Hochreiner Quarz (HPQ) ist ein Quarzrohstoff mit extrem hohem SiO₂-Gehalt und sehr geringen Verunreinigungen. Der erforderliche SiO₂-Gehalt liegt üblicherweise über 99,99%. Dank seiner hervorragenden thermischen Stabilität, seines sehr niedrigen Wärmeausdehnungskoeffizienten und seiner extrem hohen Reinheit wird HPQ häufig in Halbleitern, Photovoltaik, neuen Displays, optischer Kommunikation und hochwertigen Quarzglasprodukten eingesetzt. Es wird oft als das „Gold der Quarzmaterialien“ bezeichnet.
Von Handybildschirmen bis zu Satellitenlinsen und von Fahrzeugen mit alternativer Energie bis zu Raumfahrzeugen spielt HPQ eine entscheidende Rolle. Dies Mineral, mit einer Reinheit von über 99,5%, verfügt über drei „Superkräfte“:
- Hohe Hitzebeständigkeit: Sein Schmelzpunkt liegt bei fast 1750 °C und ist damit 500 °C höher als bei vulkanischer Lava.
- Super Isolierung: Eine Dicke von 1 cm hält 250.000 Volt Hochspannung stand.
- Hervorragende Transparenz: Seine Durchlässigkeit übersteigt 99%.
Die Produktion von HPQ ist jedoch weit mehr als nur Bergbau. Sie erfordert mehrere komplexe Prozesse wie Zerkleinern, Mahlen, Klassifizieren und Reinigen. Das Mahlen ist dabei der kritischste Prozess. Die richtige Mahlanlage bestimmt nicht nur die Partikelgröße Verteilung des Quarzpulvers, sondern beeinflusst auch direkt die Reinigungsergebnisse und die Materialleistung.
Bedeutung des Mahlens bei der Herstellung von hochreinem Quarz
- Partikelgrößenkontrolle: HPQ erfordert strenge Partikelgröße. Die Kontrolle erfolgt üblicherweise im Mikrometer- oder sogar Submikrometerbereich. Je gleichmäßiger die Partikelgröße, desto stabiler die Leistung in optischen und elektronischen Anwendungen.
- Entfernung von Verunreinigungen: Die Reduzierung der Metallverunreinigung beim mechanischen Schleifen stellt eine zentrale Herausforderung dar. Sie erfordert spezielle verschleißfeste Materialien und geschlossene Systeme.
- Oberflächenaktivierung: Durch die Feinstvermahlung wird die spezifische Oberfläche vergrößert. Dies schafft günstige Voraussetzungen für die anschließende Säurelaugung und Flotationsreinigung.
Zum Beispiel, Strahlmahlen Technologie bietet einzigartige Vorteile bei der HPQ-Verarbeitung. Es nutzt einen Hochgeschwindigkeitsluftstrom, um Partikel zu beschleunigen, sodass sie kollidieren und aneinander reiben. Diese Methode vermeidet den direkten Kontakt zwischen mechanischen Teilen und dem Material. Dadurch werden Verunreinigungen deutlich reduziert, was sie ideal für die HPQ-Produktion macht.
Luftklassierer sind auch in der HPQ-Verarbeitung unverzichtbar. Durch die präzise Steuerung von Luftstromgeschwindigkeit und -richtung trennen sie Quarzpartikel nach Größe. Übergroße Partikel und überschüssige Feinanteile werden entfernt. Dies verbessert die Gesamtqualität und -konsistenz.
Kernanwendungsszenarien von hochreinem Quarz
Halbleiterfertigung
- Für 12-Zoll-Wafer sind Quarztiegel der Güteklasse 4N erforderlich.
- Für Lithografielinsen ist Quarzglas mit inneren Blasen von weniger als 5 μm erforderlich.
- Im Jahr 2024 verbrauchten die Produktionslinien von YMTC mehr als 20 Tonnen HPQ-Produkte pro Monat.
Neuer Energiesektor
- Die Lebensdauer des Quarztiegels bestimmt die Effizienz des Siliziumstabwachstums in Photovoltaiköfen.
- Für jedes GW Solarkapazität werden etwa 300 Sätze Quarzkomponenten benötigt.
- Quarzfasern werden als Verstärkung für Wasserstoffspeichertanks verwendet.
Militär und Luft- und Raumfahrt
- Quarzfaserverbundwerkstoffe reduzieren das Gewicht der Raketenspitze um 301 TP3T.
- Satelliten-Quarzkreisel erreichen eine Genauigkeit von 0,001°/h.
- Die Quarzfenster von Tiefseedetektoren halten einem Wasserdruck von 100 MPa stand.
Epic Powder Solutions
Mit mehr als 20 Jahren Erfahrung in der Verarbeitung ultrafeiner Pulver hat Epic Powder effiziente und kontaminationsarme Mahl- und Klassifizierungssysteme für HPQ entwickelt:
- Kugelmühle und Klassifizierungslinie: Geeignet für die Massenproduktion von ultrafeinem Quarzpulver. Keramikauskleidungen und hochreine Medien minimieren die Eisenverunreinigung.
- Strahlmühle: Verwendet zum Schleifen Hochgeschwindigkeitsluftstrom und Partikelkollisionen. Vermeidet Metallabriebkontamination.
- Windsichtermühle: Steuert die Partikelgrößenverteilung präzise, von einigen Mikrometern bis zu Hunderten von Mikrometern.
- Oberflächenmodifizierung System: Beschichtet oder modifiziert Quarzpulver und verbessert seine Kompatibilität und Dispersion in Harzen und Silikonkautschuk.
Die Herstellung von HPQ ist nicht nur eine materialwissenschaftliche Herausforderung. Sie stellt auch eine umfassende Prüfung der Anlagenkonstruktion und Prozesssteuerung dar. Mit fortschrittlichen Mahlsystemen und umfassender technischer Erfahrung bietet Epic Powder effiziente, umweltfreundliche und zuverlässige Lösungen. Diese Innovationen unterstützen die gesamte HPQ-Industriekette und verhelfen diesem strategischen Material zu einem breiteren Anwendungsspektrum.