Классификация неорганических стекол

Все силикатные стекла по составу разделяются на три группы:

1) бесщелочные (чисто кварцевое стекло обладает высокой нагревостойкостью, высокими электроизоляционными свойствами, но изделия из них трудно изготавливаются).

2) щелочные стекла без тяжелых окислов:

а) натриевые стекла

б) калиевые и калиево-натриевые стекла. Это обычные стекла, они технологичны, т.е легко обрабатываются, но имеют пониженную нагревостойкость и электроизоляционные свойства.

3) щелочные стекла с высоким содержанием окислов (силикатно-свинцовые, бариевые)

В зависимости от назначения различают следующие основные виды стекол:

электровакуумные стекла применяются для изготовления баллонов электронных и газоразрядных ламп, оболочек рентгеновских ламп; в полупроводниковом производстве применяются для получения металлостеклянных спаев в корпусах маломощных приборов. Эти стекла делятся на группы:

-молибденовая группа (С47-1-С54-2)

-W- группа стекол (С37-1-С40-1)

-стекла платиновой группы (С87-1-С90-1)

изоляторные стекла – герметичные вводы в некоторых типах конденсаторов, терморезисторов, в полупроводниковых приборах (диодах, транзисторах) – в качестве герметизированных вводов в металлические корпуса различных приборов (мощных). Это стекла С48-1, С49-2, С87-1, С88-1. Боросиликатные (С37-1, С38-1, С39-1) и алюмосиликатные (С39-2, С41-1, С48-3) применяются для изготовления изоляционных подложек, на которых расположены активные и пассивные элементы ГИС и фосфоросиликатные (ФСС) стёкла, а в виде пленок боросоликатные (БСС) для защиты p-n переходов.

цветные стекла – это обычные силикатные стекла с добавками, придающими соответствующую окраску Cr₂O-зеленую, MnO₂- фиолетовую, CaO- синюю.

лазерные стекла – используются в качестве рабочего тела в твердотельных лазерах для генерации импульсов с высоким энергетическим излучением. Баритовый крон BaO-K₂O-SiO₂, активированный ионами ниодима является лазерным стеклом.

стекловолокна – могут быть весьма тонкие d = 4-7 мкм, очень гибкие, можно обрабатывать способами текстильной технологии. Из стекловолокна получают стеклянные нити путем скручивания и из нитей ткут стеклоткани, стеклоленты, стекляные шланги. Для этого используют щелочные алюмосиликатные, бесщелочные и малощелочные алюмоборосиликатные стекла. Стеклоткани являются нагревастойкими, обладают значительной механической прочностью, малой гигроскопичностью, хорошими электроизоляционными свойствами.

стеклоэмали – это стекловидные покрытия на поверхности изделии с целью защиты от коррозии, электроизоляции и красивого внешнего вида. Они применяются в резисторах, в которых на керамический стержень, намотана проволока и наносят на нее порошок стеклоэмали и отжигается. В результате плавления эмаль растекается по поверхности и создает изоляцию между отдельными витками, между обмоткой и окружающей средой и защищает от воздействия влаги, окисления.

световоды - это тонкие стеклянные волокна используются для передачи света от источника до приемника. Методы и средства передачи световой информации с помощью стекловолокна получили название волоконной оптики – составной части оптоэлектроники. Они имеют преимущества перед оптическими линзами, так как компактны, надежны, передавать световой сигнал можно по искривленному пути, d = 5-15мкм. Световод представляет собой стеклянное волокно, состоящее из двух слоев – жила с высоким показателем преломления и изоляционная оболочка с меньшим показателем преломления. Волокна со свето-изолирующими оболочками параллельно укладываются в пучки, получаются многожильные световоды d = 0,3-3 мм (общее число световедущих жил доходит до 100000).Такие световоды передают изображение с одного торца на другой. Световоды применяются для передачи различной информации, в вычислительной технике, телевидении, фототелеграфии, в медицине.

Кварцевое стекло

Из обычного стекла совершенно невозможно сделать оснастку для химической обработки п/п даже при комнатной температуре. Для этой цели используется кварцевое стекло, состоящее из 99,99% и более SiO₂. Кроме чистоты, это стекло обладает высокой нагревостойкостью в течение нескольких часов при 1700°К, предельно низкий ТКЛР – 5*10^-7К^-1 гарантирует стойкость кварца к термоударам. В п/п технологии кварцевое стекло широко применяется в виде труб, тиглей (при выращивании монокристаллических слитков Si) и реакторов (при выращивании эпитаксиалных слоев Si) с толщиной стенок около 3…5 мм. Кварц может использоваться и в качестве подложек ГИС СВЧ. Недостатки: наиболее дорогое среди силикатных стекол, низкий срок службы, вследствии частичной кристаллизации, расстекловывания (мутнеет) и низкой механической прочностью.

Большое значение имеет кварцевое стекло в виде аморфных пленок, образующихся непосредственно на поверхности Si – т.е. пленки собственного оксида. Они обладают защитными свойствами, маскирующим при диффузиях, изолирующим отдельные элементы схемы, является единственным диэлектриком для МДП-транзисторов. Недостаток – проницаемость для ионов Na (за секунду проходит до 1 мкм).

Ситаллы

Ситаллы – отличаются от стекол тем, что имеют кристаллическое строение, то есть ситаллы – это стеклокристаллические материалы, получаемые путем специальной термообработки стекла, приводящей к его частичной кристаллизации. В стекломассу вводят тонкодисперсионные примеси (Ag, Cu, Al, Au) для образования центров кристаллизации. Ситаллы состоят из мелких кристаллических зерен 1 мкм, скрепленных стекловидной прослойкой: содержание кристаллической фазы 95%. Ситаллы не прозрачны или частично пропускают свет. В зависимости от способа изготовления ситаллы разделяют на фотоситаллы и термоситаллы. Фотоситаллы получают облучением ультрафиолетовым излучением изделий из стекла, содержащих ионы светочувствительных металлов, в результате чего происходит фотохимический процесс восстановления ионов Ag , Cu , Au , способствующих образованию зародышей кристаллизации. После облучения изделие подвергают термообработке. Если облучать не всю поверхность изделия, а определенные участки в виде отверстий, то эти облученные участки при термообработке закристаллизовываются, и они значительно легче растворяются в кислотах и таким образом можно получить отверстия, выемки и так далее.

По назначению ситаллы разделяются на установочные и конденсаторные. Установочный ситалл широко используется в качестве подложек ГИС, тонкопленочных резисторов, деталей СВЧ-приборов и электронных ламп. Ситаллы конденсаторные имеют Eпр больше, чем у керамических конденсаторов.

Термоситалл получается из стекол системы Mg-Al₂O₃–SiO₂, CaO-Al₂O₃-SiO₂ с введением в шихту тонко измельченных TiO₂, FeS, ZrO₂, которые при варке стекла растворяются и при охлаждении стекломассы образуют центры кристаллизации. Охлажденное изделие вновь нагревают в две стадии. На первой стадии при Т = 500-700 С < T размягчения образуются и растут кристаллические зародыши фторидов, сульфидов, они создают как бы каркас, упрочняющий изделие и препятствующий при дальнейшем повышении температуры его деформации; на второй стадии Т увеличивается до 200- 1100 С и выдерживаются изделие для того, чтобы закристаллизовать стекловидную фазу. По своей структуре термоситаллы напоминают фарфор.