一、物理特質

1. 微觀結構與外觀

• 結構特性：完全非晶態（無定形）結構，原子排列無序，無固定熔點（僅存在軟化溫度區間），避免了結晶態石英的各向異性問題。

• 外觀：透明或半透明顆粒 / 粉末，純凈度極高時呈無色透明狀，雜質（總含量≤10ppm）可能導致輕微色澤偏差（如極微量 Fe2?可使晶體泛黃）。

2. 密度與硬度

• 密度：約 2.20 g/cm3，低于結晶態石英（2.65 g/cm3），因非晶態結構堆積更松散。

• 莫氏硬度：6.5-7 級，略低于結晶態石英，仍屬于高硬度材料，耐磨性能適用于研磨、拋光等場景。

3. 熱學特性

• 軟化溫度：約 1500℃開始軟化，無固定熔點（熔融態冷卻后仍為非晶態），高溫下不易析晶，適合長時間高溫環境。

• 熱膨脹系數：極低，常溫下約為 0.5×10??/℃（20-100℃），接近零膨脹，是結晶態石英的 1/10 以下，抗熱震性優異（可承受 1000℃急冷急熱不破裂）。

• 導熱性：熱導率約 1.38 W/(m?K)（常溫），與結晶態石英接近，屬于低熱導材料。

4. 光學特性

• 透光率：在紫外 - 可見光 - 紅外波段（185-2500nm）透光率極高，尤其在紫外區（如 185nm）透光率 > 90%，優于大多數玻璃材料。

• 折射率：約 1.458（589nm 波長），折射率均勻性**，色散極低（阿貝數 > 100），適合精密光學透鏡、棱鏡等元件。

5. 粒度與表面特性

• 粒度可控性：可通過破碎、研磨工藝制成亞微米級至毫米級顆粒，顆粒形狀多為不規則狀或近球形，表面光滑無棱角（熔融冷卻過程自然形成）。

• 比表面積：微米級顆粒比表面積通常為 0.1-1.0 m2/g，低于結晶態石英砂（因非晶態結構更致密），吸附性較弱。

二、化學特質

1. 高化學惰性與耐腐蝕性

• 酸堿性：化學中性，不溶于水及絕大多數酸（氫氟酸除外），僅與氫氟酸發生反應：\(\text{SiO}_2 + 4\text{HF} \rightarrow \text{SiF}_4\uparrow + 2\text{H}_2\text{O}\)反應速率略低于結晶態石英（因非晶態結構更均勻）。

• 耐腐蝕性：對強酸（如硫酸、硝酸）、強堿（如 NaOH 溶液）和有機溶劑（如乙醇、甲苯）幾乎無反應，可承受高溫強堿熔融（如 NaOH 熔融需 > 600℃才緩慢反應）。

2. 純度與雜質影響

• 雜質含量：金屬離子（Fe、Al、Na 等）含量通常 < 1ppm，非金屬雜質（Cl、B）<0.1ppm，極低的雜質含量使其在高溫下不易形成導電通路，適合電子級應用。

• 化學穩定性：非晶態結構消除了結晶界面，減少了雜質擴散路徑，因此在高溫氧化、還原氣氛中更穩定（如與 H?、CO 等氣體在 1000℃以下不反應）。

3. 電學特性

• 介電常數：約 3.78（1MHz），介電損耗 < 5×10??，優于普通玻璃和結晶態石英，是高頻電路、雷達罩等絕緣材料的理想選擇。

• 絕緣電阻：體積電阻率 > 1×101? Ω?cm，高溫下（如 300℃）仍保持 > 1×1013 Ω?cm，適用于高壓絕緣場景。

三、與結晶態石英砂的對比

四、典型應用與核心優勢

1. 半導體與電子工業

• 應用：晶圓載具（如石英舟）、擴散管、MEMS 器件封裝材料。

• 優勢：低熱膨脹系數避免熱匹配失效，高絕緣性防止漏電，化學惰性避免污染芯片。

2. 光學與激光領域

• 應用：紫外光學透鏡、激光腔體元件、光纖預制棒芯層材料。

• 優勢：紫外高透光率（185nm 波段）、低色散特性滿足精密光學需求。

3. 高溫與特種材料

• 應用：航空航天用高溫窗材料、熔融金屬輸送管道內襯、陶瓷型芯。

• 優勢：抗熱震性強（如航天飛機隔熱窗），高溫下不與熔融金屬（如鋁、銅）反應。

4. 精密制造與研磨

• 應用：光學玻璃拋光磨料、半導體晶圓研磨液。

• 優勢：硬度高且顆粒形狀可控，避免劃傷工件表面。