليكا المنصهرة تلقائيًا عندما تفي لوحة زجاج الكوارتز بمتطلبات العملية بالكامل.

---

معايير اختيار المواد للوحة زجاج الكوارتز عمليًا

وبجمع كل مقارنات المعلمات معًا، يظهر إطار عمل متماسك لاختيار المواد - إطار عمل يسمح للمهندسين بوضع صفيحة زجاج الكوارتز بشكل صحيح ضمن مشهد الركيزة دون غموض أو إفراط في المواصفات.

يتبع منطق الاختيار ثلاثة معايير محورية أساسية: طول موجة التشغيل، ودرجة حرارة الخدمة القصوى، والبيئة الكيميائية. عندما يتطلب أي تطبيق انتقال للأشعة فوق البنفسجية أقل من 320 نانومتر، يضيق المجال على الفور إلى لوح زجاج الكوارتز أو السيليكا المنصهرة - يتم استبعاد الجير الصودا والبوروسيليكات بسبب حواف امتصاص الأشعة فوق البنفسجية. عندما تتجاوز درجة حرارة الخدمة 450 درجة مئوية، يتم استبعاد البورسليكات؛ وفوق 300 درجة مئوية، يتم استبعاد الجير الصودا. عندما تتطلب البيئة الكيميائية مقاومة للأحماض المعدنية بدون HF، فإن صفيحة زجاج الكوارتز والسيليكا المنصهرة كلاهما مؤهلان؛ ويتم استبعاد جير الصودا. والنتيجة هي أن أي تطبيق يتطلب شرطين أو أكثر من هذه الشروط في وقت واحد - النقل بالأشعة فوق البنفسجية بالإضافة إلى درجة حرارة عالية، أو النقل بالأشعة فوق البنفسجية بالإضافة إلى المقاومة الكيميائية، أو درجة حرارة عالية بالإضافة إلى المقاومة الكيميائية - يصل إلى صفيحة زجاج الكوارتز (أو السيليكا المنصهرة) باعتبارها فئة المواد المتوافقة الوحيدة.

ضمن هذا المجال الضيق، يتم الاختيار بين صفيحة زجاج الكوارتز وصفيحة السيليكا المنصهرة بمعايير ثانوية: ما إذا كانت الأشعة فوق البنفسجية العميقة تحت 180 نانومتر مطلوبة (اختر السيليكا المنصهرة)، أو ما إذا كان امتصاص OH عند 2.72 ميكرومتر هو مصدر قلق (اختر السيليكا المنصهرة منخفضة الأكسجين)، أو ما إذا كان تجانس المؤشر أقل من 1 × 10 × 10 ⁶/سم محدد (اختر السيليكا المنصهرة). في حالة عدم وجود هذه المتطلبات المحددة - التي تميز غالبية تطبيقات أشباه الموصلات والليزر والمطيافية ومنافذ العرض الصناعية -اللوح الزجاجي الكوارتزي هو اختيار الركيزة الكافية تقنيًا والمنطقية اقتصاديًا.

اختيار المواد المدمجة

معيار الاختيار	صفيحة زجاج الكوارتز	صفيحة السيليكا المنصهرة	صفيحة زجاج البورسليكات	صفيحة زجاج الصودا والليمون
انتقال الأشعة فوق البنفسجية (200-320 نانومتر)	✓	✓	✗	✗
انتقال الأشعة فوق البنفسجية (<180 نانومتر)	محدودة	✓	✗	✗
درجة حرارة الخدمة > 500 درجة مئوية	✓	✓	✗	✗
درجة حرارة الخدمة > 1,000 درجة مئوية	✓	✓	✗	✗
مقاومة الصدمات الحرارية	ممتاز	ممتاز	معتدل	فقير
مقاومة الأحماض المعدنية	ممتاز	ممتاز	جيد	فقير
تجانس المؤشر <1×10-⁶/سم	محدودة	✓	✗	✗
التحكم في OH <1 جزء في المليون	✗	✓ (اصطناعي)	✗	✗
الصلابة (مقاومة التآكل)	عالية	عالية	معتدل	منخفضة

---

الخاتمة

يحتل اللوح الزجاجي الكوارتز موقعًا فريدًا من بين الركائز البصرية المسطحة لأن شفافية الأشعة فوق البنفسجية وانخفاض CTE ودرجة حرارة الخدمة العالية والخمول الكيميائي والصلابة الميكانيكية تتلاقى في مادة واحدة دون الحاجة إلى سلائف اصطناعية أو معالجة متخصصة. ومقارنةً بلوح زجاج البورسليكات ولوح زجاج الجير الصودا، فإن فارق الأداء قاطع في كل معلمة حرجة تم فحصها. في مقابل صفيحة السيليكا المنصهرة، يكون الأداء متكافئًا وظيفيًا عبر غالبية التطبيقات الهندسية، مع وجود سيليكا منصهرة تبرر الاختيار فقط عندما يكون الانتقال بالأشعة فوق البنفسجية العميقة أقل من 180 نانومتر، أو محتوى OH أقل من 1 جزء في المليون، أو تجانس مؤشر التداخل المطلوب صراحةً. بالنسبة للمهندسين الذين يقومون بالتحقق من ملاءمة الركيزة في مجال الأشعة فوق البنفسجية الضوئية أو بيئات العمليات ذات درجات الحرارة العالية أو تصنيع أشباه الموصلات أو مراقبة العمليات الكيميائية، فإن لوح زجاج الكوارتز يلبي المتطلبات البصرية والحرارية المشتركة لتلك التطبيقات مع سجل تقني يقاس بعقود من الاستخدام الصناعي.

---

الأسئلة الشائعة

ما الفرق بين لوح زجاج الكوارتز ولوح السيليكا المنصهر؟

كلتا المادتين عبارة عن سيليكون SiO₂ غير متبلور مع معامل انكسار متطابق تقريبًا (حوالي 1.4584 عند 589 نانومتر)، وCTE (حوالي 0.55 × 10-⁶ / كلفن)، ودرجة حرارة الخدمة (حوالي 1,050 درجة مئوية مستمرة). يكمن الفرق في المواد الأولية: يتم إنتاج صفيحة زجاج الكوارتز من رمل الكوارتز البلوري الطبيعي، في حين يتم تصنيع صفيحة السيليكا المنصهرة من سلائف كيميائية مثل SiCl₄. وتحقق السيليكا المنصهرة الاصطناعية مستويات شوائب معدنية أقل، ومحتوى OH يمكن التحكم فيه أقل من 1 جزء في المليون، ونقل فائق للأشعة فوق البنفسجية العميقة أقل من 180 نانومتر - وهي خصائص لا تهم إلا في مجموعة فرعية محددة من التطبيقات المطلوبة.

هل يمكن استخدام لوح زجاج الكوارتز في تطبيقات التلامس المباشر مع اللهب؟

يتحمل لوح الكوارتز الزجاجي الكوارتزي فروق درجات الحرارة اللحظية التي تتجاوز 1,000 درجة مئوية دون أن ينكسر، مما يجعله مناسبًا لنوافذ مراقبة اللهب والتطبيقات التي تتضمن التعرض المباشر للحرارة المشعة. وتعني نقطة تليينه التي تبلغ 1,665 درجة مئوية تقريبًا الحفاظ على السلامة الهيكلية في جميع بيئات الاحتراق الصناعي القياسية. ويحدد التفتت المستمر (تبلور السطح) عند درجات حرارة أعلى من 1,050 درجة مئوية تقريبًا حد العمر التشغيلي العملي، والذي يتراوح عادةً بين 12 و24 شهرًا في خدمة نوافذ المراقبة المستمرة في درجات الحرارة العالية.

لماذا تنقل صفيحة زجاج الكوارتز الأشعة فوق البنفسجية بينما لا ينقل زجاج البورسليكات الأشعة فوق البنفسجية؟

ينشأ الامتصاص بالأشعة فوق البنفسجية في زجاج البورسليكات من معدِّلات شبكة البورات (B₂O₃) والشوائب المعدنية الانتقالية النزرة التي تخلق نطاقات امتصاص إلكترونية في نطاق 250-320 نانومتر. وتفتقر صفيحة زجاج الكوارتز، المكونة من ≥99.9% SiO₂، إلى هذه المعدلات الشبكية، وتنخفض حافة امتصاصها الإلكتروني إلى أقل من 150 نانومتر - أي خارج نطاق الأشعة فوق البنفسجية- C والأشعة فوق البنفسجية- B والأشعة فوق البنفسجية- A. والنتيجة هي أن صفيحة زجاج الكوارتز تنقل أكثر من 88% من الإشعاع الساقط عند 248 نانومتر، حيث تنقل البورسليكات أقل من 5%.

هل لوح زجاج الكوارتز مقاوم كيميائيًا لجميع الأحماض؟

صفيحة زجاج الكوارتز شديدة المقاومة للأحماض المعدنية بما في ذلك HCl وH₂SO₄SO₄ وHNO₃، مع معدلات ذوبان عادةً أقل من 0.01 ملغم/سم² في اليوم بتركيزات عملية قياسية. وهو لا يقاوم حمض الهيدروفلوريك (HF)، الذي يهاجم جميع المواد القائمة على SiO₂ عن طريق كسر روابط Si-O. كما تتسبب المحاليل القلوية المركزة (NaOH، KOH) في درجات حرارة مرتفعة في انحلال قابل للقياس. بالنسبة للتطبيقات التي تنطوي على التعرض لـ HF أو التعرض القلوي القوي، لا توفر أي ركيزة زجاجية مسطحة قياسية - بما في ذلك الكوارتز - مناعة دون طلاءات واقية أو اختيار مواد بديلة.

---

المراجع: