2019年1月3日上午10點(diǎn)26分，嫦娥四號實(shí)現了人類(lèi)探測器首次月背軟著(zhù)陸、首次月背與地球的中繼通信，開(kāi)啟了人類(lèi)月球探測新篇章。嫦娥四號歷經(jīng)26天飛行成功著(zhù)陸，離不開(kāi)太陽(yáng)敏感器（用于航天器軌道控制和姿態(tài)控制），而作為太陽(yáng)敏感器關(guān)鍵材料—中國建材總院石英院研制的耐輻照石英玻璃更是功不可沒(méi)。
石英玻璃被譽(yù)為玻璃材料中的“皇冠”，是一種以SiO2為單組分的玻璃，具有超強的機械力學(xué)性能、熱性能、光學(xué)性能和電學(xué)性能。在半導體、光學(xué)器件、光通訊、太陽(yáng)能等行業(yè)中，發(fā)揮著(zhù)不可替代的作用。高純石英砂是目前取代水晶礦，熔煉石英玻璃的主要原材料。
1、石英玻璃分類(lèi)
根據熔煉工藝的不同，商業(yè)化石英玻璃主要分以下四類(lèi)：
?。?）真空氣氛下電熔工藝，原料使用高純石英砂（40目~80目）。羥基含量?。?ppmw~10ppmw），但相對來(lái)說(shuō)，氣泡與金屬雜質(zhì)含量高，Al（30ppmw~100ppmw），Na（4ppmw）。商用品名有Infrasil，G.E.105，201，204。
?。?）氣煉工藝，以氫氣或其他含氫燃料與氧氣作為能源熔制石英玻璃，原料使用高純石英砂（100目~200目）。熔煉過(guò)程中金屬污染少，氣泡少，但由于氫氧氣氛下，羥基含150ppmw~400ppmw。商用品名有Herasil，Homosil，Optosil，G.E.104。
?。?）火焰水解合成石英玻璃（CVD），SiCl4噴入氫氧焰中水解?；緵](méi)有金屬雜質(zhì)，但含有偏高的羥基（1000ppmw）和Cl（100ppmw）。商用品名SuprasilS，Spectrosil，Corning7940。
?。?）合成石英玻璃（PCVD），無(wú)水的等離子焰中水解SiCl4。與第三種類(lèi)似但羥基只有0.4ppmw，Cl為200ppmw。商用品名SuprasilW，SpectrosilWF，Corning7943。
2、石英玻璃的特性
?。?）熱學(xué)性能方面，石英玻璃的耐高溫變形、抗熱振性能好。其軟化點(diǎn)（1665℃）與鉑的熔點(diǎn)接近；平均線(xiàn)膨脹系數很低（α=5.4×10-7/℃），僅僅為普通玻璃的1/10~1/20，就是在高溫下迅速投入冷水中，也不會(huì )碎裂。
?。?）化學(xué)性能方面，石英玻璃極不活潑，是良好的耐酸材料（氫氟酸除外），甚至在高溫下也不與酸反應。特別適合做高溫耐酸燃燒、冷卻裝置及酸性化學(xué)品的制備和儲藏裝置以及各種化學(xué)實(shí)驗玻璃器皿。
?。?）光學(xué)性能方面，其對整個(gè)光譜都有良好的透光性，紫外線(xiàn)及紅外線(xiàn)范圍內光學(xué)高透過(guò)率是一般光學(xué)玻璃所不具備的，可以作為各種光學(xué)設備的棱鏡和透鏡；高溫作業(yè)、反應堆窗口；光通訊領(lǐng)域中的光纖和光電器件；利用了其對光的高透射性，加上高溫穩定性和抗熱震性，使其在高溫燈管領(lǐng)域的廣泛應用，如紫外燈、紅外燈、水銀燈、氙氣燈和鹵素燈等的高溫燈管。
?。?）電學(xué)應用中，石英玻璃是極好的絕緣材料，常溫下電阻值（1016Ωm）相當于普通玻璃（1014Ωm）的100倍，適合制造耐高溫的高頻高壓絕緣子。
3、石英玻璃的應用領(lǐng)域
?。?）半導體（占比約65%）：石英制品是重要的半導體耗材，用于半導體加工全過(guò)程。石英玻璃內二氧化硅純度高，化學(xué)性質(zhì)穩定，不與除氫氟酸和磷酸外的任何酸反應，充分滿(mǎn)足半導體制造過(guò)程中需要抗高溫、變形性能強、不活潑的材料作為晶圓承載和清洗等容器的要求，被廣泛運用于半導體生產(chǎn)過(guò)程。此外，由于石英玻璃折射率低，耐溫性強，能夠滿(mǎn)足掩膜版對于基版材料光學(xué)透過(guò)率高，熱膨脹率低的要求，是高精度玻璃掩膜版的重要材料。
?。?）光纖（占比約14%）：石英玻璃材料是生產(chǎn)光纖預制棒和光纖拉絲過(guò)程中主要的消耗材料。石英玻璃的折射率極低，吸光系數小并且透光波段范圍寬，而光纖作為以全內反射原理傳輸的光傳導工具，對折射率有極高的要求，因此石英玻璃被大量應用于光纖制造，主要產(chǎn)品有預制棒、爐芯管、石英管等。
?。?）光學(xué)（占比約10%）：石英玻璃構成的部件是光學(xué)儀器中的關(guān)鍵性元件。透明石英玻璃的光學(xué)性能好，折射率低，可以滿(mǎn)足185-3500mμ波段范圍內任意透光波段，因此既可以作為光學(xué)儀器的透紫外材料也可以作為透紅外材料，主要產(chǎn)品為制造攝譜儀、紅外照相機、棱鏡以及透鏡。同時(shí)，石英玻璃具有很強的熱穩定性，數值在800~1000℃之間，光學(xué)石英玻璃還廣泛應用于高空高溫照相，比如：高溫作業(yè)窺視窗口、高精度測距儀以及大型天文望遠鏡。
?。?）光伏（占比約7%）：光伏領(lǐng)域生產(chǎn)加工環(huán)節中，石英玻璃制品為硬性耗材。石英玻璃所制造的石英坩堝憑借潔凈、同質(zhì)和耐高溫的性能，一般作為熔融多晶硅料的盛裝器具，用于后續拉制單晶硅棒/多晶硅錠的過(guò)程，是生產(chǎn)過(guò)程中的主要耗材。隨著(zhù)新能源產(chǎn)業(yè)的強勁發(fā)展，中國光伏產(chǎn)業(yè)規模不斷壯大，天然石英產(chǎn)品尤其是石英坩堝產(chǎn)品的市場(chǎng)需求不斷擴大。
?。?）電光源（占比約4%）：在電光源領(lǐng)域，石英玻璃電光源產(chǎn)品在家居、醫療、交通、娛樂(lè )等行業(yè)應用廣泛。汽車(chē)照明用的氙燈，衛生消毒用的紫外線(xiàn)殺菌燈以及娛樂(lè )場(chǎng)所用的金屬鹵化物燈，都采用石英玻璃作為照明器具。
?。?）軍工：在航空航天領(lǐng)域，石英玻璃制品為宇宙飛船和航天飛機的核心元件。石英玻璃的密度小，抗壓能力強且光學(xué)性能好，滿(mǎn)足太空窗口材料濾紫外耐輻射的要求，避免高能射線(xiàn)照射下形成“色心”，被廣泛應用于衛星及宇宙飛船，耐輻照的石英玻璃可以有效控制航天器姿態(tài)，高強度抗輻照玻璃蓋片能為宇宙飛船的太陽(yáng)能電池能源系統提供有效保護，此外，石英玻璃纖維隔熱性能優(yōu)良，介電性能好，被廣泛用于機載天線(xiàn)罩用復合材料中。
4、石英玻璃市場(chǎng)競爭格局
石英玻璃市場(chǎng)是典型的壟斷市場(chǎng)，石英玻璃質(zhì)量主要受制備方法和工藝影響，業(yè)內領(lǐng)軍企業(yè)均保有高技術(shù)壁壘。目前全球只有6家石英玻璃制造企業(yè)獲得TEL認證，其中四家為海外公司包括邁圖、賀利氏、昆希、東曹，中資企業(yè)有菲利華和石英股份。
目前，全球高端石英玻璃市場(chǎng)主要由賀利氏、邁圖、東曹、尤尼明、昆希等海外龍頭企業(yè)掌握。這些海外龍頭企業(yè)歷史悠久，具備獨特的技術(shù)優(yōu)勢，各自有其擅長(cháng)的領(lǐng)域和市場(chǎng)，產(chǎn)品附加值高、競爭力強，且在長(cháng)期市場(chǎng)耕耘過(guò)程中，積累了較強的上下游產(chǎn)業(yè)渠道優(yōu)勢和產(chǎn)業(yè)規模優(yōu)勢。邁圖在熔融石英行業(yè)處于領(lǐng)先地位，主要掌握生產(chǎn)熔融石英的氣煉法和電熔法，占據半導體和光纖市場(chǎng)。賀利氏掌握氣煉法制備石英玻璃技術(shù)已有117年，擁有完整的熔融石英預制棒生產(chǎn)-拉絲工藝光纖產(chǎn)業(yè)鏈，深耕光纖領(lǐng)域。東曹主營(yíng)領(lǐng)域為半導體，掌握氫氧焰融、電熔法生產(chǎn)熔融石英玻璃，和火焰水解合成工藝生產(chǎn)合成石英玻璃的技術(shù)，在半導體領(lǐng)域具有優(yōu)勢。昆希是全球唯一掌握等離子技術(shù)的企業(yè)，在半導體領(lǐng)域具有獨特優(yōu)勢。
我國石英玻璃制備技術(shù)與國外先進(jìn)技術(shù)水平相比，在高純度、大尺寸石英玻璃制備、熔制設備和節能控制方面還有較大差距。隨著(zhù)電子信息、航空航天等高科技行業(yè)對石英材料需求的增長(cháng)，國內石英制品行業(yè)在工藝水平、設備制造方面均取得大幅提升，期間涌現出菲利華、石英股份、億仕達、凱德石英等一批優(yōu)秀石英企業(yè)。
菲利華是國內唯一通過(guò)國際三大半導體原產(chǎn)設備商認證的石英材料企業(yè)、全球少數幾家具有石英纖維批量生產(chǎn)能力的制造商，也是國內唯一具備特種石英材料資質(zhì)的供應商。
石英股份是全球少數擁有高純石英砂量產(chǎn)的企業(yè)，石英制造技術(shù)國內領(lǐng)先。
億仕達具有大尺寸、方形石英錠及高品質(zhì)不透明石英制品的生產(chǎn)能力。
凱德石英是國內少數能為8、12英寸芯片生產(chǎn)線(xiàn)加工配套石英制品的企業(yè)。
資料來(lái)源：中信建投、申萬(wàn)宏源
|
