Кварцевые стеклянные трубки TOQUARTZ стандартных размеров и возможность полного изготовления

Поиск трубок из кварцевого стекла без полных данных о размерах и изготовлении приводит к потере времени и задержке проектов. В этой статье вы найдете ответы на все вопросы о технических характеристиках и возможностях обработки в одном месте.

Трубки из кварцевого стекла TOQUARTZ имеют внешний диаметр от 0,1 мм до 600 мм, толщину стенок от 0,01 мм до 10 мм и длину до 3 000 мм. Помимо необработанных размеров, полный спектр услуг по изготовлению включает прецизионную резку, снятие фасок, полировку, герметизацию пламенем, сверление, обработку шлифованных швов, сварку и формирование диаметра - все это выполняется с соблюдением промышленных допусков.

Плавленый кварц - также известный как плавленый кварц - производится из диоксида кремния (SiO₂) с чистотой 99,99% или выше. Сочетание практически нулевого теплового расширения (коэффициент примерно 0,55 × 10-⁶/°C), температуры эксплуатации до 1 200°C и широкого оптического пропускания от глубокого ультрафиолетового (менее 200 нм) до инфракрасного диапазона делает его материалом, который выбирают там, где боросиликатное стекло достигает своих физических пределов.

---

Для чего предназначены трубки из плавленого кварцевого стекла

Среди всех прозрачных неорганических материалов плавленый кварц занимает уникальное положение, поскольку его физические и химические свойства одновременно экстремальны по нескольким осям, а не оптимизированы только по одной.

С химической точки зрения плавленый кварц инертен практически ко всем кислотам, кроме плавиковой и горячей фосфорной, и остается стабильным по размерам при термических циклах, которые могли бы привести к разрушению боросиликатного стекла. Устойчивость к тепловым ударам напрямую связана с ультранизким коэффициентом теплового расширения: трубку, уравновешенную при температуре 1 000°C, можно погрузить в воду при комнатной температуре без разрушения - такое поведение невозможно для обычного лабораторного стекла. С оптической точки зрения высокооксидные марки пропускают волны длиной до 150 нм, что позволяет применять их в УФ-стерилизации, спектроскопии и эксимерном лазере, для которых не подходит ни одна другая форма трубчатого стекла. Электрическое сопротивление плавленого кварца превышает 10¹⁸ Ω-см при комнатной температуре, что обеспечивает надежную изоляцию даже в высокочастотных диффузионных печах для полупроводников. В совокупности эти свойства объясняют, почему трубки из кварцевого стекла Они применяются в производстве полупроводников, ультрафиолетовой обработке воды, оболочках галогенных и инфракрасных ламп, высокотемпературных химических реакторах и прецизионных оптических приборах - в средах, где отказ материала чреват последствиями для эксплуатации и безопасности, намного превышающими стоимость самой трубки.

---

Стандартные размеры всех трубок из кварцевого стекла TOQUARTZ

Размерное покрытие - это первый фильтр, который применяет каждый инженер по закупкам, и поставщик, не способный обеспечить требуемый внешний диаметр, толщину стенки или длину с требуемым допуском, фактически отсеивается еще до начала технической оценки. TOQUARTZ поставляет и производит трубки из кварцевого стекла во всем спектре промышленных размеров, от субмиллиметровых капилляров, используемых в рентгеновской дифракции, до технологических трубок с большим отверстием, применяемых в диффузионных печах солнечных батарей. Четыре параметра - внешний диаметр (OD), внутренний диаметр (ID), толщина стенки (WT) и длина - имеют свой собственный диапазон охвата и режим допусков, и понимание всех четырех параметров вместе - единственный способ подтвердить соответствие размеров перед отправкой индивидуального заказа.

Покрытие наружного диаметра от капиллярных до крупногабаритных трубок

Кварцевые стеклянные трубки коммерчески доступны в трех различных сегментах диаметра, каждый из которых служит для различных структурных применений и производится с помощью различных процессов волочения или формовки.

Сайт капиллярный сегмент охватывает OD от От 0,1 мм до примерно 5 мм. Трубы этой серии выпускаются с толщиной стенки до 0,01 мм и используются преимущественно для монтажа образцов для рентгеновской дифракции, микрофлюидики и гильз для юстировки оптических волокон. Размерные допуски для капилляров с наружным диаметром 0,1 мм составляют ±0,05 мм, сужаются до ±0,05 мм в диапазоне 0,1-0,9 мм и немного расширяются до ±0,25 мм для диаметров 1,5 мм и выше в пределах сегмента капилляра - цифры соответствуют опубликованным данным Hampton Research и Charles Supper Company, обе из которых имеют на складе более 60 размеров капилляров для немедленной отгрузки.

Сайт стандартный промышленный сегмент бежит от OD 3 мм - OD 300 мми охватывает подавляющее большинство лабораторных, полупроводниковых, осветительных и химических применений. Компания Robson Scientific предлагает трубки из плавленого кварца с наружным диаметром от 3,0 мм до 150,0 мм метровой длины; магазин MICQstore предлагает стандартные размеры, включая OD 25 × WT 2, OD 40 × WT 3, OD 50 × WT 3, OD 60 × WT 3, OD 80 × WT 3, OD 100 × WT 3, OD 120 × WT 4 и OD 150 × WT 5 - все длиной 1000 мм - наряду с постоянными услугами по изготовлению на заказ до наружного диаметра 600 мм. Толщина стенок в этом сегменте обычно составляет от 0,7 мм до 10,0 мм.Эта спецификация подтверждается данными сайта gauge-glass.net, показывающими OD 3-400 мм при WT 0,7-10,0 мм.

Сайт крупнокалиберный сегмент охватывает OD 100 мм - OD 600 мм. Трубки этого диапазона требуют центробежное литьё¹ или горячего прессования, а не вертикальной вытяжки, и используются в диффузионных печах солнечных фотоэлектрических установок, крупных CVD-реакторах и промышленных УФ-системах. Стандартные складские запасы такого диаметра ограничены, однако TOQUARTZ и аналогичные производители принимают индивидуальные заказы на крупнокалиберные трубы длиной более 1 000 мм.

Внешний диаметр Ссылка на сегмент

Диаметр сегмента	Диапазон OD	Типичный диапазон WT (мм)	Основные приложения
Капилляр	0,1 мм - 5 мм	0.01 - 0.5	XRD, микрофлюидика, волоконная оптика
Малый промышленный	3 мм - 50 мм	0.7 - 3.0	Лабораторное оборудование, УФ-лампы, датчики
Средний промышленный	50 мм - 150 мм	2.0 - 5.0	Трубки для полупроводниковых печей, реакторы
Крупные промышленные	150 мм - 300 мм	3.0 - 8.0	Трубки для CVD-процесса, солнечная диффузия
Большое отверстие	300 мм - 600 мм	5.0 - 10.0	Футеровка промышленных печей, большие УФ-системы

Внутренний диаметр и толщина стенок Технические характеристики

Внутренний диаметр любой кварцевой трубки является производной величиной - он не указывается производителем самостоятельно, а рассчитывается как ID = OD - 2 × WT. Это означает, что при заказе трубы необходимо указать два из трех значений (OD, ID, WT), а третье подтвердить расчетом.

Трубки со стандартными стенками В промышленном сегменте толщина стенок обычно составляет от 1,0 мм до 3,0 мм, что обеспечивает оптимальный баланс между механической прочностью и тепловой массой. Толстостенные трубы с WT от 4,0 мм до 10,0 мм используются в реакторах высокого давления и вакуумных камерах, где наряду с термической и химической стойкостью требуется несущая конструкция. Тонкостенные трубкиособенно с WT менее 1,5 мм, выбираются для применений, требующих быстрого теплового отклика - таких как оболочки галогенных ламп и инфракрасных обогревателей - где минимизация тепловой массы сокращает время цикла и потребление энергии. Распространенные комбинации OD × WT × ID включают: OD 25 × WT 2 × ID 21 мм, OD 50 × WT 3 × ID 44 мм, OD 100 × WT 3 × ID 94 мм и OD 150 × WT 5 × ID 140 мм.

При высокоточной сборке, например, трубок для носителей полупроводниковых пластин, где кварцевые трубки должны сопрягаться с обработанными металлическими фланцами или уплотнениями из ПТФЭ, допуски на идентификатор становятся критическими размерами и выдерживаются на уровне ±0,1 мм для труб со средним диаметром, более жесткие сорта доступны при ±0,05 мм через бесцентровое шлифование с ЧПУ.

Общие комбинации OD × WT × ID

Внешний диаметр (мм)	WT (мм)	ID (мм)	Категория стены
12	1.0	10	Тонкая стенка
25	2.0	21	Стандартная стена
40	3.0	34	Стандартная стена
50	3.0	44	Стандартная стена
80	3.0	74	Стандартная стена
100	3.0	94	Стандартная стена
120	4.0	112	Толстая стенка
150	5.0	140	Толстая стенка
200	6.0	188	Толстая стенка
300	8.0	284	Тяжелая стена

Стандартные и нестандартные диапазоны длины

Доступность длины значительно различается между запасами мелко- и крупнокалиберных труб, и понимание стандартной длины запасов позволяет избежать дорогостоящих допущений при проектировании системы.

Для трубок до Наружный диаметр 50 мм × внутренний диаметр 44 мм (включительно)а стандартная для отрасли длина запаса составляет 48 дюймов (около 1 220 мм). Для больших диаметров, особенно для диаметров свыше OD 50 мм ID × OD 54 мм, стандартная длина склада увеличивается до 60 дюймов (примерно 1 524 мм)Может применяться минимальный объем заказа. Эти данные напрямую соответствуют опубликованным спецификациям GM Quartz. По запросу доступны нестандартные длины по всему диапазону диаметров.

Длина резки по заказу начинается от 5 мм и достигает максимум 3 000 мм.Это потолок, подтвержденный как MICQstore, так и microqsil.com для трубок из плавленого кварца. Для большинства лабораторных и полупроводниковых применений длина от 500 мм до 1 500 мм представляет собой практический рабочий диапазон. Трубки длиной более 2 000 мм при диаметре более 100 мм подлежат индивидуальному техническому рассмотрению в связи с ограничениями по прогибу и обработке при транспортировке.

Резка на нестандартные отрезки выполняется как часть услуг по изготовлению с допуском по длине в пределах ±0,5 мм для стандартной точной резки или ±0,1 мм если требуется лазерная или высокоточная резка алмазными дисками.

Стандартные и нестандартные параметры длины

Диапазон наружных диаметров трубки	Стандартная длина приклада	Максимальная пользовательская длина	Допуск по длине (стандартный рез)
0,1 мм - 5 мм (капилляр)	80 мм / 300 мм / 600 мм	600 мм	±0,05 мм
3 мм - 50 мм	1 220 мм (48 дюймов)	3,000 мм	±0,5 мм
>50 мм - 300 мм	1 524 мм (60 дюймов)	3,000 мм	±0,5 мм
>300 мм - 600 мм	Индивидуально под заказ	>1 000 мм (в каждом конкретном случае)	±1,0 мм

Допуски на размеры и классы точности

Выбор допуска - это, пожалуй, самое важное решение в спецификации после выбора марки материала, поскольку более жесткие допуски требуют дополнительных этапов обработки, которые напрямую влияют на время выполнения заказа и объем обработки.

Опубликованные допуски на наружный диаметр трубок из плавленого кварца соответствуют шкале с градуировкой по диаметру. На капиллярном конце (Внешний диаметр 0,1-0,9 мм), допуск OD составляет ±0,05 мм; для диаметров от 1,0 мм до 2,5 мм он варьируется от от -0,05 мм до +0,25 мм в зависимости от конкретного размера; а для диаметров 3,0 мм и выше стандартный допуск увеличивается до ±0,25 мм - данные, соответствующие опубликованной Hampton Research таблице спецификаций капилляров. Для промышленных труб в диапазоне наружных диаметров 25-150 мм допуски на наружные диаметры, указанные производителем труб, обычно составляют ±0,5 мм до ±1,0 ммчто отражает присущую процессу вертикального рисования изменчивость.

Трубки с прецизионной шлифовкойЕсли внешний или внутренний диаметр подвергается финишной обработке после вытяжки, то можно достичь допусков наружного и внутреннего диаметров ±0,0001 дюйма (приблизительно ±0,0025 мм) - спецификация, задокументированная компанией Specialty Glass Products для трубок из плавленого кварца с ЧПУ с бесцентровой шлифовкой. На самом требовательном уровне обрабатывающие центры с ЧПУ, используемые в производстве полупроводниковых компонентов, обеспечивают допуски до ±0,01 мм по всем линейным измерениям. Допуск на обрезку по длине для стандартной резки алмазным диском составляет ±0,5 мм, сводимые к ±0,1 мм с помощью лазерной резки. Равномерность толщины стенок обычно контролируется до ±10% от номинального значения WT для вытянутых труб, затяжка до ±0,05 мм для грунтовых труб.

Понимание того, какой класс допуска применяется к конкретной сборке, необходимо до принятия решения об изготовлении, поскольку указание допусков оптического класса для компонента, требующего только зазора при посадке печной трубы, увеличивает ненужные затраты и время выполнения заказа.

Справочник допусков размеров по классам точности

Параметр	По чертежам (стандарт)	Точная шлифовка	CNC обработанный
Допуск OD	±0,25 мм - ±1,0 мм	±0,01 мм - ±0,025 мм	±0,01 мм
Допуск на идентификацию	±0,25 мм - ±1,0 мм	±0,05 мм - ±0,1 мм	±0,01 мм
Равномерность WT	±10% от номинала	±0,05 мм	±0,01 мм
Длина (в разрезе)	±0,5 мм	±0,1 мм (лазер)	±0,1 мм
Поверхность Ra (OD)	0,4 - 1,6 мкм	0,1 - 0,4 мкм	<0,1 мкм

---

Прецизионное изготовление трубок из кварцевого стекла - резка

Только размерное покрытие редко удовлетворяет требованиям закупок; в большинстве случаев требуется отрезать трубки на точную рабочую длину с кромками, которые не будут создавать трещин под напряжением или загрязнений во время эксплуатации. Резка является основополагающим этапом в последовательности изготовления TOQUARTZ, и выбранный метод - мокрая резка алмазным диском или лазерная резка - определяет достижимый допуск по длине, профиль кромки и необходимость последующей обработки кромки.

Алмазный круг для мокрой резки труб малого и среднего диаметра

Мокрая резка алмазным диском является стандартным методом для резки кварцевых трубок, применяемым для диаметров отверстий от Наружный диаметр 3 мм до наружного диаметра примерно 150 мм с постоянными, воспроизводимыми результатами.

В процессе используется Абразивный круг с алмазной пропиткой, вращающийся под непрерывным потоком водяной охлаждающей жидкости. Вода выполняет двойную функцию: она подавляет мелкую кварцевую пыль, которая в противном случае создавала бы опасность для здоровья, и - что более важно с точки зрения качества продукции - предотвращает локальный тепловой удар в зоне реза. Без охлаждающей жидкости тепло трения, возникающее при сухой алмазной резке, может привести к появлению подповерхностных микротрещин, расширяющих 0,05 мм - 0,2 мм в стенку трубы, которые распространяются при последующем термоциклировании в процессе эксплуатации. Мокрая резка уменьшает эту подповерхностную зону повреждения до уровня ниже 0,02 ммГлубина, которая полностью удаляется стандартным снятием фаски или огневой полировкой на следующем этапе изготовления. Great Lakes Glasswerks документирует возможность мокрой резки в отверстиях с наружным диаметром от 3 мм до 150 ммПри этом используется запатентованная технология крепления, которая обеспечивает выравнивание трубы и предотвращает отклонение стенок во время хода реза.

Допустимая длина при использовании мокрой резки алмазным диском составляет ±0,5 мм в стандартных производственных условиях, что удовлетворяет требованиям к сборке большинства лабораторных приборов, систем печных труб и ламповых оболочек. В тех случаях, когда требуется более жесткий контроль длины без применения лазера, операция вторичной торцовки с использованием плоского алмазного круга может уменьшить отклонение длины до ±0,2 мм.

