Кварц SiO2 Общие сведения

Кварц является одним из самых распространенных и хорошо изученных минералов в земной коре.

Практическое использование жильного кварца связано с возможностью изготовления из него специальных стекол, характеризующихся прозрачностью, химической и термической стойкостью. В качестве пьезокварца применяется горный хрусталь и его окрашенные разности – лимонно-желтый цитрин, дымчатый кварц (раухтопаз), смоляно-черный морион. Масса большинства кристаллов 250-500г, встречаются кристаллы, масса которых достигает сотен килограммов, а иногда нескольких тонн. Промышленное значение имеет кварц, кристаллизующийся в тригональной сингонии. Различают правые и левые формы кристаллов кварца, которые обусловлены отсутствием плоскости и центра симметрии, вследствие чего у кристаллов образуются пьезоэлектрические свойства. Сущность пьезооптического эффекта кристаллов кварца заключается в том, что при сжатии или растяжении пластинки, выпиленной параллельно двойной оси, на ее концах возникают электрические заряды разного знака.

Области применения

Для производства прозрачного кварцевого стекла в настоящее время применяются следующие разновидности кварцевого сырья: кристаллы и обломки кристаллов горного хрусталя, прозрачный жильный кварц и метаморфизованный гранулированный кварц. Кварцевое стекло применяется в светотехнической, оптико-механической и других отраслях промышленности. Особо чистое стекло идет на изготовление высокотемпературных реакторов, оптических телескопов, тиглей для выращивания полупроводниковых монокристаллов; оно используется в радарных установках, быстродействующих ЭВМ и др. В оптике из кварца делают линзы, концентрирующие ультрафиолетовые лучи, призмы для спектрографов.

Прозрачные крупные кристаллы кварца встречаются редко. Те, из которых могут быть получены бездефектные монокристаллы определенных размеров, называются пьезооптическим кварцем. Если для оптических целей пригодны лишь прозрачные кристаллы (горный хрусталь), то для пьезотехнических целей возможно использование окрашенных разновидностей. Пьезооптический кварц применяется главным образом в радиотехнике, ультразвуковой технике и оптике. В радиотехнике пьезооптические пластины служат деталями стабилизаторов и частотных фильтров. В ультразвуковой технике пьезоэлементы применяются для изготовления различных приборов: эхолотов и пьезодатчиков.

В связи с тем, что потребность в пьезокварце не обеспечивается природным сырьем, во многих странах, в том числе и России, налажено производство синтетического кварца.

Требования к качеству сырья

В соответствии с требованиями промышленности можно выделить следующие виды кристаллического сырья: пьезокварц и оптический кварц.

Наиболее высокие требования предъявляются к пьезооптическому сырью.

Для пьезоизделий пригодны кристаллы, гальки, куски и обломки кварца, имеющие бездефектную поверхность – моноблок, в котором отсутствуют включения минералов, пород, газа и жидкости. Кристаллы должны быть прозрачны, иметь совершенную решетку, лишенную двойников, включений, деформационных нарушений.

Основным качеством, которым должно обладать сырье для получения оптического стекла является его исключительная химическая чистота: содержание SiO₂ более 99,9%, Al и Fe - менее тысячных долей процента, Mg и Ti – не более десятитысячных долей процента. Вредными являются все виды примесей.