Kvarts oynasi faqat kremniy dioksididan iborat bo'lib, hozirda keng tarqalgan tizimli model uzluksiz tasodifiy tarmoq (CRN) modelidir. Bu modelda Si va O atomlari deyarli mukammal uch{1}}Si-O tetraedral tuzilmalarni hosil qiladi. Yuqori tozalikdagi kvarts shishasining planar mikrotuzilmasini va uning fazoviy joylashuvini tasvirlovchi sxematik diagramma rasmda ko'rsatilgan. Si-O kimyoviy bogʻlari yuqori bogʻlanish energiyasiga va qisqa bogʻlanish uzunligiga ega boʻlib, natijada juda ixcham fazoviy struktura hosil boʻladi. Mikroskopik tarmoq strukturasining yaxlitligi va mahkamligi tufayli yuqori{8}}tozalikdagi kvarts oynasi yuqori optik o'tkazuvchanlik, radiatsiya qarshiligi, termal barqarorlik va kimyoviy barqarorlik kabi bir qator mukammal va noyob keng qamrovli xususiyatlarni namoyish etadi.
Kvars shishasini tayyorlash tarixi 1839 yilda, frantsuz Gandin vodorod{1}}kislorod olovi bilan kvarts qumini eritib, shaffof bo'lmagan kvarts shishasini muvaffaqiyatli ishlab chiqargan paytdan boshlanadi. O'shandan beri dunyo mamlakatlari kvarts shisha ishlab chiqarish texnologiyalarini tadqiq qilish va rivojlantirish bilan faol shug'ullanadi. Yangi ishlab chiqarish usullari paydo bo'ldi, ishlab chiqarish jarayonlari doimiy ravishda takomillashtirildi va sanoat tez o'sishni boshdan kechirdi.
Gazni qayta ishlash usuli tabiiy kvartsni eritish uchun vodorod{0}}kislorod alangasidan foydalanishni va keyin erigan materialni kvarts shishasi quymasini olish uchun asta-sekin kvarts shishasi yuzasiga joylashtirishni o'z ichiga oladi. Elektr eritish usuli va gazni qayta ishlash usuli uchun xom ashyo kvarts qumidir. Yuqori{3}}tozalikdagi kvarts oynasi kvarts qumi uchun juda qattiq talablarga ega, ammo yuqori{4}}tozalikdagi kvarts rudasining global manbalari asosan AQSh, Norvegiya va Avstraliya kabi mamlakatlarda joylashgan. Xitoy yuqori{6}}tozalikdagi kvarts qumining asosiy iste'molchisidir, ammo yuqori-tozalikdagi kvarts rudasi manbalari asosan importga tayanadi. Xom ashyo importiga yuqori darajada bog'liqlik sanoat rivojlanishining barqarorligiga ta'sir qilishi mumkin. Shu sababli, sintetik kvarts oynasini tayyorlash jarayonini ishlab chiqish ayniqsa muhimdir.
Sintetik kvarts shishasini tayyorlash jarayoni asosan kimyoviy bug'larni cho'ktirish (Kimyoviy bug'larni cho'ktirish, CVD), plazma kimyoviy bug'larini cho'ktirish (PCVD), bilvosita kimyoviy bug'larni joylashtirish usuli va sol-gel usulini o'z ichiga oladi.
Shaffofligi bo'yicha kvarts oynasini shaffof bo'lmagan kvars oynasi va shaffof kvarts oynasiga ham ajratish mumkin:
Shaffof kvarts shishasi ko'p miqdorda mayda pufakchalar va boshqa sochuvchi zarralarni o'z ichiga oladi, ular shaffof yoki yarim shaffof ko'rinishga ega. U monokristalli kremniy uchun sintez reaktorlari, optik oynalar va erituvchi tigellarni ishlab chiqarish uchun ishlatilishi mumkin.
Shaffof kvarts shishasi odatda ppm da ifodalangan oz sonli qabariq tarqalish nuqtalarini o'z ichiga oladi. Shaffof kvarts oynasini tayyorlash shartlari shaffof bo'lmagan kvarts oynasiga qaraganda ancha qattiqroq va u kengroq qo'llash doirasiga ega. Bu yuqori sifatli optik komponentlar-tayyorlash uchun muhim materialdir.
Kvarts shishasining ishlashi uning kimyoviy tozaligi bilan chambarchas bog'liq bo'lib, bu xom ashyo va tayyorlash jarayoniga ta'sir qiladi. Kvars oynasidagi umumiy nuqsonlarni ikki toifaga bo'lish mumkin: strukturaviy nuqsonlar va makroskopik nuqsonlar. Rasmda ko'rsatilganidek, tabiiy kvarts kristallarining o'sish jarayonida turli nuqsonlar muqarrar ravishda ishlab chiqariladi. Shisha mahsulotlarini tayyorlash jarayonida, tayyorlash jarayoni va ish muhitining cheklovlari tufayli turli xil aralashmalar kiritilishi mumkin, qoldiq stress paydo bo'lishi mumkin va shu bilan strukturaviy nuqsonlar va makroskopik nuqsonlar paydo bo'lishi mumkin. Kvars oynasining strukturaviy nuqsonlari Si-O atom tarmogʻiga aralashmalarning, asosan, metall aralashmalari va gidroksil guruhlarini kiritishi natijasida yuzaga keladi: Metall aralashmalar asosan kvarts qumidan kelib chiqadi, Fe va Cr kabi metall aralashmalari esa yutilishning susayishiga olib kelishi mumkin. Kvars oynasidagi gidroksil guruhlari odatda vodorod{6}}kislorod alangasidan kelib chiqadi. Gidroksil guruhlari Si-O bog'ining barqarorligiga ta'sir qiladi, kvarts oynasining kimyoviy barqarorligini pasaytiradi, kristallanish hodisalarining paydo bo'lishiga yordam beradi va shu bilan birga, gidroksil guruhlari yaqin{9}}infraqizil va o'rta{10}}infraqizil to'lqin uzunligi mintaqalarida optik yo'qotishni oshiradi. 2,72, 1,39 va 0,9 mkm kabi ma'lum to'lqin uzunliklarida Si{12}}OH bog'larining tebranish yutilish zonalari optik tolalar va lazerlar sohalarida kvarts oynasini qo'llashga ta'sir qiladi.
Kvars shishasining makroskopik nuqsonlari, asosan, pufakchalar, qo'shimchalar, chiziqlar va yoriqlar va boshqalarni o'z ichiga oladi. Bu nuqsonlar odatda xom ashyoning tozaligi yoki noto'g'ri tayyorlash jarayoni tufayli yuzaga keladi. Eritilgan holatda kvartsning yopishqoqligi yuqori va ichki pufakchalar o'z-o'zidan chiqib ketish qiyin. Agar eritish jarayoni qat'iy bo'lmasa, ichki xom ashyo sirtda allaqachon erigan kvarts bilan qoplanganidan oldin to'liq erimagan hodisa ham bo'lishi mumkin. Shu bilan birga, kvarts shishasi yomon issiqlik o'tkazuvchisidir. Sovutish jarayonida sirtdagi harorat o'zgarishi va ichki qism mos kelmaydi, katta harorat gradyanini hosil qiladi, termal stressni hosil qiladi va haddan tashqari termal stress hatto mahalliy yorilishga olib kelishi mumkin. Kvars oynasi ichidagi turli nuqsonlarni kamaytirish va uning mukammal optik xususiyatlarini ta'minlash hal qiluvchi ahamiyatga ega.
Bilvosita CVD usuli bilan kvarts oynasini tayyorlash jarayonida, bir tomondan, metall aralashmalari tarkibini kamaytirish uchun yuqori-soflikdagi kremniy-tarkibidagi birikmalar ishlatiladi. Boshqa tomondan, sinterlash dehidroksillanish uchun ishlatiladi, kvarts shishasining gidroksil kontsentratsiyasini samarali ravishda kamaytiradi, uni chuqur ultrabinafsha uzatish ko'rsatkichlarida, lazer shikastlanishiga qarshilik uchun yuqori chegara bilan va uning optik xususiyatlarini yanada oshiradi.
Biroq, kvarts oynasi yuqori haroratda qizdirilsa va keyin xona haroratiga sovutilsa, termal stress hosil bo'ladi va notekis ichki stress mahsulotning optik xususiyatlariga sezilarli ta'sir ko'rsatadi. Stressning notekis taqsimlanishi kvarts shishasining turli mintaqalarining sinishi indeksining o'zgarishiga olib keladi, natijada kvarts oynasidan o'tadigan yorug'likning optik yo'li va yorug'lik intensivligi o'zgaradi, notekis sinishi va tarqalishini keltirib chiqaradi va mahsulotning optik bir xilligini kamaytiradi. Shu bilan birga, stress-qo'shadigan ikki sinishi effekti yorug'lik nurining to'lqin jabhasining buzilishiga olib keladi. Yuqori -kuchli lazer qurilmalarida toʻlqin jabhasining buzilishi lazer nurlarining barqarorligiga bevosita taʼsir qiladi va ichki kuchlanish ham kvarts shishasining lazer shikastlanishiga chidamliligining pasayishiga olib keladi va uning xizmat muddati va ishonchliligini pasaytiradi.
Massiv to'lqin o'tkazgich panjaralari, lazerlar, sozlanishi filtrlar va boshqalar kabi optik to'lqin uzatuvchi qurilmalar uchun stressning ikki sinishi ham e'tibordan chetda bo'lmaydigan muammodir. Stressning ikki sinishi effekti tufayli yorug'likning tarqalish xarakteristikalari o'zgarib, qutblanish siljishi va qutblanishga bog'liq-yo'qotishlarga olib keladi. Stressli hudud hatto optik to'lqin uzatuvchi qurilmaning rejim shaklini o'zgartirishi mumkin, bu qurilmaning ishlashi va barqarorligiga jiddiy ta'sir qiladi.
Kvars oynasidagi stressni nazorat qilish orqali kompaniyamiz yorilish kabi jiddiy nuqsonlarning paydo bo'lishining oldini oladi, uning mukammal optik xususiyatlarini ta'minlaydi, shu bilan kvarts shishasining rentabelligi va ishonchliligini oshiradi va turli xil optik ilovalar ehtiyojlarini qondirishga va sanoat ilovalarida muhim rol o'ynashga imkon beradi.