Параметры алмазного круга для резки

Параметр	Технические характеристики
Диапазон применяемых наружных диаметров	3 мм - 150 мм
Охлаждающая жидкость	Непрерывная подача деионизированной воды
Допуск по длине	±0,5 мм (стандарт)
Глубина подземных повреждений	<0,02 мм при мокрой обработке
Зернистость колес (типичная)	Алмазная сетка 150 - 320
Состояние кромки после обрезки	Требуется фаска или огневая полировка

Лазерная резка и точные допуски по длине

Лазерная резка расширяет достижимую точность за пределы возможностей алмазных дисков и становится предпочтительным методом, когда требуются допуски по длине более ±0,5 мм или когда диаметры труб превышают механические ограничения систем на основе дисков.

CO₂ лазерная резкаЛазер, работающий на длине волны 10,6 мкм, эффективно поглощается плавленым кварцем, обеспечивая чистые, узкие пропилы с зоной термического воздействия, измеряемой микронами, а не десятыми долями миллиметра, характерными для механических методов. При типичных скоростях обработки кварцевых трубок в диапазоне наружных диаметров 10-80 мм ширина лазерного пропила составляет 0,1 - 0,3 мм, а достигнутый допуск по длине составляет ±0,1 мм - пятикратное улучшение по сравнению со стандартной мокрой резкой. Важно, что отсутствие механического контакта устраняет риск растрескивания труб от вибрации колес, что делает лазерную резку особенно ценной для тонкостенные трубки с WT менее 1,5 мм где механическая сила резания представляет опасность перелома.

Для труб большого диаметра с наружным диаметром более 150 мм альтернативным способом является гидроабразивная резка, сочетающая энергию абразивной струи с процессом, при котором полностью отсутствует тепловое напряжение. Края, обработанные гидроабразивной струей, требуют шлифовки для удаления шероховатой поверхности, оставленной абразивной средой, но этот метод уникален тем, что позволяет получать сложные контурные профили - диагональные разрезы, вырезы или щелевые концы - в кварцевых трубках большого диаметра, которые в противном случае потребовали бы многоосевой обработки на станках с ЧПУ.

Сравнение лазерной резки и резки алмазными дисками

Атрибут	Алмазный круг для мокрой резки	Лазерная резка	Гидроабразивная резка
Диапазон OD	3 мм - 150 мм	5 мм - 200 мм	50 мм - 600 мм
Допуск по длине	±0,5 мм	±0,1 мм	±0,3 мм
Ширина пропила	0,5 - 1,5 мм	0,1 - 0,3 мм	1,0 - 2,5 мм
Риск теплового стресса	Низкий (мокрый процесс)	Очень низкий	Нет
Край после обработки	Снятие фаски/полировка	Полировка огнем	Требуется шлифовка
Лучшее приложение	Стандартная лабораторная/промышленная длина	Прецизионные компоненты	Контурные прорези с большим отверстием

---

Снятие фаски и обработка кромок на трубках из кварцевого стекла

Каждый обрезанный конец трубки из кварцевого стекла представляет собой механически уязвимое место: острый угол 90°, оставленный алмазным диском или лазерной резкой, концентрирует напряжение, когда трубка вставляется в фитинги, подвергается термоциклированию или обрабатывается при монтаже. Снятие фаски устраняет эту уязвимость и одновременно обеспечивает контролируемую геометрию края, от которой зависят уплотнительные узлы, канавки для уплотнительных колец и соединители с нажимной защелкой.

Механическое шлифование и типичные углы фасок

При механическом снятии фаски используются шлифовальные круги с алмазной пропиткой или прецизионные цилиндрические шлифовальные станки для обработки конца трубы до определенного углового профиля, что позволяет получить стабильную, повторяющуюся геометрию в производственных партиях.

Угол фаски от 15° до 45° (измеряется от оси трубы) являются наиболее часто применяемыми диапазонами для концов кварцевых трубок. A Фаска 15°-20° обычно используется для трубок, которые будут вставляться в уплотнительные кольца из ПТФЭ или силикона, где пологий конус направляет конец трубки в отверстие уплотнения, не разрезая эластомер. A Фаска 45° предпочтительнее для труб, которые на последующем этапе будут запечатываться пламенем или свариваться плавлением, поскольку угловая поверхность обеспечивает большую площадь поверхности для равномерного нагрева пламенем горелки, что снижает риск асимметричного размягчения. Шлифовальное оборудование для снятия наружной фаски Используется цилиндрическая шлифовальная машина, которая вращает трубку против профилированного алмазного круга; Фаска для идентификации Трубы диаметром более 10 мм шлифуются с помощью точечного шлифовального станка, установленного внутри отверстия под заданным углом. Компания Specialty Glass Products документирует возможность шлифования наружных диаметров, достигая допусков на наружные диаметры в пределах ±0,0001 дюйма (±0,0025 мм) с исключительной чистотой поверхности, что свидетельствует о том, что снятие фаски на трубах прецизионного качества - это механическая обработка в метрологическом смысле, а не просто финишная обработка.

После шлифовки поверхность с фаской приобретает матовый, матовый вид. В тех случаях, когда торцевая поверхность должна пропускать ультрафиолетовый или видимый свет - например, входной торец трубки УФ-реактора, - матовая поверхность фаски впоследствии полируется огнем для восстановления оптической прозрачности.

Угол фаски и рекомендации по применению

Угол фаски	Геометрия	Типовое применение
15° - 20°	Мягкое сужение	Установка уплотнительных колец и эластомеров
30°	Умеренное сужение	Нажимные соединители, компрессионные фитинги
45°	Стандартный скос	Подготовка поверхности перед сваркой, удаление заусенцев
Пользовательское	По рисунку	Вакуумные фланцы, оптические интерфейсы

Удаление заусенцев с помощью кислотного травления как дополнительная опция

Для трубок из кварцевого стекла с внутренним диаметром менее 10 мм механические шлифовальные инструменты физически не могут обеспечить достаточно точный доступ к торцу отверстия, поэтому практичным способом удаления заусенцев является кислотное травление.

Разбавленная фтористоводородная кислота (HF), обычно в концентрации 1-5% по объему, избирательно растворяет острые кремниевые осколки и микротрещины, оставшиеся на краю среза, не изменяя макроскопическую геометрию трубки. Скорость травления плавленого кварца в разбавленной HF при комнатной температуре составляет примерно 0,5-2 мкм в минутучто позволяет остановить контролируемое удаление материала, как только зона заусенца - обычно глубиной 10-30 мкм - будет исчерпана. Такая точность контроля делает высокочастотное травление особенно ценным для капиллярных трубок с наружным диаметром 0,5-5 мм, где даже превышение механической шлифовки на 50 мкм потребует значительной доли толщины стенки. Процесс должен проводиться в химическом вытяжном шкафу с высокочастотным фильтром с полным набором СИЗ, включая защитную маску, химически стойкие перчатки и комплект противоядия HF под рукой, так как HF является системно токсичным даже при низких уровнях воздействия.

После травления пробирка тщательно промывается в деионизированной воде, а затем, по желанию, нейтрализуется разбавленным бифторидом аммония. Полученный внутренний край гладкий на ощупь, без остаточных частиц кристаллического кремнезема, которые могли бы загрязнить потоки полупроводников или аналитической химии.

Параметры удаления заусенцев при кислотном травлении

Параметр	Технические характеристики
Диапазон применяемых идентификаторов	0,1 мм - 10 мм (доступ к внутреннему краю)
Концентрация HF	1 - 5% v/v
Скорость травления	0,5 - 2 мкм/мин при 20°C
Глубина съема материала	10 - 50 мкм (контролируется)
Промывка после травления	Деионизированная вода, ≥3 циклов
Влияние размеров	Незначительные (<0,05 мм изменения на OD)

---

Стандарты полировки трубок из кварцевого стекла для оптических и полупроводниковых приборов

Состояние поверхности торца кварцевой трубки - это не просто эстетическая задача: в системах оптической передачи, УФ-реакторах и полупроводниковых диффузионных системах шероховатость поверхности торца трубки напрямую определяет эффективность передачи, риск образования частиц и качество герметичных уплотнений. Два способа полировки отвечают разным требованиям: огневая полировка восстанавливает гладкую, сформированную огнем поверхность обрезанных концов, а механическая притирка и полировка позволяет добиться плоскостности оптического класса для прецизионных сопряжений компонентов.

Огневая полировка торцевых поверхностей и наружных поверхностей труб

Огневая полировка - наиболее широко применяемая операция финишной обработки торцов кварцевых трубок, которая ценится за скорость, способность залечивать микротрещины, возникающие при резке, и восстанавливать первозданное качество огневой поверхности исходной вытянутой трубки.

В процессе применяется сфокусированное кислородно-водородное или кислородно-пропановое пламя к концу трубки при вращении трубки вокруг своей оси. Температура пламени на рабочем наконечнике превышает 1,700°C, которая выше температуры размягчения плавленого кварца (~ 1665°C), но применяется в течение контролируемой продолжительности - обычно От 3 до 15 секунд на каждый конец - достаточным для переплавки и вытекания поверхностного кремнезема без разрушения стенки трубки или значительного изменения ее диаметра. В течение этого короткого расплавленного интервала, поверхностное натяжение² вводит жидкий диоксид кремния в гладкую, практически идеально плоскую торцевую поверхность, одновременно запечатывая все подповерхностные микротрещины, оставшиеся после механической резки. GlobalQT прямо указывает огневую полировку в качестве стандартной услуги наряду с грубой резкой и шлифовкой заказанных печных труб, подтверждая тем самым ее статус как производственного процесса, а не специализированной разовой операции.

Окси-водород предпочтительнее окси-пропана для высокочистых полупроводников и оптикиПотому что при сгорании водорода в качестве побочного продукта образуется только водяной пар, не оставляющий углеродных отложений на поверхности кремнезема. Оксипропановое пламя, хотя и более горячее и, следовательно, более быстрое, вносит следы углеводородных загрязнений, которые флуоресцируют при УФ-освещении и неприемлемы для таких применений, как УФ-реакторы для очистки воды или спектроскопические ячейки.

Параметры процесса огневой полировки

Параметр	Окси-водород	Оксипропан
Температура пламени	~2,000°C (рабочий наконечник)	~1,900°C
Побочный продукт сгорания	Только H₂O	CO₂ + H₂O + следы углерода
Риск загрязнения	Незначительный	Низкий (допустимый для промышленного использования)
Диапазон применяемых наружных диаметров	1 мм - 300 мм	3 мм - 300 мм
Время обработки на конец	3 - 15 сек	2 - 10 сек
Глубина заживления микротрещин	До 0,2 мм	До 0,2 мм
Ra поверхности после полировки	0,05 - 0,2 мкм	0,1 - 0,4 мкм

Механическое притирание и финишная обработка поверхности оптического класса

Там, где огневая полировка позволяет получить гладкую, но геометрически свободную поверхность - то есть торцевая поверхность не гарантированно плоская или перпендикулярная оси трубы - механическая притирка позволяет получить плоская поверхность с контролируемыми размерами с гладкостью оптического класса для приложений, требующих интерферометрической точности.

Последовательность механической полировки торцов трубок из плавленого кварца начинается с грубая притирка с использованием абразивного шлама из карбида бора или карбида кремния на чугунной пластине, удаляя основную часть повреждений поверхности среза до остаточной шероховатости поверхности приблизительно Ra 0,5 мкм. Промежуточный этап тонкого наложения использует глиноземный абразив (Al₂O₃) с размером частиц 3-5 мкм, доводя поверхность до Ra 0,1-0,2 мкм. На заключительном этапе полировки используется суспензия оксида церия (CeO₂) на полировальном круге - обычно полиуретановом или питчевом - и достигает значений шероховатости поверхности Ra < 0,5 нм (субнанометр), классифицируя результат как оптический класс в соответствии со стандартными обозначениями шероховатости поверхности. На этом уровне торцевая поверхность кварцевой трубки пригодна для использования в качестве оптического окна, отверстия для ввода лазерного луча или прецизионной контактной поверхности вакуумного фланца. Компания Specialty Glass Products подтверждает, что бесцентровая шлифовка и полировка с ЧПУ позволяет достичь допусков на наружные и внутренние поверхности ±0,0001 дюйма с исключительной чистотой поверхности, иллюстрируя, что этап полировки неотделим от контроля размеров в соответствии со спецификациями оптического класса.

Параллельность между двумя торцами полированной трубки, что очень важно для трубок, используемых в качестве проточных кювет или оптических кювет, поддерживается для ≤0,005 мм с помощью двустороннего полировального станка с обратной связью в реальном времени по лазерному микрометру.

Степень полировки и справочная информация о чистоте поверхности

Степень полировки	Используемый абразив	Поверхность Ra	Типовое применение
Промышленные (пожаробезопасные)	Пламя	0,05 - 0,4 мкм	Лабораторное оборудование, печные трубки, УФ-лампы
Полупрецизионные (притертые)	Al₂O₃ 3-5 мкм	0,1 - 0,5 мкм	Уплотнительные фланцы, интерфейсы датчиков
Оптический класс (CeO₂)	Суспензия CeO₂	<0,5 нм (Ra)	УФ-окна, спектроскопические ячейки, лазерные порты
Сверхточный	CeO₂ + нахлест с шагом	<0,1 нм (Ra)	Интерферометрия, формирование лазерного луча

---

Варианты герметизации пламени и торцевого закрытия для трубок из кварцевого стекла

Кварцевые трубки с герметичным концом применяются в десятках областей - от оболочек для ультрафиолетовых ртутных ламп и защитных трубок для термоголовки до вакуумных ампул для выращивания кристаллов и герметичных реакционных сосудов для неорганического синтеза при температурах выше 1 000°C. Метод и геометрия закрытия торца не являются взаимозаменяемыми: сочетание источника тепла, химического состава пламени и техники формования должно быть точно подобрано к диаметру трубки, толщине стенки и геометрии торцевого профиля, требуемой в конкретном случае.

Сварка кислородно-водородной горелкой для герметичных торцевых уплотнений

Для запайки трубок из кварцевого стекла требуется источник тепла, способный достигать и поддерживать температуру размягчения плавленого кварца - примерно 1,665°C - При этом окружающий участок трубки остается достаточно холодным, чтобы предотвратить деформацию за пределами предполагаемой зоны уплотнения.

Кислородно-водородные резаки повсеместно предпочитаются для герметичного кварцевого уплотнения, поскольку водородно-кислородное пламя достигает рабочей температуры 1,800-2,000°C в кончике пламени, а также потому, что, как показывает практика выдувания стекла в сообществах полупроводников и научного стекла, в пламени не образуется побочных продуктов углерода, которые могли бы загрязнить зону расплава кремнезема. Когда конец трубки достигает рабочей температуры, он ведет себя скорее как расплавленный металл в точке ликвидус, чем как постепенно размягчающееся стекло: переход от жесткого состояния к полностью обрабатываемому происходит резко, что требует от оператора точного управления подачей тепла. Трубка должна постоянно вращаться во время нагрева для достижения симметричного бассейна расплава; асимметричный нагрев приводит к неравномерному разрушению стенки, создавая уплотнение с внутренней концентрацией напряжений, которое разрушается при термоциклировании. После герметизации запечатанный участок трубки медленно охлаждается в уменьшающейся внешней зоне пламени горелки для отжига остаточных напряжений перед полной закалкой на воздухе. При правильном выполнении уплотнение пламенем кислорода и водорода на плавленом кварце является Испытание на утечку гелия до <1 × 10-⁹ мбар-л/сподтверждая герметичность вакуумного класса.

Максимальное значение OD для герметизации пламени при стандартном производстве составляет приблизительно 100 мм; при диаметре выше этого значения тепловая масса трубы требует использования многогорелочных устройств или процесса герметизации с помощью печи.

Параметры процесса герметизации пламенем

Параметр	Технические характеристики
Источник тепла	Кислородно-водородный резак
Температура наконечника пламени	1,800 - 2,000°C
SiO₂ Температура размягчения	~1,665°C
Диапазон применяемых наружных диаметров	1 мм - 100 мм
Отжиг после герметизации	Требуется (охлаждение зоны резака)
Целостность утечки	<1 × 10-⁹ мбар-л/с (испытание на герметичность He)
Загрязнение побочными продуктами	Нет (только H₂O)

Закрытые конфигурации с круглым и плоским дном

Геометрия закрытого конца не просто эстетична - она определяет распределение давления, доступность очистки, а также то, может ли трубка стоять вертикально без внешнего опорного приспособления.

Круглодонные (полусферические) закрытые концы формируются путем накопления размягченного диоксида кремния на конце трубки в купол под действием поверхностного натяжения, без добавления материала. Полученная форма равномерно распределяет внутреннее давление по изогнутой поверхности, что делает крышки с круглым дном предпочтительной геометрией для герметичных ампул, реакционных трубок высокого давления и защитных колодцев термопар, работающих как при положительном, так и при отрицательном (вакуумном) давлении. Толщина стенки у вершины купола обычно составляет 80-110% от первоначальной толщины стенки трубыПоскольку процесс формирования поверхностного натяжения может привести к незначительному утоньшению или утолщению в зависимости от времени пребывания в пламени. Пробирки с круглым дном не могут самостоятельно стоять на плоской поверхности без опорной стойки, что необходимо учитывать при проектировании лабораторной установки.

Закрытые концы с плоским дном изготавливаются путем обрушивания конца трубки в прессе с плоской поверхностью, пока кремнезем находится в пластичном состоянии, или путем пламенного уплотнения на плоской пластине из плавленого кварца. В результате трубка стоит вертикально без опоры, что является практическим преимуществом в трубчатых печах, где кварцевые лодочки и пробирки с образцами должны стоять на плоском полу печи. Однако плоские затворы механически менее устойчивы к равномерному внутреннему давлению, чем полусферические, и их использование при давлении выше 0,3 МПа (манометр) требует инженерной экспертизы.

Сравнение геометрии закрытого конца

Атрибут	Круглое дно	Плоское дно
Метод формовки	Поверхностное натяжение (только пламя)	Пресс для оправки + пламя
Распределение давления	Единый (оптимальный)	Концентрация напряжений на углах
Максимальное рекомендуемое внутреннее давление	До 1,0 МПа (манометр)	До 0,3 МПа (манометр)
Самостоятельная установка	Нет (требуется поддержка)	Да
Типовые применения	Ампулы, термоколбы, реакционные сосуды	Вставки в печные трубы, лодки для образцов
Толщина стенок апекса	80 - 110% от номинальной WT	90 - 120% номинальной мощности

---

Сверление и обработка отверстий в трубках из кварцевого стекла

Просверленные отверстия в трубках из кварцевого стекла позволяют вставлять термопары, вводить/выводить газ, отбирать пробы и пропускать оптическое волокно - функции, которые невозможно выполнить с помощью любой операции обработки торца трубки. В отличие от металлов, плавленый кварц нельзя просверлить обычными спиральными сверлами; его твердость составляет примерно Mohs 7 и хрупкое разрушение требуют применения специальных методов бурения, которые удаляют материал путем контролируемого истирания, а не пластического резания.

Ультразвуковое сверление отверстий малого диаметра

Ультразвуковое сверление является методом выбора для отверстий в плавленом кварце, где диаметр отверстия не превышает примерно 5 мм а толщина стенок - 5 мм или менее.

Процесс происходит за счет вибрации наконечника инструмента из карбида вольфрама или карбида бора при частота ультразвука (обычно 20-40 кГц) с амплитудой 10-50 мкмВ то время как суспензия абразивных частиц (обычно карбид бора B₄C или карбид кремния SiC в воде) заполняет рабочую зону. Вибрационный инструмент ударяет абразивные частицы о кварцевую поверхность в ударном режиме, который снимает материал со скоростью примерно 0,1-0,5 мм в минуту без передачи значительного бокового усилия на стенку трубки - критическое преимущество перед вращательным сверлением для хрупких тонкостенных трубок. Документально подтвержденные минимальные диаметры отверстий, достижимые при ультразвуковом сверлении в плавленом кварце, составляют 0,8 ммчто подтверждается опубликованными micquartz.com данными по обработке на станках с ЧПУ. Допуск на положение отверстий, просверленных ультразвуком, обычно составляет ±0,05 мм, с допуском на диаметр ±0,02 мм - фигуры, удовлетворяющие требованиям к выравниванию оболочек термопар и фитингов капиллярных вставок.

После ультразвукового сверления вход и выход отверстия требуют снятия фаски - механической или кислотным травлением - для устранения 0,05-0,1 мм зона разрушения ободка который образуется, когда абразивный инструмент пробивает выходную поверхность кварцевой стенки.

Параметры ультразвукового сверления

Параметр	Технические характеристики
Минимальный диаметр отверстия	0,8 мм
Максимальный диаметр отверстия	~5 мм
Частота	20 - 40 кГц
Амплитуда инструмента	10 - 50 мкм
Абразивная среда	B₄C или суспензия SiC в воде
Скорость удаления материала	0,1 - 0,5 мм/мин
Допуск на диаметр	±0,02 мм
Позиционный допуск	±0,05 мм

Алмазное сверление с ЧПУ для больших отверстий и жестких допусков

При диаметре отверстий более 5 мм алмазное корончатое сверление с ЧПУ заменяет ультразвуковые методы, обеспечивая более высокую точность размеров, сокращение времени цикла и возможность получения отверстий в трубах диаметром до наружный диаметр 300 мм где толщина стенки трубы обеспечивает достаточный материал для зацепления коронки.

Алмазное корончатое сверление с ЧПУ Полые корончатые сверла с алмазным напылением вращаясь под непрерывным охлаждением деионизированной водой, удаляет цилиндрическую пробку из плавленого кварца со стенок трубки. При скорости вращения шпинделя 300-1 500 ОБ/МИН и скорость подачи 0,02-0,1 мм на оборотТепло, выделяющееся на режущей поверхности, отводится в охлаждающую жидкость до того, как оно может привести к образованию термических микротрещин. Документы Specialty Glass Products позволяют сверлить отверстия вплоть до 0,017 дюйма (0,43 мм) В соответствии с этим подходом в производстве плавленого кварца используются многоосевые фрезерные центры, которые обрабатывают трубы диаметром до предельных возможностей станка - обычно диаметром 300 мм и длиной до 750 мм на 5-осевом ЧПУ. Допуск на диаметр отверстий, просверленных с ЧПУ, в диапазоне 5-50 мм составляет ±0,02 ммв соответствии с опубликованными данными с сайта micquartz.com. Для отверстий, требующих повышенной точности позиционирования в газовых коллекторах или многопортовых реакторах, программирование траектории инструмента с ЧПУ позволяет достичь позиционный допуск ±0,01 мм относительно оси трубки.

После сверления каждый проем получает стандартную Фаска 45° на входной и выходной поверхностях для устранения концентрации напряжений - шаг, явно рекомендуемый в литературе по кварцевой обработке для предотвращения распространения трещин при тепловой нагрузке.

Параметры алмазного сверления с ЧПУ

Параметр	Технические характеристики
Минимальный диаметр отверстия	0,43 мм (0,017 дюйма)
Максимальный диаметр отверстия	Ограничена толщиной стенки (обычно ≤ OD × 0,6)
Скорость вращения шпинделя	300 - 1 500 ОБ/МИН
Скорость подачи	0,02 - 0,1 мм/об.
Охлаждающая жидкость	Деионизированная вода непрерывного действия
Допуск на диаметр	±0,02 мм
Позиционный допуск	±0,01 мм
Обработка кромок после сверления	Фаска 45° (обязательно)

---

Шлифованные швы и обработка матового стекла на трубках из кварцевого стекла

Лабораторные и промышленные системы, построенные из кварцевых компонентов, зависят от стандартизированных соединений для достижения газонепроницаемости или вакуумной герметичности без использования клея или механических креплений. Шлифованные соединения - прецизионно обработанные конические, сферические или плоские фланцевые интерфейсы - позволяют кварцевым стеклянным трубкам взаимозаменяемо соединяться с другими кварцевыми, боросиликатными или стеклокерамическими приборами в рамках глобальной стандартизированной системы размеров, обеспечивая герметичность при правильном сопряжении и смазке.

Стандартные конические соединения - обозначение размеров и прецизионная шлифовка

Стандартное коническое шлифованное соединение описывается двумя числами в виде XX/YY, где XX - внешний диаметр узкого конца наружного (внутреннего) соединения в миллиметрах, а YY - длина шлифованной поверхности в миллиметрах.

Стандартные размеры: 14/20, 19/22 и 24/40., которые соответствуют американскому стандарту конических соединений ASTM E-676 и европейскому стандарту ISO 383 / DIN 12242. Коэффициент конусности для всех стандартных соединений составляет 1:10 - На каждые 10 мм длины соединения диаметр увеличивается на 1 мм - геометрия, которая была стандартизирована на международном уровне, чтобы гарантировать, что любые два соединения с одинаковым обозначением XX будут сопрягаться независимо от производителя. Изготовление кварцевого конусного соединения происходит в два этапа: грубое шлифование с помощью карбида кремния или алмазного абразива удаляется основная масса материала стенок трубки для придания формы конуса, и тонкое измельчение более мелким абразивом доводит поверхность до матовое покрытие образует газонепроницаемое уплотнение при сопряжении со своим гнездовым аналогом и смазке соответствующей смазкой, например Apiezon или силиконовой смазкой для запорных кранов. Матовая поверхность обеспечивает физическое сцепление между сопрягаемыми поверхностями за счет микроскопического зацепления асперитов; прозрачное, полированное коническое соединение было бы газопроницаемым. DWK Life Sciences утверждает, что двухступенчатый процесс шлифовки позволяет получать соединения, превосходящие требования ISO 383 и DIN 12242 по точности, с качеством поверхности, достаточным для герметизации как в атмосфере, так и в вакууме.

Полученное соединение, правильно собранное и смазанное, является газонепроницаемые при атмосферном давлении и вакуумные при давлении лучше, чем 10-³ мбар со стандартной силиконовой смазкой, с возможностью расширения до 10-⁶ мбар с высоковакуумной смазкой Apiezon H или M.

Справочник размеров стандартных конических соединений

Обозначение размера	Верхний диаметр (мм)	Длина соединения (мм)	Совместимый стандарт	Типовое применение
10/19	10	19	ISO 383	Микромасштабное лабораторное оборудование
14/20	14	20	ASTM E-676	Стандартная лабораторная стеклянная посуда
14/23	14	23	ISO 383	Стандартная лабораторная стеклянная посуда (EU)
19/22	19	22	ASTM E-676	Среднемасштабные аппараты
24/29	24	29	ISO 383	Среднемасштабные аппараты (ЕС)
24/40	24	40	ASTM E-676	Реакционные колбы, дистилляция
29/32	29	32	ISO 383	Крупногабаритный аппарат
45/50	45	50	Пользовательские / промышленные	Реакторы промышленного масштаба

Варианты наземных соединений с шаровым и плоским фланцем

Стандартные конические соединения требуют точного осевого выравнивания между сопрягаемыми компонентами; даже несколько градусов углового смещения концентрируют напряжение на шейке соединения, что чревато разрушением при сборке или термоциклировании. Шаровидно-гнездовые и плоско-фланцевые шлифованные соединения устраняют это ограничение благодаря геометрическим вариантам, допускающим угловое отклонение или распределяющим уплотнительную нагрузку по плоской поверхности.

Шарико-гильзовые соединения (также называемые сферическими шлифованными шарнирами) состоят из точно отшлифованного сферического шарового компонента с наружной стороны и соответствующего вогнутого гнезда с внутренней стороны, выпускаемых в стандартных размерах 'S': S13, S19 и S29, где цифра обозначает номинальный диаметр отверстия в миллиметрах. Сферическая геометрия позволяет использовать до Угловое смещение ±10° без ущерба для целостности уплотнения, что делает эти соединения незаменимыми в сложных многопортовых реакторных сборках, где тепловое расширение приводит к смещению осей компонентов относительно друг друга во время циклов нагрева. Сопрягаемые поверхности шара и гнезда прецизионно шлифуются до матового покрытия, которое используется в конических соединениях, а характеристики уплотнения в вакууме соответствуют коническим соединениям при приложении надлежащего усилия зажима. Aoxin Quartz подтверждает наличие на складе размеров S13, S19 и S29, изготовленных из высокочистого плавленого кварца, с креплением к хвостовикам трубок методом плавления в качестве части стандартного предложения продукции.

Шлифованные соединения с плоским фланцем представляют собой плоскую, плоскостную уплотнительную поверхность, полученную путем прецизионной притирки, используемую в вакуумных камерах и реакторных сосудах, где трубка должна сопрягаться с обработанным металлическим или кварцевым фланцем. Плоская поверхность притирается до шероховатости поверхности Ra 0,1-0,5 мкм и плоскость ≤0,01 мм по всей поверхности фланцаЭто позволяет создавать уплотнения "металл-кварц" с прокладками из сжатого эластомера или ПТФЭ. Этот тип соединения особенно распространен в торцевых крышках полупроводниковых диффузионных трубок и фланцах фотохимических реакторов, работающих под вакуумом при температурах до 600°C.

Сравнение типов наземных соединений

Тип соединения	Угловой допуск	Стандартные размеры	Степень уплотнения	Типовое применение
Стандартный конус	0° (только в осевом направлении)	14/20, 19/22, 24/40, 24/29, 29/32	Атм. до 10-⁶ мбар	Лабораторная посуда, дистилляция, синтез
Шаровидные гнезда	Угловой изгиб ±10°	S13, S19, S29	Атм. до 10-⁴ мбар	Сложные узлы, тепловое расширение
Плоский фланец	N/A (плоский)	Индивидуально для каждого OD	Атм. до 10-⁶ мбар	Вакуумные камеры, фланцы для полупроводников
Фланец с уплотнительным кольцом	Н/Д	Индивидуально для каждого отверстия	Атм. до 10-⁸ мбар	Сверхвысокий вакуум, чистая комната

---

Сварка, расширение и уменьшение диаметра трубок из кварцевого стекла

Помимо изготовления отдельных деталей, многие инженерные приложения требуют соединения трубок из кварцевого стекла в многосекционные узлы, оснащения фланцами или изменения диаметра по длине - функции, которые требуют термического формования, а не механической обработки. Сварка, расширение трубки (факел) и уменьшение диаметра (горловина) - три основные операции горячего формования, применяемые к трубкам из кварцевого стекла, и каждая из них требует точного контроля температуры пламени, вязкости стекла и последующего формования. отжиг³ для получения соединений и переходов без остаточных напряжений.

Кислородно-водородная сварка плавлением для соединения труб и фланцев

Сварка плавлением кварц-кварц отличается от сварки металлов в одном фундаментальном отношении: здесь нет ни присадочного материала, ни электрода, ни внешнего защитного газа. Соединение образуется полностью за счет одновременного размягчения обеих сопрягаемых поверхностей высокотемпературным пламенем до тех пор, пока они не сольются на молекулярном уровне.

Сварка кислородно-водородной горелкой Это обязательный метод для любого кварцевого соединения, предназначенного для использования в полупроводниковой, фармацевтической или оптической промышленности, поскольку при сжигании образуется исключительно водяной пар, а зона расплава кварца остается химически чистой и свободной от углерода, загрязнений гидроксидами или щелочных отложений, которые могли бы нарушить чистоту. Плавленый кварц должен быть равномерно нагрет до рабочей температуры, составляющей примерно 1,800°CНепрерывное вращение на токарном станке или многоосевом позиционере для предотвращения асимметричного потока. Соединение должно обеспечивать тесный молекулярный контакт на 100% площади сопрягаемых поверхностей.Любой зазор, пузырь или частично нерасплавленная зона создают напряжение, которое инициирует разрушение во время первого термического цикла. После плавления зона соединения выдерживается во внешнем пламени резака - более холодной восстановительной зоне при температуре примерно 800-1000°C - в течение контролируемого времени. период отжига от 30 до 90 секунд на миллиметр толщины стенкиперед постепенным охлаждением на воздухе. Этот этап отжига не подлежит обсуждению: кварц имеет практически нулевое тепловое расширение, что означает, что быстрое охлаждение не приводит к макроскопическому изменению размеров, но остаточного вязкого напряжения, замороженного в неотожженной зоне сварки, достаточно, чтобы вызвать самопроизвольное разрушение через несколько дней или недель после изготовления. В документации как профессиональных стеклодувов, так и физиков-полупроводников постоянно подчеркивается, что кислород-водород - единственный приемлемый источник тепла для сварки чистого кварца, и что кварц не требует нормализации после плавки, сравнимой с обычным стеклом, именно потому, что его CTE фактически равен нулю.

Приварка фланца к трубе использует тот же процесс, но требует предварительного нагрева фланцевого компонента до температуры, близкой к рабочей, перед контактом, чтобы предотвратить разрушение от теплового удара в момент соединения. На сайтах Axquartz.com и fgquartz.com сварка указана как стандартная возможность изготовления на заказ, а процесс регулируется сертификатом ISO 9001:2015.

Параметры процесса сварки плавлением

Параметр	Технические характеристики
Источник тепла	Только кислородно-водородный резак (производственный класс)
Рабочая температура	~1 800°C на поверхности стыка
Диапазон применяемых наружных диаметров	3 мм - 200 мм (стандарт); >200 мм многоконфорочная плита
Продолжительность отжига	30 - 90 секунд на каждый мм WT
Охлаждающая жидкость / защитный газ	Не требуется
Чистота суставов	Без наполнителя; плавленый кварц 100%
Целостность утечки (после сварки)	<1 × 10-⁹ мбар-л/с (возможно испытание на герметичность He)
Максимальная чистота материала	До 99,999% SiO₂ (в соответствии с классом трубы)

Расширение труб и формирование диаметра горловины

Переходы диаметра - когда участок трубы расширяется до большего наружного диаметра для сопряжения с широкопроходным фланцем или уменьшается до меньшего наружного диаметра для создания сопла или переходного фитинга - производятся путем нагрева зоны формования до пластичного состояния и приложения контролируемого механического усилия к оправке, матрице или за счет использования внутреннего давления (продувки).

Расширение трубы (развальцовка) Начинается с того, что локальная зона трубки нагревается примерно до 1,700-1,800°C на длину, равную примерно 1,5-2× целевой факельный OD. После полной пластификации в конец трубки вставляется коническая графитовая оправка и вдавливается в нее, расширяя диаметр наружу. Полученный наружный диаметр на расширенном конце обычно составляет От 1,3 до 2,0× оригинальный наружный диаметр трубкитолщина стенки уменьшается пропорционально обратному квадрату отношения диаметров - труба с исходным WT 3 мм, расширенная в 1,5 раза по наружному диаметру, будет иметь толщину стенки на расширенном конце приблизительно 1,3 мм (рассчитано с учетом сохранения объема). Развальцованные концы используются для создания входных фланцев с шаровым шарниром, уплотнительных кромок большого диаметра для сжатия уплотнительных колец, а также переходных участков между трубками разного диаметра в многоступенчатых УФ-реакторах. Угол развальцовки - обычно Полуугол от 10° до 30° - определяется профилем оправки и должен соответствовать чертежу сопрягаемого компонента.

Уменьшение диаметра (омертвение) прикладывает сжатие к нагретой зоне с помощью вращающейся графитовой лопатки или профилированной матрицы, уменьшая наружный диаметр на конце трубки для создания сопла с уменьшенным отверстием, ступенчатого перехода или сужения для дозирования потока. Толщина стенки в зоне горловины увеличивается по мере уменьшения OD, что способствует экономии материала: трубка с горловиной от OD 50 мм до OD 30 мм с исходным WT 3 мм будет иметь толщину стенки в горловине приблизительно 8,3 ммчто может потребовать учета при тепловом расчете. За операциями расширения и уменьшения следует отжиг, и обе эти операции доступны в качестве услуг по изготовлению на заказ в компании TOQUARTZ для труб диаметром в диапазоне Наружный диаметр от 5 мм до 200 мм.

Параметры формовки диаметра

Параметр	Расширение (сжигание)	Уменьшение (уменьшение)
Диапазон применяемых наружных диаметров	5 мм - 200 мм	5 мм - 200 мм
Температура нагрева	1,700 - 1,800°C	1,700 - 1,800°C
Формовочный инструмент	Графитовая коническая оправка	Графитовая лопатка / профилированный штамп
Типичный коэффициент изменения диаметра	1,3× - 2,0× увеличение OD	0,3× - 0,8× уменьшение наружного диаметра
Толщина стенки у формованного конца	Уменьшения (увеличение ОД)	Увеличение (уменьшение ОД)
Разворот / переходный полуугол	10° - 30°	5° - 20°
Отжиг после формования	Обязательно	Обязательно
Допуск наружного диаметра на формованном конце	±1,0 мм (стандарт)	±0,5 мм (стандарт)

---

Отрасли, в которых используются точно изготовленные кварцевые трубки

Изготовленные кварцевые трубки служат скорее вспомогательным компонентом, чем расходным материалом в перечисленных ниже отраслях - их присутствие незаметно при правильной работе, а их неисправность немедленно влечет за собой последствия.

• Диффузия полупроводников и CVD: Трубки из кварцевого стекла являются основными технологическими трубками в горизонтальных и вертикальных диффузионных печах для оксидирования, легирования и химического осаждения из паровой фазы кремниевых пластин. Работая непрерывно при температуре 900-1 200°C с технологическими газами, включая O₂, N₂, HCl и дихлорсилан, эти трубки должны поддерживать Чистота SiO₂ выше 99,995% для предотвращения металлического загрязнения пластин на уровне субпб. Диаметр трубок варьируется от OD 100 мм (4-дюймовое поколение пластин) до OD 300 мм и выше (12-дюймовые и современные узлы). Прецизионно обработанные плоские фланцы и приваренные торцевые крышки являются стандартными спецификациями для данного применения. Спецификация технологических труб для полупроводников часто ограничивается допуском по наружному диаметру ±0,1 мм и требованиями к чистоте поверхности, исключающими абразивное загрязнение.

• Ультрафиолетовое обеззараживание и очистка воды: Трубки из кварцевого стекла служат внешней защитной оболочкой и окном, пропускающим УФ-излучение, между ртутными паровыми лампами и потоком воды в системах УФ-реакторов. Требуется кварц с низким содержанием ОН и высоким коэффициентом пропускания - обычно JGS1 или синтетический плавленый кварц - с коэффициентом пропускания УФ-излучения выше 90% при 254 нм для обеспечения бактерицидной эффективности. Наружные диаметры в этом случае обычно варьируются от OD 22 мм до OD 45 мм, а длина - от 500 мм до 1 500 мм.

• Оболочки для инфракрасных и галогенных ламп: Тонкостенные кварцевые трубки с OD 6-16 мм и WT 0,7-1,5 мм образуют оболочки галогенных ламп, инфракрасных излучателей и кварц-вольфрам-галогенных (QTH) источников. Огневая полировка и герметичные концы являются стандартными; трубка должна выдерживать многократные тепловые удары от холодного старта до рабочей температуры (выше 500°C в зоне накала) без разрушения.

• Солнечные фотоэлектрические диффузионные печи: Кварцевые трубки большого диаметра (наружный диаметр 150-300 мм, длина до 1 800 мм) используются в качестве технологических камер для диффузии фосфора и бора при производстве солнечных элементов. Высокая тепловая масса и увеличенная длина при большом наружном диаметре - критические требования к размерам для этого сегмента.

• Химическая и фармацевтическая обработка: Кварцевые трубчатые реакторы, проточные кюветы и смотровые стекла в коррозионных химических процессах выигрывают благодаря устойчивости кварца ко всем кислотам, кроме HF. Приварные фланцевые узлы и соединения с боросиликатной аппаратурой через градуированные уплотнения являются стандартными для этого сектора.

• Аналитические приборы: В плазменных горелках ИСП-ОЭС и ИСП-МС используются прецизионные кварцевые трубки с жестко контролируемым наружным диаметром и концентричностью - обычно Внешняя трубка резака OD 18-22 мм, промежуточная трубка OD 15-18 мм - где изменение размеров напрямую влияет на стабильность плазмы и аналитическую точность.

---

Градации материала для трубок из кварцевого стекла - JGS1, JGS2 и JGS3

Выбор правильного класса материала - это окончательный параметр спецификации, определяющий, будет ли кварцевая трубка работать так, как ожидается, в оптической, тепловой или чистой среде. Три стандартных китайских национальных класса - JGS1, JGS2 и JGS3 - представляют собой различные точки в пространстве компромисса между содержанием OH / пропусканием / термостойкостью.

• JGS1 это синтетический плавленый кварц, получаемый путем химического осаждения тетрахлорида кремния (SiCl₄) из паровой фазы. Его определяющей характеристикой является Содержание OH (гидроксила) менее 1 ppmчто предотвращает ослабление инфракрасной полосы поглощения OH на длине волны ~2,7 мкм и одновременно увеличивает пропускание ультрафиолетового излучения примерно до 150 нм. JGS1 используется в камерах для УФ-спектроскопии, для доставки лучей эксимерных лазеров, в рукавах для УФ-обработки воды и в любых других областях, где критически важно пропускание ниже 250 нм. Температура его термической деформации превышает 1,650°CЭто единственная марка JGS, пригодная для длительной эксплуатации при температуре выше 1200°C без девитрификации.

• JGS2 натуральный плавленый кварц, получаемый электродуговой плавкой кристаллов высокочистого природного кварца. Содержание OH выше, чем в JGS1 - обычно 150-400 стр. - что сдвигает ультрафиолетовый срез пропускания примерно на 250 нмчто делает JGS2 непригодным для применения в глубоком ультрафиолете, но вполне подходящим для работы в видимом и ближнем ультрафиолете (диапазон 300-400 нм). JGS2 является доминирующим сортом для трубок полупроводниковых диффузионных печей, трубок химических реакторов и высокотемпературных лабораторных приборов, где не требуется пропускание ультрафиолета. Более низкая стоимость производства по сравнению с JGS1 делает его рациональным выбором по умолчанию для тепловых применений.

• JGS3 производится из природного кварца с повышенным содержанием природных минеральных примесей и OH - обычно >400 ppm OH - и его ультрафиолетовое пропускание ограничено длинами волн выше примерно 350 нм. JGS3 - это оптические характеристики в обмен на прочность конструкции и экономичность, и он широко используется в оболочках галогенных ламп, трубках инфракрасных нагревателей и футеровках промышленных печей, где важна передача только видимого и инфракрасного излучения. Его температура непрерывной эксплуатации составляет приблизительно 1,100°C - ниже, чем у JGS1 и JGS2 в их соответствующих максимумах - из-за влияния микропримесей на кинетику девитрификации.

Ссылка на выбор класса материала

Недвижимость	JGS1	JGS2	JGS3
Метод производства	CVD (пары SiCl₄)	Электрическая дуга (природный кварц)	Электрическая дуга (природный кварц)
Содержание OH	<1 ppm	150 - 400 стр.	>400 ppm
Отсечка ультрафиолетового излучения	~150 нм	~250 нм	~350 нм
Пропускание при 254 нм	>90%	40 - 80%	<20%
Температура непрерывной работы (°C)	1,250	1,200	1,100
Риск девитрификации	Очень низкий	Низкий	Умеренный
Типовые применения	УФ-оптика, эксимерный лазер, спектроскопия	Печи для полупроводников, химические реакторы	Галогенные лампы, ИК-нагреватели, промышленные печи
Относительная стоимость производства	Самый высокий	Умеренный	Самый низкий

---

Запросите индивидуальную спецификацию для вашего проекта кварцевых стеклянных трубок

По всем размерным сегментам и возможностям изготовления, описанным в этой статье, TOQUARTZ принимает индивидуальные заказы без минимальной партии для большинства размеров труб, а инженерные оценки целесообразности производства возвращаются в течение 24 часов после предоставления чертежа.

Предоставление полной спецификации при первом контакте устраняет необходимость в переписке и ускоряет процесс подготовки предложения. Для составления точного коммерческого предложения на изготовление трубок из кварцевого стекла на заказ необходимы следующие параметры:

• OD × ID × WT (мм): Укажите два из трех; третий вычисляется.
• Длина (мм): Укажите требуемую длину и допустимый допуск (±0,5 мм в стандартном исполнении; ±0,1 мм при лазерной резке).
• Класс материала: JGS1, JGS2 или JGS3 (по умолчанию JGS2, если не указано).
• Производственные операции: Из полного списка - резка, снятие фаски, огневая полировка, механическая полировка, герметизация пламенем (круглое/плоское дно), сверление (укажите диаметр и положение отверстия), шлифовка (укажите обозначение размера), сварка, расширение или уменьшение.
• Среда конечного использования: Максимальная температура эксплуатации, химическое воздействие, требования к пропусканию ультрафиолетовых лучей и уровень вакуума/давления, где это применимо.
• Количество: Количество единиц и частота партий, если предполагаются повторяющиеся заказы.

---

Заключение

Трубки из кварцевого стекла TOQUARTZ охватывают диапазон внешних диаметров от капилляров 0,1 мм до крупнокалиберных трубок 600 мм, с толщиной стенок от 0,01 мм до 10 мм и нестандартной длиной до 3 000 мм. Допуски на размеры варьируются от чертежей ±0,25 мм до шлифовки на ЧПУ ±0,01 мм в зависимости от заданного класса точности. Полный набор производственных возможностей - резка (от ±0,5 мм до ±0,1 мм), снятие фасок, огневая полировка, механическая оптическая полировка (Ra < 0,5 нм), герметизация кислородно-водородным пламенем, сверление (отверстие минимум 0,8 мм, допуск ±0,02 мм), обработка шлифованных соединений (14/20 - 45/50 и на заказ), сварка плавлением, расширение и сужение труб - означает, что компоненты могут поставляться в готовом к монтажу состоянии, исключая затраты на вторичную обработку. Выбор материала в JGS1, JGS2 и JGS3 позволяет привести спектральные, тепловые и чистовые характеристики трубки в соответствие с требованиями каждого приложения.

---

ЧАСТО ЗАДАВАЕМЫЕ ВОПРОСЫ

Какие стандартные размеры внешнего диаметра доступны для трубок из кварцевого стекла?
Стандартные размеры трубок из плавленого кварцевого стекла варьируются от OD 3 мм до OD 150 мм в общепромышленном диапазоне, а распространенные размеры включают OD 25, 40, 50, 60, 80, 100, 120 и 150 мм. Капиллярные трубки доступны с OD 0,1 мм. По заказу доступны нестандартные диаметры до OD 600 мм.

Какова минимальная толщина стенок трубок из кварцевого стекла?
Минимальная толщина стенок капиллярных трубок из плавленого кварца составляет 0,01 мм, что подтверждено документально для капилляров для рентгеновской дифракции с наружным диаметром 0,1-5,0 мм. Для стандартных промышленных трубок с наружным диаметром более 3 мм минимальная толщина стенки, имеющаяся в продаже, составляет около 0,7 мм.

Можно ли сваривать трубки из кварцевого стекла друг с другом или со стеклянными фланцами?
Да. Трубки из плавленого кварца соединяются кислородно-водородной сваркой плавлением, которая сплавляет две поверхности кремнезема при температуре около 1800°C без присадочного материала. В результате получается монолитное соединение с герметичностью при утечке гелия лучше, чем 1 × 10-⁹ мбар-л/с после отжига. Фланцы крепятся тем же способом, при этом возможны конфигурации с плоской или конической поверхностью.

В чем разница между кварцевым стеклом JGS1, JGS2 и JGS3?
JGS1 - синтетический плавленый кварц с содержанием OH менее 1 ppm, пропускающий ультрафиолет до ~150 нм и пригодный для непрерывной работы при температуре до 1 250°C. JGS2 - природный плавленый кварц с содержанием OH 150-400 ppm, пропускающий ультрафиолет до ~250 нм и используемый в полупроводниковых печах и химических реакторах при температурах до 1 200°C. JGS3 - натуральный плавленый кварц с содержанием OH более 400 ppm, пропускающий ~350 нм, рассчитанный на температуру до ~1 100°C и используемый в основном для оболочек галогенных ламп и инфракрасных нагревателей.

---

Ссылки: